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鋳鉄は、その特殊な特性により広く普及しています。耐高温性、耐久性、耐錆性などが鋳鉄の特長です。しかし、その磁気的挙動については混乱があります。そこで疑問なのが、鋳鉄は磁性を持つのか、ということです。
答えはイエスです。純粋な鋳鉄は磁石にくっつきます。鋳鉄には磁性体である鉄が 90% 含まれており、鋳鉄に磁性を生じさせます。鉄の不対電子が磁区を生成します。この磁区は磁場にさらされると完全に整列し、鋳鉄が磁性を示すようになります。
しかし、鋳鉄金属には磁性が異なる様々な種類があります。種類が多すぎて磁性が異なるため混乱が生じます。この記事では、鋳鉄の磁性とその種類についてすべて説明します。それでは始めましょう！
鋳鉄とは何ですか?
鋳鉄の磁性について語る前に、まずは鋳鉄とは何かを見てみましょう。
鋳鉄は基本的に、主に鉄と炭素からなる合金です。鉄が主成分で、炭素含有量はわずか 2 ～ 3% 程度です。これらの元素に加えて、他の多くの元素が微量に含まれています。これには、シリコン、マンガン、硫黄、リンが含まれます。
鋳鉄は、その優れた強度と耐熱性でよく知られています。このため、メーカーは家庭用品の製造に鋳鉄を使用しています。鋳鉄製の調理器具は、極端な温度の影響を受けません。その磁気的性質により、さまざまな業界で鋳鉄の価値がさらに高まります。
この金属は主に鉄でできているのに、なぜ鋳鉄と呼ばれているのか疑問に思っていませんか？鋳鉄ではなく鉄と名付けないのはなぜでしょうか？その理由は、その製造工程にあります。鉄は溶解され、その後炭素（少量）と混合されます。この溶融液を特定の形状の鋳型に流し込み、鋳鉄が作られます。
この鋳造プロセスにより、この金属は鋳鉄として知られています。鋳鉄は数世紀にわたって使用されてきました。しかし、メーカーは 18 世紀から 19 世紀にかけて、建設工事での使用を検討しました。建設業や家電製品など、さまざまな業界で一般的に使用されています。
鋳鉄は磁性がありますか? もしそうなら、それはなぜですか?
はい、純粋な鋳鉄は磁性があり、磁石にくっつきます。鋳鉄の磁性の背後にあるロジックについては、以下のセクションで説明します。
まず、磁性がどのように生成されるかを理解する必要があります。ご存知のように、すべての原子には原子核の周りを回転する電子があります。そうですか? 各電子にはスピンがあります。電子がペアになっている場合、互いのスピンを打ち消します。しかし、電子がペアになっていない場合、そのスピンによって磁場が生成されます。鋳鉄は 90% が純鉄でできていることを思い出してください。そうですか?
この鉄には不対電子があります。これらの不対電子のスピンは相殺されないため、そのスピンによって磁場が生成されます。鉄では、不対電子が磁場を生成する領域は磁区と呼ばれます。これらの磁区はランダムな方向を向いており、強い磁場は生成しません。
しかし、磁場にさらされると、これらの磁区（領域）の方向が変わります。磁場を近づけると、これらの磁区が一列に並びます。一方向に並ぶと、強力な磁気効果が発生します。その結果、鋳鉄は磁性を帯び、磁石にくっつきます。
磁場を取り除くと、磁場自体が取り除かれることになります。そのため、一部の磁区は向きを変えて磁気効果をなくします。同様に、一部の磁区は同じ方向を向き、鋳物をわずかに磁化したままにします。この磁気は無視できるほど小さく、残留磁気と呼ばれます。
鋳鉄の種類とその磁気挙動
先ほども述べたように、鋳鉄はさまざまな元素の合金です。鉄 (90% 以上) と炭素 (2 ～ 4%) が主な成分です。鋳鉄の種類によって炭素含有量の割合が異なります。炭素含有量の割合が異なるため、それらの種類は異なる磁気特性を示します。
覚えておいてください、炭素含有量の多い鋳鉄は非磁性で、その逆も同様です。その理由は、炭素が磁区の整列を許さないからです。その結果、磁場が近づくと、炭素の存在により磁区は強く整列できなくなります。その結果、鋳鉄は弱い磁性を示します。 非磁性動作。
ここに、さまざまな種類の鋳鉄、その炭素含有率、および磁気的挙動を示す表があります。
| 鋳鉄の種類 | 炭素比率 | 磁気挙動 |
|
白鋳鉄 |
1.8–3.6% | 炭化鉄のため強い磁性を持ちます。 |
| ねずみ鋳鉄 | 2.5–4% | グラファイト（炭素）片により弱磁性または非磁性. |
| 可鍛鋳鉄 | 2–2.6% | 強化カーボンのため、磁性が弱い。 |
| ダクタイル鋳鉄（ノジュラー） | 3.2–4.1% | 炭素団塊により弱い磁性を持つ。 |
この表から、白鋳鉄の炭素含有量は 1.8 ～ 3.6% 程度と低いことがわかります。そのため、白鋳鉄は磁性があり、磁石にくっつくことができます。一方、ねずみ鋳鉄とダクタイル鋳鉄は炭素含有量が高いです。その結果、これらの鋳鉄タイプは非磁性です。強力な磁場にさらしても、非常に弱い磁気特性を示します。
鋳鉄は磁石にくっつきますか?
この質問に対する答えは「はい」であり「いいえ」でもあります。
純粋な鋳鉄は常に磁石にくっつきます。その理由は、鋳鉄が磁性を持ち、強い磁力を示すからです。鉄の不対電子は磁区を形成します。磁石が純粋な鋳鉄に近づくと、これらの磁区は一方向に向き、整列します。その結果、鋳鉄は磁石にくっつきます。
しかし、鋳鉄の中には純粋ではなく炭素含有量が多いものもあります。炭素が存在すると磁区が揃いません。そのため、磁石がそのような鋳鉄に近づいても磁区が揃いません。その結果、炭素含有量が多い鋳鉄は磁石にくっつきません。
鋳鉄の磁性に影響を与える要因
一般的に、鉄は 90% 以上の鉄分を含んでいるため磁性があります。ただし、いくつかの要因が鉄が磁石に反応する方法に影響することがあります。それぞれの要因について詳しく説明しましょう。
1- 合金元素の割合
合金元素は鋳鉄の磁気挙動に大きく影響します。先に述べたように、鋳鉄は鉄、炭素、シリコン、マンガン、クロムなど多くの元素で構成されています。これらの合金元素のそれぞれの割合は、鋳鉄が磁石にどのように反応するかに影響します。
たとえば、シリコンの割合が高いねずみ鋳鉄は非磁性になります。シリコンはグラファイト（炭素片）の形成を促進します。これらの片は磁区の配列を乱します。一方、マンガンの割合が高い鋳鉄は磁性を持ちます。
これはマンガンがグラファイトの代わりに炭化物の形成を助けるためです。そのため、磁区の配列が妨げられることはありません。そのため、鋳鉄は磁性を帯びるようになります。マンガン含有量が多い鋳鉄の代表例は白鋳鉄です。このように、合金の各元素の割合が磁性に影響します。
2- 熱または温度
温度も鋳鉄の磁気挙動に影響します。すべての強磁性材料にはキュリー温度があることを覚えておいてください。この温度では、これらの材料はすべての磁気特性を失います。鋳鉄も例外ではなく、温度がキュリー温度に達すると非磁性になります。
ただし、このキュリー温度は鋳鉄の種類によって異なります。温度が上昇すると鋳鉄が非磁性になる理由が気になりますか? 説明しましょう。温度が上昇すると、原子間の振動が増加します。その結果、磁区が安定せず、完全に整列しなくなります。鋳鉄は温度が上昇すると非磁性の挙動を示します。
3- 外部磁場の強さ
ねずみ鋳鉄が磁化されるという話を聞いたことがありますか? 一般的に、炭素含有量が多いと非磁性になりますよね? 問題は、炭素含有量が多いのになぜ磁化されるのかということです。これは磁場の強さによるものです。
ねずみ鋳鉄を強い磁場の中に置くと、磁区が整列し始めます。これは外部磁場の影響によるものです。ただし、この影響は短時間でそれほど強くありません。ただし、強い外部磁場は磁気的な影響を生み出します。一方、弱い外部磁場はねずみ鋳鉄に磁気特性を誘発しません。
よくある質問
鋳鉄は磁性がありますか？
はい、純粋な鋳鉄は磁性があり、磁石にくっつきます。鋳鉄は 90% が鉄で構成されており、このような大量の鉄含有量がこの金属に磁性を誘発します。
磁性の点から見ると、鋳鉄は鋼鉄と比べてどうですか?
鋼鉄は炭素含有量が低いため、鋳鉄よりも磁性が強いです。鋼鉄には通常 1% 未満の炭素が含まれていますが、鋳鉄には 2% ～ 4% の炭素が含まれています。この炭素含有量の違いにより、鋼鉄の磁性はより強くなります。
ねずみ鋳鉄、可鍛鋳鉄、ダクタイル鋳鉄はなぜ磁性が弱いか、あるいは全くないのでしょうか?
これらのタイプの鋳鉄は非磁性です。非磁性の理由は、炭素含有量が多いためです。炭素は磁区を整列させないことを覚えておいてください。磁界にさらされると、磁区が整列しないと材料は非磁性になります。
鋳鉄の磁性はどうやって調べるのですか？
鋳鉄の磁気挙動を確認するのは簡単です。磁石を鋳鉄に近づけます。材料 (鋳鉄) が磁石にくっつく場合は磁性があり、逆もまた同様です。特定の鋳鉄の炭素含有量を測定することによって磁性を確認することもできます。
結論
鋳鉄は、建築から家電製品まで、さまざまな産業で使用されている人気の素材です。しかし、磁性の異なる複数の種類があるため、その磁気特性を知らない人が多いのです。
鋳鉄には磁性を持つものと持たないものがあります。この記事では、鋳鉄とその磁性についてすべて説明しました。簡単に言うと、純粋な鋳鉄は常に磁性を持っています。ただし、炭素含有量が多いほど、磁性の挙動は弱くなります。この記事では、炭素含有量が多いと鋳鉄が非磁性になる理由について詳しく説明します。