引け巣の出ない鋳物合金の開発は可能でしょうか？

なぜ，溶湯は凝固すると引けるのでしょうか？溶湯（液相）から固体（固相）に凝固（変態）する際に，実用合金のほとんどは密度が大きくなりますから，質量が一定ならば収縮しなければなりません．よって，「引け巣の出ない鋳造合金」とは，「液相よりも固相の密度が小さい合金」と言い換えられます．これは物理現象なので，逆転は有り得ません．

鋳鉄の場合，密度が7.0から7.3g/cm3の溶湯から約2.0g/cm3の黒鉛が晶出するので，生成する黒鉛の量が多くなるほど，体積膨張をおこし，凝固収縮量は減少する性質があります．そして，炭素当量（CE)が4.3のねずみ鋳鉄の場合，計算上は凝固収縮率ゼロになりますので，「引け巣の出ない合金」に成り得ます．Aｌ-Si系合金の場合は，鋳鉄ほどではないけれども，約2.4g/cm3の溶湯から約2.3g/cm3のSiが晶出するので，他の合金系よりは凝固収縮率が小さくなり，Al-25%Siでほぼ収縮率ゼロになります．

　ちなみに純Siは，融点における液相の密度が2.5g/cm3に対して，固相は2.3g/cm3という，少々変わった物質です．この様な例として他には，Bi，Geなどがあり，水もこの類です．

ところで，液相に溶けていたガス成分を凝固時に気泡で発現させると，見かけの引けがなくなる，という裏技？があります．例えばAl合金溶湯にわざと水素を溶け込ませて鋳造すると，製品中に気泡が発生し，「膨らます」ことで，有害な外引けや内引けを回避することができます．ただし，これはあくまでも「見かけの引け」防止対策なので，鋳物中に気泡が認められなければ使えません．また，強固な金枠内に薄い強固な鋳型を造型すると(例えば，メタルバックシェルモールド），鋳型の膨張で鋳物空間の体積が減少し，見掛け上，引けが減少することも報告されています．これは，鋳型の方に仕掛けがあるので，引け巣の出ない合金ではないですが．

以上，結論として，工業製品としての鋳物は，強度など要求される特性とコストから合金が選択されるのだから，ここで示してきた理屈を駆使しても，世の中のニーズを満たして「引け巣なし」を達成する合金の開発は極めて困難と考えます．

（『鋳造工学』83巻9号掲載）