鍛造ブランクと鋳造ブランクのどちらを選ぶかは、最初の歯を切るずっと前に決まる判断であり、その後すべての工程に対して強度、疲労寿命、検査容易性、単価の天井を静かに決めてしまう。同じ図面の二つの工作物が、いざ使い始めると別の部品のように振る舞うことがあるが、理由はほぼ常にブランクの作られ方にある。鍛造は中実のビレットをハンマーやプレスで塑性変形させ、内部の空隙を潰し、金属の流れを部品の輪郭に沿わせる。鋳造は溶鋼を型に流し込んでその場で凝固させ、凝固前沿が残した巣、偏析、介在物をそのまま凍結させる。どちらの路線にも正当な工学的居場所があり、正解は負荷の厳しさ、衝撃の有無、部品サイズ、形状の複雑さ、ロットサイズ、そして客が検査にいくら払うかによって変わる。本稿では、冶金学的な違い、非破壊検査が両者をどう読み分けるか、この線の両側に立つ代表鋼種二つ、コストのトレードオフ、そして購買が引合いに書き込むべき仕様を順に説明する。
冶金レベルでは二つの路線は同じ考えから出発するが、密度と結晶組織で即座に分岐する。鍛造品は連続鋳造のインゴットまたはビレットを起点とし、その時点ですでに中心線の巣、偏析、非金属介在物を含んでいる。鍛造プレスやハンマーはそのビレットを二方向または三方向に圧縮し、内部空隙を閉じ、鋳造デンドライト組織を壊し、鋼を型穴に沿って流動させる。結果として得られるのは、繊維状の鍛流線が部品の外形輪郭に沿って走る展伸材組織であり、流れ線は歯元の応力経路と平行になり、切削で分断されることがない。密度は理論値に近く、典型的に九十九パーセントを超え、正しく鍛造されたブランクの方向性靭性は、同じ公称化学成分の鋳造断面より明らかに優れる。一方、鋳造品は液体から凝固する。引け巣、ガス孔、スラグや砂の介在物、粒界偏析は、最後の溶鋼が固体に変わったその位置に凍結される。結晶粒は鋳放しの粗い樹枝状で、意図的な繊維は存在しない。密度は低く、厚肉断面での機械的性質は凝固を生き延びた欠陥に引きずられて低下する。だからこそ同じ化学成分規定でも、鋳造品で保証される強度と疲労限度は鍛造品より一段低くなる。
内部品質の違いはブランクが非破壊検査に回された瞬間に現れ、合否の論理も同じではない。鍛造品の超音波検査は、きれいで微細な粒状マトリックスを読み込み、層状きず、焼入れ時に開いた内部割れ、ウェブやボスの付け根に取り残された鍛造折り返しを探す。工業実務では、深さ区分ごとに許容される反射体の大きさと数で鍛造品を等級分けし、エコーの振幅は既知直径の平底穴と比較される。マトリックスが微細なためバックグラウンドノイズは低く保たれ、小さな反射体も分解できる。鋳造品では同じ探触子が、デンドライト組織そのものがミクロレベルで音を散乱させる粗い組織を見ており、ノイズ床を押し上げ、小さな指示を隠してしまう。鋳造品は代わりに引け巣、引け湯口、スラグ巻き込み、高温割れを評価対象とし、これらは個々の寸法は大きいが数は少ない。合否は通常、放射線または容積超音波の規格に基づき、応力の小さい領域ではより大きな局所指示を許容する。実務的には、同じ大きさなら鋳造品の方が鍛造品よりもキログラム当たりの外観・寸法・NDT受け入れ条件が厳しくなる。なぜなら鍛造プレスがすでに解決してくれた内部健全性を、鋳造では供給側が前提にできないからだ。磁粉探傷と浸透探傷は両者で表面開口欠陥を探し、鍛造品では折れ込みと焼割れを、鋳造品では湯境と砂巻き込みを見る。
二つの鋼種がこの工学的な分岐をきれいに示している。42CrMo4は調質鍛造品として納入され、高応力の歯輪、ピニオン、歯車軸の主力鋼種である。焼準、油焼入れ、焼戻しを経て、適切な断面寸法では引張強さ九百から千百メガパスカルの範囲に達し、良好な切欠き靭性と、肌焼きまたは高周波焼入れ歯形を支える疲労限度を持つ。衝撃荷重、正逆転頻繁、大きなピッチライン圧、薄肉の歯輪で巣一つが致命傷になるような箇所の既定選択肢だ。鋳造側では、DIN EN 10293 および ISO 3755 の鋳鋼規格群に収録される相当鋼種が、より低いながらも有用な強度を、鍛造すると不経済または不可能な厚肉断面に提供する。それは非常に大きな歯車、内部リブが複雑なリングギア、非対称ハウジング、あるいはボルト締めフランジや軽量化ポケットといった一体形状を多く持つブランクの標準回答だ。設計の経験則は単純で、歯元応力と接触面圧が材料許容値の上三分の一に入るか、衝撃が頻繁にあるなら 42CrMo4 の鍛造路線を選ぶ。歯車が大きく、形状がニアネットシェイプに近く、負荷が低中程度で、鍛造型のコストが回収できないなら、相当する鋳鋼を指定し、保証性能は下げてNDTを厳しくする。
コストのトレードオフは両路線の固定費と変動費の構造から生まれる。鍛造には閉塞鍛造型が必要で、その費用はロットで償却される。また、フランジ、穴、歯面に大きめの機械加工代を残す。なぜなら鍛放しの表面精度ではそのまま使えないからだ。典型的な閉塞鍛造歯車ブランクの材料歩留まりは約八十パーセントで、残りはスケール、バリ、切削除去分になる。鋳造には模型と場合によっては中子が必要で、これは鍛造型より安く、形状はニアネットシェイプで流し込めるため、加工代は薄く切粉量も少ない。板からリブやフランジを溶接しなければならないような大型で複雑なブランクでは、鋳造は除去重量と機械時間の両面で勝ることが多い。境界は経験的で、数百キログラム程度までの小さく丸い対称ブランクなら、標準型セットの鍛造は安く、型費の問題は消える。ブランクが大型、非対称、リブ付き、あるいは幾何学的に一意になると、閉塞鍛造型の固定費が単価を押し上げ、稼働サイクルが鍛造組織を要求しない限り鋳造路線が勝つ。ロットサイズは再び天秤を動かす。交換用ウインチの一個もの歯車は、鍛造の方が強くても鋳造で済ませることがよくある。一個に対する型費償却はどちらの方向にも効かないほど小さいからだ。
路線が決まったら、供給先への引合いには短い書面仕様を添え、届いたものが意図したものと一致するようにする。鋼種と適用規格を明記する。例えば鍛造なら 42CrMo4 を EN 10083 に、鋳造なら相当鋼種を EN 10293 に、といった形だ。要求する熱処理、受渡し状態、歯とハブの硬さ範囲を明記し、引張試験と衝撃試験の試験片を別付けのテストクーポンから切り出すか、ブランク自身の余長部分から切り出すかを書く。NDTの受け入れ条件を明記する。鍛造には規定反射体クラスの超音波、鋳造には規定グレードの放射線または容積超音波、加えて熱処理後のすべての加工面に磁粉または浸透検査を実施すること。図面の公差、マーキング要件、EN 10204 3.1 または同等のミルシートが必要かどうかも書く。最後にロットサイズと要求納期を書く。この二つの数字が、供給側が標準型、新規模型、あるいはフォールバックの溶接構造のどれを手に取るかを決める。この六項目で仕様化されたブランクは、供給側が正直に見積り、検査し、納期通りに届けられるものであり、受注後に冶金の議論を蒸し返さずに済む。