DE112013004929T5 - Precision casting mold and process for its production - Google Patents
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Abstract
Bereitgestellt wird eine Feingussform, die zur Herstellung eines Gussprodukts verwendet werden soll. Die Feingussform umfasst einen Kern, der eine Form aufweist, die einem inneren Hohlbereich des Gussprodukts entspricht, und eine Außenform, die einer Form einer äußeren Außenumfangsfläche des Gussprodukts entspricht, wobei die Außenform zusammengesetzt ist aus: einer Primärschicht (erster getrockneter Film) (101A), die auf einer inneren Außenumfangsfläche ausgebildet ist und aus einem Schlicker-Film gebildet ist, der durch Trocknen von Schlicker für die Feingussform, der monodispergierte, ultrafeine Zirkonoxid-Partikel mit einer Partikelgröße von 1,0 μm oder kleiner (vorzugsweise 0,3 bis 0,5 μm, wie in den Beispielen offenbart) beinhaltet, erhalten wird; und einer mehrlagigen Unterstützungsschicht (105A), die an der Außenseite der Primärschicht (erster getrockneter Film) (101A) durch wiederholtes Formen einer Unterstützungsschicht (zweiter getrockneter Film) (104-1), die durch Formen und Trocknen einer aus dem Schlicker für die Feingussform gebildeten Schlickerschicht (102) und einer Stuck-Schicht (103), in der ein Stuck-Material auf die Schlickerschicht aufgetragen ist, erhalten wird, gebildet ist.Provided is a precision casting mold, which is to be used for the production of a cast product. The investment casting mold comprises a core having a shape corresponding to an inner hollow portion of the cast product and an outer shape corresponding to a shape of an outer peripheral surface of the cast product, the outer shape being composed of: a primary layer (first dried film) (101A) formed on an inner peripheral surface formed of a slurry film formed by drying slip for the investment casting mold, the monodispersed ultrafine zirconia particles having a particle size of 1.0 μm or smaller (preferably 0.3 to 0 5 μm, as disclosed in the examples); and a multilayer backing layer (105A) formed on the outside of the primary layer (first dried film) (101A) by repeatedly forming a backing layer (second dried film) (104-1) by molding and drying one of the slurry for the investment casting mold formed slip layer (102) and a stucco layer (103) in which a stucco material is applied to the slurry layer is formed.
Description
Gebietarea
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Feingussform und ein Verfahren zu deren Herstellung.The present invention relates to a precision casting mold and a process for its production.
Stand der TechnikState of the art
Für die Herstellung von Gussprodukten mit hoher Präzision wird ein Feingieß- bzw. Präzisionsgießverfahren als Gießverfahren zur Herstellung eines Gussproduktes angewendet. Beim Feingießverfahren, wie es in der Patentliteratur 1 offenbart ist, wird Schlicker rund um ein Lost-Foam-Modell bzw. Modell zum Gießen mit verlorenem Schaum (Wachsmodell bzw. Wachsstruktur) aufgebracht, das dieselbe Form wie eine geformte Komponente aufweist, und dann wird daran eine erste Stuckschicht (Mehl- bzw. Staubschicht) aufgetragen und einer Trocknungsbehandlung unterzogen. Im Anschluss daran werden wiederholt drei Arbeitsgänge durchgeführt, namentlich das Aufbringen des Schlickers, das Auftragen des Stucks und das Trocknen; damit wird ein Modell zum Abdecken der Außenseite (Außenform) des Gussproduktes hergestellt.For the production of high precision castings, a precision casting method is used as a casting method for producing a cast product. In the investment casting method disclosed in
Die Feingussform wird dabei so gebildet, dass das Wachsmodell in einem Schlicker, der hauptsächlich ein Kieselsol umfasst, platziert, der Schlicker an der Oberfläche des Wachsmodells aufgetragen, und der Schlicker anschließend getrocknet wird.The investment casting mold is formed in such a way that the wax model is placed in a slurry, which mainly comprises a silica sol, and the slurry is applied to the surface of the wax model, and the slurry is then dried.
Da der in einem einzigen Arbeitsgang aufgetragene Schlicker wenig und dünn ist, wird der Arbeitsvorgang einige Male bis zu zehn Mal wiederholt durchgeführt, um die gewünschte Dicke zu erreichen. Zusätzlich werden grobe Partikel, die als Stuck-Material bezeichnet werden, eingestreut und auf die Oberfläche des Schlickers aufgebracht, um eine schnelle Trocknung durchzuführen, die Dicke rasch sicherzustellen, oder Trocknungssprünge zu verhindern. Aus diesem Grund sind in der Querschnittstruktur des Formwerkzeugs abwechselnd eine dichte Schicht und eine grobkörnige Schicht vorgesehen.Since the slip applied in a single operation is small and thin, the operation is repeated a few times up to ten times to achieve the desired thickness. In addition, coarse particles called stucco material are interspersed and applied to the surface of the slurry to perform rapid drying, to ensure the thickness rapidly, or to prevent drying cracks. For this reason, a dense layer and a coarse-grained layer are alternately provided in the cross-sectional structure of the mold.
Das Kieselsol ist beispielsweise eine Lösung, in der kugelförmige Siliziumoxid-Partikel mit einer Partikelgröße von etwa 20 nm dispergiert sind. Wenn die ultrafeinen Siliziumoxid-Partikel auf die Oberfläche relativ feiner Partikel (von mehreren Mikrometern bis zu höheren Mikrometerzahlen) und grobkörniger Partikel (Stuck) (mehrere hundert Mikrometer bis zu mehreren Millimetern), beispielsweise im Schlicker enthaltenes Zirkon oder Aluminiumoxid, während des Trocknens aufgetragen und durch die Trocknungs- und Wärmebehandlung fest miteinander verbunden werden, wird die Form des Formwerkzeugs und auch dessen Festigkeit bewahrt, so dass dieses als Formwerkzeug verwendet werden kann.The silica sol, for example, is a solution in which spherical silica particles having a particle size of about 20 nm are dispersed. When the ultrafine silica particles are applied to the surface of relatively fine particles (of several microns to higher microns) and coarse particles (several hundred microns to several millimeters), for example zirconium or alumina contained in the slurry, during drying and are firmly bonded together by the drying and heat treatment, the shape of the mold and also its strength is preserved, so that it can be used as a molding tool.
Zitierliste Patentliteratur:Citation list patent literature:
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Patentliteratur 1:
Japanische Patentanmeldung, offengelegt, Nr. 2001-18033 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-18033
ZusammenfassungSummary
Technisches ProblemTechnical problem
Es reicht indessen im allgemeinen aus, ein Formwerkzeug unter Verwendung des oben beschriebenen Kieselsols (Lösung, in der ultrafeine Siliziumoxid-Partikel dispergiert sind) herzustellen, doch ist es erforderlich, mit einem geschmolzenen Metall eine Kristallabscheidungsrichtung, beispielsweise bei der Produktion einer unidirektional verfestigten Schaufel, zu kontrollieren. Daraus folgt, dass sich eine Verweilzeit bei hoher Temperatur (beispielsweise etwa 1550°C) verlängert. In diesem Fall ergibt sich ein Problem, dass das als Bindemittel dienende Siliziumoxid aufgrund der aufrechterhaltenen hohen Temperatur erweicht, woraus eine Deformation des Formwerkzeugs folgt.However, it is generally enough to prepare a molding tool using the above-described silica sol (solution in which ultrafine silica particles are dispersed), but it is necessary to use a molten metal to have a crystal deposition direction, for example, in the production of a unidirectionally solidified blade. to control. It follows that a residence time at high temperature (for example, about 1550 ° C) is prolonged. In this case, there arises a problem that the silica serving as a binder softens because of the high temperature maintained, resulting in deformation of the mold.
Bei der hier aufgeführten Produktion der unidirektional verfestigten Schaufel wird die Schaufel allgemein so produziert, dass das Formwerkzeug in einen Vakuumofen platziert und auf eine Temperatur erhitzt und gehalten wird, die höher oder gleich der Temperatur eines Schmelzpunktes des geschmolzenen Metalls ist, woraufhin das geschmolzene Metall in das Formwerkzeug gegossen werden kann, und das Formwerkzeug aus dem Ofen genommen wird und auf das Hinziehen zu einer unteren Seite kontrolliert wird, so dass das geschmolzene Metall von der unteren Seite aus gekühlt und verfestigt wird.In the unidirectionally solidified blade production shown here, the blade is generally produced by placing the mold in a vacuum oven and heating and maintaining it at a temperature higher than or equal to the melting point temperature of the molten metal, whereupon the molten metal flows into the molten metal the mold can be cast, and the mold is taken out of the oven and controlled for being drawn to a lower side, so that the molten metal is cooled and solidified from the lower side.
Dementsprechend ist beispielsweise bei der Produktion der unidirektional verfestigten Schaufel ein Formwerkzeug erforderlich, das auch dann nicht deformiert wird, wenn es längere Zeit auf hoher Temperatur (beispielsweise bei etwa 1550°C) gehalten wird.Accordingly, for example, in the production of the unidirectionally solidified blade, a mold is required which is not deformed even if it is kept at a high temperature (for example, about 1550 ° C.) for a long time.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung des oben beschriebenen Problems ausgeführt, und ein Ziel derselben besteht darin, eine Feinguss- bzw. Präzisionsgussform bereitzustellen, die sich auch dann nicht verformt, wenn sie über einen längeren Zeitraum auf einer hohen Temperatur gehalten wird, wie beispielsweise bei der Produktion einer unidirektional verfestigten Schaufel, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.The present invention has been made in consideration of the above-described problem, and an object thereof is to provide a precision casting mold which does not deform even when kept at a high temperature for a long period of time, such as the production of a unidirectionally consolidated blade, and a method for its production.
Lösung des Problems the solution of the problem
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zur Lösung der oben genannten Probleme wird eine Feinguss- bzw. Präzisionsgussform bereitgestellt, die zur Herstellung eines Gussproduktes verwendet wird und Folgendes umfasst: einen Kern, der eine Form aufweist, die einem inneren Hohlabschnitt des Gussproduktes entspricht; und eine Außenform, die einer Form einer äußeren Außenumfangsfläche des Gussproduktes entspricht, wobei die Außenform zusammengesetzt ist aus: einer Primärschicht, die auf einer inneren Außenumfangsfläche ausgebildet ist und aus einem Schlickerfilm geformt ist, der durch Trocknen von Schlicker für die Feingussform, der monodispergierte, ultrafeine Zirkonoxid-Partikel mit einer Partikelgröße von 1,0 μm oder kleiner beinhaltet, erhalten wird; und einer mehrlagigen Unterstützungsschicht, die an der Außenseite der Primärschicht durch wiederholtes Formen einer Unterstützungsschicht, die durch Formen und Trocknen einer aus dem Schlicker für die Feingussform gebildeten Schlickerschicht und einer Stuck-Schicht, in der ein Stuck-Material auf die Schlickerschicht aufgetragen ist, erhalten wird, gebildet ist.According to a first aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems, there is provided a precision casting mold used for producing a cast product, comprising: a core having a shape corresponding to an inner hollow portion of the cast product; and an outer mold corresponding to a shape of an outer peripheral surface of the cast product, the outer mold being composed of: a primary layer formed on an inner peripheral surface formed of a slurry film prepared by drying slurry for the investment casting mold, which is monodispersed, ultrafine zirconia particles having a particle size of 1.0 μm or smaller is obtained; and a multilayer backing layer provided on the outside of the primary layer by repeatedly forming a backing layer formed by molding and drying a slurry layer formed from the slurry for the investment casting mold and a stucco layer in which a stucco material is coated on the slurry layer is, is formed.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Feingussform gemäß dem ersten Aspekt bereitgestellt, wobei der Schlicker für die Feingussform entweder Zirkon-Pulver oder Aluminiumoxid-Pulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 50 μm oder kleiner enthält, und das Stuck-Material entweder Zirkon-Stuckpartikel oder Aluminiumoxid-Stuckpartikel mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 0,5 mm oder größer ist.According to a second aspect of the present invention, there is provided the precision casting mold according to the first aspect, wherein the slurry for the investment casting mold contains either zircon powder or alumina powder having an average particle size of 50 μm or smaller, and the stucco material is either zirconia stucco particles or alumina stucco particles having an average particle size of 0.5 mm or larger.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Feingussform gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt bereitgestellt, wobei die Primärschicht die Stuck-Schicht aufweist, in der das Stuck-Material auf die aus dem Schlicker für die Feingussform gebildete Schlickerschicht aufgetragen ist.According to a third aspect of the present invention, the investment casting mold according to the first or second aspect is provided, wherein the primary layer comprises the stucco layer in which the stucco material is applied to the slurry layer formed from the slurry for the investment casting mold.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Feingussform bereitgestellt, die zur Herstellung eines Gussproduktes verwendet wird, wobei das Verfahren umfasst: einen ersten Filmbildungsprozess, in dem ein Feinguss-Wachsmodell in den Schlicker für die Feingussform, der monodispergierte, ultrafeine Zirkonoxid-Partikel mit einer Partikelgröße von 1,0 μm oder kleiner beinhaltet, getaucht bzw. aus diesem herausgezogen wird und anschließend eine Trocknungsbehandlung durchgeführt wird, wodurch auf einer Oberfläche des Wachsmodells eine aus einem Schlicker-Film gebildete Primärschicht gebildet wird; einen zweiten Filmbildungsprozess, in dem ein Stuck-Material auf eine Oberfläche des Schlickers gestreut wird, nachdem das mit der Primärschicht gebildete Wachsmodell in den Schlicker für die Feingussform eingetaucht und aus diesem herausgezogen worden ist, und anschließend eine Trocknungsbehandlung vorgenommen wird, wodurch eine Unterstützungsschicht gebildet wird; einen Formkörper-Bildungsprozess, in dem der zweite Filmbildungsprozess zur Bildung der Unterstützungsschicht mehr als einmal wiederholt wird, wodurch ein mit einer mehrlagigen Unterstützungsschicht ausgebildeter Formkörper erhalten wird; einen Wachsentfernungsprozess, in dem das Wachs des Wachsmodells geschmolzen und aus dem erhaltenen Formkörper entfernt wird; und einen Formbrennprozess, in dem der nach der Wachsentfernung erhaltene Formkörper einer Brennbehandlung unterzogen wird, wodurch ein Formwerkzeug erhalten wird.According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a precision casting mold used to make a cast product, the process comprising: a first film forming process in which a precision investment wax model is incorporated in the investment casting slip, the monodispersed, ultrafine Zirconia particles having a particle size of 1.0 μm or smaller are immersed, dipped and then subjected to a drying treatment, whereby a primary layer formed of a slurry film is formed on a surface of the wax pattern; a second film forming process in which a stucco material is scattered on a surface of the slurry after the wax pattern formed with the primary layer is dipped in and drawn out of the slurry for the investment casting mold, followed by a drying treatment, thereby forming a backing layer becomes; a molded body forming process in which the second film forming process for forming the backing layer is repeated more than once, thereby obtaining a molded article formed with a multilayer backing sheet; a wax removal process in which the wax of the wax model is melted and removed from the resulting molded body; and a mold firing process in which the molded body obtained after the wax removal is subjected to a firing treatment, thereby obtaining a molding die.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren zur Herstellung der Feingussform gemäß dem vierten Aspekt bereitgestellt, wobei ein Stuck-Material auf die aus dem Schlicker für die Feingussform gebildete Schlickerschicht aufgetragen wird, um eine Stuck-Schicht zu bilden, und wobei die Stuck-Schicht während des ersten Filmbildungsprozesses getrocknet wird.According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the method of manufacturing the investment casting die according to the fourth aspect, wherein a stucco material is applied to the slurry layer formed from the slurry for the investment casting to form a stucco layer, and the stucco Layer is dried during the first film-forming process.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung der Feingussform gemäß dem vierten oder fünften Aspekt bereitgestellt, wobei ein Dispergiermittel des Schlickers für die Feingussform Polycarbonsäuresalze sind.According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing the investment casting mold according to the fourth or fifth aspect, wherein a dispersant of the slurry for the investment casting mold is polycarboxylic acid salts.
Vorteilhafte Wirkungen der ErfindungAdvantageous Effects of the Invention
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ultrafeine Zirkonoxid-Partikel mit hoher Hitzebeständigkeit als Schlicker verwendet, wodurch sich die Möglichkeit ergibt, ein Formwerkzeug zu erhalten, das im Vergleich mit der Verwendung des herkömmlichen Kieselsols eine höhere Hitzebeständigkeit aufweist und nicht deformiert wird, wenn es über längere Zeit bei einer hohen Temperatur (z. B. 1550°C) gehalten wird, beispielsweise bei der Produktion einer unidirektional verfestigten Schaufel.According to the present invention, ultrafine zirconia particles having high heat resistance are used as the slurry, thereby providing a possibility of obtaining a molding tool which has higher heat resistance and is not deformed when used over a long period of time as compared with the conventional silica sol at a high temperature (eg, 1550 ° C), for example, in the production of a unidirectionally solidified blade.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben. Im übrigen ist die vorliegende Erfindung nicht auf die nachstehende Beschreibung beschränkt. Ferner umfassen die Komponenten in der nachstehenden Beschreibung jene, die von einschlägig bewanderten Fachpersonen leicht erfassbar sind, jene, die im wesentlichen mit diesen identisch sind, und jene in einem Geltungsbereich sogenannter Äquivalente.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Incidentally, the present invention is not limited to the following description. Further, in the following description, the components in the description below include those which are readily detectable by those skilled in the art, those which are substantially identical thereto, and those within a scope of so-called equivalents.
Wie in
Die feinen Zirkonoxid-Partikel (ultrafeine Zirkonoxid-Partikel) aus hochreinen, ultrafeinen Partikeln, die, beispielsweise unter Verwendung einer Kugelmühle als Dispergiermittel, einer Monodispersion unterzogen worden sind, werden dabei als Bindemittel verwendet, das den Schlicker in der vorliegenden Erfindung bildet.The zirconia fine particles (ultrafine zirconia particles) of ultrapure ultrafine particles which have been monodispersed using, for example, a ball mill as a dispersing agent are used as a binder which constitutes the slurry in the present invention.
Als feine Zirkonoxid-Partikel kann Yttriumstabilisiertes Zirkonoxid (YSZ) verwendet werden.Yttrium-stabilized zirconia (YSZ) can be used as fine zirconia particles.
Der Ausdruck „Monodispersion”, wie er hierzu verwendet wird, bezeichnet einen Zustand, infolge einer Dispersionsbehandlung bei Bildung des Schlickers unter Verwendung von beispielsweise feinen Zirkonoxid-Partikeln mit einer Partikelgröße von etwa 0,5 μm auf 0,3 μm monodispergiert zu sein.The term "monodispersion" as used herein means a state of being monodispersed to 0.3 μm due to a dispersion treatment upon formation of the slurry using, for example, zirconia fine particles having a particle size of about 0.5 μm.
Die Partikelgröße der feinen Zirkonoxid-Partikel ist dabei 1,0 μm oder kleiner, und kann stärker bevorzugt im Bereich von 0,3 bis 0,6 μm liegen.The particle size of the zirconia fine particles is 1.0 μm or smaller, and more preferably, it may be in the range of 0.3 to 0.6 μm.
In der vorliegenden Erfindung liegt der Grund, dass die feinen Zirkonoxid-Partikel vorzugsweise eine Größe von 1,0 μm oder kleiner aufweisen, darin, dass die Ergebnisse einer Biegefestigkeitsprüfung unerwünscht sind, wenn die feinen Zirkonoxid-Partikel eine Größe von 1,0 μm überschreiten.In the present invention, the reason that the zirconia fine particles are preferably 1.0 μm or smaller in size is that the results of a flexural strength test are undesirable when the zirconia fine particles exceed 1.0 μm in size ,
Zirkonpulver (beispielsweise mit einer Größe von 350 Mesh) werden dem Bindemittel der monodispergierten, feinen Zirkonoxid-Partikel als Mehl bzw. Staub hinzugefügt, wodurch der Schlicker für die Feingussform erhalten wird.Zirconium powder (for example, having a size of 350 mesh) is added to the binder of the monodispersed zirconia fine particles as a flour or dust, thereby obtaining the slurry for the investment casting mold.
In der vorliegenden Erfindung kann auch ein Fall, in dem das Mehl bzw. der Staub nicht hinzugefügt wird, akzeptabel sein. Also, in the present invention, a case where the flour or dust is not added may be acceptable.
Hier werden Polycarbonsäuresalze (beispielsweise Ammoniumsalze) dazu verwendet, als Dispergiermittel monodispergiert zu werden.Here, polycarboxylic acid salts (for example, ammonium salts) are used to be monodispersed as a dispersant.
Zudem kann eine Kugelmühle, die beispielsweise Kugeln mit einem Durchmesser von 10 bis 20 mm benutzt, als Beispiel für ein Dispergiermittel aufgeführt werden; jedoch ist das Dispergiermittel nicht hierauf beschränkt, solange es sich um ein Mittel handelt, welches monodispergiert.In addition, a ball mill using, for example, balls having a diameter of 10 to 20 mm can be listed as an example of a dispersant; however, the dispersant is not limited thereto as long as it is an agent which is monodispersed.
In der vorliegenden Erfindung ist es von Bedeutung, durch Monodispergieren der feinen Zirkonoxid-Partikel, welche als Bindemittel dienen, einen guten Schlicker zu erhalten.In the present invention, it is important to obtain a good slip by monodispersing the zirconia fine particles serving as a binder.
Es ist erforderlich, dass das Monodispergieren so durchgeführt wird, dass die Partikelgrößenverteilung eng ist, und vorzugsweise wird das Dispergieren, wie in
Zudem wird das Dispergieren, wie in
Die Partikelgrößenverteilung wurde hierin unter Verwendung der nachstehend genannten Vorrichtung gemessen.The particle size distribution was measured herein using the apparatus below.
Eine Partikelgrößenverteilungs-Messvorrichtung vom Laserstreuungs-/beugungstyp ”CILAS 850B” wurde verwendet, hergestellt von Aishin Nano Technologies, Co., Ltd..A laser scattering / diffraction type particle size distribution measuring apparatus "CILAS 850B" was used, manufactured by Aishin Nano Technologies, Co., Ltd.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung der Feingussform unter Bezugnahme auf die
(Erster Filmbildungsprozess)(First film-making process)
Zunächst wird im ersten Filmbildungsprozess ein Wachsmodell
In
(Zweiter Filmbildungsprozess)(Second film-making process)
Als nächstes wird das Wachsmodell
(Prozess zur Bildung des Formkörpers)(Process for Forming the Shaped Body)
Der gleiche Arbeitsschritt wie der zweite Filmbildungsprozess zur Bildung der ersten Unterstützungsschicht
Der getrocknete Formkörper wird beispielsweise in einen Autoklav bei 150°C gestellt, so dass das Wachs, welches das Wachsmodell
Danach wird das Modell bei 1000°C einer Wärmebehandlung unterzogen, wodurch die Feingussform erhalten wird.Thereafter, the model is subjected to a heat treatment at 1000 ° C, whereby the investment casting mold is obtained.
Die erhaltene Feingussform wurde selbst in einem Festigkeitstest bei 1500°C nicht deformiert, wie in einem unten zu beschreibenden Testbeispiel gezeigt ist, das eine hohe Festigkeit aufwies. Demgegenüber wurde im Falle einer Verwendung des herkömmlichen Kieselsols ein Aufweichungsverhalten bestätigt.The obtained investment mold was not deformed even in a strength test at 1500 ° C, as shown in a test example to be described below, which had high strength. In contrast, in the case of using the conventional silica sol, a softening behavior was confirmed.
Zudem kann, wie in
Wie in der Primärschicht
Obwohl in der vorliegenden Erfindung Zirkonpulver als Mehl bzw. Staub verwendet wurden, besteht die Möglichkeit, die gleiche Feingussform auch bei Verwendung von Aluminiumoxid-Pulvern anstelle von Zirkonpulvern als Mehl, und von Aluminiumoxid-Stuck-Partikeln anstelle der Zirkon-Stuck-Partikel als Stuck-Material zu erhalten.Although zirconia powder was used as a flour or dust in the present invention, it is possible to use the same investment casting mold even when using alumina powders instead of zircon powders as flour, and alumina stucco particles instead of the zirconia stucco particles as stucco To get material.
Zudem ist das Verhältnis zwischen dem Mehl bzw. Staub und dem Stuck-Material nicht beschränkt; vielmehr können sowohl die Zirkon-Pulver als auch die Aluminiumoxid-Pulver als Mehl und sowohl die Zirkon-Stuck-Partikel als auch die Aluminiumoxid-Stuck-Partikel als Stuck-Material verwendet werden.In addition, the ratio between the flour or dust and the stucco material is not limited; Rather, both the zirconium powders and the alumina powders may be used as the flour and both the zirconium stucco particles and the alumina stucco particles may be used as the stucco material.
Obwohl die Partikelgröße des Mehls 350 Mesh beträgt, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern nutzt vorzugsweise Partikel von beispielsweise etwa 5 bis 80 μm und Partikel mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von beispielsweise 50 μm oder kleiner.Although the particle size of the flour is 350 mesh, the present invention is not limited thereto but preferably uses particles of, for example, about 5 to 80 μm and particles having an average particle size of, for example, 50 μm or smaller.
Obwohl die Partikelgröße der Stuck-Partikel 0,8 mm beträgt, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern nutzt vorzugsweise Partikel von beispielsweise etwa 0,4 mm bis 2 mm und Partikel mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von beispielsweise 0,5 mm oder größer.Although the particle size of the stucco particles is 0.8 mm, the present invention is not limited thereto, but preferably uses particles of, for example, about 0.4 mm to 2 mm and particles having an average particle size of, for example, 0.5 mm or larger.
Nachstehend wird ein Gießverfahren unter Verwendung der Feingussform gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.Hereinafter, a casting method using the investment casting mold according to the present invention will be described.
Das in Schritt S1 auszuführende Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs der vorliegenden Ausführungsform wird nachstehend unter Bezugnahme auf die
In dem Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs wird ein Kern hergestellt (Schritt S12). Die Form des Kerns entspricht einem Innenhohlraum eines mit dem Formwerkzeug zu produzierenden Gussprodukts. Das bedeutet, dass der Kern in einem dem Innenhohlraum des Gussprodukts entsprechenden Teil angeordnet wird und das Einfließen eines Metalls, welches ein Material für das Gussprodukt ist, während des Gießvorgangs verhindert. Nachstehend wird ein Prozess zur Herstellung des Kerns unter Bezugnahme auf
In dem Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs wird, nachdem der Kern
In dem Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs wird nach der Herstellung des äußeren Metallformwerkzeugs ein Wachsmodell hergestellt (Schritt S16). Die nachstehende Beschreibung erfolgt unter Bezugnahme auf
In dem Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs wird nach der Herstellung des Wachsmodells
Der in Schritt S18 aufgetragene Schlicker ist ein Schlicker, der direkt auf das Wachsmodell
In dem Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs, wie es in
Ein Prozess zur Bestimmung, ob der gleiche Arbeitsvorgang wie der Bildungsprozess der ersten Unterstützungsschicht (zweiter getrockneter Film)
In dem Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs wird der getrocknete Formkörper
In dem Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs wird, wenn das geschmolzene Wachs
Das Gießverfahren wird weiterhin unter Bezugnahme auf die
In dem Gießverfahren wird das geschmolzene Metall, nachdem das Formwerkzeug vorgewärmt worden ist, eingegossen (Schritt S3). Wie in Schritt S140 von
In dem Gießverfahren wird die Außenform
Nachdem die Außenform
In dem Gießverfahren wird nach Durchführung der Kernentfernungsbehandlung eine Endbehandlung durchgeführt (Schritt S6). Die Endbehandlung wird dabei an der Oberfläche oder im Inneren des Gussprodukts
In dem Gießverfahren der vorliegenden Ausführungsform, wie es oben beschrieben ist, wird das Formwerkzeug mittels eines Wachsausschmelzverfahrens unter Verwendung von Wachs hergestellt, wodurch das Gussprodukt hergestellt wird. In dem Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs, dem Gießverfahren und dem Formwerkzeug der vorliegenden Ausführungsform wird die Außenform mit der Mehrlagenstruktur, bei der es sich um die Außenseite des Formwerkzeugs handelt, derart gebildet, dass die Primärschicht (erster getrockneter Film als erste Schicht)
Zusätzlich kann, wie oben beschrieben ist, die Primärschicht die Primärschicht
(Beispiel 1)(Example 1)
Das Verfahren zur Herstellung des Formwerkzeugs und das Gießverfahren der vorliegenden Ausführungsform werden nachstehend anhand von Beispielen beschrieben. In den nachstehenden Beispielen war ein vorderes Wachsmodell, das mit einer Außenform gebildet wurde, ein Element mit einer Breite von 30 mm, einer Dicke von 8 mm und einer Länge von 300 mm, und wird eine aus einer Schlickerschicht und einer mehrlagigen Unterstützungsschicht aus Schlicker und einem Stuck-Material gebildete Primärschicht (erster getrockneter Film) im Wachsmodell ausgebildet, wodurch ein Formwerkzeug hergestellt wird.The method of manufacturing the molding die and the casting method of the present embodiment will be described below by way of examples. In the following examples, a front wax model formed with an outer mold was a member having a width of 30 mm, a thickness of 8 mm and a length of 300 mm, and is composed of a slurry layer and a multilayer support layer of slurry and formed a stucco material primary layer (first dried film) formed in a wax model, whereby a mold is produced.
Hochreine, ultrafeine Zirkonoxid-Partikel (mit einer spezifischen Oberfläche von 10 m2/g und einer Partikelgröße von etwa 0,3 μm) wurden mit einer Kugelmühle 24 Stunden lang unter Verwendung von Polycarbonsäuresalzen als Dispergiermittel geknetet und dadurch in eine Schlickerform gebracht, wodurch ein Zirkonoxid-Schlicker erhalten wurde. Die Feststoffkonzentration des erhaltenen Zirkonoxid-Schlickers beträgt 50 Gew.-%.High purity, ultrafine zirconia particles (having a specific surface area of 10 m 2 / g and a particle size of about 0.3 μm) were kneaded with a ball mill for 24 hours using polycarboxylic acid salts as a dispersant, thereby forming a slurry Zirconia slurry was obtained. The solids concentration of the resulting zirconia slurry is 50% by weight.
Es wurde bestätigt, dass die aus einer Dispersionsbehandlung resultierenden Zirkonoxid-Partikel im Zirkonoxid-Schlicker auf 0,3 μm monodispergiert waren.It was confirmed that the zirconia particles resulting from dispersion treatment in the zirconia slurry were monodispersed to 0.3 μm.
Zirkonpulver mit 350 Mesh wurden dem Zirkonoxid-Schlicker als Mehl bzw. Staub hinzugefügt, wodurch ein Schlicker für eine Feingussform gebildet wurde.350 mesh zircon powder was added to the zirconia slurry as a flour or dust, thereby forming a slurry for a precision casting mold.
Gleichzeitig wurden eine Silizium-basierte Substanz als Entschäumungsmittel in einer Menge von 0,01% und ein die Benetzbarkeit verbesserndes Mittel in einer Menge von 0,01% hinzugefügt, um einen gebrauchsfertigen Schlicker herzustellen.At the same time, a silicon-based substance as a defoaming agent in an amount of 0.01% and a wettability-improving agent in an amount of 0.01% were added to prepare a ready-to-use slurry.
Ein Wachskörper mit einer Breite von 30 mm, einer Dicke von 8 mm und einer Länge von 300 mm wurde hergestellt, nachdem der Wachskörper in den erhaltenen Schlicker eingetaucht und aus diesem herausgezogen wurde, wodurch der gebrauchsfertige Schlicker auf der Oberfläche des Wachses aufgetragen wurde; überschüssiger gebrauchsfertiger Schlicker abgeschüttelt wurde, und durch eine Trocknungsbehandlung eine Primärschicht (erster getrockneter Film) des Schlickers auf der Oberfläche des Wachskörpers erhalten wurde.A wax body having a width of 30 mm, a thickness of 8 mm and a length of 300 mm was prepared after the wax body was immersed in and pulled out of the resulting slurry, whereby the ready-to-use slurry was applied to the surface of the wax; excess ready-to-use slip was shaken off, and by a drying treatment, a primary layer (first dried film) of the slurry was obtained on the surface of the wax body.
Um einen zweiten getrockneten Film zu erhalten, wurde als nächstes der Wachskörper mit der Primärschicht in den gebrauchsfertigen Schlicker eingetaucht und dann aus diesen herausgezogen, und überschüssiger gebrauchsfertiger Schlicker wurde abgeschüttelt.Next, to obtain a second dried film, the wax body having the primary layer was dipped in the ready-to-use slurry and then pulled out therefrom, and excess ready-to-use slurry was shaken off.
Zirkon-Stuck-Partikel mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 0,8 mm wurden auf den feuchten Schlicker aufgetragen und dann getrocknet, so dass ein zweiter getrockneter Film (erste Unterstützungsschicht) gebildet wurde.Zircon stucco particles having an average particle size of 0.8 mm were applied to the wet slurry and then dried to form a second dried film (first backing layer).
Ein ähnlicher Arbeitsvorgang wie der Bildungsprozess für den zweiten getrockneten Film (erste Unterstützungsschicht) wurde sechsmal wiederholt, so dass ein Formkörper mit einer mehrlagigen Unterstützungsschicht mit einer Dicke von etwa 10 mm erhalten wurde.A similar operation as the second dried film formation process (first backing layer) was repeated six times to obtain a molded article having a multilayer backing layer having a thickness of about 10 mm.
Der erhaltene getrocknete Formkörper wurde in einen Autoklaven bei 150°C gestellt, so dass das Wachs geschmolzen und anschließend ausgeschieden wurde.The obtained dried molded article was placed in an autoclave at 150 ° C, so that the wax was melted and then precipitated.
Danach wurde das Wachsmodell einer Wärmebehandlung bei 1000°C unterzogen, wodurch das Formwerkzeug von Beispiel 1 erhalten wurde. Thereafter, the wax model was subjected to a heat treatment at 1000 ° C, whereby the molding tool of Example 1 was obtained.
(Vergleichsbeispiel)(Comparative Example)
Zu Vergleichszwecken wurde in einem ähnlichen Arbeitsvorgang wie im Beispiel gleichzeitig eine Versuchsproduktion eines Formwerkzeugs eines Vergleichsbeispiels unter Verwendung von Schlicker aus herkömmlichem Kieselsol (Lösung, in der kugelförmige Siliziumoxid-Partikel mit einer Partikelgröße von etwa 20 nm dispergiert waren) durchgeführt.For the purpose of comparison, in a similar operation as in the example, a trial production of a mold of a comparative example was conducted by using conventional silica sol slurry (solution in which spherical silica particles having a particle size of about 20 nm were dispersed).
(Test)(Test)
Ein Teststück zur Prüfung der Festigkeit mit einer Größe von 10 mm × 50 mm und einer Dicke von 5 mm wurde aus dem in Beispiel 1 erhaltenen Formwerkzeug und dem im Vergleichsbeispiel erhaltenen Formwerkzeug erzeugt, und wurde einem Hochtemperatur-Festigkeitstest unterzogen.A test piece for testing the strength having a size of 10 mm × 50 mm and a thickness of 5 mm was produced from the mold obtained in Example 1 and the mold obtained in Comparative Example, and was subjected to a high-temperature strength test.
In einem Festigkeitstest bei 1500°C wurde im Falle der Verwendung des herkömmlichen Kieselsols ein Erweichungsverhalten festgestellt.In a strength test at 1500 ° C, a softening behavior was observed in the case of using the conventional silica sol.
Zudem zeigte sich im Ergebnis, dass das Schneiden des Teststückes gemäß dem Vergleichsbeispiel nicht klar, sondern gebogen war.In addition, as a result, the cutting of the test piece according to the comparative example was not clear but bent.
Demgegenüber brach das Teststück unter Verwendung des Zirkonoxid-Schlickers (Zirkon-Partikel als Stuck-Material) gemäß dem vorliegenden Beispiel bei 100 MPa ohne Deformation.On the other hand, the test piece broke using the zirconia slip (zircon particle as a stucco material) according to the present example at 100 MPa without deformation.
Die Festigkeitsprüfung wurde dabei auf Grundlage von ”Bending strength of ceramics” (1981) gemäß JIS R 1601 durchgeführt.The strength test was carried out on the basis of "Bending strength of ceramics" (1981) according to JIS R 1601.
Aus diesem Testergebnis folgt, dass bei Verwendung eines Schlickers aus ultrafeinen Zirkonoxid-Partikeln (Schmelzpunkt: 2715°C) mit hoher Hitzebeständigkeit als Bindemittel und einem Stuck-Material aus Zirkon-Partikeln (Schmelzpunkt: 2715°C) anstelle von herkömmlichem Kieselsol ein Formwerkzeug erhalten werden kann, das eine erhöhte Hitzebeständigkeit aufweist und selbst dann nicht deformiert wird, wenn es bei der Produktion einer unidirektionalen, verfestigten Schaufel über lange Zeit auf einer hohen Temperatur (1550°C) gehalten wird.From this test result, when a slurry of ultrafine zirconia particles (melting point: 2715 ° C) having high heat resistance as a binder and a stucco material of zirconium particles (melting point: 2715 ° C) is used instead of conventional silica sol, a mold is obtained can be, which has an increased heat resistance and is not deformed even if it is kept at a high temperature (1550 ° C) for a long time in the production of a unidirectional, solidified blade.
(Beispiel 2)(Example 2)
Schlicker, der durch Zugabe von Aluminiumoxid-Pulvern mit 350 Mesh als Mehl anstelle der Zirkon-Pulver gemäß Beispiel 1 erhalten wurde, wurde als Schlicker für eine Feingussform verwendet.Slip obtained by adding 350 mesh alumina powders as flour instead of the zirconia powders of Example 1 was used as a slip for a precision casting mold.
Mit Ausnahme der Verwendung von Aluminiumoxid-Stuckpartikeln mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 0,8 mm als Stuck-Material wurde zudem ein Formwerkzeug des Beispiels 2 mittels eines ähnlichen Arbeitsgangs wie in Beispiel 1 erhalten.In addition, with the exception of the use of aluminum oxide stucco particles having an average particle size of 0.8 mm as a stucco material, a mold of Example 2 was obtained by a similar operation as in Example 1.
(Test)(Test)
Ein Teststück zur Prüfung der Festigkeit mit einer Größe von 10 mm × 50 mm und einer Dicke von 5 mm wurde aus dem in Beispiel 2 erhaltenen Formwerkzeug und dem im Vergleichsbeispiel erhaltenen Formwerkzeug erzeugt, und wurde einem ähnlichen Hochtemperatur-Festigkeitstest wie in Beispiel 1 unterzogen.A test piece for testing the strength having a size of 10 mm × 50 mm and a thickness of 5 mm was produced from the mold obtained in Example 2 and the mold obtained in Comparative Example, and was subjected to a similar high-temperature strength test as in Example 1.
Das Teststück, für das der Zirkonoxid-Schlicker (Aluminiumoxidpartikel als Stuck-Material) gemäß dem vorliegenden Beispiel verwendet wurde, brach bei 100 MPa ohne Deformation.The test piece for which the zirconia slurry (alumina particle as a stucco material) according to the present example was used broke at 100 MPa without deformation.
Aus diesem Testergebnis folgt, dass bei Verwendung eines Schlickers aus ultrafeinen Zirkonoxid-Partikeln (Schmelzpunkt: 2715°C) mit hoher Hitzebeständigkeit als Bindemittel und Aluminiumoxid-Partikeln (Schmelzpunkt: 2070°C) als Stuck-Material anstelle von herkömmlichem Kieselsol ein Formwerkzeug erhalten werden kann, das eine erhöhte Hitzebeständigkeit aufweist und selbst dann nicht deformiert wird, wenn es bei der Produktion einer unidirektional verfestigten Schaufel über lange Zeit auf einer hohen Temperatur (1550°C) gehalten wird.From this test result, when a slurry of ultrafine zirconia particles (melting point: 2715 ° C) having high heat resistance as a binder and alumina particles (melting point: 2070 ° C) is used as a stucco material instead of conventional silica sol, a mold is obtained can, which has an increased heat resistance and is not deformed even if it is kept at a high temperature (1550 ° C) for a long time in the production of a unidirectionally solidified blade.
Wenn also das Bindemittel der Schlicker ist, der durch Monodispergieren des Schlickers der ultrafeinen Zirkonoxid-Partikel mit hoher Hitzebeständigkeit erhalten wird, und das Stuck-Material die Zirkonpulver oder die Aluminiumoxid-Pulver ist, dann besteht im Vergleich zur Verwendung von herkömmlichem Kieselsol die Möglichkeit, ein Formwerkzeug zu erhalten, bei dem die Hitzebeständigkeit des erhaltenen Formwerkzeugs erhöht ist und das selbst dann nicht deformiert wird, wenn es bei der Produktion einer unidirektional verfestigten Schaufel über lange Zeit auf einer hohen Temperatur (1550°C) gehalten wird.Thus, if the binder is the slurry obtained by monodispersing the slurry of ultrafine zirconia particles having high heat resistance, and the stucco material is the zirconia powder or the alumina powder, then compared with the use of conventional silica sol, there is the possibility of to obtain a molding tool in which the heat resistance of the obtained molding die is increased and which is not deformed even when it is kept at a high temperature (1550 ° C) for a long time in the production of a unidirectionally solidified blade.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 12, 22a, 22b12, 22a, 22b
- MetallformwerkzeugMetal mold
- 12a12a
- Konvexer AbschnittConvex section
- 14, 2614, 26
- Pfeilarrow
- 1616
- Keramischer SchlickerCeramic slip
- 1818
- Kerncore
- 20, 7020, 70
- Brennofenkiln
- 24, 6424, 64
- Zwischenraumgap
- 2828
- Wachswax
- 3030
- Wachsmodellwax model
- 3232
- Angusssprue
- 4040
- SchlickerSchlicker
- 60, 9260, 92
- Autoklavautoclave
- 6161
- Außenformexternal form
- 61a61a
- Fragmentfragment
- 6262
- Aufgelöstes WachsDissolved wax
- 7272
- Formwerkzeugmold
- 8080
- Geschmolzenes MetallMolten metal
- 90, 10090, 100
- Gussproduktcasting product
- 9494
- Aufgelöster KernDissolved core
- 101A, 101B101A, 101B
- Primärschichtprimary layer
- 102102
- Schlickerschichtslip
- 103103
- Stuck-SchichtStucco layer
- 104-1104-1
- Erste UnterstützungsschichtFirst support layer
- 104-n104-n
- n-te Unterstützungsschichtnth support layer
- 105A, 105B105A, 105B
- Mehrlagige UnterstützungsschichtMultilayer support layer
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