JP2004025308A

JP2004025308A - 溶融物充填によるインベストメント鋳造方法

Info

Publication number: JP2004025308A
Application number: JP2003163160A
Authority: JP
Inventors: Mark L Soderstrom; マーク　エル　ソダーストロム; Bart M Kilinski; バート　エム　キリンスキー; John R Brinegar; ジョン　アール　ブリネガー; Brad J Murphy; ブラッド　ジェイ　マーフィー
Original assignee: Howmet Research Corp
Current assignee: Howmet Corp
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2003-06-09
Publication date: 2004-01-29
Also published as: US20030024681A1; US6640877B2; EP1375033A1

Abstract

【課題】鋳型とコアの表面の充填状態を改良しかつ鋳造ボイドを減少させる、鋳型中の金属材料のインベストメント鋳造方法を提供する。
【解決手段】溶融金属材料が、最内部側に溶融金属材料と接する鋳型表面を形成する鋳型壁を通過するガスの透過性を減らす遮断壁を備えて作製される鋳型中に鋳込まれる。溶融金属材料は、周囲圧力より低い第１の圧力下で、重力により鋳造チャンバー内の炉中にある鋳型中に鋳込まれる。その後、鋳型中で凝固する鋳物中に存在する局所的なボイドを減少または消去するのに十分なほど急速に、第１の圧力より高いガス圧が鋳造チャンバー中に供給される。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鋳造方法に関し、より詳細には、鋳型とコアの表面の充填状態を改良しかつ鋳造ボイドを減少させる、鋳型中の金属材料のインベストメント鋳造方法に関する。
【０００２】
【関連の技術】
ガスタービンエンジン用ニッケル基超合金タービン動翼および静翼等の構成部品の製造において、従来、ガス透過性のシェル型を用いる方向性凝固インベストメント鋳造技術により、エンジンのタービン区画で発生する高温における機械的強度を向上させた単結晶または柱状結晶粒鋳物を作製していた。
【０００３】
現代の高推力ガスタービンエンジン用のタービン動翼および静翼の製造において、通路内の軸受台、撹拌器、回転静翼等の表面構成を含む複雑な内部冷却通路を有して動翼および静翼に所望の冷却を行うように通路を通る空気の流れを制御する内部冷却型動翼および静翼に対する、ガスタービン製造業者からの継続的な要求がある。これら小さな鋳造品の内部通路の表面構成は、一般に溶融物を鋳造するキャビティ中に複雑なセラミックコアを含むことにより形成される。小さな寸法の表面構成を有して軸受台、撹拌器、回転静翼、あるいはその他の内部鋳造表面構成を形成する複雑なコアの存在は、キャビティ中のコアの周りへ溶融物を充填することを、より困難にしかつより不安定にしがちである。濡れ性の良いセラミックを用いかつ鋳型での溶湯水頭圧を増加させることにより、そのような状況における鋳型充填性を改善し局部的なボイドを減らそうとする試みが行われてきた。
【０００４】
米国特許第５，５９２，９８４号には金属材料鋳造方法が記載されており、相対的な初期真空下にある鋳造炉中のガス透過性のシェル型中に溶融金属材料を注入し、鋳型が鋳造炉内にあるときに鋳型中に溶融金属材料鋳造物にガス圧を作用させて、鋳型充填性を改善し鋳物中の局所的なボイド領域を減少させている。この方法は、溶融金属材料と接するセラミックコア表面構成（すなわち、いわゆるコア表面における内部ボイド領域）における潜在的なボイド領域の充填を改良することに関してうまくいった。この方法は、溶融金属材料と接する鋳型表面構成（すなわち、いわゆる鋳型表面における外部ボイド領域）の充填においては、あまり効果がなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、鋳型とコアの表面の充填状態を改良しかつ鋳造ボイドを減少させる、鋳型中の金属材料のインベストメント鋳造方法を提供することである。
【発明の実施の形態】
本発明の１つの実施例において、溶融金属材料は、溶融金属材料と接して鋳型表面構成を形成する鋳型壁の外部と内部とのガス圧が等しくなるのを遅らせるのに有効なガス透過性に対する耐火遮断壁を備える鋳型中に、鋳込まれる。溶融金属材料は、第１の圧力下にある鋳造チャンバー内にある鋳型中に鋳込まれる。その後、鋳型中で凝固する鋳物中の局所的なボイドを減少または消滅させるのに十分なほど急速に、第１の圧力より高い圧力のガス圧が鋳造チャンバー中に供給される。
【０００６】
本発明の特別な実施例において、鋳型壁は、鋳型内に溶融金属がある場合、鋳型壁がその厚さ全体で実質的にガスを透過させないことにより、実質的にガスを透過させない耐火グレーズ遮断壁層を備える。遮断壁層は鋳型壁の外部と内部とのガス圧が等しくなるのを遅らせ、それにより溶融材料と接する鋳型およびコア表面構成での充填性を向上させる。例示的な耐火遮断壁層は、グレージングの前に、大部分がシリカと少量のアルミナおよびその他の酸化物から成るグレーズから構成される。
【０００７】
本発明の特別な実施例において、第１の圧力は、周囲以下の圧力（例えば、相対的な真空）または、周囲の圧力（例えば、大気圧）から構成することができる。高ガス圧は、加圧ガスを鋳造チャンバーに再充填することにより、鋳型中の溶融材料に実質的に作用する。好適には、ガス圧は、不活性ガスのような溶融物と実質的に反応しない加圧ガスから成る。
【０００８】
柱状結晶粒または単結晶鋳物を作製する本発明の別の特別な実施例において、複数のキャビティとガス透過性に対する遮断壁を有するインベストメント鋳型は、鋳造チャンバー中の冷却部材上に配置され、注入カップからそれぞれの通路を経由して各キャビティへ重力により流れてキャビティを充填しかつ単一方向に熱を取り去るために冷却部材に接触するように、溶融金属材料は鋳型に注入される。さらに、鋳型への注入後に、鋳造材料中に存在する局所的なボイド領域を減らすのに十分なほど急速に、高ガス圧を鋳型中の材料鋳物に作用させる。
【０００９】
本発明の上記優位性は、添付の図面と共になされる次の詳細な説明により、より容易に明らかとなるであろう。
【００１０】
本発明は特別な鋳造装置や単結晶鋳物の鋳造に限定されるものではないので、図１および図２を参照して、本発明の実施例を実施して複数の単結晶鋳物を作製する鋳造装置が、限定ではなく例示目的のためのみに示される。周囲以下の圧力、周囲圧力、またはその他の圧力下にある鋳造チャンバー中にある鋳型中に溶融金属材料を鋳造し、さらに材料を鋳型中に注入した後、鋳型内で凝固する鋳物中に存在する局所的なボイドを減少または消滅させるのに十分なほど急速に、高ガス圧を作用させることができる様々な種類の鋳造装置を用いて、本発明を実施することができる。本発明は、等軸金属鋳物および様々な金属および合金の単結晶、柱状結晶粒、または方向性共晶微細組織を有する方向凝固（ＤＳ）金属鋳物を作製するために実施される。
【００１１】
【実施例】
例示目的のためであり限定ではないが、鋳造装置は、単結晶またはＤＳ鋳物を作製する従来の方法により、セラミックインベストメントシェル型組立品１２が冷却部材（例えば、平板）１４上に配置された真空鋳造チャンバー１０を備える。冷却部材上の鋳型組立品は、最初鋳造炉２０中にある。鋳型組立品１２の一部は、図２により詳細に示されており、鋳型組立品１２の各キャビティ１６は、冷却部材と隣接する最下部または底部に開口を有するそれぞれの結晶粒成長キャビティ１６ａを経由して、冷却部材１４に連通している。鋳型組立品は、注入カップ３０を中心にして配置され、かつ、例えば図２および鋳型組立品の構成に関して本発明の一部を構成するものとしてその教示をここに援用する米国特許第３，７６３，９２６号に示すように、各充填通路３４を経由して注入カップ３０に直接連通する複数のキャビティ１６を備える。溶融金属材料は、注入カップ３０から通路３４を経由してキャビティ１６へ重力により流れる。冷却部材１４は、ニッケルまたはコバルト基超合金等の溶融金属材料で鋳型組立品が充填された後、鋳造炉２０から鋳型組立品を引き下げて、キャビティ中の金属材料を方向性凝固させる可動軸１７上に配置される。
【００１２】
炉２０は従来構造のものであり、一般にグラファイトスリーブから成る管状のサセプタ２２と、サセプタの周りに配置されてそれによりサセプタを加熱し次に溶融金属材料を充填する前の鋳型組立品１２を加熱する誘導コイル２４とを備える。熱シールド２６が冷却部材１４の周囲に近接するサセプタの下端に配置される。取外し可能な熱シールドカバー２８がサセプタ２２の頂部に配置され、鋳型組立品１２の上部の注入カップ３０に注入される溶融金属材料を収容する開口部を備える。
【００１３】
鋳型組立品の注入カップ３０は、溶融金属材料を重力により供給するための、各キャビティ１６と連通する充填通路３４と連通している。各成長キャビティにおいて冷却部材から上方へ伝搬する多くの結晶の１つが、そこから上の各キャビティ全域をさらに伝搬して、キャビティの形状と補い合う形状を有する単結晶鋳物を形成するために選択されるように、各成長キャビティ１６ａは、ピッグテールや螺旋通路のような結晶選択通路３８を経由して各キャビティ１６と連通している。
【００１４】
上記各キャビティは、キャビティ中で溶湯が凝固する際に溶湯圧や水頭圧ばかりでなく、キャビティへの溶湯源を設けて凝固中の収縮を吸収する上昇キャビティ３２である。柱状結晶粒鋳物の作製においては、当業者には理解されるように、結晶選択通路３８が各キャビティの下から省かれて、成長キャビティ１６ａをその下に残す。等軸鋳物の製造では、冷却部材１４またはキャビティの下の成長キャビティは用いない。
【００１５】
鋳型組立品１２は、通常、公知のロストワックス法により説明され形成される特徴を有するセラミックインベストメントシェル型組立品から成る。ロストワックス法では、鋳型組立品のワックスまたは他の一過性のパターンをセラミックスラリー（液状バインダー中のセラミック粉末）中に繰り返し浸漬し、余分のスラリーを流し切り、粗いセラミックスタッコをスタッコ処理し、乾燥してパターン上に所望のシェル型壁厚さを形成する。その後、パターンを埋没されたシェル型から取り除き、シェル型を高温で焼成して鋳造に必要な鋳型強度を得る。このようなロストワックス法により形成された各シェル型キャビティ１６の鋳型壁Ｗは、通常鋳型焼成処理により粒子間焼結されて互いに結合した粒子で微細なセラミック粒子および粗いセラミック粒子が交互に積層された多層構造を有する。鋳型壁Ｗは、通常６．３ミリ〜１９．１ミリ（１／４インチ〜３／４インチ）の厚さがあり、特に鋳型壁の厚さを横切る方向にガスの圧力差がある場合、パターン除去後ガスに対して透過性がある。各キャビティ１６の鋳型壁Ｗは、最内部表面または最内部側に、キャビティ１６中で鋳造され凝固される溶融金属材料と接触して形状を作る内側鋳型表面Ｓを形成する。内側鋳型表面Ｓの形状は、よく知られているように、作製される鋳物の一過性パターンの形状により与えられる。各キャビティ１６を形成する鋳型表面Ｓは、各キャビティ中で凝固する鋳物の外側表面を形成する。鋳物が内部通路等を有して作成される場合、各キャビティ１６はその内部に、本発明の構成要素ではない、コアバンパー、中子押え、ピン、および、バンパー等のその他公知の手法により配置される従来のセラミックコア４５を有する。セラミックコア４５は、各キャビティ中で凝固する鋳物の内部表面を形成する。各セラミックコア４５は示さないが、セラミックコア４５が存在する場合には、よく知られているように鋳物がキャビティ１６中で凝固した後コアを取り去るためコアの一部に手が届くように、セラミックコア４５はキャビティ１６の外側に伸びている。
【００１６】
各キャビティ１６を形成する鋳型表面Ｓは、小さなサイズおよび溶融材料と鋳型表面間の表面張力効果の結果、溶融金属材料を充填することが難しい小さな寸法（サイズ）を有する表面構成を備える。本発明の一部を構成するものとしてその教示をここに援用する、ロストワックス法により作製された従来のガス透過性インベストメントシェル型組立品１２を用いる米国特許第５，５９２，９８４号の鋳造工程を実施することにより、特に発明者らは、図２中の鋳型表面Ｓ上の凹形状撹拌器Ｔのような、幅に対する高さの比が１．０以上を有する小さな寸法の鋳型表面構成は、溶融物で充填することが難しいということを発見した。幅に対する高さの比がさらに大きくなると、表面構成を充填することがさらに難しくなる。説明目的であり限定ではないが、０．１３〜０．５１ミリ（０．００５〜０．０２０インチ）の範囲の鋳型表面Ｓに垂直な寸法Ｄ１（高さ）、および０．７６ミリ（０．０３０インチ）以下の高さ寸法と直角な幅寸法Ｄ２を有する小さな表面構成は、充填が難しい。例えば、０．５１ミリ（０．０２０インチ）より小さい鋳型表面Ｓ上のＤ１とＤ２を有する凹形状の撹拌器は、従来のシェル型組立品１２を用いる上記特許の工程の実施により充填することはほとんどできなかった。
【００１７】
本発明の例示的な実施例に関して、鋳型組立品１２、またはキャビティ１６を形成する鋳型組立品１２の部分は、溶融金属材料と接する鋳型表面Ｓを形成する鋳型壁Ｗを通過するガスの透過性に対して耐火遮断壁ＣＧを備える。耐火遮断壁は、鋳型壁の全厚さに対して実質的にガスが透過できないようにして、それにより鋳型壁Ｗの内部と外部との間のガス圧が等しくなるのを遅らせる。
【００１８】
ガス透過性に対する耐火遮断壁は、鋳型中の金属がまだ溶融状態にある間鋳造の限界時間において鋳型のガス透過性を減少させるように、スラリー層およびスタッコ層の積層構成による通常の鋳型製造のすべての段階において、すなわち、グリーンシェル型を乾燥させた後、パターン除去作業中、あるいは鋳型焼成後においても、また鋳造準備中の鋳型予備加熱中においても、鋳型壁中または鋳型壁上に形成することができる。耐火遮断壁は、鋳型壁中の耐火層、図２中の鋳型壁の外面上の耐火層またはコーティング、あるいは鋳型壁Ｗを最低限のガス透過性またはガス透過性をなくすようにする適切な方法により緻密にした鋳型壁区画から成る。
【００１９】
耐火コーティングは、例示目的のみのためであるが、その組立に用いられるセラミック鋳型材料（セラミック粉末とスタッコ）に依存して選択される組成を有する耐火グレーズから成る。グレーズ材料は、鋳型壁Ｗ中に組み入れられるように鋳型組立中に中間スラリー層として、鋳型壁Ｗ中に組み入れられるように鋳型組立中に最終スラリー層として、あるいは鋳型組立品の外側表面をグレーズ材料中に浸漬したまたはグレーズ材料をコーティングした鋳型壁の外面上のコーティング層として、塗布される。グレーズ材料は、一過性パターンがシェル型から取り除かれる前または後に塗布することができる。パターンを取り除く前にグレーズ材料を塗布する場合は、グレーズ材料は透過性があり、グレーズ材料がグレーズ作用を起こすように加熱される前にシェル型からパターンを取り除くことができる。鋳型組立品１２は作製された後、個々の加熱ステップにおいて、または鋳造チャンバー１０の内側または外側で行われる従来の鋳造に先立つ鋳型組立品の予備加熱中に、適当なグレーズ温度に加熱され、さらに溶融金属材料をその中で鋳造するために適切な高温にまで鋳型組立品が加熱される。要望により、鋳型組立品の温度は、鋳造される特定の金属または合金に依存するその後の鋳造のために、グレーズ温度よりも下げることができる。シェル型壁Ｗ上または中に形成されるグレーズ層ＣＧは、通常ガスを透過させないか、少なくともガス透過性を減少させる性質を示す。鋳型組立品の一般的なグレーズ層の厚さは、０．１５ミリ〜０．２０ミリ（０．００６インチ〜０．００８インチ）である。　本発明は、鋳型壁Ｗのガス透過性を減少させるものとして、グレージングに限定しない。他のコーティング材料および／または鋳型壁ガス透過性を減少させる鋳型組立技術を、鋳物の鋳型表面Ｓにおけるボイド領域を減少または消滅させるように、ガス透過性を減少させて鋳型壁Ｗを横切るガス圧力が等しくなるのを停滞または遅延させる本発明を実施するために用いることができる。例えば、鋳型組立品は、１つ以上のシェル型壁層中に焼結剤または融剤を含んでセラミック微粒子をより良好に結合させることにより、１つ以上のスラリー中に適切なサイズの耐火粒子を選ぶことにより、および／またはガス透過性を減少させるためにシェル型壁中に固体または液体の耐火物を堆積させることにより、ガス透過性を減少させた壁構造を有するように組立てることができる。
【００２０】
図１の装置を用いる本発明の実施例の実践において、真空鋳造チャンバー１０は、最初に、真空ポンプ５０により５ミクロン（０．００５Ｔｏｒｒ）以下の真空レベル（周囲以下の圧力）に排気される。キャビティ１６も、鋳型組立品１２がチャンバー１０中に配置される結果として、同様に排気される。また、溶融金属材料を注入する前に、鋳型組立品１２はサセプタ２２の周りに配置された誘導コイル２４への付勢により高温の鋳造温度（例えば、ニッケル基超合金では１５４０℃（２８００（Ｆ））に予備加熱される。鋳型予備加熱温度は、鋳造される　金属または合金の種類に依存する。
【００２１】
溶融金属または合金は、従来の方法に従って、るつぼの周りの誘導コイル５６へ付勢して真空排気されたチャンバー１０中に配置されたるつぼ５４中の装入物ＣＨを溶解させることより実現される。別法として、るつぼ５４は、別の容器中で溶解してるつぼ５４に移し変えた、溶融装入物を保持してもよい。るつぼ５４中の溶融金属材料は、その融点より上の温度まで適切に過熱されて、公知の方法によりるつぼ５４を回転して注入カップ３０に注がれることにより、鋳型組立品１２中に注入される。過熱された金属材料は、充填通路３４を流れ落ちて各キャビティ１６に達し、さらに各成長キャビティ１６ａ中に至る。各上昇キャビティ３２および充填通路３４が、注入カップ３０中の材料レベルに対応するあるレベルまで満たされると、充填が終了する。
【００２２】
溶融材料が鋳型組立品１２中に注がれて充填され、上昇キャビティ３２と充填通路３４に入った後、真空チャンバー１０に、通常不活性ガス（例えば、アルゴンガス）または鋳型組立品中で溶融物と実質的に反応しない他のガスを、最初の真空レベル（最初の周囲以下の圧力）よりも高いガス圧まで再充填する。それにより相対的に高いガス圧が、立上りキャビティ３２中の溶融材料に作用し、その結果としてキャビティ１６中にある溶融材料に作用する。鋳型組立品に溶融材料を注入充填して、鋳型表面Ｓ、特に、表面Ｓ上の撹拌器Ｔのような小さな寸法の鋳型表面構成、およびキャビティ中に任意に配置されるセラミックコア４５上に存在する同様な小さな寸法の鋳型表面構成（図示せず）であり、そのような小さな寸法の鋳型および／またはコア表面構成が溶融材料と鋳型および／またはコア表面間の表面張力効果の結果として充填を難しくするものである小さな寸法の鋳型表面構成における、溶融材料中に存在する局所的なボイド領域を排除し潰した後、ガス圧は急速に上昇して十分に高い圧力レベルに達する。
【００２３】
加圧時間は、通常チャンバー１０中の圧力センサ（図示せず）をモニターして決める。圧力センサが安定した圧力値を示す場合には、通常約２秒にする。特に、ガスが鋳型壁Ｗを透過する結果として起きるガス圧がボイド領域と等しくなる前に、ガス圧が急速に上昇して鋳型および／またはコア表面構成における局所的なボイドを排除し潰す。作用するガス圧の程度または大きさは、通常、充填されるまたは溶融物と接する鋳型および／またはコア表面構成の寸法により決まる。キャビティ中の溶融物の方向性凝固を行うために炉２０から鋳型組立品１２を引き下げまたは取り去る前に、ガス加圧を行う。すなわち、溶融物を充填した鋳型組立品１２がまだ炉２０中にあり、単結晶鋳物を形成する方向性凝固を行うために炉から鋳型組立品を引き下げる前に、チャンバー１０のガス加圧を行う。
【００２４】
本発明の一部を構成するものとしてその教示をここに援用する米国特許第５，５９２，９８４号に記載されるように、アルゴンまたはその他のガスが圧力容器６２から真空チャンバー中に導入される。ガス圧は容器６２から、非常に高速（例えば、１秒未満）で完全に開く（または閉じる）ことができる電気的に駆動する高速作動ボール弁６４、およびチャンバー１０と連通する大きな口径（例えば、直径７６ミリ（３インチ））の銅または他の材料の管６５を経由して供給される。概略的に示され、かつ米国特許第５，５９２，９８４号に記載されるガス拡散器６７は、チャンバー１０への管６５の入口でチャンバー１０の頂部に固定されて、チャンバー１０に入るガスの速度を落とす。ガス拡散器の代わりに、この目的のために、例えば７６ミリ（３インチ）から１５２〜２０３ミリ（６〜８インチ）へと、管６５の直径を実質的に増加させることができる。
【００２５】
所定のアルゴン再充填圧が、図１の装置を用いるチャンバー１０へ急速に供給される。上昇キャビティ３２が充填されたことが観測されると、装置の作業員が電気の駆動ボタンを押すと高速動作弁６４が開き、通常０．５〜０．９気圧のアルゴン再充填圧は、例えば１秒をわずかに超える時間で装置を利用してチャンバー１０中にほぼ瞬間的に充填される。
【００２６】
チャンバー１０中の最終圧力は、最初の圧力と圧力容器６２の容積を制御することにより予め決まる。圧力容器６２は、圧力容器を開放して放出管６５中にガスを放出しチャンバー１０のガス圧を増加させる前に、遮断弁６１を経由するアルゴンまたは他のガス源６０からのガスにより充填される。ガス圧は、１分の何分の１から鋳型組立品１２が炉２０から完全に引き下ろされる時間までの時間範囲で、維持することができる。別法として、チャンバー１０を排気し鋳型充填した後、短期間（例えば、０．１〜３秒）でガス圧を急速に充填して、その後の鋳型引き下げの際に初期真空レベルに戻すことができる。
【００２７】
例示目的のためであり限定ではないが、シェル型組立品を、ジルコン粉末とアルミナスタッコを含み６．４ミリ（１／４インチ）の鋳型壁厚みを形成するセラミックスラリーを用いる、ロストワックス法により作製した。鋳型組立品は、鋳型表面に垂直な０．５１ミリ（０．０２０インチ）以下の高さ（Ｄ１）および０．７６ミリ（０．０３０インチ）以下の幅（Ｄ２）を持つ各キャビティ中の数百の撹拌器を有する伸びた棒状の試験サンプルを形成するキャビティを含んでいた。ロストワックス法を用いる鋳型製造において、セラミックグレーズ材料は最後のスラリー層として鋳型上に塗布された。パターンを除去した後、鋳型中に溶融金属を注入する前に通常の鋳型予備加熱ステップの一部として、鋳型を炉２０中において１５４０℃（２８００（Ｆ）で４５分間焼成した。耐火グレーズは、パ　ターン除去工程中にガスを透過させるように設計したが、１５４０℃（２８００（Ｆ）でガスを透過しないグレーズ層に溶融させた。耐火グレーズは以下の材料　により構成した。
【００２８】
グレーズ
カリウムアルミノケイ酸塩　　　　　　　　　　　　　４８ｇ
ＣａＣｏ_３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２０ｇ
カオリン（Ａｌ_２Ｏ_３／ＳｉＯ_２）　　　　　　　　　　１１１ｇ
Ｍｉｎｓｉｌ　５５０　シリカ（ＳｉＯ_２）　　　　　　２７８ｇ
ケイ酸ナトリウム　　　　　　　　　　　　　　　　　１５ｇ
水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１６０ｇ
ラテックス　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　４８ｇ
カリウムアルミノケイ酸塩（Ｃｕｓｔｅｒ　Ｆｅｌｄｓｐａｒ）は、Ｐａｃｅｒ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能である。ＣａＣｏ_３（ホワイチング）は、　Ｋｒａｆｔ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能である。カオリン（Ａｌ_２Ｏ_３／ＳｉＯ_２）は、Ｆｅｌｄｓｐａｒ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能である。Ｍｉｎｓｉｌ　５５０　シリカ（ＳｉＯ_２）は、Ｍｉｎｃｏ　Ｉｎｃ．から入手可能である。ケイ酸ナトリウムは、Ａｌｄｒｉｃｈ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏ．から入手可能である。ラテックスは６８０１０ラテックスであり、Ｒｅｉｃｈｈｏｌｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏ．から入手可能である。
【００２９】
過熱したニッケル基超合金を、真空排気したチャンバー１０内の鋳型組立品中に注入し、前述のように鋳型組立品を充填した。さらに、前述のように鋳型を充填した後、約１０ｐｏｕｎｄｓ　ａｂｓｏｌｕｔｅ、つまり絶対ｐｓｉ（０．６　気圧）のアルゴンガス圧を０．５秒以内にチャンバー中に作用させ、チャンバー１０を排気して元の真空レベルに戻す前に３〜６秒間持続させた。鋳型組立品から取出した鋳物は、同じ条件下であるが鋳型組立品上にグレーズコーティングがなく、１つの撹拌器も充填されなかった予備の試験とは対照的に、鋳型表面上にある０．５１ミリ（０．０２０インチ）高さのすべての撹拌器がニッケル基超合金により充填されていることが示された。
【００３０】
本発明はその特定の実施例に関して説明したが、特許請求の範囲に記載された本発明の精神と範囲に反することなく変更、変形等が可能であるので、本発明は実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を実施して柱状結晶粒または単結晶鋳物を作製する装置、および便宜上概略的に示す鋳型組立品の概略図である。
【図２】本発明の実施において有益なインベストメントシェル型の一部分の拡大図である。
【符号の説明】
１０　真空鋳造チャンバー
１２　鋳型組立品
１４　冷却部材
１６　キャビティ
２０　鋳造炉
２２　サセプタ
２４　誘導コイル
２６　熱シールド
２８　熱シールドカバー
３０　注入カップ
３２　上昇キャビティ
３４　充填通路
３８　結晶選択通路
４５　セラミックコア
５０　真空ポンプ
６０　ガス源
６１　遮断弁
６２　圧力容器
６５　放出管
Ｓ　　鋳型表面
Ｔ　　攪拌機
ＣＧ　耐火遮断壁
Ｗ　　鋳型壁

Claims

溶融金属と接する鋳型壁を有する鋳型を形成し、第１の圧力下で溶融金属材料を前記鋳型中に注入し、さらに鋳型中の前記材料に第１の圧力より高いガス圧を作用させることから成り、前記鋳型壁は前記鋳型壁の内部と外部間のガス圧が等しくなるのを遅らせるのに有効なガス透過性に対する耐火遮断壁を備える溶融金属材料の鋳造方法。
前記材料は、重力により注入カップから鋳型通路を経由してキャビティへ流れて前記キャビティを充填し、また前記キャビティが充填された後に、前記ガス圧は、前記鋳型壁においてキャビティ中に存在する局所的なボイド領域を減少させるのに十分なほど急速に作用する請求項１に記載の方法。
前記ガス圧は、前記キャビティが充填された後に、前記鋳型中に配置されるコアの表面において、キャビティ中に存在する局所的なボイド領域を減少させるのに十分なほど急速に作用する請求項１に記載の方法。
前記遮断壁は、前記鋳型壁を実質的にガスが透過しないようにする請求項１に記載の方法。
前記鋳型が鋳造炉中にあるとき前記キャビティを前記材料で充填した直後に、前記ガス圧は前記鋳型中の前記材料に作用する請求項１に記載の方法。
ガス圧は、溶融物と実質的に反応しない加圧ガスから成る請求項１に記載の方法。
ガスは、不活性ガスから成る請求項１に記載の方法。
前記耐火遮断壁は、ガスの透過率を減少させる耐火グレーズから成る請求項１に記載の方法。
前記鋳型壁は、幅に対する高さの比が１以上である表面構成を有する請求項１に記載の方法。
溶融金属と接するキャビティの鋳型表面を形成する鋳型壁を有するシェル型を形成し、重力により前記材料を注入カップから通路を経由して前記キャビティまで流して前記キャビティを充填することにより第１の圧力下で溶融金属材料を鋳造チャンバー内の前記鋳型中に注入し、さらに前記チャンバー中に第１の圧力より高いガス圧を作用させることから成り、前記鋳型壁は実質的にガスを透過させない溶融金属材料のインベストメント鋳造方法。
前記ガス圧は、前記キャビティが充填された後に、前記鋳型表面においてキャビティ中に存在する局所的なボイド領域を減少させるのに十分なほど急速に作用する請求項１０に記載の方法。
前記鋳型が鋳造炉中にあるとき、前記キャビティを前記材料で充填した直後に、前記ガス圧は前記鋳型中の前記材料に作用する請求項１０に記載の方法。
前記鋳型壁は、ガスの透過率を減少させる耐火グレーズから成る請求項１０に記載の方法。