JP2010279951A - Method for producing salt core for casting - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To consistently obtain the practical strength of a salt core for casting which is formed, in the die casting method, by melting salt of sodium or the like. <P>SOLUTION: First, a mixed salt is heated to produce a melt. Next, a mold for core molding is heated to within a temperature range of 0.52 to 0.7×Tm, wherein Tm represents the liquidus temperature of the mixed salt expressed as an absolute temperature (K). Then the melt is poured under pressure into the heated mold. The melt is hardened inside the mold to form the salt core for casting. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、水溶性を有する鋳造用塩中子の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a salt core for casting having water solubility.

アルミニウム合金ダイカストは、軽量高強度,高生産性,高寸法精度などの特徴のため自動車産業を中心に適用範囲が広がり、生産量は増加している。近年、より複雑な形状の部品への適応が求められている。例えば、内燃機関のシリンダブロックのような水冷用のウォータージャケットなどへの適用が求められている。しかしながら、このような中空構造や、アンダーカット形状を有する鋳造品の成形が困難であるという欠点がある。   Aluminum alloy die-casting is widely used mainly in the automobile industry due to features such as light weight, high strength, high productivity, and high dimensional accuracy, and its production volume is increasing. In recent years, there has been a demand for adaptation to parts having more complicated shapes. For example, application to a water jacket for water cooling such as a cylinder block of an internal combustion engine is required. However, there is a drawback that it is difficult to mold such a hollow structure or a cast product having an undercut shape.

このような中空構造や、アンダーカット形状の成形には、鋳造後に取り除くことができる崩壊性の中子が不可欠である。ただし、ダイカストによる鋳造で用いられる中子には、高速・高圧で射出される溶湯の衝撃に耐える高強度の中子が必要となる。具体的には、NADCA(The North American Die Casting Association)の推奨値であるゲート速度38.7m/s、あるいはNADCAのPQ2マニュアルに推奨される25.4m/sから40.6m/sの溶湯の衝撃に耐えることが重要となる(非特許文献1,2参照)。また、ブローホールに起因する断熱性中子の表面に発生しやすい鋳巣を潰すため、75Mpa以上の射出圧力に変形しないことが、ダイカスト用の中子に求められる条件となる。   A collapsible core that can be removed after casting is indispensable for forming such a hollow structure or undercut shape. However, the core used for die casting requires a high-strength core that can withstand the impact of the molten metal injected at high speed and high pressure. Specifically, the gate speed of 38.7 m / s, which is the recommended value of the NADCA (The North American Die Casting Association), or the molten metal of 25.4 m / s to 40.6 m / s recommended in the NADCA PQ2 manual. It is important to endure the impact (see Non-Patent Documents 1 and 2). Moreover, in order to crush the cast hole which is likely to be generated on the surface of the heat insulating core due to the blowhole, it is a condition required for the die casting core not to be deformed to an injection pressure of 75 Mpa or more.

しかし、よく知られているように、一般の砂中子では、強度と崩壊性は相反する特性であるため、バインダーの種類や量の調整による強度と崩壊性の最適化に重点が置かれている(非特許文献3,4参照)。   However, as is well known, in general sand cores, strength and disintegration are contradictory properties, so emphasis is placed on optimizing strength and disintegration by adjusting the type and amount of binder. (See Non-Patent Documents 3 and 4).

一方で、塩の適用も検討されつつある。塩は水溶性であり、高速高圧流水により容易に除去することが可能である。また、塩を用いた中子(塩中子)は、高強度化を行っても、著しく除去性を損なうことが少ない。これらのことにより、塩中子は、ダイカストプロセスへ適していると考えられる。ところで、塩は、セラミックスと同様の脆性を有する材料であり、高強度化には、高緻密化や結晶粒微細化などの組織制御が有効であることが知られている(特許文献5,6参照)。最近では、ムライトにより分散強化した塩中子の報告例がある(非特許文献7参照)。   On the other hand, the application of salt is also being studied. The salt is water-soluble and can be easily removed by high-speed high-pressure running water. In addition, a core (salt core) using a salt hardly deteriorates removability even when the strength is increased. For these reasons, the salt core is considered suitable for the die casting process. By the way, salt is a material having brittleness similar to that of ceramics, and it is known that structure control such as high densification and crystal grain refinement is effective for increasing strength (Patent Documents 5 and 6). reference). Recently, there is a report example of a salt core whose dispersion is strengthened by mullite (see Non-Patent Document 7).

また、発明者らは、塩中子のアルミニウムダイカストへの応用を目的に、溶融成形した塩の機械的性質と凝固組織等を系統的に研究してきた(非特許文献8〜12参照)。例えば、ホウ酸アルミニウムウィスカが、アルカリ塩化物を用いた塩中子の分散強化に有効であることを示している(非特許文献8参照)。また、アルカリ塩化物とアルカリ炭酸塩の混合塩がウィスカなどの強化材なしで、20−30MPaと非常に高い強度を示すことを明らかにした(非特許文献10参照)。また、計算状態図と凝固組織の比較から、KCl−NaCl−K2CO3−Na2CO3の多元系混合塩において、高強度材料となる条件を明らかにしている(非特許文献11参照)。これらの高強度混合塩は、重力鋳造法で作製してきたが、ダイカスト法により鋳造成形することにより、中子の寸法精度や生産効率の改善が期待できる。 In addition, the inventors have systematically studied the mechanical properties and solidification structure of the melt-formed salt for the purpose of applying the salt core to aluminum die casting (see Non-Patent Documents 8 to 12). For example, aluminum borate whiskers have been shown to be effective for strengthening dispersion of salt cores using alkali chlorides (see Non-Patent Document 8). In addition, it has been clarified that a mixed salt of alkali chloride and alkali carbonate exhibits a very high strength of 20-30 MPa without a reinforcing material such as whisker (see Non-Patent Document 10). In addition, from the comparison of the calculated phase diagram and the solidified structure, the conditions for becoming a high-strength material in the multicomponent mixed salt of KCl—NaCl—K 2 CO 3 —Na 2 CO 3 are clarified (see Non-Patent Document 11) . Although these high-strength mixed salts have been produced by the gravity casting method, improvement in the dimensional accuracy and production efficiency of the core can be expected by casting by the die casting method.

E.A.Herman NADCA Gating Die Casting Dies Pub.#E-514 (1996),29.E.A.Herman NADCA Gating Die Casting Dies Pub. # E-514 (1996), 29. J.Wronowicz, M.Cox and R.Fish NADCA PQ2 EC700 (July 2006), 8.J. Wronowicz, M. Cox and R. Fish NADCA PQ2 EC700 (July 2006), 8. T. Manabe, M. Nitta and M. Yaguchi: SOKEIZAI, 44(2003) 12, 26.T. Manabe, M. Nitta and M. Yaguchi: SOKEIZAI, 44 (2003) 12, 26. T. Komasaki, T. Miyamoto and M. Nitta: J. JFS, 78(2006), 533.T. Komasaki, T. Miyamoto and M. Nitta: J. JFS, 78 (2006), 533. H.G. Muller: Z. Physik, 96(1935), 321.H.G.Muller: Z. Physik, 96 (1935), 321. T. Sata: J. Ceram. Soc. Jpn, 107(1999), 166.T. Sata: J. Ceram. Soc. Jpn, 107 (1999), 166. C. Hayashi, T. Yamazaki, T. Ishikuro and A. Urakami: ALUTOPIA, 35(2006)6, 22.C. Hayashi, T. Yamazaki, T. Ishikuro and A. Urakami: ALUTOPIA, 35 (2006) 6, 22. J. Yaokawa, K. Anzai, Y. Yamada, H. Yoshii and H. Fukui: J. JFS, 76(2004), 823.J. Yaokawa, K. Anzai, Y. Yamada, H. Yoshii and H. Fukui: J. JFS, 76 (2004), 823. J. Yaokawa, T. Sawada, K. Anzai, Y. Yamada, H. Yoshii and H. Fukui: J. JFS, 78(2006), 59.J. Yaokawa, T. Sawada, K. Anzai, Y. Yamada, H. Yoshii and H. Fukui: J. JFS, 78 (2006), 59. J. Yaokawa, D. Miura, K. Anzai, Y. Yamada and H. Yoshii: J. JFS, 78(2006), 516.J. Yaokawa, D. Miura, K. Anzai, Y. Yamada and H. Yoshii: J. JFS, 78 (2006), 516. J. Yaokawa, D. Miura, K. Oikawa, K. Anzai, Y. Yamada and H. Yoshii: J. JFS, 79(2007), 184.J. Yaokawa, D. Miura, K. Oikawa, K. Anzai, Y. Yamada and H. Yoshii: J. JFS, 79 (2007), 184. Y.Yamada, J. Yaokawa, H. Yoshii, K. Anzai, Y. Noda, A. Fujiwara, T. Suzuki and H. Fukui: 20076584(JSAE).Y. Yamada, J. Yaokawa, H. Yoshii, K. Anzai, Y. Noda, A. Fujiwara, T. Suzuki and H. Fukui: 20076584 (JSAE). J. Yaokawa, K. Oikawa and K. Anzai: CALPHAD, 31(2007), 155.J. Yaokawa, K. Oikawa and K. Anzai: CALPHAD, 31 (2007), 155. R. Danzer, T. Lube, P. Supancic and R. Damani: Adv. Eng. Mater., 10(2008), 275.R. Danzer, T. Lube, P. Supancic and R. Damani: Adv. Eng. Mater., 10 (2008), 275. A.G. Evans and T.G. Langdon: Progress in Mater. Sci., 21(1976), 171.A.G.Evans and T.G.Langdon: Progress in Mater.Sci., 21 (1976), 171.

しかしながら、ダイカスト法により形成した塩中子は、強度にばらつきが多く、完全な実用化には至っていないという問題がある。   However, salt cores formed by the die casting method have a problem in that the strength varies widely and has not yet been fully put into practical use.

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ナトリウムなどの塩を溶融させてダイカスト法により成形する鋳造用塩中子の実用的な強度が、より安定して得られるようにすることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and the practical strength of a salt core for casting formed by a die casting method by melting a salt such as sodium is more stable. It aims to be obtained.

本発明に係る鋳造用塩中子の製造方法は、ナトリウムの塩を含む混合塩からなる溶融塩によって形成された鋳造用塩中子の製造方法において、混合塩を加熱して溶湯を形成する第1工程と、混合塩の液相線温度を絶対温度(K)でTmとすると、中子成形用の型を0.52×Tmより高く0.7×Tmより低い温度の範囲に加熱する第2工程と、加熱した型に溶湯を圧入する第3工程と、型の内部で溶湯を凝固させて鋳造用塩中子を成形する第4工程とを少なくとも備える。   The method for producing a casting salt core according to the present invention is a method for producing a casting salt core formed by a molten salt comprising a mixed salt containing a sodium salt, wherein the molten salt is formed by heating the mixed salt. When the liquidus temperature of the mixed salt is Tm in absolute temperature (K), the core molding die is heated to a temperature range higher than 0.52 × Tm and lower than 0.7 × Tm. 2 steps, a third step of pressing the molten metal into the heated mold, and a fourth step of solidifying the molten metal inside the mold to form a casting salt core.

上記鋳造用塩中子の製造方法において、型は、225℃〜250℃の温度範囲に加熱すればよい。
また、混合塩は、Na+:K+=70mol%:30mol%、Cl-:CO3-=46.2mol%:53.8mol%の組成とされているとよい。
In the above method for producing a casting salt core, the mold may be heated to a temperature range of 225 ° C to 250 ° C.
The mixed salt may have a composition of Na +: K + = 70 mol%: 30 mol%, Cl −: CO 3 = 46.2 mol%: 53.8 mol%.

以上説明したように、本発明によれば、混合塩の液相線温度を絶対温度(K)でTmとすると、中子成形用の型を0.52×Tmより高く0.7×Tmより低い温度の範囲に加熱し、この加熱した型に混合塩の溶湯を圧入するようにしたので、ナトリウムなどの塩を溶融させて成形する塩のダイカスト法による鋳造品よりなる水溶性を有する鋳造用塩中子の実用的な強度が、より安定して得られるようになる。   As described above, according to the present invention, when the liquidus temperature of the mixed salt is Tm in absolute temperature (K), the core molding die is higher than 0.52 × Tm and higher than 0.7 × Tm. Because it is heated to a low temperature range, and molten salt of mixed salt is press-fitted into this heated mold, it is for water-soluble casting made of a cast product of a salt die casting method that melts a salt such as sodium. The practical strength of the salt core can be obtained more stably.

本発明の実施の形態における鋳造用塩中子の製造方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the manufacturing method of the salt core for casting in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における実験で作製した試験片を得るための成形品の状態を示す写真である。It is a photograph which shows the state of the molded article for obtaining the test piece produced in the experiment in embodiment of this invention. ダイカストプロセス中のランナー部および試験片部における典型的な圧力変化の1例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows an example of the typical pressure change in the runner part and test piece part in a die-casting process. 本発明の実施の形態における実験で作製した試験片の形状を示す構成図である。It is a block diagram which shows the shape of the test piece produced in the experiment in embodiment of this invention. 平均曲げ強度と型温度との関係を示す相関図である。It is a correlation diagram which shows the relationship between average bending strength and type | mold temperature. 型温度が175℃と250℃の試料の平均曲げ強度を射出圧力に対してプロットした特性図である。It is the characteristic view which plotted the average bending strength of the sample whose type | mold temperature is 175 degreeC and 250 degreeC with respect to the injection pressure. 試験片の硬さと型温度との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the hardness of a test piece, and type | mold temperature. 染色浸透探傷法により試験片の表面欠陥を目視観察した結果である。It is the result of having visually observed the surface defect of the test piece by the dyeing | penetration flaw detection method. 試験片底部表面のSEM像を示す写真である。It is a photograph which shows the SEM image of a test piece bottom part surface. 長手方向に垂直な断面の試料表面付近および内部中心付近のSEM像を示す写真である。It is a photograph which shows the SEM image of sample surface vicinity and internal center vicinity of a cross section perpendicular | vertical to a longitudinal direction. 本実施の形態の試料の曲げ試験における累積破壊確率と曲げ応力の関係を示すワイブルプロットである。It is a Weibull plot which shows the relationship between the cumulative fracture probability and the bending stress in the bending test of the sample of this Embodiment. アルミニウム合金ダイカスト製クローズドデッキ型シリンダーブロックの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the aluminum alloy die-casting closed deck type | mold cylinder block. 各試料の平均抗折強度とワイブル係数との関係を示す相関図である。It is a correlation diagram which shows the relationship between the average bending strength of each sample, and a Weibull coefficient. 染色浸透探傷法により組成Aの試験片の表面欠陥を目視観察した結果を示す写真である。It is a photograph which shows the result of having observed the surface defect of the test piece of the composition A visually by the dyeing | penetration flaw detection method. 染色浸透探傷法により組成Bの試験片の表面欠陥を目視観察した結果を示す写真である。It is a photograph which shows the result of having observed the surface defect of the test piece of the composition B by the dyeing | penetration penetration flaw detection method visually. 染色浸透探傷法により組成Cの試験片の表面欠陥を目視観察した結果を示す写真である。It is a photograph which shows the result of having visually observed the surface defect of the test piece of the composition C by the dyeing | penetration flaw detection method. 染色浸透探傷法により組成Dの試験片の表面欠陥を目視観察した結果を示す写真である。It is a photograph which shows the result of having observed the surface defect of the test piece of the composition D visually by the dyeing | penetration penetrant flaw detection method.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態における鋳造用塩中子の製造方法を説明するためのフローチャートである。まず、ステップS101で、混合塩を加熱して溶湯を作製する。次に、ステップS102で、中子成形用の型を0.52×Tmより高く0.7×Tmより低い温度の範囲に加熱する。なお、Tmは、混合塩の液相線温度を絶対温度(K)であらわしたものである。次に、ステップS103で、上述したように加熱した型に上記溶湯を圧入する。次に、ステップS104で、型の内部で溶湯を凝固させて鋳造用塩中子を成型する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a flowchart for explaining a method for producing a salt core for casting according to an embodiment of the present invention. First, in step S101, the mixed salt is heated to produce a molten metal. Next, in step S102, the core molding die is heated to a temperature range higher than 0.52 × Tm and lower than 0.7 × Tm. Tm represents the liquidus temperature of the mixed salt as an absolute temperature (K). Next, in step S103, the molten metal is pressed into the mold heated as described above. Next, in step S104, the molten salt is solidified inside the mold to form a casting salt core.

ここで、混合塩は、例えば、Na2CO3を50mol%とし、NaClを20mol%とし、KClを30mol%として混合したものである。この混合塩の組成を分析すると、イオンの組成比で、Na+:K+=80mol%:20mol%、Cl-:CO3-=50mol%:50mol%である。この場合、型は、225℃〜250℃の温度範囲に加熱すればよい。このようにした本実施の形態によれば、得られる塩中子の強度のバラツキが低減され、また、より高い強度が得られるようになる。 Here, the mixed salt is, for example, a mixture in which Na 2 CO 3 is 50 mol%, NaCl is 20 mol%, and KCl is 30 mol%. When the composition of the mixed salt is analyzed, the composition ratio of ions is Na + : K + = 80 mol%: 20 mol%, Cl : CO 3− = 50 mol%: 50 mol%. In this case, the mold may be heated to a temperature range of 225 ° C to 250 ° C. According to the present embodiment thus configured, variations in strength of the obtained salt core are reduced, and higher strength can be obtained.

以下、実験例を基により詳細に説明する。     Hereinafter, an experimental example will be described in detail.

以下では、KCl−NaCl−Na2CO3系混合塩をダイカスト法で鋳造成形し,金型温度および溶湯の射出圧力の曲げ強度への影響を調査するとともに,応用例として単気筒クローズドデッキ型シリンダブロック用塩中子の試作を行った結果について示す。 In the following, KCl-NaCl-Na 2 CO 3 mixed salt is cast and formed by die casting, and the influence of the mold temperature and the injection pressure of the molten metal on the bending strength is investigated. The results of trial production of salt cores for blocks are shown.

[実験方法]
[試料の作製]
純度99.5%のNaCl, KCl, Na2CO3を素材とし,抵抗加熱炉を用いてアルミナルツボ中で溶解を行った。溶解の際の雰囲気は大気とし,溶解温度は688℃とした。溶解した試料組成は、高強度になることが報告されている組成領域にある50mol%Na2CO3−20mol%NaCl−30mol%KClである。計算状態図(非特許文献13参照)によれば、初晶はナトリウムイオン濃度が高い炭酸塩で、共晶温度以下で炭酸塩と塩化物の共晶反応が生じる.液相線温度、共晶開始温度、共晶終了温度は、各々638℃、574℃、573℃と計算された。また、溶解時の過熱度は約50℃(688℃)である。
[experimental method]
[Preparation of sample]
Using 99.5% pure NaCl, KCl, Na 2 CO 3 as raw materials, dissolution was performed in an alumina crucible using a resistance heating furnace. The atmosphere during melting was air, and the melting temperature was 688 ° C. The dissolved sample composition is 50 mol% Na 2 CO 3 -20 mol% NaCl-30 mol% KCl, which is in the composition region reported to be high in strength. According to the calculation phase diagram (see Non-Patent Document 13), the primary crystal is a carbonate with a high sodium ion concentration, and a eutectic reaction between carbonate and chloride occurs below the eutectic temperature. The liquidus temperature, eutectic start temperature, and eutectic end temperature were calculated to be 638 ° C, 574 ° C, and 573 ° C, respectively. Moreover, the superheat degree at the time of melt | dissolution is about 50 degreeC (688 degreeC).

ダイカスト鋳造機は、型締め力110トンのコールドチャンバー式を用い、図2に示すような矩形試験片を2本取りできるような金型で鋳造した。鋳造条件は、金型温度は、175℃、200℃、225℃、250℃の4条件とし、射出圧力は、39.2MPa、58.8MPa、78.4MPaの3条件とし、系統的に変化させた。成型は、金型温度および射出速度が低い方から順番に行った。他の成型条件は、スリーブ径50mm、射出速度34mm/秒、充填率約60%であった。低速充填のため、空気巻き込みの問題は少ないものと考えられ、一般のダイカストで行われるような2段射出は行っていない。   The die-casting machine used a cold chamber type with a clamping force of 110 tons, and was cast with a mold capable of taking two rectangular test pieces as shown in FIG. Casting conditions were 4 conditions of 175 ° C, 200 ° C, 225 ° C and 250 ° C for the mold temperature, and 3 conditions of 39.2MPa, 58.8MPa and 78.4MPa for injection pressure. It was. Molding was performed in order from the lowest mold temperature and injection speed. Other molding conditions were a sleeve diameter of 50 mm, an injection speed of 34 mm / second, and a filling rate of about 60%. Due to the low speed filling, the problem of air entrainment is considered to be small, and the two-stage injection that is performed by general die casting is not performed.

また、スリーブ表面に生成するチル層(破断チル)を除くために、スリーブの後(湯口)にコア(仕切板)を挿入している。スリーブで発生する破断チルが、型内に浸入すると、成形品の抗折強度に大きなバラツキを発生させる要因となる。この破断チルの型内への浸入を抑制するために、スリーブの湯口に、湯口の周端部に突出するコアを挿入している。コアの挿入により、成形品の抗折強度のバラツキを抑制できるようになる。   Further, in order to remove a chill layer (breaking chill) generated on the sleeve surface, a core (partition plate) is inserted after the sleeve (pouring gate). When the broken chill generated in the sleeve enters the mold, it causes a large variation in the bending strength of the molded product. In order to suppress the penetration of the broken chill into the mold, a core protruding from the peripheral end of the gate is inserted into the gate of the sleeve. By inserting the core, variation in the bending strength of the molded product can be suppressed.

なお、金型温度は、2つの試験片の間の上型および下型の各々に熱電対を挿入して温度測定を行い、この温度測定の結果で制御した。また、スリーブ温度も、金型温度と同じになるように制御を行った。   The mold temperature was controlled by measuring the temperature by inserting a thermocouple into each of the upper mold and the lower mold between the two test pieces and controlling the temperature. The sleeve temperature was also controlled to be the same as the mold temperature.

図3は、ダイカストプロセス中のランナー部および試験片部における典型的な圧力変化の例を示している。プランジャーにより与えられた圧力は、溶融塩が完全に充填された後、保圧時に最大値となり徐々に低下していく。このとき、ランナー部、試験片部の最大値は同じ程度であり、凝固時には、プランジャーの圧力が試験片部まで充分に伝わっていると考えられる。   FIG. 3 shows an example of a typical pressure change in the runner part and the test piece part during the die casting process. After the molten salt is completely filled, the pressure applied by the plunger reaches a maximum value during holding and gradually decreases. At this time, the maximum values of the runner part and the test piece part are the same, and it is considered that the plunger pressure is sufficiently transmitted to the test piece part during solidification.

[試験方法]
次に、試験方法について説明する。上述したように鋳造したダイカスト材をゲート部で切断し、図4に示した形状の試験片を得る。このようにして得られた試験片の機械的強度を、4点曲げ試験で評価する。曲げ試験機のクロスヘッド速度は1mm/minとし、支点直径は4mmとした。力を加えていく中で試験片が破断したときの最大荷重F[N]から、曲げ強さσを以下の(1)式より求める。
[Test method]
Next, the test method will be described. The die cast material cast as described above is cut at the gate portion to obtain a test piece having the shape shown in FIG. The mechanical strength of the test piece thus obtained is evaluated by a four-point bending test. The crosshead speed of the bending tester was 1 mm / min, and the fulcrum diameter was 4 mm. From the maximum load F [N] when the test piece breaks while applying force, the bending strength σ is obtained from the following equation (1).

(1)式において、L1は下部支点間隔であり、50mmである、また、L2は上部支点間隔であり、10mmである。また、Wは試験片の幅であり、20mm、Tは試験片の高さであり18mmである。上述した各鋳造条件で10〜20本程度試験片を作製し、各々の条件において平均曲げ強さを算出した。 In the formula (1), L 1 is the lower fulcrum interval, which is 50 mm, and L 2 is the upper fulcrum interval, which is 10 mm. W is the width of the test piece, 20 mm, and T is the height of the test piece, 18 mm. About 10 to 20 test pieces were produced under each of the casting conditions described above, and the average bending strength was calculated under each condition.

また、曲げ試験片の一部を切断し、切断面の表面観察およびミクロ組織観察を行った。ミクロ組織観察の際には、断面を#4000番の耐水研磨紙で乾式研磨し、アセトン中で超音波洗浄し、この後、真空カーボン蒸着を施して走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。また、マイクロビッカースにより硬さ試験を行った。試験条件は、荷重4.9N、荷重保持時間を30秒とした.表面付近と中心部で各々10回ずつ測定し、各測定結果の平均値を求めた。更に、染色浸透探傷法により表面欠陥の目視観察を行った。   Moreover, a part of bending test piece was cut | disconnected and the surface observation and microstructure observation of the cut surface were performed. When observing the microstructure, the cross section was dry-polished with # 4000 water-resistant abrasive paper, ultrasonically cleaned in acetone, then vacuum carbon deposited and observed with a scanning electron microscope (SEM). Moreover, the hardness test was done by micro Vickers. The test conditions were a load of 4.9 N and a load holding time of 30 seconds. The measurement was performed 10 times each in the vicinity of the surface and in the center, and the average value of each measurement result was obtained. Further, the surface defects were visually observed by a dye penetrant flaw detection method.

[結果]
[曲げ試験]
次に、曲げ試験の結果について説明する。図5は、平均曲げ強度と型温度との関係を示す相関図である。図5において、エラーバーは標準偏差を示している.各射出圧力において型温度が175℃から225℃までは型温度が高くなるほど平均曲げ強度が高くなる傾向がある。型温度が225℃、250℃で鋳造した材料では、曲げ強度に多少の大小はあるが有意な差でなく、ほぼ同等の値と言える。型温度が225℃および250℃では各射出圧力で、平均曲げ強度が25MPaを超え、重力鋳造材とほぼ同等の高い値を示している(非特許文献9参照)。
[result]
[Bending test]
Next, the results of the bending test will be described. FIG. 5 is a correlation diagram showing the relationship between average bending strength and mold temperature. In Fig. 5, error bars indicate standard deviation. When the mold temperature is 175 ° C. to 225 ° C. at each injection pressure, the average bending strength tends to increase as the mold temperature increases. For materials cast at a mold temperature of 225 ° C. and 250 ° C., although the bending strength is somewhat large and small, it is not a significant difference but can be said to be almost equivalent. When the mold temperatures are 225 ° C. and 250 ° C., the average bending strength exceeds 25 MPa at each injection pressure, and shows a high value almost equivalent to that of the gravity cast material (see Non-Patent Document 9).

図6は、型温度が175℃と250℃の試料の平均曲げ強度を射出圧力に対してプロットした特性図である。多少のばらつきはあるが、誤差範囲と考えられ、この射出圧力の範囲では曲げ強度に大きな影響がないと言える。型温度が200℃、225℃の場合も同様であった。   FIG. 6 is a characteristic diagram in which average bending strengths of samples having mold temperatures of 175 ° C. and 250 ° C. are plotted against injection pressure. Although there is some variation, it is considered as an error range, and it can be said that there is no significant effect on the bending strength within this injection pressure range. The same was true for mold temperatures of 200 ° C and 225 ° C.

[硬さ試験]
次に、硬さ試験の結果について説明する。上述したように、曲げ強度への射出圧力の影響はほとんどなかった。このため、ビッカース硬さについては、射出圧力が78.4MPaの試料を中心に調査した。図7は、試験片の硬さと型温度との関係を示す特性図である。試料表面近傍(黒丸)では、多少のバラツキはあるが、硬さは型温度に大きく依存せず、ほぼ同じ値である。一方、試料内部中心(黒三角)では、型温度が一番低い175℃の時が、一番高い。また、型温度が175℃の時は、表面および内部で硬さに大きな変化はない。これに対し、他の型温度においては、試料内部中心より表面のほうが明らかに硬かった。
[Hardness test]
Next, the results of the hardness test will be described. As described above, there was almost no influence of the injection pressure on the bending strength. For this reason, the Vickers hardness was investigated mainly on samples with an injection pressure of 78.4 MPa. FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the hardness of the test piece and the mold temperature. In the vicinity of the sample surface (black circles), there is some variation, but the hardness does not greatly depend on the mold temperature and is almost the same value. On the other hand, at the center of the sample (black triangle), the lowest mold temperature is 175 ° C., which is the highest. When the mold temperature is 175 ° C., there is no significant change in hardness on the surface and inside. In contrast, at other mold temperatures, the surface was clearly harder than the center of the sample.

[表面およびミクロ組織観察]
次に、表面およびミクロ組織の観察結果について説明する。染色浸透探傷試験およびSEMによる組織観察に関しても射出圧力が78.4MPaの試料を中心に調査した。図8は、染色浸透探傷法により試験片の表面欠陥を目視観察した結果である。図中、着色している部分がひび割れの部分である。型温度が一番低い175℃では、図8(a)に示すように表面に大きなひび割れが多数確認される。図8(b)に示す型温度が200℃の試料も、175℃ほどではないが、大きなひび割れが観察される。一方、型温度が225℃および250℃では、図8(c)および図8(d)に示すように、表面に鮮明なひび割れは殆ど観察されない。溶融塩の凝固の際,初期に金型表面で生成する凝固殻が,凝固時に収縮しようとするが、加圧がかかっているために収縮できずに表面に引張り応力が発生する。型温度が低い場合、凝固殻が変形できないために引張り応力により表面ひびが生成するものと考えられる。
[Surface and microstructure observation]
Next, the observation results of the surface and microstructure will be described. Regarding the dye penetrant flaw detection test and the structure observation by SEM, a sample with an injection pressure of 78.4 MPa was mainly investigated. FIG. 8 shows the result of visual observation of the surface defect of the test piece by the dye penetrating flaw detection method. In the figure, the colored part is a cracked part. At the lowest mold temperature of 175 ° C., many large cracks are confirmed on the surface as shown in FIG. In the sample having a mold temperature of 200 ° C. shown in FIG. 8B, a large crack is observed although it is not about 175 ° C. On the other hand, when the mold temperature is 225 ° C. and 250 ° C., as shown in FIGS. 8C and 8D, clear cracks are hardly observed on the surface. During solidification of the molten salt, the solidified shell that is initially formed on the mold surface tends to shrink during solidification, but because it is under pressure, it cannot shrink and tensile stress is generated on the surface. When the mold temperature is low, the solidified shell cannot be deformed, and it is considered that surface cracks are generated by tensile stress.

図9は、試験片底部表面のSEM像を示している。型温度が一番低い175℃では、図9(a)に示すように、湯皺のような模様が観察され、この模様の近傍にマイクロクラックが生成していた。型温度が200℃、225℃、250℃と上昇すると、175℃の試料に比較して湯皺のような模様が著しく減少する。また、型温度の上昇に伴いマイクロクラックの数も減少していた。更に、表面に数ミクロンサイズのマイクロピットが見られる領域もあった。このマイクロピットは、潮解により生じたものと推察される。これらの表面の欠陥は、曲げ強度に大きく影響すると考えられる。湯皺のような模様は、凝固の際の表面の急冷効果などが原因と考えられる。   FIG. 9 shows an SEM image of the bottom surface of the test piece. At the lowest mold temperature of 175 ° C., as shown in FIG. 9A, a pattern like a hot water bath was observed, and microcracks were generated in the vicinity of this pattern. When the mold temperature is increased to 200 ° C., 225 ° C., and 250 ° C., the pattern like a hot water bath is remarkably reduced as compared with the sample at 175 ° C. In addition, the number of microcracks decreased as the mold temperature increased. In addition, there were areas where micropits of several microns in size were seen on the surface. This micropit is presumed to have been caused by deliquescence. These surface defects are thought to greatly affect the bending strength. The pattern like a hot water bath is thought to be due to the rapid cooling effect of the surface during solidification.

図10は、長手方向に垂直な断面の試料表面付近および内部中心付近のSEM像を示している。型温度が175℃では表面および中心で殆どミクロ組織も変化がない。これに対し、型温度が200℃、225℃、250℃では、表面と比較して、内部で粗大な初晶デンドライトが明瞭に観察される。また、表面の組織は、型温度により大きな変化は見られない。表面付近の組織は、凝固初期に金型表面で凝固殻が急速にできたチル層のようなものと考えられる。金型温度が高くなるほど内部はゆっくりと凝固するため、デンドライトが粗大化したと考えられる。また、硬さの傾向は、組織の粗大さの傾向と合致していると言える。   FIG. 10 shows SEM images near the sample surface and near the center of the cross section perpendicular to the longitudinal direction. When the mold temperature is 175 ° C., there is almost no change in the microstructure at the surface and the center. On the other hand, when the mold temperatures are 200 ° C., 225 ° C., and 250 ° C., coarse primary crystal dendrites are clearly observed as compared with the surface. In addition, the surface texture does not change greatly depending on the mold temperature. The structure near the surface is considered to be a chill layer in which a solidified shell is rapidly formed on the mold surface in the early stage of solidification. The higher the mold temperature, the more slowly the inside solidifies, and it is thought that the dendrite was coarsened. Moreover, it can be said that the tendency of hardness is consistent with the tendency of the coarseness of the structure.

[考察]
上述した実験の結果より、型温度が高いほど平均曲げ強度が高くなることが確認された。また、曲げ強度の変化は、表面のひび割れなどと関連していることが示唆された。曲げ強度の変化についてより詳細に検討するために、脆性材料の分野で用いられるワイブル統計により曲げ強度の解析を試みる(非特許文献12参照)。
[Discussion]
From the result of the experiment described above, it was confirmed that the average bending strength increases as the mold temperature increases. It was also suggested that the change in bending strength was related to surface cracks. In order to examine the change in bending strength in more detail, an analysis of bending strength is attempted using Weibull statistics used in the field of brittle materials (see Non-Patent Document 12).

解析の精度を向上させるため、曲げ試験の回数を20回と多くした。また、(条件1)射出圧力74.8MPa、型温度250℃と(条件2)射出圧力74.8MPa、型温度200℃の2つの条件で解析した。前者は型温度が高く、平均曲げ強度が強い例であり、後者は型温度が低く平均曲げ強度が低い例である。   In order to improve the accuracy of analysis, the number of bending tests was increased to 20 times. The analysis was performed under two conditions: (Condition 1) injection pressure 74.8 MPa, mold temperature 250 ° C. and (Condition 2) injection pressure 74.8 MPa, mold temperature 200 ° C. The former is an example where the mold temperature is high and the average bending strength is high, and the latter is an example where the mold temperature is low and the average bending strength is low.

脆性材料に用いられる2母数パラメータワイブル分布関数は、以下の(2)式で与えられる(非特許文献12参照)。   The 2-parameter parameter Weibull distribution function used for the brittle material is given by the following equation (2) (see Non-Patent Document 12).

(2)式において、ここでF(σ)は累積破壊確率、VEは有効体積、σ0は尺度母数、σfは曲げ応力、mは形状母数である。形状母数mが大きいほど、強度のばらつきが小さく信頼性が高いことを意味する。一般のセラミックスではmは5〜20程度の値をとる。実験データσiからF(σ)を求めるのには、平均値ランク法を用いた。個々のデータに対応する累積破壊確率F(σi)は、以下の(3)式で与えられる(非特許文献13参照)。 In Equation (2), F (σ) is the cumulative failure probability, VE is the effective volume, σ 0 is the scale parameter, σ f is the bending stress, and m is the shape parameter. The larger the shape parameter m, the smaller the variation in strength and the higher the reliability. In general ceramics, m takes a value of about 5 to 20. An average rank method was used to obtain F (σ) from the experimental data σ i . The cumulative failure probability F (σ i ) corresponding to each data is given by the following equation (3) (see Non-Patent Document 13).

(3)式において、Nはデータ数、iはデータの順位である。   In equation (3), N is the number of data and i is the rank of the data.

図11に、上述した試料の曲げ試験における累積破壊確率と曲げ応力のワイブルプロットを示す。高強度を示す条件1(黒四角)では、ワイブルプロットが一本の直線からなり、一種類の破壊源から試料が破壊したと考えられる。また、ワイブルプロットを最小2乗法で解析した結果、m=8.49と高い値が得られた。塩のm値の例としてNaClの焼結材の曲げ試験でm=5.34(非特許文献4参照)と報告があるが、これと比較しても信頼性が高いと考えられる。   FIG. 11 shows a Weibull plot of the cumulative failure probability and bending stress in the bending test of the sample described above. Under condition 1 (black square) indicating high strength, the Weibull plot consists of one straight line, and it is considered that the sample was destroyed from one type of destruction source. Further, as a result of analyzing the Weibull plot by the least square method, a high value of m = 8.49 was obtained. As an example of the m value of the salt, there is a report that m = 5.34 (see Non-Patent Document 4) in a bending test of a NaCl sintered material, but it is considered that the reliability is high compared to this.

一方、低強度を示す条件2(白丸)では、ワイブルプロットは16MPa近傍で屈折し、明らかに複数の破壊源から試料が破壊したことを示唆している。破壊源を2種類と仮定し、図11に示すように領域I,領域IIにわけて最小2乗法解析を行った。領域I,領域IIのm値は、各々1.04, 6.75と得られた。領域Iは、著しくmが小さく、信頼性が低いことを示している。一方、領域IIは比較的m値が大きく、信頼性が比較的高いと考えられる。   On the other hand, under condition 2 (white circle) indicating low strength, the Weibull plot is refracted in the vicinity of 16 MPa, which clearly indicates that the sample was broken from a plurality of breakage sources. Assuming that there are two types of destruction sources, the least square method analysis was performed by dividing into regions I and II as shown in FIG. The m values of Region I and Region II were 1.04 and 6.75, respectively. Region I shows that m is remarkably small and the reliability is low. On the other hand, the region II has a relatively large m value and is considered to have a relatively high reliability.

一般にセラミックスのような脆性材料では、強度は欠陥と破壊靭性値に支配され,それらの関係は、以下の(4)式で与えられることが知られている。   In general, in brittle materials such as ceramics, it is known that strength is governed by defects and fracture toughness values, and their relationship is given by the following equation (4).

(4)式において、KICは破壊靭性値、σcは破壊時の応力、cは亀裂の深さである。曲げ試験では表面に引っ張り応力が加わるため、曲げ強度は表面付近の破壊靭性値と欠陥に支配されていると考えられる。破壊靭性値KICは、亀裂先端の弾性定数や亀裂伝播エネルギーで決まる値である。表面のミクロ組織や硬さは、型温度に大きく影響されないため、KICは型温度では大きく変化しないと推察される。従って、表面の欠陥が型温度による曲げ強度変化の支配的原因と考えられる。 In equation (4), K IC is the fracture toughness value, σ c is the stress at the time of fracture, and c is the depth of the crack. Since tensile stress is applied to the surface in the bending test, the bending strength is considered to be governed by the fracture toughness value and defects near the surface. The fracture toughness value K IC is a value determined by the elastic constant of the crack tip and crack propagation energy. Since the microstructure and hardness of the surface are not greatly affected by the mold temperature, it is assumed that K IC does not change greatly at the mold temperature. Therefore, surface defects are considered to be the dominant cause of changes in bending strength due to mold temperature.

条件2では、図8に示すように、染色浸透探傷試験により数ミリ以上の深い亀裂が不規則に生じることが観察されている。これが、信頼性および強度が低い領域Iの破壊源となるものと考えられる。形状母数m値が高い領域IIは、曲げ強度も高く、破壊源となるクラックの深さはより小さいものとなる。このような破壊源として、SEMにより観察されるようなマイクロクラックが考えられる。このマイクロクラックの深さは、高々数10μmである。従って、領域IIでは、染色浸透探傷試験で明瞭に観察される大きな亀裂が支点間になかったときに、マイクロクラックが破壊源ととなり破断したと考えられる。
曲げ強度が高い(条件1)においても、数は少ないがマイクロクラックが観察され、観察されるマイクロクラックが、曲げ試験の破壊源と考えられる。このマイクロクラックが小さくなるほど、曲げ強度も強くなると期待される。従って、今後、より詳細に、マイクロクラックと型温度の関係を検討することが重要となる。
Under condition 2, as shown in FIG. 8, it has been observed that deep cracks of several millimeters or more are irregularly generated by a dye penetration test. This is considered to be a destruction source of the region I having low reliability and strength. The region II having a high shape parameter m value has a high bending strength and a smaller depth of cracks serving as a fracture source. As such a fracture source, a microcrack observed by SEM can be considered. The depth of this microcrack is at most several tens of μm. Therefore, in region II, when there is no large crack between the fulcrums clearly observed in the dye penetration test, it is considered that the microcrack becomes a fracture source and breaks.
Even when the bending strength is high (Condition 1), micro cracks are observed although the number is small, and the observed micro cracks are considered to be the fracture source of the bending test. It is expected that the bending strength increases as the microcracks become smaller. Therefore, it will be important to study the relationship between microcracks and mold temperature in more detail in the future.

[シリンダブーロック用中子への応用]
本願発明は、アルミニウム合金ダイカスト製クローズドデッキ型シリンダーブロックへの適用などを目的としている。例えば、図12(a)に示すような単気筒シリンダーブロックが対象である。ウォータージャケット部がアンダーカット形状を有している。このようなウォータージャケット部を形成するための中子として、図12(b)に示すように、本発明のダイカスト法により単気筒シリンダーブロックのウォータージャケット部用中子を作製することに成功している。表面は滑らかで、目視できる欠陥もなく、アルミニウム合金ダイカスト製品への応用に適していると期待される。
[Application to cylinder boolock core]
The present invention is intended for application to a closed deck cylinder block made of aluminum alloy die casting. For example, a single cylinder cylinder block as shown in FIG. The water jacket portion has an undercut shape. As a core for forming such a water jacket portion, as shown in FIG. 12 (b), a core for a water jacket portion of a single cylinder cylinder block was successfully produced by the die casting method of the present invention. Yes. The surface is smooth and free of visible defects, and is expected to be suitable for application to aluminum alloy die-cast products.

[結論]
ダイカスト法によりアルミニウム合金ダイカスト用塩中子(鋳造用塩中子)を作製し、射出圧力、型温度の曲げ強度、ビッカース硬さへの影響を調べるとともに、表面欠陥やミクロ組織観察を行い、次のような結論を得た。
[Conclusion]
A die core for aluminum alloy die casting (salt core for casting) is manufactured, and the effects of injection pressure, mold temperature on bending strength and Vickers hardness are examined, and surface defects and microstructure are observed. I got a conclusion like this.

(1)型温度が高くなると曲げ強度は強くなる。一方、本研究で行った射出圧力の範囲では曲げ強度は大きく変化しない。
(2)型温度が低いときには、染色浸透探傷試験により大きなひびが表面に観察され、これが曲げ強度を著しく低くする原因と考えられる。一方、SEMによる表面観察より型温度が低いときは表面皺とマイクロクラックがみられ、型温度が高くなると減少した。これらが、曲げ試験の際の破壊の起点になると考えられる。溶融塩の凝固の際,初期に金型表面で生成する凝固殻が,凝固時に収縮しようとするが、加圧がかかっているために収縮できずに表面に引張り応力が発生する。型温度が低い場合、凝固殻が変形できないために引張り応力により表面ひびが生成するものと考えられる。
(3)曲げ試験の結果をワイブル統計で解析した結果、型温度が高くなると曲げ強度が強くなるだけでなく、曲げ強度の信頼性も高くなることが明らかとなった。
(4)上記の知見をもとに、単気筒クローズドデッキタイプシリンダーブロックのウォータージャケット部用中子を作製することに成功した。
(1) The bending strength increases as the mold temperature increases. On the other hand, the bending strength does not change significantly within the range of injection pressures used in this study.
(2) When the mold temperature is low, a large crack is observed on the surface by the dye penetration test, which is considered to be a cause of remarkably reducing the bending strength. On the other hand, surface defects and microcracks were observed when the mold temperature was lower than the surface observation by SEM, and decreased when the mold temperature increased. These are considered to be the starting points of fracture during the bending test. During solidification of the molten salt, the solidified shell that is initially formed on the mold surface tends to shrink during solidification, but because it is under pressure, it cannot shrink and tensile stress is generated on the surface. When the mold temperature is low, the solidified shell cannot be deformed, and it is considered that surface cracks are generated by tensile stress.
(3) As a result of analyzing the results of the bending test by Weibull statistics, it became clear that not only the bending strength increases but also the reliability of the bending strength increases as the mold temperature increases.
(4) Based on the above knowledge, we succeeded in producing a core for a water jacket part of a single cylinder closed deck type cylinder block.

ここで、上述した型温度による塩中子の強度上昇は、混合塩の液相線温度Tm(絶対温度K)の0.52×Tmより高く0.7×Tmより低い温度の範囲に加熱することで得られるものと考えられる。例えば、上述の例に示したように、Na2CO3を50mol%とし、NaClを20mol%とし、KClを30mol%として混合した混合塩の場合、225〜250℃の範囲で、実用的な曲げ強度が得られるようになっている。この混合塩の液相線温度Tmは、911K(638℃)であり、この0.52×Tmの温度が約474K(201℃)であり、0.7×Tmの温度が約638K(365℃)である。この範囲に、「225〜250℃の範囲」は入っている。   Here, the increase in the strength of the salt core due to the mold temperature described above heats the mixed salt liquidus temperature Tm (absolute temperature K) to a temperature range higher than 0.52 × Tm and lower than 0.7 × Tm. It is thought that it is obtained by this. For example, as shown in the above example, in the case of a mixed salt in which Na2CO3 is 50 mol%, NaCl is 20 mol%, and KCl is 30 mol%, a practical bending strength is obtained in the range of 225 to 250 ° C. It is supposed to be. The liquidus temperature Tm of this mixed salt is 911 K (638 ° C.), the temperature of 0.52 × Tm is about 474 K (201 ° C.), and the temperature of 0.7 × Tm is about 638 K (365 ° C.). ). This range includes “225 to 250 ° C. range”.

次に、混合塩の組成比を変化させた鋳造用中子について実験した結果について説明する。   Next, a description will be given of the results of experiments on a casting core in which the composition ratio of the mixed salt is changed.

[試料]
まず、試料について説明する。以下に示すイオン組成の比とした組成の試料を作製する。
[sample]
First, the sample will be described. A sample having a composition with the following ion composition ratio is prepared.

組成A:Na+:K+=70mol%:30mol%、Cl-:CO3-=46.2mol%:53.8mol% Composition A: Na + : K + = 70 mol%: 30 mol%, Cl : CO 3− = 46.2 mol%: 53.8 mol%

組成B:Na+:K+=80mol%:20mol%、Cl-:CO3-=45mol%:55mol% Composition B: Na + : K + = 80 mol%: 20 mol%, Cl : CO 3− = 45 mol%: 55 mol%

組成C:Na+:K+=80mol%:20mol%、Cl-:CO3-=50mol%:50mol% Composition C: Na + : K + = 80 mol%: 20 mol%, Cl : CO 3− = 50 mol%: 50 mol%

組成D:Na+:K+=100mol%:0mol%、Cl-:CO3-=50mol%:50mol% Composition D: Na + : K + = 100 mol%: 0 mol%, Cl : CO 3− = 50 mol%: 50 mol%

[試料の作製]
前述同様に、各組成A,組成B,組成C,組成Dの組成の混合塩よりダイカスト法で、各試料を作製する。この作製において、射出圧力および型温度を各々変化させる。
[Preparation of sample]
Similarly to the above, each sample is prepared by a die casting method from a mixed salt of compositions A, B, C, and D. In this production, the injection pressure and the mold temperature are each changed.

[試験方法]
前述同様に、各条件で作製した各組成の試料の試験を行う。
[Test method]
As described above, a sample of each composition prepared under each condition is tested.

[結果]
[曲げ試験]
前述同様に曲げ試験を行う。各組成に対して射出圧力を変化させた試料について曲げ試験をした結果を以下の表1に示す。この場合、型温度は250℃としている。また、各組成に対して型温度を変化させた試料について曲げ試験をした結果を以下の表2に示す。この場合、射出圧力は、78.4MPaとしている。なお、表1,2における各試料の結果は、平均抗折強度(MPa)である。
[result]
[Bending test]
A bending test is performed as described above. Table 1 shows the results of a bending test performed on samples with different injection pressures for each composition. In this case, the mold temperature is 250 ° C. In addition, Table 2 below shows the results of bending tests on samples with different mold temperatures for each composition. In this case, the injection pressure is 78.4 MPa. In addition, the result of each sample in Tables 1 and 2 is an average bending strength (MPa).

表1に示すように、射出圧力が高いほど、高強度が得られている。また、表2に示すように、いずれの組成においても、型温度が高いほど高強度が得られている。また、組成Aにおいては、試験した200〜265℃の全ての型温度範囲において、20MPa後半以上と、アルミダイカスト用の中子としての強度の最低要件(15MPa)を満たしている。組成Bは、175℃を除いた200℃、225℃以上で、20MPa後半以上と、上述した最低要件(15MPa)を満たしている。組成Cは、175℃、200℃を除いた225℃、250℃以上で、20MPa以上と、上述した最低要件を満たしている。組成Dは、175℃、200℃を除いた225℃、250℃以上で、上記最低要件を満たしている。組成Cおよび組成Dは、200℃で最低要件を僅かに下回っている。この結果より、各組成とも、型温度が201℃以上であれば、最低要件(15MPa)を満たすものと考えられる。   As shown in Table 1, the higher the injection pressure, the higher the strength. Moreover, as shown in Table 2, in any composition, the higher the mold temperature, the higher the strength. Further, in composition A, in the entire mold temperature range of 200 to 265 ° C., the latter half of 20 MPa and the minimum requirement (15 MPa) of strength as a core for aluminum die casting are satisfied. Composition B satisfies the above-mentioned minimum requirement (15 MPa) at 200 ° C. and 225 ° C. or more excluding 175 ° C., and the latter half of 20 MPa or more. Composition C satisfies the above-mentioned minimum requirements of 225 ° C. and 250 ° C. or more excluding 175 ° C. and 200 ° C. and 20 MPa or more. Composition D satisfies the above-mentioned minimum requirements at 225 ° C. and 250 ° C. or more excluding 175 ° C. and 200 ° C. Composition C and Composition D are slightly below the minimum requirement at 200 ° C. From these results, it is considered that each composition satisfies the minimum requirement (15 MPa) when the mold temperature is 201 ° C. or higher.

次に、各組成に対するワイブル統計により曲げ強度の解析結果について表3に示す。なお、表3中の数値は、ワイブル係数である。   Next, Table 3 shows the analysis results of bending strength by Weibull statistics for each composition. The numerical values in Table 3 are Weibull coefficients.

表3に示すように、型温度が高いほどワイブル係数が大きいことがわかる。組成Aは、型温度265℃では、ワイブル係数が低い。これは、型温度が高く、型との焼き付きを起こし、形成した試料の表面に欠陥が生じたためと推定される。   As shown in Table 3, it can be seen that the higher the mold temperature, the larger the Weibull coefficient. Composition A has a low Weibull coefficient at a mold temperature of 265 ° C. This is presumably because the mold temperature was high, seizure with the mold occurred, and defects were generated on the surface of the formed sample.

ここで、組成Aの225℃、250℃は、ワイブル係数が大きく信頼性が高く、表面欠陥もない。組成Aの200℃は、ワイブル係数が2つ存在し、しかも小さいため、信頼性が低い。   Here, the composition A of 225 ° C. and 250 ° C. has a large Weibull coefficient and high reliability, and there is no surface defect. The composition A at 200 ° C. has two Weibull coefficients and is small, so it is not reliable.

組成Bの200℃は、ワイブル係数がm=5.85で、組成Aの225℃、250℃のワイブル係数よりも小さい。また、組成Bの175℃は、ワイブル係数が2つ存在して信頼性が低い。   At 200 ° C. for composition B, the Weibull coefficient is m = 5.85, which is smaller than the Weibull coefficients at 225 ° C. and 250 ° C. for composition A. Further, the composition B at 175 ° C. has two Weibull coefficients and is not reliable.

組成Cの250℃は、ワイブル係数がm=8.59と、組成Aに比較すると小さいが、信頼性もかなりよい。組成Cの200℃は、ワイブル係数が2つ存在し、信頼性が低い。   The composition C at 250 ° C. has a Weibull coefficient of m = 8.59, which is small compared to the composition A, but the reliability is also quite good. The composition C of 200 ° C. has two Weibull coefficients and is not reliable.

組成Dの250℃、200℃は、ワイブル係数が2つ存在し、信頼性が低い。組成Dの225℃は、ワイブル係数がm=4.56と組成Aに比較して小さく、信頼性も劣る。組成Dの175℃は、ワイブル係数がm=1.81と小さい。   The composition D of 250 ° C. and 200 ° C. has two Weibull coefficients and has low reliability. The composition D at 225 ° C. has a Weibull coefficient of m = 4.56, which is smaller than that of the composition A, and is inferior in reliability. At 175 ° C. of composition D, the Weibull coefficient is as small as m = 1.81.

次に、各試料の平均抗折強度(表2)とワイブル係数(表3)との関係を図13に示す。ダイカスト法で作成するソルト中子の材料としては、グラフの右上の方にある組成ほど最適なものと考えられる(楕円で囲んだ領域)。右上にある組成は組成Aであり、平均強度とワイブル係数の上では、組成Aで、鋳造圧78.4MPa、型温度250℃と225℃が最適組成および条件と言える。   Next, FIG. 13 shows the relationship between the average bending strength (Table 2) and the Weibull coefficient (Table 3) of each sample. As the salt core material created by the die casting method, the composition at the upper right of the graph is considered to be the most suitable (region surrounded by an ellipse). The composition on the upper right is composition A, and on average strength and Weibull coefficient, composition A, casting pressure of 78.4 MPa, mold temperatures of 250 ° C. and 225 ° C. can be said to be optimal compositions and conditions.

以上に説明したように、全ての組成において、型温度が高いほど高い強度および信頼性が得られていることがわかる。ただし、265℃の型温度の場合は、型との焼き付きにより、高い強度が得られない場合が発生することがわかる。また、上述した組成の範囲では、組成Aにおいて、特に高い強度および信頼性が得られている。   As described above, it can be seen that in all compositions, higher strength and reliability are obtained as the mold temperature is higher. However, in the case of a mold temperature of 265 ° C., it can be seen that high strength cannot be obtained due to seizure with the mold. Moreover, in the composition range described above, particularly high strength and reliability are obtained in the composition A.

[浸透探傷試験]
次に、各組成の試料における染色浸透殺傷試験の結果について説明する。図14,図15,図16,図17は、染色浸透探傷法により各組成A,B,C,Dの試験片の表面欠陥を目視観察した結果である。図中、着色している部分がひび割れの部分である。また、図中の数字(温度)は、型温度を示している。また、各組成A,B,C,Dの図14〜図17の観察結果による欠陥量の大まかな程度(評価結果)について以下の表4に示す。
[Penetration testing]
Next, the result of the dyeing | penetration penetration killing test in the sample of each composition is demonstrated. FIG. 14, FIG. 15, FIG. 16, and FIG. 17 show the results of visual observation of the surface defects of the test pieces of the respective compositions A, B, C, and D by the dye penetration test method. In the figure, the colored part is a cracked part. The number (temperature) in the figure indicates the mold temperature. In addition, Table 4 below shows a rough degree (evaluation result) of the defect amount based on the observation results of FIGS. 14 to 17 for each of the compositions A, B, C, and D.

図14〜図17よりわかるように、全ての組成において、型温度が上昇するほど、表面のひび欠陥が減少していることがわかる。組成Aは、型温度200℃のものに表面ひびが多く見られ、250℃以上では表面ひびがほとんど見られない。同様に、組成Bは、型温度200℃以上、組成Cは型温度225℃以上で、表面ひびがほぼ見られない。これらに対し、D組成に関しては、型温度が250℃のものでも欠陥が残っており、すべての表面欠陥をなくすには、さらに高い型温度が必要であると予想される。これらの結果より、まず、型温度を高めると表面欠陥が減少することがわかる。この理由は、前述したように、型温度が低い場合に発生する引張り応力が緩和するためと考えられる。   As can be seen from FIGS. 14 to 17, in all the compositions, it can be seen that the crack defects on the surface decrease as the mold temperature increases. In composition A, many surface cracks are observed when the mold temperature is 200 ° C., and almost no surface cracks are observed when the temperature is 250 ° C. or higher. Similarly, the composition B has a mold temperature of 200 ° C. or higher, the composition C has a mold temperature of 225 ° C. or higher, and almost no surface cracks are observed. On the other hand, with respect to the D composition, defects remain even at a mold temperature of 250 ° C., and it is expected that a higher mold temperature is required to eliminate all surface defects. From these results, it can be seen that surface defects decrease when the mold temperature is increased. This reason is considered to be because the tensile stress generated when the mold temperature is low is relaxed as described above.

また、組成によって、表面ひびが多く発生する型温度の閾値があるものと考えられる。表4に示すように、欠陥(表面ひび)の量と凝固区間には相関があるように思える。表4を見ると、表面ひびがほぼ消滅する型温度は、組成の条件が、B,C,A,Dの順に低い温度であり、これはひびの発生しにくさの順位とも言える。さらにこの順位は、凝固区間の広さの序列と一致しているものと考えられる。   Further, it is considered that there is a mold temperature threshold at which many surface cracks occur depending on the composition. As shown in Table 4, there seems to be a correlation between the amount of defects (surface cracks) and the solidification interval. Table 4 shows that the mold temperature at which the surface crack almost disappears is a temperature in which the composition conditions are lower in the order of B, C, A, and D, which can be said to be an order of difficulty in generating cracks. Furthermore, this order is considered to be consistent with the rank order of the coagulation interval.

Claims (3)

ナトリウムの塩を含む混合塩からなる溶融塩によって形成された鋳造用塩中子の製造方法において、
前記混合塩を加熱して溶湯を形成する第1工程と、
前記混合塩の液相線温度を絶対温度(K)でTmとすると、中子成形用の型を0.52×Tmより高く0.7×Tmより低い温度の範囲に加熱する第2工程と、
加熱した前記型に前記溶湯を圧入する第3工程と、
前記型の内部で溶湯を凝固させて鋳造用塩中子を成形する第4工程と
を少なくとも備えることを特徴とする鋳造用塩中子の製造方法。
In a method for producing a salt core for casting formed by a molten salt comprising a mixed salt containing a salt of sodium,
A first step of heating the mixed salt to form a molten metal;
When the liquidus temperature of the mixed salt is Tm in absolute temperature (K), the second step of heating the core molding die to a temperature range higher than 0.52 × Tm and lower than 0.7 × Tm; ,
A third step of pressing the molten metal into the heated mold;
And a fourth step of forming a casting salt core by solidifying the molten metal inside the mold.
請求項1記載の鋳造用塩中子の製造方法において、
前記型は、225℃〜250℃の温度範囲に加熱することを特徴とする鋳造用塩中子の製造方法。
In the manufacturing method of the salt core for casting of Claim 1,
The mold is heated to a temperature range of 225 ° C to 250 ° C.
請求項1または2記載の鋳造用塩中子の製造方法において、
前記混合塩は、Na+:K+=70mol%:30mol%、Cl-:CO3-=46.2mol%:53.8mol%の組成とされていることを特徴とする鋳造用塩中子の製造方法。
In the manufacturing method of the salt core for casting of Claim 1 or 2,
The mixed salt has a composition of Na + : K + = 70 mol%: 30 mol% and Cl : CO 3− = 46.2 mol%: 53.8 mol%. Production method.
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