JP2010284672A - Core, mold, casting apparatus, and manufacturing method of casting - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、中子、鋳型、鋳造装置、及び鋳物の製造方法に関する。 The present invention relates to a core, a mold, a casting apparatus, and a casting manufacturing method.
従来、溶湯を鋳型に流し込み、鋳型を冷却することによって溶湯を凝固させて所定形状の鋳物を製造することが知られている。また、鋳物の材料として、例えば非晶質性を有するとともに所定温度域でガラス転移を生じる非晶質合金（例えば金属ガラス）を用いることが知られている。金属ガラスの鋳物を製造するためには、合金材料を加熱溶解して溶湯を生成し、この溶湯を鋳型に流し込んだ後に急激に冷却することで結晶化を起こさせずに固化させる。 Conventionally, it is known that a molten metal is poured into a mold and the mold is cooled to solidify the molten metal to produce a casting having a predetermined shape. As a casting material, it is known to use, for example, an amorphous alloy (for example, metallic glass) that has an amorphous property and causes a glass transition in a predetermined temperature range. In order to manufacture a metallic glass casting, an alloy material is heated and melted to form a molten metal, and the molten metal is poured into a mold and then rapidly cooled to solidify without causing crystallization.
一般に、中空体を鋳造する場合、ガス圧を利用してパイプ形状を作製する方法（特許文献１参照）や、黒鉛など破壊可能な中子を用いて鋳物を成形した後に中子を破壊する方法（特許文献２参照）が行われている。
また、鋳造に用いる中子の例として、特許文献３には炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）及び黒鉛をそれぞれ含有する中子の例が開示されている。
In general, when casting a hollow body, a method of producing a pipe shape using gas pressure (see Patent Document 1), or a method of breaking a core after molding a cast using a breakable core such as graphite (See Patent Document 2).
Moreover, as an example of the core used for casting, Patent Document 3 discloses an example of a core containing titanium carbide (TiC), aluminum nitride (AlN), silicon carbide (SiC), and graphite.
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、ガス圧によりパイプを作製するため、充填中の溶湯の温度変化による粘度変化やガス圧変化によって、製造品質にバラツキが発生するおそれがあった。
また、特許文献２に記載の方法では、黒鉛やセラミックスなどを中子に用いて破壊して成形品を取り出すものである。このため、製造単位ごとに新たな中子を製造して使用する必要があり、鋳物の製造効率が悪いという問題があった。
また、特許文献３に開示された中子は、急激な温度変化によって割れが生じるおそれがあり、溶湯の急冷に伴う中子の急激な温度変化が生じる非晶質体合金の鋳造への適用が困難であった。
However, in the method described in
In the method described in Patent Document 2, graphite or ceramics is used for the core and is destroyed to take out the molded product. For this reason, it was necessary to manufacture and use a new core for every manufacturing unit, and there existed a problem that the manufacturing efficiency of a casting was bad.
In addition, the core disclosed in Patent Document 3 may be cracked due to a rapid temperature change, and is applicable to casting of an amorphous alloy in which a rapid temperature change of the core occurs due to rapid cooling of the molten metal. It was difficult.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は溶湯の充填効率を損なわず繰り返し使用可能な中子及び鋳型を提供することである。
また、本発明の他の目的は、鋳物を効率的に製造できる鋳造装置及び鋳物の製造方法を提供することである。
This invention is made | formed in view of the situation mentioned above, The objective is to provide the core and casting_mold | template which can be used repeatedly, without impairing the filling efficiency of a molten metal.
Another object of the present invention is to provide a casting apparatus and a casting production method capable of efficiently producing a casting.
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の中子は、溶湯が充填されるキャビティを生じさせるキャビティ部を有する鋳型本体とともに鋳造に使用される中子であって、熱伝導率が１７Ｗ／ｍＫ以下、かつ引張強度が５００ＭＰａ以上、かつ塑性伸びが８％以上であることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
The core of the present invention is a core used for casting together with a mold main body having a cavity part that creates a cavity filled with molten metal, and has a thermal conductivity of 17 W / mK or less and a tensile strength of 500 MPa or more. In addition, the plastic elongation is 8% or more.
この発明によれば、溶湯の熱が中子に拡散して溶湯が固化する前に溶湯がキャビティに充填されるので、溶湯をキャビティに充填する際の充填性が高い。
さらに、中子が高い靭性を有するので、鋳造された成形品から中子を取り外す際に中子を破壊する必要がないので、中子を繰り返し使用することができる。
According to this invention, since the molten metal is filled in the cavity before the molten metal diffuses into the core and solidifies, the filling property when filling the molten metal into the cavity is high.
Furthermore, since the core has high toughness, it is not necessary to destroy the core when removing the core from the cast molded product, so that the core can be used repeatedly.
本発明の鋳型は、本発明の中子と前記鋳型本体とを備え、前記中子の熱伝導率が前記キャビティ部の熱伝導率よりも低いことを特徴としている。
この発明によれば、中子の熱伝導率がキャビティ部の熱伝導率よりも低いので、鋳型に供給されて中子に接触した溶湯の温度の低下はキャビティ側における温度低下よりも緩やかになる。このため、溶湯がキャビティに充填される際の充填性が高い。
The mold of the present invention includes the core of the present invention and the mold main body, and is characterized in that the thermal conductivity of the core is lower than the thermal conductivity of the cavity portion.
According to this invention, since the thermal conductivity of the core is lower than the thermal conductivity of the cavity, the temperature drop of the molten metal supplied to the mold and in contact with the core is more gradual than the temperature drop on the cavity side. . For this reason, the filling property when the molten metal is filled in the cavity is high.
本発明の鋳物の製造方法は、溶湯が充填されるキャビティを生じさせるキャビティ部を有する鋳型本体における前記キャビティ内に少なくとも一部が位置するように本発明の中子を配置する配置工程と、前記キャビティ部と前記中子との間の空隙に前記溶湯を充填する充填工程と、前記充填工程の後に、前記鋳型本体を冷却して前記溶湯を固化させる冷却工程と、前記冷却工程の後に、前記冷却工程によって固化された前記溶湯の凝固物から前記中子を取り外す取り外し工程と、を備えることを特徴としている。 The casting manufacturing method of the present invention includes an arrangement step of arranging the core of the present invention so that at least a part thereof is positioned in the cavity in a mold body having a cavity portion that generates a cavity filled with molten metal, A filling step of filling the gap between the cavity portion and the core with the molten metal, a cooling step of cooling the mold body to solidify the molten metal after the filling step, and after the cooling step, And a removing step of removing the core from the solidified product of the molten metal solidified by the cooling step.
この発明によれば、中子の熱伝導率がキャビティ部の熱伝導率よりも低いので、充填工程において鋳型に供給されて中子に接触した溶湯の温度の低下は、キャビティ側における温度低下よりも緩やかになる。このため、溶湯がキャビティに充填される際の充填性が高い。 According to this invention, since the thermal conductivity of the core is lower than the thermal conductivity of the cavity portion, the temperature decrease of the molten metal supplied to the mold and in contact with the core in the filling step is less than the temperature decrease on the cavity side. Will also be moderate. For this reason, the filling property when the molten metal is filled in the cavity is high.
また、本発明の鋳物の製造方法は、前記溶湯が冷却すると金属ガラスとなる材料からなり、前記冷却工程において、前記溶湯が冷却される速度が１０Ｋ／ｓｅｃ以上であってもよい。ここでは、一定の冷却速度以上で冷却すると非晶質の金属ガラスとなる材料を、金属ガラス材料と呼ぶ。
この場合、溶融された金属ガラス材料を１０Ｋ／ｓｅｃ以上を速度で冷却することができるので、非晶質性の良好な金属ガラス鋳物を製造することができる。
Moreover, the manufacturing method of the casting of the present invention may be made of a material that becomes metal glass when the molten metal is cooled, and the cooling rate of the molten metal may be 10 K / sec or more in the cooling step. Here, a material that becomes amorphous metallic glass when cooled at a certain cooling rate or higher is called a metallic glass material.
In this case, since the molten metal glass material can be cooled at a rate of 10 K / sec or more, a metal glass casting with good amorphousness can be produced.
また、本発明の鋳物の製造方法は、前記充填工程において、前記キャビティ部における前記溶湯が供給される開口部を内側として前記鋳型を所定の回転軸回りに回転させることが好ましい。
この場合、遠心力によってキャビティに溶湯を充填できるので、溶湯を迅速にキャビティに充填できるとともに溶湯がキャビティに充填される際の充填性をより高めることができる。
また、前記溶湯はＺｒ基合金からなるものでもよい。
In the casting manufacturing method of the present invention, it is preferable that, in the filling step, the mold is rotated around a predetermined rotation axis with an opening to which the molten metal is supplied in the cavity portion as an inside.
In this case, since the molten metal can be filled into the cavity by centrifugal force, the molten metal can be quickly filled into the cavity and the filling property when the molten metal is filled into the cavity can be further enhanced.
The molten metal may be made of a Zr-based alloy.
本発明の鋳造装置は、鋳物を製造する鋳造装置であって、前記鋳物の材料を加熱溶解して溶湯を生成する溶解部と、前記溶湯が供給される開口部を有する鋳型と、前記鋳型を冷却する冷却部と、を備え、前記鋳型は、前記溶湯が充填されるキャビティを生じさせるキャビティ部と、前記キャビティ内に少なくとも一部が位置する中子と、を有し、前記中子は、前記キャビティ部の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有するとともに引張強度が５００ＭＰａ以上、かつ塑性伸びが８％以上であることを特徴としている。 The casting apparatus of the present invention is a casting apparatus for producing a casting, wherein a melting part that heats and melts the material of the casting to generate a molten metal, a mold having an opening to which the molten metal is supplied, and the mold A cooling part that cools, and the mold includes a cavity part that creates a cavity filled with the molten metal, and a core that is at least partially located in the cavity. It has a thermal conductivity lower than the thermal conductivity of the cavity, has a tensile strength of 500 MPa or more, and a plastic elongation of 8% or more.
この発明によれば、中子の熱伝導率がキャビティ部の熱伝導率よりも低いので、鋳型に供給されて中子に接触した溶湯の温度の低下は、キャビティ側における温度低下よりも緩やかになる。このため、溶湯がキャビティに充填される際の充填性が高い。
さらに、中子が高い靭性を有するので、鋳造された成形品から中子を取り外す際に中子を破壊する必要がないので、中子を繰り返し使用することができる。
According to this invention, since the thermal conductivity of the core is lower than the thermal conductivity of the cavity, the temperature drop of the molten metal supplied to the mold and in contact with the core is more gradual than the temperature drop on the cavity side. Become. For this reason, the filling property when the molten metal is filled in the cavity is high.
Furthermore, since the core has high toughness, it is not necessary to destroy the core when removing the core from the cast molded product, so that the core can be used repeatedly.
また、前記中子は、熱伝導率が１７Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましい。 The core preferably has a thermal conductivity of 17 W / mK or less.
また、本発明の鋳造装置は、前記開口部を内側として前記鋳型を所定の回転軸回りに回転させる回転部をさらに備えることが好ましい。
この場合、遠心力によってキャビティに溶湯を充填できるので、溶湯を迅速にキャビティに充填できるとともに溶湯がキャビティに充填される際の充填性をより高めることができる。
Moreover, it is preferable that the casting apparatus of this invention is further equipped with the rotation part which rotates the said casting_mold | template around a predetermined rotating shaft by making the said opening part into an inner side.
In this case, since the molten metal can be filled into the cavity by centrifugal force, the molten metal can be quickly filled into the cavity and the filling property when the molten metal is filled into the cavity can be further enhanced.
本発明の中子及び鋳型によれば、溶湯の充填効率を損なわず繰り返し使用することができる。
また、本発明の鋳造装置及び鋳物の製造方法によれば、鋳物を効率的に製造できる。
According to the core and the mold of the present invention, it can be used repeatedly without impairing the filling efficiency of the molten metal.
Moreover, according to the casting apparatus and the casting manufacturing method of the present invention, the casting can be efficiently manufactured.
以下、本発明の一実施形態の中子、鋳型、鋳造装置、及び鋳物の製造方法について図１及び図２を参照して説明する。
図１は、本実施形態の鋳造装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、鋳造装置１は、鋳物の材料を加熱溶解して溶湯を生成する溶解部であるコイル１０と、溶湯が供給される開口部を有する鋳型２０とをチャンバー３０の内部に備えている。
また、鋳造装置１は、鋳型２０を所定の回転軸回りに回転させる回転部であるモーター５０を備えている。
Hereinafter, a core, a mold, a casting apparatus, and a casting manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the casting apparatus of this embodiment. As shown in FIG. 1, a
The
本実施形態の鋳造装置１は、金属ガラス製の成形品（鋳物）を製造する鋳造装置であり、上述の材料には金属ガラス材料が用いられている。具体的には、金属ガラス材料としてジルコニウム（Ｚｒ）基合金である金属ガラス材料を好適に用いることができる。
The
なお、本発明において金属ガラスとは、非晶質合金のうち、ガラス遷移領域（結晶化温度からガラス遷移温度を引いた値）が２０℃以上であるものを指す。Ｚｒ基合金としては、例えばZr55Cu30Al10Ni5やZr60Cu20Al10Ni10等（数字はａｔｍ％）を挙げることができる。 In the present invention, the metallic glass refers to an amorphous alloy having a glass transition region (a value obtained by subtracting the glass transition temperature from the crystallization temperature) of 20 ° C. or higher. Examples of the Zr-based alloy include Zr 55 Cu 30 Al 10 Ni 5 and Zr 60 Cu 20 Al 10 Ni 10 (numbers are atm%).
コイル１０と鋳型２０とはチャンバー３０の内部に格納されている。また、チャンバー３０には、減圧部４０が接続されている。減圧部４０には、オイル拡散ポンプ（Ｄ．Ｐ）４１と、ロータリーポンプ（Ｒ．Ｐ）４２とが設けられており、チャンバー３０の内部を減圧することができる。減圧後、残存した空気はチャンバー３０に接続されたボンベ（図示せず）から供給される不活性ガスにより置換される。
The
溶解部（コイル１０）は、コイル１０に対して高周波電流を印加する高周波電源１１と電気的に接続されている。高周波電源１１には制御ＢＯＸ１２が電気的に接続されており、制御ＢＯＸ１２によって高周波電流の印加量を制御することができる。
The melting portion (coil 10) is electrically connected to a high
図２は本実施形態の鋳造装置１の一部の構成を模式的に示す構成図である。図２に示すように、鋳型２０は、溶湯Ｍが供給される開口２１ａを有するホルダ２１と、ホルダ２１の内部に配置されて溶湯が充填されるキャビティ部（鋳型本体）２４と、キャビティ部２４とともに鋳造に使用される中子２５とを備えている。鋳型２０には、モーター５０の回転力が伝達される回転軸５１が固定されており、鋳型２０は回転軸５１回りに回転可能である。
FIG. 2 is a configuration diagram schematically showing a partial configuration of the
ホルダ２１は、キャビティ部２４の熱が拡散するように金属等から構成されており、キャビティ部２４を冷却する冷却部として機能している。
The
キャビティ部２４は、溶湯が充填されて鋳物が成形される成形空間であるキャビティ２４ｂを生じさせている。開口部２１ａとキャビティ２４ｂとの間には、溶湯を受ける湯受２２と、湯受２２からキャビティ２４ｂにつながる流路２３ａを有する流路部材２３とが設けられている。
The
中子２５は、キャビティ２４ｂ内に少なくとも一部が位置するように配置されている。中子２５の熱伝導率はキャビティ部２４の熱伝導率よりも低く設定されている。
また、中子２５は、熱伝導率が１７Ｗ／ｍＫ以下、かつ引張強度が５００ＭＰａ以上、かつ塑性伸びが８％以上に設定され、靭性が高く構成されている。本実施形態では、中子２５はステンレス鋼によって構成されている。中子２５は、例えばＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４、あるいはステンレス鋼以外では例えばＭＡ８０Ａ（商品名、三菱マテリアル社製）やＳＴＡＶＡＸ（登録商標）などによって構成されていることが好ましい。
また、中子２５は、靭性が高く構成されているほうが好ましい。具体的には、中子２５は、引張強度が５００ＭＰａ以上、かつ塑性伸びが３５％以上であることが好ましく、引張強度が７５０ＭＰａ以上、かつ塑性伸びが３８％以上であることがさらに好ましい。
The
Further, the
The
以下では、上述の鋳造装置１による本実施形態の鋳物の製造方法について説明する。
まず、キャビティ２４ｂ内に少なくとも一部が位置するように中子２５を配置する（配置工程Ｓ１）。配置工程Ｓ１では、所望の形状に対応する型形状を構成するようにキャビティ部２４と中子２５とを組み合わせる。この時、例えばキャビティ部２４として分割可能な複数の鋳型片からなるものを組み立てることで複雑な形状の成形品を成形することもできる。さらに上述の用に組み立てられたキャビティ部２４と中子２５とをホルダ２１にセットする。
Below, the manufacturing method of the casting of this embodiment by the above-mentioned
First, the
続いて、キャビティ部２４と中子２５との間の空隙に溶湯Ｍを充填する（充填工程Ｓ２）。充填工程Ｓ２では、まず、キャビティ部２４における溶湯Ｍが供給される開口部２４ａを内側として、モーター５０によって鋳型２０を回転軸５１回りに回転させる。さらに、高周波電源１１から高周波電流がコイル１０に供給され、鋳造に用いる所定量の金属ガラス材料が誘導加熱される。金属ガラス材料は誘導加熱されることにより溶融し、溶湯Ｍが生成される。
Subsequently, the molten metal M is filled in the gap between the
溶湯Ｍは溶解部（コイル１０）によって所定温度まで加熱され、流動体になった状態でホルダ２１の開口部２１ａを通じて湯受２２に流し込まれる。さらに溶湯Ｍは湯受２２から流路２３ａを通じてキャビティ部２４の内部のキャビティ２４ｂへと流れ込む。
The molten metal M is heated to a predetermined temperature by the melting part (coil 10) and is poured into the
溶湯Ｍの温度が所定の温度に達した際に、コイル１０への高周波電流の供給が停止される。なお、この高周波電流の停止のタイミングは、制御ＢＯＸ１２による高周波電流の供給時間制御により管理されている。
When the temperature of the molten metal M reaches a predetermined temperature, the supply of the high-frequency current to the
鋳型２０はモーター５０によって回転動作されているので、図２に示すＡからＢ方向へ向かう遠心力が生じている。このため、キャビティ部２４の内部のキャビティ２４ｂに充填された溶湯Ｍが上記の遠心力の方向に向かい、キャビティ２４ｂの内部に残存する不活性ガスが押しのけられる。こうして、キャビティ２４ｂと中子２５とによって規定された成形空間に溶湯Ｍが充填される。
Since the
このとき、中子２５の熱伝導率がキャビティ部２４の熱伝導率よりも低いので、中子２５の表面における溶湯Ｍの過度な急冷が抑制されている。つまり、溶湯Ｍがキャビティ部２４内に充填される前に冷却・固化されるのを防ぐことができ、溶湯Ｍをキャビティ部２４に確実に充填することができる。
At this time, since the thermal conductivity of the
充填工程Ｓ２の後に、ホルダ２１を冷却して溶湯Ｍを固化させる（冷却工程Ｓ３）。冷却工程Ｓ２において、溶湯Ｍが冷却される速度は１０Ｋ／ｓｅｃ以上である。この冷却速度は本実施形態の溶湯Ｍ（金属ガラス材料）において結晶化を生じさせずに溶湯Ｍを固化させることができる冷却速度である。このため、溶湯Ｍの凝固物は非晶質性を有する金属ガラスの成形品となる。
After the filling step S2, the
続いて、冷却工程Ｓ３において固化された溶湯Ｍの凝固物（以下「成形品」と称する）から中子２５を取り外す（取り外し工程Ｓ４）。取り外し工程Ｓ４では、まず鋳型２０からキャビティ部２４と中子２５と上記成形品とを一体的に取り出す。続いて、中子２５を成形品から引き抜いて分離し、さらにキャビティ部２４と成形品とを分離することで所望の成形品を得ることができる。
Subsequently, the
中子２５は、靭性が高く構成されているので、繰り返し使用可能な状態で引き抜かれ、本実施形態の鋳造装置１によって繰り返し使用することができる。
Since the
以上説明したように、本実施形態の鋳造装置１、本実施形態に係る中子２５及び鋳型２０によれば、中子２５の熱伝導率がキャビティ部２４の熱伝導率よりも低いので、鋳型２０に供給されて中子２５に接触した溶湯Ｍの温度の低下は、キャビティ２４ｂ側における温度低下よりも緩やかになる。このため、溶湯Ｍがキャビティ２４ｂに充填される際の充填性が高い。
As described above, according to the
さらに、中子２５が高い靭性を有するので、鋳造された成形品から中子２５を取り外す際に中子２５を破壊する必要がないので、中子を繰り返し使用することができる。
Furthermore, since the
また、本実施形態の鋳物の製造方法によれば、熱伝導率がキャビティ部２４の熱伝導率よりも低い中子２５が使用されているので、溶湯Ｍがキャビティ２４ｂに充填される際の充填性が高く、成形品にキャビティ２４ｂの形状を精度よく転写することができる。
Further, according to the casting manufacturing method of the present embodiment, since the core 25 whose thermal conductivity is lower than the thermal conductivity of the
さらに、冷却工程Ｓ３において、溶融された金属ガラス材料を１０Ｋ／ｓｅｃ以上の速度で冷却することができるので、非晶質性を有する金属ガラスを製造することができる。 Furthermore, in the cooling step S3, since the molten metal glass material can be cooled at a rate of 10 K / sec or more, a metal glass having an amorphous property can be manufactured.
さらに、充填工程Ｓ２において、遠心力によってキャビティ２４ｂに溶湯Ｍを充填できるので、溶湯を迅速にキャビティに充填できるとともに溶湯がキャビティに充填される際の充填性が高い。
Furthermore, in the filling step S2, since the melt M can be filled into the
次に、以下に示す各実施例に基づいて、本実施形態の中子及び鋳型についてより詳細に説明する。 Next, based on each Example shown below, it demonstrates in detail about the core and casting_mold | template of this embodiment.
本実施例では、キャビティ部２４にはＳＵＳ３０４を用い、中子２５には熱伝導率の小さいＮｉ基合金（熱伝導率８．５Ｗ／ｍｋ、引張強度１０００ＭＰａ、伸び３９％）であるＭＡ８０Ａ（商品名）を使用した。中子２５において溶湯Ｍに接触する部分の表面は表面粗さがＲａ０．０２〜０．１０となるように構成されている。
また、本実施例の鋳型２０は、流路部材２３には、断熱セラミックスであるホトベール（登録商標）（熱伝導率１．６Ｗ／ｍｋ）を使用した。また、熱伝導率の関係は、湯受２２≦流路部材２３＜キャビティ部２４を満たすように設定されている。
In this example, SUS304 is used for the
Further, in the
充填工程Ｓ２では、チャンバー３０内を減圧部４０によって５．０×１０−４Ｐａまで減圧し、さらにチャンバー３０内がＡｒ置換された雰囲気下で、金属ガラス材料である合金（組成：Zr55Cu30Al10Ni5）を１０００℃まで加熱して溶湯Ｍを生成し、鋳型２０へ充填した。
溶湯Ｍの充填には遠心鋳造方式を用い、上述のように鋳型２０を軸回りに回転数５０００ｒｐｍで回転させ、溶湯Ｍの充填及び冷却を行った。
In the filling step S2, the inside of the
Centrifugal casting was used to fill the molten metal M, and the
本実施例では、異なる材料からなる複数の中子を試作し、上記ＳＵＳ３０４製のキャビティ部２４と組み合わせて鋳造の試験を行った。具体的には、試作された中子を用いて、肉厚が長手方向に０．５ｍｍから０．２ｍｍまで漸次変化する、外径６ｍｍ、全長１５ｍｍのパイプを作製した。
また、比較例として、金属材料である無酸化Ｃｕ及びＳ４５Ｃ、またセラミックスであるアルミナ及びマセライトを用いて中子を試作し、同様に鋳造の試験を行った。
表１に、本実施例及び比較例における中子の素材と試験結果とを併せて示す。
In this example, a plurality of cores made of different materials were manufactured as a trial, and a casting test was performed in combination with the
Further, as a comparative example, a core was prototyped using non-oxidized Cu and S45C, which are metal materials, and alumina and macerite, which were ceramics, and a casting test was similarly performed.
Table 1 shows the core material and test results in this example and the comparative example.
表１において、引張強度、伸び、熱伝導率は、材料固有の値である。また、充填性は、キャビティ２４ｂに充填された溶湯Ｍが凝固した後に溶湯Ｍの凝固物（成形品）を鋳型２０から取り出し、キャビティ２４ｂの形状の転写が良好でない充填不良があるか否かを定性的に評価して◎（最良）〜×（不良）の４段階に分類した。成形品との分離は、成形品から本実施例で試験を行う中子のそれぞれを取り外す工程において離型性及び中子の耐久性の観点で定性的に評価して○（良）〜×（不良）の３段階に分類した。
In Table 1, tensile strength, elongation, and thermal conductivity are values specific to the material. In addition, the filling property indicates whether or not there is a filling defect in which the solid shape (molded product) of the molten metal M is taken out of the
図３は、ＭＡ８０Ａによって構成された中子２５におけるＸ線回折（ＸＲＤ）の結果を示すグラフである。図３に示すように、Ｘ線回折（ＸＲＤ）解析の結果では、いずれの位置においても結晶構造の存在を示す明確なピークは認められず、ＭＡ８０Ａによって構成された中子２５が鋳造に使用された場合、成形品は非晶質性を有していることが判った。また、透過Ｘ線による観察では鬆は認められなかった。 FIG. 3 is a graph showing the results of X-ray diffraction (XRD) in the core 25 constituted by the MA 80A. As shown in FIG. 3, in the result of the X-ray diffraction (XRD) analysis, no clear peak indicating the presence of the crystal structure is observed at any position, and the core 25 constituted by MA80A is used for casting. In this case, the molded product was found to be amorphous. In addition, no void was observed by observation with transmitted X-rays.
また、中子２５の材料としてＳＵＳ３０４やＳＴＡＶＡＸ（登録商標）を用いた場合にも、上述のＭＡ８０Ａを用いた場合と同等の結果が得られた。
このように、中子の材料としてＭＡ８０ＡあるいはＳＵＳ３０４あるいはＳＴＡＶＡＸ（登録商標）が採用された条件において成形品における充填性と離型性とをともに満足することができた。
また、中子２５の表面粗さをＲａ０．０２〜０．１０としたことで中子２５の表面における摺動抵抗が小さくなり充填効率は向上し、中子に成形品が食いつきにくいため離型も容易であり作業負荷も小さく、生産性の向上に効果的であった。
Further, when SUS304 or STAVAX (registered trademark) was used as the material of the core 25, the same result as that obtained when MA80A was used was obtained.
As described above, both filling property and releasability in the molded product could be satisfied under the conditions where MA80A, SUS304, or STAVAX (registered trademark) was adopted as the core material.
Moreover, since the surface roughness of the
比較例として中子を構成する材料に無酸化Ｃｕを用いた場合、熱伝導率が高すぎるために溶湯が急速急冷されることにより０．２ｍｍの薄肉部分には溶湯の充填がされなかった。また、靭性が不十分であるために、離型の際に中子を引き抜くと中子自身が変形を起こした。 As a comparative example, when non-oxidized Cu was used as the material constituting the core, the molten metal was not rapidly filled because the thermal conductivity was too high, so that the 0.2 mm thin portion was not filled with the molten metal. In addition, due to insufficient toughness, the core itself was deformed when the core was pulled out during mold release.
また、比較例として中子を構成する材料にＳ４５Ｃを用いた場合、キャビティ２４ｂにおける溶湯Ｍの充填が不完全な部分が認められた。
Further, when S45C was used as the material constituting the core as a comparative example, a portion where the molten metal M was not completely filled in the
また、比較例として中子を構成する材料にセラミックスを用いた場合、キャビティ部２４に溶湯が充填される充填性はＳＵＳ３０４製よりも良好な素材（マセライト）があったが、靭性が低いため、成形品と離型する取り外し工程において中子を成形品から引き抜く際に中子が破損した。
In addition, when ceramic is used as a material constituting the core as a comparative example, the filling property that the molten metal is filled in the
本実施例では、キャビティ部２４の材料として上述のＳＵＳ３０４に加え、ＳＵＳ３０４以上の熱伝導率を有するＳＫＤ６１（熱伝導率３０Ｗ／ｍｋ）を用いた。また、中子２５には本実施例におけるＳＫＤ６１製のキャビティ部２４より熱伝導率の小さいＳＵＳ３０４（熱伝導度１５Ｗ／ｍｋ）あるいはＳＴＡＶＡＸ（登録商標）（熱伝導率１６Ｗ／ｍｋ）を使用した。さらに、本実施例では、中子２５は、キャビティ２４ｂにおいて溶湯Ｍと接触する面に、抜き勾配として０．５°の角度を有する形状とした。
In this example, in addition to the above-mentioned SUS304, SKD61 (thermal conductivity 30 W / mk) having a thermal conductivity of SUS304 or higher was used as the material of the
また、鋳造の方法は、上述の遠心鋳造方式を用い、チャンバー３０内を５．０×１０−４Ｐａまで減圧しＡｒ置換を行った雰囲気下で合金（組成：Zr60Cu20Al10Ni10）を１１００℃まで加熱し鋳型２０へ充填し、肉厚が長手方向に０．５ｍｍから０．２ｍｍに漸次変化する外径８ｍｍ、全長２０ｍｍの薄肉パイプを作製した。
また、比較例として、キャビティ部をＳＵＳ３０４で構成し、中子をＳ４５Ｃ、及び無酸化Ｃｕのそれぞれで構成したものについても同様の試験を行った。
Further, the casting method is the above-described centrifugal casting method, and the alloy (composition: Zr 60 Cu 20 Al 10 Ni 10) is used in an atmosphere in which the inside of the
In addition, as a comparative example, the same test was performed on a cavity portion made of SUS304 and a core made of S45C and non-oxidized Cu.
本実施例及び比較例において試験を行ったキャビティ部２４と中子２５との組合せを表２に示す。
Table 2 shows combinations of the
鋳型２０において急冷凝固されたパイプは、上述の実施例１と同様に充填性の定性的評価を行い、さらにＸ線回折（ＸＲＤ）及び透過Ｘ線による検査を行った。
その結果、キャビティ部２４にＳＵＳ３０４が採用され、中子にＭＡ８０ＡあるいはＳＵＳ３０４が採用された組合せ（上述の実施例１と同一の組合せ）では実施例１と同様に良好な充填性が得られた。
The pipe that was rapidly solidified in the
As a result, in the combination in which SUS304 was adopted for the
また、キャビティ部２４にＳＵＳ３０４が採用された構成であっても、比較例として中子に熱伝導率が高いＳ４５Ｃあるいは無酸化Ｃｕを採用した場合には、実施例1同様充填性に不良が認められた。
Even when SUS304 is used for the
また、キャビティ部２４にＳＫＤ６１が採用され、中子にＳＵＳ３０４が採用された組合せでは、鋳造されたパイプは実施例１と同様に非晶質性を有しており、透過Ｘ線による観察では鬆は認められなかった。
また、キャビティ部２４にＳＫＤ６１が採用され、中子にＳＴＡＶＡＸ（登録商標）が採用された組合せでも同様の結果が得られた。
また、中子２５に抜き勾配として０．５°の角度が付与されたことにより、中子２５を成形品から離型するのが実施例１に比して容易であった。
Further, in the combination in which SKD61 is adopted for the
Similar results were obtained even in a combination in which SKD61 was adopted for the
Further, since the
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、中子２５として使用できる材料は、上述の材料に限らず、例えば表３に示すような材料を引張強度、伸び、熱伝導率、及び成形する材料などに基づいて選択して使用することができる。さらに、表３に記載したもの以外の材料であっても、熱伝導率が１７Ｗ／ｍＫ以下、かつ引張強度が５００ＭＰａ以上、かつ塑性伸びが８％以上との条件を満たす材料を採用して中子を構成することで本発明の効果を奏することができる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the concrete structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.
For example, the material that can be used as the
また、実施形態においてはキャビティ部２４と鋳型本体とを同一の部材として説明したが、これに代えて、鋳型本体にキャビティ部２４となる別の部材が取付けられた構成が採用されてもよい。
In the embodiment, the
また、実施形態においては、充填工程Ｓ２において溶湯Ｍを生成するために、コイル１０による誘導加熱を利用した例を示したが、これに限らず他の加熱方法を適宜採用することもできる。
Further, in the embodiment, the example in which induction heating by the
また、上述の実施形態及び実施例では、溶湯Ｍの熱を、キャビティ部２４を通じてホルダ２１に拡散させてキャビティ部２４を冷却する構成を採用したが、例えば成形品の体積が大きい等の場合は、キャビティ部２４やホルダ２１を冷媒等により積極的に冷却するような冷却手段をさらに備える構成としてもよい。
Moreover, in the above-mentioned embodiment and Example, the structure which diffuses the heat | fever of the molten metal M to the
また、上述の実施形態及び実施例において示した構成要素は適宜に組み合わせて構成することが可能である。 In addition, the constituent elements shown in the above-described embodiment and examples can be combined as appropriate.
１ 鋳造装置
１０ コイル（溶解部）
２０ 鋳型
２１ ホルダ（冷却部）
２４ キャビティ部（鋳型本体）
２４ｂ キャビティ
２５ 中子
５０ モーター（回転部）
1
20
24 Cavity (mold body)
Claims (9)
前記中子の熱伝導率が前記キャビティ部の熱伝導率よりも低い鋳型。 The core according to claim 1 and the mold body,
A mold in which the thermal conductivity of the core is lower than the thermal conductivity of the cavity portion.
前記キャビティ部と前記中子との間の空隙に前記溶湯を充填する充填工程と、
前記充填工程の後に、前記鋳型本体を冷却して前記溶湯を固化させる冷却工程と、
前記冷却工程の後に、前記冷却工程によって固化された前記溶湯の凝固物から前記中子を取り外す取り外し工程と、
を備える鋳物の製造方法。 An arrangement step of disposing the core according to claim 1 so that at least a part thereof is positioned in the cavity in the mold body having a cavity portion that generates a cavity filled with molten metal;
A filling step of filling the molten metal into the gap between the cavity portion and the core;
After the filling step, a cooling step for cooling the mold body to solidify the molten metal,
After the cooling step, a removal step of removing the core from the solidified product of the molten metal solidified by the cooling step;
A method for producing a casting comprising:
前記冷却工程において、前記溶湯が冷却される速度が１０Ｋ／ｓｅｃ以上である請求項３に記載の鋳物の製造方法。 When the molten metal cools, it is a material that becomes a metallic glass,
The casting manufacturing method according to claim 3, wherein in the cooling step, a rate at which the molten metal is cooled is 10 K / sec or more.
前記鋳物の材料を加熱溶解して溶湯を生成する溶解部と、
前記溶湯が供給される開口部を有する鋳型と、
前記鋳型を冷却する冷却部と、
を備え、
前記鋳型は、
前記溶湯が充填されるキャビティを生じさせるキャビティ部と、
前記キャビティ内に少なくとも一部が位置する中子と、
を有し、
前記中子は、前記キャビティ部の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有するとともに引張強度が５００ＭＰａ以上、かつ塑性伸びが８％以上である、
鋳造装置。 A casting apparatus for producing a casting,
A melting part that heats and melts the material of the casting to generate a molten metal;
A mold having an opening to which the molten metal is supplied;
A cooling unit for cooling the mold;
With
The mold is
A cavity portion for creating a cavity filled with the molten metal;
A core at least partially located within the cavity;
Have
The core has a thermal conductivity lower than the thermal conductivity of the cavity portion and has a tensile strength of 500 MPa or more and a plastic elongation of 8% or more.
Casting equipment.
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