JP2014100731A - Mold and method of manufacturing the same, precision casting device, and precision casting method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鋳型及びその製造方法、精密鋳造装置並びに精密鋳造方法に係り、特に、一方向凝固合金または単結晶合金を精密鋳造するための鋳型及びその製造方法、精密鋳造装置並びに精密鋳造方法に関する。 The present invention relates to a mold, a manufacturing method thereof, a precision casting apparatus, and a precision casting method, and more particularly, to a mold for precision casting of a unidirectionally solidified alloy or a single crystal alloy, a manufacturing method thereof, a precision casting apparatus, and a precision casting method. .
従来、一方向凝固合金または単結晶合金を精密鋳造するときには、結晶成長初期に金属溶湯を急冷して結晶粒を微細化させて多くの結晶粒を発生させ、さらには冷却プレートと加熱炉の温度差を利用し、その発生させた結晶粒を温度差の方向に一方向凝固させるために、水冷式の冷却プレートを有する加熱炉が使用されている。このような水冷式の冷却プレートに鋳型を載置して精密鋳造することにより、結晶方位が整った合金を精密鋳造することが可能であり、結晶成長中期以降も結晶方位の整った合金を一方向に成長させることができる。 Conventionally, when precision casting a unidirectionally solidified alloy or a single crystal alloy, the molten metal is rapidly cooled at the initial stage of crystal growth to refine the crystal grains to generate many crystal grains, and the temperature of the cooling plate and the heating furnace. A heating furnace having a water-cooled cooling plate is used in order to solidify the generated crystal grains in one direction in the direction of the temperature difference by utilizing the difference. By casting a mold on such a water-cooled cooling plate and precision casting, it is possible to precisely cast an alloy with a well-oriented crystal orientation. Can grow in the direction.
特許文献１には、鋳型内の溶融物を一方向に凝固させて鋳造物を製造する鋳造物の製造装置が記載されており、製造装置の冷却機構は、鋳型を載置するためのチルプレートを備えており、このチルプレートは、その内部に冷却水が供給されて水冷により冷却されている。 Patent Document 1 describes a casting production apparatus for producing a casting by solidifying a melt in a mold in one direction, and a cooling mechanism of the production apparatus includes a chill plate for placing the mold. The chill plate is cooled by water cooling with cooling water supplied therein.
ところで、一方向凝固合金または単結晶合金を精密鋳造するときには、金属溶湯が注入されるキャビティを有する無底の鋳型（中空状の底面の無い鋳型）を水冷式の冷却プレートに載置し、金属溶湯が鋳型から流出しないように鋳型の外周端縁と冷却プレートとの間をシールした後に、キャビティ内に金属溶湯を注入して精密鋳造している。このように精密鋳造することで、金属溶湯を水冷式の冷却プレートに直接接触させて急冷することにより、結晶成長初期に結晶粒を微細化させて多くの結晶粒を発生させている。 By the way, when precision casting a unidirectionally solidified alloy or a single crystal alloy, a bottomless mold having a cavity into which a molten metal is poured (a mold without a hollow bottom) is placed on a water-cooled cooling plate, After sealing between the outer peripheral edge of the mold and the cooling plate so that the molten metal does not flow out of the mold, the molten metal is injected into the cavity and precision casting is performed. By precision casting in this way, the molten metal is brought into direct contact with a water-cooled cooling plate and rapidly cooled, thereby refining the crystal grains at the initial stage of crystal growth and generating many crystal grains.
しかし、このような無底の鋳型を用いた場合には、鋳型の外周端縁と水冷式の冷却プレートとの間をシールする作業が必要となるので、一方向凝固合金または単結晶合金の鋳造作業が煩雑となり、生産性が低下する可能性がある。 However, when such a bottomless mold is used, it is necessary to seal between the outer peripheral edge of the mold and the water-cooled cooling plate. Work becomes complicated and productivity may be reduced.
そこで、本発明の目的は、一方向凝固合金または単結晶合金の生産性をより向上させるための鋳型及びその製造方法、精密鋳造装置並びに精密鋳造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a casting mold, a manufacturing method thereof, a precision casting apparatus and a precision casting method for further improving the productivity of a unidirectionally solidified alloy or a single crystal alloy.
本発明に係る鋳型は、一方向凝固合金または単結晶合金を精密鋳造するための鋳型であって、金属溶湯が注入されるキャビティを有する有底の鋳型本体を備え、前記鋳型本体は、前記金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面のみに、結晶粒を微細化させる結晶粒微細化剤を含む結晶粒微細化層を有していることを特徴とする。 A mold according to the present invention is a mold for precision casting of a unidirectionally solidified alloy or a single crystal alloy, and includes a bottomed mold body having a cavity into which a molten metal is poured, and the mold body includes the metal A crystal grain refinement layer containing a crystal grain refiner that refines crystal grains is provided only on the mold surface corresponding to the initial solidification region of the molten metal.
本発明に係る鋳型において、前記結晶粒微細化層は、前記鋳型本体の底面のみに設けられていることを特徴とする。 In the mold according to the present invention, the crystal grain refinement layer is provided only on the bottom surface of the mold body.
本発明に係る鋳型において、前記鋳型は、前記単結晶合金を精密鋳造するためのものであり、前記鋳型本体は、セレクタとスタータとを有し、前記結晶粒微細化層は、前記スタータの底面のみに設けられていることを特徴とする。 In the mold according to the present invention, the mold is for precision casting of the single crystal alloy, the mold body has a selector and a starter, and the grain refinement layer is a bottom surface of the starter. It is provided in only.
本発明に係る精密鋳造用鋳型において、前記結晶粒微細化剤は、アルミン酸コバルト、酸化コバルト、酢酸コバルト、硫酸コバルト、塩化コバルト、スルフォン酸コバルト、硫酸アンモニウムコバルト、チオシアン酸コバルトまたは硝酸コバルトであることを特徴とする。 In the precision casting mold according to the present invention, the crystal grain refining agent is cobalt aluminate, cobalt oxide, cobalt acetate, cobalt sulfate, cobalt chloride, cobalt sulfonate, ammonium cobalt sulfate, cobalt thiocyanate, or cobalt nitrate. It is characterized by.
本発明に係る鋳型の製造方法は、一方向凝固合金または単結晶合金を精密鋳造するための鋳型の製造方法であって、金属溶湯が注入されるキャビティを有する有底の鋳型本体を形成するためのロウ型を成形するロウ型成形工程と、前記金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面となるロウ型面のみに、結晶粒を微細化させる結晶粒微細化剤を含む結晶粒微細化スラリをコーティングして、結晶粒微細化スラリ層を形成すると共に、前記金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面となるロウ型面を除いたロウ型面及び結晶粒微細化スラリ層に、耐火材を含む耐火材スラリをコーティングして、耐火材スラリ層を形成するスラリ層形成工程と、前記結晶粒微細化スラリ層と前記耐火材スラリ層とが形成されたロウ型を加熱して脱ロウし、鋳型成形体を形成する脱ロウ工程と、前記鋳型成形体を焼成する焼成工程と、を備えることを特徴とする。 A mold manufacturing method according to the present invention is a mold manufacturing method for precision casting of a unidirectionally solidified alloy or a single crystal alloy for forming a bottomed mold body having a cavity into which a molten metal is injected. And a grain refinement slurry containing a grain refiner that refines crystal grains only on a mold part corresponding to a mold surface corresponding to an initial solidification region of the molten metal. To form a grain refined slurry layer and to form a refractory material on the wax mold surface and the grain refined slurry layer excluding the mold mold surface corresponding to the initial solidification region of the molten metal. Coating a refractory material slurry containing a slurry to form a refractory material slurry layer, and heating and dewaxing the wax mold in which the grain refinement slurry layer and the refractory material slurry layer are formed. , Mold forming A dewaxing step of forming, characterized in that it comprises a firing step of firing said molded body.
本発明に係る鋳型の製造方法は、一方向凝固合金または単結晶合金を精密鋳造するための鋳型の製造方法であって、金属溶湯が注入されるキャビティを有する有底の鋳型本体を形成するためのロウ型を成形するロウ型成形工程と、前記金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面となるロウ型面のみに、結晶粒を微細化させる結晶粒微細化剤を含む結晶粒微細化シートを接合すると共に、前記金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面となるロウ型面を除いたロウ型面及び前記結晶粒微細化シートに、耐火材を含む耐火材スラリをコーティングして、耐火材スラリ層を形成するスラリ層形成工程と、前記結晶粒微細化シートと前記耐火材スラリ層とが形成されたロウ型を加熱して脱ロウし、鋳型成形体を形成する脱ロウ工程と、前記鋳型成形体を焼成する焼成工程と、を備えることを特徴とする。 A mold manufacturing method according to the present invention is a mold manufacturing method for precision casting of a unidirectionally solidified alloy or a single crystal alloy for forming a bottomed mold body having a cavity into which a molten metal is injected. And a grain refinement sheet comprising a grain refiner that refines crystal grains only on a wax mold surface that serves as a mold surface corresponding to an initial solidification region of the molten metal. And bonding the refractory material slurry containing the refractory material to the brazing mold surface excluding the brazing mold surface corresponding to the initial solidification region of the molten metal and the crystal grain refinement sheet. A slurry layer forming step for forming a material slurry layer; a wax mold in which the crystal grain refinement sheet and the refractory material slurry layer are formed by heating and dewaxing to form a mold molded body; Molded article Characterized in that it comprises a firing step of firing.
本発明に係る精密鋳造装置は、一方向凝固合金または単結晶合金を精密鋳造するための精密鋳造装置であって、真空容器で形成された装置本体と、前記装置本体に設けられ、金属溶湯が注入されるキャビティを有する有底の鋳型本体における前記金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面のみに結晶粒を微細化させる結晶粒微細化剤を含む結晶粒微細化層を有している鋳型を収容して加熱する筒状の加熱体と、前記装置本体に設けられ、前記鋳型における前記結晶粒微細化層が形成された鋳型面を載置する載置面を有し、前記加熱体に対して前記鋳型を挿入しまたは引き出すために昇降可能に形成された昇降体と、を備えていることを特徴とする。 A precision casting apparatus according to the present invention is a precision casting apparatus for precision casting of a unidirectionally solidified alloy or a single crystal alloy, the apparatus main body formed of a vacuum vessel, and provided in the apparatus main body. A mold having a grain refinement layer containing a grain refiner that refines crystal grains only on the mold surface corresponding to the initial solidification region of the molten metal in a bottomed mold body having a cavity to be injected A cylindrical heating body that houses and heats, and a mounting surface that is provided in the apparatus main body and on which a mold surface on which the crystal grain refinement layer is formed in the mold is placed, the heating body On the other hand, an elevating body formed so as to be movable up and down for inserting or pulling out the mold is provided.
本発明に係る精密鋳造装置は、前記装置本体に排気可能に設けられ、精密鋳造前の前記鋳型を供給する鋳型供給室と、前記装置本体に排気可能に設けられ、精密鋳造後の前記鋳型を取り出す鋳型取出室と、前記装置本体に設けられ、前記鋳型供給室から前記昇降体まで精密鋳造前の前記鋳型を搬送する鋳型供給用搬送手段と、前記装置本体に設けられ、前記昇降体から前記鋳型取出室まで精密鋳造後の前記鋳型を搬送する鋳型取出用搬送手段と、を備えることを特徴とする。 The precision casting apparatus according to the present invention is provided in the apparatus main body so as to be evacuated, and supplies a mold supply chamber for supplying the mold before precision casting, and is provided in the apparatus main body so as to be evacuated. A mold take-out chamber to be taken out, provided in the apparatus main body, a mold supply conveying means for conveying the mold before precision casting from the mold supply chamber to the elevating body, and provided in the apparatus main body, And a mold take-out carrying means for carrying the mold after precision casting to the mold take-out chamber.
本発明に係る精密鋳造方法は、一方向凝固合金または単結晶合金の精密鋳造方法であって、金属溶湯が注入されるキャビティを有する有底の鋳型本体における前記金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面のみに、結晶粒を微細化させる結晶粒微細化剤を含む結晶粒微細化層を有している鋳型の前記キャビティに金属溶湯を注入すると共に、前記金属溶湯が注入された鋳型を加熱する金属溶湯注入工程と、前記金属溶湯が注入された鋳型を前記結晶粒微細化層が形成された鋳型面から一方向に冷却させて、前記キャビティ内の金属溶湯を一方向に凝固させる凝固工程と、を備えることを特徴とする。 The precision casting method according to the present invention is a precision casting method of a unidirectionally solidified alloy or a single crystal alloy, and corresponds to an initial solidification region of the molten metal in a bottomed mold body having a cavity into which the molten metal is injected. The molten metal is injected into the cavity of the mold having a crystal grain refinement layer containing a crystal grain refiner that refines crystal grains only on the mold surface, and the mold into which the metal melt is injected is heated. And a solidification step of solidifying the molten metal in the cavity in one direction by cooling the mold into which the molten metal has been injected in one direction from the mold surface on which the crystal grain refinement layer is formed. And.
上記構成によれば、一方向凝固合金または単結晶合金を精密鋳造するための鋳型は、金属溶湯が注入されるキャビティを有する有底の鋳型本体を備え、鋳型本体は、金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面のみに、結晶粒を微細化させる結晶粒微細化剤を含む結晶粒微細化層を有しているので、金属溶湯の凝固初期に結晶粒を微細化させて多くの結晶粒を発生させることが可能となる。そして、上記構成の鋳型を用いて一方向凝固合金または単結晶合金を精密鋳造することにより、鋳型を昇降体の載置面に載置すればよく、従来のような鋳型と水冷式の冷却プレートとの間のシール作業が不要になるので、生産性をより向上させることができる。 According to the above configuration, a mold for precision casting of a unidirectionally solidified alloy or a single crystal alloy includes a bottomed mold body having a cavity into which a molten metal is injected, and the mold body is an initial solidification region of the molten metal. Since there is a crystal grain refinement layer containing a crystal grain refiner that refines crystal grains only on the mold surface corresponding to the above, many crystal grains are refined at the initial stage of solidification of the molten metal. Can be generated. Then, by casting the unidirectionally solidified alloy or single crystal alloy using the mold having the above-described configuration, the mold only needs to be placed on the placing surface of the lifting body. A conventional mold and a water-cooled cooling plate are used. Thus, productivity can be further improved.
以下に、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。まず、一方向凝固合金を精密鋳造するための鋳型について説明する。図１は、一方向凝固合金を精密鋳造するための鋳型１０の構成を示す断面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, a mold for precision casting of a unidirectionally solidified alloy will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a mold 10 for precision casting of a unidirectionally solidified alloy.
鋳型１０は、ニッケル合金等の金属溶湯が注入されるキャビティ１２を有する有底の鋳型本体１４を備えている。鋳型本体１４は、アルミナ、ジルコニア、イットリア、シルカまたはジルコン等を主成分とする耐火材で形成されている。鋳型本体１４のキャビティ１２側は、精密鋳造される金属との反応を抑えるために、金属との反応性がより低い耐火材で形成されていることが好ましく、鋳型本体１４の外側は、鋳型強度を確保するために、機械的強度の高い耐火材で形成されていることが好ましい。また、鋳型本体１４には、金属溶湯をキャビティ１２に注入するための注入口１６が設けられている。 The mold 10 includes a bottomed mold body 14 having a cavity 12 into which a molten metal such as a nickel alloy is poured. The mold body 14 is made of a refractory material mainly composed of alumina, zirconia, yttria, silka, zircon, or the like. The cavity 12 side of the mold body 14 is preferably formed of a refractory material having a lower reactivity with the metal in order to suppress the reaction with the precision-cast metal. In order to ensure, it is preferable that it is formed with a refractory material with high mechanical strength. The mold body 14 is provided with an injection port 16 for injecting molten metal into the cavity 12.
鋳型本体１４には、金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面のみに、結晶粒を微細化させる結晶粒微細化剤を含む結晶粒微細化層１８が設けられている。結晶粒微細化層１８は、例えば、金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面である鋳型本体１４の底面のみに設けられている。金属溶湯が最も早く凝固する初期凝固領域に対応する鋳型面のみに結晶粒微細化層１８を設けることにより、結晶粒微細化層１８と接触した金属溶湯が凝固する際に結晶粒が微細化されるので、結晶成長の初期部分に多くの結晶粒を発生させることが可能となる。また、金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面以外のキャビティ側の鋳型面には、結晶粒微細化層１８を設けないことにより、金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面以外のキャビティ側の鋳型面からの結晶粒の成長が抑制される。結晶粒微細化層１８の厚みについては、例えば、０．１ｍｍから０．５ｍｍである。このように、結晶成長の初期部分に多くの結晶粒を発生させることにより、結晶成長しやすい結晶方位を有する結晶粒（例えば、ニッケル合金では、結晶方位がミラー指数で<１００>方向の結晶粒）をより多く発生させることができる。また、結晶粒を微細化することにより、クリープ特性等を向上させることが可能となる。 The mold body 14 is provided with a crystal grain refinement layer 18 containing a crystal grain refiner that refines crystal grains only on the mold surface corresponding to the initial solidification region of the molten metal. The crystal grain refinement layer 18 is provided, for example, only on the bottom surface of the mold body 14 that is the mold surface corresponding to the initial solidification region of the molten metal. By providing the crystal grain refinement layer 18 only on the mold surface corresponding to the initial solidification region where the metal melt solidifies earliest, the crystal grains are refined when the metal melt in contact with the crystal grain refinement layer 18 solidifies. Therefore, it is possible to generate many crystal grains in the initial part of crystal growth. Further, by not providing the crystal grain refinement layer 18 on the mold surface on the cavity side other than the mold surface corresponding to the initial solidification region of the molten metal, the cavity side other than the mold surface corresponding to the initial solidification region of the molten metal is provided. Growth of crystal grains from the mold surface is suppressed. The thickness of the crystal grain refinement layer 18 is, for example, 0.1 mm to 0.5 mm. Thus, by generating a large number of crystal grains in the initial part of crystal growth, crystal grains having a crystal orientation that facilitates crystal growth (for example, in a nickel alloy, crystal grains having a Miller index and a <100> direction crystal orientation). ) Can be generated more. Further, by making the crystal grains finer, the creep characteristics and the like can be improved.
結晶粒微細化層１８は、例えば、結晶粒微細化剤と耐火材との混合物により形成されている。結晶粒微細化剤には、酸化コバルト、アルミン酸コバルト、酢酸コバルト、硫酸コバルト、塩化コバルト、スルフォン酸コバルト、硫酸アンモニウムコバルト、チオシアン酸コバルトまたは硝酸コバルト等が用いられる。 The crystal grain refinement layer 18 is formed of, for example, a mixture of a crystal grain refiner and a refractory material. As the crystal grain refining agent, cobalt oxide, cobalt aluminate, cobalt acetate, cobalt sulfate, cobalt chloride, cobalt sulfonate, ammonium cobalt sulfate, cobalt thiocyanate, cobalt nitrate, or the like is used.
次に、一方向凝固合金を精密鋳造するための鋳型１０の製造方法について説明する。図２は、一方向凝固合金を精密鋳造するための鋳型１０の製造方法を示すフローチャートである。鋳型１０の製造方法は、ロウ型成形工程（Ｓ１０）と、スラリ層形成工程（Ｓ１２）と、脱ロウ工程（Ｓ１４）と、焼成工程（Ｓ１６）と、を備えている。 Next, the manufacturing method of the casting_mold | template 10 for precision casting of a unidirectionally solidified alloy is demonstrated. FIG. 2 is a flowchart showing a method of manufacturing the mold 10 for precision casting of a unidirectionally solidified alloy. The method for producing the mold 10 includes a wax mold forming step (S10), a slurry layer forming step (S12), a dewaxing step (S14), and a firing step (S16).
ロウ型成形工程（Ｓ１０）は、金属溶湯が注入されるキャビティ１２を有する有底の鋳型本体１４を形成するためのロウ型を成形する工程である。ロウ型は、金型内にロウ材を射出成形等により注入し、ロウ材を硬化させた後、金型から取り出して成形される。 The wax mold forming step (S10) is a step of forming a wax mold for forming the bottomed mold body 14 having the cavity 12 into which the molten metal is poured. The brazing mold is formed by injecting a brazing material into a mold by injection molding or the like and curing the brazing material, and then removing the brazing material from the mold.
スラリ層形成工程（Ｓ１２）は、金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面となるロウ型面のみに、結晶粒を微細化させる結晶粒微細化剤を含む結晶粒微細化スラリ層を形成すると共に、金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面となるロウ型面を除いたロウ型面及び結晶粒微細化スラリ層に、耐火材スラリ層を形成する工程である。 In the slurry layer forming step (S12), a crystal grain refinement slurry layer containing a crystal grain refiner that refines crystal grains is formed only on the wax-type surface that is the mold surface corresponding to the initial solidification region of the molten metal. At the same time, it is a step of forming a refractory material slurry layer on the brazing mold surface and the crystal grain refined slurry layer excluding the brazing mold surface corresponding to the initial solidification region of the molten metal.
まず、金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面となるロウ型面のみに、結晶粒微細化剤を含む結晶粒微細化スラリをコーティングする。結晶粒微細化スラリは、例えば、結晶粒微細化剤と、耐火材粒子と、バインダとを含んで構成されている。結晶粒微細化剤には、上述した、酸化コバルト、アルミン酸コバルト等が用いられる。耐火材粒子には、金属溶湯との反応性が低いジルコン（珪酸ジルコニウム）、アルミナ、ジルコニア、イットリア等の耐火物粒子を用いることが好ましい。バインダには、シリカゾルやジルコニアゾル等が用いられる。 First, a crystal grain refinement slurry containing a crystal grain refiner is coated only on a wax-type surface that becomes a mold surface corresponding to an initial solidification region of a molten metal. The crystal grain refinement slurry includes, for example, a crystal grain refiner, refractory material particles, and a binder. As the crystal grain refining agent, the above-described cobalt oxide, cobalt aluminate or the like is used. As the refractory material particles, it is preferable to use refractory particles such as zircon (zirconium silicate), alumina, zirconia, and yttria that have low reactivity with the molten metal. For the binder, silica sol, zirconia sol, or the like is used.
次に、結晶粒微細化スラリをコーティングしたロウ型面に耐火材粒子を振りかけてスタッコ処理を行い、乾燥させる。このようにして、金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面となるロウ型面のみに、結晶粒微細化スラリ層を形成する。 Next, the refractory material particles are sprinkled on the wax-type surface coated with the crystal grain refinement slurry, followed by stucco treatment and drying. In this manner, the crystal grain refined slurry layer is formed only on the wax mold surface that becomes the mold surface corresponding to the initial solidification region of the molten metal.
次に、金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面となるロウ型面を除いたロウ型面に、初層用スラリをコーティングする。初層用スラリは、例えば、耐火材粒子とバインダとを含んで構成されている。耐火材粒子とバインダとについては、上述した結晶粒微細化スラリと同様である。初層用スラリをコーティングしたスラリ面に耐火材粒子を振りかけて初層スタッコ処理を行い、乾燥させる。このようにして、初層の耐火材スラリ層を形成する。このとき、結晶粒微細化スラリ層にも初層用スラリをコーティングし、耐火物粒子を振りかけて初層スタッコ処理を行い、乾燥させるようにしてもよい。 Next, the slurry for the first layer is coated on the brazing mold surface excluding the brazing mold surface corresponding to the initial solidification region of the molten metal. The slurry for the first layer includes, for example, refractory material particles and a binder. About a refractory material particle and a binder, it is the same as that of the grain refinement | miniaturization slurry mentioned above. Sprinkle refractory particles on the slurry surface coated with the slurry for the first layer, stucco the first layer, and dry. In this way, the first refractory material slurry layer is formed. At this time, the slurry for the initial layer may be coated on the crystal grain refined slurry layer, and the first layer stucco treatment may be performed by sprinkling the refractory particles and dried.
次に、結晶粒微細化スラリ層及び初層の耐火材スラリ層に、後層用スラリをコーティングする。後層用スラリは、例えば、耐火物粒子とバインダとを含んで構成されている。耐火材粒子には、機械的強度が大きいジルコン、シリカ、アルミナ、ムライト等を用いることが好ましい。バインダには、シリカゾルやジルコニアゾル等が用いられる。後層用スラリをコーティングしたスラリ面に耐火材粒子を振りかけて後層スタッコ処理を行い、乾燥させる。後層用スラリのコーティングと、後層スタッコ処理と、乾燥とからなる工程は、後層の耐火材スラリ層が所定の厚みになるまで繰り返し行われる。このようにして、金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面となるロウ型面を除いたロウ型面及び結晶粒微細化スラリ層に、耐火材スラリ層が形成される。 Next, the rear layer slurry is coated on the crystal grain refined slurry layer and the first refractory material slurry layer. The slurry for the rear layer includes, for example, refractory particles and a binder. For the refractory material particles, it is preferable to use zircon, silica, alumina, mullite or the like having high mechanical strength. For the binder, silica sol, zirconia sol, or the like is used. Refractory material particles are sprinkled on the slurry surface coated with the slurry for the back layer, followed by a stucco treatment for the back layer and dried. The process of coating the rear layer slurry, the rear layer stucco process, and drying is repeated until the rear layer refractory material slurry layer has a predetermined thickness. In this way, the refractory material slurry layer is formed on the wax-type surface and the crystal grain refined slurry layer excluding the wax-type surface that becomes the mold surface corresponding to the initial solidification region of the molten metal.
他の方法としては、金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面となるロウ型面のみをマスキングテープ等で予めマスキングし、ロウ型の周囲に初層用スラリをコーティングし、初層スタッコ処理を行い、乾燥させる。その後、マスキングを除去し、金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面となるロウ型面のみに結晶粒微細化スラリ層を形成するようにしてもよい。また、ロウ型の周囲に初層用スラリをコーティングし、初層スタッコ処理を行った後に、金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面となるロウ型面に設けられた初層のスラリ層のみを機械的手法または水洗で除去し、金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面となるロウ型面のみに結晶粒微細化スラリ層を形成するようにしてもよい。このようにロウ型に結晶粒微細化スラリ層を形成した後、上述した方法で耐火材スラリ層が形成される。 As another method, only the wax mold surface that becomes the mold surface corresponding to the initial solidification region of the molten metal is previously masked with a masking tape or the like, and the slurry for the first layer is coated around the wax mold, and the first layer stucco treatment is performed. Do and dry. Thereafter, the masking may be removed, and the crystal grain refined slurry layer may be formed only on the wax mold surface serving as the mold surface corresponding to the initial solidification region of the molten metal. In addition, after coating the slurry for the first layer around the wax mold and performing the first layer stucco treatment, only the first slurry layer provided on the mold surface corresponding to the mold solidification area corresponding to the initial solidification region of the molten metal May be removed by a mechanical method or washing with water, and a crystal grain refined slurry layer may be formed only on the wax-type surface that is the mold surface corresponding to the initial solidification region of the molten metal. After forming the grain refinement slurry layer in a wax shape in this way, the refractory material slurry layer is formed by the method described above.
別の方法としては、まず、結晶粒微細化剤を含む結晶粒微細化シートを作製する。結晶粒微細化シートについては、結晶粒微細化剤と耐火材粒子とを混合した後、シート状に作製してもよいし、結晶粒微細化剤を水に溶かした結晶粒微細化溶液を多孔質の耐火材シートに含浸させた後、乾燥させて作製してもよい。なお、結晶粒微細化溶液には、水溶性である酢酸コバルト、硫酸コバルト、塩化コバルト、スルフォン酸コバルト、硫酸アンモニウムコバルト、チオシアン酸コバルトまたは硝酸コバルト等が適用可能である。 As another method, first, a crystal grain refinement sheet containing a crystal grain refiner is prepared. For the crystal grain refinement sheet, the crystal grain refiner and the refractory material particles may be mixed and then formed into a sheet, or a crystal grain refiner solution in which the crystal grain refiner is dissolved in water is made porous. It may be produced by impregnating a high quality refractory sheet and then drying. Note that water-soluble cobalt acetate, cobalt sulfate, cobalt chloride, cobalt sulfonate, cobalt cobalt sulfate, cobalt thiocyanate, cobalt nitrate, or the like is applicable to the crystal grain refining solution.
次に、金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面となるロウ型面のみに結晶粒微細化シートを接合する。接着剤には、樹脂系接着剤やセラミックス系接着剤が用いられる。このようにロウ型面に結晶粒微細化シートを接合した後、上述した方法で耐火材スラリ層が形成される。 Next, the crystal grain refinement sheet is bonded only to the wax-shaped surface that becomes the mold surface corresponding to the initial solidification region of the molten metal. As the adhesive, a resin adhesive or a ceramic adhesive is used. After joining the crystal grain refinement sheet to the wax-type surface in this way, a refractory material slurry layer is formed by the method described above.
脱ロウ工程（Ｓ１４）は、結晶粒微細化スラリ層と耐火物スラリ層とが形成されたロウ型を加熱して脱ロウし、鋳型成形体を形成する工程である。結晶粒微細化スラリ層と耐火物スラリ層とが形成されたロウ型を加熱することにより、ロウ型が溶け出して脱ロウし、鋳型成形体が形成される。脱ロウ処理は、結晶粒微細化スラリ層と耐火物スラリ層とが形成されたロウ型をオートクレーブ等に入れて、１００℃から１８０℃、４気圧から８気圧で加熱・加圧処理して行われる。この脱ロウ処理により、ロウ型が溶け出してキャビティ１２となり、キャビティ１２を有する鋳型成形体が得られる。 The dewaxing step (S14) is a step of heating and dewaxing the wax mold formed with the crystal grain refined slurry layer and the refractory slurry layer to form a molded body. By heating the wax mold in which the crystal grain refined slurry layer and the refractory slurry layer are formed, the wax mold is melted and dewaxed to form a molded mold. The dewaxing process is performed by placing a wax mold in which a grain refinement slurry layer and a refractory slurry layer are formed in an autoclave or the like, and heating and pressurizing at 100 to 180 ° C. and 4 to 8 atm. Is called. By this dewaxing process, the wax mold is melted to form the cavity 12, and a mold-molded body having the cavity 12 is obtained.
焼成工程（Ｓ１６）は、鋳型成形体を焼成する工程である。鋳型成形体を焼成炉等で９００℃から１３００℃で加熱して焼成することにより、結晶粒微細化スラリ層と耐火材スラリ層とが焼き固められて各々結晶粒微細化層１８と耐火材層となることによって殻体（シェル）となり、キャビティ１２を有する鋳型１０が形成される。 The firing step (S16) is a step of firing the molded body. The mold compact is heated and fired at 900 ° C. to 1300 ° C. in a firing furnace or the like, whereby the crystal grain refined slurry layer and the refractory material slurry layer are baked and hardened, and the crystal grain refined layer 18 and the refractory material layer are respectively fired. As a result, a shell body (shell) is formed, and the mold 10 having the cavity 12 is formed.
次に、単結晶合金を精密鋳造する鋳型について説明する。なお、一方向凝固合金を精密鋳造する鋳型１０と同様の構成については、詳細な説明を省略する。図３は、単結晶合金を精密鋳造する鋳型２０の構成を示す断面図である。 Next, a mold for precision casting a single crystal alloy will be described. The detailed description of the same configuration as that of the mold 10 for precision casting of the unidirectionally solidified alloy is omitted. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a mold 20 for precision casting a single crystal alloy.
単結晶合金を精密鋳造する鋳型２０では、有底の鋳型本体２２は、金属溶湯が注入されるキャビティ２３を有しており、セレクタ２４と、スタータ２６と、を備えている。鋳型本体２２は、一方向凝固合金を精密鋳造する鋳型１０の鋳型本体１４と同様に耐火材で形成されている。 In the mold 20 for precision casting a single crystal alloy, the bottomed mold body 22 has a cavity 23 into which a molten metal is poured, and includes a selector 24 and a starter 26. The mold main body 22 is formed of a refractory material in the same manner as the mold main body 14 of the mold 10 for precision casting of a unidirectionally solidified alloy.
鋳型２０では、金属溶湯の初期凝固領域であるスタータ２６の底面のみに、結晶粒を微細化させる結晶粒微細化剤を含む結晶粒微細化層２９が設けられている。金属溶湯の初期凝固領域であるスタータ２６の底面のみに結晶粒微細化層２９を設けることにより、結晶粒微細化層２９と接触した金属溶湯が凝固する際に結晶粒が微細化されるので、結晶成長の初期部分に多数の結晶粒を発生させることが可能となる。結晶粒微細化剤については、一方向凝固合金を精密鋳造する鋳型と同様であるので詳細な説明を省略する。 In the mold 20, a crystal grain refining layer 29 including a crystal grain refining agent for refining crystal grains is provided only on the bottom surface of the starter 26 which is an initial solidification region of the molten metal. By providing the crystal grain refinement layer 29 only on the bottom surface of the starter 26 that is the initial solidification region of the molten metal, the crystal grains are refined when the molten metal in contact with the crystal grain refinement layer 29 is solidified. A large number of crystal grains can be generated in the initial part of crystal growth. The crystal grain refining agent is the same as the mold for precision casting of the unidirectionally solidified alloy, and thus detailed description thereof is omitted.
次に、単結晶合金を精密鋳造するための鋳型２０の製造方法について説明する。なお、一方向凝固合金を精密鋳造する鋳型１０の製造方法と同様の構成については、詳細な説明を省略する。 Next, a method for manufacturing the mold 20 for precision casting of a single crystal alloy will be described. In addition, detailed description is abbreviate | omitted about the structure similar to the manufacturing method of the casting_mold | template 10 which carries out the precision casting of the directionally solidified alloy.
ロウ型成形工程では、金属溶湯が注入されるキャビティ２３を有し、セレクタ２４とスタータ２６とを備えた有底の鋳型本体２２を形成するためのロウ型を成形する。 In the wax mold forming step, a wax mold for forming a bottomed mold body 22 having a cavity 23 into which a molten metal is poured and having a selector 24 and a starter 26 is formed.
スラリ層形成工程では、金属溶湯の初期凝固領域に対応するスタータ２６の底面となるロウ型面のみに結晶粒微細化スラリをコーティングし、スラリ面に耐火材粒子を振りかけてスタッコ処理を行い、結晶粒微細化スラリ層を形成する。そして、スタータ２６の底面に対応するロウ型面を除いたロウ型面及び結晶粒微細化スラリ層に耐火材スラリ層を形成する。なお、結晶粒微細化スラリや耐火材スラリ層の形成方法については、一方向凝固合金を精密鋳造するための鋳型１０の製造方法と同様なので詳細な説明を省略する。また、スラリ層形成工程後に行われる脱ロウ工程及び焼成工程についても、一方向凝固合金を精密鋳造するための鋳型１０の製造方法と同様なので詳細な説明を省略する。 In the slurry layer forming step, the crystal grain refined slurry is coated only on the wax-type surface which is the bottom surface of the starter 26 corresponding to the initial solidification region of the molten metal, and the refractory material particles are sprinkled on the slurry surface to perform stucco treatment. A grain refined slurry layer is formed. Then, a refractory material slurry layer is formed on the wax-type surface excluding the wax-type surface corresponding to the bottom surface of the starter 26 and the grain refinement slurry layer. The method of forming the crystal grain refinement slurry and the refractory material slurry layer is the same as the method of manufacturing the mold 10 for precision casting of the unidirectionally solidified alloy, and thus detailed description thereof is omitted. Also, the dewaxing step and the firing step performed after the slurry layer forming step are the same as the method for manufacturing the mold 10 for precision casting of the unidirectionally solidified alloy, and thus detailed description thereof is omitted.
次に、一方向凝固合金または単結晶合金を精密鋳造するための精密鋳造装置について説明する。 Next, a precision casting apparatus for precision casting of a unidirectionally solidified alloy or a single crystal alloy will be described.
図４は、精密鋳造装置３０の構成を示す図である。精密鋳造装置３０は、装置本体３２と、鋳型１０、２０を加熱する加熱体３４と、鋳型１０、２０を載置して昇降する昇降体３６と、を備えている。 FIG. 4 is a diagram showing a configuration of the precision casting apparatus 30. The precision casting apparatus 30 includes an apparatus main body 32, a heating body 34 that heats the molds 10 and 20, and an elevating body 36 that moves the molds 10 and 20 up and down.
装置本体３２は、真空容器からなり、加熱体３４や昇降体３６等を収容可能に形成されている。装置本体３２には、真空ポンプ等で排気するためや、不活性ガス等のガスを供給するためのバルブ等が設けられている。 The apparatus main body 32 is composed of a vacuum vessel and is formed so as to accommodate a heating body 34, a lifting body 36, and the like. The apparatus main body 32 is provided with a valve or the like for exhausting with a vacuum pump or the like, or for supplying a gas such as an inert gas.
加熱体３４は、装置本体３２に設けられ、鋳型１０、２０が挿入可能に筒状に形成されており、鋳型１０、２０を加熱する機能を有している。加熱体３４には、高周波コイル等が設けられている。また、加熱体３４には、金属溶湯を溜めた坩堝（図示せず）から金属溶湯を鋳型１０、２０へ注入するための開口部３４ａと、加熱体３４内に鋳型１０、２０を挿入するためや、加熱体３４内から鋳型１０、２０を引き抜くための開口部３４ｂとが形成されている。 The heating body 34 is provided in the apparatus main body 32, is formed in a cylindrical shape so that the molds 10 and 20 can be inserted therein, and has a function of heating the molds 10 and 20. The heating body 34 is provided with a high-frequency coil or the like. The heating body 34 has an opening 34a for injecting the molten metal into the molds 10 and 20 from a crucible (not shown) in which the molten metal is stored, and for inserting the molds 10 and 20 into the heating body 34. In addition, an opening 34b for extracting the molds 10 and 20 from the heating body 34 is formed.
昇降体３６は、装置本体３２に設けられており、加熱体３４に対して鋳型１０、２０を挿入し、または引き出すために昇降可能に形成されている。昇降体３６は、鋳型１０、２０における結晶粒微細化層１８、２９が形成された鋳型面を載置する載置面３６ａを有している。載置面３６ａには、爪やリング等の鋳型を支持する支持部材を設けるようにしてもよい。昇降体３６は、例えば、一般的なアクチュエータ等で構成されている。 The elevating body 36 is provided in the apparatus main body 32 and is formed so as to be movable up and down in order to insert or pull out the molds 10 and 20 from the heating body 34. The elevating body 36 has a mounting surface 36 a on which the mold surface on which the crystal grain refinement layers 18 and 29 are formed in the molds 10 and 20 is placed. You may make it provide the supporting member which supports casting_mold | templates, such as a nail | claw and a ring, in the mounting surface 36a. The elevating body 36 is composed of, for example, a general actuator.
制御部（図示せず）は、装置本体３２、加熱体３４、昇降体３６等を制御する機能を有している。制御部は、一般的なコンピュータシステム等で構成されている。 The control unit (not shown) has a function of controlling the apparatus main body 32, the heating body 34, the elevating body 36, and the like. The control unit is configured by a general computer system or the like.
次に、一方向凝固合金の精密鋳造方法について説明する。 Next, a method for precision casting of a unidirectionally solidified alloy will be described.
図５は、一方向凝固合金の精密鋳造方法を示すフローチャートである。図６は、一方向凝固合金の精密鋳造方法を示す図である。一方向凝固合金の精密鋳造方法は、金属溶湯注入工程（Ｓ２０）と、凝固工程（Ｓ２２）と、を備えている。 FIG. 5 is a flowchart showing a precision casting method of a unidirectionally solidified alloy. FIG. 6 is a diagram showing a precision casting method of a unidirectionally solidified alloy. The unidirectionally solidified alloy precision casting method includes a molten metal pouring step (S20) and a solidifying step (S22).
金属溶湯注入工程（Ｓ２０）は、鋳型１０のキャビティ１２に金属溶湯３８を注入すると共に、金属溶湯３８が注入された鋳型１０を加熱する工程である。まず、鋳型１０は、結晶粒微細化層１８を設けた鋳型本体１２の底面が昇降体３６の載置面３６ａに位置するように昇降体３６に載置される。制御部は、昇降体３６を上昇させて鋳型１０を加熱体３４内に挿入する。そして、制御部は、金属溶湯３８を溜めた坩堝（図示せず）を制御することにより、鋳型１０のキャビティ１２に金属溶湯３８を注入する。そして、制御部は、加熱体３４を制御して、金属溶湯３８が注入された鋳型を輻射加熱等で加熱する。 The molten metal injection step (S20) is a step of injecting the molten metal 38 into the cavity 12 of the mold 10 and heating the mold 10 into which the molten metal 38 has been injected. First, the mold 10 is placed on the lifting body 36 such that the bottom surface of the mold body 12 provided with the crystal grain refinement layer 18 is positioned on the mounting surface 36 a of the lifting body 36. The control unit raises the elevating body 36 and inserts the mold 10 into the heating body 34. Then, the control unit injects the molten metal 38 into the cavity 12 of the mold 10 by controlling a crucible (not shown) in which the molten metal 38 is stored. And a control part controls the heating body 34, and heats the casting_mold | template with which the molten metal 38 was inject | poured by radiation heating etc.
また、制御部は、金属溶湯３８が注入された鋳型１０を加熱するときに、鋳型本体１４の底面の温度が、結晶粒微細化剤が金属溶湯３８に溶け込む温度より低くなると共に、鋳型本体１４の底面に隣接する鋳型本体１４の側面から凝固を開始しないように、昇降体３６を制御して鋳型本体１４の底面を加熱体３４に対して位置決めする。この理由は、鋳型本体１４の底面の温度が、結晶粒微細化剤が金属溶湯３８に溶け込む温度より高くなると、結晶粒微細化剤が金属溶湯３８に溶け込むので結晶粒の微細化効果が低減するからであり、鋳型本体１４の側面から凝固を開始すると金属溶湯３８を一方向に凝固させることが難しくなるからである。なお、加熱体３６に対する鋳型本体１４の底面の位置は、例えば、予備試験や解析等を行って予め定められる。 In addition, when the control unit heats the mold 10 into which the molten metal 38 has been injected, the temperature of the bottom surface of the mold body 14 becomes lower than the temperature at which the crystal grain refining agent melts into the molten metal 38, and the mold body 14. The lifting body 36 is controlled so that the bottom surface of the mold body 14 is positioned with respect to the heating body 34 so as not to start solidification from the side surface of the mold body 14 adjacent to the bottom surface of the mold body 14. The reason for this is that if the temperature of the bottom surface of the mold body 14 is higher than the temperature at which the crystal grain refining agent is melted into the molten metal 38, the crystal grain refining agent is dissolved into the metal molten metal 38, thereby reducing the effect of refining crystal grains. This is because it is difficult to solidify the molten metal 38 in one direction when solidification is started from the side surface of the mold body 14. Note that the position of the bottom surface of the mold body 14 with respect to the heating body 36 is determined in advance, for example, by performing a preliminary test or analysis.
例えば、金属溶湯３８がニッケル合金の溶湯からなる場合には、鋳型本体１４の底面の温度は、１３５０℃以上１４５０℃以下であることが好ましい。鋳型本体１４の底面の温度が１３５０℃より低い場合には、鋳型本体１４の底面に隣接する側面からも凝固が始まり、鋳型本体１４の底面からニッケル合金の溶湯が一方向に凝固しない場合があるからである。また、鋳型本体１４の底面の温度が１４５０℃より高い場合には、結晶粒微細化剤がニッケル合金の溶湯に溶け込むことで結晶粒の微細化効果が低減するからである。 For example, when the molten metal 38 is made of a molten nickel alloy, the temperature of the bottom surface of the mold body 14 is preferably 1350 ° C. or higher and 1450 ° C. or lower. When the temperature of the bottom surface of the mold body 14 is lower than 1350 ° C., solidification starts from the side surface adjacent to the bottom surface of the mold body 14, and the molten nickel alloy may not solidify in one direction from the bottom surface of the mold body 14. Because. Further, when the temperature of the bottom surface of the mold body 14 is higher than 1450 ° C., the crystal grain refining agent dissolves in the molten nickel alloy, thereby reducing the effect of crystal grain refinement.
凝固工程（Ｓ２２）は、鋳型１０を結晶粒微細化層１８が形成された鋳型面から一方向に冷却させて、キャビティ内の金属溶湯３８を一方向に凝固させる工程である。制御部は、昇降体３６を制御することにより、昇降体３６を下降させて鋳型１０を加熱体３４内から引き抜く。これにより、キャビティ１２内の金属溶湯３８は、結晶粒微細化層１８と接している鋳型本体１４の底面から凝固を開始するので、金属溶湯３８の凝固初期に結晶粒が微細化されて多くの結晶粒が発生する。そして、制御部の制御により、昇降体３６を、例えば１５０ｍｍ/ｈから４００ｍｍ/ｈの速度で徐々に下降させて鋳型１０を加熱帯から出すことで輻射冷却することにより、キャビティ１２内の金属溶湯３８に温度勾配を生じさせて、金属溶湯３８が鋳型本体１４の底面から鋳型本体１４の上方へ向けて一方向に冷却されて凝固し、結晶粒が一方向に成長して柱状晶となり一方向凝固合金が鋳造される。 The solidification step (S22) is a step in which the mold 10 is cooled in one direction from the mold surface on which the crystal grain refinement layer 18 is formed, and the molten metal 38 in the cavity is solidified in one direction. The control unit controls the elevating body 36 to lower the elevating body 36 and pull out the mold 10 from the heating body 34. As a result, the molten metal 38 in the cavity 12 starts to solidify from the bottom surface of the mold body 14 that is in contact with the crystal grain refinement layer 18. Crystal grains are generated. Then, under the control of the control unit, the elevating body 36 is gradually lowered at a speed of, for example, 150 mm / h to 400 mm / h, and the mold 10 is taken out of the heating zone to be radiatively cooled, whereby the molten metal in the cavity 12 is obtained. A temperature gradient is generated in 38, and the molten metal 38 is cooled and solidified in one direction from the bottom surface of the mold body 14 to the upper side of the mold body 14, and crystal grains grow in one direction to become columnar crystals. A solidified alloy is cast.
次に、単結晶合金の精密鋳造方法について説明する。なお、一方向凝固合金の精密鋳造方法と同様の構成については、詳細な説明を省略する。図７は、単結晶合金の精密鋳造方法を示す図である。 Next, a method for precision casting of a single crystal alloy will be described. In addition, detailed description is abbreviate | omitted about the structure similar to the precision casting method of a directionally solidified alloy. FIG. 7 is a view showing a precision casting method of a single crystal alloy.
金属溶湯注入工程では、まず、鋳型２０は、結晶粒微細化層２９を設けたスタータ２６の底面が昇降体３６の載置面３６ａに位置するように昇降体３６に載置されている。制御部は、昇降体３６を上昇させて鋳型２０を加熱体３４内に挿入し、金属溶湯３８を溜めた坩堝（図示せず）から鋳型２０のキャビティ２３に金属溶湯３８を注入し、加熱体３６で金属溶湯３８が注入された鋳型２０を輻射加熱等で加熱する。 In the molten metal pouring step, first, the mold 20 is placed on the lifting body 36 such that the bottom surface of the starter 26 provided with the crystal grain refinement layer 29 is positioned on the placement surface 36 a of the lifting body 36. The controller raises the elevating body 36 and inserts the mold 20 into the heating body 34, and injects the molten metal 38 into the cavity 23 of the mold 20 from a crucible (not shown) in which the molten metal 38 is stored. In 36, the mold 20 in which the molten metal 38 is injected is heated by radiation heating or the like.
凝固工程では、制御部は、昇降体３６を制御することにより、昇降体３６を下降させて鋳型２０を加熱体３４内から引き抜き、鋳型２０を結晶粒微細化層２９が形成されたスタータ２６の底面から一方向に冷却させて、キャビティ内の金属溶湯３８を一方向に凝固させる。これにより、キャビティ２３内の金属溶湯３８は、結晶粒微細化層２９と接しているスタータ２６の底面から凝固を開始するので、金属溶湯３８の凝固初期に結晶粒が微細化されて多くの結晶粒を発生させることができる。そして、制御部の制御により、昇降体３６を徐々に下降させることにより、スタータ２６内で多くの結晶粒が引き抜き方向に一方向に成長し、これらの多くの一方向に成長した結晶粒がセレクタ２４を通過するときに１つの結晶粒が選択されて単結晶合金が鋳造される。 In the solidification process, the control unit controls the lifting body 36 to lower the lifting body 36 and pull out the mold 20 from the heating body 34, and the mold 20 is removed from the starter 26 on which the crystal grain refinement layer 29 is formed. The molten metal 38 in the cavity is solidified in one direction by cooling in one direction from the bottom surface. As a result, the molten metal 38 in the cavity 23 starts to solidify from the bottom surface of the starter 26 that is in contact with the crystal grain refinement layer 29. Grain can be generated. Then, by gradually lowering the elevating body 36 under the control of the control unit, many crystal grains grow in one direction in the drawing direction in the starter 26, and these many crystal grains grown in one direction become selectors. When passing through 24, one crystal grain is selected to cast a single crystal alloy.
次に、他の精密鋳造装置について説明する。図８は、精密鋳造装置４０の構成を示す図である。なお、同様な要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。 Next, another precision casting apparatus will be described. FIG. 8 is a diagram showing a configuration of the precision casting apparatus 40. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same element and detailed description is abbreviate | omitted.
真空容器からなる装置本体４２には、鋳造前の鋳型１０を装置本体４２に供給するための鋳型供給室４４と、鋳造後の鋳型１０ａを装置本体４２から取り出すための鋳型取出室４６と、が設けられている。鋳型供給室４４と、鋳型取出室４６とは、真空ポンプ等と接続されており、排気可能に形成されている。装置本体４２と鋳型供給室４４との間には、開閉可能な鋳型供給用ゲート扉４７ａが設けられており、装置本体４２と鋳型取出室４６との間には、開閉可能な鋳型取出用ゲート扉４７ｂが設けられている。 The apparatus main body 42 formed of a vacuum vessel includes a mold supply chamber 44 for supplying the mold 10 before casting to the apparatus main body 42 and a mold extraction chamber 46 for taking out the cast mold 10a from the apparatus main body 42. Is provided. The mold supply chamber 44 and the mold take-out chamber 46 are connected to a vacuum pump or the like and are configured to be evacuated. A mold supply gate door 47a that can be opened and closed is provided between the apparatus main body 42 and the mold supply chamber 44, and a mold extraction gate that can be opened and closed is provided between the apparatus main body 42 and the mold extraction chamber 46. A door 47b is provided.
装置本体４２には、鋳造前の鋳型１０を鋳型供給室４４から昇降体３６まで搬送するベルトコンベア等の鋳型供給用搬送手段４８と、鋳造後の鋳型１０ａを昇降体３６から鋳型取出室４６まで搬送するベルトコンベア等の鋳型取出用搬送手段５０と、が設けられている。 The apparatus main body 42 includes a mold supply transport means 48 such as a belt conveyor for transporting the mold 10 before casting from the mold supply chamber 44 to the lifting body 36, and the mold 10 a after casting from the lifting body 36 to the mold take-out chamber 46. And a mold take-out conveying means 50 such as a belt conveyor for conveyance.
鋳型供給室４４には、鋳造前の鋳型１０を押出して鋳型供給用搬送手段４８に載せるためのアクチュエータ等の鋳型供給用手段５２が設けられている。また、装置本体４２には、昇降体３６に載置された鋳造後の鋳型１０ａを押出して鋳型取出用搬送手段５０に載せるためのアクチュエータ等の鋳型取出用手段５４が設けられている。 The mold supply chamber 44 is provided with mold supply means 52 such as an actuator for extruding the mold 10 before casting and placing it on the mold supply transport means 48. Further, the apparatus main body 42 is provided with a mold take-out means 54 such as an actuator for extruding the cast mold 10 a placed on the elevating body 36 and placing it on the mold take-out conveying means 50.
制御部（図示せず）は、鋳型供給用ゲート扉４７ａ、鋳型取出用ゲート扉４７ｂ、鋳型供給用搬送手段４８、鋳型取出用搬送手段５０、鋳型供給用押出し手段５２、鋳型取出用押出し手段５４等を制御する機能を有しており、一般的なコンピュータシステムで構成されている。 The control unit (not shown) includes a mold supply gate door 47a, a mold takeout gate door 47b, a mold supply transfer means 48, a mold takeout transfer means 50, a mold supply extruding means 52, and a mold takeout extrusion means 54. Etc., and a general computer system.
次に、精密鋳造装置４０の動作について説明する。 Next, the operation of the precision casting apparatus 40 will be described.
鋳型供給用ゲート扉４７ａを閉じた状態で鋳造前の鋳型１０を鋳型供給室４４に入れる。制御部の制御により、鋳型供給室４４を排気し、鋳型供給用ゲート扉４７ａを開け、鋳型供給用手段５２により鋳造前の鋳型１０を押出して鋳型供給用搬送手段４８に載置し、昇降体３６まで搬送する。昇降体３６を昇降させて、昇降体３６の載置面３６ａの高さを鋳型供給用搬送手段４８の位置に合わせた後に、鋳型供給用搬送手段４８で搬送された鋳造前の鋳型１０を昇降体３６の載置面３６ａに載置する。 The mold 10 before casting is placed in the mold supply chamber 44 with the mold supply gate door 47a closed. Under the control of the control unit, the mold supply chamber 44 is evacuated, the mold supply gate door 47a is opened, the mold 10 before casting is pushed out by the mold supply means 52 and placed on the mold supply conveying means 48, and the lifting body Transport to 36. The elevator 36 is moved up and down to adjust the height of the mounting surface 36a of the elevator 36 to the position of the mold supply transport means 48, and then the casting mold 10 transported by the mold supply transport means 48 is moved up and down. It is placed on the placement surface 36 a of the body 36.
昇降体３６を上昇させて鋳造前の鋳型１０を加熱体３４内に挿入する。制御部で、加熱体３４を制御して所定の温度まで鋳型１０を加熱する。鋳型１０が所定の温度まで昇温し所定の時間が経過したら、制御部は、金属溶湯３８を溜めた坩堝を制御することにより、鋳型１０のキャビティに金属溶湯３８を注入する。 The elevator body 36 is raised and the casting mold 10 before casting is inserted into the heating body 34. The control unit controls the heating body 34 to heat the mold 10 to a predetermined temperature. When the mold 10 is heated to a predetermined temperature and a predetermined time elapses, the control unit controls the crucible in which the molten metal 38 is stored to inject the molten metal 38 into the cavity of the mold 10.
制御部の制御により、昇降体３６を徐々に下降させて金属溶湯３８が注入された鋳型１０を加熱体内から引き抜く。これにより、キャビティ１２内の金属溶湯３８は、結晶粒微細化層１８を設けた鋳型本体１４の底面から凝固を開始するので、金属溶湯３８の凝固初期に結晶粒が微細化され、多数の結晶粒を発生させることが可能になる。そして、引き続き昇降体３６を徐々に下降させることにより、金属溶湯３８は鋳型本体１４の底面から上方へ向けた温度勾配を有するので、底面に多数発生した微細な結晶粒が一方向に凝固して柱状晶となり一方向凝固材が鋳造される。 Under the control of the control unit, the elevating body 36 is gradually lowered, and the mold 10 in which the molten metal 38 is injected is pulled out from the heated body. As a result, the molten metal 38 in the cavity 12 starts to solidify from the bottom surface of the mold body 14 provided with the crystal grain refinement layer 18. It becomes possible to generate grains. Then, by continuously lowering the elevating body 36, the molten metal 38 has a temperature gradient upward from the bottom surface of the mold body 14, so that many fine crystal grains generated on the bottom surface solidify in one direction. Columnar crystals are formed and a unidirectional solidified material is cast.
次に、制御部の制御により、昇降体３６の載置面３６ａの高さを鋳型取出用搬送手段５０の位置に合わせた後に、鋳型取出用手段５４で鋳造後の鋳型１０ａを押出し、鋳型取出用搬送手段５０に載置する。そして、鋳造後の鋳型１０ａを鋳型取出用搬送手段５０で昇降体３６から鋳型取出用ゲート扉４７ｂまで搬送する。予め、鋳型取出室４６を真空ポンプ等で排気しておき、鋳型取出用ゲート扉４７ｂを開けて、鋳造後の鋳型１０ａを鋳型取出室４６に搬入する。その後、鋳型取出用ゲート扉４７ｂを閉じて鋳型取出室４６を大気開放し、鋳造後の鋳型１０ａを取り出す。 Next, under the control of the control unit, the height of the mounting surface 36a of the elevating body 36 is adjusted to the position of the mold take-out conveying means 50, and then the cast mold 10a is pushed out by the mold take-out means 54 to remove the mold. It is placed on the transport means 50. Then, the cast mold 10a is transported from the lift 36 to the mold ejection gate door 47b by the mold ejection transport means 50. The mold take-out chamber 46 is evacuated with a vacuum pump or the like in advance, the mold take-out gate door 47b is opened, and the cast mold 10a is carried into the mold take-out chamber 46. Thereafter, the mold extraction gate door 47b is closed to release the mold extraction chamber 46 to the atmosphere, and the cast mold 10a is taken out.
精密鋳造装置４０によれば、鋳型１０を昇降体３６の載置面３６ａに載置する際に、鋳型１０の外周端縁と載置面３６ａとの間のシール作業等が不要になるので、連続鋳造が可能となる。なお、上記構成では、一方向凝固材を鋳造する場合について説明したが、単結晶材を鋳造する場合でも連続鋳造が可能となる。 According to the precision casting apparatus 40, when the mold 10 is placed on the placement surface 36a of the elevating body 36, a sealing operation between the outer peripheral edge of the mold 10 and the placement surface 36a becomes unnecessary. Continuous casting becomes possible. In the above configuration, the case where the unidirectional solidified material is cast has been described. However, continuous casting is possible even when a single crystal material is cast.
以上、上記構成によれば、一方向凝固合金または単結晶合金を精密鋳造するための鋳型は、金属溶湯が注入されるキャビティを有する有底の鋳型本体を備え、鋳型本体は、金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面のみに、結晶粒を微細化させる結晶粒微細化剤を含む結晶粒微細化層を有しているので、金属溶湯の凝固初期に結晶粒が微細化されて多くの結晶粒を発生させ、その多数の結晶粒の中から結晶方位の良い結晶粒のみ成長させることが可能となる。 As described above, according to the above configuration, a mold for precision casting of a unidirectionally solidified alloy or a single crystal alloy includes a bottomed mold body having a cavity into which a molten metal is poured, and the mold body is an initial stage of the molten metal. Since only the mold surface corresponding to the solidification region has a crystal grain refinement layer containing a crystal grain refiner that refines crystal grains, the crystal grains are refined in the initial stage of solidification of the molten metal. It is possible to generate crystal grains and grow only the crystal grains having a good crystal orientation from among the many crystal grains.
そして、上記構成の鋳型を用いて一方向凝固合金または単結晶合金を精密鋳造することにより、鋳型を昇降体の載置面に載置すればよく、従来のように鋳型と水冷式の冷却プレートとの間のシール作業が不要になるので、炉を大気開放して鋳型をチルプレートに取り付ける作業が必要なくなり生産性を向上させることができると共に、生産コストをより低減することが可能となる。また、鋳型と水冷式の冷却プレートとの間のシール作業が不要になるので、連続鋳造も可能となり生産性をより向上させることができる。更に、水冷式の冷却プレートを用いる必要がないので、精密鋳造装置をより簡素化することができる。 Then, by casting the unidirectionally solidified alloy or single crystal alloy using the mold having the above-described configuration, the mold may be placed on the placing surface of the lifting body, and the mold and the water-cooled cooling plate as in the prior art. Therefore, it is not necessary to open the furnace to the atmosphere and attach the mold to the chill plate, so that the productivity can be improved and the production cost can be further reduced. Further, since the sealing work between the mold and the water-cooled cooling plate is not necessary, continuous casting is possible, and productivity can be further improved. Furthermore, since it is not necessary to use a water-cooled cooling plate, the precision casting apparatus can be further simplified.
ニッケル合金について一方向凝固精密鋳造を行った。 Unidirectional solidification precision casting was performed on the nickel alloy.
（鋳型の作製）
まず、ニッケル合金について一方向凝固精密鋳造するための鋳型の作製方法について説明する。
(Production of mold)
First, a method for producing a mold for unidirectional solidification precision casting of a nickel alloy will be described.
金属溶湯が注入されるキャビティを有する有底の鋳型を形成するためのロウ型を成形した後に、ニッケル合金の溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型底面となるロウ型面のみに、結晶粒微細化剤を含む結晶粒微細化スラリを塗布した。結晶粒微細化スラリには、結晶粒微細化剤であるアルミン酸コバルト１０質量％と、耐火材であるジルコン９０質量％と、バインダとを混合したものを用いた。そして、結晶粒微細化スラリを塗布した面にスタッコ処理して乾燥し、結晶粒微細化スラリ層を形成した。スタッコには、アルミナを用いた。 After molding a wax mold to form a bottomed mold having a cavity into which the molten metal is injected, the grain refinement is performed only on the wax mold surface that becomes the mold bottom surface corresponding to the initial solidification region of the molten nickel alloy. A crystal grain refinement slurry containing the agent was applied. As the crystal grain refinement slurry, a mixture of 10% by mass of cobalt aluminate as a grain refiner, 90% by mass of zircon as a refractory material, and a binder was used. Then, the surface on which the crystal grain refinement slurry was applied was stucco treated and dried to form a crystal grain refinement slurry layer. Alumina was used for the stucco.
次に、結晶粒微細化スラリ層を形成したロウ型面以外のロウ型面に、初層用スラリを塗布した。初層用スラリには、アルミナとバインダとを混合したものを用いた。そして、初層用スラリを塗布した面に初層スタッコ処理を行って乾燥し、初層の耐火材スラリ層を形成した。初層スタッコ処理には、アルミナを用いた。 Next, the slurry for the initial layer was applied to the wax type surface other than the wax type surface on which the crystal grain refined slurry layer was formed. As the slurry for the first layer, a mixture of alumina and a binder was used. And the first layer stucco process was performed on the surface where the slurry for the first layer was applied, and it was dried to form the first refractory material slurry layer. Alumina was used for the first layer stucco treatment.
次に、結晶粒微細化スラリ層と初層の耐火材スラリ層とに、スラリ塗布とスタッコ塗布と乾燥とを繰り返して第２層から第８層からなる後層の耐火材スラリ層を形成した。第２層用スラリには、アルミナとバインダとを混合したものを用いた。第２層のスタッコ処理には、アルミナを用いた。第３層から第８層の各層の形成に用いたスラリには、ジルコン３０質量％と、シリカ７０質量％と、バインダとを混合したものを使用した。また、第３層から第８層のスタッコには、ムライトを使用した。そして、第８層に、第９層用のスラリを塗布し、乾燥させて最外層となる第９層を形成した。第９層用スラリには、ジルコン３０質量％と、シリカ７０質量％と、バインダとを混合したものを使用した。 Next, slurry coating, stucco coating, and drying were repeated on the crystal grain refined slurry layer and the first layer refractory material slurry layer to form a refractory material slurry layer consisting of the second to eighth layers. . As the slurry for the second layer, a mixture of alumina and a binder was used. Alumina was used for the stucco treatment of the second layer. As a slurry used for forming each layer from the third layer to the eighth layer, a mixture of 30% by mass of zircon, 70% by mass of silica, and a binder was used. Further, mullite was used for the third to eighth layer stucco. And the slurry for 9th layer was apply | coated to the 8th layer, it was made to dry and the 9th layer used as an outermost layer was formed. As the slurry for the ninth layer, a mixture of 30% by mass of zircon, 70% by mass of silica, and a binder was used.
次に、第９層まで積層したロウ型を十分に乾燥させた後、オートクレーブに入れて加熱し、ロウ型を溶かして脱ロウ処理し、鋳型成形体を形成した。脱ロウ処理については、加熱温度が約１５０℃、圧力０．７ＭＰａとした。 Next, after the wax mold laminated up to the ninth layer was sufficiently dried, it was put in an autoclave and heated, and the wax mold was melted and dewaxed to form a mold. For the dewaxing treatment, the heating temperature was about 150 ° C. and the pressure was 0.7 MPa.
次に、鋳型成形体を焼成炉に入れて焼成した。焼成条件は、焼成温度１１００℃、保持時間２時間とした。以上によりニッケル合金について一方向凝固精密鋳造するための鋳型を作製した。 Next, the mold compact was placed in a firing furnace and fired. The firing conditions were a firing temperature of 1100 ° C. and a holding time of 2 hours. Thus, a mold for unidirectional solidification precision casting of a nickel alloy was produced.
（一方向凝固精密鋳造）
作製した鋳型を用いてニッケル合金の一方向凝固精密鋳造を行った。ニッケル合金には、ＭａｒＭ２４７−ＬＣ合金を使用した。また、一方向凝固鋳造については、上述した図４に示す精密鋳造装置を使用した。結晶粒微細化層が設けられた鋳型底面が昇降体の載置面に位置するように鋳型を昇降体に載置した後に、鋳型を加熱体内に挿入し、鋳型のキャビティにニッケル合金の溶湯を注入した。そして、昇降体を徐々に下降させて加熱体内から鋳型を引き抜くことで、ニッケル合金の溶湯を一方向に凝固させた。鋳型を加熱炉から引き抜くときの引抜速度については、２００ｍｍ／ｈとした。
(Unidirectional solidification precision casting)
Using the produced mold, unidirectional solidification precision casting of nickel alloy was performed. As the nickel alloy, MarM247-LC alloy was used. For the unidirectional solidification casting, the above-described precision casting apparatus shown in FIG. 4 was used. After placing the mold on the lifting body so that the bottom surface of the mold on which the grain refinement layer is provided is positioned on the mounting surface of the lifting body, the mold is inserted into the heating body, and the molten nickel alloy is placed in the mold cavity. Injected. And the raising / lowering body was gradually lowered | hung and the casting_mold | template was pulled out from the heating body, and the molten metal of nickel alloy was solidified in one direction. The drawing speed for drawing the mold from the heating furnace was 200 mm / h.
また、結晶粒微細化剤における結晶粒の微細化効果を評価するために、ニッケル合金の溶湯の初期凝固時の鋳型底面温度を１３５０℃から１５００℃の範囲で変えて一方向凝固精密鋳造を行った。一方向凝固精密鋳造した鋳物の結晶粒径と鋳型底面温度との関係について調べるために、昇降体の載置面から１５ｍｍの位置における結晶粒の最大粒径と平均粒径とを測定した。 In addition, in order to evaluate the grain refinement effect of the grain refiner, unidirectional solidification precision casting was performed by changing the mold bottom surface temperature during the initial solidification of the molten nickel alloy in the range of 1350 ° C to 1500 ° C. It was. In order to investigate the relationship between the crystal grain size of the casting cast by unidirectional solidification and the mold bottom surface temperature, the maximum grain size and the average grain size at a position of 15 mm from the mounting surface of the lifting body were measured.
図９は、一方向凝固精密鋳造した鋳物の結晶粒径と、初期凝固時の鋳型底面温度との関係を示すグラフである。図９のグラフでは、横軸に鋳型底面温度を取り、縦軸に結晶粒径を取り、最大結晶粒径を黒四角形で示し、平均結晶粒径を黒三角形で示している。 FIG. 9 is a graph showing the relationship between the crystal grain size of a casting produced by unidirectional solidification precision casting and the mold bottom surface temperature during initial solidification. In the graph of FIG. 9, the horizontal axis represents the mold bottom surface temperature, the vertical axis represents the crystal grain size, the maximum crystal grain size is represented by a black square, and the average crystal grain size is represented by a black triangle.
鋳型底面温度が１３５０℃以上１４５０℃以下の範囲では、最大結晶粒径は約４ｍｍ/個であり、平均結晶粒径は１ｍｍ/個から２ｍｍ/個であった。また、鋳型底面温度が１４５０℃を超えると最大結晶粒径及び平均結晶粒径がより大きくなった。この結果から、初期凝固時の鋳型底面温度を１３５０℃以上１４５０℃以下とすることにより、一方向凝固合金の結晶粒をより微細化できることがわかった。 When the mold bottom temperature was in the range of 1350 ° C. to 1450 ° C., the maximum crystal grain size was about 4 mm / piece, and the average crystal grain size was 1 mm / piece to 2 mm / piece. Further, when the mold bottom surface temperature exceeded 1450 ° C., the maximum crystal grain size and the average crystal grain size became larger. From this result, it was found that the crystal grain of the unidirectionally solidified alloy can be further refined by setting the mold bottom surface temperature during initial solidification to 1350 ° C. or higher and 1450 ° C. or lower.
図１０は、一方向凝固精密鋳造した鋳物の外観観察結果を示す写真であり、図１０（ａ）は、鋳型底面温度１３８０℃で一方向凝固精密鋳造した鋳物の外観観察結果を示す写真であり、図１０（ｂ）は、鋳型底面温度１４８０℃で一方向凝固精密鋳造した鋳物の外観観察結果を示す写真である。なお、図１０に示す矢印の方向は、鋳型を加熱体から引き抜くときの引抜方向を表している。 FIG. 10 is a photograph showing an appearance observation result of a casting cast by unidirectional solidification precision casting, and FIG. 10A is a photograph showing an appearance observation result of a casting cast by unidirectional solidification precision casting at a mold bottom temperature of 1380 ° C. FIG. 10 (b) is a photograph showing the appearance observation result of a casting cast by unidirectional solidification and precision casting at a mold bottom temperature of 1480 ° C. In addition, the direction of the arrow shown in FIG. 10 represents the drawing direction when the mold is drawn from the heating body.
各鋳物について昇降体の載置面から１００ｍｍの位置（通常、製品となる部分）で結晶粒の数を測定したところ、鋳型底面温度１３８０℃で一方向凝固精密鋳造した鋳物の結晶粒は２５個であり、鋳型底面温度１４８０℃で一方向凝固精密鋳造した鋳物の結晶粒は４個であった。このように、鋳型底面温度１３８０℃で一方向凝固した鋳物の結晶粒は、鋳型底面温度１４８０℃で一方向凝固精密鋳造した鋳物の結晶粒より微細化していた。 For each casting, the number of crystal grains was measured at a position 100 mm (usually the part that would be the product) from the mounting surface of the lifting body. As a result, 25 casting grains were cast by unidirectional solidification at a mold bottom temperature of 1380 ° C. The number of crystal grains of the casting cast by unidirectional solidification precision casting at a mold bottom temperature of 1480 ° C. was four. As described above, the crystal grains of the casting unidirectionally solidified at the mold bottom temperature of 1380 ° C. were made finer than the crystal grains of the casting unidirectionally solidified precisely at the mold bottom temperature of 1480 ° C.
これらの結果から、ニッケル合金の溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型底面のみに結晶粒微細化層を設けて鋳型を鋳型底面から一方向に冷却させることによって、ニッケル合金の溶湯を一方向に凝固させて一方向凝固合金の精密鋳造が可能であることが明らかとなった。また、ニッケル合金の溶湯の初期凝固時の鋳型底面温度を１３５０℃以上１４５０℃以下とすることにより、一方向凝固合金の結晶粒をより微細化できることがわかった。 From these results, it is possible to solidify the molten nickel alloy in one direction by providing a grain refinement layer only on the bottom of the mold corresponding to the initial solidification region of the molten nickel alloy and cooling the mold in one direction from the bottom of the mold. As a result, it became clear that precision casting of unidirectionally solidified alloys was possible. It was also found that the crystal grain size of the unidirectionally solidified alloy can be further refined by setting the mold bottom surface temperature during initial solidification of the molten nickel alloy to 1350 ° C. or higher and 1450 ° C. or lower.
１０、２０ 鋳型、１２、２８ キャビティ、１４、２２ 鋳型本体、１６ 注入口、１８、２９ 結晶粒微細化層、２４ セレクタ、２６ スタータ、３０、４０ 精密鋳造装置、３２、４２ 装置本体、３４ 加熱体、３６ 昇降体、３８ 金属溶湯、４４ 鋳型供給室、４６ 鋳型取出室、４８ 鋳型供給用搬送手段、５０ 鋳型取出用搬送手段、５２ 鋳型供給用手段、５４ 鋳型取出用手段。 10, 20 Mold, 12, 28 Cavity, 14, 22 Mold body, 16 Inlet, 18, 29 Grain refined layer, 24 Selector, 26 Starter, 30, 40 Precision casting machine, 32, 42 Machine body, 34 Heating Body, 36 Elevator, 38 Metal melt, 44 Mold supply chamber, 46 Mold extraction chamber, 48 Mold supply conveyance means, 50 Mold extraction conveyance means, 52 Mold supply means, 54 Mold extraction means
Claims (9)
金属溶湯が注入されるキャビティを有する有底の鋳型本体を備え、
前記鋳型本体は、前記金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面のみに、結晶粒を微細化させる結晶粒微細化剤を含む結晶粒微細化層を有していることを特徴とする鋳型。 A mold for precision casting of unidirectionally solidified alloy or single crystal alloy,
A bottomed mold body having a cavity into which molten metal is poured,
The mold body has a crystal grain refinement layer containing a crystal grain refiner that refines crystal grains only on the mold surface corresponding to the initial solidification region of the molten metal.
前記結晶粒微細化層は、前記鋳型本体の底面のみに設けられていることを特徴とする鋳型。 The mold according to claim 1,
The mold, wherein the crystal grain refinement layer is provided only on the bottom surface of the mold body.
前記鋳型は、前記単結晶合金を精密鋳造するためのものであり、
前記鋳型本体は、セレクタとスタータとを有し、
前記結晶粒微細化層は、前記スタータの底面のみに設けられていることを特徴とする鋳型。 The mold according to claim 2, wherein
The mold is for precision casting of the single crystal alloy,
The mold body has a selector and a starter,
The mold according to claim 1, wherein the crystal grain refinement layer is provided only on a bottom surface of the starter.
前記結晶粒微細化剤は、アルミン酸コバルト、酸化コバルト、酢酸コバルト、硫酸コバルト、塩化コバルト、スルフォン酸コバルト、硫酸アンモニウムコバルト、チオシアン酸コバルトまたは硝酸コバルトであることを特徴とする鋳型。 A mold according to any one of claims 1 to 3,
The crystal grain refining agent is a cobalt aluminate, cobalt oxide, cobalt acetate, cobalt sulfate, cobalt chloride, cobalt sulfonate, ammonium cobalt sulfate, cobalt thiocyanate, or cobalt nitrate.
金属溶湯が注入されるキャビティを有する有底の鋳型本体を形成するためのロウ型を成形するロウ型成形工程と、
前記金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面となるロウ型面のみに、結晶粒を微細化させる結晶粒微細化剤を含む結晶粒微細化スラリをコーティングして、結晶粒微細化スラリ層を形成すると共に、前記金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面となるロウ型面を除いたロウ型面及び結晶粒微細化スラリ層に、耐火材を含む耐火材スラリをコーティングして、耐火材スラリ層を形成するスラリ層形成工程と、
前記結晶粒微細化スラリ層と前記耐火材スラリ層とが形成されたロウ型を加熱して脱ロウし、鋳型成形体を形成する脱ロウ工程と、
前記鋳型成形体を焼成する焼成工程と、
を備えることを特徴とする鋳型の製造方法。 A method of manufacturing a mold for precision casting of a unidirectionally solidified alloy or a single crystal alloy,
A wax mold forming process for forming a wax mold for forming a bottomed mold body having a cavity into which a molten metal is injected;
A grain refinement slurry layer containing a grain refiner containing a grain refiner for refining crystal grains is coated only on a wax mold surface corresponding to an initial solidification region of the molten metal to form a grain refinement slurry layer. Forming and coating a refractory material slurry containing a refractory material on a brazing mold surface and a crystal grain refined slurry layer excluding a brazing mold surface corresponding to an initial solidification region of the molten metal, A slurry layer forming step of forming a slurry layer;
A dewaxing step of heating and dewaxing the wax mold in which the crystal grain refined slurry layer and the refractory material slurry layer are formed, and forming a molded body;
A firing step of firing the molded article;
A method for producing a mold, comprising:
金属溶湯が注入されるキャビティを有する有底の鋳型本体を形成するためのロウ型を成形するロウ型成形工程と、
前記金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面となるロウ型面のみに、結晶粒を微細化させる結晶粒微細化剤を含む結晶粒微細化シートを接合すると共に、前記金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面となるロウ型面を除いたロウ型面及び前記結晶粒微細化シートに、耐火材を含む耐火材スラリをコーティングして、耐火材スラリ層を形成するスラリ層形成工程と、
前記結晶粒微細化シートと前記耐火材スラリ層とが形成されたロウ型を加熱して脱ロウし、鋳型成形体を形成する脱ロウ工程と、
前記鋳型成形体を焼成する焼成工程と、
を備えることを特徴とする鋳型の製造方法。 A method of manufacturing a mold for precision casting of a unidirectionally solidified alloy or a single crystal alloy,
A wax mold forming process for forming a wax mold for forming a bottomed mold body having a cavity into which a molten metal is injected;
A crystal grain refining sheet containing a crystal grain refining agent for refining crystal grains is joined only to a wax-type surface which is a mold surface corresponding to the initial solidification area of the molten metal, and an initial solidification area of the molten metal A slurry layer forming step of forming a refractory material slurry layer by coating a refractory material slurry containing a refractory material on the wax mold surface excluding the wax mold surface corresponding to the mold surface and the crystal grain refinement sheet,
A dewaxing step of heating and dewaxing the wax mold in which the crystal grain refinement sheet and the refractory material slurry layer are formed;
A firing step of firing the molded article;
A method for producing a mold, comprising:
真空容器で形成された装置本体と、
前記装置本体に設けられ、金属溶湯が注入されるキャビティを有する有底の鋳型本体における前記金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面のみに結晶粒を微細化させる結晶粒微細化剤を含む結晶粒微細化層を有している鋳型を収容して加熱する筒状の加熱体と、
前記装置本体に設けられ、前記鋳型における前記結晶粒微細化層が形成された鋳型面を載置する載置面を有し、前記加熱体に対して前記鋳型を挿入しまたは引き出すために昇降可能に形成された昇降体と、
を備えていることを特徴とする精密鋳造装置。 A precision casting apparatus for precision casting of a unidirectionally solidified alloy or a single crystal alloy,
An apparatus body formed of a vacuum vessel;
A crystal including a crystal grain refining agent that is provided in the apparatus main body and that refines crystal grains only on a mold surface corresponding to an initial solidification region of the molten metal in a bottomed mold body having a cavity into which the molten metal is injected. A cylindrical heating body that houses and heats a mold having a grain refinement layer;
Provided on the apparatus main body, has a mounting surface for mounting the mold surface on which the crystal grain refinement layer is formed in the mold, and can be moved up and down to insert or pull out the mold from the heating body Elevating body formed on,
A precision casting apparatus characterized by comprising:
前記装置本体に排気可能に設けられ、精密鋳造前の前記鋳型を供給する鋳型供給室と、
前記装置本体に排気可能に設けられ、精密鋳造後の前記鋳型を取り出す鋳型取出室と、
前記装置本体に設けられ、前記鋳型供給室から前記昇降体まで精密鋳造前の前記鋳型を搬送する鋳型供給用搬送手段と、
前記装置本体に設けられ、前記昇降体から前記鋳型取出室まで精密鋳造後の前記鋳型を搬送する鋳型取出用搬送手段と、
を備えることを特徴とする精密鋳造装置。 The precision casting apparatus according to claim 7,
A mold supply chamber provided in the apparatus main body so as to be evacuated and supplying the mold before precision casting;
A mold take-out chamber that is provided in the apparatus main body so as to be evacuated and takes out the mold after precision casting;
A mold supply transport means provided in the apparatus main body, for transporting the mold before precision casting from the mold supply chamber to the lifting body,
A mold take-out conveying means that is provided in the apparatus main body and conveys the mold after precision casting from the lifting body to the mold take-out chamber;
A precision casting apparatus comprising:
金属溶湯が注入されるキャビティを有する有底の鋳型本体における前記金属溶湯の初期凝固領域に対応する鋳型面のみに、結晶粒を微細化させる結晶粒微細化剤を含む結晶粒微細化層を有している鋳型の前記キャビティに金属溶湯を注入すると共に、前記金属溶湯が注入された鋳型を加熱する金属溶湯注入工程と、
前記金属溶湯が注入された鋳型を前記結晶粒微細化層が形成された鋳型面から一方向に冷却させて、前記キャビティ内の金属溶湯を一方向に凝固させる凝固工程と、
を備えることを特徴とする精密鋳造方法。 A precision casting method of a unidirectionally solidified alloy or a single crystal alloy,
In the bottomed mold body having a cavity into which the molten metal is poured, a crystal grain refinement layer containing a crystal grain refiner that refines crystal grains is provided only on the mold surface corresponding to the initial solidification region of the molten metal. Injecting the molten metal into the cavity of the mold that is being performed, and a molten metal injection step of heating the mold into which the molten metal has been injected,
A solidification step of cooling the mold into which the molten metal is injected in one direction from the mold surface on which the crystal grain refinement layer is formed, and solidifying the molten metal in the cavity in one direction;
A precision casting method comprising:
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