JP2016064428A - Fire proof ceramic filler for initial layer slurry and precision casting mold using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、精密鋳造用鋳型の製造に用いる初層スラリー用耐火セラミックフィラー及びそれを用いた精密鋳造用鋳型に関する。従来より、初層スラリーは、耐火セラミックフィラーを50重量％〜90重量％と、コロイダルシリカ等の無機バインダーよりなる。なお、添加剤として界面活性剤、湿潤剤、ポリマー等も配合される。初層スラリー用耐火セラミックフィラーはジルコンを主たる組成としている。 The present invention relates to a refractory ceramic filler for a first layer slurry used for production of a precision casting mold and a precision casting mold using the same. Conventionally, the initial layer slurry is composed of 50% to 90% by weight of a refractory ceramic filler and an inorganic binder such as colloidal silica. In addition, surfactants, wetting agents, polymers and the like are also added as additives. The primary layer refractory ceramic filler is mainly composed of zircon.
一般にコマーシャルパーツと呼ばれる一般機械産業全般に用いられる精密鋳造鋳物、すなわち鋳造される金属材料としてはステンレス等の鉄系や、鋳型中に含まれるシリカ（SiO2）と反応性の高い合金を除く非鉄金属を精密鋳造技術により鋳造して得られる精密鋳造鋳物を製造する為の鋳型製造技術においては、ジルコンを主配合とした初層スラリー用耐火セラミックフィラーが一般的に用いられている。 Precision castings that are generally used for general machinery industry, called commercial parts, that is, non-ferrous metals except for iron-based materials such as stainless steel and alloys that are highly reactive with silica (SiO 2 ) in molds. In a mold manufacturing technique for manufacturing a precision casting obtained by casting a metal by a precision casting technique, a refractory ceramic filler for a first layer slurry mainly containing zircon is generally used.
しかし、ジルコンは100%輸入されており、近年、価格高騰が著しく、また供給が不安定である。精密鋳造用鋳型の製造に用いるジルコンの使用量を大幅に減らすべく、国内においてジルコン代替材料が研究されている（非特許文献１：平成20年度戦略的基盤技術高度化支援事業「精密鋳造品高度化に向けた造型技術の開発」研究開発成果等報告書）。ここにおいてはジルコン代替の初層スラリーの材料となる耐火セラミックフィラーとしては、アルミナおよびムライトが試験されていたが、アルミナでは溶融金属の湯流れ不良が、また、アルミナをフィラーとして使用した初層スラリーではスラリー寿命が短くなる問題が発生した。 However, zircon is 100% imported, and in recent years the price has risen remarkably and the supply is unstable. In order to significantly reduce the amount of zircon used for the production of casting molds for precision casting, alternative materials for zircon have been researched in Japan (Non-patent Document 1: FY 2008 Strategic Fundamental Technology Advancement Support Project "Advanced Precision Casting Advanced "Development of molding technology for commercialization" report on research and development results). Here, alumina and mullite were tested as refractory ceramic fillers as the material for the first layer slurry instead of zircon. However, in alumina, the molten metal has a poor hot metal flow, and the first layer slurry uses alumina as a filler. Then, the problem of shortening the slurry life occurred.
アルミナを耐火セラミックフィラーとして適用する場合に適した新たなアルミナバインダーが開発されている(特許文献：特表2012-525260号公報)が、該特許に用いられるアルミナ超微粉によるスラリーは非常に高いコストとなることが予想され、航空機エンジン部品、ガスタービン部品、コバルト合金部品、ニッケル合金部品、チタン合金部品等の高付加価値な精密鋳造部品を除けば、コスト的に適さず、一般的にコマーシャルパーツと呼ばれる一般機械部品用途の精密鋳造部品にはコロイダルシリカ等の安価なバインダーにて鋳型造型可能な材料が必要となる。 A new alumina binder suitable for the application of alumina as a refractory ceramic filler has been developed (patent document: JP-T-2012-525260), but the slurry of alumina fine powder used in the patent is very expensive. Except for high-value-added precision casting parts such as aircraft engine parts, gas turbine parts, cobalt alloy parts, nickel alloy parts, titanium alloy parts, etc., they are not suitable for cost and are generally commercial parts. For precision casting parts called general machine parts, a material that can be molded with an inexpensive binder such as colloidal silica is required.
安価なバインダーであるコロイダルシリカにより容易に適用でき、また、熱膨張や耐熱的な物性がジルコンに近い為、上記の非特許文献１ではジルコン代替材材料としてムライトが初層スラリー用耐火セラミックフィラーとして適用試験され、一定の成果をおさめた。 Since it can be easily applied by colloidal silica, which is an inexpensive binder, and its thermal expansion and heat-resistant physical properties are close to those of zircon, in the above Non-Patent Document 1, mullite is used as a refractory ceramic filler for the first layer slurry as a zircon substitute material. It has been tested and applied with certain results.
しかし、精密鋳造用鋳型の製造に用いる初層スラリー用耐火セラミックフィラーとして適用試験されていたムライトフィラーは、ムライト（ムライトの理論組成：Al2O3 71.79重量%、SiO2 28.21重量%）の構成成分であるAl2O3とSiO2の他に、Fe2O3が不純物として0.6重量％〜1.1重量％含まれ、また、その他不純物も、純度の高い珪石や珪砂等をSiO2源とし、Al2O3源としてバイヤー法等のプロセスにより人工的に製造されたAl2O3を配合し製造されたムライトに比べ高い為、ステンレス合金等のCrやMn等を多く含む合金では鋳肌荒れが発生しており、国内におけるコマーシャルパーツ用精密鋳造用鋳型の製造では、未だジルコンフィラーが初層スラリー用耐火セラミックフィラーとして、ジルコンサンドが初層用スタッコとして、ほとんどの精密鋳造メーカーで引き続き用いられている。 However, the mullite filler, which has been applied and tested as a refractory ceramic filler for the first layer slurry used in the production of precision casting molds, is composed of mullite (theoretical composition of mullite: 71.79% by weight of Al 2 O 3 and 28.21% by weight of SiO 2 ). In addition to the components Al 2 O 3 and SiO 2 , Fe 2 O 3 is contained in an amount of 0.6% to 1.1% by weight as impurities, and other impurities also use high-purity silica or silica sand as the SiO 2 source, Since it is higher than mullite manufactured by blending Al 2 O 3 artificially manufactured by a process such as the buyer method as an Al 2 O 3 source, the casting surface is roughened in an alloy containing a large amount of Cr, Mn, etc. such as a stainless steel alloy. In the production of precision casting molds for commercial parts in Japan, most precision casting mem- bers are still used as zircon filler as refractory ceramic filler for first layer slurry and zircon sand as stucco for first layer. Continue to be used in cars.
類似技術については、特開平7-47444号公報、特開平7-116773号公報、特開平9-155503号公報、特開平10-71449号公報、特開平10-156484号公報、特開2005-324253号公報、特開2010-17752号公報、特表2012-525260号公報、特開2013-75313号公報、特開2014-76458号公報がある。公知技術にはムライト中の不純物(Fe2O3)に関する記述はない。 Regarding similar technologies, JP-A-7-47444, JP-A-7-116773, JP-A-9-155503, JP-A-10-71449, JP-A-10-156484, JP-A-2005-324253 There are JP, JP 2010-17752, JP 2012-525260, JP 2013-75313, and 2014-76458. There is no description regarding impurities (Fe 2 O 3 ) in mullite in the known art.
ジルコンは100%輸入されており、近年、価格高騰が著しく、また供給が不安定であった。精密鋳造用鋳型の製造に用いるジルコンの使用量を大幅に減らすべく、国内においてジルコン代替材料が研究されている（非特許文献１：平成20年度戦略的基盤技術高度化支援事業「精密鋳造品高度化に向けた造型技術の開発」研究開発成果等報告書）。ここにおいてはジルコン代替の初層スラリー用耐火セラミックフィラーとしては、アルミナおよびムライトが試験されていたが、アルミナでは溶融金属の湯流れ不良が、また、アルミナをフィラーとして使用した初層スラリーではスラリー寿命が短くなる問題が発生した。 Zircon is 100% imported, and in recent years the price has risen remarkably and the supply has been unstable. In order to significantly reduce the amount of zircon used for the production of casting molds for precision casting, alternative materials for zircon have been researched in Japan (Non-patent Document 1: FY 2008 Strategic Fundamental Technology Advancement Support Project "Advanced Precision Casting Advanced "Development of molding technology for commercialization" report on research and development results). Here, alumina and mullite were tested as refractory ceramic fillers for the first layer slurry instead of zircon. However, in alumina, the molten metal has a poor hot metal flow, and in the first layer slurry using alumina as a filler, the slurry life There was a problem that became shorter.
アルミナを耐火セラミックフィラーとして適用する場合に適した新たなアルミナバインダーが開発されている(特許文献：特表2012-525260号公報)が、該特許に用いられるアルミナ超微粉によるスラリーは非常に高いコストとなることが予想され、航空機エンジン部品、ガスタービン部品、コバルト合金部品、ニッケル合金部品、チタン合金部品等の高付加価値な精密鋳造部品を除けば、コスト的に適さず、一般的にコマーシャルパーツと呼ばれる一般機械部品用途の精密鋳造部品にはコロイダルシリカ等の安価なバインダーにて鋳型造型可能な初層スラリー用耐火セラミックフィラーおよび初層スタッコ用耐火セラミック粒が必要となる。 A new alumina binder suitable for the application of alumina as a refractory ceramic filler has been developed (patent document: JP-T-2012-525260), but the slurry of alumina fine powder used in the patent is very expensive. Except for high-value-added precision casting parts such as aircraft engine parts, gas turbine parts, cobalt alloy parts, nickel alloy parts, titanium alloy parts, etc., they are not suitable for cost and are generally commercial parts. The precision cast parts for general machine parts, which are called, require a refractory ceramic filler for the first layer slurry and a refractory ceramic grain for the first layer stucco that can be molded with an inexpensive binder such as colloidal silica.
安価なバインダーであるコロイダルシリカにより容易に適用でき、また、熱膨張や耐熱的な物性がジルコンに近い為、上記の非特許文献１ではジルコン代替材材料としてムライトが初層スラリー用耐火セラミックフィラーとして適用試験され、一定の成果をおさめた。 Since it can be easily applied by colloidal silica, which is an inexpensive binder, and its thermal expansion and heat-resistant physical properties are close to those of zircon, in the above Non-Patent Document 1, mullite is used as a refractory ceramic filler for the first layer slurry as a zircon substitute material. It has been tested and applied with certain results.
しかし、精密鋳造用鋳型製造の為の初層スラリー用耐火セラミックフィラーとして適用試験されていたムライトフィラーは、ムライト（ムライトの理論組成：Al2O3 71.79重量%、SiO2 28.21重量%）の構成成分であるAl2O3とSiO2の他に、Ｆｅ２Ｏ３が不純物として0.6重量％〜1.1重量％含まれ、また、その他不純物も、バイヤー法等のプロセスにより人工的に製造されたAl2O3と純度の高い珪石や珪砂等のSiO2を原料として配合し製造されたムライトに比べ高い為、ステンレス合金等のCrやＭｎ等を多く含む合金では鋳肌荒れが発生しており、国内におけるコマーシャルパーツ用精密鋳造用鋳型の製造では、未だジルコンフィラーが初層用耐火セラミックフィラーとして、ジルコンサンドが初層用スタッコとして、ほとんどの精密鋳造メーカーで引き続き用いられている。 However, the mullite filler, which has been applied and tested as a refractory ceramic filler for the first layer slurry for precision casting mold production, is composed of mullite (theoretical composition of mullite: 71.79% by weight of Al 2 O 3 and 28.21% by weight of SiO 2 ). In addition to the components Al 2 O 3 and SiO 2 , Fe 2 O 3 is contained in an amount of 0.6 to 1.1% by weight as impurities, and other impurities are also artificially produced by a process such as the Bayer method. Since it is higher than mullite produced by mixing 2 O 3 and high-purity SiO 2 such as silica stone and silica sand as raw materials, the casting surface is rough in alloys containing a lot of Cr and Mn such as stainless steel alloys. In the production of precision casting molds for commercial parts, most of the precision casting manufacturers are still using zircon filler as the first layer refractory ceramic filler and zircon sand as the first layer stucco. It is used continuously.
本発明は、ジルコンフリーもしくはジルコンの使用量を大幅に削減しても、鋳型の熱間での膨張を少なくして、寸法精度のよい、且つ美しい鋳肌を有する鋳物が得られる、精密鋳造用鋳型の製造に有利に用いられ得る初層スラリー用耐火セラミックフィラー、及びそれを用いた精密鋳造用鋳型を提供することにあり、また他の課題とするところは、鋳型の重量を軽くすることで、経済的で且つ複雑な鋳型の製造が可能となり、更にはその使用済み鋳型の回収・再利用をも可能にする精密鋳造用鋳型を提供し得る技術を提供することにある。
The present invention is for precision casting, in which, even if the amount of zircon-free or zircon is significantly reduced, the mold is reduced in hot expansion, and a casting having good dimensional accuracy and a beautiful casting surface can be obtained. An object of the present invention is to provide a refractory ceramic filler for a first layer slurry that can be advantageously used in the production of a mold, and a precision casting mold using the same, and another object is to reduce the weight of the mold. Another object of the present invention is to provide a technique capable of providing a precision casting mold that enables economical and complicated mold production and also enables collection and reuse of the used mold.
上記の課題を解決する第１の発明は、精密鋳造用鋳型の初層スラリーに用いるムライト中のＦｅ２Ｏ３の濃度を０．５重量％以下とした耐火セラミックフィラー。
第２の発明は、第１の発明において、精密鋳造用鋳型の初層スラリーに用いるムライト中のＦｅ２Ｏ３の濃度を０．３重量％以下とした耐火セラミックフィラー。
第３の発明は、第２の発明において、精密鋳造用鋳型の初層スラリーに用いるムライト中のＦｅ２Ｏ３の濃度を０．１重量％以下とした耐火セラミックフィラー。
第４の発明は、初層スラリーに第１から第３のいずれかの発明にしめした耐火セラミックフィラーを用いた精密鋳造用鋳型。
A first invention for solving the above-mentioned problem is a refractory ceramic filler in which the concentration of Fe 2 O 3 in mullite used for the initial layer slurry of a precision casting mold is 0.5% by weight or less.
A second invention is the refractory ceramic filler according to the first invention, wherein the concentration of Fe 2 O 3 in mullite used for the initial layer slurry of the mold for precision casting is 0.3% by weight or less.
A third invention is the refractory ceramic filler according to the second invention, wherein the concentration of Fe 2 O 3 in the mullite used for the initial layer slurry of the precision casting mold is 0.1% by weight or less.
A fourth invention is a mold for precision casting using the refractory ceramic filler shown in any one of the first to third inventions in the first layer slurry.
初層用スラリーに低Ｆｅ２Ｏ３ムライトフィラーを用いることにより、ジルコンフリーもしくはジルコンの使用量を65%以上削減したジルコンレスの精密鋳造用鋳型の製造が可能となり、ジルコンなしでも、鋳型の熱間での膨張・収縮が少なく、鋳型の熱間での強度が十分に高く、結果として寸法精度のよい、且つ美しい鋳肌を有する精密鋳造鋳物を得ることが可能となり、初層スラリーに低Ｆｅ２Ｏ３ムライトフィラーを用いることにより、ジルコンフリーもしくはジルコンの使用量を大幅に削減した鋳型製造技術を提供することにより、結果として鋳型の重量を軽くすることで、経済的に複雑で寸法精度が高く、美しい鋳肌を有する精密鋳造部品の製造が可能となり、更にはその使用済み鋳型の回収・再利用をも可能にする精密鋳造用鋳型を提供し得る技術を提供することが可能となった。
By using a low Fe 2 O 3 mullite filler in the slurry for the first layer, it becomes possible to manufacture zircon-free or zircon-less precision casting molds with a reduction of 65% or more. It is possible to obtain a precision casting with high dimensional accuracy and a beautiful casting surface, resulting in low Fe content in the initial layer slurry. By using 2 O 3 mullite filler, providing mold manufacturing technology that significantly reduces the amount of zircon-free or zircon used, resulting in lighter mold weight, resulting in economical complexity and dimensional accuracy. For precision casting that enables the production of precision casting parts with high and beautiful casting surface, and also enables the used molds to be recovered and reused. It has become possible to provide a technique capable of providing a mold.
本発明は、ムライト結晶相を少なくとも85％含むムライト質またはムライト・コランダム質から構成される耐火セラミックフィラーに関するものである。不純物として含まれるＦｅ２Ｏ３が0.5重量％以下、好ましくは0.3重量％以下、さらに好ましくは0.1重量％以下に抑えた低Ｆｅ２Ｏ３のムライト質、またはムライト・コランダム質から構成される耐火セラミックフィラーを、スラリー中の耐火セラミックフィラーのうち少なくとも30重量％以上、好ましくは50重量％以上配合して作製された精密鋳造用鋳型の製造に用られるスラリーで、かつ平均粒子径が0.5μm〜150μmを有するムライト質またはムライト・コランダム質を中心に構成される耐火セラミックフィラーである。 The present invention relates to a refractory ceramic filler composed of mullite or mullite corundum containing at least 85% mullite crystalline phase. Refractory composed of low Fe 2 O 3 mullite or mullite corundum with Fe 2 O 3 contained as impurities being 0.5 wt% or less, preferably 0.3 wt% or less, more preferably 0.1 wt% or less A slurry used for the production of a precision casting mold prepared by blending a ceramic filler with at least 30% by weight or more, preferably 50% by weight or more of the refractory ceramic filler in the slurry, and having an average particle size of 0.5 μm to It is a refractory ceramic filler composed mainly of mullite or mullite corundum having 150 μm.
前記耐火セラミックフィラーに対し、更に溶融シリカ、アルミナ、ジルコン等の耐火フィラー材料の少なくとも１種類を70重量％以下となる割合において混合せしめて作製される初層スラリーであることを特徴とする。 It is an initial layer slurry produced by mixing the refractory ceramic filler with at least one refractory filler material such as fused silica, alumina, zircon or the like at a ratio of 70% by weight or less.
ソリッドモールド法にも適用可能であり、またバック層にリサイクルが容易になることを特徴とする。ソリッドモールド法にもジルコンが用いられており、また、低Ｆｅ２Ｏ３のムライト質またはムライト・コランダム質から構成される耐火セラミックフィラーはジルコンより比重が25%程度以上軽い為、鋳型重量を軽減することができる。
低Ｆｅ２Ｏ３のムライト質もしくはムライト・コランダム質の耐火セラミックフィラーを用いた精密鋳造用鋳型の製造に用いる初層スラリー用耐火セラミックフィラーを提供することにより、鋳造時に十分な耐熱特性を持った初層スラリーの製品模型へのコーティング層を形成することが可能となり、結果としてジルコンフリーもしくはジルコンレスの精密鋳造用鋳型の製造技術を提供する。本発明は、一般にコマーシャルパーツと呼ばれる一般機械産業全般に用いられる精密鋳造部品、すなわち鋳造される金属材料としてはステンレス等の鉄系や、鋳型中に含まれるシリカ（SiO2）と反応性の高い合金を除く非鉄金属を精密鋳造技術により鋳造して得られる精密鋳造部品を製造する為の鋳型製造技術に関わるものであり、ジルコンを主配合とした初層スラリー用耐火セラミックフィラーが一般的に用いられている現在のコマーシャルパーツ製造用精密鋳造用鋳型において、ジルコンフリーもしくはジルコンレスの鋳型製造技術を提供するものである。
The present invention is also applicable to a solid mold method, and the back layer can be easily recycled. Zircon is also used in the solid mold method, and the refractory ceramic filler composed of low Fe 2 O 3 mullite or mullite corundum is lighter than the zircon by about 25% or more, reducing the mold weight. can do.
By providing a refractory ceramic filler for the first layer slurry used in the manufacture of precision casting molds using low Fe 2 O 3 mullite or mullite corundum refractory ceramic filler, it had sufficient heat resistance during casting It becomes possible to form a coating layer on the product model of the first layer slurry, and as a result, a technology for producing a zircon-free or zircon-less precision casting mold is provided. The present invention is a precision cast part generally used for general machine industry called commercial parts, that is, a metal material to be cast is iron-based such as stainless steel, and is highly reactive with silica (SiO 2 ) contained in a mold. It is related to mold manufacturing technology for manufacturing precision cast parts obtained by casting non-ferrous metals excluding alloys by precision casting technology, and refractory ceramic filler for the first layer slurry, which mainly contains zircon, is generally used. The present invention provides a zircon-free or zircon-less mold manufacturing technique in the existing precision casting molds for commercial parts manufacturing.
本発明は、精密鋳造用鋳型の製造に用いる初層スラリー用耐火セラミックフィラー及びそれを用いた精密鋳造用鋳型に関するものであり、精密鋳造用鋳型の製造に用いる初層スラリーの材料となる耐火セラミックフィラーに関するものである。
従来から、精密鋳造用鋳型の製造においては、まず耐火セラミックフィラーをコロイダルシリカやエチルシリケート等のバインダーに懸濁させたスラリーにより、製品形状に成形されたろう模型の表面を被覆してスラリー層を形成した後、そのスラリー層の表面にスタッコ材を散布して、乾燥することにより、ろう模型の表面に、第１層のセラミックシェル層が形成される。一般に第１層から第2層のセラミックシェル層を初層とよぶが、大物の鋳造品や細い通路を有する鋳造品等を製造する場合は第3層目以降にも初層スラリーや初層スタッコを適用することがある。初層スラリーや初層スタッコを適用しない第3層以降(大物や細い通路を有する鋳造品等を製造する場合は4層もしくはそれ以降の層)を中間層やバック層とよぶ。
The present invention relates to a refractory ceramic filler for a first layer slurry used in the production of a precision casting mold, and a precision casting mold using the same, and a refractory ceramic used as a material for the first layer slurry used in the production of a precision casting mold. It relates to fillers.
Traditionally, in the production of precision casting molds, a slurry layer is formed by first coating the surface of a wax model molded into a product shape with a slurry in which a refractory ceramic filler is suspended in a binder such as colloidal silica or ethyl silicate. Then, a stucco material is sprayed on the surface of the slurry layer and dried to form a first ceramic shell layer on the surface of the wax model. In general, the first to second ceramic shell layers are called the first layer. However, when manufacturing large castings or castings with narrow passages, the first layer slurry and the first layer stucco are also used after the third layer. May apply. The third layer or later (4 layers or more in the case of manufacturing a large product or a cast product having a narrow passage) to which the first layer slurry or the first layer stucco is not applied is called an intermediate layer or a back layer.
複数層のセラミックシェル鋳型を形成した後、ろう模型を加熱溶融して除去し、更に焼成することにより、後の金属鋳造工程に十分な強度を持たせ、目的とする精密鋳造鋳型が製造されている。しかしながら、鋳型を焼成する段階を含まずに鋳型を後の工程に十分な強度を持たせることも可能である。 精密鋳造鋳物は、ろう模型を溶融除去した鋳型の空洞部分に、所定の金属溶湯(高温で溶融した鋳物材料)を鋳込むことにより、生産される。尚、本発明は宝飾鋳造品や歯科鋳造品に用いられる鋳型製造技術であるソリッドモールド法による精密鋳造技術にも適用可能である。 After forming the multi-layer ceramic shell mold, the wax model is removed by heating and melting, and further fired to give sufficient strength to the subsequent metal casting process, and the desired precision casting mold is manufactured. Yes. However, it is also possible to give the mold sufficient strength in the subsequent process without including the step of firing the mold. A precision casting is produced by casting a predetermined molten metal (a casting material melted at a high temperature) into a cavity of a mold obtained by melting and removing a wax model. In addition, this invention is applicable also to the precision casting technique by the solid mold method which is a casting_mold | template manufacturing technique used for jewelry casting products and dental casting products.
精密鋳造用鋳型の製造に用いる初層スラリーは、一般に耐火セラミックフィラーと、粘結剤としてコロイダルシリカやエチルシリケート等の無機バインダーを主たる原材料として製造されている。安価な精密鋳造鋳物を製造する目的では無機バインダーの代わりに水ガラス等のより安価な粘結剤が用いられることもある。初層スラリー用耐火セラミックフィラーとしては一般的に、ジルコン、アルミナ、溶融シリカ、ムライト、ジルコニア、イットリアやセリアといった希土類酸化物等が用いられている。一般的な精密鋳造鋳物製造には、ジルコン、溶融シリカ、アルミナ、ムライト等が初層スラリー用耐火性セラミックフィラーとして用いられている。国内で精密鋳造用途に使用されているムライトは、Ｆｅ２Ｏ３を不純物として0.6重量％〜1.5重量％含んでおり、また、非特許文献１にて初層スラリー製造用に用いられたムライトには0.8重量％〜1.1重量％のＦｅ２Ｏ３が含まれているが、発明者は、精密鋳造鋳物と接する初層スラリーに適用する場合には、ムライト中に含まれるＦｅ２Ｏ３を低減することが有効であることを発明した。 The first layer slurry used for the production of a precision casting mold is generally produced using a refractory ceramic filler and an inorganic binder such as colloidal silica or ethyl silicate as a binder. For the purpose of producing an inexpensive precision casting, a cheaper binder such as water glass may be used instead of the inorganic binder. Generally, rare earth oxides such as zircon, alumina, fused silica, mullite, zirconia, yttria and ceria are used as the refractory ceramic filler for the first layer slurry. In the production of general precision castings, zircon, fused silica, alumina, mullite and the like are used as the refractory ceramic filler for the first layer slurry. Mullite used for precision casting in Japan contains Fe 2 O 3 as an impurity in an amount of 0.6 wt% to 1.5 wt%. Contains 0.8 wt-% to 1.1 wt-% Fe 2 O 3, but the inventor reduced Fe 2 O 3 contained in mullite when applied to the initial layer slurry in contact with precision castings. Invented that it was effective to do.
耐火セラミックフィラーに含まれるシリカ(SiO2)と合金成分が反応することによる鋳肌荒れが発生する合金以外の精密鋳造鋳物を製造する為の初層スラリーにはジルコンを主配合とした耐火セラミックフィラーが用いられている。ジルコンは、精密鋳造用鋳型の初層スラリーのみでなく、初層スタッコ材料としても粒状のジルコンサンドが用いられている。
ステンレス等の鉄系金属材料やアルミ、銅等の非鉄系金属材料を精密鋳造技術により製造した鋳造部品は、一般的にコマーシャルパーツとよばれる。
Refractory ceramic filler mainly composed of zircon is used in the initial layer slurry for producing precision cast castings other than alloys that cause surface roughness due to the reaction of silica (SiO 2 ) contained in the refractory ceramic filler and alloy components. It is used. Zircon is a granular zircon sand used not only for the initial layer slurry of a precision casting mold but also for the initial layer stucco material.
Cast parts produced by precision casting technology made of ferrous metal materials such as stainless steel and non-ferrous metal materials such as aluminum and copper are generally called commercial parts.
ジルコンは100%輸入されており、また、近年、価格高騰が著しく、供給が不安定であった為、国内外においてジルコン代替材料が研究されている（非特許文献１：平成20年度戦略的基盤技術高度化支援事業「精密鋳造品高度化に向けた造型技術の開発」研究開発成果等報告書）。非特許文献１におけるジルコン代替材料としては、アルミナおよびムライトが試験されたが、アルミナでは溶融金属の湯流れ不良が、また、アルミナを耐火セラミックフィラーとして使用した初層スラリーではスラリー寿命が短くなる問題がある。 Zircon is 100% imported, and in recent years the price has soared and supply has been unstable, so alternative materials for zircon have been studied both domestically and internationally (Non-patent document 1: Strategic foundation for FY2008) Technical advancement support project "Development of molding technology for the advancement of precision casting products" R & D report, etc.). Alumina and mullite have been tested as alternative materials for Zircon in Non-Patent Document 1, but the molten metal has a poor flow due to alumina, and the first layer slurry using alumina as a refractory ceramic filler has a problem that the slurry life is shortened. There is.
アルミナフィラー等に適した新たなアルミナバインダーが開発されている(特許文献：特表2012-525260号公報)が、コロイダルシリカ等に比べ高コストとなることが予想され、超合金やチタン合金等の特殊な精密鋳造鋳物の製造以外では使用することが困難となることが予想される。アルミナバインダーはコロイダルシリカバインダーよりコスト的に割高となる為、安価なバインダーであるコロイダルシリカ等に容易に適用でき、また、熱膨張や耐熱的な物性がジルコンに近い為、上記の非特許文献１ではジルコン代替材材料としてムライトが初層スラリー用耐火セラミックフィラーとして適用試験され、一定の成果をおさめた。 A new alumina binder suitable for alumina fillers has been developed (patent document: JP-T-2012-525260), but is expected to be more expensive than colloidal silica, etc., such as superalloys and titanium alloys. It is expected that it will be difficult to use except for the production of special precision castings. Since the alumina binder is more expensive than the colloidal silica binder, it can be easily applied to an inexpensive binder such as colloidal silica, and the thermal expansion and heat resistance are close to those of zircon. So, mullite was applied and tested as a refractory ceramic filler for first layer slurries as a substitute material for zircon, and achieved certain results.
しかし、これまで精密鋳造用鋳型製造の為の初層スラリー用耐火フィラーとして使用されているムライトフィラーは、ムライト（ムライトの理論組成：Al2O3 71.79重量%、SiO2 28.21重量%）の構成成分であるAl2O3とSiO2の他に、Ｆｅ２Ｏ３を不純物として0.8重量％〜1.1重量％含み、また、その他不純物も、バイヤー法等により製造されたAl2O3と純度の高い珪石や珪砂等のSiO2を原料として配合し製造されたムライトに比べ高い為、ステンレス合金等のCr等を多く含む合金と鋳型初層スラリー層との反応によると思われる鋳肌荒れが発生しており、国内におけるコマーシャルパーツ用精密鋳造用鋳型の製造では、未だジルコンフィラーが初層スラリー用耐火セラミックフィラーとして、ジルコンサンドが初層用スタッコとして、ほとんどの精密鋳造メーカーで用いられている。 However, the mullite filler that has been used as a refractory filler for the first layer slurry for precision casting mold production so far is composed of mullite (theoretical composition of mullite: Al 2 O 3 71.79 wt%, SiO 2 28.21 wt%). other Al 2 O 3 and SiO 2 is a component, a Fe 2 O 3 containing 0.8 wt% to 1.1 wt% as an impurity, and other impurities, Al 2 O 3 produced by the Bayer process or the like and a purity for higher than the SiO 2 such as high silica or silica sand to the mullite formulated and prepared as a raw material, cast roughening occurs probably due to a reaction between the alloy and the mold's first layer slurry layer having a lot of Cr or the like, such as stainless steel alloys In the production of precision casting molds for commercial parts in Japan, most of the precision castings are still made with zircon filler as the refractory ceramic filler for the first layer slurry and zircon sand as the stucco for the first layer. Used by manufacturers.
この鋳肌荒れは、これまで用いられているムライト中のＦｅ２Ｏ３等の不純物によるものである。発明者は、初層スラリー用耐火セラミックフィラーとして使用される”ムライト中に含まれるＦｅ２Ｏ３が0.5重量％以下、好ましくは0.3重量％以下、更に好ましくは0.1重量%以下に抑えた低Ｆｅ２Ｏ３ ムライトを用いることにより、初層スラリー用耐火セラミックフィラーとしてムライトを用いることによる鋳肌荒れの問題を解決できる技術を開発した。また、このような低Ｆｅ２Ｏ３ムライトを用いることにより、ジルコンフリーもしくはジルコン使用量を大幅に削減可能な精密鋳造用鋳型の製造に用いる初層スラリーの製造技術を発明した。 This rough casting surface is due to impurities such as Fe 2 O 3 in mullite used so far. The inventor has said that “low Fe content of Fe 2 O 3 contained in mullite used as a refractory ceramic filler for a first layer slurry is suppressed to 0.5% by weight or less, preferably 0.3% by weight or less, more preferably 0.1% by weight or less. By using 2 O 3 mullite, we have developed a technology that can solve the problem of rough surface of casting due to the use of mullite as the refractory ceramic filler for the first layer slurry, and by using such low Fe 2 O 3 mullite, We have invented the manufacturing technology of the first layer slurry used in the manufacture of precision casting molds that can significantly reduce the amount of zircon free or zircon.
発明者は、現在まで試験されているムライト質材料が、ムライトの構成成分であるアルミナとシリカ以外の不純物、特にＦｅ２Ｏ３不純物が原材料由来により高いことが、ステンレス等の精密鋳造品の主要合金においてジルコン代替に成功していない原因であると考えていた。 The inventor has found that the mullite materials that have been tested to date have impurities other than alumina and silica, which are constituents of mullite, in particular Fe 2 O 3 impurities, which are higher in the origin of raw materials. It was thought that this was the reason why the alloy did not succeed in replacing zircon.
すなわち、ムライトの構成成分であるアルミナ(Al2O3)と、鉄分が低く純度が高い珪石や珪砂等のシリカ(SiO2)源を配合することにより製造された、不純物の少ないムライト材料、好ましくはムライトの理論組成よりアルミナ(Al2O3)を0.5重量％〜15重量％多く配合し製造したアルミナリッチなムライト・コランダム質材料を、初層スラリー製造用耐火セラミックフィラーとして用いることにより、ジルコンの使用量を、少なくとも65％低減する技術、好ましくは100％削減したジルコンフリーの精密鋳造用鋳型製造技術を提供することが可能となる技術を発明した。 That is, mullite material with low impurities produced by blending alumina (Al 2 O 3 ), which is a constituent of mullite, and a silica (SiO 2 ) source such as silica or silica with low iron content and high purity, preferably Zircon by using an alumina-rich mullite corundum material produced by blending 0.5% to 15% by weight of alumina (Al 2 O 3 ) more than the theoretical composition of mullite as a refractory ceramic filler for the production of the first layer slurry. The present inventors have invented a technology capable of providing a technology for producing a zircon-free precision casting mold for reducing the amount of use of at least 65%, preferably 100%.
ここで、発明者が提案するムライトと、これまで精密鋳造用途で試験されてきたムライトを区別する為、提案するムライトを”低Ｆｅ２Ｏ３ムライト”とよび、これまで試験されてきたムライトを”不純物の多いムライト”とよぶ。表に示した実施例の通り、精密鋳造用鋳型の製造に用いる初層スラリー用ムライトフィラーに含まれるＦｅ２Ｏ３と鋳肌には高い相関関係が見いだされた。すなわち、ムライトフィラーに含まれるＦｅ２Ｏ３が低下するに従って、表１に示すように、精密鋳造鋳物の鋳肌が良好になることを発見した。 Here, in order to distinguish between the mullite proposed by the inventor and the mullite that has been tested for precision casting, the proposed mullite is called “low Fe 2 O 3 mullite” and the mullite that has been tested so far is used. It is called “Mulite with many impurities”. As shown in the examples shown in the table, a high correlation was found between Fe 2 O 3 contained in the first layer slurry mullite filler used in the production of the precision casting mold and the casting surface. In other words, as Fe 2 O 3 contained in the mullite filler decreases, it was discovered that the casting surface of the precision casting becomes better as shown in Table 1.
上記表に示すように、ムライトフィラー中に含まれるＦｅ２Ｏ３が0.5重量％以下になれば、一般的にセミロストワックス等とよばれる精密鋳造に準ずる鋳肌が要求される鋳造部品製造の為の鋳型製造に用いる初層スラリー用耐火性フィラーとして好適であり、Ｆｅ２Ｏ３が0.1重量％以下になれば、一般にロストワックスとよばれる精密鋳造部品製造の為の鋳型製造に用いる初層スラリー用耐火性フィラーとして好適である。 As shown in the above table, when the Fe 2 O 3 contained in the mullite filler is 0.5% by weight or less, a casting part manufacturing that requires a casting surface generally equivalent to precision casting called semi-lost wax or the like is required. It is suitable as a refractory filler for the first layer slurry used for the production of molds, and when Fe 2 O 3 is 0.1% by weight or less, the first layer used for the production of molds for the production of precision casting parts generally called lost wax Suitable as a refractory filler for slurry.
尚、非特許文献１で開発されたムライト質球状粒子を初層用スタッコとして用い、初層スラリーに、非特許文献１にて用いられた不純物の多いムライトフィラーに代替して低Ｆｅ２Ｏ３ムライトフィラーを用いた精密鋳造用鋳型で鋳造試験をしたところ、鋳肌が極めて良好な鋳物が得られた。 Note that the mullite spherical particles developed in Non-Patent Document 1 are used as a stucco for the initial layer, and instead of the mullite filler having a large amount of impurities used in Non-Patent Document 1, a low Fe 2 O 3 is used for the initial layer slurry. When a casting test was performed with a precision casting mold using a mullite filler, a casting with a very good casting surface was obtained.
以上の試験例から、初層スラリーの耐火セラミックフィラーとして低Ｆｅ２Ｏ３ムライトフィラーを用い、初層スタッコとしてムライト質球状粒子を用いれば、ジルコンを用いた精密鋳造用鋳型同様に鋳肌の極めて良好な精密鋳造鋳物が得られる、ジルコンフリーの精密鋳造用鋳型を提供することが可能となった。また、上記試験の結果から、初層用スタッコとしても低Ｆｅ２Ｏ３ムライトと同程度にＦｅ２Ｏ３が少ないムライト質材料が好ましいことがわかるが、コスト面を考慮すると、鋳造される金属溶湯に直接接する鋳型部位である初層スラリー部への低Ｆｅ２Ｏ３ムライトフィラーの適用が優先される。 From the above test example, if low Fe 2 O 3 mullite filler is used as the refractory ceramic filler of the first layer slurry and mullite spherical particles are used as the first layer stucco, the casting surface is extremely similar to the precision casting mold using zircon. It has become possible to provide a zircon-free precision casting mold from which a good precision casting can be obtained. Further, from the above test results, it is understood that a mullite material having as little Fe 2 O 3 as the low-layer Fe 2 O 3 mullite is preferable as the stucco for the first layer, but considering the cost, the cast metal Priority is given to the application of the low Fe 2 O 3 mullite filler to the first layer slurry portion, which is the mold site that is in direct contact with the molten metal.
また、初層用スタッコとしては低Ｆｅ２Ｏ３ムライト破砕粒子、砂型鋳造用鋳型製造用途で用いられる球状人工セラミック粒子、アルミナ破砕粒子等も適用可能である。 In addition, as the stucco for the first layer, low Fe 2 O 3 mullite crushed particles, spherical artificial ceramic particles used in mold production for sand casting, alumina crushed particles, and the like are also applicable.
また、精密鋳造用鋳型の製造に用いる初層スラリーの耐火セラミックフィラーとして低Ｆｅ２Ｏ３ムライトフィラーを100%適用することのみならず、従来、精密鋳造用鋳型の製造に用いる初層スラリーの耐火セラミックフィラーとして用いられてきた溶融シリカ、ジルコン、アルミナ等の耐火セラミックフィラーはいずれもＦｅ２Ｏ３含有量は一般的に0.1重量%以下であるので、精密鋳造メーカー各自のノウハウに従い、従来通り溶融シリカ、ジルコン、アルミナ等の耐火セラミックフィラー材料を適宜、一部適用した初層スラリーを製造することも可能である。 In addition to applying 100% low Fe 2 O 3 mullite filler as the refractory ceramic filler of the first layer slurry used for the production of precision casting molds, the refractory of the first layer slurry conventionally used for the production of precision casting molds is also used. All refractory ceramic fillers such as fused silica, zircon, and alumina that have been used as ceramic fillers generally have a Fe 2 O 3 content of 0.1% by weight or less. It is also possible to produce an initial layer slurry in which a part of a refractory ceramic filler material such as silica, zircon, or alumina is appropriately applied.
以上により、精密鋳造用鋳型の、初層スラリー用耐火セラミックフィラーに低Ｆｅ２Ｏ３ムライトフィラーを100%、もしくは主配合としてスラリーを作製し、初層スタッコでは低Ｆｅ２Ｏ３ムライト破砕粒子、またはアルミナ破砕粒子、またはムライト質球状粒子、または砂型等で用いられている球状人工セラミック粒子のいずれかをコストと品質を考慮して鋳型を作製することにより、ジルコンフリーもしくはジルコンレスの鋳型製造が可能となった。 As described above, 100% low Fe 2 O 3 mullite filler is used as the refractory ceramic filler for the first layer slurry of the precision casting mold, or a slurry is prepared as a main blend. In the first layer stucco, low Fe 2 O 3 mullite crushed particles, Alternatively, by producing a mold using alumina crushed particles, mullite spherical particles, or spherical artificial ceramic particles used in sand molds in consideration of cost and quality, it is possible to produce a zircon-free or zircon-less mold. It has become possible.
適用例１
初層スラリー：低Ｆｅ２Ｏ３ムライトフィラーと、粘結剤：コロイダルシリカ、エチルシリケート、もしくはアルミナバインダー等の無機バインダー。
初層スタッコ：低Ｆｅ２Ｏ３ムライト破砕粒子、またはムライト質球状粒子、またはアルミナ破砕粒子、または砂型鋳造用鋳型製造等で用いられている球状人工セラミック粒子
Application example 1
First layer slurry: low Fe 2 O 3 mullite filler and binder: inorganic binder such as colloidal silica, ethyl silicate, or alumina binder.
First layer stucco: Low Fe 2 O 3 mullite crushed particles, mullite spherical particles, alumina crushed particles, or spherical artificial ceramic particles used in mold production for sand casting, etc.
適用例２
従来から精密鋳造鋳型製造用初層スラリーに用いられていた耐火セラミックフィラー材料と低Ｆｅ２Ｏ３ムライトフィラーを一緒に用いる場合の適用例；
初層スラリー用耐火性フィラーとして，（１）低Ｆｅ２Ｏ３ムライトフィラー：30〜95重量% + アルミナフィラー：5〜70重量%、（２）低Fe2O3ムライトフィラー：65〜95重量% + 溶融シリカフィラー：5〜35重量%、（３）低Fe2O3ムライトフィラー：40-95% + ジルコンフィラー：5-60%と、粘結剤：コロイダルシリカ、エチルシリケート、もしくはアルミナバインダー等の無機バインダー。
初層スタッコ：低Fe2O3ムライト破砕粒子、またはムライト質球状粒子、またはアルミナ破砕粒子、またはムライト質球状粒子、または砂型鋳造用鋳型製造等で用いられている球状人工セラミック粒子
Application example 2
Application example when using together a refractory ceramic filler material and a low Fe 2 O 3 mullite filler that have been used for the first layer slurry for precision casting mold production;
As the refractory filler for the first layer slurry, (1) Low Fe 2 O 3 mullite filler: 30 to 95 wt% + Alumina filler: 5 to 70 wt%, (2) Low Fe 2 O 3 mullite filler: 65 to 95 wt% % + Fused silica filler: 5-35% by weight, (3) low Fe 2 O 3 mullite filler: 40-95% + zircon filler: 5-60%, binder: colloidal silica, ethyl silicate, or alumina binder Inorganic binder such as.
First layer stucco: Low Fe 2 O 3 mullite crushed particles, mullite spherical particles, alumina crushed particles, mullite spherical particles, or spherical artificial ceramic particles used in mold production for sand casting, etc.
本発明は新規の精密鋳造用鋳型を提供するものであり、業界の販路拡張、経済性の向上に有効である。
The present invention provides a new mold for precision casting, and is effective for expanding the sales channel in the industry and improving the economy.
Claims (4)
A precision casting mold using the refractory ceramic filler according to any one of claims 1 to 3 as an initial layer slurry.
Priority Applications (1)
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| JP2014194604A JP2016064428A (en) | 2014-09-25 | 2014-09-25 | Fire proof ceramic filler for initial layer slurry and precision casting mold using the same |
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|---|---|---|---|---|
| CN106270394A (en) * | 2016-06-17 | 2017-01-04 | 柳州市志宝机械有限公司 | A kind of casting method solving evaporative pattern thick strip thermal center point |
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