JP2649724B2 - 鋳造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、セラミック部とバックアップ部から構成さ
れる２重構造のセラミック鋳型を用いる鋳造法に関する
ものである。

［従来の技術］ 従来、一般的な鋳型を用いて通常の方法で鋳込みを行
なったとき、鋳込みの完了後、鋳型全体を密閉箱等で覆
い、この密閉箱等の内部を非酸化性ガス雰囲気にする方
法等が知られている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このようなセラミック鋳型を用いて鋳
造を行なう場合、つぎのような問題点がある。すなわ
ち、鋳造品表面の酸化脱炭層の発生である。セラミック
鋳型を用いて鋳鉄や鋳鋼等の高融点金属を鋳造する場
合、鋳造品の表面直下に炭素濃度が著しく低下した層、
いわゆる脱炭層が発生し、そのため表面硬度の低下によ
る耐摩耗性の劣化、抗張力の低下による疲労破壊の助長
を招来し、特に高温条件下にて使用された場合における
ヒートクラックの発生を惹起する。また、鋳造品表面の
酸化が激しく、酸化スケールの発生により表面の平滑度
が大きく損なわれ、精密鋳造品としての寸法精度および
品質が著しく低下する。さらに、溶湯と鋳型の界面付近
を完全に非酸化性雰囲気にするには十分でなく、酸化脱
炭の防止にはならず、また、密閉箱で鋳型を覆うことに
よって、外気が遮断されるため箱内に熱がこもり、製品
部溶湯の凝固の遅れはさらに助長されていた。また、最
初に溶湯が到達した箇所から凝固し始め、最後に鋳込ん
だ溶湯部分が最後に凝固するという、いわゆる、指向性
凝固が充分に行なわれていなかった。

［課題を解決するための手段］ このような問題点を解決するために、本発明では、セ
ラミック部とバックアップ部から構成されるセラミック
鋳型で鋳造する鋳造品の凝固を早めたい部位や表面の酸
化脱炭を防止したい部位等に対向する上記バックアップ
部内の適宜な箇所にパイプ等を用いずに直接的に形成し
たガス流通孔の内に、鋳造時に外部から非酸化性ガスを
流通させた状態で、鋳型内に溶融金属を鋳造する。

［作用］ 上述した方法において、鋳造時にバックアップ内のガ
ス流通孔に冷却用のガスでもある不活性ガスあるいは中
性ガス等の非酸化性ガスを流すことによって、ガス流通
孔内を流れている非酸化性ガスが、バックアップ部の砂
の間などのように鋳型材内を直接通って、鋳造する製品
の所望の表面に向けて移動する。

その結果、製品部キャビティの周囲の鋳型が冷却さ
れ、製品部溶湯の熱は鋳型に十分に吸収される。したが
って、製品部の方からの指向性凝固が速やかに進行し、
押湯部が最終凝固部となり、製品は鋳造欠陥のない寸法
精度の優れた健全な精密鋳造品となる。

さらに、このガスを不活性ガスあるいは中性ガス等の
非酸化性ガスに限定することにより、このガスが鋳型材
を通過して、溶湯と鋳型の界面近傍を非酸化性雰囲気と
する。その結果、製品表面の酸化脱炭の発生はなくな
り、鋳肌性状および寸法精度の優れた精密鋳造品を得る
ことができる。

［実施例］ 第１図は本発明に係る下型の精密鋳造用セラミック鋳
型の平面図ならびに縦断面図、第２図は第１図のセラミ
ック鋳型に押湯キャビティを有する上型と型合わせして
鋳造に供する状態を示した縦断面図であり、第１図およ
び第２図を用いて本発明の実施例を説明する。

第１図において、符号１はバックアップ部、２はセラ
ミック部、３は製品キャビティ、４はガス流通孔、７は
鋳枠、10はガス導入孔、および、11はガス排出孔であ
る。

下型20の製作は下記のようにして行なう。まず、製品
部キャビティ３よりセラミック部２の厚み分だけ大きい
形状のバックアップ用模型（図示せず）および鋳枠７を
使用して水ガラスを粘結材とするシャモットサンドにて
CO₂プロセスでセラミックスラリ注入孔（図示せず）を
有するバックアップ型を製作する。

バックアップ型造型の際、シャモットサンドを充填す
る時に、ガス流通孔４とほぼ同一の寸法形状を有する発
泡ポリスチレン製消失性模型の両端を鋳枠７に設けてあ
るガス導入孔10およびガス排出孔11に差し込んでシャモ
ットサンド内に埋設する。シャモットサンドの硬化後、
バックアップ用模型を抜型し、このバックアップキャビ
ティ内に製品模型（図示せず）を設置し、バックアップ
型と製品模型との隙間にセラミックスラリを注入孔を介
して流し込む。

なお、本実施例においては、セラミックスラリとして
ジルコンサンド，ジルコンフラワ，バインダおよび硬化
促進剤を適当量配合したものを用いた。スラリの硬化
後、製品模型を抜型し、キャビティ表面をガスバーナで
１次焼成した後、さらに、鋳型全体を電気炉中に挿入
し、1000℃で３時間保持の２次焼成を行なって下型20は
完成する。

２次焼成時に、バックアップ鋳型内に埋設された発泡
ポリスチレン製消失性模型は、燃焼気化して、バックア
ップ部１内に直接的にガス流通孔４が形成される。この
とき、ガス流通孔４の内面はバックアップ部１の砂等で
構成される。なお、セラミック部２とバックアップ部１
との境界3aとガス流通孔４との距離はなるべく小さく、
例えば５〜10mmとするとよい。この場合、ガス流通孔４
形成用として消失性の模型を用い、鋳型成形後にこの模
型を燃焼気化して消失させるようにしたので、この模型
はかなり複雑な形状にしておくこともでき、したがっ
て、かなり複雑な形状のガス流通孔４も確実容易に形成
することができる。

つぎに、第２図に示すように、下型20の上に、押湯キ
ャビティ5,砂部6,鋳枠7aからなる上型21を型合わせして
載置し、この状態下で押湯キャビティ５上部より鋳込温
度1600℃で高合金鋳鋼の溶湯を鋳込んだ。この時、注湯
直前からガス流通孔４へは、図示しない窒素ガスボンベ
に付随した流量調節弁を適宜開度調整しながら、下型20
のガス導入孔10まで配設された導管を介してガス流通孔
４よりバックアップ部１へ窒素ガスが供給される。この
窒素ガスは、溶湯の凝固が完了し、型ばらし可能な温度
に冷却するまで流し続けた。この結果、溶湯の最終凝固
部は押湯内に生じるため、製品表面で内部での凝固欠陥
は全く発生せず、表面は酸化脱炭のない優れたものであ
った。

また、本実施例と同一形状の鋳型で、ガスをHeとして
も、また、Arとした場合にも、本実施例と同様な結果が
得られた。

なお、本実施例では製品キャビティ３の横断面形状が
円形であり、さらに、キャビティ３の底面部3bに鋳造欠
陥や酸化脱炭が発生しやすいため、底面部3a直下のバッ
クアップ１内に円環状のガス流通孔４を設けたが、ガス
流通孔の数，位置，寸法形状等は鋳造品固有の寸法形状
や欠陥の発生しやすい位置に合わせて、任意に設定すれ
ばよい。

また、前記したように、消失性模型を発泡ポリスチレ
ン製とし、比較的に複雑な形状のガス流通孔も形成しう
るようにしたが、これに限定されるものでなく、２次焼
成時に燃焼または溶解して消失するものであればよく、
例えば、ろうを適宜な形状に固化したものを用いてもよ
い。

非酸化性ガスを流通するためのガス流通孔４の形成法
としては、前記した発泡ポリスチレンやろう等の消失性
模型を用いる方法に限定されるものでなく、棒状のもの
を予め鋳型内に埋めて鋳型を形成し、その後、この棒を
引抜いてガス流通孔４を形成する方法や、鋳型を上下に
２分割し、その分割面部にガス流通孔４を形成するため
の木型等を置いて鋳型を形成し、その後、上下の鋳型を
分割してガス流通孔４形成用の木型を取除き、再び上下
の鋳型を重ね合わせて、ガス流通孔４を有する鋳型を形
成する方法などの、その他の方法を用いることもでき
る。

［発明の効果］ 以上、詳述したとおり、本発明によれば、特許請求の
範囲に記載したように、ガス流通孔内に非酸化性ガスを
流した状態のもとで鋳造するようにしたので、セラミッ
ク鋳型による精密鋳造において従来より問題とされてい
た、製品部溶湯の凝固の遅れや指向性凝固が行なわれな
いことによる鋳造欠陥の発生および鋳造品表面における
酸化脱炭の発生を解消し、鋳肌性状や寸法精度の優れた
精密鋳造品を安価で効率的に製作することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明に係る精密鋳造法の１実施
例を示し、第１図は下型の精密鋳造用セラミック鋳型の
平面図ならびに縦断面図、第２図は第１図のセラミック
鋳型に押湯キャビティを有する上型と型合わせして鋳造
に供する状態に示した縦断面図である。 １……バックアップ部、２……セラミック部、 ３……製品キャビティ、４……ガス流通孔、 ５……押湯キャビティ、７……鋳枠、 10……ガス導入孔、 11……ガス排出孔、20……下型、 21……上型。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミック部とバックアップ部から構成さ
   れるセラミック鋳型で鋳造する鋳造品の凝固を早めたい
   部位や表面の酸化脱炭を防止したい部位等に対向する上
   記バックアップ部内に形成したガス流通孔の内に、鋳造
   時に非酸化性ガスを流通させた状態で、鋳型内に溶融金
   属を鋳造することを特徴とする鋳造法。