JP2973487B2 - 金属の鋳造方法 - Google Patents

金属の鋳造方法

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JP2973487B2 JP2212104A JP21210490A JP2973487B2 JP 2973487 B2 JP2973487 B2 JP 2973487B2 JP 2212104 A JP2212104 A JP 2212104A JP 21210490 A JP21210490 A JP 21210490A JP 2973487 B2 JP2973487 B2 JP 2973487B2
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登 出向井
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Description

【発明の詳細な説明】 【発明の目的】
(産業上の利用分野) 本発明は、とくに高融点金属や活性金属よりなる精密
鋳造品を製造する際に利用するのに好適な金属の鋳造方
法に関するものである。 (従来の技術) 高融点金属や活性金属に分類されるものとしては、T
i,Mo,W,Zr,Li等の単体ないし合金があり、例えば、Tiお
よびTi合金は融点が高くかつ活性であるためその溶解を
非汚染状態で実施するには種々の工夫が必要となる。 (発明が解決しようとする課題) このように、TiおよびTi合金は活性であるため、金属
溶湯表面に酸化皮膜が形成されやすく、鋳造に際して金
属溶湯に乱れを生ずるとガスを巻き込みやすく、鋳造品
の品質が低下することがあるという問題点がある。 また、TiおよびTi合金に含まれる水素等のガス成分は
凝固に際して金属から放出されてガス欠陥となりやす
く、この場合にも鋳造品の品質が低下することがあると
いう問題点があり、これらの問題点を解決することが課
題となっていた。 (発明の目的) 本発明は、このような従来の課題にかんがみてなされ
たもので、鋳造に際して金属溶湯の乱れが生じがたく、
また金属中に含まれる水素等のガス成分が凝固に際して
金属から放出されないようにしてガス欠陥の発生を防止
することにより、高品質の鋳造品を製造することが可能
である金属の鋳造方法を提供することを目的としてい
る。
【発明の構成】
(課題を解決するための手段) 本発明に係わる金属の鋳造方法は、誘導加熱用コイル
の内側に相互に絶縁状態で円環状に配置された水冷銅製
セグメントよりなる水冷銅製るつぼをそなえた金属溶解
室の上方に鋳型室を設けて両室をガスシールし、前記金
属溶解室および鋳型室の圧力を大気圧力よりも高くする
と共に、前記金属溶解室と鋳型室との圧力差により前記
金属溶解室内で溶解した金属溶湯を前記鋳型室内に押し
上げて当該鋳型室内に配置した鋳型で鋳造する構成とし
たことを特徴としており、必要に応じて採用される実施
態様においては、鋳型室内に配置した鋳型が通気性のあ
るセラミックス鋳型である構成とし、同じく実施態様に
おいては、金属溶解室および鋳型室内の雰囲気を不活性
ガスとする構成としたことを特徴としており、上述した
発明の構成を前述した従来の課題を解決するための手段
としている。 (発明の作用) 本発明に係わる金属の鋳造方法では、誘導加熱用コイ
ルの内側に相互に絶縁状態で円環状に配置された水冷銅
製セグメントよりなる水冷銅製るつぼをそなえた金属溶
解室と鋳型を配置した鋳型室との圧力差により前記金属
溶解室内で溶解した金属溶湯を前記鋳型室内に押し上げ
て当該鋳型室内に配置した鋳型で鋳造するようにしてい
るので、汚染のない金属溶湯が得られることとなり、こ
の金属溶湯は鋳型内に整流状態で注入されるようになる
ことから、鋳造に際して金属溶湯が乱れることによるガ
スの巻き込みが回避されるようになると共に、金属溶解
室および鋳型室はいずれも大気圧力よりも高い圧力とし
ているので、金属中に含まれる水素等のガス成分が凝固
に際して金属から放出されるようなことがなくなり、し
たがってガス欠陥は生じないものとなることから、高品
質の鋳造品が製造されるようになる。 (実施例) 第1図および第2図は本発明に係わる金属の鋳造方法
の実施に使用する金属の鋳造装置の構造を例示するもの
であって、この金属の鋳造装置1は金属溶解室2をそな
えていると共に、この金属溶解室2の上方(この実施例
では直上)に鋳型室3をそなえている。 これらのうち、金属溶解室2は、その底壁部分が水冷
銅製定盤4によって形成されていると共に、側壁部分が
水冷銅製るつぼ(いわゆるコールドクルーシブル)5に
よって形成されており、水冷銅製定盤4は冷却水流路4a
を有していて矢印A1,A2方向に流す冷却水により冷却さ
れるようになっている。 一方、水冷銅製るつぼ5は、第2図にも示すように、
円弧状をなしかつ絶縁体51a・・・・・51hにより相互に
絶縁状態で円環状に配置された複数の水冷銅製セグメン
ト52a・・・・・52hよりなり、それぞれに水冷パイプ53
a・・・・・53hを設けて第1図の矢印B1,B2方向に冷却
水を流すようにした構造を有するものである。 そして、前記水冷銅製定盤4および水冷銅製るつぼ5
の外側には耐圧パイプ6が設けてあり、水冷銅製定盤4
と耐圧パイプ6の下部側との間にはシール部材7が設け
てあると共に、水冷銅製るつぼ5と耐圧パイプ6の上端
側との間にもシール部材8が設けてあって、金属溶解室
2の内部が外気と遮断されるようにしてある。 また、前記耐圧パイプ6の外側には高周波誘導加熱用
コイル11が設けてあり、これによって金属原料12が溶解
されるようになっている。このとき、高周波誘導加熱用
コイル11による高周波誘導加熱によって水冷銅製るつぼ
5の内側に渦電流が形成され、この交番電流である渦電
流によって金属原料12に表皮渦電流を誘起して溶解する
ことにより金属溶湯13を得る。この際、水冷銅製るつぼ
5の表面と金属溶湯13の表面には相互に位相の反対する
電流が生じるのでこれらの反発によって金属溶湯13は水
冷銅製るつぼ5の内壁面から少し離れてギャップが形成
される。 したがって、金属溶湯13から水冷銅製るつぼ5への熱
移動は前記ギャップの形成によって抑制されるので、従
来の水冷ハース形式の炉で見られたような厚肉のスカル
の形成はほとんどなく、金属溶湯13の温度制御を容易に
なすことが可能であると共に、るつぼからの汚染もなく
なる。 さらに、前記水冷銅製るつぼ5の上部には、シール部
材15を介して環状枠体16が設けてあり、この環状枠体16
には前記金属溶解室2に連通する不活性ガス供給口16a
が形成してあって、矢印C方向に例えばアルゴンガスが
供給できるようになっている。 そして、環状枠体16の内側にはシール部材17を介して
鋳型ケース18が設けてあると共に、鋳型ケース18の上面
にはシール部材19を介して上蓋20が設けてあり、これら
は蝶ねじ21によって固定するようにしてある。また、上
蓋20には、前記鋳型ケース18によって形成された鋳型室
3内に不活性ガスを送給するための不活性ガス供給管23
が接続してあり、矢印D方向に不活性ガスが送給される
ようになっている。 さらに、鋳型室3内には、前記鋳型ケース18の下部フ
ランジ18aに耐熱シール材24を介して鋳型25が設置して
ある。 この鋳型25は、この実施例において通気性のあるセラ
ミックス鋳型よりなるものであり、この鋳型25はこの実
施例においてタービン用ホットホイールの形状をなす鋳
型空間25aを有していると共に、この鋳造空間25aに接続
し且つ前記金属溶解室2内に延びる黒鉛パイプ26が設け
てあり、この黒鉛パイプ26の外周側において前記鋳型ケ
ース18の下部フランジ18aと鋳型25の下端との間に設け
た耐熱シール材24によってこの部分でのガスの流通が阻
止されるようになっている。 さらに、鋳型25の上部には耐熱性緩衝体27および当て
板28を設け、上蓋20にねじ込んで貫通したおねじ29を当
て板28に押し付けることにより、鋳型25を固定する構造
となっている。 このような構成をなす金属の鋳造装置1を用いて鋳造
を実施するに際し、金属としてTi−6%Al−4%Vより
なるTi合金を用い、高周波誘導加熱用コイル11に通電す
ることによって水冷銅製るつぼ5内で500gの上記Ti合金
を溶解して金属溶湯13とした。 そして、環状枠体16に設けた不活性ガス供給口16aよ
り矢印C方向にアルゴンガスを供給することによって金
属溶解室2内の圧力を大気圧以上の3.0気圧にすると同
時に、上蓋20に設けた不活性ガス供給管23より矢印D方
向にアルゴンガスを供給することによって鋳型室3内の
圧力を大気圧以上の2.5気圧とし、両室2,3内における圧
力差によって金属溶湯13を黒鉛パイプ26内を通して押し
上げ、そのまま鋳型25の鋳造空間25a内に金属溶湯13を
充填し、その後凝固させることによってホットホイール
を得た。 このようにして製造されたホットホイールは、従来の
アークスカル溶解した金属溶湯を回転するツリー状アッ
センブリー鋳型内に上注ぎにより鋳込んで得たホットホ
イールに比べて品質が、格段に優れたものとなってお
り、良品率は約20%から約80%に改善された。
【発明の効果】
本発明に係わる金属の鋳造方法によれば、誘導加熱用
コイルの内側に相互に絶縁状態で円環状に配置された水
冷銅製セグメントよりなる水冷銅製るつぼをそなえた金
属溶解室で金属を溶解すると共に、金属溶解室と鋳型室
との圧力差により前記金属溶解室で溶解した金属溶湯を
前記鋳型室内に押し上げて当該鋳型室内に配置した鋳型
で鋳造を行うようにしているので、汚染のない金属溶湯
を得ることが可能であり、また、金属溶湯は鋳型内に整
流状態で注入されるようなことから、鋳造に際して金属
溶湯が乱れることによるガスの巻き込みを防止すること
が可能となると共に、金属溶解室およい鋳型室はいずれ
も大気圧よりも高い圧力としているので、金属中に含ま
れる水素等のガス成分が凝固に際して金属から放出され
るようなことがなくなることから、ガス欠陥は生じない
ものとなり、高品質の鋳造品を製造することが可能にな
るという著しく優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による金属の鋳造方法の一実施例に用い
た鋳造装置の構造を例示する断面説明図、第2図は水冷
銅製るつぼの平面説明図である。 1……金属の鋳造装置、 2……金属溶解室、 3……鋳型室、 5……水冷銅製るつぼ(コールドクルーシブル)、 11……高周波誘導加熱用コイル、 13……金属溶湯、 16a……不活性ガス供給口、 23……不活性ガス供給管、 25……鋳型。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI B22D 23/00 B22D 23/00 B H05B 6/30 H05B 6/30 (56)参考文献 特開 平1−278949(JP,A) 特開 昭61−95760(JP,A) 特開 昭54−159674(JP,A) 特開 昭62−3860(JP,A) 特開 平2−187247(JP,A) 特開 平4−41062(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B22D 18/04 B22D 21/06 B22D 23/00 H05B 6/30

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】誘導加熱用コイルの内側に相互に絶縁状態
    で円環状に配置された水冷銅製セグメントよりなる水冷
    銅製るつぼをそなえた金属溶解室の上方に鋳型室を設け
    て両室をガスシールドし、前記金属溶解室および鋳型室
    の圧力を大気圧力よりも高くすると共に、前記金属溶解
    室と鋳型室との圧力差により前記金属溶解室内で溶解し
    た金属溶湯を前記鋳型室内に押し上げて当該鋳型室内に
    配置した鋳型で鋳造することを特徴とする金属の鋳造方
    法。
  2. 【請求項2】鋳型室内に配置した鋳型が通気性のあるセ
    ラミックス鋳型である請求項第1項に記載の金属の鋳造
    方法。
  3. 【請求項3】金属溶解室および鋳型室内の雰囲気を不活
    性ガスとする請求項第1項または第2項に記載の金属の
    鋳造方法。
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