JP3025667B2 - 金属の金型鋳造方法 - Google Patents

金属の金型鋳造方法

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JP3025667B2 JP9306579A JP30657997A JP3025667B2 JP 3025667 B2 JP3025667 B2 JP 3025667B2 JP 9306579 A JP9306579 A JP 9306579A JP 30657997 A JP30657997 A JP 30657997A JP 3025667 B2 JP3025667 B2 JP 3025667B2
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  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、鋳鉄等の金属の鋳
造技術に係り、特に、鋳造用金属としての鋳鉄を溶解し
て得られた溶湯を金型に注湯して成形する金属の金型鋳
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、例えば、アルミニウム合金鋳物
や銅合金鋳物等の非鉄金属鋳物においては、金型鋳造を
行なうことが良く行なわれており、金型鋳造は急冷却さ
れるが、その金属的性質から、溶湯中にフラツクス添加
やアルゴンガス、窒素ガス、塩素ガス等の吹き込み等に
よる溶湯中の脱ガス処理を行なうことで、製品化が可能
になっている。最近では、真空ダイカストまで行なわれ
ている。また、鋳鉄鋳物においては、金型鋳造は急冷却
されるので、白鋳鉄組織化してしまい易く、特に、5m
m以下の薄肉鋳鉄においては、金型による急冷凝固は白
鋳鉄組織、即ち、炭素が黒鉛化せずにセメンタイトとな
って硬く脆くなる金属組織になるため、冷却速度の小さ
い砂型鋳造による場合がほとんどである。しかしなが
ら、金型鋳造が一般化すれば、鋳鉄の薄肉,精密化が可
能になるとともに、大幅なコストダウンを図ることがで
き、工場での作業環境改善等が期待できるので、本願発
明者は、近年、鋳鉄の金型鋳造化の研究を進め、鋳鉄の
金型鋳造においては、急冷組織である白鋳鉄組織の生成
が、ある程度ガスに起因することもあることから、非鉄
金属の金型鋳造と同様に溶湯中の脱ガス処理を行なう等
の試行を行なってきている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の非鉄
金属の金型鋳造においては、溶湯中の酸素等の脱ガス処
理をある程度行なっているが、ピンホール,ブローホー
ル,ざく巣等といわれるガス欠陥が完全に防止されてい
るわけではない。また、上述した鋳鉄の金型鋳造におい
ては、非鉄金属の金型鋳造と同様に溶湯中の脱ガス処理
を行なっても、白鋳鉄組織の生成等を阻止してねずみ鋳
鉄組織とすることが困難である。その原因について、本
願発明者は、最近、急冷組織である白鋳鉄組織の生成
が、ガスを生成する元素の中でも、窒素ガスに加え特に
原子化した原子量の小さい水素の混入によることが大き
く起因していることをつきとめた。即ち、原子量の大き
い酸素元素は鉄と炭素の格子間に入りにくい状態にして
取り除きやすいが、微量の窒素や水素は鉄や炭素の原子
の格子間に入るようになり、この作用が白鋳鉄組織の生
成を促進すると考えられる。
【0004】本発明は、この点に鑑みてなされたもの
で、原子化した窒素と水素を溶湯から除くことができる
ようにして、脱ガスを確実に行ない、金属組織の改善を
図った金属の金型鋳造方法を提供することを目的とす
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るための本発明の技術的手段は、鋳造用金属としての鋳
を溶解し、溶解して得られた溶湯を金型に注湯して成
形する金属の金型鋳造方法において、上記金型に注湯す
る溶湯中に、添加剤として、無水塩化化合物を添加した
構成としている。これにより、例えば、無水塩化化合物
として、無水塩化カルシウムの場合では、溶湯中で原子
化した水素が、 CaCl2 +2H→2HCl+Ca のように反応し、また、窒素が、 3Ca+2N→Ca32 のように反応し、水素がHClガスとなって、また、窒
素がカルシウムナイトライドとして、溶湯中から逃がさ
れあるいはスラグ等に固定化されると考えられる。この
場合、無水なので、水分に起因する水素の混入がなく、
そのため、溶湯中の水素と結合し易くなり、脱水素の促
進が図られる。また、無水塩化化合物は、同時に、酸素
元素とも反応して、これらをスラグやガス状態化して除
去することにも寄与する。
【0006】そして、上記無水塩化化合物を、溶湯重量
の0.3〜4.0%添加する構成としている。添加量の
下限と上限は、溶湯中の酸素や窒素及び水素の含有量の
違い等により、適宜に定めて良いものであるが、ガス化
成分の含有量の多いものほど添加量を多くする。特に、
添加量の下限側は清浄な原材料を使用する場合である。
上限より多い添加は、溶解温度を低下させるなどの弊害
があり、作業的にも経済的にも不利になる。
【0007】そして、必要に応じ、無水塩化化合物とし
て、無水塩化カルシウム,無水塩化バリウム,無水塩化
亜鉛を、単独に、あるいはこれらの混合物を添加する構
成としている。これらの化合物は、比較的安価で容易に
入手でき、取扱も容易であることから、極めて有用であ
る。また、上記無水塩化化合物を、複数回に分けて添加
する構成としている。脱ガスが一時にではなく、繰り返
し行なわれるので、ガス化成分との反応、特に窒素や水
素との反応を確実に行なわせることができ、より一層脱
窒素,脱水素の促進が図られる。
【0008】この無水塩化化合物を複数回に分けて添加
する構成において、上記無水塩化化合物を、球状黒鉛化
処理をするための球状化剤の添加の前後に添加してい
る。球状化剤の添加に起因する水素をはじめとするガス
化成分の除去を確実に行なわせることができ、より一層
脱窒素,脱水素の促進が図られる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて本発明
の実施の形態に係る金属の金型鋳造方法について説明す
る。この実施の形態に係る金属の金型鋳造方法は、金属
として鋳鉄を金型鋳造するものである。図1に示すよう
に、先ず、鋳鉄を溶解し(1−1)、溶解して得られた
溶湯に添加剤として無水塩化化合物を添加し(1−
2)、次に、球状黒鉛化処理をするための球状化剤を添
加し(1−3)、再び、添加剤として無水塩化化合物を
添加し(1−4)、その後、金型に注湯する(1−
5)。無水塩化化合物の添加量は、全部で溶湯重量の
0.3〜4.0%が望ましい。この過程において、溶湯
中で、水素,窒素,酸素等が無水塩化化合物と反応し、
これにより、これらの元素が、固相中で安定化させられ
たり、スラグやガス状態に変化させられて除去される。
特に、水素がHClガスとなって、また、窒素がカルシ
ウムナイトライドとして、溶湯中から逃がされあるいは
スラグ等に固定化される。この場合、無水塩化化合物は
無水なので、水分に起因する水素の混入がなく、そのた
め、溶湯中の水素とのみ結合し易くなり、脱水素の促進
が図られる。
【0010】この結果、ピンホールやブローホール等の
内部欠陥の発生が防止されるとともに、図2の顕微鏡写
真にも示すように、急冷組織であっても白鋳鉄組織とな
らず、ねずみ鋳鉄組織に変化させられる。この材料は、
溶接性が良好であり、溶接時にブローホールやピンホー
ル等の溶接内部欠陥が発生し難く、急冷凝固した溶接金
属が白鋳鉄組織にならず、ねずみ鋳鉄組織になる。
【0011】
【実施例】次に、本発明の実施例を比較例とともに説明
する。鋳鉄は目標組成を3.8%C,3.0%Si,
0.4%Mn,0.04%P,0.025%Sの過共晶
組成と成るように鋳鉄やシリコン等の原料を配合し、高
周波電気炉を用いて溶解し、金型に鋳造した。金型試験
の寸法は100(縦)×100(横)×5(厚さ)(m
m)とし、金型の材質は鋳鉄である。 [実施例]実施例に係る鋳鉄は、最高加熱温度の145
0℃で、無水塩化カルシウムを1%添加し、ついで、市
販カルシウム系球状化剤を添加し、さらに無水塩化カル
シウムを0.5%添加して金型に注湯したものである。
実施例に係る鋳鉄は、図2に示す実施例の顕微鏡写真か
ら判るように、この組織は基地がパーライトで、球状黒
鉛が晶出した良好な組織を示している。 [比較例]比較例に係る鋳鉄は、鋳鉄溶湯の最高加熱温
度を1450℃とし、1430℃で市販カルシウム系球
状化剤を添加し、150℃予熱の金型に注湯したもので
ある。図3にこの比較例の顕微鏡写真を示す。写真から
判るように、この組織はセメンタイトとパーライトから
なる白鋳鉄組織で、硬くて脆い組織であり、従来の溶湯
処理では金型鋳造ができないことを示している。
【0012】
【実験例】次に、本実施例に係る金型鋳造鋳鉄の溶接性
について、比較例としての従来の砂型鋳造鋳鉄との比較
実験について説明する。溶接試験は、TIG溶接による
ビード・オン・プレート試験により行なった。溶接条件
は200Amp,22V,直流,正極性,予熱温度:2
00℃である。図4に示すように、母材鋳鉄を溶接棒で
溶接した。上記の実施例に係る母材鋳鉄(実施例)と従
来の無水塩化カルシウムを用いないで砂型鋳造した母材
鋳鉄(比較例)とを、金型鋳造した溶接棒で溶接し、図
4に示すルート部の境界に跨がる線に沿う複数の点(硬
さ測定部位)の硬さを測定し、硬さ分布結果を得た。図
5は本実施例に係る金型鋳造鋳鉄の硬さ分布を示し、図
6は比較例としての従来の砂型鋳造鋳鉄の硬さ分布結果
を示している。各図から分かるように、比較例では、最
高硬さが600を、平均硬さは400程度を示し、硬化
が大きい。これに対して、実施例では、最高硬さは50
0を、平均硬さは350程度を示しており軟化してお
り、本実施例の有利性が明らかである。特に、使用した
溶接棒も本発明の処理をしたものであり、これの効果も
あってこのような結果を生んだものである。
【0013】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の金属の金
型鋳造方法によれば、金型に注湯する溶湯中に、添加剤
として無水塩化化合物を添加したので、特に、無水であ
ることから水分に起因する水素の混入をさせることな
く、溶湯中の窒素や水素と結合させて、原子化した水素
をガス化しあるいは固定化し、また、窒素をカルシウム
ナイトライド化して溶湯から除くことができ、脱ガスを
確実に行ない、金属組織の改善を図ることができる。即
ち、鋳造品の欠陥を減少させ、引張強度や疲労強度等の
物理的性能を向上させ、更に、溶接性を向上させること
ができる等、鋳造品の高品質化、低コスト生産化を図る
ことができる。特に、金属が鋳鉄なので、白鋳鉄組織の
生成等を阻止してねずみ鋳鉄組織とすることができ、そ
のため、鋳鉄の薄肉,精密化を可能ならしめるととも
に、大幅なコストダウンを図ることができ、工場での作
業環境改善等を図ることができる。また、製品は溶接性
が良くなり、品質を大幅に向上させることができる。
【0014】そして、無水塩化化合物を、溶湯重量の
0.3〜4.0%添加する構成としたので、添加量の下
限側は清浄な原材料を使用する場合に適応でき、上限に
より溶解温度を低下させるなどの弊害や作業的,経済的
不利を防止できる。また、無水塩化化合物として、無水
塩化カルシウム,無水塩化バリウム,無水塩化亜鉛を、
単独に、あるいはこれらの混合物を添加する構成とした
場合には、これらの化合物は、比較的安価で容易に入手
でき、取扱も容易であることから、極めて有用である。
更に、無水塩化化合物を、複数回に分けて添加する構成
としたので、脱ガスが一時にではなく、繰り返し行なわ
れるので、ガス化成分との反応、特に窒素や水素との反
応を確実に行なわせることができ、より一層脱窒素,脱
水素の促進を図ることができる。特に、無水塩化化合物
を複数回に分けて添加する構成において、無水塩化化合
物を、球状黒鉛化処理をするための球状化剤の添加の前
後に添加する構成としたので、球状化剤の添加に起因す
る水素をはじめとするガス化成分の除去を確実に行なわ
せることができ、より一層脱窒素,脱水素の促進を図る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る金属の金型鋳造方法
を示す工程図である。
【図2】本発明の実施例に係る金型鋳造方法によって製
造された鋳鉄の組織を示す図面代用顕微鏡写真(倍率2
00倍)である。
【図3】従来の比較例に係る金型鋳造方法によって製造
された鋳鉄の組織を示す図面代用顕微鏡写真(倍率20
0倍)である。
【図4】溶接試験における母材鋳鉄と溶接棒との関係を
示すとともに、硬さ測定の測定部位を示す図である。
【図5】本発明の実施例に係る金型鋳造方法によって製
造された鋳鉄の溶接試験結果を示し、溶接部の硬さ分布
状態を示すグラフ図である。
【図6】従来の比較例に係る砂型鋳造方法によって製造
された鋳鉄の溶接試験結果を示し、溶接部の硬さ分布状
態を示すグラフ図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−215408(JP,A) 特開 昭63−126643(JP,A) 特公 昭55−39602(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22D 1/00 B22D 27/20 C21C 1/10

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋳造用金属として鋳鉄を溶解し、溶解し
    て得られた溶湯を金型に注湯して成形する金属の金型鋳
    造方法において、 上記金型に注湯する溶湯中に、添加剤として、無水塩化
    化合物を、溶湯重量の0.3〜4.0%添加し、 上記無水塩化化合物を、複数回に分けて添加し、かつ、
    上記無水塩化化合物を、球状黒鉛化処理をするための球
    状化剤の添加の前後に添加する ことを特徴とする金属の
    金型鋳造方法。
  2. 【請求項2】 上記無水塩化化合物として、無水塩化カ
    ルシウム,無水塩化バリウム,無水塩化亜鉛を、単独
    に、あるいはこれらの混合物を添加することを特徴とす
    る請求項1記載の金属の金型鋳造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6604635B1 (en) 1999-08-25 2003-08-12 Sony Computer Entertainment Inc. Recording medium holder and information providing body

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6604635B1 (en) 1999-08-25 2003-08-12 Sony Computer Entertainment Inc. Recording medium holder and information providing body

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