JP3090873B2 - 鋳型とその製造方法 - Google Patents

鋳型とその製造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、チタン及びチタン
基合金などの高融点で化学反応性の高い金属及び合金の
精密鋳造製品の製造に好適な鋳型とその製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、たとえばチタン及びチタン基合金
の鋳物を製造する場合の鋳型は、主に黒鉛及びジルコニ
ヤを材料として使用されていた。
【0003】しかしながら、ジルコニヤは資源的に凅渇
状態にあってコストも高く、これを鋳型材料として使用
する鋳型の製造費は必然的に高くなり、しかも黒鉛質及
びジルコニヤ質による鋳型は鋳造後の型ばしらが困難で
あるという問題点があった。
【0004】さらに重大な他の問題点としては、上記材
料からなる鋳型は、鉄鋼等の鋳造に通常使用されている
珪砂を主材料とする鋳型に比べて、熱的・化学的による
特性が安定しているとしても、高融点で化学的反応性の
強い溶融チタン及び溶融チタン基合金との反応が避けら
れず、鋳物の表面にいわゆる鋳型反応層が生成する難点
があった。この鋳型反応層は硬く脆いため鋳物の割れの
発生原因になりやすいので、これを機械的研磨や化学的
腐蝕によって除去しなければならず、この除去作業には
多大の労力と時間を必要とするものであった。さらに加
えて、除去する反応層の厚さ分だけ鋳物の寸法精度が低
下し、あるいは鋳物の肉厚を予め増加しておかなければ
ならないという無駄があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記事情に基
づいてなされたものであり、特にチタン及びチタン合金
のように高融点で化学反応性の強い金属及び合金であっ
ても、鋳型反応層が生成することなく鋳物の鋳造がで
き、しかも鋳造後の崩壊性が良好であると共にコスト的
にも低廉な鋳型とその製造方法を提供することを目的と
する。
【0006】
【課題を解決するための手段】ところで、炭酸カルシウ
ムを焼成して得られる生石灰は、資源的にも豊富にあり
且つ黒鉛及びジルコニヤに比較して安価であり、しかも
チタン及びチタン基合金等と反応する傾向も小さい。ま
た生石灰は多孔質のため、鋳造応力を緩和でき、したが
ってクロム及びクロム基合金のように脆く割れやすい鋳
物の鋳型にも好適である。さらに生石灰の水和して膨張
する性質を利用して鋳型の崩壊性を改善できる利点があ
る。
【0007】本発明者等は、上記の生石灰鋳型の特性を
踏まえて、水系結合剤で成形できる鋳型材料の主材料と
して酸化カルシウムを54.0重量%以上含む重炭酸カ
ルシウムに着目し、さらに毒性のない水系結合剤を選択
しながら、それらの成形性、焼成時の収縮性及び焼成後
の機械的強度等に関して種々の研究実験を重ねた結果、
次のことが明らかになった。
【0008】すなわち、重質炭酸カルシウムが75重量
%以上で軟質炭酸カルシウム及び水酸化カルシウムの合
計量が25重量%以下の耐火性粉末と、結合剤として耐
火性粉末の0.5〜3.5重量%のフッ化カルシウム粉
末及び水性高分子エマルションと、からなる混合物は成
形性が良好であり、室温乾燥後および900℃以上の温
度で焼成した後の機械的強度はともに高く、且つ焼成温
度が1150℃以下では殆ど収縮しないことを見出し
た。耐火性粉末として軟質炭酸カルシウム及び水酸化カ
ルシウムのみを使用した成形体は焼成する過程で著しく
収縮するため、精密鋳造製品用の鋳型には適さないこと
が分かった、また、フッ化カルシウムを耐火性粉末の
0.5重量%未満にした場合には成形体の結合力が弱く
なって脆くなり、一方3.5重量%を超えるフッ化カル
シウムの場合には成形体の結合力が強くなり過ぎて成形
体が収縮する難点がある。さらに、重質炭酸カルシウ
ム、軟質炭酸カルシウム及び水酸化カルシウムの品質と
鋳型反応との関係を調べたところ、それらの各純度が高
ければ、チタン及びチタン基合金用の鋳型としても鋳型
反応層が生じない鋳物を良好な寸法精度で鋳造できるこ
とが判明した。
【0009】本発明は上述した知見に基づいてなされた
鋳型とその製造方法であり、重質炭酸カルシウムが75
重量%以上で且つ軟質炭酸カルシウム及び水酸化カルシ
ウムの合計量が25重量%以下からなる耐火性粉末に、
フッ化カルシウム粉末を前記耐火性粉末の0.5〜3.
5重量%添加し、さらにアクリル樹脂または酢酸ビニル
樹脂と水からなる水性高分子エマルションを加えた混合
物で模型を被覆し、模型を除去した後の鋳型となる成形
体を900℃〜1150℃の温度範囲で焼成することに
よって、鋳型の内面全域に生石灰による内面層を形成し
たことを特徴とするものである。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明による鋳型は、次に示す各
実施例により得ることができた。なお、このときに用い
た重質炭酸カルシウムのA〜Dの各化学組成を下記の表
1に示す。
【0011】
【表1】
【0012】
【実施例】
(実施例1)表1のAに示す組成で粒度320メッシュ
以下の重質炭酸カルシウム300gと、粒度320メッ
シュ以下のフッ化カルシウム6gと、アクリル樹脂エマ
ルション(樹脂分14%)150ccと、を配合してス
ラリー状の混合物(粘度はザーンカップNo5で約15
秒)を作り、これを通常のロストワックス法に準ずる手
順によってワックス模型に付着させ、その付着表面に更
に表1のBに示す組成で且つ粒度60〜100メッシュ
の重質炭酸カルシウムを散布した後乾燥させた。以上述
べた混合物の付着、散布及び乾燥に至る一連の作業を2
回繰り返した。
【0013】次に、このようにしてワックス模型の表面
に混合物を介して重質炭酸カルシウムによって被覆した
成形体を、ワックス模型とともに200メッシュ以下の
ムライト粉100g及びコロイダルシリカ(珪酸分30
%)100ccの比率で混合したスラリー(粘度はザー
ンカップNo5で4〜5秒)に浸漬し、引き上げた後に粒
度22〜50メッシュの高アルミナサンドを表面に散布
し付着して乾燥させる一連の作業を4回繰り返して行っ
た。
【0014】次いで、これを脱蝋したのち、950℃で
2時間焼成して鋳型を得た。このようにして得た鋳型に
Ti−15%V−3%Al−3%Cr−3%Sn合金
(以下「Ti−15−3合金」と略称する)溶湯を鋳込
んだ結果、寸法精度の良好な鋳物が得られた。また、こ
の得られた鋳物は顕微鏡組織でも鋳型反応層が認められ
なかった。さらに、鋳造後吸湿による膨脹によって簡単
に鋳型が崩壊した。尚、ここで使用したTi−15−3
合金は、チタン基合金のなかでも鋳型反応層が最も検出
され易いものとして知られている。
【0015】(実施例2)表1のAに示す組成であって
粒度320メッシュ以下の重質炭酸カルシウム300g
と、粒度320メッシュ以下のフッ化カルシウム2g
と、酢酸ビニル樹脂エマルション(樹脂分8%)150
ccと、を配合して作ったスラリー状の混合物(粘度は
ザーンカップNo5で約15秒)を用いたこと以外は、前
記実施例1と同様な手順で鋳型を製造し、同様の鋳込み
を実施した。得られた結果は、実施例1と殆ど同じであ
り、鋳物の寸法精度は良好で、鋳型反応層も顕微鏡で観
察されず、また鋳造後の鋳型の崩壊性も良好であった。
【0016】(実施例3)表1のCに示す組成で粒度5
0メッシュ以下の重質炭酸カルシウム98gに、粒度3
20メッシュ以下のフッ化カルシウム2g及びアクリル
樹脂エマルション(樹脂分20%)18ccを配合した
混合物を、通常の砂型造型法に準ずる手順で直径25m
mの木型の周囲に充填して乾燥した。次いで木型を除去
した成形体を1150℃で1時間焼成して鋳型を製造し
た。この鋳型にTi−15−3合金の容湯を鋳込んだと
ころ、冷却後の鋳物の寸法は木型寸法にほぼ等しく、し
かも鋳物の顕微鏡組織には鋳型反応層が観察されず、ま
た鋳造後の鋳型は簡単に崩壊した。尚、重質炭酸カルシ
ウムの一部を軟質炭酸カルシウム及び水酸化カルシウム
で置換して同様の実験を行ったところ、軟質炭酸カルシ
ウム及び水酸化カルシウムの合計量が重質炭酸カルシウ
ムとの比率で25重量%以下であれば、重質炭酸カルシ
ウム単独の場合と同様の良好な結果になった。
【0017】(実施例4)表1のCに示す組織で粒度5
0メッシュ以下の重質炭酸カルシウム75gと、化学試
薬特級軟質炭酸カルシウム12.5g及び化学試薬特級
水酸化カルシウム12.5gと、からなる耐火性粉末
に、粒度320メッシュ以下のフッ化カルシウム3.6
g及びアクリル樹脂エマルション(樹脂分20%)15
ccを加えて作った混合物を、厚さ3mm、幅60m
m、高さ120mmの木型の周囲に充填した。次いで乾
燥後に木型を除去し、あとに残った成形体を950で2
時間焼成して鋳型を製造した。この鋳型に純クロムを鋳
込んで得た鋳物は、木型寸法にほぼ等しい寸法の純クロ
ム板を割れずに得ることができた。
【0018】(実施例5)表1のDに示す組成で粒度3
20メッシュ以下の重質炭酸カルシウム300gに、粒
度320メッシュ以下のフッ化カルシウム6.1g及び
酢酸ビニルエマルション(樹脂分18%)140ccを
配合してスラリー状の混合物を造り、次いでワックス模
型に付着させ、その表面に表1のDに示す組成で粒度2
2〜50メッシュの重質炭酸カルシウムを散布し、付着
させた後に乾燥させた。以上のべた混合物の付着、散布
及び乾燥に至る一連の作業を2回繰り返した後、さらに
粒度200メッシュ以下のムライト粉100g及びコロ
イダルシリカ(珪酸分30%)100ccを配合したス
ラリーに浸漬し、それを引き上げ、引き続いて粒度22
〜50メッシュの高アルミナサンドを散布し付着・乾燥
する一連の作業を4回繰り返し行った。
【0019】次に、これを脱蝋した後、900℃で3時
間焼成して鋳型を得た。このようにして得た鋳型に18
%Cr−8%Ni鋼を鋳造した。鋳型は使用後には吸湿
による膨脹によって簡単に崩壊し、鋳物は寸法精度及び
鋳肌のいずれもが良好であった。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、たとえチタン及びチタ
ン合金のような高融点で活性な金属及び合金でも、鋳型
反応層のない鋳物を精密且つ経済的に製造でき、しかも
鋳造後の鋳型の崩壊性についても良好である、鋳型とそ
の製造方法を提供することができるものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22C 1/00 - 1/26

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重質炭酸カルシウムからなる耐火性粉末
    と、耐火性粉末の0.5〜3.5重量%のフッ化カルシ
    ウム及び水性高分子エマルションからなる結合剤と、を
    配合した混合物によって、少なくとも内面層を形成した
    鋳型となる成形体を、900℃〜1150℃の温度で焼
    成して鋳型の内面に生石灰層を形成してなることを特徴
    とする鋳型。
  2. 【請求項2】 75重量%以上の重質炭酸カルシウムと
    合計量で25重量%以下の軟質炭酸カルシウム及び水酸
    化カルシウムとからなる耐火性粉末と、耐火性粉末の
    0.5〜3.5重量%のフッ化カルシウム及び水性高分
    子エマルションからなる結合剤と、を配合した混合物に
    よって、少なくとも内面層を形成した鋳型となる成形体
    を、900℃〜1150℃の温度で焼成して鋳型の内面
    に生石灰層を形成してなることを特徴とする鋳型。
  3. 【請求項3】 重質炭酸カルシウムからなる耐火性粉末
    に、耐火性粉末の0.5〜3.5重量%のフッ化カルシ
    ウムを配合し、さらに水性高分子エマルションを加えて
    作った混合物を用いて模型に被覆して鋳型となる内面層
    を少なくとも形成し、これを乾燥固化した後に模型を除
    去し、次いで模型を除去したあとに残った鋳型となる成
    形体を900℃〜1150℃の温度で焼成し、鋳型の内
    面に生石灰層を形成してなることを特徴とする鋳型の製
    造方法。
  4. 【請求項4】 75重量%以上の重質炭酸カルシウムと
    合計量で25重量%以下の軟質炭酸カルシウム及び水酸
    化カルシウムとからなる耐火性粉末に、耐火性粉末の
    0.5〜3.5重量%のフッ化カルシウムを配合し、さ
    らに水性高分子エマルションを加えて作った混合物を用
    いて模型に被覆して鋳型となる内面層を少なくとも形成
    し、これを乾燥固化した後に模型を除去し、次いで模型
    を除去したあとに残った鋳型となる成形体を900℃〜
    1150℃の温度で焼成し、鋳型の内面に生石灰層を形
    成してなることを特徴とする鋳型の製造方法。
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