JP3258201B2 - 反応性金属の溶融液から鋳物を製造する方法および鋳型 - Google Patents
反応性金属の溶融液から鋳物を製造する方法および鋳型Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、チタン、チタン合金お
よびチタンを基礎とする合金の群からの反応性金属の溶
融液から、再使用可能な鋳型中で鋳物を製造する方法に
関する。
よびチタンを基礎とする合金の群からの反応性金属の溶
融液から、再使用可能な鋳型中で鋳物を製造する方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】チタンまたは著量のチタン含量を有する
合金からなる構成部材の需要がますます大きくなってい
る。それというのも、チタンの高い融点および高い温度
での反応しやすさが挙げられるチタンの特有の性質が十
分に注目されることを前提にして、これらの材料は少な
い比重を有し、従って高い安定性を有するからである。
溶融温度でチタンは反応性ガス、中でも殊に酸素と反応
するだけでなく、酸化物およびほとんど全てのセラミッ
クとも反応し、それというのもセラミックは一般に少な
くとも主として酸化物化合物からなるからである。酸素
に対するチタンの強い親和力によって、酸素は酸化物か
ら除去され、酸化チタンの形成を生じる。所定の使用範
囲に著しく有効であった複数の材料は、次に例示的に記
載される： 純粋チタン Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ Ｔｉ６Ａｌ２Ｓｎ４Ｚｒ２Ｍｏ Ｔｉ５Ａｌ２．５Ｓｎ Ｔｉ１５Ｖ３Ａｌ３Ｃｒ３Ｓｎ ＴｉＡｌ５Ｆｅ２．５ ５０Ｔｉ４６Ａｌ２Ｃｒ２Ｎｂ チタンアルミニド。
合金からなる構成部材の需要がますます大きくなってい
る。それというのも、チタンの高い融点および高い温度
での反応しやすさが挙げられるチタンの特有の性質が十
分に注目されることを前提にして、これらの材料は少な
い比重を有し、従って高い安定性を有するからである。
溶融温度でチタンは反応性ガス、中でも殊に酸素と反応
するだけでなく、酸化物およびほとんど全てのセラミッ
クとも反応し、それというのもセラミックは一般に少な
くとも主として酸化物化合物からなるからである。酸素
に対するチタンの強い親和力によって、酸素は酸化物か
ら除去され、酸化チタンの形成を生じる。所定の使用範
囲に著しく有効であった複数の材料は、次に例示的に記
載される： 純粋チタン Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ Ｔｉ６Ａｌ２Ｓｎ４Ｚｒ２Ｍｏ Ｔｉ５Ａｌ２．５Ｓｎ Ｔｉ１５Ｖ３Ａｌ３Ｃｒ３Ｓｎ ＴｉＡｌ５Ｆｅ２．５ ５０Ｔｉ４６Ａｌ２Ｃｒ２Ｎｂ チタンアルミニド。
【０００３】殊に、チタンアルミニド、例えばＴｉＡｌ
を多数の構成部材の材料として使用することが挙げられ
る。少ない密度、比較的高い耐熱性および耐食性に基づ
き、チタンアルミニドは種々の使用範囲に最適な材料と
みなされる。これらの材料は極めて変形しにくいので、
鋳造による成形だけが該当する。しかし殊に鋳造の場合
にはチタン含有金属は、以下にさらに詳細に記載するよ
うな他の問題を提起する。
を多数の構成部材の材料として使用することが挙げられ
る。少ない密度、比較的高い耐熱性および耐食性に基づ
き、チタンアルミニドは種々の使用範囲に最適な材料と
みなされる。これらの材料は極めて変形しにくいので、
鋳造による成形だけが該当する。しかし殊に鋳造の場合
にはチタン含有金属は、以下にさらに詳細に記載するよ
うな他の問題を提起する。
【０００４】チタン含有材料のいくつかの使用例は次の
ように挙げられる： 内燃機関用バルブ タービン羽根車およびタービン水受け 圧縮機の羽根車 バイオメディカルの人工補整器（移植材料） 航空機建造の際の圧縮機のケーシング 殊にモーターレーススポーツでは、所定のチタン合金か
らなる吸込弁ならびに送出弁も著しく有効であると認め
られており、その結果、全種類の内燃機関のために大量
の使用が考慮される。
ように挙げられる： 内燃機関用バルブ タービン羽根車およびタービン水受け 圧縮機の羽根車 バイオメディカルの人工補整器（移植材料） 航空機建造の際の圧縮機のケーシング 殊にモーターレーススポーツでは、所定のチタン合金か
らなる吸込弁ならびに送出弁も著しく有効であると認め
られており、その結果、全種類の内燃機関のために大量
の使用が考慮される。
【０００５】シェートリッヒ・シュトゥーベンラオホ
（Schaedlich-Stubenrauch) による論文、特に“Sixth
World Conference on Titanium”、フランス 1988 、64
9 〜654 頁に発表された“Numerical simulation of th
e alpha case as a quality criterion for the invest
ment casting of small, thinwalled titanium parts”
の中には、チタン合金が酸化物材料からなる鋳型中で鋳
造される場合に生じる問題が記載されている。この場
合、鋳物の表面に酸化チタンが形成されるだけでなく、
酸素１０重量％までが溶液中の粒界に達し、その結果、
鋳物の表面が補足的に後加工される必要が生じ、この後
加工は化学的方法または破片除去の方法で行なわれてよ
い。必要な場合には酸素含有表面層の厚さは冷却時間を
次第に長くすることによって増大し、その結果、酸化物
材料からなる鋳型の使用は壁の薄い加工物に限定されて
いる。更に、仕上げ加工された加工物は補足的に等圧ホ
ットプレス法（ＨＩＰ法）を施されるのが有利であるこ
とが記載されている。これによって構成部材の費用は全
く著しく高くなる。この論文は楔状鋳物を用いてこれら
の関連を研究するものである。
（Schaedlich-Stubenrauch) による論文、特に“Sixth
World Conference on Titanium”、フランス 1988 、64
9 〜654 頁に発表された“Numerical simulation of th
e alpha case as a quality criterion for the invest
ment casting of small, thinwalled titanium parts”
の中には、チタン合金が酸化物材料からなる鋳型中で鋳
造される場合に生じる問題が記載されている。この場
合、鋳物の表面に酸化チタンが形成されるだけでなく、
酸素１０重量％までが溶液中の粒界に達し、その結果、
鋳物の表面が補足的に後加工される必要が生じ、この後
加工は化学的方法または破片除去の方法で行なわれてよ
い。必要な場合には酸素含有表面層の厚さは冷却時間を
次第に長くすることによって増大し、その結果、酸化物
材料からなる鋳型の使用は壁の薄い加工物に限定されて
いる。更に、仕上げ加工された加工物は補足的に等圧ホ
ットプレス法（ＨＩＰ法）を施されるのが有利であるこ
とが記載されている。これによって構成部材の費用は全
く著しく高くなる。この論文は楔状鋳物を用いてこれら
の関連を研究するものである。
【０００６】ツトム・オカ（Tsutomu Oka ）による論
文、特にSixth World Conference onTitanium，フラン
ス、1988、621 〜626 頁に発表された“Manufacturing
of automotive engine valves by plasma package melt
ing of titanium scraps”によって、内燃機関のバルブ
をチタン合金から製造することは、公知である。約４５
０℃までの比較的低い作業温度で作業する、吸込弁の製
造には、合金 Ｔｉ６Ａｌ４Ｖが推奨される。７００℃
を上回るまで作業温度が上昇する送出弁には、合金 Ｔ
ｉ６Ａｌ２Ｓｎ４Ｚｒ２Ｍｏ０．１Ｓｉが推奨される
が、この場合、この材料は加工されにくいので、１０ｍ
ｍ未満の直径を有する部品を製造するのは難しいことが
指摘される。従って更に、送出弁のためには、弁座をチ
タン合金 Ｔｉ６Ａｌ２Ｓｎ４Ｚｒ２Ｍｏ０．１Ｓｉか
ら製造し、およびＴｉ６Ａｌ４Ｖからなる弁軸と組合せ
ることが推奨される。またこれらの刊行物は、加工の際
に所定のチタン合金の材料の性質に合わせるため、どん
な回り道を取らなければならないかをも示している。
文、特にSixth World Conference onTitanium，フラン
ス、1988、621 〜626 頁に発表された“Manufacturing
of automotive engine valves by plasma package melt
ing of titanium scraps”によって、内燃機関のバルブ
をチタン合金から製造することは、公知である。約４５
０℃までの比較的低い作業温度で作業する、吸込弁の製
造には、合金 Ｔｉ６Ａｌ４Ｖが推奨される。７００℃
を上回るまで作業温度が上昇する送出弁には、合金 Ｔ
ｉ６Ａｌ２Ｓｎ４Ｚｒ２Ｍｏ０．１Ｓｉが推奨される
が、この場合、この材料は加工されにくいので、１０ｍ
ｍ未満の直径を有する部品を製造するのは難しいことが
指摘される。従って更に、送出弁のためには、弁座をチ
タン合金 Ｔｉ６Ａｌ２Ｓｎ４Ｚｒ２Ｍｏ０．１Ｓｉか
ら製造し、およびＴｉ６Ａｌ４Ｖからなる弁軸と組合せ
ることが推奨される。またこれらの刊行物は、加工の際
に所定のチタン合金の材料の性質に合わせるため、どん
な回り道を取らなければならないかをも示している。
【０００７】ツヴィッカー（Zwicker ）の論文、特に
“Evaluation of centrifugally castＴｉＡｌ５Ｆｅ
２．５ alloy for implant material”によって、股関
節人工補整器もしくは股関節移植材料を表題中に挙げら
れたチタン合金から遠心鋳造法によって銅インゴット型
中で製造することが公知である。一方では銅による高速
の急冷速度によって有利な微細粒子構造が達成される
が、しかし他方、高速の急冷速度はガス混入物によって
孔形成をもたらし、ならびにノッチ作用をまねく収縮空
隙の形成をもたらすことが直接指摘される。従って孔お
よび空洞をＨＩＰ法によって除去することが推奨される
が、しかしこの場合、１０００バールの圧力を用いた場
合にだけ孔および空洞を締め出すことができるが、圧力
によって開けられ、かつノッチ作用を更に高めるような
加工物表面での孔は締め出さないことが明白に指摘され
ている。これらの欠点を回避するため、溶接によって表
面の不規則性を締め出すことが記載されており、それに
より少なくとも再び粗大な粒子構造の欠点が犠牲として
払われる。ＨＩＰ法のパラメーターとして、９５０℃で
３時間に亙って１００バールの圧力の作用時間が記載さ
れている。刊行物は更に、銅インゴット型が、液体チタ
ン合金と銅表面との間の反応を回避するため、加工物重
量に対する割合において比較的に極めて高い重量を有し
なくてはならないという指摘を包含している。この指摘
は専ら、銅インゴット型が冷却状態で使用されなければ
ならないこと、即ち再び望ましくない高速の急冷速度が
ともなわれるようなその都度の銅インゴット型の予熱が
行なわれるべきでないという結論を許容する。
“Evaluation of centrifugally castＴｉＡｌ５Ｆｅ
２．５ alloy for implant material”によって、股関
節人工補整器もしくは股関節移植材料を表題中に挙げら
れたチタン合金から遠心鋳造法によって銅インゴット型
中で製造することが公知である。一方では銅による高速
の急冷速度によって有利な微細粒子構造が達成される
が、しかし他方、高速の急冷速度はガス混入物によって
孔形成をもたらし、ならびにノッチ作用をまねく収縮空
隙の形成をもたらすことが直接指摘される。従って孔お
よび空洞をＨＩＰ法によって除去することが推奨される
が、しかしこの場合、１０００バールの圧力を用いた場
合にだけ孔および空洞を締め出すことができるが、圧力
によって開けられ、かつノッチ作用を更に高めるような
加工物表面での孔は締め出さないことが明白に指摘され
ている。これらの欠点を回避するため、溶接によって表
面の不規則性を締め出すことが記載されており、それに
より少なくとも再び粗大な粒子構造の欠点が犠牲として
払われる。ＨＩＰ法のパラメーターとして、９５０℃で
３時間に亙って１００バールの圧力の作用時間が記載さ
れている。刊行物は更に、銅インゴット型が、液体チタ
ン合金と銅表面との間の反応を回避するため、加工物重
量に対する割合において比較的に極めて高い重量を有し
なくてはならないという指摘を包含している。この指摘
は専ら、銅インゴット型が冷却状態で使用されなければ
ならないこと、即ち再び望ましくない高速の急冷速度が
ともなわれるようなその都度の銅インゴット型の予熱が
行なわれるべきでないという結論を許容する。
【０００８】証明された公知技術水準から、成形材料、
即ち鋳型の材料の選択に関して、著しく高い要求が課せ
られるべきであり、およびそれ以上の加工の基準は狭い
境界の中に保持されるべきであることが結論されてよ
く、加工品またはインゴット型もしくは鋳型の損傷に至
るべきではない。即ち、溶融液の性質と鋳型の性質は幾
分か相容せず対立しており、この場合、大抵のチタン合
金は明らかに１５００℃を上回る温度で注型され、他
方、銅は１０８４℃の融点を有し、かつ合金 銅／チタ
ンの共融点は８６５℃であることが注目されるべきであ
る。
即ち鋳型の材料の選択に関して、著しく高い要求が課せ
られるべきであり、およびそれ以上の加工の基準は狭い
境界の中に保持されるべきであることが結論されてよ
く、加工品またはインゴット型もしくは鋳型の損傷に至
るべきではない。即ち、溶融液の性質と鋳型の性質は幾
分か相容せず対立しており、この場合、大抵のチタン合
金は明らかに１５００℃を上回る温度で注型され、他
方、銅は１０８４℃の融点を有し、かつ合金 銅／チタ
ンの共融点は８６５℃であることが注目されるべきであ
る。
【０００９】欧州特許第０４４３５４４号明細書は、銅
に合金成分としてジルコニウム、クロム、ベリリウム、
コバルトおよび銀が添加されることによって、銅からな
る遠心鋳造法のチル鋳型の成形安定性もしくは成形不変
性、およびチタン合金からなる加工品の離型性を改善す
るという問題に関しており、しかしこの場合、全合金成
分の合計は３重量％を上回らない。銅とニッケル１８重
量％とが合金された比較例は成果をもたらさなかった。
実際、当該の出版物は材料の導電性に関しており、しか
し熱伝導性に関するものではなく、その結果、高速の急
冷速度、空洞形成および孔形成の問題は、論じられてい
ない。しかし、他方またこの文献箇所はセラミック成形
材料もしくは酸化物成形材料の欠点に論究している。
に合金成分としてジルコニウム、クロム、ベリリウム、
コバルトおよび銀が添加されることによって、銅からな
る遠心鋳造法のチル鋳型の成形安定性もしくは成形不変
性、およびチタン合金からなる加工品の離型性を改善す
るという問題に関しており、しかしこの場合、全合金成
分の合計は３重量％を上回らない。銅とニッケル１８重
量％とが合金された比較例は成果をもたらさなかった。
実際、当該の出版物は材料の導電性に関しており、しか
し熱伝導性に関するものではなく、その結果、高速の急
冷速度、空洞形成および孔形成の問題は、論じられてい
ない。しかし、他方またこの文献箇所はセラミック成形
材料もしくは酸化物成形材料の欠点に論究している。
【００１０】論文： １．クローネ（Krone)、“Herstellung und Eigenschaf
ten von Fein- und Kompaktgussteilen aus Titanwerks
toffen"“GIESSEREI 65”（1978年9 月28日）第20号、5
40 〜549 頁の中に発表、および ２．クローネ、特に“ＡＦＳ International Cast Met
als Journal ”（1977年3 月、2 、第1 号37〜40頁中に
発表された“Titanium Castings: Manufacture and Pro
perties ” によって、“金属表層”を有する微細鋳型を製造するこ
とが公知であり、しかしこの鋳型は１度の使用のため、
ろう溶融法による所謂“遺失型”であり、かつ金属表層
の裏に非金属、特に酸化物の材料を有する。また金属表
層は、金属粉、例えばタングステン粉末、タンタル粉
末、ニオブおよび／またはモリブデン粉末、阻害物質形
成剤および液体金属有機化合物からなるペースト（スラ
リー）から製造され、かつ燃焼され、即ち金属表層は非
金属混和物の著しい含量を有する。完全な鋳型は水流、
遠心羽根車研磨、砂吹き等によって鋳物から除去される
べきであり、鋳物は更に次に塩浴および手を用いての研
磨によって浄化されなければならない。このことは、ま
た表層も非金属混和物によって強い結合を有していない
ので、機能するだけである。
ten von Fein- und Kompaktgussteilen aus Titanwerks
toffen"“GIESSEREI 65”（1978年9 月28日）第20号、5
40 〜549 頁の中に発表、および ２．クローネ、特に“ＡＦＳ International Cast Met
als Journal ”（1977年3 月、2 、第1 号37〜40頁中に
発表された“Titanium Castings: Manufacture and Pro
perties ” によって、“金属表層”を有する微細鋳型を製造するこ
とが公知であり、しかしこの鋳型は１度の使用のため、
ろう溶融法による所謂“遺失型”であり、かつ金属表層
の裏に非金属、特に酸化物の材料を有する。また金属表
層は、金属粉、例えばタングステン粉末、タンタル粉
末、ニオブおよび／またはモリブデン粉末、阻害物質形
成剤および液体金属有機化合物からなるペースト（スラ
リー）から製造され、かつ燃焼され、即ち金属表層は非
金属混和物の著しい含量を有する。完全な鋳型は水流、
遠心羽根車研磨、砂吹き等によって鋳物から除去される
べきであり、鋳物は更に次に塩浴および手を用いての研
磨によって浄化されなければならない。このことは、ま
た表層も非金属混和物によって強い結合を有していない
ので、機能するだけである。
【００１１】しかし重大な相違点は、公知の表層が鋳物
への酸素の吸収を阻止することができないことにあり、
それというのも一方では表層自体が酸素化合物を含有
し、後述するセラミック材料からの酸素に対して透過性
であり、および殊に注型の際には極めて高い温度にな
り、この温度は酸素の移動を助成するからである。
への酸素の吸収を阻止することができないことにあり、
それというのも一方では表層自体が酸素化合物を含有
し、後述するセラミック材料からの酸素に対して透過性
であり、および殊に注型の際には極めて高い温度にな
り、この温度は酸素の移動を助成するからである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明には、
酸素吸収のない平坦な表面を有し、かつ空洞および他の
空隙を有しない、チタンまたはチタン合金からなる鋳物
を得ることができ、したがって、公知の欠陥を排除する
高価な後加工を、少なくとも十分に不要としうる、首記
された概念の方法を記載するという課題が、基礎として
課されている。
酸素吸収のない平坦な表面を有し、かつ空洞および他の
空隙を有しない、チタンまたはチタン合金からなる鋳物
を得ることができ、したがって、公知の欠陥を排除する
高価な後加工を、少なくとも十分に不要としうる、首記
された概念の方法を記載するという課題が、基礎として
課されている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】従って、課された課題の
解決は、首記された方法の場合、本発明により、少なく
とも溶融液と接触する表面で、非金属混和物不含の、タ
ンタル、ニオブ、ジルコニウムおよびこれら金属との合
金の群からの金属少なくとも１つからなる鋳型を使用す
ることによって行なわれる。
解決は、首記された方法の場合、本発明により、少なく
とも溶融液と接触する表面で、非金属混和物不含の、タ
ンタル、ニオブ、ジルコニウムおよびこれら金属との合
金の群からの金属少なくとも１つからなる鋳型を使用す
ることによって行なわれる。
【００１４】このような鋳型を使用することによって、
そのつどの成形材料と鋳造材料との反応は排除され、お
よび鋳型が鋳造前に既に、明らかに８００℃を上回る温
度を有する場合であっても、溶融温度の影響下に成形用
空所の表面の溶融が起こらないままである。
そのつどの成形材料と鋳造材料との反応は排除され、お
よび鋳型が鋳造前に既に、明らかに８００℃を上回る温
度を有する場合であっても、溶融温度の影響下に成形用
空所の表面の溶融が起こらないままである。
【００１５】更に、タンタル、ニオブ、ジルコニウムお
よび／またはこれらの合金の群からの金属の使用によっ
て、本質的に遅い急冷速度が達成され、それというのも
これらの材料は明らかに少ない熱伝導性を有するからで
ある。即ち、例えばタンタルおよびニオブの熱伝導性は
銅の熱伝導性の１４％もしくは１３％であり、およびジ
ルコニウムの熱伝導性は単に銅の熱伝導性の６％だけで
ある。また記載された成形材料の比熱容量は明らかに銅
の比熱容量よりも少ない：即ち、例えばタンタルの比熱
容量は銅の比較値の３６％であり、およびニオブおよび
ジルコニウムの材料の比熱容量は銅の比較値の７０％も
しくは７２％である。この性質は、殊に結合の中で、明
らかに鋳物の冷却遅延をまねき、その結果、懸念される
内部に存在する空洞および孔を有する堅い殻の形成が行
なわれない。この溶融は、冷却および硬化の際に鋳物を
収縮する間に行なわれるための十分な時間を有する。
よび／またはこれらの合金の群からの金属の使用によっ
て、本質的に遅い急冷速度が達成され、それというのも
これらの材料は明らかに少ない熱伝導性を有するからで
ある。即ち、例えばタンタルおよびニオブの熱伝導性は
銅の熱伝導性の１４％もしくは１３％であり、およびジ
ルコニウムの熱伝導性は単に銅の熱伝導性の６％だけで
ある。また記載された成形材料の比熱容量は明らかに銅
の比熱容量よりも少ない：即ち、例えばタンタルの比熱
容量は銅の比較値の３６％であり、およびニオブおよび
ジルコニウムの材料の比熱容量は銅の比較値の７０％も
しくは７２％である。この性質は、殊に結合の中で、明
らかに鋳物の冷却遅延をまねき、その結果、懸念される
内部に存在する空洞および孔を有する堅い殻の形成が行
なわれない。この溶融は、冷却および硬化の際に鋳物を
収縮する間に行なわれるための十分な時間を有する。
【００１６】本発明による材料選択によって加工品表面
の後加工は、周辺層の除去によってであれ、部分的な溶
接作業によってであれ、少なくとも十分に回避され、お
よびまた所謂ＨＩＰ法による加工品の後圧縮は不必要に
なった。また内燃機関のバルブの場合、単にこれらの材
料の加工は難しいので、弁座および軸を異なった材料か
ら構成することはもはや不必要である。
の後加工は、周辺層の除去によってであれ、部分的な溶
接作業によってであれ、少なくとも十分に回避され、お
よびまた所謂ＨＩＰ法による加工品の後圧縮は不必要に
なった。また内燃機関のバルブの場合、単にこれらの材
料の加工は難しいので、弁座および軸を異なった材料か
ら構成することはもはや不必要である。
【００１７】この場合、非金属混和物を含まない、タン
タル、ニオブ、ジルコニウムおよびこれらの金属との合
金の群からの金属少なくとも１つからなる部分は、少な
くとも２ｍｍの厚さを有する。このような部分は以下
“殻”と呼ばれる。
タル、ニオブ、ジルコニウムおよびこれらの金属との合
金の群からの金属少なくとも１つからなる部分は、少な
くとも２ｍｍの厚さを有する。このような部分は以下
“殻”と呼ばれる。
【００１８】この場合特に有利であるのは、タンタル基
礎合金の使用である。本発明による方法は、殊に遠心鋳
造法での欠陥のない鋳物の製造を可能にする。
礎合金の使用である。本発明による方法は、殊に遠心鋳
造法での欠陥のない鋳物の製造を可能にする。
【００１９】さらに急冷速度は、予熱温度が鋳造される
溶融液の液体温度未満に調節される場合に、鋳型が注型
前に予熱されることによって低下されることができる。
その際、特に予熱温度が８００℃〜注型される溶融液の
固体温度の間に調節される場合が有利である。
溶融液の液体温度未満に調節される場合に、鋳型が注型
前に予熱されることによって低下されることができる。
その際、特に予熱温度が８００℃〜注型される溶融液の
固体温度の間に調節される場合が有利である。
【００２０】欠陥のない鋳型の形成を顧慮して、本発明
による他の一連の態様では、鋳型への溶融液の鋳造が密
閉された成形室中で１００ミリバール未満、有利に１０
ミリバール未満の圧力で実施される場合が特に有利であ
る。
による他の一連の態様では、鋳型への溶融液の鋳造が密
閉された成形室中で１００ミリバール未満、有利に１０
ミリバール未満の圧力で実施される場合が特に有利であ
る。
【００２１】他方、鋳造後もしくは鋳物の硬化後に鋳型
の冷却速度を高めるため、不活性ガス、有利にアルゴン
およびヘリウムの群からの希ガス少なくとも１つが成形
室内に導入されることが特に有利であり、この結果作業
周期時間は減少する。
の冷却速度を高めるため、不活性ガス、有利にアルゴン
およびヘリウムの群からの希ガス少なくとも１つが成形
室内に導入されることが特に有利であり、この結果作業
周期時間は減少する。
【００２２】この場合、成形室内の不活性ガスの圧力が
高いほど、冷却速度は（鋳型の回転運動維持下に）大で
あり、その際、不活性ガスは１００ミリバールから大気
圧の圧力下に置かれてよい。その際、成形室内の不活性
ガスは大気圧以上の圧力下に置かれる場合が特に有利で
ある。
高いほど、冷却速度は（鋳型の回転運動維持下に）大で
あり、その際、不活性ガスは１００ミリバールから大気
圧の圧力下に置かれてよい。その際、成形室内の不活性
ガスは大気圧以上の圧力下に置かれる場合が特に有利で
ある。
【００２３】本発明はまた冒頭に記載した方法を実施す
る鋳型に関する。同一の課題を解決するため、この鋳型
は本発明により、成形材料が少なくとも溶融液と接触す
る表面で、タンタル、ニオブ、ジルコニウムおよびこれ
らの金属との合金の群からの少なくとも１つの金属から
なることによって特徴付けられる。
る鋳型に関する。同一の課題を解決するため、この鋳型
は本発明により、成形材料が少なくとも溶融液と接触す
る表面で、タンタル、ニオブ、ジルコニウムおよびこれ
らの金属との合金の群からの少なくとも１つの金属から
なることによって特徴付けられる。
【００２４】この場合、特に有利に成形材料または殻は
タンタル少なくとも５０重量％を含有する。タンタルに
更にチタン、ハフニウム、タングステンおよび／または
バナジウムの群からの他の金属が付加合金されることに
よって、成形材料に他の有利な性質が与えられてよい。
タンタル少なくとも５０重量％を有する成形材料を使用
する際、成形材料が更にチタン、ジルコニウムおよびタ
ングステンの金属少なくとも１つを含有する場合が特に
有利であり、しかしこの場合、これらの金属の含分の合
計は３０重量％を上回るべきではない。また同様の考察
は、もちろん“殻”の組成にもあてはまる。
タンタル少なくとも５０重量％を含有する。タンタルに
更にチタン、ハフニウム、タングステンおよび／または
バナジウムの群からの他の金属が付加合金されることに
よって、成形材料に他の有利な性質が与えられてよい。
タンタル少なくとも５０重量％を有する成形材料を使用
する際、成形材料が更にチタン、ジルコニウムおよびタ
ングステンの金属少なくとも１つを含有する場合が特に
有利であり、しかしこの場合、これらの金属の含分の合
計は３０重量％を上回るべきではない。また同様の考察
は、もちろん“殻”の組成にもあてはまる。
【００２５】即ち、鋳型は本発明による金属または合金
からなる単一の成形材料から形成される必要はなく、そ
れと異なって母体中ではまた成形用空所を限定する殻、
もしくは前記の金属からの純粋に金属性の被覆が配置さ
れていてよく、その一方母体自体は他の物質からなる。
からなる単一の成形材料から形成される必要はなく、そ
れと異なって母体中ではまた成形用空所を限定する殻、
もしくは前記の金属からの純粋に金属性の被覆が配置さ
れていてよく、その一方母体自体は他の物質からなる。
【００２６】特に有利には、鋳型の成形用空所を、タン
タル、ニオブ、ジルコニウムおよび／またはこれらの合
金の群からの非金属混和物不含の金属少なくとも１つか
らなる殻によって被覆する場合、殻の厚さが少なくとも
２ｍｍであり、かつ鋳型の母体が： ａ）銅、鉄、ニッケルおよびこれらの金属との合金であ
る金属少なくとも１つ、有利に鉄を基礎とする合金、ニ
ッケルを基礎とする合金、オーステナイト系耐熱鋼から
なるか、または、 ｂ）チタン、チタン合金、チタンアルミニドからなる
か、または ｃ）少なくとも１つの酸素不含の非金属材料、例えばグ
ラファイトおよび窒化珪素からなる。
タル、ニオブ、ジルコニウムおよび／またはこれらの合
金の群からの非金属混和物不含の金属少なくとも１つか
らなる殻によって被覆する場合、殻の厚さが少なくとも
２ｍｍであり、かつ鋳型の母体が： ａ）銅、鉄、ニッケルおよびこれらの金属との合金であ
る金属少なくとも１つ、有利に鉄を基礎とする合金、ニ
ッケルを基礎とする合金、オーステナイト系耐熱鋼から
なるか、または、 ｂ）チタン、チタン合金、チタンアルミニドからなる
か、または ｃ）少なくとも１つの酸素不含の非金属材料、例えばグ
ラファイトおよび窒化珪素からなる。
【００２７】ｂ）およびｃ）による物質からなる母体
は、質量の少ないことにより遠心鋳造法に適当である。
は、質量の少ないことにより遠心鋳造法に適当である。
【００２８】本発明の対象の他の有利な実施態様は他の
請求項の記載から明らかである。
請求項の記載から明らかである。
【００２９】本発明の対象の３つの実施例を図１〜７に
つき次に詳説する。
つき次に詳説する。
【００３０】
【実施例】図１は耐圧性で気密なケーシング２を有する
鋳造装置１を示し、このケーシングの内部空間はスライ
ダーケーシング３によって溶融室４と成形室５とに分け
られている。スライダーケーシング３中にはスライダー
６があり、このスライダーによって、一列になった２つ
の鋳造口７は駆動棒８を用いて閉鎖可能である。
鋳造装置１を示し、このケーシングの内部空間はスライ
ダーケーシング３によって溶融室４と成形室５とに分け
られている。スライダーケーシング３中にはスライダー
６があり、このスライダーによって、一列になった２つ
の鋳造口７は駆動棒８を用いて閉鎖可能である。
【００３１】溶融室４の内部には常温壁るつぼ９があ
り、るつぼの内容物、即ち鋳造材料は誘導加熱装置１０
によって溶融することができる。溶融エネルギーの供給
には、２つの電流接続１１および１２が使用される。常
温壁るつぼ９は底面１３内に底面排出口１４を有し、こ
の底面排出口は、ソレノイドとして形成されていてよい
閉鎖装置１５によって開放可能であり、かつ再び閉鎖可
能である。閉鎖装置１５のための電流は接続部１６を介
して供給される。溶融室４の天井１７中に充填装置１８
が開口し、この充填装置については下部の充填バルブ１
９のみが示されている。このような常温壁るつぼの構造
形式および運転法は公知であり、従って詳説しない。常
温壁るつぼ中では所謂“凝固殻（Skull ）”が形成さ
れ、この凝固殻により溶融液とるつぼ材料との反応は阻
止されることを一言しておく。冷媒循環のための接続
は、簡易化のために省略されている。
り、るつぼの内容物、即ち鋳造材料は誘導加熱装置１０
によって溶融することができる。溶融エネルギーの供給
には、２つの電流接続１１および１２が使用される。常
温壁るつぼ９は底面１３内に底面排出口１４を有し、こ
の底面排出口は、ソレノイドとして形成されていてよい
閉鎖装置１５によって開放可能であり、かつ再び閉鎖可
能である。閉鎖装置１５のための電流は接続部１６を介
して供給される。溶融室４の天井１７中に充填装置１８
が開口し、この充填装置については下部の充填バルブ１
９のみが示されている。このような常温壁るつぼの構造
形式および運転法は公知であり、従って詳説しない。常
温壁るつぼ中では所謂“凝固殻（Skull ）”が形成さ
れ、この凝固殻により溶融液とるつぼ材料との反応は阻
止されることを一言しておく。冷媒循環のための接続
は、簡易化のために省略されている。
【００３２】前述の誘導加熱された常温壁るつぼは、ア
ーク、電子銃またはプラズマ銃を用いて加熱されてもよ
いようなものによって代替することもできる。また、溶
融液を底面排出口を通して鋳造することは不必要であ
り；むしろるつぼ上縁部で溢流管、所謂鋳造リップを設
けることが可能である。このような場合には常温壁るつ
ぼは有利に所謂傾斜椅子（Ｋｉｐｐｓｔｕｈｌ）の中に
懸吊され、かつ溢流管の近くにある回転軸により空にさ
れる。このような装置は図６に示されている。
ーク、電子銃またはプラズマ銃を用いて加熱されてもよ
いようなものによって代替することもできる。また、溶
融液を底面排出口を通して鋳造することは不必要であ
り；むしろるつぼ上縁部で溢流管、所謂鋳造リップを設
けることが可能である。このような場合には常温壁るつ
ぼは有利に所謂傾斜椅子（Ｋｉｐｐｓｔｕｈｌ）の中に
懸吊され、かつ溢流管の近くにある回転軸により空にさ
れる。このような装置は図６に示されている。
【００３３】成形室５中には鋳型２０があり、この鋳型
の詳細は図２および図３につき下記になお詳説される。
この場合、鋳型２０は鋳込通路２１を有し、この鋳込通
路は垂直軸線Ａ−Ａに対して同心になるように方向が定
められており、この軸線Ａ−Ａは鋳型２０の回転軸線お
よびるつぼ軸線と一致するという程度にのみ詳述してお
く。鋳型２０は、遠心軸２３によって駆動される遠心皿
２２中に保持されており、この遠心軸は気密の回転型絶
縁部材２４を用いて成形室５の底面２５に導通されてい
る。成形室５は吸込管２６に接続されており、この吸込
管は一組の真空ポンプに案内されており、この一組の真
空ポンプは少なくとも１つの真空ポンプからなるが、し
かし有利には、種々の圧力範囲に設計されている直列接
続された真空ポンプからなる。更に、成形室５中にはガ
ス導管２７が開口し、このガス導管を通して鋳型２０の
冷却の目的のために不活性ガスを導入することができ
る。遠心皿２２中の開口２８により、また鋳型２０の下
側でも冷却ガスの交換が簡易化される。更に、成形室５
は、鋳型２０の装入および取出しに使用される、出入口
２９を備えている。図１は、全鋳造装置を極めて略示的
に示すにすぎない。
の詳細は図２および図３につき下記になお詳説される。
この場合、鋳型２０は鋳込通路２１を有し、この鋳込通
路は垂直軸線Ａ−Ａに対して同心になるように方向が定
められており、この軸線Ａ−Ａは鋳型２０の回転軸線お
よびるつぼ軸線と一致するという程度にのみ詳述してお
く。鋳型２０は、遠心軸２３によって駆動される遠心皿
２２中に保持されており、この遠心軸は気密の回転型絶
縁部材２４を用いて成形室５の底面２５に導通されてい
る。成形室５は吸込管２６に接続されており、この吸込
管は一組の真空ポンプに案内されており、この一組の真
空ポンプは少なくとも１つの真空ポンプからなるが、し
かし有利には、種々の圧力範囲に設計されている直列接
続された真空ポンプからなる。更に、成形室５中にはガ
ス導管２７が開口し、このガス導管を通して鋳型２０の
冷却の目的のために不活性ガスを導入することができ
る。遠心皿２２中の開口２８により、また鋳型２０の下
側でも冷却ガスの交換が簡易化される。更に、成形室５
は、鋳型２０の装入および取出しに使用される、出入口
２９を備えている。図１は、全鋳造装置を極めて略示的
に示すにすぎない。
【００３４】図２および図３による鋳型２０は１対で鏡
面画像的に、互いに配置された盤３０および３１の積み
重ね物からなり、これらの盤は成形空隙３２を間に包囲
するが、この成形空隙は、本発明による場合には、図５
に示された内燃機関のバルブに相応する。盤３０および
３１は回転軸線Ａ−Ａに対して同軸方向に形成されてお
り、かつ全ての成形空隙３２は共通で、同時に回転軸線
Ａ−Ａ内にある鋳込通路２１に接続されている。
面画像的に、互いに配置された盤３０および３１の積み
重ね物からなり、これらの盤は成形空隙３２を間に包囲
するが、この成形空隙は、本発明による場合には、図５
に示された内燃機関のバルブに相応する。盤３０および
３１は回転軸線Ａ−Ａに対して同軸方向に形成されてお
り、かつ全ての成形空隙３２は共通で、同時に回転軸線
Ａ−Ａ内にある鋳込通路２１に接続されている。
【００３５】それぞれ１対の盤３０／３１はスペーサー
３３によって隣接する１対の盤と分離されており、この
場合、スペーサー３３はまた鋳込通路２１を円周方向に
密閉する。これによって、成形空隙３２の内側端部だけ
が鋳込通路２１と結合されている。この箇所に弁軸の端
部があり、弁軸は鋳造段階および冷却段階の終了後、鋳
込通路２１の中にある材料と分離されなければならな
い。盤３０および３１ならびにスペーサー３３の積み重
ね物の形の配置は、円周方向に４つに等距離に分布され
た通しボルト３４によってまとめられている。
３３によって隣接する１対の盤と分離されており、この
場合、スペーサー３３はまた鋳込通路２１を円周方向に
密閉する。これによって、成形空隙３２の内側端部だけ
が鋳込通路２１と結合されている。この箇所に弁軸の端
部があり、弁軸は鋳造段階および冷却段階の終了後、鋳
込通路２１の中にある材料と分離されなければならな
い。盤３０および３１ならびにスペーサー３３の積み重
ね物の形の配置は、円周方向に４つに等距離に分布され
た通しボルト３４によってまとめられている。
【００３６】図２および図３による鋳型２０を用いて、
図５によるバルブを同時に４０個製造することができ
る。
図５によるバルブを同時に４０個製造することができ
る。
【００３７】鋳型２０を連続して回転運動させる場合の
冷却ガスの作用によって、また鋳物に適した硬化も実施
することができ、しかも鋳型の外周から出発するが、そ
れというのもこの箇所で冷却ガスの作用が最も強力だか
らである。
冷却ガスの作用によって、また鋳物に適した硬化も実施
することができ、しかも鋳型の外周から出発するが、そ
れというのもこの箇所で冷却ガスの作用が最も強力だか
らである。
【００３８】図２および図３による遠心鋳造用鋳型２０
を用いて、例として図５による内燃機関用の排出弁を製
造した。成形材料はタンタル９０重量％およびタングス
テン１０重量％からなる合金から形成した。図５に示し
たバルブを通す軸面は空洞、中空位置または他の有孔性
を全く示さず；また表面は申し分のない状態であった。
を用いて、例として図５による内燃機関用の排出弁を製
造した。成形材料はタンタル９０重量％およびタングス
テン１０重量％からなる合金から形成した。図５に示し
たバルブを通す軸面は空洞、中空位置または他の有孔性
を全く示さず；また表面は申し分のない状態であった。
【００３９】前述のタンタル合金からなる盤３０および
３１を、銅または高い銅含量を有する銅合金からなる盤
で代替した場合、同一のチタン合金から、図４によるバ
ルブだけが製造され、このバブルは、研磨面内で殆ど全
ての長手方向軸線に沿って空洞および空隙３５を有し
た。
３１を、銅または高い銅含量を有する銅合金からなる盤
で代替した場合、同一のチタン合金から、図４によるバ
ルブだけが製造され、このバブルは、研磨面内で殆ど全
ての長手方向軸線に沿って空洞および空隙３５を有し
た。
【００４０】例１：図１による装置中で、常温壁るつぼ
９の中で合金５０Ｔｉ４６Ａｌ２Ｃｒ２Ｎｂを１０-1ミ
リバールの圧力で溶融室４内で溶融させ、かつ溶融後１
０分間均質化させた。引続き、溶融液を１５４０℃の溶
融温度、１０-1ミリバールの圧力で成形室５の鋳型の中
に鋳込んだ。鋳型を、前記されていない加熱装置を用い
て予め１４００℃の温度に加熱しておいた。鋳造の間、
鋳型を１０００ｒｐｍで回転させた。鋳造の終了後、ス
ライダー６を閉鎖した。鋳造終了の約２０秒後、成形室
５の中にガス導管２７を介してアルゴンを導入し、１０
００ミリバールの圧力に至らせた。鋳型２０の回転運動
を、鋳物が完全に硬化するまで続行した。約６０秒後鋳
物は完全に硬化し、および鋳型を成形室５から除去し
た。個々のバルブの軸線方向の顕微鏡写真は図５の図に
相応した。顕微鏡写真が目に見える孔または空洞を示さ
なかったので、例えばＨＩＰ法による後圧縮は必要とさ
れなかった。
９の中で合金５０Ｔｉ４６Ａｌ２Ｃｒ２Ｎｂを１０-1ミ
リバールの圧力で溶融室４内で溶融させ、かつ溶融後１
０分間均質化させた。引続き、溶融液を１５４０℃の溶
融温度、１０-1ミリバールの圧力で成形室５の鋳型の中
に鋳込んだ。鋳型を、前記されていない加熱装置を用い
て予め１４００℃の温度に加熱しておいた。鋳造の間、
鋳型を１０００ｒｐｍで回転させた。鋳造の終了後、ス
ライダー６を閉鎖した。鋳造終了の約２０秒後、成形室
５の中にガス導管２７を介してアルゴンを導入し、１０
００ミリバールの圧力に至らせた。鋳型２０の回転運動
を、鋳物が完全に硬化するまで続行した。約６０秒後鋳
物は完全に硬化し、および鋳型を成形室５から除去し
た。個々のバルブの軸線方向の顕微鏡写真は図５の図に
相応した。顕微鏡写真が目に見える孔または空洞を示さ
なかったので、例えばＨＩＰ法による後圧縮は必要とさ
れなかった。
【００４１】例２ 例１の試験を繰返したが、しかし相違点は、タンタル−
タングステン合金からなる盤からなる鋳型２０を純銅か
らなる盤に代替した点であり、この場合には、この純銀
材料の性質のために十分には予熱することができなかっ
た。従って、鋳造の初めにはチル鋳型は室温を有した。
銅チル鋳型から個々のバルブを取出した後、顕微鏡写真
は全体で図４による外観を示し、即ち、バルブ軸に沿っ
て典型的な空洞および他の多孔質の箇所が存在し、した
がってこの種のバルブは廃棄するか、またはＨＩＰ法に
よって後圧縮しなければならなかった。
タングステン合金からなる盤からなる鋳型２０を純銅か
らなる盤に代替した点であり、この場合には、この純銀
材料の性質のために十分には予熱することができなかっ
た。従って、鋳造の初めにはチル鋳型は室温を有した。
銅チル鋳型から個々のバルブを取出した後、顕微鏡写真
は全体で図４による外観を示し、即ち、バルブ軸に沿っ
て典型的な空洞および他の多孔質の箇所が存在し、した
がってこの種のバルブは廃棄するか、またはＨＩＰ法に
よって後圧縮しなければならなかった。
【００４２】図６は、図１による装置の変形である鋳造
装置３６を示す。同一の部分または同一の機能を有する
部分は同一の関連番号をつけている：溶融室４内には誘
導加温可能な常温壁るつぼ３７があり、このるつぼは傾
斜るつぼとして形成されており、かつ傾斜軸３８によっ
て傾斜位置にもたらしてよく、傾斜位置で溶融液を縁か
ら矢印３９の方向に鋳造口を通して鋳型２０の中に鋳込
むことができる。運転される傾斜軸を同時に冷却水およ
び溶融液の流れの供給に使用するが、相応する導管は表
わされていない。
装置３６を示す。同一の部分または同一の機能を有する
部分は同一の関連番号をつけている：溶融室４内には誘
導加温可能な常温壁るつぼ３７があり、このるつぼは傾
斜るつぼとして形成されており、かつ傾斜軸３８によっ
て傾斜位置にもたらしてよく、傾斜位置で溶融液を縁か
ら矢印３９の方向に鋳造口を通して鋳型２０の中に鋳込
むことができる。運転される傾斜軸を同時に冷却水およ
び溶融液の流れの供給に使用するが、相応する導管は表
わされていない。
【００４３】鋳型２０を固定された加熱円筒体４０が取
り囲み、加熱円筒体の電流供給線４１は成形室５の壁４
２を通って貫通し、かつ円筒状に形成された熱遮断壁４
３が取り囲んでいる。この場合成形室５は底面４４を有
し、この底面は遠心皿２２およびその駆動装置を一緒に
据置くことができ、このことは、もちろん、流動および
十分な冷却後に行なわれる。これによって鋳型２０の上
面は成形室５の下縁部の下方位置に達し、その結果鋳型
２０を遠心皿２２から取り外すことができる。溶融室４
を絶えず真空下に維持するため、この溶融室は、もう１
つの吸込管４６を介して一組の真空ポンプ装置と結合さ
れている。
り囲み、加熱円筒体の電流供給線４１は成形室５の壁４
２を通って貫通し、かつ円筒状に形成された熱遮断壁４
３が取り囲んでいる。この場合成形室５は底面４４を有
し、この底面は遠心皿２２およびその駆動装置を一緒に
据置くことができ、このことは、もちろん、流動および
十分な冷却後に行なわれる。これによって鋳型２０の上
面は成形室５の下縁部の下方位置に達し、その結果鋳型
２０を遠心皿２２から取り外すことができる。溶融室４
を絶えず真空下に維持するため、この溶融室は、もう１
つの吸込管４６を介して一組の真空ポンプ装置と結合さ
れている。
【００４４】図７は図２による鋳型２０と同様に再使用
可能な鋳型４７の上部を示すが、しかし、盤３０および
３１中の成形用空隙３２は殻４８（簡単に傾斜を施し
た）によって包囲されており、この殻は非金属混和物を
含まない、タンタル、ニオブ、ジルコニウムおよび／ま
たはこれらの合金の群からの金属の１つからなる。これ
は、殻４８が（いずれにしろそれ自体）緊密に、すきま
なく、均一にかつ堅固に密着しており、即ち、例えば水
の噴射、ブラッシング等によっては除去されないことを
意味する。
可能な鋳型４７の上部を示すが、しかし、盤３０および
３１中の成形用空隙３２は殻４８（簡単に傾斜を施し
た）によって包囲されており、この殻は非金属混和物を
含まない、タンタル、ニオブ、ジルコニウムおよび／ま
たはこれらの合金の群からの金属の１つからなる。これ
は、殻４８が（いずれにしろそれ自体）緊密に、すきま
なく、均一にかつ堅固に密着しており、即ち、例えば水
の噴射、ブラッシング等によっては除去されないことを
意味する。
【００４５】“殻”または“被覆”の表現は、これらの
金属が、盤に基礎安定性を与える基体４９（交差斜線を
施した）と堅固に密着することができるか、あるいは交
換できるように基体４９中に使用されていてよいことを
意味する。交換可能な殻４８は例えば、鋳造、機械加工
または爆発変形によって製造することができ、基体４９
と堅固に結合した殻４８は、例示的に火炎噴霧、電流処
理、焼結等によって製造してよい。
金属が、盤に基礎安定性を与える基体４９（交差斜線を
施した）と堅固に密着することができるか、あるいは交
換できるように基体４９中に使用されていてよいことを
意味する。交換可能な殻４８は例えば、鋳造、機械加工
または爆発変形によって製造することができ、基体４９
と堅固に結合した殻４８は、例示的に火炎噴霧、電流処
理、焼結等によって製造してよい。
【００４６】この基体４９は銅、鉄、ニッケル、チタン
またはこれらの合金の金属少なくとも１つ、ならびにチ
タンアルミニド、有利に鉄を基礎とする合金、ニッケル
を基礎とする合金、オーステナイト系耐熱鋼、または上
述のチタン、チタン合金またはチタンアルミニドからな
ることができる。しかし、基体４９はまた少なくとも１
つの非金属性で酸素を含まない材料、例えばグラファイ
トおよび窒化珪素からなることができる。
またはこれらの合金の金属少なくとも１つ、ならびにチ
タンアルミニド、有利に鉄を基礎とする合金、ニッケル
を基礎とする合金、オーステナイト系耐熱鋼、または上
述のチタン、チタン合金またはチタンアルミニドからな
ることができる。しかし、基体４９はまた少なくとも１
つの非金属性で酸素を含まない材料、例えばグラファイ
トおよび窒化珪素からなることができる。
【００４７】遠心鋳造法の鋳型には殊にチタン、チタン
合金、チタンアルミニド、グラファイトおよび／または
窒化珪素が、基体４９のための材料として極めて好適で
あり、それというのも基体４９の質量は過剰気味であ
り、それによって回転する質量は僅かに保持され得るか
らである。更に、これらの材料は、殊に殻４８と結合し
て高い強度および耐熱安定性を有する。
合金、チタンアルミニド、グラファイトおよび／または
窒化珪素が、基体４９のための材料として極めて好適で
あり、それというのも基体４９の質量は過剰気味であ
り、それによって回転する質量は僅かに保持され得るか
らである。更に、これらの材料は、殊に殻４８と結合し
て高い強度および耐熱安定性を有する。
【００４８】基体４９は殻４８の収容または埋設のため
凹所５０を備えている。溶融液と接触する殻もしくは成
形空隙３２の表面は３２ａで示されている。
凹所５０を備えている。溶融液と接触する殻もしくは成
形空隙３２の表面は３２ａで示されている。
【００４９】金属性基体４９は、例示的に鋳造および／
または機械加工または変形によって製造することがで
き、非金属性基体４９の場合には、例えば金型中で圧縮
し、次に焼結させ、場合によっては次に機械加工するこ
とによって製造することができる。
または機械加工または変形によって製造することがで
き、非金属性基体４９の場合には、例えば金型中で圧縮
し、次に焼結させ、場合によっては次に機械加工するこ
とによって製造することができる。
【図１】底面排出口を有する定置の常温壁るつぼならび
に多数の成形空隙を有する遠心鋳造法の鋳型として形成
された鋳型を備えている装置を示す部分的垂直断面図。
に多数の成形空隙を有する遠心鋳造法の鋳型として形成
された鋳型を備えている装置を示す部分的垂直断面図。
【図２】図１による鋳型を示す軸線方向断面図。
【図３】図２による鋳型を示す半径方向断面図。
【図４】従来の銅チル鋳型中で製造された内燃機関のバ
ルブを示す軸線方向断面図。
ルブを示す軸線方向断面図。
【図５】本発明による鋳型中で製造された内燃機関のバ
ルブを示す、図４と同様の軸線方向断面図。
ルブを示す、図４と同様の軸線方向断面図。
【図６】他の詳細を表わす傾斜るつぼを有する、図１に
よる装置の変形を示す部分的垂直断面図。
よる装置の変形を示す部分的垂直断面図。
【図７】鋳型の基礎材料が他の材料からなるような鋳型
を示す、拡大軸線方向断面図。
を示す、拡大軸線方向断面図。
１ 鋳造装置 ２ ケーシング ３ スライダーケーシ
ング ４ 溶融室 ５成形室 ６ スライダー ７ 鋳
造口 ８ 駆動棒 ９ 常温壁るつぼ １０誘導加熱装
置 １１ 電流接続 １２ 電流接続 １３ 常温壁る
つぼ底面 １４ 底面排出口 １５ 閉鎖装置 １６
電流接続部 １７ 溶融室天井 １８充填装置 １９
充填バルブ ２０ 鋳型 ２１ 鋳込通路 ２２ 遠心
皿２３ 遠心軸 ２４ 回転型絶縁部材 ２５ 成形室
底面 ２６ 吸込管 ２７ガス導管 ２８ 開口 ２９
出入口 ３０ 盤 ３１ 盤 ３２ 成形空隙３３
スペーサー ３４ 通しボルト ３５ 空隙 ３６ 鋳
造装置 ３７常温壁るつぼ ３８ 傾斜軸 ３９ 矢印
４０ 加熱円筒体 ４１ 電流供給線 ４２ 成形室
の壁 ４３ 熱遮断壁 ４４ 成形室底面 ４６ 吸込
管 ４７ 鋳型 ４８ 殻 ４９ 基体
ング ４ 溶融室 ５成形室 ６ スライダー ７ 鋳
造口 ８ 駆動棒 ９ 常温壁るつぼ １０誘導加熱装
置 １１ 電流接続 １２ 電流接続 １３ 常温壁る
つぼ底面 １４ 底面排出口 １５ 閉鎖装置 １６
電流接続部 １７ 溶融室天井 １８充填装置 １９
充填バルブ ２０ 鋳型 ２１ 鋳込通路 ２２ 遠心
皿２３ 遠心軸 ２４ 回転型絶縁部材 ２５ 成形室
底面 ２６ 吸込管 ２７ガス導管 ２８ 開口 ２９
出入口 ３０ 盤 ３１ 盤 ３２ 成形空隙３３
スペーサー ３４ 通しボルト ３５ 空隙 ３６ 鋳
造装置 ３７常温壁るつぼ ３８ 傾斜軸 ３９ 矢印
４０ 加熱円筒体 ４１ 電流供給線 ４２ 成形室
の壁 ４３ 熱遮断壁 ４４ 成形室底面 ４６ 吸込
管 ４７ 鋳型 ４８ 殻 ４９ 基体
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｂ２２Ｄ 13/10 ５０７ Ｂ２２Ｄ 13/10 ５０７ (73)特許権者 595039117 Ｗｉｌｈｅｌｍ−Ｒｏｈｎ−Ｓｔｒ. 35，Ｄ−63450 Ｈａｎａｎ，Ｂ．Ｒ. Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ (72)発明者 ハラルト ショルツ ドイツ連邦共和国 ローデンバッハ ア ルベルト−アインシュタイン−シュトラ ーセ ２ (72)発明者 ゲオルク ヤルツィク ドイツ連邦共和国 グロースクロツェン ブルク アルベルト−シュヴァイツァー −シュトラーセ 20 (56)参考文献 特開 昭63−140740（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−210860（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−212519（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B22D 21/02 B22C 9/06 B22C 3/00 B22D 13/06 B22D 13/10 B22D 21/00
Claims (22)
- 【請求項１】 チタン、チタン合金およびチタンを基礎
とする合金の群からの反応性金属の溶融液から、再使用
可能な鋳型の中で鋳物を製造する方法において、 少なくとも溶融液と接触する表面で、酸化物またはセラ
ミックである非金属混和物を含まない、タンタル、ニオ
ブ、ジルコニウムおよびこれらの金属との合金の群から
の金属少なくとも１つからなり、 前記表面上でそのつどの成形材料と鋳造材料との反応を
排除する鋳型を使用し、その際この鋳型の母体が ａ）銅、鉄、ニッケルおよびこれらの金属との合金であ
る金属少なくとも１つからなるか、または、 ｂ）チタン、チタン合金、チタンアルミニドからなる
か、または ｃ）少なくとも１つの酸素不含の非金属材料からなるこ
とを特徴とする、反応性金属の溶融液からなる鋳物を製
造する方法。 - 【請求項２】 少なくとも溶融液と接触する表面でタン
タルを基礎とする合金からなる鋳型を使用する、請求項
１記載の方法。 - 【請求項３】 遠心鋳造法による鋳物を製造するため、
鋳型を少なくとも鋳物の凝固時間の間回転させる、請求
項１記載の方法。 - 【請求項４】 注型前に鋳型を予熱する、請求項１記載
の方法。、 - 【請求項５】 予熱温度を、鋳造すべき溶融液の液相線
温度未満に調節する、請求項４記載の方法。 - 【請求項６】 予熱温度を８００℃と鋳造すべき溶融液
の固相線温度との間に調節する、請求項５記載の方法。 - 【請求項７】 溶融液の鋳型への鋳造を、密閉した成形
室内で１００ミリバール未満の圧力で実施する、請求項
１記載の方法。 - 【請求項８】 鋳型の冷却速度を上げるため鋳造後不活
性ガスを成形室内に導入する、請求項７記載の方法。 - 【請求項９】 成形室内の不活性ガスを１００ミリバー
ルないし大気圧の圧力下にする、請求項８記載の方法。 - 【請求項１０】 成形室内の不活性ガスを大気圧未満の
圧力下にする、請求項８記載の方法。 - 【請求項１１】 非金属混和物を含まない、タンタル、
ニオブ、ジルコニウムおよびこれらの金属との合金の群
からの金属少なくとも１つからなる部分が少なくとも２
ｍｍの厚さを有する、請求項１記載の方法。 - 【請求項１２】 請求項１による方法を実施する鋳型に
おいて、鋳型の成形材料が、 少なくとも溶融液と接触する表面で、酸化物またはセラ
ミックである非金属混和物を含まない、タンタル、ニオ
ブ、ジルコニウムおよびこれらの金属との合金の群から
の少なくとも１つの金属からなり、 前記表面上でそのつどの成形材料と鋳造材料との反応を
排除し、 その際この鋳型の母体が ａ）銅、鉄、ニッケルおよびこれらの金属との合金であ
る金属少なくとも１つからなるか、または、 ｂ）チタン、チタン合金、チタンアルミニドからなる
か、または ｃ）少なくとも１つの酸素不含の非金属材料からなるこ
とを特徴とする、請求項１記載の方法を実施するための
鋳型。 - 【請求項１３】 成形材料が、少なくとも溶融液と接触
する表面でタンタルを基礎とする合金からなる、請求項
１２記載の鋳型。 - 【請求項１４】 成形材料がタンタル少なくとも５０重
量％を含有する、請求項１３記載の鋳型。 - 【請求項１５】 鋳型の成形材料が、更にチタン、ハフ
ニウム、タングステン、バナジウムの群からの他の金属
少なくとも１つを含有する、請求項１２記載の鋳型。 - 【請求項１６】 鋳型の成形材料がタンタル５０重量％
以外にチタン、ジルコニウムおよびタングステンの金属
の少なくとも１つを含有する、請求項１４記載の鋳型。 - 【請求項１７】 チタン、ジルコニウムおよびタングス
テンの金属の含量が、合計で最大３０重量％である、請
求項１６記載の鋳型。 - 【請求項１８】 鋳型（４７）の金型空隙（３２）を、
タンタル、ニオブ、ジルコニウムおよびこれらの金属と
の合金の群からの酸化物またはセラミックである非金属
混和物不含の金属少なくとも１つからなる殻（４８）に
よって被覆する場合、殻（４８）の厚さが少なくとも２
ｍｍであり、かつ鋳型（４７）の母体（４９）が銅、
鉄、ニッケル、チタン、チタンアルミニドおよびこれら
の金属との合金である金属少なくとも１つからなる、請
求項１２記載の鋳型。 - 【請求項１９】 鋳型（４７）の金型空隙（３２）を、
タンタル、ニオブ、ジルコニウムおよびこれらの金属と
の合金の群からの酸化物またはセラミックである非金属
混和物不含の金属少なくとも１つからなる殻（４８）に
よって被覆する場合、殻（４８）の厚さが少なくとも２
ｍｍであり、かつ鋳型（４７）の母体（４９）が少なく
とも１つの非金属材料からなる、請求項１２記載の鋳
型。 - 【請求項２０】 鋳型（２０、４７）が、回転軸（Ａ−
Ａ）を有する遠心鋳造法による鋳型として形成されてい
る、請求項１２記載の鋳型。 - 【請求項２１】 鋳型（２０、４７）が、回転軸（Ａ−
Ａ）に対して半径方向に方向を定められた多数の金型空
隙（３２）を有する、請求項２０記載の鋳型。 - 【請求項２２】 鋳型（２０、４７）が、回転軸（Ａ−
Ａ）に対して同軸の複数の盤（３０、３１）から構成さ
れ、その内それぞれ２つの盤（３０、３１）がその間に
多数の金型空隙（３２）を包囲し、かつ全ての金型空隙
（３２）が、回転軸（Ａ−Ａ）の中にある共通の注入路
（２１）に接続されている、請求項２１記載の鋳型。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19944420138 DE4420138C2 (de) | 1994-06-09 | 1994-06-09 | Verfahren zum Herstellen von Gußteilen aus reaktiven Metallen und aus Metall bestehende Kokille zur Durchführung des Verfahrens |
| DE4420138.9 | 1994-06-09 | ||
| DE19505689.2 | 1995-02-20 | ||
| DE1995105689 DE19505689C2 (de) | 1995-02-20 | 1995-02-20 | Gießform zum Herstellen von Gußteilen aus reaktiven Metallen |
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| JPH08187570A JPH08187570A (ja) | 1996-07-23 |
| JP3258201B2 true JP3258201B2 (ja) | 2002-02-18 |
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| JP14086295A Expired - Lifetime JP3258201B2 (ja) | 1994-06-09 | 1995-06-07 | 反応性金属の溶融液から鋳物を製造する方法および鋳型 |
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| JP (1) | JP3258201B2 (ja) |
| DE (1) | DE59507205D1 (ja) |
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| DE19846781C2 (de) * | 1998-10-10 | 2000-07-20 | Ald Vacuum Techn Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Präzisionsgußteilen durch Schleudergießen |
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