JP3781734B2

JP3781734B2 - Exothermic coating agent

Info

Publication number: JP3781734B2
Application number: JP2003096127A
Authority: JP
Inventors: 正雄伊東; 弘之加藤
Original assignee: 明和化学工業株式会社
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP2004298939A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、砂型を用い鋳物を製造する際に、砂型表面に塗布する塗型剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、鋳物の軽量化が求められている。そのため材質を軽量金属へ変更したり、鋳物厚みを薄肉化することが広く行われている。ところで、砂型を用いて鋳物を製造する際に鋳物厚みを薄肉化すると、薄肉部には湯廻り不良が発生することがある。これは、砂型の熱吸収が大きいために溶湯が急速に冷却されることに起因する。このように、砂型を用いた鋳物の薄肉化には限界がある。特に溶湯の特性上、粘性の高い材質では薄肉化はより困難となる。
【０００３】
そこで、溶湯の注湯温度を高めたり、鋳型を金型化し適当な手段でこの金型を加熱昇温することにより薄肉化をすることも検討されている。しかしながら、このような方法により湯廻り不良の発生を防ぎ、良好な形状を得ることができる場合でも、薄肉部では溶湯の冷却速度が大きいために金属組織が白銑化して脆性を生じるので、強靭な表面の鋳物を製造することは難しい。さらに球状化黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ）の場合では、鋳物表面部黒鉛の球状化が阻害されるので、目的とする特性を得ることは難しく、例えばマグネシウム、マンガン等の黒鉛球状化阻害防止効果を有する特殊な材料を加える必要がある。
【０００４】
また、砂型に塗型剤を塗布して型表面に被膜を形成し、焼着による欠落を防止することも検討されている。例えば、カルシウムベントナイトやウンモを含有する塗型剤や、耐火性骨剤とシリカゾルを含有する塗型剤に関する技術が開発されている（特許文献１および２参照）。しかしながら、薄肉部が強靭な鋳物を、より確実に製造する方法が求められている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３３４３４６号公報
【特許文献２】
特開２００２−３２１０３６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、砂型表面に塗布することによって砂型鋳造による薄肉鋳物の製造を可能にし、鋳物素材の軽量化に貢献すると共に、鋳物表面部の脆化を防止した強靭な鋳物を製造できる発熱性塗型剤を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の発熱性塗型剤は、砂型を用い鋳物を製造する際に当該砂型の表面に塗布される塗型剤であって、アルミニウム粉末、マグネシウム粉末、アルミニウムとマグネシウムの合金粉末およびカルシウムシリサイト粉末からなる群より選ばれる少なくとも１種の発熱性物質粉末、並びに酸化抑制剤として作用する苛性ソーダ、珪酸ソーダおよび重クロム酸ソーダからなる群より選ばれる１種以上を含有することを特徴とするものである。
【０００８】
発熱性塗型剤には、前記発熱性物質粉末６０〜１００重量部に対し、酸化鉄粉末を４０〜０重量部含有させることが好ましい。また、発熱性塗型剤には、前記発熱性物質粉末と酸化鉄粉末の合計１００重量部に対し、酸化剤を１０〜３０重量部含有させてもよい。その他、発熱性塗型剤には、前記発熱性物質粉末と酸化鉄粉末の合計１００重量部に対し、酸化促進剤を５〜１５重量部含有させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の発熱性塗型剤は、アルミニウム粉末、マグネシウム粉末、アルミニウムとマグネシウムの合金粉末およびカルシウムシリサイト粉末からなる群より選ばれる少なくとも１種の発熱性物質粉末を含有する。
【００１０】
この発熱性塗型剤が塗布された砂型に溶融金属を注湯すると、発熱性塗型剤が溶融金属の熱によって加熱され、約４００−５００℃付近で発熱性物質粉末と酸化鉄粉末のテルミット反応もしくは発熱性物質粉末の酸化反応が開始して発熱する。この熱で溶融金属の冷却速度を小さくすることができるので、溶融金属の流動性が低下するのを遅らせ、薄肉部の湯廻り不良の発生を防止すると共に鋳物表面部の脆性を防ぐことが可能となる。
【００１１】
発熱性塗型剤は、発熱性物質粉末とのテルミット反応により発熱させるため、酸化鉄粉末を含有することが好ましい。発熱性物質粉末と酸化鉄粉末の配合割合は、発熱性物質粉末６０〜１００重量部に対し、酸化鉄粉末が４０〜０重量部であることが好ましく、更に好ましくは発熱性物質粉末６０〜９５重量部に対し、酸化鉄粉末が４０〜５重量部である。なお、酸化鉄は必ずしも必要ではなく、発熱性物質粉末のみによる酸化反応に基づく発熱を利用して溶融金属の冷却速度を低下することはできるが、酸化鉄を加えた方が、より冷却速度を遅くすることが可能となる。
【００１２】
速やかに発熱反応を進行させるため、発熱性塗型剤は酸化剤を含有することができる。酸化剤としては、硝酸カリウムや硝酸ナトリウムなどの硝酸塩類の１種以上を使用することができる。酸化剤の配合割合は、発熱性物質粉末と酸化鉄粉末の合計１００重量部に対し、酸化剤を１０〜３０重量部であることが好ましい。
【００１３】
また、速やかに発熱反応を進行させるため、発熱性塗型剤は酸化促進剤を含有することができる。酸化促進剤としては氷昌石、蛍石等の弗化物の１種以上を使用することが好ましい。酸化促進剤の配合割合は、発熱性物質粉末と酸化鉄粉末の合計１００重量部に対し、酸化促進剤を５〜１５重量部含有させることが好ましい。
【００１４】
さらに、塗膜の耐熱性を高めるため、黒鉛、シリカ、アルミナ、ジルコン、オリビン等の耐火性基材を１種以上含有させてもよい。含有する割合は発熱量と耐熱性の兼合いによって適宜変えることができ、発熱性物質粉末と酸化鉄粉末と酸化剤と酸化促進剤の合計１００重量部に対して耐火性基材は０〜１００重量部が好ましく、さらに好ましくは０〜６０重量部である。
【００１５】
発熱性塗型剤には、結合剤を含有することができる。無機結合剤として粘土、ベントナイト、エチルシリケート等、有機結合剤としてデキストリン、デンプン、フェノール樹脂等の合成樹脂等を挙げることができ、通常の塗型剤に使用されている結合剤を使用することができる。なお、無機結合剤と有機結合剤を併用してもよい。
【００１６】
発熱性塗型剤の溶剤は発熱性物質粉末と反応しないものであれば特に限定することなく使用でき、例えばメチルアルコール、イソプロピルアルコール等のアルコール類を使用することができる。なお、発熱性物質粉末に酸化抑制剤として苛性ソーダ、珪酸ソーダ、重クロム酸ソーダ等のアルカリ性物質を加え、発熱性物質粉末と水との反応を抑制して水性塗型剤として提供することもできる。添加するアルカリ性物質の量は発熱性物質粉末１００重量部に対し０．５〜３０重量部であることが好ましく、さらに好ましくは１〜１０重量部である。
【００１７】
その他、発熱性塗型剤には通常の塗型剤に含有される界面活性剤等の浸透性向上剤、メチルセルロース等の増粘剤、コロイダルシリカ、アルミナゾル等の強度向上剤、沈降防止剤、消泡剤等を加えることができる。
【００１８】
発熱性塗型剤の塗布方法は、刷毛塗り、浸漬塗布、スプレー塗布、ぶっかけ等いずれの方法も選択できる。また塗布後の乾燥方法は自然乾燥、加熱乾燥、アルコール性の場合は着火乾燥も可能である。この中でも、加熱乾燥が好ましく、発熱性塗型剤の効果を損なわないためには塗膜温度が１５０℃以下で乾燥させることが好ましい。
【００１９】
【実施例】
（実施例１−２０及び比較例１−４）
フリーマントル珪砂（５．５号）に芳香族スルホン酸系硬化剤（神戸理化学工業株式会社製１５０B−１）を珪砂に対し０．３５重量％加えて混合後、フラン樹脂（神戸理化学工業株式会社製Ｘ−フランＳＦ−５２０Ｈ）を０．８重量％加えて混練した。この混練砂を図１（Ａ）（Ｂ）に示す幅１５０ｍｍ、上部長さ４００ｍｍ、下部長さ４２０ｍｍ、厚さ４ｍｍで端部に鋭角部を有する２個取り試験片を作成するため砂型に込め、一昼夜放置して固めた。その後試験片の一方に発熱性塗型剤を、他方に比較用の従来の塗型剤を塗布し１２０℃で３０分乾燥後ＦＣＤ４００を鋳込んで試験片を作成した。そして試験片の鋭角部の端部２ｍｍを研磨除去し研磨面の金属組織を顕微鏡観察し過冷の有無、黒鉛球状化阻害の有無を測定した。
さらに図１の厚さのみ１．５ｍｍに変更した試験片を作成し、端部まで湯が完全に充填されているか否かを観察した。
結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】

【００２１】
本発明の発熱性塗型剤を用いると、研磨面組織が良好で湯廻り不良も発生しないが、比較品を用いた場合、研磨面組織が不良で湯廻り不良も発生することが明らかである。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、砂型表面に発熱性塗型剤を塗布することにより、鋳物の薄肉化及び脆性のない表面部を有した鋳物の製造が可能である。また、特に通常の塗型剤に使用されている黒鉛球状化阻害を防止するために特殊な材料を加えることなく、球状化黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ）の鋳物表面部の黒鉛球状化阻害を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例で作成した試験片の概略図であり、（Ａ）は横から見た図、（Ｂ）は上部から見た図である。
【符号の説明】
１：鋳物
２：研磨部
３：湯口
４：湯道[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a coating agent that is applied to the surface of a sand mold when a casting is produced using the sand mold.
[0002]
[Prior art]
In recent years, weight reduction of castings has been demanded. For this reason, changing the material to a light metal or reducing the thickness of the casting is widely performed. By the way, when manufacturing a casting using a sand mold, if the thickness of the casting is reduced, poor hot water may occur in the thin portion. This is due to the fact that the molten metal is rapidly cooled due to the large heat absorption of the sand mold. Thus, there is a limit to thinning a casting using a sand mold. In particular, due to the characteristics of the molten metal, it is more difficult to reduce the thickness of a highly viscous material.
[0003]
Therefore, it has been studied to reduce the thickness by increasing the pouring temperature of the molten metal or by forming a mold into a mold and heating the mold with an appropriate means. However, even if such a method can prevent the occurrence of poor hot water and can obtain a good shape, the metal structure becomes whitened and brittle due to the high cooling rate of the molten metal in the thin wall portion. It is difficult to produce a casting with a smooth surface. Furthermore, in the case of spheroidized graphite cast iron (FCD), spheroidization of the graphite on the casting surface is inhibited, so that it is difficult to obtain the desired characteristics. New ingredients need to be added.
[0004]
In addition, it has been studied to apply a coating agent to a sand mold to form a film on the mold surface to prevent omission due to baking. For example, techniques related to a coating agent containing calcium bentonite and ummo, and a coating agent containing a refractory bone agent and silica sol have been developed (see Patent Documents 1 and 2). However, there is a demand for a method for more reliably producing a casting having a thin-walled portion.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-334346 A [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-321936
[Problems to be solved by the invention]
The present invention makes it possible to produce a thin-walled casting by sand casting by applying to the sand mold surface, contributing to weight reduction of the casting material and producing a tough casting that prevents the embrittlement of the casting surface portion. The object is to provide a mold.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The exothermic coating agent of the present invention is a coating agent applied to the surface of a sand mold when a casting is produced using a sand mold, and includes aluminum powder, magnesium powder, aluminum-magnesium alloy powder, and calcium silicite. Containing at least one exothermic substance powder selected from the group consisting of powder, and at least one selected from the group consisting of caustic soda, sodium silicate and sodium dichromate acting as an oxidation inhibitor It is.
[0008]
The outgoing heat coating agent, with respect to the exothermic material powder 60 to 100 parts by weight, it is preferable to contain 40 to 0 parts by weight of iron oxide powder. Further, the exothermic coating agent may contain 10 to 30 parts by weight of an oxidizing agent with respect to 100 parts by weight of the total of the exothermic substance powder and the iron oxide powder. In addition, the exothermic coating agent may contain 5 to 15 parts by weight of an oxidation accelerator with respect to 100 parts by weight of the total of the exothermic substance powder and the iron oxide powder.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The exothermic coating agent of the present invention contains at least one exothermic substance powder selected from the group consisting of aluminum powder, magnesium powder, aluminum and magnesium alloy powder, and calcium silicite powder.
[0010]
When molten metal is poured into a sand mold coated with the exothermic coating agent, the exothermic coating agent is heated by the heat of the molten metal, and thermite of exothermic substance powder and iron oxide powder is about 400-500 ° C. The reaction or the oxidation reaction of the exothermic substance powder starts and generates heat. Because this heat can reduce the cooling rate of the molten metal, it is possible to delay the deterioration of the fluidity of the molten metal, prevent the occurrence of poor hot water in the thin wall portion, and prevent brittleness of the casting surface portion. It becomes.
[0011]
The exothermic coating agent preferably contains iron oxide powder in order to generate heat by a thermite reaction with the exothermic substance powder. The mixing ratio of the exothermic substance powder and the iron oxide powder is preferably 40 to 0 parts by weight, more preferably 60 to 95 parts of the exothermic substance powder with respect to 60 to 100 parts by weight of the exothermic substance powder. The iron oxide powder is 40 to 5 parts by weight with respect to parts by weight. It should be noted that iron oxide is not always necessary, and the cooling rate of the molten metal can be reduced by using heat generation based on the oxidation reaction with only the exothermic substance powder, but the cooling rate is more improved by adding iron oxide. It becomes possible to slow down.
[0012]
In order to advance the exothermic reaction promptly, the exothermic coating agent can contain an oxidizing agent. As the oxidizing agent, one or more of nitrates such as potassium nitrate and sodium nitrate can be used. The mixing ratio of the oxidizing agent is preferably 10 to 30 parts by weight of the oxidizing agent with respect to a total of 100 parts by weight of the exothermic substance powder and the iron oxide powder.
[0013]
Moreover, in order to advance an exothermic reaction rapidly, the exothermic coating agent can contain an oxidation accelerator. As the oxidation accelerator, it is preferable to use one or more fluorides such as glacial stone and fluorite. The blending ratio of the oxidation accelerator is preferably 5 to 15 parts by weight of the oxidation accelerator with respect to 100 parts by weight in total of the exothermic substance powder and the iron oxide powder.
[0014]
Furthermore, in order to improve the heat resistance of the coating film, one or more refractory base materials such as graphite, silica, alumina, zircon, and olivine may be contained. The content ratio can be appropriately changed depending on the balance between the heat generation amount and the heat resistance, and the refractory base material is 0-100 for a total of 100 parts by weight of the exothermic substance powder, the iron oxide powder, the oxidizing agent, and the oxidation accelerator. A weight part is preferable, More preferably, it is 0-60 weight part.
[0015]
The exothermic coating agent can contain a binder. Examples of the inorganic binder include clay, bentonite, and ethyl silicate, and examples of the organic binder include synthetic resins such as dextrin, starch, and phenol resin, and the binder used in ordinary coating agents can be used. it can. An inorganic binder and an organic binder may be used in combination.
[0016]
The solvent of the exothermic coating agent can be used without particular limitation as long as it does not react with the exothermic substance powder. For example, alcohols such as methyl alcohol and isopropyl alcohol can be used. In addition, alkaline substances such as caustic soda, sodium silicate and sodium dichromate can be added to the exothermic substance powder as an oxidation inhibitor, and the reaction between the exothermic substance powder and water can be suppressed to provide an aqueous coating agent. . The amount of the alkaline substance to be added is preferably 0.5 to 30 parts by weight, more preferably 1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the exothermic substance powder.
[0017]
In addition, exothermic coating agents include penetrability improvers such as surfactants contained in ordinary coating agents, thickeners such as methylcellulose, strength improvers such as colloidal silica and alumina sol, antisettling agents, A foaming agent etc. can be added.
[0018]
As a method for applying the exothermic coating agent, any method such as brush coating, dip coating, spray coating, and splashing can be selected. The drying method after application can be natural drying, heat drying, or ignition drying in the case of alcohol. Among these, heat drying is preferable, and in order not to impair the effect of the exothermic coating agent, it is preferable to dry at a coating temperature of 150 ° C. or lower.
[0019]
【Example】
(Example 1-20 and Comparative Example 1-4)
After adding and mixing 0.35% by weight of aromatic sulfonic acid curing agent (150B-1 manufactured by Kobe Riken Kogyo Co., Ltd.) to Silica sand to Fremantle quartz sand (No. 5.5), furan resin (Kobe Riken Kogyo Co., Ltd.) 0.8% by weight of X-furan SF-520H manufactured by Kyushu) was added and kneaded. The kneaded sand is placed in a sand mold to create a two-piece test piece having a width of 150 mm, an upper length of 400 mm, a lower length of 420 mm, a thickness of 4 mm and an acute angle portion at the end as shown in FIGS. I left it all day and night to solidify it. Thereafter, an exothermic coating agent was applied to one of the test pieces, and a conventional coating agent for comparison was applied to the other, dried at 120 ° C. for 30 minutes, and FCD400 was cast to prepare a test piece. Then, the edge 2 mm of the acute angle portion of the test piece was polished and removed, and the metal structure of the polished surface was observed with a microscope to measure the presence or absence of overcooling and the inhibition of graphite spheroidization.
Furthermore, the test piece which changed only the thickness of FIG. 1 into 1.5 mm was created, and it was observed whether hot water was completely filled to the edge part.
The results are shown in Table 1.
[0020]
[Table 1]

[0021]
When the exothermic coating agent of the present invention is used, the polished surface structure is good and no hot water failure occurs, but it is clear that when the comparative product is used, the polished surface texture is poor and the hot water failure is also generated. .
[0022]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by applying an exothermic coating agent to the sand mold surface, it is possible to make the casting thinner and to manufacture a casting having a non-brittle surface portion. In addition, to prevent inhibition of graphite spheroidization of the cast iron surface portion of spheroidized graphite cast iron (FCD) without adding special materials to prevent inhibition of spheroidization of graphite used in ordinary coating agents. Can do.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view of a test piece prepared in Example, (A) is a view from the side, and (B) is a view from the top.
[Explanation of symbols]
1: Casting 2: Polishing part 3: Gate 4: Runway

Claims

A coating agent applied to the surface of the sand mold when producing a casting using the sand mold, and at least one selected from the group consisting of aluminum powder, magnesium powder, aluminum and magnesium alloy powder, and calcium silicite powder An exothermic coating agent characterized in that it contains at least one selected from the group consisting of caustic soda, sodium silicate and sodium dichromate acting as an oxidation inhibitor .

2. The exothermic coating agent according to claim 1, comprising 40 to 0 parts by weight of iron oxide powder with respect to 60 to 100 parts by weight of the exothermic substance powder.

The exothermic coating agent according to claim 2, comprising 10 to 30 parts by weight of an oxidizing agent with respect to 100 parts by weight of the total of the exothermic substance powder and the iron oxide powder.

The exothermic coating agent according to claim 2 or 3, comprising 5 to 15 parts by weight of an oxidation accelerator with respect to 100 parts by weight of the total of the exothermic substance powder and the iron oxide powder.