JP4315781B2

JP4315781B2 - 精密鋳造用鋳型の脱ワックス方法

Info

Publication number: JP4315781B2
Application number: JP2003371784A
Authority: JP
Inventors: 裕幸八木
Original assignee: Daido Castings Co Ltd
Current assignee: Daido Castings Co Ltd
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2023-10-31
Also published as: JP2005131684A

Description

本発明は精密鋳造用鋳型の脱ワックス方法に関する。

精密鋳造（ロストワックス）においては、製造過程でワックス模型を制作し、ワックス模型に耐火物スラリーを乾燥させつつ多重コーティングして鋳型とし、これをオートクレーブ内に挿置して、高温高圧蒸気を供給することによって鋳型内のワックスを溶融流出させている（脱ワックス）。なお、蒸気によって脱ワックスを行うことは例えば特許文献１に記載されている。
特開平５−２０８２４１

しかし、上述の蒸気を使用する従来の方法で脱ワックスした鋳型を使用すると、鋳造品に凹欠陥等を生じることがあった。また、回収されたワックスが水分を多く含むためにその再生に長時間を要するという問題もあった。

そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、鋳造品に欠陥を生じず、かつワックスの再生も短時間で可能な精密鋳造用鋳型の脱ワックス方法を提供することを目的とする。

発明者の知見によれば、鋳造品に凹欠陥が生じる理由は、鋳型内部を脱ワックスのための水蒸気が通る際に鋳型に微小クラックが生じ、あるいはコロイダルシリカ系の鋳型では鋳型内部のゲル化したシリカ分が水蒸気によって鋳型の内表面に押し出され、後工程の鋳型焼成時に鋳型の微小片やシリカ分が製品キャビティ内に脱落して、これらが鋳造時に巻き込まれてインクルージョン等の凹欠陥を生じるのである。また、Ｔｉ系金属材ではシリカ分と反応してガスが放出されることに起因してブロー欠陥が生じる。

本発明はこのような知見に基づいてなされたもので、本発明の精密鋳造用鋳型の脱ワックス方法は、ワックスの外表面に耐火物層をコーティングしてなる鋳型（８）をオートクレーブ（１）内に挿置し、当該オートクレーブ（１）内に上記ワックスの膨張を抑えつつこれを溶解させるに充分な圧力と温度の不活性ガスを供給して上記ワックスを鋳型（８）内から流出させることを特徴としている。ここで、上記不活性ガスの圧力は１９．６ＭＰａ〜９８．１ＭＰａの範囲が好ましく、温度は７０℃〜２００℃の範囲が好ましい。

本発明によれば脱ワックスに不活性ガスを使用したから、これが鋳型を通過する際にクラックを生じたり、あるいは鋳型の耐火物層内に含まれているシリカ分は殆ど鋳型内表面に押し出されることがない。したがって、鋳造時に鋳型微小片やシリカ分が混入して鋳造品に凹欠陥を生じたり、Ｔｉ系金属材を鋳造した際に当該金属材がシリカ分と反応してブロー欠陥を生じることがない。また、鋳型から流出させられたワックス（廃ワックス）の含水分量が小さくなるから、水分を蒸発させて脱ワックスを再生するための再生処理時間が短くなる。

以上のように、本発明の精密鋳造用鋳型の脱ワックス方法によれば、鋳造品に欠陥を生じず、かつワックスの再生も短時間で行うことができる。

図１には本発明の方法を使用する脱ワックス装置の装置構成を示す。オートクレーブ１内に設けたヘッダ管１１には複数のガス噴出孔が形成されており、ヘッダ管１１の一端には高圧ガス加熱炉２から延びる管路７１が接続されている。加熱用ヒータ２１を設けた高圧ガス加熱炉２内にはガス圧縮機３から高圧ガスが供給されており、ガス圧縮機３には、操業初期とガス量低下時に新たなＡｒ，Ｎ2等の不活性ガスを供給するためのガスタンクに至る管路７２と、排ガス回収タンク４から延びる管路７３が接続されている。排ガス回収タンク４はオートクレーブ１に接続されて脱ワックスに使用された廃ガスを回収し貯留する。また、オートクレーブ１には排気用の真空ポンプ５と廃ワックスを回収するための廃ワックス回収タンク６が接続されている。なお、各配管中に設置されている弁は逆止弁を兼ねた電磁弁である。

このような装置で鋳型からの脱ワックスを行う場合には、オートクレーブ１内に、ワックスを内包した鋳型８を挿置し、真空ポンプ５でオートクレーブ１内の空気を排気しておく。この後、高圧ガス加熱炉２から所定の温度・圧力の不活性ガスをオートクレーブ１内に供給する。不活性ガスの温度は、ワックスの溶解温度が６０℃であることから７０℃〜２００℃の範囲とするのが良く、１５０℃程度とするのが好適である。また、不活性ガスの圧力はワックスの膨張を抑えるために１９．６ＭＰａ〜９８．１ＭＰａの範囲とするのが良く、７８．５ＭＰａ程度とするのが好適である。不活性ガスの供給により加熱溶解されたワックスは鋳型８内から流出し（脱ワックス）、オートクレーブ１に接続された廃ワックス回収タンク６へ回収される。回収された廃ワックスはワックスの性状を損なうことなく水分のみを蒸発させるために９０℃程度に加熱され、水分除去後にフィルタで不純物を除去し再生される。また、ワックス加熱後の不活性ガスはオートクレーブ１に接続された廃ガス回収タンク４へ回収されて再使用される。脱ワックス完了後はオートクレーブ１内を大気圧に戻して鋳型８を取り出す。

（実施例１）
初層（最内層）をジルコニアバインダおよびジルコニアフィラーのスラリーと、アルミナスタッコで造形して乾燥させ、第２層から第７層をコロイダルシリカバインダおよびジルコンフラワと溶融シリカをフィラーとしたスラリーと、アルミナサンドで造形して乾燥させ鋳型とした。このような鋳型の脱ワックスを、１５０℃、７８．５ＭＰａの水蒸気を使用した従来の方法と１５０℃、７８．５ＭＰａのＮ₂ガスを使用した本発明の方法で行い、脱ワックス後の鋳型を１０５０℃で焼成した。そして、上記両方法で脱ワックス処理した各鋳型の内表面を切り出し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で当該内表面に存在するＳｉ成分の分析を行った。分析結果は、従来方法によるとＳｉ成分が６．３wt％存在していたのに対して、本発明方法によればＳｉ成分は０．１wt％へと激減した。

この分析結果より、鋳型の第２層以降に使用されているコロイダルシリカや溶融シリカのシリカ分が、本発明方法では殆ど鋳型内表面に押し出されない。したがって、Ｔｉ系金属材を鋳造した際に、当該金属材がシリカ分と反応して鋳物にブロー欠陥を生じたり、あるいは鋳造時にシリカ分が混入して鋳物に凹欠陥を生じることが防止できる。また、鋳型にクラックを生じないから、鋳型微小片が鋳造時に混入して凹欠陥を生じることも防止される。これを確認した試験結果を表１に示す。表１の鋳型Ａは上記組成の鋳型について従来方法で脱ワックスを行ったもの、鋳型Ｂは上記組成の鋳型について本発明方法によって脱ワックスを行ったもので、これら鋳型Ａ，ＢでそれぞれＴｉ−Ａｌ材を鋳造して鋳造品の表面欠陥割合を調べた。鋳型Ａを使用したものではブロー欠陥と砂カミ凹欠陥がそれぞれ１０％、８％生じているのに対して、鋳型Ｂを使用するとこれらの欠陥は全く生じていない。

（実施例２）
初層（最内層）と第２層をコロイダルシリカバインダおよびジルコンフラワと溶融シリカをフィラーとしたスラリーと、ジルコンサンドで造形して乾燥させ、第３層から第７層をコロイダルシリカバインダおよびジルコンフラワと溶融シリカをフィラーとしたスラリーと、アルミナサンドで造形して乾燥させ鋳型とした。このような鋳型の脱ワックスを、１５０℃、７８．５ＭＰａの水蒸気を使用した従来の方法と、１５０℃、７８．５ＭＰａのＮ₂ガスを使用した本発明の方法で行い、脱ワックス後の鋳型を１０５０℃で焼成した。

表２は、従来方法によって脱ワックスを行った上記組成の鋳型Ｃと、本発明方法によって脱ワックスを行った上記組成の鋳型Ｄについて、これら鋳型Ｃ，ＤでそれぞれＦｅ系のＮｉ基合金材を鋳造して鋳造品の表面欠陥割合を調べたものである。Ｆｅ系材料ではシリカ分との反応は殆ど生じないから、鋳型Ｃ，Ｄのいずれによっても鋳造品のブロー欠陥の割合は充分小さい。これに対して砂カミ凹欠陥については、鋳型Ｃを使用したものでは当該欠陥が３％生じるのに対して、鋳型Ｄを使用すると全く生じていない。

さらに表３は、鋳型Ｃからの廃ワックスと鋳型Ｄからの廃ワックスについて、これらの含水分量と、既述の再生処理のために要する時間を比較したものである。なお、含水分量は加熱式による水分蒸発方式で測定した。これによると、鋳型Ｃからの廃ワックスは含水分量が３０wt％もあるため、再生処理時間は５６時間を要する。これに対して、鋳型Ｄからの廃ワックスは含水分量が０wt％であるため、再生処理時間はフィルタプレスのための２時間のみで済む。

本発明の脱ワックス方法を使用する脱ワックス装置の装置構成を示す図である。

符号の説明

１…オートクレーブ、２…高圧ガス加熱炉、３…ガス圧縮機、４…排ガス回収タンク、５…真空ポンプ、６…廃ワックス回収タンク、８…鋳型。

Claims

ワックス外周に耐火物層をコーティングしてなる鋳型をオートクレーブ内に挿置し、当該オートクレーブ内に前記ワックスの膨張を抑えつつこれを溶解させるに充分な圧力と温度の不活性ガスを供給して前記ワックスを前記鋳型内から流出させることを特徴とする精密鋳造用鋳型の脱ワックス方法。
前記不活性ガスの圧力を１９．６ＭＰａ〜９８．１ＭＰａに設定し、温度を７０℃〜２００℃に設定した請求項１に記載の精密鋳造用鋳型の脱ワックス方法。