JP6317995B2 - Slurry filler material for manufacturing precision casting mold, slurry obtained by using the filler, and precision casting mold - Google Patents
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Description
本発明は、精密鋳造鋳型製造用スラリーのフィラー材及びそれを用いて得られたスラリー並びに精密鋳造鋳型に係り、特に、ロストワックス法により造型され、更に鋳造後においては、容易に崩壊除去され得る精密鋳造鋳型を製造するために好適に用いられるスラリーのフィラー材、及びそのようなフィラー材を懸濁せしめて得られる精密鋳造鋳型製造用スラリーと、このスラリーを用いて得られた精密鋳造鋳型に関するものである。 The present invention relates to a filler material for producing a precision casting mold, a slurry obtained by using the filler, and a precision casting mold. In particular, the present invention is formed by the lost wax method and can be easily disintegrated and removed after casting. The present invention relates to a slurry filler material suitably used for producing a precision casting mold, a slurry for producing a precision casting mold obtained by suspending such a filler material, and a precision casting mold obtained by using this slurry. Is.
従来から、ロストワックス法による精密鋳造鋳型の造型においては、先ず、微粒子状の骨材（フィラー材）を懸濁させたバインダを含むスラリーにて、製品形状に対応した形状を有する蝋型（ろう模型）の表面を被覆して、スラリー層を形成した後、そのスラリー層の表面にスタッコ材を散布して、乾燥することにより、かかる蝋型の表面に、第一のセラミックシェル層を形成し、その後、再度、スラリーによる被覆と、その形成されたスラリー層へのスタッコ材の散布により、第二のセラミックシェル層を形成せしめるようにするのである。そして、そのような作業を複数回繰り返すことによって、セラミックシェル層を複数層積層形成した後、蝋型を加熱溶融して除去し、更に焼成することにより、目的とする精密鋳造鋳型が、製造されるようになっている。なお、鋳物は、かかる蝋型の取り除かれた鋳型の空洞部分に、所定の金属溶湯（溶融した高温の金属材料）を鋳込むことにより、得られることとなる。 Conventionally, in the molding of a precision casting mold by the lost wax method, first, a wax mold (wax) having a shape corresponding to a product shape with a slurry containing a binder in which fine particle aggregate (filler material) is suspended. After coating the surface of the model and forming a slurry layer, stucco material is sprayed on the surface of the slurry layer and dried to form a first ceramic shell layer on the surface of the wax mold. After that, the second ceramic shell layer is formed again by coating with the slurry and spraying the stucco material on the formed slurry layer. Then, by repeating such an operation a plurality of times, a plurality of ceramic shell layers are laminated, and then the wax mold is removed by heating and melting, followed by firing to produce the desired precision casting mold. It has become so. The casting is obtained by casting a predetermined molten metal (molten high-temperature metal material) into the cavity of the mold from which the wax mold has been removed.
ところで、このロストワックス法による精密鋳造鋳型の造型に際して、一般的に用いられるスラリーのフィラー材としては、ジルコン微粉末、シリカ微粉末、アルミナ微粉末、ムライト微粉末等があるが、その中でも、ジルコン微粉末が、スタッコ材としてのジルコン粒と共に、広く用いられてきている（日本鋳物協会精密鋳造研究部会編、「精密鋳造法」、日刊工業新聞社、昭和５９年１月発行、第３１−３６頁及び特開昭６１−２８９９４４号公報等参照）。 By the way, in forming a precision casting mold by the lost wax method, as a filler material of a slurry generally used, there are a zircon fine powder, a silica fine powder, an alumina fine powder, a mullite fine powder, and the like. Fine powder has been widely used together with zircon grains as a stucco material (edited by the Japan Foundry Association Precision Casting Research Group, “Precision Casting”, published by Nikkan Kogyo Shimbun, January 1984, No. 31-36. Page and JP-A-61-289944).
しかしながら、それらジルコン粒やジルコン微粉末は、高温の金属溶湯と反応し難く、また鋳物への差込み等も惹起され難いことから、美しい鋳肌を容易に得ることが出来る特徴があり、また熱膨張も比較的小さいところから、得られる鋳物の寸法精度も良い等という特徴を有しているのであるが、その比重が大きいために、造型して得られる鋳型の重量が重くなって、大型な鋳造品の製造や複雑形状品の製造が困難となる他、天然に大量に産出するものではなく、且つその産地も偏在しているところから、将来的には、鋳型用材料としての使用が困難となる恐れがある。更に、ジルコン粒やジルコン微粉末は、化学成分として、ＺｒＯ2 とＳｉＯ2 とを有するものであるために、通常、スタッコ材として共に用いられるＡｌ2Ｏ3系成分との間で、化学組成のコントロールが難しく、その結果、使用済み鋳型の再利用が困難となっているのであり、加えて、微量ながら放射性物質を含むために、その廃棄にも、費用がかかるという問題も内在するものであった。 However, these zircon grains and fine zircon powders are difficult to react with molten metal at high temperatures and are not easily inserted into castings, and therefore have a characteristic that a beautiful casting surface can be easily obtained, and thermal expansion is also possible. However, it has a feature that the dimensional accuracy of the resulting casting is good because it is relatively small. However, because of its large specific gravity, the mold obtained by molding becomes heavy, resulting in a large casting. In the future, it will be difficult to use as a mold material. There is a fear. Furthermore, since zircon grains and zircon fine powder have ZrO 2 and SiO 2 as chemical components, the chemical composition is generally between the Al 2 O 3 system components used together as stucco materials. It is difficult to control and as a result, it is difficult to reuse used molds. In addition, there is an inherent problem that disposal is expensive because it contains a small amount of radioactive material. It was.
そこで、そのような問題を解決するために、ジルコン粒を用いない精密鋳造用の鋳型が提案されており、例えば、特開２００５−３２４２５３号公報や特開２００３−２２５７３９号公報には、ムライト粒又はアルミナ粒を用いた例が、示されているのであるが、それらは、ただ単に、ジルコン粒を排除した鋳型を製造しただけに過ぎないものである。しかし、そこで用いられるムライト粒やアルミナ粒は、ジルコン粒よりも溶融温度が高く、耐熱性に優れるものの、溶湯との反応性はジルコン粒に比して劣るために、精密鋳造鋳物の製造時に、スタッコ材の差込み等が発生し、滑らかな美しい鋳肌を有する鋳物を得ることが困難であるという問題を内在している。 Therefore, in order to solve such problems, precision casting molds that do not use zircon grains have been proposed. For example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2005-324253 and 2003-225739 disclose mullite particles. Or, examples using alumina grains are shown, but they are merely making molds that are free of zircon grains. However, although the mullite grains and alumina grains used there have a higher melting temperature than the zircon grains and are excellent in heat resistance, the reactivity with the molten metal is inferior to that of the zircon grains. There is a problem that stucco material is inserted and it is difficult to obtain a casting having a smooth beautiful casting surface.
また、本願出願人にあっても、先に、特開２０１３−７５３１２号公報や特開２０１３−７５３１３号公報において、美しい鋳肌を有する鋳物が有利に得られ、再利用も可能にし得るムライト系スタッコ材やアルミナ／シリカ系フィラー材を提案したが、そこでは、ムライト粒やアルミナ粒を用いている限りにおいて、ステンレス鋼の如き金属溶湯の高温鋳造時において、それらムライト粒やアルミナ粒が、鋳型中のバインダー成分たるＳｉＯ2 成分と反応したり、金属溶湯成分と反応したりすることによって、鋳造後における鋳造物からの付着鋳型の除去が著しく困難なものとなっているのである。即ち、鋳型の一部が付着してなる鋳型付き鋳造物にあっては、それを、アルカリ金属水酸化物の融液又は水溶液中で加熱することにより、又はフッ化水素酸中に投入することにより、鋳造物に付着する鋳型部分を崩壊除去せしめることが行われることとなるが、前記した反応によって、フィラー材が鋳造物に強固に固着したり、溶解されるＳｉＯ2 成分が存在しないことにより、鋳造物に付着する鋳型成分の崩壊除去が困難となっているのであり、特に、サンドブラスト等の物理的な処理の困難な鋳造品の孔部等における付着鋳型成分の崩壊除去が、著しく困難となっているのである。 Further, even in the applicant of the present application, in the Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-75312 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-75313, a mullite system in which a casting having a beautiful casting surface is advantageously obtained and can be reused. Stucco materials and alumina / silica filler materials have been proposed. However, as long as mullite grains and alumina grains are used, the mullite grains and alumina grains are cast in the mold during high-temperature casting of a molten metal such as stainless steel. By reacting with the SiO 2 component, which is the binder component, or reacting with the molten metal component, it is extremely difficult to remove the attached mold from the casting after casting. That is, in the case of a casting with a mold in which a part of the mold is attached, it is heated in a melt or an aqueous solution of an alkali metal hydroxide, or put into hydrofluoric acid. Thus, the mold part adhering to the casting is collapsed and removed, but due to the reaction described above, the filler material is firmly fixed to the casting or the dissolved SiO 2 component does not exist. In addition, it is difficult to disintegrate and remove the mold components adhering to the casting, and in particular, it is extremely difficult to disintegrate and remove the adhering mold components in the holes of cast products that are difficult to physically process such as sandblasting. It has become.
ここにおいて、本発明は、かくの如き事情を背景として為されたものであって、その解決課題とするところは、ジルコン粒乃至はジルコン微粉末の使用量を効果的に低減せしめ得る精密鋳造鋳型製造用スラリーのフィラー材を提供することにあり、また、鋳造後において、鋳型の崩壊除去を容易に行い得る精密鋳造鋳型の製造に有利に用いられ得る精密鋳造鋳型製造用スラリーのフィラー材を提供することにもあり、更に、そのようなフィラー材を用いた精密鋳造鋳型製造用スラリーとそのスラリーを用いて得られた精密鋳造鋳型を提供することにもある。 The present invention has been made in the background as described above, and the problem to be solved is a precision casting mold that can effectively reduce the amount of zircon grains or fine powder of zircon. It is to provide a filler material for slurry for manufacturing, and to provide a filler material for slurry for manufacturing a precision casting mold that can be advantageously used for manufacturing a precision casting mold that can be easily disintegrated and removed after casting. Furthermore, the present invention also provides a slurry for producing a precision casting mold using such a filler material and a precision casting mold obtained using the slurry.
そして、本発明者等は、そのような課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、特定割合のアルミナ、シリカ及びジルコニアを含んで構成される、コランダム結晶及び／又はムライト結晶とジルコン結晶とを含有してなる所定粒径の耐火性微粉末が、上記した課題の解決のために有効であることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。 And as a result of intensive studies to solve such problems, the present inventors, as a result, corundum crystals and / or mullite crystals and zircon crystals comprising a specific proportion of alumina, silica and zirconia. The present inventors have found that the refractory fine powder having a predetermined particle size contained therein is effective for solving the above-described problems, and has completed the present invention.
従って、本発明は、かかる知見に基づいて完成されたものであって、上記した課題又は明細書全体の記載から把握される課題を解決するために、以下に列挙せる如き各種の態様において、好適に実施され得るものであるが、また、本発明の態様乃至は技術的特徴は、以下に記載のものに何等限定されることなく、明細書全体の記載乃至はそこに開示の発明思想に基づいて、認識され得るものであることが、理解されるべきである。 Accordingly, the present invention has been completed based on such knowledge, and is suitable for various aspects as listed below in order to solve the problems described above or the problems grasped from the description of the entire specification. In addition, the aspects or technical features of the present invention are not limited to those described below, and are based on the description of the entire specification or the inventive idea disclosed therein. It should be understood that this can be recognized.
（１）全体の化学組成が、Ａｌ2 Ｏ3 ：３５〜９０重量％、ＳｉＯ2 ：５〜３５重量％、ＺｒＯ2 ：５〜４０重量％及びその他の酸化物：０〜５重量％からなり、且つ主結晶鉱物として、ジルコン結晶と共に、ムライト結晶及び／又はコランダム結晶を含む、粒子径が１〜２００μｍである耐火性微粉末からなることを特徴とする精密鋳造鋳型製造用スラリーのフィラー材。
（２）前記耐火性微粉末が、コランダム微粉末とムライト微粉末とジルコン微粉末との混合微粉末にて構成されている前記態様（１）に記載の精密鋳造鋳型製造用スラリーのフィラー材。
（３）前記耐火性微粉末が、コランダム微粉末とジルコン微粉末との混合微粉末にて構成されている前記態様（１）に記載の精密鋳造鋳型製造用スラリーのフィラー材。
（４）前記耐火性微粉末が、ムライト微粉末とジルコン微粉末との混合微粉末にて構成されている前記態様（１）に記載の精密鋳造鋳型製造用スラリーのフィラー材。
（５）前記態様（１）乃至前記態様（４）の何れか１つに記載のフィラー材を、コロイダルシリカ又はエチルシリケートからなる無機バインダーに懸濁せしめてなることを特徴とする精密鋳造鋳型製造用スラリー。
（６）前記態様（５）に記載のスラリーを用いて得られた精密鋳造鋳型。
（７）鋳型壁が、複数のセラミックシェル層にて積層、構成されていると共に、それらセラミックシェル層のうち、少なくとも金属溶湯に接する最内層が、前記態様（５）に記載のスラリーを用いて形成されていることを特徴とする精密鋳造鋳型。
（８）少なくとも前記金属溶湯に接する最内層のセラミックシェル層を形成するためのスタッコ材として、ムライト質及び／又はコランダム質の人工球状粒子が用いられている前記態様（７）に記載の精密鋳造鋳型。
（９）鋳型壁が、複数のセラミックシェル層にて積層、構成されていると共に、それらセラミックシェル層のうち、金属溶湯に接する最内層が、前記態様（５）に記載のスラリーを用いて形成されている一方、該最内層よりも外側の少なくとも一つのセラミックシェル層が、前記態様（１）乃至前記態様（４）の何れか１つに記載のフィラー材及び／又はその他のアルミナ／シリカ系粒子をコロイダルシリカ又はエチルシリケートからなる無機バインダーに懸濁せしめてなるスラリーを用いて、形成されていることを特徴とする精密鋳造鋳型。
（１０）少なくとも前記金属溶湯に接する最内層のセラミックシェル層を形成するためのスタッコ材として、ムライト質及び／又はコランダム質の人工球状粒子が用いられている前記態様（９）に記載の精密鋳造鋳型。
（１１）前記その他のアルミナ／シリカ系粒子が、溶融シリカ粒子又はシャモット質粒子である前記態様（９）又は前記態様（１０）に記載の精密鋳造鋳型。
(1) The total chemical composition consists of Al 2 O 3 : 35 to 90% by weight, SiO 2 : 5 to 35% by weight, ZrO 2 : 5 to 40% by weight, and other oxides: 0 to 5% by weight. And the filler material of the slurry for precision casting mold manufacture which consists of a refractory fine powder whose particle diameter is 1-200 micrometers containing a mullite crystal and / or a corundum crystal as a main crystal mineral with a zircon crystal.
(2) The filler material of the slurry for manufacturing a precision casting mold according to the aspect (1), wherein the refractory fine powder is composed of a mixed fine powder of a corundum fine powder, a mullite fine powder, and a zircon fine powder.
(3) The filler material for slurry for precision casting mold production according to the aspect (1), wherein the refractory fine powder is composed of a mixed fine powder of a corundum fine powder and a zircon fine powder.
(4) The filler material of the slurry for manufacturing a precision casting mold according to the aspect (1), wherein the refractory fine powder is composed of a mixed fine powder of mullite fine powder and zircon fine powder.
(5) Precision casting mold production characterized in that the filler material according to any one of the above aspects (1) to (4) is suspended in an inorganic binder made of colloidal silica or ethyl silicate. Slurry.
(6) A precision casting mold obtained using the slurry according to the aspect (5).
(7) The mold wall is laminated and configured with a plurality of ceramic shell layers, and among these ceramic shell layers, at least the innermost layer in contact with the molten metal uses the slurry described in the aspect (5). A precision casting mold characterized by being formed.
(8) The precision casting according to the aspect (7), wherein mullite and / or corundum artificial spherical particles are used as a stucco material for forming at least the innermost ceramic shell layer in contact with the molten metal. template.
(9) The mold wall is laminated and configured with a plurality of ceramic shell layers, and among these ceramic shell layers, the innermost layer in contact with the molten metal is formed using the slurry described in the aspect (5). On the other hand, at least one ceramic shell layer outside the innermost layer is formed of the filler material and / or other alumina / silica system according to any one of the embodiments (1) to (4). A precision casting mold characterized in that it is formed using a slurry obtained by suspending particles in an inorganic binder made of colloidal silica or ethyl silicate.
(10) The precision casting according to the aspect (9), wherein mullite and / or corundum artificial spherical particles are used as a stucco material for forming at least the innermost ceramic shell layer in contact with the molten metal. template.
(11) The precision casting mold according to the aspect (9) or the aspect (10), wherein the other alumina / silica-based particles are fused silica particles or chamotte particles.
要するに、本発明においては、ジルコン結晶と共に、コランダム結晶及びムライト結晶のうちの少なくとも何れか一方とにて構成される、耐熱性を有する特定組成の耐火性微粉末を、精密鋳造鋳型製造用スラリーにおけるフィラー材として用いることにより、ジルコン粒の使用量を有利に低減せしめつつ、寸法精度の良好な且つ美しい鋳肌を有する精密鋳造品を与える鋳型を、効果的に造型することが出来、しかも鋳造後に、そのような鋳型の崩壊除去が容易な精密鋳造品（鋳物）を提供し得たのであって、そこでは、金属溶湯との接触が滑らかで、鋳物への差し込みを起こし難く、また鋳型の崩壊除去が容易な化学組成の耐火物粒子について検討した結果、上記した本発明に従う構成において、軽量で、高い耐火性を有し、且つ水酸化ナトリウム等のアルカリ金属水酸化物の融液又は水溶液中において加熱することにより、或いはフッ化水素酸に投入することにより、鋳型の崩壊除去も容易となることが見出されたのである。 In short, in the present invention, a refractory fine powder having a specific composition having heat resistance, which is composed of a zircon crystal and at least one of a corundum crystal and a mullite crystal, in a slurry for producing a precision casting mold. By using it as a filler material, it is possible to effectively mold a mold that gives a precision casting with good dimensional accuracy and a beautiful casting surface while advantageously reducing the amount of zircon grains used, and after casting In addition, it was possible to provide a precision casting (casting) that was easy to remove such mold collapse, where the contact with the molten metal was smooth, and it was difficult to insert into the casting, and the mold collapsed. As a result of studying refractory particles having a chemical composition that can be easily removed, the structure according to the present invention described above is lightweight, has high fire resistance, and is sodium hydroxide. By heating in an alkali metal hydroxide melt or an aqueous solution such as um, or by injecting the hydrofluoric acid, it is the collapse template removal have also been found to be easy.
すなわち、本発明に従う精密鋳造鋳型製造用スラリーのフィラー材は、基本的にＡｌ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 とＺｒＯ2 の特定割合の化学組成にて構成され、そして耐火性に優れたムライト結晶及び／又はコランダム結晶とジルコン結晶とから構成されるものであるところから、ジルコン粒の使用量の効果的な低減を図りつつ、充分な耐熱性乃至は耐火性を有すると共に、低い熱膨張特性を有利に発揮するものであって、そのため、そのようなフィラー材を用いることにより、欠陥の少ない、寸法精度に優れた精密鋳造鋳型を容易に製造することが可能となったのである。 That is, the filler material of the precision casting mold manufacturing slurry according to the present invention is basically composed of a specific composition of Al 2 O 3 , SiO 2 and ZrO 2 , and has excellent refractory mullite crystals and / or Or, since it is composed of corundum crystals and zircon crystals, it has sufficient heat resistance or fire resistance and advantageously has low thermal expansion characteristics while effectively reducing the amount of zircon grains used. Therefore, by using such a filler material, it has become possible to easily manufacture a precision casting mold with few defects and excellent dimensional accuracy.
しかも、そのようなフィラー材を骨材とするスラリーを用いて得られた精密鋳造鋳型にあっては、産出地域の偏在や再利用が困難等の問題を抱えたジルコン粒やジルコン微粉末の使用が効果的に抑制されつつ、鋳型中のＳｉＯ2 成分や金属溶湯成分との反応も惹起され難いものであるところから、高温で鋳込まれた鋳物への焼き付き等も惹起され難く、その結果、美しい鋳肌の鋳物が得られることに加え、鋳造後において、鋳型付き鋳造物に対して、アルカリ金属水酸化物の融液や水溶液中での加熱による鋳型の崩壊除去処理、或いはフッ化水素酸に投入することによる鋳型の崩壊除去処理を、容易に実施することが出来ることとなるのである。 Moreover, in precision casting molds obtained using a slurry containing such filler material as aggregate, the use of zircon grains and fine powder of zircon that have problems such as uneven distribution in the production area and difficulty in reuse Is effectively suppressed, and the reaction with the SiO 2 component and the molten metal component in the mold is less likely to be induced, so that seizure to a casting cast at a high temperature is less likely to be caused. In addition to obtaining a casting with a beautiful casting surface, after casting, the casting with a mold is subjected to mold collapse removal treatment by heating in an alkali metal hydroxide melt or aqueous solution, or hydrofluoric acid. This makes it possible to easily carry out the process of removing the mold by removing it from the mold.
ところで、精密鋳造鋳型を用いて鋳造を行なう際には、鋳込み時に金属溶湯と接する内側部分の表面特性、つまり精密鋳造鋳型の製造過程において、蝋型（ろう模型）が除去されることによって形成される空洞の内面部分の表面特性が、鋳物の出来上がりを左右することとなる。換言すれば、蝋型に最初に塗布されるスラリー及び散布されるスタッコ材（それらによって形成される第１層目のセラミックシェル層）の特性が、最も重要となるのである。なお、その後、同様にして、第２層目以降のセラミックシェル層が形成されていくのであるが、最外層のセラミックシェル層に向かうに従って、少し粒径の大きいスタッコ材が用いられて、バックアップセラミックシェル層が形成されることとなる。つまり、プライマリー層と呼ばれる第１層目のセラミックシェル層から数層に亘るセラミックシェル層の形成に用いられるスラリーに懸濁せしめられるフィラー材には、あらゆる面において、これまで一般的に用いられてきたジルコン微粉末より優れた特性を持つことが要求されるのである。 By the way, when casting using a precision casting mold, it is formed by removing the wax mold (wax model) in the manufacturing process of the precision casting mold, that is, the surface characteristics of the inner part that contacts the molten metal during casting. The surface characteristics of the inner surface of the cavity will influence the finished casting. In other words, the properties of the slurry first applied to the wax mold and the stucco material to be spread (the first ceramic shell layer formed by them) are the most important. In the same manner, the second and subsequent ceramic shell layers are formed in the same manner. However, a stucco material having a slightly larger particle size is used toward the outermost ceramic shell layer, and the backup ceramic is used. A shell layer will be formed. That is, the filler material suspended in the slurry used for forming the ceramic shell layer from the first ceramic shell layer called the primary layer to the several layers has been generally used in all aspects so far. It is required to have characteristics superior to those of fine zircon powder.
このため、本発明にあっては、必須の構成成分として、Ａｌ2 Ｏ3 ：３５重量％以上、９０重量％以下、ＳｉＯ2 ：５重量％以上、３５重量％以下、ＺｒＯ2 ：５重量％以上、４０重量％以下を含み、また、その他の酸化物の含有量は合計で５重量％以下となるような、全体の化学組成を有すると共に、また主結晶鉱物として、ムライト結晶及び／又はコランダム結晶とジルコン結晶とを含み、且つ粒子径が実質的に１μｍ〜２００μｍのものからなる耐火性微粉末を、精密鋳造鋳型製造用スラリーにおけるフィラー材として用いることとしたのであり、これによって、精密鋳造鋳型の製造に際してのプライマリー層の造型に用いられるジルコン粒やジルコン微粉末の使用量を効果的に低減せしめつつ、鋳物の鋳肌が美しい、欠陥の少ない精密鋳造鋳物を有利に製造することを可能ならしめたのである。しかも、そのようにして得られる精密鋳造鋳型は、鋳造後において、鋳型付き鋳造物に対して、アルカリ金属水酸化物融液やアルカリ金属水酸化物水溶液中で加熱することによる鋳型の崩壊除去処理、或いはフッ化水素酸への投入による鋳型の崩壊除去処理を、容易に行い得る特徴を有しており、これによって、より複雑な形状の鋳造物の製造が可能となっているのである。 Therefore, in the present invention, as essential constituents, Al 2 O 3 : 35 wt% or more and 90 wt% or less, SiO 2 : 5 wt% or more and 35 wt% or less, ZrO 2 : 5 wt% As mentioned above, it has an overall chemical composition that includes 40% by weight or less and the total content of other oxides is 5% by weight or less, and the main crystalline mineral includes mullite crystals and / or corundum. A refractory fine powder comprising crystals and zircon crystals and having a particle diameter of substantially 1 μm to 200 μm is used as a filler material in a slurry for producing a precision casting mold. Precision that has a beautiful casting surface and few defects, while effectively reducing the amount of zircon grains and fine powder of zircon used to mold the primary layer during mold production. It has become possible to produce castings advantageously. In addition, the precision casting mold thus obtained is a mold collapse removal treatment by heating the cast with mold in an alkali metal hydroxide melt or an alkali metal hydroxide aqueous solution after casting. Alternatively, the mold can be easily disintegrated and removed by adding it to hydrofluoric acid, which makes it possible to manufacture a casting having a more complicated shape.
なお、ここで、上記した本発明の対象とする耐火性微粒子における主結晶鉱物の一つであるムライト結晶は、理論組成上において、３Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 で表されるものであって、Ａｌ2 Ｏ3 ＝７１．８重量％、ＳｉＯ2 ＝２８．２重量％からなり、またコランダム結晶は、理論組成上において、Ａｌ2 Ｏ3 で表されるものであって、Ａｌ2 Ｏ3 ＝１００重量％からなり、更にジルコン結晶は、理論組成上において、ＺｒＯ2 ・ＳｉＯ2 で表されるものであって、ＺｒＯ2 ＝６７．２重量％、ＳｉＯ2 ＝３２．８重量％からなるものである。従って、本発明に従うフィラー材におけるムライト結晶とコランダム結晶とジルコン結晶の化学組成は、その他の酸化物を除いて考えると、理論上、以下の式で表されることとなる。
（１）ジルコン結晶量（重量％）＝ＺｒＯ2 含有量（重量％）／０．６７２
（２）ムライト結晶量（重量％）＝［ＳｉＯ2 含有量（重量％）−ジルコン結晶量（重量％）×０．３２８］／０．２８２
（３）コランダム結晶量（重量％）＝Ａｌ2 Ｏ3 含有量（重量％）−ムライト結晶量（重量％）×０．７１８
Here, the mullite crystal, which is one of the main crystalline minerals in the above-described refractory fine particles of the present invention, is represented by 3Al 2 O 3 .2SiO 2 on the theoretical composition, Al 2 O 3 = 71.8% by weight, SiO 2 = 28.2% by weight, and the corundum crystal is expressed by Al 2 O 3 in the theoretical composition, and Al 2 O 3 = The zircon crystal is composed of 100% by weight and is represented by ZrO 2 · SiO 2 in the theoretical composition, and is composed of ZrO 2 = 67.2% by weight and SiO 2 = 32.8% by weight. It is. Therefore, the chemical composition of the mullite crystal, the corundum crystal, and the zircon crystal in the filler material according to the present invention is theoretically expressed by the following formula, excluding other oxides.
(1) Zircon crystal amount (% by weight) = ZrO 2 content (% by weight) /0.672
(2) Mullite crystal amount (% by weight) = [SiO 2 content (% by weight) −Zircon crystal amount (% by weight) × 0.328] /0.282
(3) Corundum crystal amount (% by weight) = Al 2 O 3 content (% by weight) −Mullite crystal amount (% by weight) × 0.718
そして、上記の本発明に従う精密鋳造鋳型製造用スラリーのフィラー材を構成する耐火性微粉末において、Ａｌ2 Ｏ3 の含有割合が９０重量％を超えるようになると、従って耐火性微粉末中のＳｉＯ2 の含有割合が５重量％よりも少なく、またＺｒＯ2 の含有割合が５重量％よりも少なくなると、換言すれば主結晶鉱物に関して、理論的には、コランダム結晶は８３．５重量％よりも多くなり、またムライト結晶が９．１重量％未満及びジルコン結晶が７．４重量％未満となって、そのために、耐熱性は向上するものの、アルカリ金属水酸化物に不要なコランダム（Ａｌ2 Ｏ3 ）の結晶の割合が増加するようになる。而して、コランダム結晶は、ムライト結晶及びジルコン結晶に比して、熱膨張が大きく、そのため精密鋳造鋳型を構成するフィラー材の熱膨張が大きくなって、出来上がり鋳物寸法のバラツキや鋳型の割れ、差し込み欠陥等に悪影響を及ぼすこととなる。一方、耐火性微粉末中のＡｌ2 Ｏ3 の含有割合が３５重量％未満となると、耐熱性が低下して、精密鋳造鋳型製造用スラリーにおけるフィラー材としての耐熱性を維持することが困難となる。従って、本発明においては、Ａｌ2 Ｏ3 は、３５〜９０重量％の範囲内において、好ましくは６０〜８０重量％の範囲内において、含有せしめられることとなる。 And, in the refractory fine powder constituting the filler material of the slurry for precision casting mold production according to the present invention, when the content ratio of Al 2 O 3 exceeds 90% by weight, the SiO in the refractory fine powder is accordingly. When the content ratio of 2 is less than 5% by weight and the content ratio of ZrO 2 is less than 5% by weight, in other words, with respect to the main crystal mineral, theoretically, the corundum crystal is less than 83.5% by weight. In addition, the mullite crystal is less than 9.1 wt% and the zircon crystal is less than 7.4 wt%, which improves the heat resistance but is unnecessary for the alkali metal hydroxide (Al 2 O 3 ) The proportion of crystals increases. Thus, the corundum crystal has a larger thermal expansion than the mullite crystal and the zircon crystal, and therefore, the thermal expansion of the filler material constituting the precision casting mold is increased, resulting in variations in the finished casting size and cracking of the mold, This will adversely affect insertion defects. On the other hand, when the content ratio of Al 2 O 3 in the refractory fine powder is less than 35% by weight, the heat resistance is lowered, and it is difficult to maintain the heat resistance as a filler material in the slurry for precision casting mold production. Become. Accordingly, in the present invention, Al 2 O 3 is in the range of 35 to 90 wt%, preferably in the range of 60 to 80 wt%, and thus induced to contain.
また、ＳｉＯ2 の含有割合が３５重量％を超えるようになると、耐熱性が低下し、精密鋳造鋳型製造用スラリーのフィラー材としての耐熱性を維持することが困難となる。一方、ＳｉＯ2 の含有割合が５重量％未満となると、耐熱性は向上するものの、ムライト結晶やジルコン結晶の割合が減少し、コランダム結晶の割合が増加するようになる。而して、コランダム結晶は、アルカリ金属水酸化物の融液や水溶液に不溶であるだけでなく、ムライト結晶やジルコン結晶に比して、熱膨張が大きく、そのために、精密鋳造鋳型を構成するフィラー材の熱膨張が大きくなって、出来上がり鋳物寸法のバラツキや、鋳型の割れ、差し込み欠陥等に悪影響を及ぼすこととなる。このため、本発明にあっては、ＳｉＯ2 の含有量は、５〜３５重量％、好ましくは１０〜３０重量％の範囲内とされるのである。 Further, when the content ratio of SiO 2 exceeds 35% by weight, the heat resistance is lowered, and it becomes difficult to maintain the heat resistance as a filler material of the slurry for producing a precision casting mold. On the other hand, when the content ratio of SiO 2 is less than 5% by weight, although the heat resistance is improved, the ratio of mullite crystals and zircon crystals is decreased, and the ratio of corundum crystals is increased. Thus, corundum crystals are not only insoluble in melts and aqueous solutions of alkali metal hydroxides, but also have larger thermal expansion than mullite crystals and zircon crystals, and therefore constitute a precision casting mold. The thermal expansion of the filler material is increased, which adversely affects variations in the finished casting dimensions, cracks in the mold, insertion defects, and the like. Therefore, in the present invention, the content of SiO 2, 5 to 35% by weight, than preferably is in the range of 10 to 30 wt%.
さらに、ＺｒＯ2 の含有割合が４０重量％を超えるようになると、従ってジルコン結晶が５９．５重量％を超えるようになると、アルミナやムライトよりも価格が高いジルコン結晶の割合が増加して、経済的に不利となる他、フィラー材の重量が重くなる問題を生じるようになる。更に、ムライト結晶を含む配合の場合にあっては、高温では、高温の金属溶湯を用いた鋳造時に、ムライト結晶やジルコン結晶の分解が惹起されて、ガラス成分とジルコニア結晶が生成し、そして、このガラス成分が、鋳物表面に焼き付く問題を惹起することとなる。一方、ＺｒＯ2 の含有割合が５重量％未満となると、換言すればジルコン結晶が７．４重量％未満となると、コランダム結晶及び／又はムライト結晶の割合が増加し、ステンレス鋼溶湯等の高温鋳造時に、それらコランダム結晶及び／又はムライト結晶が、鋳型中のバインダー成分たるＳｉＯ2 成分や金属溶湯成分と反応する恐れがある。そして、かかる鋳型中のＳｉＯ2 成分が金属溶湯成分との反応により、アルカリ金属水酸化物の融液や水溶液中で加熱することによる鋳型の崩壊除去処理又はフッ化水素酸に投入することによる鋳型の崩壊除去処理によって、鋳型付き鋳造物から鋳型を除去することが困難となるのであり、特に、孔部やスリット部を含む複雑な形状の鋳造物からの鋳型の除去が困難となるのである。このため、本発明にあっては、ＺｒＯ2 は、５〜４０重量％の範囲内において、好ましくは１０〜２０重量％の範囲内において、用いられることとなるのである。 Furthermore, when the content ratio of ZrO 2 exceeds 40% by weight, and therefore when the zircon crystal exceeds 59.5% by weight, the ratio of zircon crystals, which are higher in price than alumina and mullite, increases. In addition to being disadvantageous, there is a problem that the weight of the filler material becomes heavy. Furthermore, in the case of a composition containing mullite crystals, at high temperatures, decomposition of mullite crystals and zircon crystals is induced during casting using a high-temperature molten metal, and glass components and zirconia crystals are produced, and This glass component causes a problem of seizing on the casting surface. On the other hand, when the ZrO 2 content is less than 5% by weight, in other words, when the zircon crystal is less than 7.4% by weight, the proportion of corundum crystals and / or mullite crystals increases, and high-temperature casting such as molten stainless steel Sometimes, these corundum crystals and / or mullite crystals may react with the SiO 2 component or the molten metal component as the binder component in the mold. Then, by the reaction of the SiO 2 component in the mold with the molten metal component, the mold is removed by disintegration removal treatment by heating in an alkali metal hydroxide melt or aqueous solution, or the mold is put into hydrofluoric acid. This disintegration removal process makes it difficult to remove the mold from the casting with the mold, and in particular, it becomes difficult to remove the mold from the casting having a complicated shape including the hole and the slit. Therefore, in the present invention, ZrO 2, in the range of 5 to 40% by weight, than preferably so that the in the range of 10 to 20 wt%, is used.
そして、本発明にあっては、上述の如きＡｌ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 とＺｒＯ2 との化学組成を全体として与えるように、ジルコン微粉末に対して、コランダム微粉末とムライト微粉末のうちの少なくとも何れか一つが配合されて、目的とする耐火性微粉末が調製されるのである。具体的には、ジルコン微粉末とコランダム微粉末とムライト微粉末との混合微粉末、ジルコン微粉末とコランダム微粉末との混合微粉末、及びジルコン微粉末とムライト微粉末との混合微粉末のうちの何れかが用いられるのであるが、その中でも、特に、それら三者の微粉末からなる混合微粉末が、有利に用いられることとなる。 In the present invention, in order to give the overall chemical composition of Al 2 O 3 , SiO 2, and ZrO 2 as described above, of the corundum fine powder and the mullite fine powder, At least one of them is blended to prepare the intended fire-resistant fine powder. Specifically, among the mixed fine powder of zircon fine powder, corundum fine powder and mullite fine powder, mixed fine powder of zircon fine powder and corundum fine powder, and mixed fine powder of zircon fine powder and mullite fine powder In particular, a mixed fine powder composed of these three fine powders is advantageously used.
ところで、耐熱性に関して、従来からフィラー材として用いられてきているジルコン微粉末は、ＪＩＳ−Ｒ−２２０４（１９９９）に規定される「ゼーゲルコーン耐火度」において、一般的に、ＳＫ３７（１８２５℃）を示すものであるところから、本発明において用いられるフィラー材は、それと同等、或いはそれ以上の耐火性を有する必要があるところ、本発明に従って、ジルコン微粉末に混合して用いられる、配合原料のコランダム微粉末やムライト微粉末は、ＳＫ３８（１８５０℃）以上の耐火性を示すものであるところから、本発明に従うフィラー材には、優れた耐火性乃至は耐熱性が付与されたものとなっているのであり、特に、その他の酸化物の含有割合が５重量％以下、好ましくは３重量％以下、より好ましくは１．５重量％以下となるようにしていることによって、より優れた耐火性が付与されているのである。 By the way, regarding heat resistance, zircon fine powder conventionally used as a filler material generally has SK37 (1825 ° C.) in “Seegel cone fire resistance” defined in JIS-R-2204 (1999). From what is shown, the filler material used in the present invention is required to have a fire resistance equivalent to or higher than that, and according to the present invention, the corundum of the blended raw material used by mixing with the zircon fine powder. Since the fine powder and the mullite fine powder exhibit a fire resistance of SK38 (1850 ° C.) or higher, the filler material according to the present invention is provided with excellent fire resistance or heat resistance. In particular, the content of other oxides is 5% by weight or less, preferably 3% by weight or less, more preferably 1.5% by weight. By being set to be less, than better fire resistance is imparted.
そして、本発明に従うフィラー材は、公知の如く、目的とする製品形状に対応した形状を有する蝋型に対して、その表面を被覆し、更には精密鋳造鋳型造型用のスタッコ材を付着保持するスラリーの骨材として、コロイダルシリカやエチルシリケート等の無機バインダーに懸濁せしめられるものであるが、そのようなフィラー材を構成する耐火性微粉末において、その粒子形状は何等限定されるものではなく、粒子径が１μｍ〜２００μｍの範囲内のものにて実質的に構成されるようになっている。ここで、かかるフィラー材（耐火性微粉末）の粒子径が２００μｍを超えるようになると、耐火性微粉末を無機バインダーに懸濁する際に沈降し、精密鋳造鋳型製造用のスラリーとして適正な粘性が得られず、蝋型の細部にまで均一にスラリーを塗布することが出来なくなるのである。一方、かかる粒子径が１μｍ未満となると、耐火性微粉末を無機バインダーに懸濁する際に、スラリーの粘度が上がり過ぎ、無機バインダーのゲル化を惹起せしめ、更にはフィラー材の表面積が増えることにより、フィラー材が、鋳型中のＳｉＯ2 成分及び／又は金属溶湯成分と反応し易くなる問題を惹起する。なお、そのような耐火性微粉末の粒子径は、一般に、ＪＩＳ−Ｚ−８８１５のふるい分け試験方法通則に規定される湿式ふるい分け及び／又はＪＩＳ−Ｚ−８８２５の粒子径解析−レーザー回折・散乱法にて測定されるものである。また、かかるフィラー材の平均粒子径（Ｄ50）としては、一般に、１０〜５０μｍ程度が採用されることとなる。 As is well known, the filler material according to the present invention covers the surface of a wax mold having a shape corresponding to the target product shape, and further adheres and holds a stucco material for precision casting mold making. As the aggregate of the slurry, it can be suspended in an inorganic binder such as colloidal silica or ethyl silicate, but in the refractory fine powder constituting such filler material, the particle shape is not limited at all. The particle diameter is substantially constituted by those in the range of 1 μm to 200 μm. Here, when the particle diameter of such filler material (refractory fine powder) exceeds 200 μm, it settles when suspending the refractory fine powder in an inorganic binder and is suitable as a slurry for manufacturing a precision casting mold. Thus, the slurry cannot be uniformly applied to the details of the wax mold. On the other hand, when the particle diameter is less than 1 μm, when the refractory fine powder is suspended in the inorganic binder, the viscosity of the slurry is excessively increased, causing gelation of the inorganic binder and further increasing the surface area of the filler material. This causes a problem that the filler material easily reacts with the SiO 2 component and / or the molten metal component in the mold. The particle size of such a refractory fine powder is generally determined by wet screening and / or particle size analysis of JIS-Z-8825 as defined in the JIS-Z-8815 general screening test method-laser diffraction / scattering method. It is measured by. Moreover, as an average particle diameter (D50) of this filler material, generally about 10-50 micrometers will be employ | adopted.
また、上記の如き本発明に従う精密鋳造鋳型製造用スラリーにおけるフィラー材を製造するに際して、その製造方法としては、特に限定されるものではなく、公知の各種の耐火性微粉末の製造方法が、何れも、適宜に採用され得るところである。例えば、かかるフィラー材の原料に用いられる微粉末は、溶融アルミナ、焼結アルミナ、溶融ムライト、焼結ムライト、シャモット、ジルコンサンド等の粗粉砕物を、ボールミル等で微粉砕することにより、得ることが出来る。特に、本発明にあっては、フィラー材を構成する耐火性微粉末は、コランダム微粉末とムライト微粉末とジルコン微粉末との混合微粉末、コランダム微粉末とジルコン微粉末との混合微粉末、或いはムライト微粉末とジルコン微粉末との混合微粉末にて、構成されることとなる。また、フィラー材の化学組成の調整においても、スラリーの製造前にフィラー材の各構成成分を予め混合して、フィラー材を調製しておくことも可能であり、更にコランダム原料及びムライト原料を溶融若しくは焼成する際に配合せしめることにより、同時にコランダムやムライトを形成して、それを用いたり、或いは精密鋳造鋳型製造用スラリーの製造中にフィラー材の各構成成分を計量して投入し、スラリータンク内において混合撹拌することにより、目的とする化学組成のフィラー材が懸濁せしめられてなるスラリーを製造することも可能である。 Further, when producing the filler material in the slurry for precision casting mold production according to the present invention as described above, the production method is not particularly limited, and any of various known methods for producing refractory fine powders may be used. Can be adopted as appropriate. For example, the fine powder used for the raw material of the filler material can be obtained by finely pulverizing a coarsely pulverized product such as molten alumina, sintered alumina, molten mullite, sintered mullite, chamotte, zircon sand, etc. with a ball mill or the like. I can do it. In particular, in the present invention, the refractory fine powder constituting the filler material is a mixed fine powder of corundum fine powder, mullite fine powder and zircon fine powder, mixed fine powder of corundum fine powder and zircon fine powder, Alternatively, it is composed of a mixed fine powder of mullite fine powder and zircon fine powder. In addition, in the adjustment of the chemical composition of the filler material, it is also possible to prepare the filler material by mixing each component of the filler material in advance before manufacturing the slurry, and further melt the corundum raw material and mullite raw material. Or, by mixing it during firing, corundum and mullite are formed at the same time and used, or each constituent component of the filler material is weighed and added during the production of the slurry for precision casting mold production, and the slurry tank It is also possible to produce a slurry in which the filler material having the target chemical composition is suspended by mixing and stirring inside.
ところで、本発明に従う精密鋳造鋳型製造用スラリーのフィラー材を用いてスラリーを調製し、更にそのスラリーを用いて精密鋳造鋳型を製造するに際しては、例えば、以下のようにして行われることとなる。 By the way, when a slurry is prepared using a filler material of a slurry for producing a precision casting mold according to the present invention and a precision casting mold is produced using the slurry, for example, the following is performed.
先ず、従来と同様にして、目的とする鋳物形状を有する製品蝋型を多数作製し、そしてそれら作製された製品蝋型の適数個を、湯口、湯道、堰の部分となる湯口系蝋型と共に、一体的に組み立てることにより、ツリー（蝋型又はろう模型）が製作される。 First, in the same manner as in the prior art, a number of product wax molds having the desired casting shape are produced, and an appropriate number of the produced product wax molds are made into the gates, runners and weirs. By assembling together with the mold, a tree (wax mold or wax model) is produced.
次いで、かかるツリーを、撹拌機にて撹拌することによって懸濁状態とされたセラミックスラリー中に、浸漬（ディッピング）することにより、ツリー表面がセラミックスラリーにて被覆されることとなる。 Next, the surface of the tree is coated with the ceramic slurry by immersing (dipping) the tree in a ceramic slurry that has been suspended by stirring with a stirrer.
そして、そこで用いられるセラミックスラリーが、本発明に従うフィラー材を所定の無機バインダーに懸濁せしめてなるものとなるのである。なお、そこで用いられる無機バインダーとしては、従来から、ロストワックス法（インベストメント法）において、セラミックシェル層を形成するために用いられて来ているスラリーを与える、公知の無機バインダーが適宜に選定され得るものであるが、一般に、コロイダルシリカ又はエチルシリケートからなる無機バインダーを選択し、それに、必要に応じて、水やアルコール等の媒体を配合したものが、有利に用いられることとなる。 And the ceramic slurry used there becomes what suspends the filler material according to this invention in a predetermined inorganic binder. In addition, as an inorganic binder used there, a known inorganic binder that gives a slurry that has been used to form a ceramic shell layer in the lost wax method (investment method) can be appropriately selected. In general, however, an inorganic binder made of colloidal silica or ethyl silicate is selected, and, if necessary, a medium such as water or alcohol is advantageously used.
なお、そこで、無機バインダーとしてのコロイダルシリカには、粒子径が３〜２００ｎｍ程度の超微粒子の無定形シリカが分散媒に対して安定的に分散されてなるものが、一般に、用いられることとなる。中でも、そのようなコロイダルシリカとしては、特に、シリカ粒子径が３〜３０ｎｍ程度であり、且つ２０〜４０重量％程度の濃度で分散せしめられてなるシリカゾルが、好ましく用いられるのである。また、エチルシリケートとしては、テトラエチルオルソシリケートやエチルシリケート４０、エチルシリケート２８等が好ましく用いられることとなる。 Accordingly, as colloidal silica as the inorganic binder, those in which ultrafine amorphous silica having a particle diameter of about 3 to 200 nm is stably dispersed in a dispersion medium are generally used. . Among these, as such colloidal silica, silica sol having a silica particle diameter of about 3 to 30 nm and dispersed at a concentration of about 20 to 40% by weight is particularly preferably used. Further, as ethyl silicate, tetraethyl orthosilicate, ethyl silicate 40, ethyl silicate 28, or the like is preferably used.
また、本発明に従うフィラー材を無機バインダーに懸濁せしめて得られるスラリーにあっては、かかるフィラー材の懸濁に際し、比重換算によって、下記の如き体積比による配合割合が、有利に採用されることとなる。即ち、フィラー材については、ＪＩＳ−Ｋ−００６１の「化学製品の密度及び比重測定方法」によって測定される真比重を用い、それから換算される粉体の体積と、精密鋳造で一般的に使用されている比重１．２のコロイダルシリカから換算される体積との比が０．８〜１．２となる割合となるようにして、コロイダルシリカからなるバインダー中に、フィラー材が懸濁せしめられて、目的とするスラリーが製造されるのである。なお、この際、スラリーは、ツリーに均一に付着する粘性を有するように調整されて、製造されるようになっている。 Further, in the slurry obtained by suspending the filler material according to the present invention in the inorganic binder, the mixing ratio by the following volume ratio is advantageously employed in terms of specific gravity when suspending the filler material. It will be. In other words, for filler materials, the true specific gravity measured by “Method for measuring density and specific gravity of chemical products” of JIS-K-0061 is used. The filler material is suspended in the binder made of colloidal silica so that the ratio with the volume converted from colloidal silica having a specific gravity of 1.2 is 0.8 to 1.2. The intended slurry is produced. At this time, the slurry is adjusted and manufactured so as to have a viscosity that uniformly adheres to the tree.
さらに、そのようなスラリーに対しては、必要に応じて、従来からロストワックス法（インベストメント法）において用いられている公知のスラリーと同様に、各種の界面活性剤やゲル化促進剤等が、適宜に含有せしめられることとなる。 Furthermore, for such a slurry, if necessary, various surfactants and gelation accelerators, etc., as well as known slurries conventionally used in the lost wax method (investment method), It will be contained appropriately.
そして、本発明に従う精密鋳造鋳型の製造においては、そのようなスラリー中に浸漬（ディッピング）せしめられたツリー（蝋型）を、スラリーから引き揚げた後、かかるツリーを被覆し、付着するスラリーが乾かないうちに、所定のスタッコ材が振り掛けられる（スタッコイングされる）のである。なお、このスタッコ材の振り掛けに際しては、従来から公知の振掛け方法が、何れも適宜に採用され、例えば、スタッコ材を雨状に落すことによって、振掛けを行なう落下式振掛け法（レインサンダー法）や、ツリーを容器内に収容し、容器の底部から吹き出される空気によって、スタッコ材を浮遊又は流動させることによって、振掛けを行なう固体流動床式振掛け法等を採用して、目的とするスタッコイングが行なわれるのである。 In the production of a precision casting mold according to the present invention, a tree (wax mold) dipped in such a slurry is lifted from the slurry, and then the tree is covered and the adhered slurry is dried. In the meantime, a predetermined stucco material is sprinkled (stuccoed). In addition, when the stucco material is sprinkled, any conventionally known sprinkling method is appropriately employed. For example, a drop-type sprinkling method (rain sander) that performs sprinkling by dropping the stucco material in the rainy state. Method) or a solid fluidized bed type sprinkling method in which the tree is placed in a container and the stucco material is floated or flowed by the air blown from the bottom of the container. The stuccoing is performed.
ここで用いられるスタッコ材としては、公知のものの中から適宜に選定され得るところであって、例えば、ジルコンサンドの如き天然の耐火性粒子の他、特開２０１３−７５３１２号公報や特開２０１３−７５３１３号公報等に開示の如き、Ａｌ2 Ｏ3 ：５０〜９５重量％、ＳｉＯ2 ：５〜５０重量％及びその他の酸化物：０〜１５重量％からなる、見掛け気孔率が５％未満の球状の耐火性粒子や、Ａｌ2 Ｏ3 ：４０〜７０重量％、ＳｉＯ2 ：３０〜６０重量％及びその他の酸化物：７重量％未満からなる、見掛け気孔率が５〜１４％の多孔質球状耐火性粒子等が、用いられることとなる。特に、プライマリー層を構成する鋳造時に溶湯と接する最内層の形成に用いられるスタッコ材は、その形状が付着性と鋳肌の滑らかさに影響を与え、中でも付着性が悪いと、差し込みや湯漏れ等の欠陥の原因ともなるところから、粒子径が０．０５ｍｍ〜０．４ｍｍ程度の、好ましくは０．１〜０．３ｍｍ程度の、角のない球状に近いものが好ましく、更に材質としては、耐熱性が高く、熱膨張特性が良好なムライト質やコランダム質、ムライト・コランダム質等の人工球状粒子が、好ましく用いられることとなる。 The stucco material used here can be appropriately selected from known materials. For example, in addition to natural refractory particles such as zircon sand, JP2013-75312A and JP2013-75313A. Spherical particles having an apparent porosity of less than 5% consisting of Al 2 O 3 : 50 to 95% by weight, SiO 2 : 5 to 50% by weight and other oxides: 0 to 15% by weight Refractory particles of Al 2 O 3 : 40 to 70% by weight, SiO 2 : 30 to 60% by weight and other oxides: porous spheres having an apparent porosity of 5 to 14% Refractory particles or the like will be used. In particular, the stucco material used to form the innermost layer that comes into contact with the molten metal during casting, which constitutes the primary layer, affects the adhesion and smoothness of the casting surface. From the point of causing defects such as, a particle diameter of about 0.05 mm to 0.4 mm, preferably about 0.1 to 0.3 mm, preferably close to a sphere without corners, and further, as a material, Artificial spherical particles such as mullite, corundum and mullite / corundum having high heat resistance and good thermal expansion characteristics are preferably used.
その後、かかるスラリーの被覆やスタッコ材の振り掛けが施されたツリー（蝋型）を、自然乾燥や機械乾燥を行なうことによって、最内層となる第１層目のセラミックシェル層が形成されるのである。そして、セラミック・シェルモールド法によれば、かかる第１層のセラミックシェル層の形成された蝋型に対して、更に、上記と同様にして、ディッピング、スタッコイング及び乾燥からなる一連のシェル層形成工程を複数回（４〜１０回）繰り返すことにより、蝋型上に、複数のセラミックシェル層（全体厚さ：約３〜１０ｍｍ）が積層、形成されるのである。 Thereafter, the first ceramic shell layer, which is the innermost layer, is formed by subjecting the tree (wax mold) coated with the slurry or sprinkled with the stucco material to natural drying or mechanical drying. . Then, according to the ceramic shell mold method, a series of shell layers including dipping, stuccoing and drying are further formed in the same manner as described above on the wax mold on which the first ceramic shell layer is formed. By repeating the process a plurality of times (4 to 10 times), a plurality of ceramic shell layers (total thickness: about 3 to 10 mm) are laminated and formed on the wax mold.
このように、精密鋳造鋳型の製造にあっては、本発明に従うフィラー材が懸濁せしめられたスラリーを用いて、最内層（第１層）のセラミックシェル層を形成し、そして、かかる第一層のセラミックシェル層が形成されたツリー（蝋型）に対して、更に、同様なセラミックシェル層形成工程を複数回繰り返すことにより、鋳型壁となる複数のセラミックシェル層を積層形成するのであるが、そこにおいて、最内層よりも外側の少なくとも一つのセラミックシェル層は、スラリーとして、前記本発明に従うフィラー材を懸濁せしめられたものを用いて、形成することが望ましい。 Thus, in the production of a precision casting mold, the ceramic shell layer of the innermost layer (first layer) is formed using the slurry in which the filler material according to the present invention is suspended, and the first A plurality of ceramic shell layers to be a mold wall are laminated and formed by repeating a similar ceramic shell layer forming process a plurality of times for a tree (wax-shaped) having a ceramic shell layer formed thereon. In this case, it is desirable that at least one ceramic shell layer outside the innermost layer is formed using a slurry in which the filler material according to the present invention is suspended as a slurry.
すなわち、鋳造時に金属溶湯に接して、得られる鋳物の鋳肌面を形成するセラミックシェル層は、最内層（第１層）のセラミックシェル層であるところから、かかる最内層のセラミックシェル層を形成せしめるスラリーとしては、本発明に従うフィラー材を懸濁せしめてなるスラリーが用いられる一方、最内層よりも外側のセラミックシェル層についても、かかる最内層（第１層）から数層に亘るプライマリー層においては、溶湯からの熱を受けやすい。このため、最内層より外側のセラミックシェル層は、本発明に従うフィラー材の他に、溶融シリカ微粉末やムライト微粉末、シャモット微粉末等が、フィラー材として用いられ得るものの、それらは、耐反応性及び／又は耐熱性において、本発明に従うフィラー材よりも劣るために、特に、溶湯からの熱を受け、高温となるプライマリー層においては、本発明に従うフィラー材を用いることによって、精密鋳造鋳型の耐反応性及び／又は耐熱性が向上せしめられ、焼着や肌荒れのない、寸法精度に優れた美しい鋳肌を持つ鋳物を有利に製造することが出来る利点がある。 That is, the ceramic shell layer that contacts the molten metal at the time of casting and forms the cast skin surface of the resulting casting is the ceramic shell layer of the innermost layer (first layer), so the innermost ceramic shell layer is formed. As the slurry to be squeezed, a slurry in which the filler material according to the present invention is suspended is used. On the other hand, the ceramic shell layer outside the innermost layer is also used in the primary layer from the innermost layer (first layer) to several layers. Is susceptible to heat from the molten metal. For this reason, the ceramic shell layer outside the innermost layer can be used as a filler material in addition to the filler material according to the present invention, such as fused silica fine powder, mullite fine powder, and chamotte fine powder. In the primary layer which receives heat from the molten metal and becomes a high temperature because it is inferior to the filler material according to the present invention in terms of property and / or heat resistance, by using the filler material according to the present invention, The reaction resistance and / or heat resistance is improved, and there is an advantage that it is possible to advantageously produce a casting having a beautiful casting surface excellent in dimensional accuracy, without causing seizure or roughening.
なお、精密鋳造鋳型の製造に際して用いられるスタッコ材は、最内層のセラミックシェル層から最外層のセラミックシェル層へ向うに従って、一般に、その粒子径が大きくされることとなる。これにより、鋳造時に溶湯と接して、鋳物の鋳肌面を形成する内層側の表面粗度を小さくして、得られる鋳物の鋳肌を、有利に、焼着や肌荒れ欠陥のない、滑らかな美しいものと為し得ると共に、得られる鋳型の強度と通気度を、有利に向上させることが可能となる。 Note that the stucco material used in the production of a precision casting mold generally has a particle diameter that increases from the innermost ceramic shell layer to the outermost ceramic shell layer. As a result, the surface roughness of the inner layer forming the casting surface of the casting is reduced in contact with the molten metal at the time of casting, and the casting surface of the resulting casting is advantageously smooth and free from seizure or rough surface defects. In addition to being beautiful, it is possible to advantageously improve the strength and air permeability of the resulting mold.
次いで、このようにしてツリー（蝋型）上に積層形成された複数のセラミックシェル層を、オートクレーブ内にて１２０〜１５０℃程度の温度に加熱することにより、蝋型を溶融、除去し、更にその後、かかる蝋型の除去された複数のセラミックシェル層を、焼成炉内において、８００〜１２００℃程度の温度にて、３０分〜１２０分の間、焼成することにより、複数のセラミックシェル層（焼結層）からなる鋳型壁を有する中空の精密鋳造鋳型が得られるのである。 Next, the plurality of ceramic shell layers laminated on the tree (wax mold) in this way are heated to a temperature of about 120 to 150 ° C. in an autoclave to melt and remove the wax mold, Thereafter, the plurality of ceramic shell layers from which the wax mold has been removed are fired in a firing furnace at a temperature of about 800 to 1200 ° C. for 30 minutes to 120 minutes, whereby a plurality of ceramic shell layers ( A hollow precision casting mold having a mold wall made of a sintered layer is obtained.
そして、上述のようにして製造された精密鋳造鋳型を用いて、鋳物を製造するに際しては、蝋型が除去されて出来た鋳型の空洞部分に、所定の金属溶湯を流し込むことにより、目的とする鋳物が鋳造されることとなるのであるが、本発明にあっては、かかる鋳物の鋳込方法は、何等限定されるものではなく、例えば、置注ぎ法や反転加圧法、吸引鋳造法、遠心鋳造法等の、従来から公知の手法が、何れも有利に用いられる。 And when manufacturing a casting using the precision casting mold manufactured as mentioned above, it is aimed by pouring a predetermined molten metal into the cavity of the mold formed by removing the wax mold. In the present invention, the casting method of the casting is not limited in any way. For example, the casting method, the reverse pressure method, the suction casting method, the centrifugal casting method, and the like. Any conventionally known method such as a casting method can be advantageously used.
その後、かかる鋳造された鋳物には、溶湯が凝固した後、型ばらしが施されることとなる。この型ばらしは、ノックアウトマシンで処理することにより、鋳物から概ねの鋳型を除去せしめ、更に、ショットブラスト処理及び／又はサンドブラスト処理を行うことにより、鋳肌に付着した鋳型を除去し、鋳肌を整えることが行われる。一方で、孔部やスリット部を含むステンレス鋼や耐熱鋼の鋳物等、酸やアルカリへの耐食性の高い鋳物にあっては、ノックアウトマシンでの処理後に、化学的に鋳型を崩壊除去せしめ、その後に、ショットブラスト処理及び／又はサンドブラスト処理が実施されるのである。なお、かかる化学的な鋳型の崩壊除去は、鋳物を、水酸化ナトリウム溶液や水酸化カリウム溶液に浸漬させて、オートクレーブで加圧、加熱せしめる手法の他、鋳物を、溶融させた水酸化ナトリウム融液に浸漬させる手法や鋳物をフッ化水素酸に浸漬せしめる手法等、従来から公知の手法が適宜に選択されて、用いられることにより、鋳物表面に付着する鋳型（スタッコ材やフィラー材等）が除去せしめられるのである。 Thereafter, the cast casting is subjected to mold release after the molten metal has solidified. This mold release is processed by a knock-out machine to remove almost the casting mold from the casting, and further, shot blasting treatment and / or sand blasting treatment is performed to remove the casting mold adhered to the casting skin, and the casting skin is removed. Preparation is done. On the other hand, for castings with high corrosion resistance to acids and alkalis, such as castings of stainless steel and heat-resisting steel including holes and slits, the mold is chemically disintegrated and removed after treatment with a knockout machine. In addition, the shot blasting process and / or the sandblasting process is performed. Such chemical mold disintegration and removal include not only a technique in which the casting is immersed in a sodium hydroxide solution or a potassium hydroxide solution and then pressurized and heated in an autoclave, but also the molten sodium hydroxide melted into the casting. A mold (stucco material, filler material, etc.) that adheres to the casting surface can be obtained by appropriately selecting and using a conventionally known method such as a method of immersing in a liquid or a method of immersing a casting in hydrofluoric acid. It can be removed.
このように、本発明に従うフィラー材を用いて得られた精密鋳造鋳型にあっては、フィラー材として、ジルコン結晶と共に、ムライト結晶及び／又はコランダム結晶を、主結晶鉱物として含む耐火性微粉末にて、構成したものであるところから、フィラー材としてのジルコン微粉末の使用量を効果的に低減せしめ得るだけでなく、精密鋳造鋳型製造用スタッコ材にジルコン粒を必要とせず、従ってそのコストが有利に低減せしめられ得たのであり、更には、ムライトやコランダムのみで構成される精密鋳造鋳型では為し得なかった鋳型の化学的崩壊除去が可能となる等の特徴を発揮するものとなる。 Thus, in the precision casting mold obtained using the filler material according to the present invention, the filler material is a refractory fine powder containing mullite crystals and / or corundum crystals as main crystal minerals together with zircon crystals. In addition to being able to effectively reduce the amount of zircon fine powder used as a filler material, the stucco material for precision casting mold production does not require zircon grains, and therefore its cost is reduced. Further, it can be advantageously reduced, and further, it exhibits characteristics such as the ability to chemically remove and remove a mold that could not be achieved with a precision casting mold composed only of mullite and corundum.
なお、本発明に従うフィラー材を用いて得られた精密鋳造鋳型にて鋳造される金属溶湯としては、公知の各種のものをその対象とすることが出来るが、特に、本発明の上記した特徴は、鋳込み温度が高くなり、形状が複雑で、鋳型の崩壊除去が困難になり易い、ステンレス鋼、炭素鋼、Ｃｒ−Ｍｏ鋼、耐熱鋼等において、より一層有利に発揮され得るものである。 In addition, as a molten metal cast with a precision casting mold obtained using the filler material according to the present invention, various known ones can be targeted, and in particular, the above-described features of the present invention are It can be more advantageously exhibited in stainless steel, carbon steel, Cr-Mo steel, heat-resisting steel, etc., in which the casting temperature is high, the shape is complicated, and the mold is difficult to disintegrate and remove.
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述してきたが、それは、あくまでも、例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等限定的に解釈されるものでないことが、理解されるべきである。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, they are merely examples, and the present invention is interpreted in a limited manner by specific descriptions according to such embodiments. It should be understood that it is not done.
例えば、上述の実施形態においては、本発明に従うフィラー材を用いて得られた精密鋳造鋳型は、セラミック・シェルモールド法によって製作されているが、本発明に従うフィラー材は、そのようなセラミック・シェルモールド法以外にも、例えば、容器内に充填した耐火材によるバックアップを行なって鋳造する、ソリッド・モールド法による精密鋳造鋳型の製造にも、有利に用いられ得るものである。そして、そのようなソリッド・モールド法により得られる精密鋳造鋳型にあっても、上記したような優れた効果が、同様に実現され得ることとなるのである。 For example, in the above-described embodiment, the precision casting mold obtained using the filler material according to the present invention is manufactured by the ceramic shell mold method, but the filler material according to the present invention is such a ceramic shell. In addition to the molding method, for example, it can be advantageously used for the production of a precision casting mold by the solid molding method in which a refractory material filled in a container is backed up and cast. Even in the precision casting mold obtained by such a solid mold method, the excellent effects as described above can be realized in the same manner.
以下に、本発明の幾つかの実施例を示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加え得るものであることが、理解されるべきである。 Hereinafter, some examples of the present invention will be shown and the present invention will be more specifically clarified, but the present invention is not limited by the description of such examples. It goes without saying. In addition to the following examples, the present invention includes various changes and modifications based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention, in addition to the above specific description. It should be understood that improvements can be made.
先ず、フィラー材の調製のために、以下のコランダム微粉末とムライト微粉末とジルコン微粉末とを準備した。 First, in order to prepare the filler material, the following corundum fine powder, mullite fine powder, and zircon fine powder were prepared.
すなわち、コランダム微粉末としては、一般的な焼結アルミナ微粉末を準備した。この微粉末の粒度分布測定を行ったところ、中心粒径：Ｄ50が１５μｍ、最大粒径が４５μｍであることを確認した。また、そのような微粉末について、化学分析及びＸ線回折測定による結晶相の同定を行ったところ、Ａｌ2 Ｏ3 ：９９．６重量％、ＳｉＯ2 ：０．０１重量％、その他の酸化物：０．３９重量％からなり、且つ実質的にコランダム結晶からなるものであることが確認された。 That is, a general sintered alumina fine powder was prepared as the corundum fine powder. When the particle size distribution of this fine powder was measured, it was confirmed that the center particle size: D 50 was 15 μm and the maximum particle size was 45 μm. Further, when the crystal phase of such fine powder was identified by chemical analysis and X-ray diffraction measurement, Al 2 O 3 : 99.6 wt%, SiO 2 : 0.01 wt%, other oxides : 0.39% by weight, and was confirmed to be substantially composed of corundum crystals.
また、ムライト微粉末は、水酸化アルミニウム及び粘度鉱物を用い、ムライト結晶が生成されるように、高温炉にて焼成し、更にそれを粉砕して、耐火性微粉末を得ることにより、準備した。この微粉末の粒度分布測定を行ったところ、中心粒径：Ｄ50が１８μｍ、最大粒径が４５μｍであることを確認した。また、そのような微粉末について、化学分析及びＸ線回折測定による結晶相の同定を行ったところ、Ａｌ2 Ｏ3 ：７０．８重量％、ＳｉＯ2 ：２７．５重量％、その他の酸化物：１．７重量％からなり、且つ実質的にムライト結晶からなるものであることを確認した。 In addition, the mullite fine powder was prepared by using aluminum hydroxide and a viscous mineral, firing in a high-temperature furnace so as to produce mullite crystals, and further crushing it to obtain a refractory fine powder. . When the particle size distribution of this fine powder was measured, it was confirmed that the center particle size: D 50 was 18 μm and the maximum particle size was 45 μm. Further, the crystal phase of such fine powder was identified by chemical analysis and X-ray diffraction measurement. As a result, Al 2 O 3 : 70.8 wt%, SiO 2 : 27.5 wt%, other oxides It was confirmed that the composition was composed of 1.7% by weight and substantially composed of mullite crystals.
さらに、ジルコン微粉末は、天然産出のジルコンを微粉砕して得られたジルコンフラワーを用いることとした。このジルコンフラワーの粒度分布測定を行ったところ、中心粒径：Ｄ50が１８μｍ、最大粒径が４５μｍであることを確認した。また、そのようなジルコンの微粉末について、化学分析及びＸ線回折測定による結晶相の同定を行ったところ、Ａｌ2 Ｏ3 ：０．３重量％、ＳｉＯ2 ：３２．７重量％、ＺｒＯ2 ：６６．１重量％、その他の酸化物：０．９重量％からなり、且つ実質的にジルコン結晶からなるものであることを確認した。 Further, as the zircon fine powder, zircon flour obtained by finely pulverizing naturally-produced zircon was used. Was subjected to particle size distribution measurement of the zircon flour, center particle diameter: D 50 was confirmed to be 18 [mu] m, the maximum particle size is 45 [mu] m. Moreover, when the crystal phase of such a fine powder of zircon was identified by chemical analysis and X-ray diffraction measurement, Al 2 O 3 : 0.3 wt%, SiO 2 : 32.7 wt%, ZrO 2 : 66.1% by weight, other oxides: 0.9% by weight, and substantially consisting of zircon crystals.
次いで、かかる３種の微粉末、即ちコランダム微粉末、ムライト微粉末及びジルコン微粉末を用いて、下記表１及び表２に示される割合において混合せしめて、各種のフィラー材Ａ〜Ｓを調製した。そして、この調製されたフィラー材Ａ〜Ｓについて、それぞれ、以下の如くして真比重の測定と耐熱性試験を実施した。 Subsequently, using these three kinds of fine powders, that is, corundum fine powder, mullite fine powder, and zircon fine powder, they were mixed in the proportions shown in Tables 1 and 2 below to prepare various filler materials A to S. . And about this prepared filler material AS, the measurement of a true specific gravity and the heat resistance test were implemented as follows, respectively.
−フィラー材の真比重の測定−
コランダム微粉末、ムライト微粉末及びジルコン微粉末について、それぞれ、ＪＩＳ−Ｋ−００６１に規定される「化学製品の密度及び比重測定方法」準じて、その真比重の測定を実施した。下記表１及び表２おけるフィラー材Ａ〜Ｓの真比重は、上記３種類の微粉末の真比重と、それらの配合割合から算出し、その結果を、下記表１及び表２に併せて示した。
-Measurement of true specific gravity of filler material-
The true specific gravity of each of the corundum fine powder, the mullite fine powder, and the zircon fine powder was measured in accordance with “Method for measuring density and specific gravity of chemical products” defined in JIS-K-0061. The true specific gravity of the filler materials A to S in the following Table 1 and Table 2 is calculated from the true specific gravity of the above three kinds of fine powders and their blending ratio, and the results are shown in Table 1 and Table 2 below. It was.
−耐熱性試験−
各フィラー材の５０ｇを、アルミナるつぼ（内径：４５ｍｍ、高さ：４０ｍｍ）に入れて、電気炉で１５００℃まで加熱し、更に３０分間保持した後、冷却し、その得られた試料の性状を触接により判断し、茶さじ等で容易に解すことが出来る場合を「○」、塊状であり、解すことが出来ない場合若しくは溶融している場合を「×」として、評価することにより、耐熱性試験を行い、その結果を、下記表１及び表２に併せて示した。
-Heat resistance test-
50 g of each filler material is put in an alumina crucible (inner diameter: 45 mm, height: 40 mm), heated to 1500 ° C. in an electric furnace, held for another 30 minutes, cooled, and the properties of the obtained sample are Judgment is made by touching, and the case where it can be easily solved with a teaspoon etc. is evaluated as “○”, and the case where it is in the form of a lump and cannot be unraveled or melted is evaluated as “x”. The test was conducted and the results are shown in Table 1 and Table 2 below.
かかる表１及び表２の結果から明らかなように、フィラー材Ａ〜Ｌ及びＯ〜Ｑ，Ｓにあっては、何れも、１５００℃で３０分間加熱されても、粒子の過焼結や溶融はなく、フィラー材として実用可能なものであると認めることが出来る。一方、フィラー材Ｍ，Ｎ及びＲは、粒子が、溶融には至らないものの、焼結しており、フィラー材として、耐熱性が低いものであることが示唆された。 As is clear from the results of Tables 1 and 2, the filler materials A to L and O to Q, S are all oversintered and melted even when heated at 1500 ° C. for 30 minutes. It can be recognized that it is practical as a filler material. On the other hand, the filler materials M, N and R were sintered although the particles did not reach melting, suggesting that the filler material has low heat resistance.
［スラリーの作製］
バインダーとして、コロイダルシリカ（ＳｉＯ2 ：２６重量％、水分量：７０重量％、その他：４重量％、比重：１．２０）を用い、それに、上記のフィラー材Ａ〜Ｓを骨材としてそれぞれ混合し、懸濁せしめることにより、各種のスラリーを作製した。なお、フィラー材の混合割合は、フィラー材の測定された真比重から求められる体積比で、バインダー：フィラー材＝１：１となる割合を採用した。そして、それぞれのスラリーの作製に際して、懸濁が容易な場合を「○」、懸濁が困難な場合を「△」、そして混合、懸濁が出来ない場合を「×」として、スラリー作製の容易さの評価を行うと共に、蝋型に対するスラリーの付着性試験を、下記の如く実施して、それらの結果を、下記表３及び表４にそれぞれ示した。
[Preparation of slurry]
Colloidal silica (SiO 2 : 26% by weight, moisture content: 70% by weight, others: 4% by weight, specific gravity: 1.20) is used as a binder, and the above filler materials A to S are mixed as aggregates. Then, various slurries were prepared by suspending. The mixing ratio of the filler material was a volume ratio determined from the measured true specific gravity of the filler material, and a ratio of binder: filler material = 1: 1 was adopted. When preparing each slurry, “○” indicates that suspension is easy, “△” indicates that suspension is difficult, and “×” indicates that suspension is not possible. In addition to the evaluation, the adhesion test of the slurry to the wax mold was performed as follows, and the results are shown in Tables 3 and 4 below.
−付着性試験−
略矩形状の蝋型（横：３５ｍｍ×縦：１５０ｍｍ×厚さ：１０ｍｍ）を用意し、それを各スラリーにディッピングした。蝋型に付着したスラリーが１分後においても蝋型に保持されている場合を「○」、スラリーが蝋型に付着しているものの、液切れが悪く、１分後においてもスラリーが蝋型から滴り続ける場合を「△」、スラリーが付着しない場合を「×」として、評価を行い、その結果を、下記表３及び表４に示した。
-Adhesion test-
A substantially rectangular wax mold (width: 35 mm × length: 150 mm × thickness: 10 mm) was prepared and dipped in each slurry. “○” indicates that the slurry adhered to the wax mold is retained in the wax mold even after 1 minute. Although the slurry is adhered to the wax mold, the liquid is poor and the slurry is wax-shaped even after 1 minute. The evaluation was made with “Δ” when the dripping continued from “No” and “x” when the slurry did not adhere, and the results are shown in Tables 3 and 4 below.
かかる表３及び表４の結果から、フィラー材Ａ〜Ｎ、Ｐ及びＲ〜Ｓを用いた場合にあっては、何れも、バインダーとの懸濁性や製造されたスラリーの付着の均一性は良好であったが、フィラー材Ｏ及びＱを用いた場合、換言すれば、コランダム微粉末のみやムライト微粉末のみからなるフィラー材を用いた場合には、スラリー特性から、造型は可能であるものの、蝋型へのスラリー付着やフィラー材懸濁時の作業性が劣るものであった。 From the results of Table 3 and Table 4, in the case of using filler materials A to N, P and R to S, in each case, the suspendability with the binder and the uniformity of the produced slurry are Although it was good, when filler materials O and Q were used, in other words, when a filler material consisting only of corundum fine powder or only mullite fine powder was used, although molding was possible due to slurry characteristics, The workability at the time of slurry adhesion to the wax mold and suspension of the filler material was inferior.
一方、下記表５に示される各種のスタッコ材を、以下のようにして準備した。先ず、Ａｌ2 Ｏ3 源原料及びＳｉＯ2 源原料からなる、ムライト結晶を形成し得る耐火物原料を粉砕、混合して、泥漿を調製し、次いでスプレードライヤー法にて、球状の造粒物を造粒した後、その得られた造粒物を、ロータリーキルン内で焼成せしめ、更にその焼成物を、インペラーブレーカー及びサンドリクレーマーを用いて解砕し、そして篩い分けすることによって、下記表５に示される如き化学組成、鉱物組成、粒度分布及び見掛け気孔率を有する、球状の人工砂のスタッコ材であるスタッコ１を準備した。また、耐火物原料及びその配合割合並びに焼成条件等を変化させることによって、下記表５に示される如き、異なる化学組成及び見掛け気孔率を有する、球状の人工砂からなるスタッコ２及びスタッコ３を準備した。更に、Ａｌ2 Ｏ3 源とバインダーとを混合して、上記と同様な造粒、焼成、解砕に至る工程を経て、下記表５に示される如き球状の人工砂からなるスタッコ４を準備した。なお、天然のジルコンサンドからなるスタッコ５及びシャモット粒のバックアップスタッコ材からなるスタッコ６を準備し、またスタッコ７としては、一般的に、精密鋳造用途で用いられているものを入手した。それらスタッコ材の特性が、下記表５に併せて示されている。 On the other hand, various stucco materials shown in Table 5 below were prepared as follows. First, a refractory material that can form a mullite crystal composed of an Al 2 O 3 source material and an SiO 2 source material is pulverized and mixed to prepare a slurry, and then a spherical granulated product is formed by a spray dryer method. After granulation, the obtained granulated product is fired in a rotary kiln, and the fired product is further crushed using an impeller breaker and a sand reclaimer and sieved, as shown in Table 5 below. Stucco 1, which is a spherical artificial sand stucco material having such a chemical composition, mineral composition, particle size distribution and apparent porosity, was prepared. Also, stucco 2 and stucco 3 made of spherical artificial sand having different chemical compositions and apparent porosity are prepared as shown in Table 5 below by changing the refractory raw material, the blending ratio thereof, and the firing conditions. did. Furthermore, a stucco 4 made of spherical artificial sand as shown in Table 5 below was prepared by mixing the Al 2 O 3 source and the binder, and going through the same steps as granulation, firing and crushing as described above. . A stucco 5 made of natural zircon sand and a stucco 6 made of chamotte grain backup stucco material were prepared, and as the stucco 7, what was generally used for precision casting was obtained. The characteristics of these stucco materials are also shown in Table 5 below.
［鋳型の造型］
直径１０ｍｍの孔部を有する略矩形状の蝋型（横：３５ｍｍ×縦：１５０ｍｍ×高さ：１０ｍｍ）を用意し、それを、前記表３に示される組成のスラリーＩ中にディッピングした。次いで、かかる蝋型を被覆するスラリーが乾かないうちに、スタッコ材として、前記表５に示されるスタッコ１を用いて、スタッコイングし、その後、２３℃×６０％ＲＨの恒温恒湿条件下で２時間保持して、乾燥させることにより、第１層（最内層）のセラミックシェル層を形成した。
[Mold molding]
A substantially rectangular wax mold (width: 35 mm × length: 150 mm × height: 10 mm) having a hole portion having a diameter of 10 mm was prepared and dipped in the slurry I having the composition shown in Table 3 above. Next, while the slurry covering the wax mold is not dried, stuccoing is performed using the stucco 1 shown in Table 5 as a stucco material, and then under constant temperature and humidity conditions of 23 ° C. × 60% RH. The ceramic shell layer of the first layer (innermost layer) was formed by holding for 2 hours and drying.
次いで、その得られた第１層のセラミックシェル層が形成されてなる蝋型に対して、第２層のセラミックシェル層を、第１層のセラミックシェル層の形成の場合と同様にして、第１層と同様なスラリーとスタッコ材によるディッピング、スタッコイング及び恒温恒湿下での乾燥を行なうことにより、積層造型した。 Next, with respect to the wax mold formed with the obtained first ceramic shell layer, the second ceramic shell layer is formed in the same manner as in the formation of the first ceramic shell layer. Lamination molding was carried out by dipping with the same slurry and stucco material as in one layer, stuccoing, and drying under constant temperature and humidity.
そして、上記で得られた２層のセラミックシェル層が形成されてなる蝋型に対して、第３層目のセラミックシェル層（中間層）を、下記表６に示されるスラリーとスタッコ材を用いて積層造型した。即ち、コロイダルシリカに溶融シリカ（中心粒径：Ｄ50＝３０μｍ、最大粒径＝７５μｍ）を懸濁させてなるスラリーに蝋型をディッピングした後、スラリーが乾かないうちに、前記表５で準備されたシャモット質のスタッコ６をスタッコ材としてスタッコイングし、送風環境下で２時間乾燥を行うことにより、第３層のセラミックシェル層を積層形成した。 Then, with respect to the wax type in which the two ceramic shell layers obtained above are formed, the third ceramic shell layer (intermediate layer) is used with the slurry and stucco material shown in Table 6 below. And then laminated. That is, after dipping a wax mold into a slurry obtained by suspending fused silica (center particle size: D 50 = 30 μm, maximum particle size = 75 μm) in colloidal silica, the slurry is not dried and prepared in Table 5 above. The resulting chamotte stucco 6 was stuccoed as a stucco material, and dried for 2 hours in an air blowing environment to form a third ceramic shell layer.
次いで、かかる３層のセラミックシェル層が形成されてなる蝋型に対して、第４層〜第７層に亘るバックアップ層を積層造型した。この積層造型は、下記表６に示されるスラリーとスタッコ材を用い、かかるスラリーにディッピングした後、スラリーが乾かないうちに、前記表５に示されるシャモット質のスタッコ７をスタッコ材としてスタッコイングし、送風環境下において２時間乾燥を行うことにより実施し、そしてそれを４回繰り返すことにより、第４層〜第７層のセラミックシェル層を積層造型した。 Next, a backup layer ranging from the fourth layer to the seventh layer was laminated on the wax mold formed with the three ceramic shell layers. This laminated molding uses a slurry and a stucco material shown in Table 6 below, and after dipping into such a slurry, before the slurry dries, the chamotte stucco 7 shown in Table 5 is stuccoed as a stucco material. The ceramic shell layers of the fourth layer to the seventh layer were laminated and formed by performing drying for 2 hours under an air blowing environment and repeating this four times.
その後、かかる７層のセラミックシェル層が積層形成されてなる蝋型に対して、シール層として、コロイダルシリカに上記の溶融シリカを懸濁せしめてなるスラリーを用いたディッピング操作を施し、スタッコイングすることなく乾燥せしめることにより、シール層を形成した。 Thereafter, a dipping operation using a slurry obtained by suspending the above fused silica in colloidal silica as a sealing layer is performed on the wax shape in which the seven ceramic shell layers are laminated and stuccoed. The sealing layer was formed by making it dry without this.
更にその後、かかる７層のセラミックシェル層と１層のシール層が積層形成されてなる蝋型を、オートクレーブ内に収容して、加圧、加熱することにより、蝋型を溶融除去せしめ、次いで、その蝋型の除去されたセラミックシェル層を、１０００℃の温度で６０分間焼成することにより、７層のセラミックシェル層（焼結層）から一体的に構成された鋳型壁を有する鋳型１を得た。 Thereafter, the wax mold formed by laminating the seven ceramic shell layers and one sealing layer is placed in an autoclave, and is heated under pressure to melt and remove the wax mold. The ceramic shell layer from which the wax mold has been removed is baked at a temperature of 1000 ° C. for 60 minutes to obtain a mold 1 having a mold wall integrally formed from seven ceramic shell layers (sintered layers). It was.
また、かかる鋳型１と同様な造型操作により、最内層（第１層）と第２層のセラミックシェル層におけるスラリー由来の成分組成が異なる、下記表６及び表７に示される各種の鋳型２〜１９を得た。 In addition, by the same molding operation as that of the mold 1, the composition of the components derived from the slurry in the innermost layer (first layer) and the ceramic shell layer of the second layer are different from each other. 19 was obtained.
かくして得られた鋳型１〜１９に対して、それぞれ、下記表６及び表７に示される３００系ステンレス、Ｎｉ基合金、炭素鋼、耐熱鋼又はＣｒ−Ｍｎ鋼の溶湯を、下記表６及び表７に示される鋳込み温度で鋳造した。そして、溶湯の凝固後、型ばらしをノックアウト方式で行い、目的の鋳物をそれぞれ得た。そして、このノックアウトにより、概ねの鋳型を除去せしめた鋳物を、２５％水酸化ナトリウム溶液に浸漬せしめ、オートクレーブで加圧、加熱した後、コランダム質粒子を用いてサンドブラスト処理を５分間実施することにより、砂落としを行った。 With respect to the molds 1 to 19 thus obtained, 300 series stainless steel, Ni-base alloy, carbon steel, heat-resistant steel or Cr-Mn steel melts shown in Table 6 and Table 7 are respectively shown in Table 6 and Table 7 below. The casting was performed at the casting temperature shown in FIG. Then, after solidification of the molten metal, mold release was performed by a knockout method to obtain the respective target castings. Then, the casting from which almost the mold has been removed by this knockout is immersed in a 25% sodium hydroxide solution, pressurized and heated in an autoclave, and then subjected to sandblasting using corundum particles for 5 minutes. I dropped the sand.
かかる処理によって鋳物に形成された孔部の砂落としが容易に出来た場合を、ＮａＯＨ処理：○とし、この砂落としが困難であるものの、サンドブラスト処理時間を長時間実施することにより砂落としが出来た場合を、ＮａＯＨ処理：△と評価し、孔部の砂落としが出来ず、鋳型が取れなかった場合を、ＮａＯＨ処理：×として評価し、その結果を、下記表６及び表７に併せ示した。 When the sand removal of the hole formed in the casting can be easily performed by such treatment, NaOH treatment: ○ is set, and although this sand removal is difficult, the sand removal can be performed by carrying out the sandblast treatment time for a long time. The case was evaluated as NaOH treatment: Δ, and the sand removal at the hole portion was not possible, and the case where the mold was not removed was evaluated as NaOH treatment: x, and the results are shown in Table 6 and Table 7 below. It was.
また、サンドブラスト処理後の鋳物の平面部分の表面観察を実施し、表面に目立った欠陥が無い場合を「なし」とし、肌荒れが発生した場合を「肌荒れ」と評価し、更に鋳型との融着が見られた場合を「焼着」、鋳型の割れや差し込み等によるバリが発生した場合を「バリ」として、評価して、その結果を、下記表６及び表７に併せ示した。 In addition, the surface of the flat part of the casting after sandblasting was observed, and if there were no noticeable defects on the surface, it was evaluated as “None”, and when the surface was rough, it was evaluated as “Skin rough”. The case where burrs were observed was evaluated as “baking”, and the case where burrs were generated due to cracking or insertion of the mold was evaluated as “burrs”. The results are also shown in Tables 6 and 7 below.
加えて、上記で評価された鋳物の砂落とし性や表面観察結果を総合的に勘案して、実用上問題がない場合は「○」として評価し、後加工等により問題を解決することが出来る場合を「△」とし、更に、問題があり、後加工を施しても、品質を満たさない場合を「×」として評価を行い、その結果を、下記表６及び表７に併せ示した。 In addition, the sand removal property and surface observation results of the castings evaluated above are comprehensively taken into consideration, and if there is no practical problem, it is evaluated as “◯” and the problem can be solved by post-processing, etc. The case was evaluated as “Δ”. Further, there was a problem, and even when post-processing was performed, the case where the quality was not satisfied was evaluated as “×”. The results are shown in Tables 6 and 7 below.
上記の鋳型１〜１９の場合と同様にして、第１層〜第７層のセラミックシェル層とシール層の形成のために、下記表８及び表９に示されるスラリーとスタッコ材との組合せにて、目的とする鋳型２０〜３８を作製した。 In the same manner as in the above molds 1 to 19, in order to form the first to seventh ceramic shell layers and the sealing layer, the combinations of the slurry and the stucco material shown in Table 8 and Table 9 below are used. Thus, target molds 20 to 38 were produced.
次いで、それら得られた鋳型２０〜３８を用いて、それぞれ、下記表８及び表９に示される如く、３００系ステンレス、Ｎｉ基合金、炭素鋼又は耐熱鋼の溶湯を、下記表８及び表９に示される鋳込み温度において鋳造した。そして、溶湯の凝固の後、型ばらしをノックアウト方式で行い、目的の鋳物を得た。 Then, using the obtained molds 20 to 38, as shown in the following Table 8 and Table 9, respectively, 300 series stainless steel, Ni-based alloy, carbon steel, or heat-resisting steel melts were converted into the following Tables 8 and 9 respectively. The casting was performed at the casting temperature shown in FIG. And after solidification of the molten metal, mold release was performed by a knockout method to obtain a target casting.
そして、それら得られた鋳物について、それぞれ、先の鋳物の場合と同様にして、水酸化ナトリウム含浸後のオートクレーブ処理とコランダム質粒子を用いたサンドブラストを実施した後、鋳物に形成された孔部の砂落としの状況及び平面部の鋳肌の観察による評価を行い、またそれらの結果を元に、総合評価を行って、それらの結果を、下記表８及び表９に示した。 Then, for each of the obtained castings, in the same manner as in the previous casting, after autoclave treatment after sodium hydroxide impregnation and sand blasting using corundum particles, the pores formed in the casting Evaluation was performed by observing the condition of sand removal and observation of the casting surface of the flat surface, and comprehensive evaluation was performed based on the results. The results are shown in Table 8 and Table 9 below.
上記の表６〜表９の対比から明らかなように、プライマリー層と呼ばれる第１層（最内層）、第２層のセラミックシェル層を構成するスラリーに用いられるフィラー材として、ＺｒＯ2 分析値が少ないフィラー材Ｋ，Ｌ，Ｏ，Ｐ又はＱを用いると、水酸化ナトリウム処理による化学的な鋳型の崩壊除去による砂落とし性が非常に悪く、鋳物からの鋳型の剥離が困難であることが認められる。また、Ａｌ2 Ｏ3 分析値が少ないフィラー材Ｍ，Ｎ，Ｒ又はＳを用いると、水酸化ナトリウム処理による鋳型の崩壊除去は可能であるが、バリや肌荒れが生じ、良好な鋳物を得ることが出来ないことが理解される。 As is apparent from the comparisons in Tables 6 to 9, the ZrO 2 analysis value is used as a filler material used for the slurry constituting the first layer (innermost layer) called the primary layer and the second ceramic shell layer. It is recognized that when few filler materials K, L, O, P or Q are used, the sand removal property due to chemical mold disintegration removal by sodium hydroxide treatment is very poor, and it is difficult to remove the mold from the casting. It is done. In addition, when filler material M, N, R or S with a small analytical value of Al 2 O 3 is used, the mold can be removed by sodium hydroxide treatment, but burrs and rough skin occur and a good casting is obtained. It is understood that cannot be done.
これに対して、第１層（最内層）及び第２層のセラミックシェル層を構成するスラリーに用いられるフィラー材として、フィラー材Ａ〜Ｊを用いて得られた鋳型１〜１０や鋳型２０〜２９にあっては、スタッコイングされるスタッコ材、注湯される鋼種に影響されることなく、水酸化ナトリウムに浸漬させた後のオートクレーブ処理及びサンドブラスト処理により、鋳型に形成された孔部の砂落としが良好であって、表面観察の結果も良好であり、肌荒れやバリ等の鋳造欠陥もない、滑らかで美麗な鋳肌であることが認められた。
On the other hand, as the filler material used for the slurry constituting the first layer (innermost layer) and the second ceramic shell layer, the molds 1 to 10 and the molds 20 to 20 obtained using the filler materials A to J are used. In No. 29, the sand of the hole formed in the mold by the autoclave treatment and the sand blast treatment after being immersed in sodium hydroxide without being affected by the stucco material to be stuccoed and the steel type to be poured. It was confirmed that the surface was smooth and beautiful, with good removal, good surface observation results, and no casting defects such as rough skin and burrs.
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