JPH0123228B2 - - Google Patents
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- JPH0123228B2 JPH0123228B2 JP55074312A JP7431280A JPH0123228B2 JP H0123228 B2 JPH0123228 B2 JP H0123228B2 JP 55074312 A JP55074312 A JP 55074312A JP 7431280 A JP7431280 A JP 7431280A JP H0123228 B2 JPH0123228 B2 JP H0123228B2
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Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は溶融合金の一方向凝固方法および装置
に係り、特に組織が一定方向に整列した高寿命ガ
スタービン翼の製造に適した溶融合金の一方向凝
固方法および装置に関するものである。
に係り、特に組織が一定方向に整列した高寿命ガ
スタービン翼の製造に適した溶融合金の一方向凝
固方法および装置に関するものである。
溶融合金を一方向から凝固する一方向凝固方法
は、従来から種々の方法で行なわれてきたが、組
織を一定方向に整列した高寿命ガスタービン翼が
開発されて急速に進歩してきた。一方向凝固方法
の中で代表的なものは、高速凝固法と呼ばれるも
のであつて、この方法を第１図をもとに説明す
る。第１図において、底面が開口した鋳型３は水
冷銅板２面上に設置され、加熱室に置かれる。鋳
型は高周波コイル４の内側に設けられたカーボン
サセプタからなる発熱体１によつて加熱される。
そして別の炉内で溶解された合金が鋳型３内に注
入された後、鋳型３は発熱体１によつて構成され
る加熱室より外部へと引き出され、鋳型３内の溶
融合金は水冷銅板２側から徐々に凝固する。この
工程は通常不純物の混入をさけるため真空容器内
で行なわれる。第１図に示す方法では、水冷銅板
２に近いところが凝固するとき、軸方向の温度勾
配は大きいが、水冷銅板２から離れたところが凝
固するときには温度勾配が急激に低下するため、
一方向に整列した組織が得られなくなる。このよ
うな幣害を防止して整列組織を得るためには鋳型
３の降下速度を下げる必要があり、このため生産
性が低くなるという問題がある。
は、従来から種々の方法で行なわれてきたが、組
織を一定方向に整列した高寿命ガスタービン翼が
開発されて急速に進歩してきた。一方向凝固方法
の中で代表的なものは、高速凝固法と呼ばれるも
のであつて、この方法を第１図をもとに説明す
る。第１図において、底面が開口した鋳型３は水
冷銅板２面上に設置され、加熱室に置かれる。鋳
型は高周波コイル４の内側に設けられたカーボン
サセプタからなる発熱体１によつて加熱される。
そして別の炉内で溶解された合金が鋳型３内に注
入された後、鋳型３は発熱体１によつて構成され
る加熱室より外部へと引き出され、鋳型３内の溶
融合金は水冷銅板２側から徐々に凝固する。この
工程は通常不純物の混入をさけるため真空容器内
で行なわれる。第１図に示す方法では、水冷銅板
２に近いところが凝固するとき、軸方向の温度勾
配は大きいが、水冷銅板２から離れたところが凝
固するときには温度勾配が急激に低下するため、
一方向に整列した組織が得られなくなる。このよ
うな幣害を防止して整列組織を得るためには鋳型
３の降下速度を下げる必要があり、このため生産
性が低くなるという問題がある。
このような高速凝固法の改善法として、第２図
に示すように加熱室の下方に冷却帯６を設け、加
熱室より引き出された鋳型３を側面から冷却する
方法が提案されているが、鋳型３の側面と冷却帯
４との間の熱移動は輻射熱が主体となるため、真
空中では充分な冷却効果が期待できない。また第
３図に示すように、加熱室から鋳型３を引き出す
と同時に液体金属からなる冷却液５に浸漬する、
いわゆる液体金属冷却法（LMC法）が提案され
ている。このLMC法では液体金属として、真空
中で蒸気圧が低い低融点の錫、ガリウム、インジ
ユームが使用される。この方法によれば、前記し
た高速凝固法に比較して著しく大きな温度勾配が
得られるが、通常ガスタービン翼などに使用され
る超耐熱合金は液体金属として使用される低融点
金属が少量混入しても、寿命劣化が大きくなるた
め低融点金属の混入は微量に抑えられている。
LMC法では鋳型３を通して液体金属として使用
される低融点金属が溶融合金内に混入するため、
低融点金属による汚染が問題となる。溶融合金の
一方向凝固方法としては、他に溶融合金入りの鋳
型を水噴霧によつて冷却する方法、溶融合金入り
の鋳型をアルゴンガスによつて流動化されたジル
コン砂粒中に浸漬する方法なども提案されている
が、これらの方法は真空中で実施できないため、
合金汚染に対する問題が生じる。
に示すように加熱室の下方に冷却帯６を設け、加
熱室より引き出された鋳型３を側面から冷却する
方法が提案されているが、鋳型３の側面と冷却帯
４との間の熱移動は輻射熱が主体となるため、真
空中では充分な冷却効果が期待できない。また第
３図に示すように、加熱室から鋳型３を引き出す
と同時に液体金属からなる冷却液５に浸漬する、
いわゆる液体金属冷却法（LMC法）が提案され
ている。このLMC法では液体金属として、真空
中で蒸気圧が低い低融点の錫、ガリウム、インジ
ユームが使用される。この方法によれば、前記し
た高速凝固法に比較して著しく大きな温度勾配が
得られるが、通常ガスタービン翼などに使用され
る超耐熱合金は液体金属として使用される低融点
金属が少量混入しても、寿命劣化が大きくなるた
め低融点金属の混入は微量に抑えられている。
LMC法では鋳型３を通して液体金属として使用
される低融点金属が溶融合金内に混入するため、
低融点金属による汚染が問題となる。溶融合金の
一方向凝固方法としては、他に溶融合金入りの鋳
型を水噴霧によつて冷却する方法、溶融合金入り
の鋳型をアルゴンガスによつて流動化されたジル
コン砂粒中に浸漬する方法なども提案されている
が、これらの方法は真空中で実施できないため、
合金汚染に対する問題が生じる。
本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を
解消し、合金汚染を生じることなく、高能率で整
列した組織を得ることができる溶融合金の一方向
凝固方法および装置を提供することにある。
解消し、合金汚染を生じることなく、高能率で整
列した組織を得ることができる溶融合金の一方向
凝固方法および装置を提供することにある。
本発明は加熱室内において、鋳型に溶融合金を
注入して、次いで溶融合金入りの鋳型を加熱室か
ら冷却室に相対移動させ、鋳型の移動中に冷却室
の内部に磁場を与え、該磁場中に磁性体を供給し
て、冷却室の横壁内面と鋳型の外側面の間に磁性
体をブリツジさせることによつて、鋳型外側面を
冷却することを特徴とするものである。
注入して、次いで溶融合金入りの鋳型を加熱室か
ら冷却室に相対移動させ、鋳型の移動中に冷却室
の内部に磁場を与え、該磁場中に磁性体を供給し
て、冷却室の横壁内面と鋳型の外側面の間に磁性
体をブリツジさせることによつて、鋳型外側面を
冷却することを特徴とするものである。
以下添付図面に基づいて本発明の一実施例を説
明する。第４図において１は筒状の発熱体を示
し、この発熱体１は通電ターミナル１１によつて
所定の温度に加熱されるようになつている。発熱
体１の内部は加熱室Ａを形成している。加熱室Ａ
の下方には、筒状の水冷ジヤケツト８が設けら
れ、この水冷ジヤケツト８の外周部に電磁コイル
７が設けられている。水冷ジヤケツト８によつて
形成される室内は冷却室Ｂを形成している。加熱
室Ａと冷却室Ｂは水冷銅板２が移動できるように
連通され、加熱室Ａと冷却室Ｂとの間には断熱材
１５と磁性体９を供給するための供給管１３が設
けられている。供給管１３の一端にはピストン１
２が嵌挿され、ホツパー１０に滞留する磁性体粉
９をピストン１２の作動によつて冷却室Ｂに供給
できるようになつている。図中３はインベストメ
ント法によりセラミツクシエルからなる高温に十
分耐える耐火材で造型された鋳型３を示してい
る。
明する。第４図において１は筒状の発熱体を示
し、この発熱体１は通電ターミナル１１によつて
所定の温度に加熱されるようになつている。発熱
体１の内部は加熱室Ａを形成している。加熱室Ａ
の下方には、筒状の水冷ジヤケツト８が設けら
れ、この水冷ジヤケツト８の外周部に電磁コイル
７が設けられている。水冷ジヤケツト８によつて
形成される室内は冷却室Ｂを形成している。加熱
室Ａと冷却室Ｂは水冷銅板２が移動できるように
連通され、加熱室Ａと冷却室Ｂとの間には断熱材
１５と磁性体９を供給するための供給管１３が設
けられている。供給管１３の一端にはピストン１
２が嵌挿され、ホツパー１０に滞留する磁性体粉
９をピストン１２の作動によつて冷却室Ｂに供給
できるようになつている。図中３はインベストメ
ント法によりセラミツクシエルからなる高温に十
分耐える耐火材で造型された鋳型３を示してい
る。
このような構成からなる溶融合金の一方向凝固
装置は２×10-4Torrの真空装置内に収納されて
いる。この装置において、発熱体１に通電ターミ
ナル１１から交流電流が通電され、発熱体１は高
温に加熱される。これによつて加熱室Ａ内は一定
の温度に維持される。加熱室Ａ内の温度は、鋳型
３がこの鋳型３内に注入される合金の融点以上に
加熱できるような温度条件であることが必要であ
る。溶融合金が注入される直前の鋳型３の温度が
その合金の融点以下となると、溶融合金が鋳型３
の側部から結晶し始めるため、整列組織を有する
合金を得ることができない。
装置は２×10-4Torrの真空装置内に収納されて
いる。この装置において、発熱体１に通電ターミ
ナル１１から交流電流が通電され、発熱体１は高
温に加熱される。これによつて加熱室Ａ内は一定
の温度に維持される。加熱室Ａ内の温度は、鋳型
３がこの鋳型３内に注入される合金の融点以上に
加熱できるような温度条件であることが必要であ
る。溶融合金が注入される直前の鋳型３の温度が
その合金の融点以下となると、溶融合金が鋳型３
の側部から結晶し始めるため、整列組織を有する
合金を得ることができない。
第４図Ａは鋳型３内に溶融合金を注入した状態
を示し、この状態から第４図Ｂに示すように水冷
銅板２の下降にともなつて溶融合金入りの鋳型３
は冷却室Ｂに移動する。鋳型３が冷却室３側に移
動するにともなつて、ホツパー１０に滞留された
磁性体粉９がピストン１２の作動によつて供給管
１３から冷却室Ｂ内に供給される。冷却室Ｂに供
給された磁性体粉９は電磁コイル７によつて磁化
され、水冷ジヤケツト８と鋳型３の間にブリツジ
１４を形成する。ここで磁性体粉末として鉄、ニ
ツケル、コバルトなどの粉末、綿状物が適宜用い
られる。ニツケル、鉄、ゴバルトの各キユリー点
は、360℃、770℃、1120℃であつて、これらの磁
性体粉末は鋳型３と直接または間接接触により磁
性を失なつて降下し、冷却室Ｂから室外に落下す
ることになる。このようにして冷却室Ｂから落下
した磁性体は鋳型３外表面の熱をうばつて室外に
排出されることになる。また磁性体粉末９は水冷
ジヤケツト８と鋳型３の外表面との間にブリツジ
１４を形成するため、鋳型外表面の熱はブリツジ
１４を介して水冷ジヤケツト８に伝導する。この
ようにキユリー点を超えた高温の磁性体粉末９の
鋳型外表面からの落下とブリツジ１４による熱伝
導との両作用によつて極めて高能率に鋳型３を水
冷銅板２側から順次冷却することができる。また
磁性体粉末として、キユリー点の異なる磁性体を
混合し、一定のキユリー点の範囲を有する混合磁
性体によつて、所定の温度勾配を有するようにす
ることができる。またキユリー点の高い磁性体、
例えばコバルトを使用する場合、電磁コイル７へ
の電力印加を断続的に入切または強弱にすること
によつて、鋳型３に接触している磁性体粉末９の
落下時期および量を適宜調整することができる。
を示し、この状態から第４図Ｂに示すように水冷
銅板２の下降にともなつて溶融合金入りの鋳型３
は冷却室Ｂに移動する。鋳型３が冷却室３側に移
動するにともなつて、ホツパー１０に滞留された
磁性体粉９がピストン１２の作動によつて供給管
１３から冷却室Ｂ内に供給される。冷却室Ｂに供
給された磁性体粉９は電磁コイル７によつて磁化
され、水冷ジヤケツト８と鋳型３の間にブリツジ
１４を形成する。ここで磁性体粉末として鉄、ニ
ツケル、コバルトなどの粉末、綿状物が適宜用い
られる。ニツケル、鉄、ゴバルトの各キユリー点
は、360℃、770℃、1120℃であつて、これらの磁
性体粉末は鋳型３と直接または間接接触により磁
性を失なつて降下し、冷却室Ｂから室外に落下す
ることになる。このようにして冷却室Ｂから落下
した磁性体は鋳型３外表面の熱をうばつて室外に
排出されることになる。また磁性体粉末９は水冷
ジヤケツト８と鋳型３の外表面との間にブリツジ
１４を形成するため、鋳型外表面の熱はブリツジ
１４を介して水冷ジヤケツト８に伝導する。この
ようにキユリー点を超えた高温の磁性体粉末９の
鋳型外表面からの落下とブリツジ１４による熱伝
導との両作用によつて極めて高能率に鋳型３を水
冷銅板２側から順次冷却することができる。また
磁性体粉末として、キユリー点の異なる磁性体を
混合し、一定のキユリー点の範囲を有する混合磁
性体によつて、所定の温度勾配を有するようにす
ることができる。またキユリー点の高い磁性体、
例えばコバルトを使用する場合、電磁コイル７へ
の電力印加を断続的に入切または強弱にすること
によつて、鋳型３に接触している磁性体粉末９の
落下時期および量を適宜調整することができる。
本実施例においては溶融合金入りの鋳型３を加
熱室Ａから引き出して冷却室Ｂに移動させたが、
溶融合金入り鋳型３を移動させることなく、加熱
室Ａと冷却室Ｂを一体的に上方に移動させること
によつて、溶融合金入り鋳型を冷却室Ｂ側に移動
させることができる。
熱室Ａから引き出して冷却室Ｂに移動させたが、
溶融合金入り鋳型３を移動させることなく、加熱
室Ａと冷却室Ｂを一体的に上方に移動させること
によつて、溶融合金入り鋳型を冷却室Ｂ側に移動
させることができる。
なお本発明は水冷銅板２に近い鋳型３内に結晶
粒の優先成長をさせる制限回路を設けることによ
つて、単結晶組織をもつ方向性凝固にも支障なく
応用できる。
粒の優先成長をさせる制限回路を設けることによ
つて、単結晶組織をもつ方向性凝固にも支障なく
応用できる。
以上のように本発明は溶融合金入りの鋳型を磁
性体からなる固体冷却剤によつて冷却するため
に、真空中における溶融金属の汚染、LMC法の
ように低融点金属の混入がなく、また熱伝導を主
体として溶融合金入りの鋳型を冷却するために真
空中においても冷却効果が優れている。従つて合
金の汚染の問題を生じることなく、一定方向に整
列組織を有する合金を得ることができる。
性体からなる固体冷却剤によつて冷却するため
に、真空中における溶融金属の汚染、LMC法の
ように低融点金属の混入がなく、また熱伝導を主
体として溶融合金入りの鋳型を冷却するために真
空中においても冷却効果が優れている。従つて合
金の汚染の問題を生じることなく、一定方向に整
列組織を有する合金を得ることができる。
第１図は従来の高速凝固法を示す説明図、第２
図は従来の高速凝固法の例を示す説明図、第３図
は従来のLMC法を示す説明図、第４図は本発明
の一例を示す説明図であつて、第４図Ａは方向性
凝固開始直前の状態を示す説明図、第４図Ｂは方
向性凝固操作時の状態を示す説明図である。 １……発熱体、２……水冷銅板、３……鋳型、
４……高周波コイル、５……液体金属、６……冷
却体、７……電磁コイル、８……水冷ジヤケツ
ト、９……磁性体粉、１０……ホツパー、１１…
…通電ターミナル、１２……ピストン、１３……
供給管、１４……ブリツジ、１５……断熱材。
図は従来の高速凝固法の例を示す説明図、第３図
は従来のLMC法を示す説明図、第４図は本発明
の一例を示す説明図であつて、第４図Ａは方向性
凝固開始直前の状態を示す説明図、第４図Ｂは方
向性凝固操作時の状態を示す説明図である。 １……発熱体、２……水冷銅板、３……鋳型、
４……高周波コイル、５……液体金属、６……冷
却体、７……電磁コイル、８……水冷ジヤケツ
ト、９……磁性体粉、１０……ホツパー、１１…
…通電ターミナル、１２……ピストン、１３……
供給管、１４……ブリツジ、１５……断熱材。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 真空中の加熱室内で鋳型を該鋳型に注入され
る合金の融点以上に加熱した後、前記鋳型に溶融
合金を注入し、次いで溶融合金入り鋳型を前記加
熱室から該加熱室の下方に設けられた真空中の冷
却室に相対移動させ、該鋳型の相対移動とは逆方
向に向つて内部の溶融合金を凝固させる溶融合金
の一方向凝固方法において、前記鋳型の相対移動
中に前記冷却室の内部に磁場を与え、該磁場中に
磁性体を供給して、前記冷却室の横壁内面と前記
鋳型の外側面の間で前記磁性体をブリツジさせる
ことを特徴とする溶融合金の一方向凝固方法。 ２ 真空中の加熱室内で鋳型を該鋳型に注入され
る合金の融点以上に加熱した後、前記鋳型に溶融
合金を注入し、次いで溶融合金入り鋳型を前記加
熱室から該加熱室の下方に設けられた真空中の冷
却室に相対移動させ、該鋳型の相対移動とは逆方
向に向つて内部の溶融合金を凝固させる溶融合金
の一方向凝固方法において、前記鋳型の相対移動
中に前記冷却室の内部に磁場を与え、該磁場中に
磁性体を供給して、前記冷却室の横壁内面と前記
鋳型の外表面の間で前記磁性体をブリツジさせる
ことを特徴とする溶融合金の一方向凝固方法を実
施するための溶融合金の一方向凝固装置におい
て、鋳型を加熱する加熱室と、前記加熱室に隣接
して設けられた冷却室と、前記鋳型を前記加熱室
から前記冷却室に相対移動させる手段と、前記冷
却室に磁性体を供給する手段および前記供給され
た磁性体を磁化させる手段とを備えたことを特徴
とする溶融合金の一方向凝固装置。 ３ 特許請求の範囲第２項において、前記冷却室
の内側面が水冷ジヤケツトよりなり、この水冷ジ
ヤケツトの外周部に励磁コイルを有することを特
徴とする溶融合金の一方向凝固装置。 ４ 特許請求の範囲第２項において、前記冷却室
の上方に断熱材層を介して加熱室が設置されてい
ることを特徴とする溶融合金の一方向凝固装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7431280A JPS571564A (en) | 1980-06-04 | 1980-06-04 | Method and device for unidirectional solidifying of molten alloy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7431280A JPS571564A (en) | 1980-06-04 | 1980-06-04 | Method and device for unidirectional solidifying of molten alloy |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS571564A JPS571564A (en) | 1982-01-06 |
| JPH0123228B2 true JPH0123228B2 (ja) | 1989-05-01 |
Family
ID=13543474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7431280A Granted JPS571564A (en) | 1980-06-04 | 1980-06-04 | Method and device for unidirectional solidifying of molten alloy |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS571564A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4712604A (en) * | 1986-10-14 | 1987-12-15 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Apparatus for casting directionally solidified articles |
| JP5758313B2 (ja) * | 2012-01-16 | 2015-08-05 | 三菱重工業株式会社 | 鋳造装置 |
| JP5758318B2 (ja) * | 2012-02-10 | 2015-08-05 | 三菱重工業株式会社 | 鋳造装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53127302A (en) * | 1977-04-14 | 1978-11-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Method and apparatus for preparing cast alloy |
-
1980
- 1980-06-04 JP JP7431280A patent/JPS571564A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53127302A (en) * | 1977-04-14 | 1978-11-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Method and apparatus for preparing cast alloy |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS571564A (en) | 1982-01-06 |
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