JPH0133273B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は方向性を有して凝固された単結晶金属
鋳物及びその製造に用いる装置に関する。

Ver Snyderの米国特許第3260505号明細書に記
載されているような柱状結晶粒の、又は
Piearceyの米国特許第3484709号明細書に記載さ
れているような単結晶の方向性を有して凝固させ
た鋳物は、鋳型中に鋳込まれた溶湯が凝固する間
の温度勾配が鋳型の垂直軸に沿つて間隔を置いて
配置された多数の加熱コイルに対する入力を選択
的に制御することにより確立されるような鋳型中
に鋳込んで製造される。同様の温度勾配はまた合
金の融点以上に加熱された室から加熱された鋳型
を徐々に引上げることを含む他の方法によつて確
立することもまたできる。鋳型の底以外における
核生成を避けるために鋳型は鋳込む金属の融解温
度以上の温度に加熱される。

そのような方向性凝固単結晶鋳物の製造には鋳
型中にスタータ域及び鋳型の鋳物部中への結晶の
成長を単結晶に制限する結晶セレクタが必要であ
る。結晶セレクタは一般にスタータ域から鋳型の
物品部に到る非直線状通路である。これは通常鋳
型の物品部の基底に終りスタータ部に通ずる開口
下方端を有するらせん状形状の通路である。結晶
セレクタは小さい通路からなり、そのために横断
面積が限定される。その結果、結晶セレクタは、
その周りに鋳型を形成させ鋳造物品が形成される
キヤビテイを提供する原型を独力で保持する十分
な強度を持つことができない。

従来凝固する鋳物から鋳型の下のチル又は放熱
器に至る熱伝達路を提供するためにコクーン
（Cocoon）が使用された。コクーンはパターンに
対する付加機械的支持を提供するけれども、その
使用には２段階の鋳型の構造が必要であり、この
ことは複雑で鋳型のコストを高価なものにする。
しかし鋳型を加熱した室から引出すときには熱伝
達にコクーンを必要としない。コクーンを用いな
いときにはそれによつて付加される機械的支持の
利点が失なわれ、つる巻体は鋳型の原型部を支持
するに十分大きなものでなければならない、ある
いは原型の支持を他の鋳型取付具によつて与えね
ばならない。そのように寸法の大きくなつた構造
物は金属効率及び装置の有用性を制限する。

次に本発明を詳しく説明すると、本発明の目的
は鋳型中に鋳込んだ溶融金属の一方向性凝固用
の、単結晶鋳造を達成する結晶セレクタを用いる
が、しかし金属効率及び鋳型強度に制限を与え
ず、その金属利用性、鋳型強度及び製造効率が最
適化される鋳型集成体を提供することである。

単結晶に一方向性凝固を行なわせる通常の要素
は、鋳物を形成させる場合融解金属が鋳込まれる
鋳込口１４を受ける上端において開口している物
品鋳型キヤビテイ１２を有するシエル型１０中に
おいて具現される。鋳巣１２はらせん状体１８に
収斂する傾斜体１６から延びる。らせん状体は通
路を形成し結晶セレクタとして、好ましくはチル
プレート２２に接しているスタータ室２０におい
て生ずる柱状成長からの単結晶の選別に利用され
る。

結晶セレクタはらせん状管状部として示されて
いるけれども、該セレクタは単に傾斜部１６を通
して鋳型の鋳物形成部１２の底に連続することの
望まれる殆どの粒状物を排除するのに十分な方向
の変化を有する管状通路であることを必要とする
にすぎない。従つて少くとも180°の方向の変化を
生ずるのに十分な水平面における方向の変化を有
する曲管状通路で十分であろう。管状通路はその
中心線が連続的に上り勾配上にあり、融解金属が
それを通して比較的自由に流れることの可能な十
分な大きさの直径を有することが好ましい。スタ
ータ室２０を設けることによつて管状通路の底端
をチルプレート２２から離して位置させて融解金
属が管状通路の底の入口部において柱状結晶にま
で成長するようにせねばならない。

慣行に従い、鋳型集成体の各キヤビテイにおけ
る結晶又はグレンセレクタを形成させるために、
傾斜部形成部材２８かららせん状体を通してスタ
ータ室３６に連続的に延びる広がりを持つた中心
柱状支持体２６の周りにらせん状形状の管状部材
２４が形成される。中心柱状支持体２６は、さも
なければ結晶セレクタにかかることになる荷重を
引受けることができるようにセラミツク材料で高
強度の柱の形状に作るのが好ましい。これを作る
には結晶セレクタのためのらせん状管状部材２４
または他の原型をろう又はプラスチツクのような
熱により除去可能な材料で形成し、これを手を使
いまたは噴射して中心柱状支持体の周りに巻く。

スタータ室３６はらせん状体の下端から下方に
延び、遷移又は傾斜部形成部２８はらせん状体の
上端から適当な傾斜角で拡がる。原型を完成する
ために原型部３０を単にグレンセレクタ及び傾斜
部形成部２８の上に配置し、普通の湯口を、原型
の上端を鋳込みるつぼと連通させるために設け、
その後全集成物を普通のシエル形成段階において
処理し集成体の周りにセラミツクシエルを形成さ
せる。

シエル型をシエル鋳造の慣用手順に従つて焼成
して熱により除去できる物質を除くと金属鋳造の
準備ができる。

中心柱状支持体２６は柱状支持体の周囲の中空
らせん状通路を含むらせん状体又は他の結晶セレ
クタを有する鋳型の支持体として残る。

使用に当つては、準備した鋳型をチルプレート
上に置き、サセプタ３２で取りかこむ。サセプタ
には鋳型を鋳込む金属の融点以上に加熱し、また
金属の凝固の間鋳型の温度勾配を制御して成形物
を単結晶として形成させるための加熱コイル３４
を具えている。鋳込んだ鋳型をサセプタ３２から
ゆつくり引上げることもまた温度勾配の制御に用
いて良い。溶融金属はるつぼから湯道を通つてキ
ヤビテイ１２の上部に流れキヤビテイ並びにその
下の遷移部１６、結晶セレクタ１８及びスタータ
室２０を満たす。チルプレートによつて鋳型の底
から熱を除くと金属または合金の結晶化がスター
タの各部で始まり、そしてらせん状部を通つて凝
固が遷移部１６中へと進み、その際にらせん状部
が物品に対して単結晶を選択的に形成させる働き
を有する。そしてこの鋳造金属の結晶化は遷移部
１６を経て鋳型の上方部へと更に進行する。単結
晶形態の結晶化を保証する所望の熱勾配はサセプ
タ３２及び加熱コイル３４によつて制御される。
加熱されたサセプタ３２から鋳込んだ鋳型をゆつ
くり引上げることもまた所望の熱勾配を保証する
ために用いて良い。

凝固が終ると鋳型を解体して鋳物を解放するこ
とができる。

中心柱状支持体２６がろう原型を支持するのに
必要な力を提供するので、結晶セレクタはそれに
課せられる制約から解放され最小寸法の結晶セレ
クタに作ることができる。またそれにより付加支
持体の必要が排除され鋳型の構造及び使用が簡単
になる。

結晶セレクタ及び中心柱状支持体は一体となつ
て同じシエル型形成法において作られる鋳型集成
体の必須部分を形成することができるので、本発
明の特徴を具体化したシエル型の製造において著
しい経済性が得られることが明らかであろう。そ
の結果鋳型集成体中に作られた結晶セレクタ及び
支持体を有する高強度で低コストの鋳型が得られ
る。

結晶セレクタをその周りに形成した柱状支持体
は断面が円形以外であつても良いことが理解され
るであろう。例えばそれは長円形又は他の曲線形
状であつても良く、またそれはセラミツク材料以
外の材料で形成されても良い。しかし金属の鋳込
み及び凝固段階の間加熱される温度以上の温度で
その強度及び形状を保持する材料で製作すべきで
あろう。黒鉛、ガラス、耐火金属などのような材
料を支持カラムに用いても良いが、しかし鋳造溶
融金属に比較的不活性であるセラミツク材料を用
いることが好ましい。

本発明の精神、殊に特許請求の範囲に示す精神
から逸脱することなしに、構成、配列及び作業の
細部に変更を加え得ることは理解されるであろ
う。

【図面の簡単な説明】

図１はシエル型を周りに形成する前のろう集成
体の原型支持部の正面斜視図、図２は金属鋳造前
の鋳型集成体の一部の、鋳型集成体中の鋳巣の一
つを示す正面断面図である。 １０……シエル型、１２……キヤビテイ、１４
……鋳込み口、１６……傾斜部、１８……結晶セ
レクタ、２０……スタータ室、２２……チルプレ
ート、２４……管状部材、２６……中心柱状支持
体、２８……傾斜部形成部、３０……原型部、３
２……サセプタ、３４……加熱コイル、３６……
スタータ室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 単結晶物品を鋳造するためのシエル型であつ
   て １つ又はそれより多くの下端のスタータ室、 溶融金属をシエル型内に注入するための入口を
   上端部に有する１つ又はそれより多くの型キヤビ
   テイ、及び 上端において型キヤビテイに通じ下方のスター
   タ室まで延びる、凝固の間に型キヤビテイ中で単
   結晶金属を選択的に成長させるためのらせん状管
   状通路 を有しているシエル型において、 該らせん状通路を沿わせながらスタータ室を通
   つて下方に連続的に延びる硬い柱状支持体を備え
   ていることを特徴とするシエル型。 ２ シエル型を載せ、そしてシエル型の該スター
   タ室が接触するチルプレートを備えている特許請
   求の範囲第１項記載のシエル型。 ３ らせん状通路の上端と型キヤビテイの下端と
   の間に傾斜部を有し、該傾斜部をとおして型キヤ
   ビテイ内で単結晶金属が選択的に成長して物品を
   形成する特許請求の範囲第１項記載のシエル型。 ４ 鋳型を保持するサセプタ、その温度制御用の
   サセプタ周りの加熱コイル及び加熱されたサセプ
   タから鋳込んだ鋳型をゆつくり引き出す機構から
   なる、金属の凝固する間鋳型中の温度勾配を制御
   する装置を備えている特許請求の範囲第１項記載
   のシエル型。 ５ １つ又はそれより多くの型キヤビテイ、型キ
   ヤビテイの下にあるスタータ室、及びスタータ室
   と型キヤビテイとの間にらせん状通路として延び
   る単結晶への転換を行わせるための管状部を有す
   る単結晶鋳造製造用のシエル型を製造するにあた
   り、一定長さの除去可能な材料からなる管状部材
   を、熱による影響を受けない高強度材料からなる
   中心柱状支持体の周りにらせん状に配置し、該除
   去可能な材料からなる管状体の周りにシエルを形
   成し、そして該除去可能な材料を除去し、それに
   より中心柱状支持体の周りにらせん状の管状通路
   を形成することを特徴とするシエル型の製法。 ６ 除去可能な材料が熱により除去可能な材料で
   ある特許請求の範囲第５項記載のシエル型の製
   法。 ７ 熱により除去可能な材料がろう又はプラスチ
   ツクである特許請求の範囲第６項記載のシエル型
   の製法。 ８ 中心柱状支持体が単結晶金属を選択的に成長
   させるためのらせん状管状通路の上部からスター
   タ室に延びている特許請求の範囲第５項記載のシ
   エル型の製法。