JPH01500020A - シェル鋳型形成用のスラリー、それによるシェル鋳型の製造方法、該方法によるシェル鋳型、及び該鋳型による鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 クリストバライト含有鋳造用シェル鋳型、及び該鋳型の製造方法 本発明は鋳造用、特に精密鋳造用のクリストバライト含有シェル鋳型に係わる１ 本発明はまた、該鋳型の製造に使用される生成物及び該鋳型の製造方法にも係わ る。

成る種の部材、特に例えば凝固が管理された部材の鋳造では、使用されるシェル 鋳型が極めて厳しい条件（温度、熱衝撃）で大きな応力を受ける。しかるに、こ れら鋳型の壁の厚みを８１のオーダーより大きくすることによって、部材の冶金 学的性質を著しく低下させる危険を伴わずに、これら鋳型の機械的性質を大幅に 改善することは周知のように不可能である。そこで、シェル鋳型を構成する材料 の組成及び／又は構造を変えることによって機械的性質を所望通りに改善する方 法が研究された。

高温で使用できるシェル鋳型の製造に最も適した材料の１つとして、シリカとジ ルコンの混合物を使用することは既に開示されている。この材料を用いてシェル 鋳型を製造する方法は、結合剤（コロイドシリカ）中の耐火物質（ジルコン）微 粒子からなる泥漿中に螺装模型を浸漬する第１ステツプと、このようにして形成 された湿潤泥漿コーティングの上に耐火物質粒子を配置する第２ステツプとから なり、乾燥、後に前記諸ステップを繰り返すことによって所望の厚さく４〜８ａ ＋＋ａ）のシェル鋳型を形成する。

また、前記溶融シリカとジルコン粉と結合剤構成シリコーン樹脂と、任意的潤滑 剤及び触媒との他に、２．５〜３．５重量％のクリストバライトを導入して形成 した鋳造用中子も既に開示されている。これらの鋳造用中子は蝋で被覆された後 互いに協働して、前述のごときシェル鋳型を形成せしめる。このような鋳造用中 子がクリストバライトの存在に起因して有利な機械的性質を有することは明らか であるが、鋳造用中子の耐性改善に関する問題はシェル鋳型の場合とは異なる。

その他、様々な用途に関して、高温で且つ種々の無機触１（例えばアルカリ金属 又はアルカリ土類金属の塩）を作用させて、シリカをクリストバライトに変換さ せる方法も開示されたが、これも周知のようにこのようなりリストパライトは２ 種類の結晶形態、即ち低温（約２５０℃未満）で安定したα形態、及び高温で安 定したβ形態で存在し、これらの形態は互いに異なる密度を有する。

本出願人はこれらの諸事情を考慮して、高温での機械的性質を改善するために、 クリストバライトを含むシェル鋳型を実現することが可能ではないかと思料する に至った。

この発想の成功性は全く未知のものであった。なぜなら、前記２種類のクリスト バライトが互いに異なる密度を有するため、前記鋳型が破損するか又は脆弱化す る危険があったからである。

研究の結果、下記のことが判明したニ ー　クリストバライトの使用によって十分な特性改善を得るためには、シリカ変 換用無機触媒（例えばアルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩）を使用しない方 がよい。

−α及びβ形態のクリストバライト変換による悪影響を回避すべく、シェル鋳型 がクリストバライトの結晶形態変化発生ゾーンで温度変化を受ける場合には、該 鋳型に存在するクリストバライトの量を調整し且つ限定するのが望ましい。

以上の理由から本発明は第１に、蝋をその中に浸漬することによってシェル鋳型 構成材料層を形成するのに使用される水性浴（又は泥漿）を提供する。この浴は ２０〜４０重量％のコロイドシリカと、２０〜４０重量％のジルコン粉と、１５ 〜２５重量％のシリカ砂（ケイ砂）とを含み、且つ一１５〜３５重量％の溶融シ リカ粉と −１〜５重量％のクリストバライト粉 とを含むことを特徴とする。

尚、 −粉とは５０／１０００ｍｍ未満の粒度をもっｆＲ細粉末物質を意味し、 −砂とは約０．２５〜約０．５０ｍ＋６の平均粒度をもつ粒状物質を意味する。

従って、本発明ではクリストバライトを粉（粒度５０／１０００■■未満）の形 態で、但し好ましくは約２０／１０００＋＊ａ＋未満の粒度の微粉の形態で使用 する。

尚、使用する浴は結合剤（有機又はシリコーン含有）も、シリカをクリストバラ イトに変換させる触媒も含まない。

添加したクリストバライトが触媒又は核の役割を果たすと考えられるからである 。

本発明はまた、本発明の浴を使用するシェル鋳型製造方法にも係わる。この製造 方法は、螺装模型を本発明の浴に浸漬し乾燥させる一連の操作を公知の方法で実 施し、次いで得られた前駆体を熱処理してシェル鋳型のクリストバライトの含量 を増加及び制御することからなる。前記熱処理は、前記前駆体を炉に入れてこの 炉を１０５０〜１２００℃の温度に加熱し、この温度を１〜２時間維持し、その 後全体を室温まで冷却することを特徴とする。

炉の温度上昇時間は約１〜２時間であり、冷却時間も約２時間程度である。この ようにして形成したシェル鋳型の組成を分析すると、１０〜３０重量％のクリス トバライトが均一に分布した状態で含まれていることがわかる。クリストバライ トの量をこのように調節すると、シェル鋳型を高速で温度変化にかけた場合でも 前記クリストバライト（α形態、β形態）の構造変化時点で問題が生じることは ない。

そこで本発明は、クリストバライトを１０〜３０重量％含むことを特徴とするシ ェル鋳型を提供する。

寸法上の安定性と優れた機械的特性とを有する本発明の鋳型はあらゆる種類の鋳 造、特に精密鋳造で約１６００℃までの温度で使用できる。この鋳型を構成して いる材料の構造は、このシェル鋳型に溶融金属（又は合金）を注入すると変化す る０例えば、１５００℃の温度では、鋳型に存在するシリカ全部が急速に（数分 で）クリストバライトに変換され、その結果鋳型に最適の特性が付与される。触 媒又は種々の添加物のような化合物を使用した場合には、クリストバライト結晶 の他に、鋳型の性質を劣化させるようなガラス質部分が形成されることになる１ 本発明のシェル鋳型の特徴の１つは、高温で加熱すると、存在するシリカの９５ ％以上がクリストバライトに変換されるような鋳型になることにある。

以下、非限定的実施例を挙げて本発明の詳細な説明する。

え克に ２４重量％のコロイドシリカと、１６．７重量％のシリカ砂と、３．５重量％の クリストバライト粉と、種々の割合のジルコン粉及び溶融シリカ粉とを含む水性 泥漿（スリップ）を数種類形成した。

これら種々の泥漿に蝋を繰り返し浸漬して、厚み約６■のシェル鋳型を製造した 。

乾燥したこれらのシェル鋳型を炉に入れ、温度を１１５０℃まで徐々に上げた。

この温度上昇時間は合計で１時間３０分であった０次いでこの温度を１時間１１ ５０℃に維持し、その後炉を徐々に室温まで冷却した。この冷却処理時間は約２ 時間であった。

このような条件では、クリストバライトα含量（室温で測定）が約２０％のシェ ル鋳型が得られることが判明した。

この形モで使用し得るシェル鋳型をテストすべく、試験片を採取して３〜１５分 の種々の処理時間で１５００℃に加熱した。１５００℃で一定の応力の下で変形 テスト（１９７８年に改定された１９７０年のＰＲＥ１８規格に記載されている 高温３点曲げ破壊係数の測定から誘導したテスト）を行い、生じた変形を測定し た。

得られた結果を次表に示す。

テスト　泥漿組成　各加熱時間後のｔ・１０分ジルコン粉　溶融シリカ　３分　 １０分　１５分％　粉　％　（０，５８Ｐａの一定応力）１　３Ｂ　１７．８　 ３．２５　２．２５　１．７５２　３５．５　２０．３　２．７５　２　１．５ ０３　３３　２２．８　２．２５　１．７５　１．２０４　３０．５　２５．３ 　２　１．５０　１．１５　２８　２７．８　１．７５　１．５０　１６　２５ ．５　３０．３　１．６　１．５０　１これらの結果が示すように、１５００℃ の温度では加熱時間を３分から１５分に増加するとシェル鋳型の機械的性贋が急 速に改善される。結晶学的測定によって確認したところ、この結果は加熱時間の 増加に伴い材料のクリストバライト含量が増加するという事実に起因する。これ らの結果から明らかなように、テスト４．５及び６の鋳型に関しては１５００℃ で１５分加熱すると、当該シェル鋳型に含まれたシリカのクリストバライトへの 変換が約９５％を超える（好ましくは約９８％）割合でほぼ完全に達成される。

国際調査報告 Ａ、ＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＡＦＥ　ＩＮＴＥＲＮＡ？工０ＮＡＬ　Ｓ’？−ＱＣＨＲ Ｅ？ＯＲＴ　ＯＮ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．蝋を浸漬することによってシェル鋳型を構成する材料層を形成するのに使用 される水性浴（又は泥漿）であって、２０〜４０重量％のコロイドシリカと、２ ０〜４０重量％のジルコン粉と、１５〜２５重量％のシリカ砂とを含み、且つ− １５〜３５重量％の溶融シリカ粉と、−１〜５重量％のクリストバライト粉 とを含むことを特徴とする浴（又は泥漿）。
2. ２．請求の範囲１に記載の浴（又は泥漿）を用いてシェル鋳型を製造する方法で あって、蝋製模型を前記浴に浸漬し且つ乾燥させる一連の操作を公知の方法で実 施し、次いで得られた前駆体を熱処理することからなり、前記熱処理が前記前駆 体を炉に入れて１０５０〜１２００℃の温度に加熱し、この温度を１〜２時間維 持し、その後全体を室温まで冷却することからなることを特徴とする方法。
3. ３．クリストバライトを１０〜３０重量％含むことを特徴とする請求の範囲２に 記載の方法で製造されたシェル鋳型。
4. ４．鋳造操作開始前に当該シェル鋳型に存在するシリカの少なくとも９５％がク リストバライトに変換されるように十分な温度で鋳造を行う場合における請求の 範囲３に記載のシェル鋳型の使用。