JPH02235546A - 金属製品の加圧ロストフォーム鋳造法 - Google Patents
金属製品の加圧ロストフォーム鋳造法Info
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- JPH02235546A JPH02235546A JP1176969A JP17696989A JPH02235546A JP H02235546 A JPH02235546 A JP H02235546A JP 1176969 A JP1176969 A JP 1176969A JP 17696989 A JP17696989 A JP 17696989A JP H02235546 A JPH02235546 A JP H02235546A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、金属製品、特にアルミニウム又はアルミニウ
ム合金の製品を加圧ロストフォーム（ｌｏｓｔ−ｆｏａ
ｍ）プロセスによって鋳造する方法に係わる。
ム合金の製品を加圧ロストフォーム（ｌｏｓｔ−ｆｏａ
ｍ）プロセスによって鋳造する方法に係わる。
例えばＵＳＰ Ｎｏ．３ １５７ ９２４の教示によっ
て当業者に知られているように、金属の鋳造では、発泡
ボリスチレンのような発泡有機物質からなる模型（ｐａ
ｔｔｅｒｎ＞を粘結剤を含まない乾煤砂で形成した鋳型
中に埋め込んで使用することができる。工業的には通常
、鋳造製品の質を高めるためにこれらの模型を耐熱材の
薄膜でコーティングする。この種の方法では、砂を貫通
する供給孔及び通路を介して予め溶融しておいた鋳造す
べき金属を模型と接触させ、この模型を燃焼させて主に
蒸気に変換する。この蒸気は砂粒の開から外に流出する
ため、前記溶融金属が模型に代わって砂中の空間を徐々
に埋めていくことになる。
て当業者に知られているように、金属の鋳造では、発泡
ボリスチレンのような発泡有機物質からなる模型（ｐａ
ｔｔｅｒｎ＞を粘結剤を含まない乾煤砂で形成した鋳型
中に埋め込んで使用することができる。工業的には通常
、鋳造製品の質を高めるためにこれらの模型を耐熱材の
薄膜でコーティングする。この種の方法では、砂を貫通
する供給孔及び通路を介して予め溶融しておいた鋳造す
べき金属を模型と接触させ、この模型を燃焼させて主に
蒸気に変換する。この蒸気は砂粒の開から外に流出する
ため、前記溶融金属が模型に代わって砂中の空間を徐々
に埋めていくことになる。
この方法は、非恒久的鋳型を用いる一般的鋳造法と異な
って、中子にかなり複雑な方法で接続される剛性鋳型を
耐熱金属粉末の圧縮及び固めによって予め形成する必要
がなく、鋳造製品の収り出し及び鋳型材のリサイクルが
簡単である。従って、通常の方法より簡単であり且つ経
済的でもある。
って、中子にかなり複雑な方法で接続される剛性鋳型を
耐熱金属粉末の圧縮及び固めによって予め形成する必要
がなく、鋳造製品の収り出し及び鋳型材のリサイクルが
簡単である。従って、通常の方法より簡単であり且つ経
済的でもある。
また、鋳造製品の形状についてもデザイナーがより自由
に設計することができる。このような理由から、この方
法は工業的に益々重要になってきている。しかしながら
、この方法には幾っがの欠点がある。そのうち下記の２
つは、従来の冶金メカニズムに由来するものである。
に設計することができる。このような理由から、この方
法は工業的に益々重要になってきている。しかしながら
、この方法には幾っがの欠点がある。そのうち下記の２
つは、従来の冶金メカニズムに由来するものである。
１）凝固速度が比較的遅いため、液体アルミニウム合金
中に溶解している水素に起因してガス排出によるビンホ
ールが生じ易い。
中に溶解している水素に起因してガス排出によるビンホ
ールが生じ易い。
２）熱勾配が比較的小さいため、微細引け巣（ｍｉｃｒ
ｏ−ｓｈｒｉｎｋａｇｅ）が生じ易い。
ｏ−ｓｈｒｉｎｋａｇｅ）が生じ易い。
これらの欠点を解消するために、本出願人はＮｏ．２
６０６ ６８８で公開された仏国特許出願の発明で、充
填後に、金属の凝固部分が４０重量％を超えないうちに
、最大０．５〜１．５ＭＰａの静定気体圧力を鋳型に加
えることを提案した。
６０６ ６８８で公開された仏国特許出願の発明で、充
填後に、金属の凝固部分が４０重量％を超えないうちに
、最大０．５〜１．５ＭＰａの静定気体圧力を鋳型に加
えることを提案した。
前記発明の方法は、ロストフォーム鋳造で一般的に使用
されているステップ、即ち 耐熱材の薄膜でコーティングされた発泡有機物質からな
る鋳造される製品の模型を使用し、粘結剤を含まない乾
燥砂で形成した鋳型の中に前記模型を埋め込み、 模型と鋳型の外部とを連通させる供給孔から前記鋳型に
溶融金氏を充填して、前記模型を燃焼させ、 前記燃焼によって模型から生じた蒸気及び液体残留物を
排出し、 溶融金属を凝固させて製品を得る ステップを含む。
されているステップ、即ち 耐熱材の薄膜でコーティングされた発泡有機物質からな
る鋳造される製品の模型を使用し、粘結剤を含まない乾
燥砂で形成した鋳型の中に前記模型を埋め込み、 模型と鋳型の外部とを連通させる供給孔から前記鋳型に
溶融金氏を充填して、前記模型を燃焼させ、 前記燃焼によって模型から生じた蒸気及び液体残留物を
排出し、 溶融金属を凝固させて製品を得る ステップを含む。
但し、前記発明はその改良点として、鋳型が完全に充填
された時点、即ち金属が完全に模型にとって代わり且つ
蒸気の大部分が排出された時点で、鋳型に気体圧力を加
えるようになっている。この操作は、加圧ガス源に接続
した耐圧チャンバ内に鋳型を配置して行い得る。
された時点、即ち金属が完全に模型にとって代わり且つ
蒸気の大部分が排出された時点で、鋳型に気体圧力を加
えるようになっている。この操作は、加圧ガス源に接続
した耐圧チャンバ内に鋳型を配置して行い得る。
この加圧操作は、充填操作の直後、即ち金属がまだ完全
に液体である間に実施し得るが、鋳型内の金属の凝固部
分が４０％を超えなければ、それより後で行ってもよい
。凝固部分が４０％を超えると圧力を加えても殆ど効果
がない。加える圧力の最大値は０．５〜１．５８Ｐａが
好ましいと判断された。０．５ＭＰａ未満では十分な効
果が得られず、１ ．５ＭＰａを超えると禄作費用が高
くなるからである。
に液体である間に実施し得るが、鋳型内の金属の凝固部
分が４０％を超えなければ、それより後で行ってもよい
。凝固部分が４０％を超えると圧力を加えても殆ど効果
がない。加える圧力の最大値は０．５〜１．５８Ｐａが
好ましいと判断された。０．５ＭＰａ未満では十分な効
果が得られず、１ ．５ＭＰａを超えると禄作費用が高
くなるからである。
このようにすると、ガスに由来するビンホール及び微細
引け巣が発生しなくなるか又は少なくとも減少するため
、製品の密度が大幅に増加し、従って機械的特性も向上
した。しかしながら、これには、金属浸透（ｍｅｔａｌ
ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ）として知られている別の欠
点が伴うことが判明した。即ち、前記条件以外のことは
考慮しないでロストフォーム鋳造用鋳型を加圧すると、
圧力が金属供給孔に直接加えられると共に砂の表面にも
加えられ、前者の圧力が殆ど一瞬のうちに溶融金属全体
に伝達される一方で、後者の圧力は砂粒による圧力降下
に起因して漸減しながら伝達される。従って、圧力に不
均衡が生じ、界面領域、即ち模型が砂と接触する領域で
は金属の圧力が砂より△Ｐだけ過剰になる。この不均衡
は一時的なものであり、加圧直後に生じ、次いで消滅す
る。
引け巣が発生しなくなるか又は少なくとも減少するため
、製品の密度が大幅に増加し、従って機械的特性も向上
した。しかしながら、これには、金属浸透（ｍｅｔａｌ
ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ）として知られている別の欠
点が伴うことが判明した。即ち、前記条件以外のことは
考慮しないでロストフォーム鋳造用鋳型を加圧すると、
圧力が金属供給孔に直接加えられると共に砂の表面にも
加えられ、前者の圧力が殆ど一瞬のうちに溶融金属全体
に伝達される一方で、後者の圧力は砂粒による圧力降下
に起因して漸減しながら伝達される。従って、圧力に不
均衡が生じ、界面領域、即ち模型が砂と接触する領域で
は金属の圧力が砂より△Ｐだけ過剰になる。この不均衡
は一時的なものであり、加圧直後に生じ、次いで消滅す
る。
前記過剰圧力が大きくなり過ぎると金属が砂粒間に浸透
するため、製品の表面に変形が生じる。
するため、製品の表面に変形が生じる。
これが、いわゆる金属浸透現象である。そこで、この欠
点を解消するために、前記過剰圧力をできるだけ小さく
する必要が生じた。本出願人は前記特許出願で、圧力を
Ｏから所望の最大値まで経時的に漸増させ、その最大値
を金属が完全に凝固するまで維持することによって前記
問題を解決することを提案した。前記圧力不均衡は、最
初に加える圧力が小さければ小さいほど小さくなるから
である。この場合、過剰圧力を小さくするためには圧力
増加速度を十分に小さくしなければならない。
点を解消するために、前記過剰圧力をできるだけ小さく
する必要が生じた。本出願人は前記特許出願で、圧力を
Ｏから所望の最大値まで経時的に漸増させ、その最大値
を金属が完全に凝固するまで維持することによって前記
問題を解決することを提案した。前記圧力不均衡は、最
初に加える圧力が小さければ小さいほど小さくなるから
である。この場合、過剰圧力を小さくするためには圧力
増加速度を十分に小さくしなければならない。
金属浸透現象と一般的冶金メカニズムに起因する前述の
ごとき欠点はこのようにして解消できたが、本出願人は
これらの欠点以外に、ロストフォーム法に固有の欠点を
２つ発見した。即ち、１）発泡材料の気化残留物に起因
するブローホー物との接触によって生じる、酸化物に結
合した炭素買混在物の形成である。
ごとき欠点はこのようにして解消できたが、本出願人は
これらの欠点以外に、ロストフォーム法に固有の欠点を
２つ発見した。即ち、１）発泡材料の気化残留物に起因
するブローホー物との接触によって生じる、酸化物に結
合した炭素買混在物の形成である。
そこで、更に研究を続けた結果、下記の結論が得られた
。
。
前述のごとく、工業的インベストメントｖＪ３Ｆ？法で
は模型を耐熱材の薄膜で被覆する。この耐熱材の薄膜は
、通常は、粘結剤によって固められたセラミック粒子か
らなる。この薄膜は下記のように巴能する。即ち、通常
ボリスチレンからなる発泡材料は、溶融金属を注入する
と気体及び液体になって除去されるが、前記耐熱層は気
体になった材料の排出をその透過性によって調整し且つ
液体になった材料を吸収するのである。一般的には、前
記浸透性は、溶融金風と発泡材料との間に気体クッショ
ンが保持されるように製品に適合していなければならず
、吸収力は液体残留物を除去すべく最大限でなければな
らない。この状態で鋳型の充填が終了すると、耐熱層が
残留物で飽和され、飽和を超えた過剰分は砂に吸収され
る。従って、鋳型内では有機物質で飽和された耐熱層に
６００〜８００℃の金風が接触し、その結果前記液体が
気化し得る。この気化が生じると圧力が発生し、その結
果ガスが金属中に浸透してブローホールを形成し、また
発泡材料残留物の不完全燃焼に起因する炭素混在物を発
生させることになる． この欠点を解消するためには、薄膜の後の砂の中の空間
における圧力より十分に大きい圧力を液体金属中に発生
させて、気体及び液体残留物が砂の方に排出されるよう
に、従って金属中には浸透しないようにしなければなら
ない。しかしながらこの方法は、金属浸透現象を防止す
るための方法、即ち圧力増加速度をできるだけ小さくし
て前記過剰圧力を最小限に押さえる方法に逆らうことに
なる。
は模型を耐熱材の薄膜で被覆する。この耐熱材の薄膜は
、通常は、粘結剤によって固められたセラミック粒子か
らなる。この薄膜は下記のように巴能する。即ち、通常
ボリスチレンからなる発泡材料は、溶融金属を注入する
と気体及び液体になって除去されるが、前記耐熱層は気
体になった材料の排出をその透過性によって調整し且つ
液体になった材料を吸収するのである。一般的には、前
記浸透性は、溶融金風と発泡材料との間に気体クッショ
ンが保持されるように製品に適合していなければならず
、吸収力は液体残留物を除去すべく最大限でなければな
らない。この状態で鋳型の充填が終了すると、耐熱層が
残留物で飽和され、飽和を超えた過剰分は砂に吸収され
る。従って、鋳型内では有機物質で飽和された耐熱層に
６００〜８００℃の金風が接触し、その結果前記液体が
気化し得る。この気化が生じると圧力が発生し、その結
果ガスが金属中に浸透してブローホールを形成し、また
発泡材料残留物の不完全燃焼に起因する炭素混在物を発
生させることになる． この欠点を解消するためには、薄膜の後の砂の中の空間
における圧力より十分に大きい圧力を液体金属中に発生
させて、気体及び液体残留物が砂の方に排出されるよう
に、従って金属中には浸透しないようにしなければなら
ない。しかしながらこの方法は、金属浸透現象を防止す
るための方法、即ち圧力増加速度をできるだけ小さくし
て前記過剰圧力を最小限に押さえる方法に逆らうことに
なる。
本出願人は、金属浸透と金属中への残留物の侵入とを回
避するためには特定の過剰圧力範囲にすることが不可欠
であることを発見した。そこで本発明では、改良点とし
て、界面領域における砂の圧力より過剰な溶融金属の圧
力を急速に且つ砂中での圧力降下により一時的に発生さ
せるような、砂粒サイズ及び模型の埋め込み深さに応じ
た圧力増加速度を使用する。ようにする。前記過剰圧力
は２つの限界値の間の値に到達し、次いで前記圧力の増
加に伴って低下し、その後金属が完全に凝前記速度は０
．００３〜０．００３〜０．３ＭＰａ／秒が好ましく、
製品の厚みが厚いほど小さくする。この速度が前記範囲
から外れると、前記２つの欠点のうちいずれか一方が閉
著になる。
避するためには特定の過剰圧力範囲にすることが不可欠
であることを発見した。そこで本発明では、改良点とし
て、界面領域における砂の圧力より過剰な溶融金属の圧
力を急速に且つ砂中での圧力降下により一時的に発生さ
せるような、砂粒サイズ及び模型の埋め込み深さに応じ
た圧力増加速度を使用する。ようにする。前記過剰圧力
は２つの限界値の間の値に到達し、次いで前記圧力の増
加に伴って低下し、その後金属が完全に凝前記速度は０
．００３〜０．００３〜０．３ＭＰａ／秒が好ましく、
製品の厚みが厚いほど小さくする。この速度が前記範囲
から外れると、前記２つの欠点のうちいずれか一方が閉
著になる。
この速度は勿論、鋳型を通して生じる圧力降下を考慮し
て、即ち砂粒サイズと模型を砂に埋め込む深さとを考慮
して決定しなければならない。従って前記速度はこれら
のパラメーターに基づいて、過剰圧力が０．００１〜０
．０３０ＭＰａ、好ましくは０．００２〜０．０１０Ｈ
Ｐａになるように決定する。この過剰圧力は充填操作直
後の、薄膜が完全には気化されていない物質でまだ飽和
されている臨界期間の間だけ必要とされる。この過剰圧
力は、圧力を加えてから２秒未満の間に達成されるのが
好ましい。金属浸透現象はこの時間の間に最大になるか
らである。
て、即ち砂粒サイズと模型を砂に埋め込む深さとを考慮
して決定しなければならない。従って前記速度はこれら
のパラメーターに基づいて、過剰圧力が０．００１〜０
．０３０ＭＰａ、好ましくは０．００２〜０．０１０Ｈ
Ｐａになるように決定する。この過剰圧力は充填操作直
後の、薄膜が完全には気化されていない物質でまだ飽和
されている臨界期間の間だけ必要とされる。この過剰圧
力は、圧力を加えてから２秒未満の間に達成されるのが
好ましい。金属浸透現象はこの時間の間に最大になるか
らである。
ここで、本発明の使用例として、過剰圧力が前込み深さ
とを考慮した条件で、内燃機関の排気マニホルド及びシ
リンダヘッドを鋳造する場合を挙げる。前記条件及び使
用鋳型のパラメーターは表１に示す通りである。
とを考慮した条件で、内燃機関の排気マニホルド及びシ
リンダヘッドを鋳造する場合を挙げる。前記条件及び使
用鋳型のパラメーターは表１に示す通りである。
この方法で鋳造した製品はブローホールが極めて少なく
且つ炭素沈櫃物が全くなかった。これは、本発明の改良
の効果を立証するものである。
且つ炭素沈櫃物が全くなかった。これは、本発明の改良
の効果を立証するものである。
Claims (5)
- （１）耐熱材の薄膜で被覆された発泡有機物質からなる
鋳造される製品の模型を使用し、 粘結剤を含まない乾燥砂で形成した鋳型の 中に前記模型を埋め込み、 前記鋳型に溶融金属を充填して、前記模型 を燃焼させ、 模型から生じた蒸気及び液体残留物を排出 し、 溶融金属を凝固させて製品を得、 金属の凝固部分が４０重量％を超える前に最大０．５〜
１．５ＭＰａの静定圧力を鋳型に加えるステップを含み
、 砂粒サイズ及び模型埋め込み深さに応じて、溶融金属の
圧力を砂の圧力に対して界面領域で急速に且つ砂中での
圧力降下により一時的に過剰にさせるような速度で前記
圧力を増加させ、前記過剰圧力は２つの限界値の間の値
に達するとその後前記圧力の増加に伴って減少するもの
であり、次いで前記圧力を凝固が完了するまで一定の値
に維持することを特徴とする金属製品の加圧ロストフォ
ーム鋳造方法。 - （２）圧力増加速度を０．００３〜０．３ＭＰａ／秒に
し、製品の厚みが厚ければ厚いほどこの速度を小さくす
ることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - （３）過剰圧力が０．００１〜０．０３０ＭＰａの値を
有することを特徴とする請求項１に記載の方法。 - （４）過剰圧力が０．００２〜０．０１０ＭＰａの値を
有することを特徴とする請求項３に記載の方法。 - （５）最大過剰圧力に達するまでの時間が２秒未満であ
ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
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