JPH0244622B2 - Kaishitsusaretachukuimononoseizohoho - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、機械部品等として使用できる中空鋳
物の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 工業的に重要なウオータータウン法、デラボウ
ド法、サンドスパン法などの従来から知られてい
る遠心鋳造法は、鋳型自体を回転させて遠心力を
発生させ、完全溶湯から直接中空製品を成形して
いる。しかしながら、このような方法では、寸法
精度が高い製品を得られるとしても、均質微細な
結晶粒をもつ材料を得ることは困難であり、しか
も鋳型自体を回転させるため、装置が比較的大型
になるという問題がある。

一方、固液共存状態の材料の中心部に挿入した
回転子を回転させて晶出結晶を破砕し、均質微細
な結晶粒をもつ材料をつくるようにしたレオキヤ
スト法も知られているが、この方法は特に中空鋳
物を成形することを考慮したものではなく、回転
子が材料と一体的に凝固するのを防止する必要が
あるため、回転子を凝固の中後期に引き抜くよう
にしている。従つて、半固体状材料が流動し、中
心部が中空にはならない。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、晶出結晶を破砕し、均質微細な結晶
粒をもつ材料をつくるための高速回転する回転子
を中子として利用し、それによつて改質された中
空鋳物を成形する方法を提供しようとするもので
ある。かかる方法は、金属材料からの中子の引き
出しが高速撹拌回転凝固の末期においても可能で
あるという実験的知見に基づくものである。

［問題点を解決するための手段及び作用］ 上記目的を達成するため、本発明の方法は、鋳
型内における冷却中の溶融金属材料内に中子を挿
入して、その中子を低速回転させ、金属材料の凝
固開始と同時に上記中子の回転速度を上昇させ
て、高速回転撹拌を行うことにより、晶出結晶を
破砕して結晶粒を均質微細化し、この高速回転撹
拌を凝固終了直前まで続行して中子を抜くことに
より、改質された中空鋳物を得ることを特徴とす
るものである。

また、上記方法においては、高速回転撹拌中の
金属材料に非金属等の異質材料粒子を投入するこ
とにより、容易に金属基複合材料の中空鋳物を得
ることができる。

さらに具体的に説明すると、本発明の方法は、
鋳型内において溶融金属の成形を行うに際し、晶
出結晶を破砕して結晶粒を均質微細化すると同時
に、筒状に中空化した鋳物を成形し、あるいはそ
れと同時に非金属等の異質材料粒子を均一に混入
した金属基複合材料の中空鋳物を成形しようとす
るものであり、特に、固液共存状態の合金材料に
機械的な回転撹拌を加えるだけの簡単な操作によ
りその成形を行うものである。

そのため、本発明においては、まず、真空容器
内に配置した鋳型内で所定の組成をもつ金属材料
または合金材料を真空溶解した後、その材料を撹
拌するための撹拌棒を兼ねた中子を、鋳型内にお
いて連続冷却中の材料内に挿入する。上記中子
は、望ましくは断面形状を多角形状とし、製造し
ようとする中空製品の目標内径により定められた
最大外径をもたせ、且つ中空部分に対応する所要
の長さに形成したものである。

上記中子は、それを冷却過程にある金属溶湯に
挿入して、直ちに溶湯が飛散しない程度の速度で
回転させ、溶湯成分を均一化させる。材料がほぼ
凝固開始温度に到達し、固液共存状態に達したこ
とが温度計測等により検出されたときには、中子
の回転速度を上昇させて、高速回転撹拌を行う。
この低速及び高速回転撹拌は、後述する装置例に
おいて示す内径60mm程度の鋳型内において、最大
径が40mm前後の中子を用いる場合、低速回転の回
転速度が1000rpm以下、高速回転時の回転速度が
1000rpm以上である。

而して、低速回転においては、上記のように溶
湯を飛散させない程度の回転速度で溶湯成分を均
一化させ、固液共存状態における高速回転におい
ては、晶出結晶を破砕して結晶粒を均質微細化す
ることにより材料自体の改質を行ない、それと同
時に所定形状に加工された固定鋳型の内壁面に半
固体状の材料を遠心力によつて打ち付け、高い寸
法精度の成形を可能にし、この高速回転撹拌を凝
固終了直前まで続行して、半固体状材料が殆ど流
動しない状態で中子を抜くことにより、改質され
た中空鋳物を得る。

この高速回転撹拌凝固中の材料に、非金属等の
異質材料粒子を投入することにより、金属基複合
材料の中空鋳物を得ることができる。

上記中空鋳物の製造においては、第１図に示す
ような装置を使用するのが適している。

同図に示す装置について説明すると、前面に開
閉扉を持つチヤンバ本体１は真空容器を構成し、
その内部をエアシリンダ３で開閉されるモリブデ
ン製のシヤツタ２により上下に区画して、下方の
加熱室４内に抵抗加熱炉５を配置すると共に、上
方の冷却室６内に、冷却コイルを持つ水冷外筒７
及びその冷却外筒７内に上方から垂下した断面多
角形状の中子９を配置し、この中子９をトルクモ
ータ１０で回転駆動するようにしている。

この装置においては、チヤンバ本体１内を図示
しない真空源に接して、真空排気後、炉内の鋳型
１２中で材料を加熱溶解し、その溶解後、炉上の
シヤツタ２を開放して、チヤンバ本体１の下面を
貫通する支持棒１１を昇降可能にした鋳型昇降機
構で、上記鋳型１２を水冷外筒７内まで上昇させ
ることにより、鋳型１２内の溶湯中に中子９を挿
入し、冷却室６内における急速な冷却過程におい
て、その中子９の回転により半溶融状態の材料を
撹拌させる。

上記中子９は、それを冷却過程にある金属溶湯
に挿入した時点では、溶湯が飛散しない程度の低
速で回転させ、図示しない温度計測器により材料
がほぼ凝固開始温度に到達したときには、回転速
度を上昇させて高速回転撹拌を行い、凝固末期に
おいて半固体状材料が完全に固化する直前に鋳型
１２から引き出す。

高速回転撹拌凝固中に非金属等の異質材料粒子
を投入する場合には、添加材料供給装置１４を通
じて行えばよい。

なお、図中、１５は反射板、１６は覗窓を示し
ている。

［実施例］ 本発明に基づく中空鋳物を、Al−Cu、Al−
Pb、Al−Si、Al−Ni、Cu−Si、Cu−Al、Cu−
Al−Fe、Zn−Al合金及びNi基超合金について実
験的に作成した。作成に際しては、第１図の装置
を使用し、加熱室内を１×10^-5Torr以下に真空
排気後、加熱室下部のモリブデン抵抗加熱炉内で
鋳型中に充填した合金を加熱溶解し、次いで炉直
上のシヤツタを開放して、鋳型昇降機構により、
溶湯を上昇させ、水冷外筒内で溶湯中に中子を挿
入し、中子先端を鋳型内壁底部の10mm直上の位置
で停止させた。

その直後、中子を540〜1000rpmで低速回転さ
せ、その間、上記装置に付設した電子式自動平衡
記録計に連続記録中の冷却曲線により凝固開始を
監視し、その凝固開始を確認した時点に、中子の
回転速度の上昇を開始し、1800〜4200rpmまで上
昇させた。その際、回転撹拌の急激な高速化に伴
う半溶融合金の鋳型外への飛び散りを極力防止す
るために、回転数の増加速度を一定に保持した。

その後、上記一定速度で回転撹拌を続行し、自
動平衡記録計の冷却曲線とトルクモータ１０のト
ルク値より凝固の終了直前を確認して、鋳型昇降
機構で、10cmほど鋳型を下降させ、中子と材料の
溶着を防止した。

その結果、Al−10〜30％Cu、Al−15〜35％Pb
系、Al−８％Si、過共晶Al−Si、Al−４％Ni、
Cu−７％Si、Cu−８〜12％Al、Cu−９〜10％Al
−３〜４％Fe、Zn−20〜40％Al合金及びRene95
系Ni基超合金において、均質微細な結晶粒をも
つ中空鋳物製品を得ることができた。

［発明の効果］ 以上に詳述したように、本発明の製造方法によ
れば、湯口、押湯等を使用しないので、中空鋳物
を経済的に製造することができ、また回転撹拌凝
固によつて製造するため、凝固末期に凝固収縮が
殆どなく、表面性状が極めて良好となり、さらに
遠心力を利用しているため寸法精度も高めること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る方法を実施する中空鋳物
製造装置の断面図である。 ９……中子、１２……鋳型。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋳型内における冷却中の溶融金属材料内に中
   子を挿入して、その中子を低速回転させ、金属材
   料の凝固開始と同時に上記中子の回転速度を上昇
   させて、高速回転撹拌を行うことにより、晶出結
   晶を破砕して結晶粒を均質微細化し、この高速回
   転撹拌を凝固終了直前まで続行して中子を抜くこ
   とにより、中空鋳物を得ることを特徴とする改質
   された中空鋳物の製造方法。 ２ 高速回転撹拌中の金属材料に非金属等の異質
   材料粒子を投入することにより、金属基複合材料
   の中空鋳物を得ることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の改質された中空鋳物の製造方法。