JPH03155431A - セラミックシェルモールド用鋳型 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、チタン合金の鋳造に用いられるセラミックシ
ェルモールド用鋳型の改良に関する。

［従来の反衝］ セラミックシェルモールド法は、従来の鋳造法に比べて
寸法精度が極めて良い鋳物が得られるため、機械加工が
不可能なものや、機械加工ではコスト高になるものの製
造に採用されており、近年急速に進歩普及してきた。こ
のセラミックシェルモールド法は、周知のように、消失
模型の表面に耐火物粉末とバインダからなるスラリーを
コーティングし、耐火スタッコ砂によりサンディングし
、乾燥するという３工程を数回繰返すことにより、所望
の厚さをもつ耐火物層からなるセラミックシェル層を形
成する。ぞの後、内部の消失模型を加熱などの手段で消
失させ、セラミックシェル層を焼結して鋳型とする。そ
して消失模型の消失された所に溶湯を注湯して鋳物を作
る方法である。

例えば特開昭６２−９３０４１号公報には、シリカとア
ルミナを主成分とするチタン合金鋳造用鋳型材が開示さ
れている。しかしながら純チタンあるいはチタン合金は
高活性である。また、シリカ生成の標準自由エネルギー
は、第６図に示すように、例えばチタンの融点である１
６８０℃で酸化チタン生成の標準自由エネルギーに比べ
て高い。

したがって、溶湯と鋳型とが反応して鋳物の肌が荒れる
場合がおる。この反応を防止するためには、鋳込み温度
における酸化物生成の標準自由エネルギーが酸化チタン
より低いセラミック材料を用いる必要がある。したがっ
て第６図からもわかるように、熱力学的に高温でも安定
なカルシア（ＣａＯ）質のものが望ましいとされている
。

［発明が解決しようとする課題］ 消失模型の材料としては、従来よりワックスが用いられ
ている。しかしながらワックスの強度面からの制約によ
り、消失模型の厚さや長さに限界があり、薄物や複雑形
状の鋳物を製造することは困難である。そこで近年、十
分な強度を有する水溶性の尿素系の消失模型材料の利用
が高まっている。

ところが尿素系材料から形成された消失模型を用いてカ
ルシアから鋳型を形成すると、消失模型の表面が溶けて
鋳型の表面形状がＪＲなわれるという不具合が生じた。

また、消失模型を消失させるのにオートクレーブを用い
ると、カルシア鋳型は崩壊してしまう。これらの不具合
はカルシアの水分と反応しやすいという性質に起因して
いる。したがってカルシアから鋳型を形成する場合の消
失模型としては、尿素系材料は用いることができないた
めワックスを用いざるを得なかった。このため、チタン
合金からカルシアを鋳型として薄物や複雑形状の鋳物を
精密鋳造することは困難となっていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
水分を吸収することなく尿素系材料から形成された消失
模型から形成でき、さらにチタンまたはチタン合金と反
応することなく精密鋳造できる鋳型とすることを目的と
する。

［課題を解決するための手段］ 本発明のセラミックシェルモールド用鋳型は、水溶性材
お１より形成された消失模型に耐火物粉末のスラリーを
被覆し次いで耐火スタッコ砂を被覆して乾燥する工程を
複数回繰返すことにより形成された複数の耐火物層をも
ちチタンまたはチタン合金鋳造用に用いられるセラミッ
クシェルモールド用鋳型であって、 少なくとも消失模型と接する耐火物層の初層を構成する
耐火物粉末および耐火スタッコ砂のうち少なくとも耐火
物粉末は９８重量％以上がアルミナから構成されている
ことを特徴とする。

本発明のセラミックシェルモールド用鋳型は、従来と同
様に複数の耐火物層から形成されている。

この耐火物層はそれぞれ耐火物粉末と耐火スタッコ砂か
ら構成されている。この耐火物層をもつ鋳型を形成する
には、まず耐火物粉末とバインダとよりなるスラリーを
消失模型に被覆し、その表面に耐火スタッコ砂を付着さ
せて乾燥する。そして複数の耐火物層を形成した後、消
失模型を消失させ、焼成することにより全体が一体的に
結合して鋳型が形成される。

本発明の最大の特徴は、消失模型と接する耐火物層の初
層を構成する耐火物粉末および耐火スタッコ砂のうち少
なくとも耐火物粉末は、９８重量％以上がアルミナから
構成されているところにある。アルミナが９８重量％未
満であると、チタン合金などの溶湯と鋳型との反応が生
じやすく、鋳物の肌が荒れるようになる。また湯廻り性
も低下する。この初層の耐火物粉末は粒度が２００メツ
シユ以下であることが望ましい。２００メツシユより大
きくなると、鋳型および鋳物の肌の凹凸が目立つように
なり好ましくない。

消失模型と接する耐火物層の初層を構成する耐火物粉末
および耐火スタッコ砂は、それぞれ９８重伍％以上がア
ルミナから構成されていることが望ましい。耐火スタッ
コ砂は溶湯と直接接触することはないが、溶湯と非常に
近いため、溶湯と反応する場合があるからである。この
耐火スタッコ砂としては、補強効果および鋳型の肌など
の面から粒度が３０〜１５０メツシユのものが好ましい
。

なお、消失模型と接する初層を除く耐火物層は、アルミ
ナに限らず種々のセラミックスから形成することができ
る。

本発明にいう水溶性材料とは尿素系のものが代表的であ
るがこれに限るものではなく、水溶性で射出成形などに
より消失模型を形成できるものであれば種々選択して用
いることができる。またチタン合金とはチタンを含有す
る合金をいい、Ｔｉ−６Ａ５２−４Ｖ、Ｔ　ｉ−８Ａ１
−８ＡＱ−，３Ｔｉ−Ａ５２、Ｔｉ−ＡＱ、Ｔｉ−３Ａ
５２、などを用いることができる。

［作用］ 本発明の鋳型を形成するには、まず、尿素系などの水溶
性材料から削出成形などにより目的製品形状の消失模型
を形成する。尿素系材料を用いれば、薄物や複雑形状の
消失模型を容易に形成することができる。次に消失模型
の表面に、アルミナを９８重量％以上含有する耐火物粉
末とバインダとからなるスラリーを被覆する。このバイ
ンダとしては一般にエチルシリケート加水分解液が用い
られる。そして耐火スタッコ砂が付着され乾燥して耐火
物層の初層が形成される。さらに初層表面にバックアッ
プスラリーの被覆、バックアップスタッコ砂の付着、乾
燥を複数回繰返して耐火物層を形成し、次いでオートク
レーブなどにより消失模型を消失させる。

ここで少なくとも消失模型に接する耐火物層の初層の表
面は大部分がアルミナである。したがって空気中の水分
を吸収することがないので、消失模型の表面が溶けるよ
うな不具合がない。これにより消失模型の表面形状が確
実に鋳型に転写される。また、オートクレーブによる消
失が可能となる。

そして消失模型が消失された全体を焼結して鋳型が形成
される。この鋳型には純チタンまたはチタン合金の溶湯
が注湯されて鋳造される。ここでアルミナ生成の標準自
由エネルギーは、第６図に示すように例えばチタンの融
点である１６８０’Ｃでカルシアより高いものの、酸化
チタンに比べて低いので、アルミナとチタン溶湯との反
応はほとんど生じない。したがって鋳型の変形が防止さ
れ良好な鋳物肌をもつ鋳物が鋳造されるとともに、湯廻
り性が向上し、複雑な消失模型であってもその形状を忠
実に再現することができる。

［発明の効果コ したがって本発明の鋳型によれば、純チタンまたはチタ
ン合金の精密鋳造用として用いられても、溶湯との反応
がほとんどなり湯廻り性に優れている。そして尿素系材
料などからなる消失模型を利用できるので、複雑な消失
模型を形成することができるとともに、オートクレーブ
による消失が可能となり極めて容易に消失することがで
きる。ざらにアルミナはカルシアより安価であり、コス
トの低減を図ることができる。

［実施例］ 以下、実施例により具体的に説明する。

（実施例１） まず尿素系材料から、射出成形により第２図および第３
図に示すような消失模型を形成した。この消失模型は、
円錐台状の湯口部１′と、湯口部１′から延びる円柱状
の主湯通部２−と、主湯通部２′と直交して互いに平行
に延びる円柱状の２本の副揚通部３″と、副湯通部３−
がら枝状に延びる複数の収部４−と、収部４′の先端に
それぞれ形成された円板状の製品部５′とから溝成され
ている。

次に第１表にも示すように、耐火物粉末としてのアルミ
ナフラワー＃３５０　（ＡＱ２０３が９９゜７型組％）
を４５００重量部と、バインダーとしてのエチルシリケ
ートの加水分解液（ＳｉＯｚが２０ｆｆｌｆａ％）１０
００重ｄ部とを混合して初層用スラリーを調整した。こ
のスラリーの粘度はザーンカツプＮ０１５で２０秒であ
った。このスラリーに、上記消失模型を浸漬し、湯口部
１−の先端部を除く表面をスラリーで被覆した。ざらに
その表面にアルミナサンド＃５０〜＃１００（Ａ９２０
３が９９．７重量％〉からなる初層用スタッコ砂をサン
ディングした後乾燥させて耐火物層の初層を形成した。

次にバックアップ用耐火物粉末としてジルコンフラワー
＃３５０を４０００重量部と、バインダーとしてのエチ
ルシリケートの加水分解液（Ｓｉ０２が２０重伍％＞１
０００重量部とを混合してバックアップ用スラリーを調
整した。このスラリーの粘度はザーンカツプＮｏ、　５
で８秒であった。

このスラリーとバックアップ用スタッコ砂としてのハイ
アルミナサンド０．３〜０．７ｍｍとを用い、上記初層
をもつ消失模型の湯口部１′の先端面を除く表面に第２
〜第６層を順次積層した。

そしてオートクレーブにより消失模型を液化して湯口部
１の開口から流下させ、最後に１０００℃で３０分加熱
することにより焼結して第１図に示すような実施例１の
鋳型を得た。この鋳型は消失模型の外周形状と同一のキ
ャビティを有し、キャビティは第１図に示すように湯ロ
ア部１と、湯口部１から延びる主湯道部２と、主湯道部
２と直交して互いに平行に延びる２つの副湯通部３と、
副潟道部３から枝状に延びる複数の収部４と、収部４の
先端にそれぞれ形成された製品部５とから構成されてい
る。

この鋳型についてキャビティ内周面に表出する鋳型肌を
目視で観察した。ざらにＴｉ−６ＡＱ−４■合金をアル
ゴンガス雰囲気下で溶融し、その溶湯を湯口部１からキ
ャビティ内に注湯して鋳造した。そして得られた鋳物と
、鋳物を脱型した後の鋳型のそれぞれの表面を目視で観
察した。それぞれの結果を第２表に示す。

（実施例２） 初層用スタッコ砂としてのアルミナサンドに代えて溶融
シリカ＃５０〜＃１００を用いたこと以外は実施例１と
同様にして実施例２の鋳型を形成した。そして実施例１
と同様に鋳型の肌を観察し、同様に鋳造後の表面を観察
した結果を第２表に示す。

（比較例１） 初層用耐火物粉末としてのアルミナフラワーに代えてカ
ルシアフラワー＃３５０を用い、ざらに初層用スタッコ
砂としてのアルミナサンドに代えてカルシアサンド＃５
０〜＃１００を用いたこと以外は実施例１と同様にして
比較例１の鋳型を形成した。そして実施例１と同様に鋳
型の肌を観察した結果を第２表に示す。

（比較例２） 初層用耐火物粉末としてのアルミナフラワーに代えてジ
ルコンフラワー＃３５０　（２ＺｒＯｚ・５１０２）を
用い、ざらに初層用スタッコ砂としてのアルミナサンド
に代えて溶融シリカ＃５０〜＃１００を用いたこと以外
は実施例１と同様にして比較例２の鋳型を形成した。そ
して実施例１と同様に鋳型の肌を観察し、同様に鋳造後
の表面を観察した結果を第２表に示す。

（評価） 第２表にも示すよ）に、比較例１の鋳型は消失模型の消
失前に消失模型の表面が一部溶解し、鋳型肌が荒れてい
るのが認められた。さらにこの鋳型はオートクレーブ処
理時に初層が著しく崩壊し、鋳造に供与できる状態では
なかったので鋳造は行わなかった。一方、実施例１．２
および比較例２の鋳型の鋳造前の状態の鋳型肌は良好な
状態を保っていた。

しかしながら比較例２の鋳型では、鋳造後溶湯と著しく
反応していることが認められ、鋳造品はとうてい鋳物と
して満足できる状態ではなかった。

これに対し、実施例１．２の鋳型は溶湯との反応はほと
んど認められず、鋳物肌も＠足できる状態であった。

（実施例３） 第４図に以下の比較例にも用いた消失模型の側面図を示
す。この消失模型は実施例１と同様の尿素系材料から形
成され、湯口部１′と、湯道部２′と、製品部５′とか
ら構成されている。製品部５′はそれぞれ幅１０ｍｍで
おり、長さ２０ｍｍと４０ｍｍ（７）２種類、厚さが１
ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍの３種類の組合わせで６種類の板
から構成されている。

この消失模型を用い、実施例１と全く同様にして実施例
３の鋳型を形成した。そして鋳型形成前の消失模型およ
び鋳型の状態を目視で観察し結果を第３表に示す。また
、この鋳型に実施例１と同様にして鋳造し、各製品部５
への溶湯の充填程度を調べた。そして充填距離と肉厚と
の関係を調査し結、果を第５図に示す。

（比較例３） 実施例３と同様の消失模型を用い、比較例２と同様にし
て鋳型を形成した。そして実施例３と同様に消失模型お
にび鋳型の状態、ざらに溶湯の充填距離と肉厚との関係
を調べて結果を第３表および第５図に示す。

（比較例４） 実施例３と同形状の消失模型をワックスから形成し、そ
の消失模型を用いて実施例１と同様にして鋳型を形成し
た。そして実施例３と同様に消失模型および鋳型の状態
、ざらに溶湯の充填距離と肉厚との関係を調べて結果を
第３表および第５図に示す。なお鋳造不可の製品部は、
溶湯が入り込まないように封鎖して注湯した。

（比較例５） 実施例３と同形状の消失模型をワックスから形成し、そ
の消失模型を用いて比較例１と同様にして鋳型を形成し
た。そして実施例３と同様に消失模型および鋳型の状態
、ざらに溶湯の充填距離と肉厚との関係を調べて結果を
第３表および第５図に示す。なお鋳造不可の製品部は、
溶湯が入り込まないように封鎖して注湯した。

（評価） 第３表かられかるように、ワックスから形成された消失
模型では、長さが４０ｍｍ、厚さ１ｍｍの製品部５−は
消失模型の形成ができなかった。

また鋳型形成時にコーティング層の重さに耐えきれず折
れたものもある。一方、尿素系材料から形成された消失
模型では、すべての製品部５′が良好な状態で形成され
、鋳型の製品部５の状態も良好である。

そして第５図かられかるように、製品部５の厚さが３ｍ
ｍと厚い場合には、比較例５の鋳型は実施例３の鋳型よ
り若干良好な湯廻り性を有している。しかしながら肉厚
が薄くなると、実施例３の鋳型が比較例の鋳型に比べて
極めて良好な湯廻り性を有していることが明らかである
。

また比較例３の鋳型が実施例３より１１つ性が第２表 第３表 ○：消失模型、鋳型とも良好 Δ：鋳型形成時に消失模型に折れ発生 Ｘ：消失模型形成不可能 第１図 劣るのは、初層ジルコンフラワーおよび溶融シリカとチ
タン合金溶湯との反応に起因するものと考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１の鋳型の断面図である。第２図および
第３図は第１図の鋳型を形成するのに用いた消失模型の
平面図および正面図である。第４図は実施例４で用いた
消失模型の側面図である。 第５図は製品部の厚さと溶湯の充填距離との関係を示す
グラフである。第６図は酸化物生成の標準自由エネルギ
ーと温度との関係を示すグラフである。 １．１−・・・湯口部　　２．２−・・・主湯通部３．
３′・・・副湯道部　４．４′・・・収部５．５′・・
・製品部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）水溶性材料より形成された消失模型に耐火物粉末
   のスラリーを被覆し次いで耐火スタツコ砂を被覆して乾
   燥する工程を複数回繰返すことにより形成された複数の
   耐火物層をもちチタンまたはチタン合金鋳造用に用いら
   れるセラミックシェルモールド用鋳型であつて、 少なくとも前記消失模型と接する前記耐火物層の初層を
   構成する前記耐火物粉末および前記耐火スタッコ砂のう
   ち少なくとも前記耐火物粉末は９８重量％以上がアルミ
   ナから構成されていることを特徴とするセラミックシェ
   ルモールド用鋳型。
2. （２）少なくとも前記消失模型と接する前記耐火物層の
   初層を構成する前記耐火物粉末および前記耐火スタッコ
   砂はそれぞれ９８重量％以上がアルミナから構成されて
   いる特許請求の範囲第１項記載のセラミックシェルモー
   ルド用鋳型。