JPH04251633A - アルミニウム合金製品を、低圧下に、ロストフォームキャスティングする方法 - Google Patents
アルミニウム合金製品を、低圧下に、ロストフォームキャスティングする方法Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
ストフォームキャスティングする方法に係り、1986
年11月17日出願のフランス特許第2606688号
に記載された方法の改良を構成する。金属の鋳造のため
、ポリスチレンのような有機物質の気泡性成形体(フォ
ーム)でできた模型を使用し、それを粘結剤を含まない
乾燥砂により形成された鋳型に埋設することは、たとえ
ば米国特許第3,157,924号の開示により当業者
は知っている。工業的には、これらの模型を一般に耐火
性材料のフィルムを用いて被覆し、鋳造物の品質を向上
することを意図する。この種の方法では、鋳造される金
属を、前もって溶融しておいて、砂を横切る給送孔及び
湯道を介して模型と接触させ、それを燃焼させて、主と
して蒸気に変えることにより徐々に前記模型を置き換え
、その蒸気が砂の粒子の間から逃げ去るようにするので
、ロストフォームキャスティング方法と呼称される。 非耐久性の鋳型中の在来の鋳造と比較して、この手法に
よれば、粉末にした耐火性材料の緻密化と塊状化により
、かなり複雑に中子と連絡した剛性の鋳型の事前の製造
を不要にし、鋳造物の回収が容易になり、鋳造材料の再
循環が簡単になる。従って、在来手法よりも簡単であり
、より経済的である。その上、それは前記鋳造物の形状
に関して鋳造物の立案者により大きい自由度をもたらす
。このことは、工業的観点からこの手法がますます魅力
的に思われる理由である。しかしながら、幾つかの欠点
で不利となり、そのうち2つは冶金学的機構により生じ
る。即ち; − 凝固が比較的遅いことは、得られる鋳造物中で、
液体アルミニウム合金に溶存する水素から生じる気泡の
形成を促進する。 − 熱的勾配が比較的低いことは押し湯の存在にも拘
らず微小な鋳縮みの形成を促進する。このような欠点を
避ける目的をもって、本出願人らは、フランス特許第2
606688号において、添加後に金属の凝固部分が4
0重量%を越える前に、0.5〜1.5MPaの最大値
を有する静水的ガス圧を鋳型にかける発明を提案した。 従って、本願の方法は、ロストフォームキャスティング
の在来の段階を包含する。即ち; − 有機物質の気泡性成形体から形成され、耐火性材
料のフィルムを用いて被覆された、鋳造される製品の模
型を使用する; − 粘結剤を含まない乾燥砂から形成される鋳型に前
記模型を埋設する; − 鋳型に溶融金属を充填して前記模型を燃焼させ、
その充填を鋳型の外部と模型を連絡する給送孔を介して
行う; − 前記模型により発生する蒸気と液体残渣を、その
燃焼中に排除する; − 溶融金属を凝固させて製品を得る。本出願人らは
この方法を改良して、鋳型が完全に充填されたとき、即
ち金属が模型を完全に置き換え大部分の蒸気が排除され
たとき、ガス圧を鋳型にかけることにした。この操作は
圧力に耐えることができ、加圧したガスの源泉と連絡し
た箱の中に鋳型を置くことにより実施することができる
。 この操作は充填の直後、金属がまだ完全に液体になって
いる間に実施できるが、もし鋳型で凝固中に形成される
固体樹枝状晶の部分が40%を越えない場合、圧力がこ
の値をえて無視できる効果しか有しないならば、後にな
って操作を行うこともできる。この用法で加えられる圧
力の最高値は、0.5〜1.5MPaが好ましい。これ
らの条件の下では、得られる製品の品質は向上し、この
現象は次の機構により説明されることが分る。 − 気泡の圧縮は、その体積が凝固中支配している絶
対圧力の比率で実際に低下する。従って、たとえば、1
.1MPaの絶対圧力をかける場合、この圧力は以前は
大気圧だったので、即ち0.1MPaであり、この低下
は約11の比率で起る。 − まだ液体のままの押し湯に加えられる圧力は、凝
固の初めに形成される樹枝状晶のネットワークに前記液
体を押し通すため、鋳型の補給を向上し、従って微小鋳
縮みの準消失を示す。しかしながら、0.5MPaより
高い相対圧力を加えると「スポンジ状収縮孔(spon
gy shrink hole)」として知られる
特別な欠陥を生じる場合があることが判明している。こ
れは次のように説明される。鋳造合金が比較的大きい凝
固温度範囲を有する場合、糊状区域が製品の内部に発生
し、その上、押し湯と収縮孔の生じている局部の間の間
隔が製品の厚さに対して大きい場合は、糊状区域は鋳型
への金属補給を越える著しい負荷降下を生じ、その結果
として押し湯自体が外圧の影響の下にその役割を果たす
ことができず、換言すれば、形成される収縮孔を充分に
速やかに補給することができないのである。凝固温度範
囲が比較的大きいため、製品の「表皮」(金属/砂界面
に存在する部分)は遥かに長い間脆いので、砂の上にガ
スの使用により発生する外圧はこの表皮を製品の内部に
向けて押し下げ、1部のガスを樹枝状晶の間から収縮孔
の方に浸透させ、こうして所謂「スポンジ状」収縮孔を
発生し、それは良好な機械的性質を得ることに関しては
在来の収縮孔と同様に有害なのである。従って、製品を
比較的大きい凝固温度範囲を有するアルミニウム合金で
鋳造せねばならない場合で、かつ前記製品の形状が、押
し湯と、厚さに対比して臨界区域として知られる収縮孔
区域との間に、比較的大きい間隔を生じる場合では、た
とえば圧力の使用を省くことにより、これらの現象を避
けるのが望ましい。しかしながら、ほかには鋳造物の品
質に著しい改良をもたらす、この圧力下の鋳造の手法を
やめたのは惜しいことであろう。この理由により本出願
人は、この課題を解決するように試みて、0.5MPa
以下の相対圧力の使用によりスポンジ状収縮孔をなくし
て、気泡をうまく圧縮する結果を生じることを発見した
。フランス特許第2606688号のように、本発明は
、有機物質の気泡性成形体からできた、つくるべき製品
の模型を、粘結剤を含まない乾燥砂の浴により形成され
る鋳型に埋設し、次で溶融金属を鋳型に充填した後で、
金属の凝固した部分が40重量%を越える前に、静水的
ガス圧を鋳型に加える、金属、特にアルミニウム合金の
製品のロストフォームキャスティングの方法から成る。 本発明は、30℃より高い凝固温度範囲を有し、かつそ
の形状が臨界区域から押し湯を隔てる長さと、その長さ
に対して上方にある製品の平均の厚さの半分と比Rが1
0より高いようなアルミニウム合金の製品の鋳造に使用
することが不可欠であって、加える相対圧力が0.1〜
0.5MPaであることを特徴とする。かようにして、
本発明は、比較的大きい凝固温度範囲を有し、比Rが1
0より高いような特定の形状を有するアルミニウム合金
製品に基本的方法を応用することから成る。その形状は
、換言すれば、最終時点で凝固が起る領域と、押し湯の
間の距離Lが、この距離に対して上方にある製品の平均
の厚さeに対比して比較的大きい。この比は事実として
、押し湯と臨界区域の間にある製品の部分のモジュール
Mに対するLの比であり(このMは鋳造で使用されるパ
ラメータであって、平均で厚さの半分、即ちe/2に相
当する)、従って(L/M)=(L/(e/2))=2
L/eである。この比により、スポンジ状収縮孔を生じ
ないで加えることのできる最高圧力値を固定することが
できる。かようにして、比が高い程、圧力の値は低くな
る。フランス特許第2606688号で使用される最低
値の圧力0.5MPaに対しては、Rが10に近かった
ことが判明した。従って、Rがもっと高い場合、0.5
MPaよりも低い圧力を使用することが必要で、それは
0.1MPaまで落すことができる。この値以下では圧
力は無視できる効果しか示さないので、それをなくする
ことができる。本発明は、たとえばAl−Cu,Al−
Cu−Mg,Al−Zn−Mg,Al−Si−Cu−M
g合金のような大きな凝固温度範囲を有する合金、並び
に珪素含有量が好ましくは9重量%以下のAl−Si−
Mg亜共晶合金に適用し得ることが好ましい。 本発明は添付図面を使用して説明することができる。図
1はAS5U3G合金(重量組成、珪素5%,銅3%,
マグネシウム1%,残余アルミニウム)の製品の顕微鏡
写真であって、Rは15に等しく、鋳造時に加えた圧力
は1.1MPaであった。図2は同じ製品の顕微鏡写真
であるが、加えた圧力が0.30MPaに過ぎなかった
。図1は、ガスによる樹枝状晶の浸透及びスポンジ状収
縮孔に対応する黒色の区域の存在を示し、それらの区域
は図2には実際上存在しない。
解されよう。内燃機関のシリンダヘッドを同じアルミニ
ウム合金(AS5U3G)から製造した。それらのシリ
ンダヘッドは図3及び4に示す2つの型の形状を有し、
それぞれ腹板(web)1又は4、臨界区域に対応する
弯曲部(bow)2又は5、及び押し湯3又は6から構
成された。これらの型のそれぞれについて、臨界区域の
寸法、即ち厚さe′と幅l′を測定し、腹板の寸法:即
ち厚さe,幅Lを測定して、比L/e及びR=L/Mの
値を決定した。それぞれの型のシリンダヘッドを2つの
バッチに分割し鋳造時にバッチ毎に0.3MPaの相対
圧力又は1.1MPaの相対圧力のどちらかに付した。 鋳型からはずした後、シリンダヘッドの品質をスポンジ
状収縮孔に関してチェックした。表1に結果をまとめた
。R=7.6の値では加える圧力がいくらでもスポンジ
状収縮孔は現われないことが判明した。従って、図3の
シリンダヘッドでは在来方法を適用することができた。 他方で、比L/Mが15.4に等しい図4に示すシリン
ダヘッドでは、スポンジ状収縮孔は1.1MPa以下で
現われるが0.3MPa以下で現われない。従ってこれ
らのシリンダヘッドは使用し得るためには本発明方法に
より鋳造しなければならない。本発明は、特に自動車用
エンジンのシリンダヘッドや高い機械的特性を要するあ
らゆる製品の製造に適用される。
1MPaの場合)を示す。
30MPaの場合)を示す。
。
Claims (3)
- 【請求項1】 有機物質の気泡性成形体からできた、
つくるべき製品の模型を、粘結剤を含まない乾燥砂の浴
により形成される鋳型に埋設し、ついで溶融金属を鋳型
に充填した後で、金属の凝固した部分が40重量%を越
える前に、静水的ガス圧を鋳型に加えることから成り、
30℃より高い凝固温度範囲を有し、かつその形状が、
臨界区域から押し湯を隔てる長さの、その長さに対して
上方の製品の平均の厚さの半分に対する比Rが10より
大きいようなアルミニウム合金の製品の鋳造に使用する
方法であって、加える相対圧力が0.1〜0.5MPa
であることを特徴とする、金属、特にアルミニウム合金
の製品をロストフォームキャスティングする方法。 - 【請求項2】 比Rが高い程、加える圧力を低くする
ことを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 アルミニウム合金が、Al−Cu,A
l−Cu−Mg,Al−Zn−Mg,Al−Si−Mg
及びAl−Si−Cu−Mg合金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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