JPH04262851A - 鋳造方法 - Google Patents
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- Mold Materials And Core Materials (AREA)
Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
に注入充填して凝固後、所望の形状をなす鋳造品を得る
鋳造方法、特に所望の部位にのみ特定の物性を付与する
鋳造方法に関するものである。
体でなく所望の一部分についてのみ特定の物性を付与し
たい場合がある。例えば弁箱の弁座、渦巻ポンプにおけ
るケーシングの喉口部やインペラの羽根付根付近などは
摺動による摩耗やキャビテーションによって損耗著しく
他の部位は新品同様ながら取り替えを余儀なくされる。 鋳造品の一部特定の箇所に耐摩耗性,耐食性,耐熱性な
ど特定の物性を付与する方法としては、鋳造品自体に溶
射や、部分焼入(例えば高周波焼入)、浸炭,窒化など
鋳造後に表面処理を加える方法もあるが、設備装置を必
要とすることと、作業工数が確実に増える問題点がある
。そのため鋳造前の鋳型の空隙表面の所望の部位に特定
の異物質を含む硬化材層などを設けておいて、溶融金属
を注湯しその熱で該硬化材層などを溶着させて凝固後に
所望の部位に硬化層を形成しようとする鋳造方法が種々
提案されてきた。これらの従来技術はかなり数が多いが
、例えば、 (1)「鋳鉄の塗型による表面硬化法」(
特公昭53−18166号公報)、 (2)「耐摩耗鋳
造品の製造方法」(特開昭54−11026号公報)、
(3)「鋳込硬化用硬化材」(特開昭57−1778
50号公報)、 (4)「鋳鉄とサーメットとの接合方
法」(特開昭60−206557号公報)、 (5)「
複合鋳物の製造法」(特開昭53−66824号公報)
などの他、出願人自身もさきにここに列挙した従来の技
術ではなお未解決の課題を解決するために、 (6)「
鋳造方法」(特開昭63−10058号公報)を提案し
た。
5)は、鋳型の表面に塗膜をつくり注入する溶融金属の
熱によって金属または合金粉末を溶湯中へ溶解,拡散さ
せることが共通する基本である。しかしこの基本に立つ
以上、溶融点の高い合金粉末や、金属と非金属との結合
体(例えば、炭化物,酸化物,窒化物,硼化物)の適用
は大きな制約があり、また溶融金属と反応性の乏しい合
金粉末を使用して所望の厚さの合金層を形成することは
困難である。さらに、結合材として樹脂などに依存する
だけでは注湯後、ガス発生によるピンホールや巣の発生
が多く、作業性が良くない欠点があった。また、硬化を
もたらす物質粉末が溶湯の通過に遭って洗い流されてし
まい、予定外の部位にその物性変化をもたらしたり、効
果が失われたりする。一般に塗膜だけでは大きな効果を
期待できず、硬化層の厚さをコントロールすることが困
難である欠点もあった。出願人はこれらの課題を解決す
るために、鋳造品の所望の部位に所望の物性を付与した
いという多様な要望に応え得て、その層厚も自由に制御
できる汎用性の高い新規な鋳造方法を提案したのが前記
従来技術の (6)である。
うとする金属に特定の物性(耐摩耗性,耐食性,耐熱性
など)を付与する特定の金属,合金,金属と非金属との
結合体などの粉末と、 (B) 前記(A)を構成する
金属より明確に低溶融点を有する金属の粉末と、(C)
適量の有機系結合材との三者を練り合わせて所定の厚
さの添着層を前記鋳型の鋳肌表面の所望の部位にあらか
じめ設けておき、 該空隙へ前記(B)を構成する金属
の溶融点より明確に高温度の第三の溶融金属を注入充填
することを特徴とし、この結果、添着層のすべてがその
まま溶湯に溶解拡散して反応層をストレートに形成する
のではなく、低溶融点の (B)金属がまず溶湯の熱を
受けて溶解し、 (A)成分を強固に抱き込んで溶解金
属と強力に溶着する、いわゆる液相焼結を起こす点を作
用上の最大の特徴とする。
)によって過去の同一目的を達成するために提案された
他の従来技術を凌駕する有効な反応層を得ることができ
た。 しかし、この場合においても一般の鋳造過程で本質的に
生じる現象を避けることはできないから、その悪影響の
ためせっかくの添着効果が減殺される恐れがある。第一
の課題はどのような形であれ、鋳型のある部分に鋳型材
料とは異質の表面層が露出しているから、高温の溶融金
属Mに触れると直ちに起こる反応を避けることができず
、このとき発生するガスが鋳型や溶湯を伝って逃散でき
ればよいが、鋳造品の形状によっては閉じ込められたま
ま凝固に至り、そのままブローホールやピンホールの内
部欠陥として残ってしまうことである。鋳型内での特別
の反応が鋳造欠陥の原因となる機会は相当に多いと考え
られる。また、鋳造品の形状に対して一番適当な溶湯の
温度勾配を保って凝固を進行して行くことが内部欠陥を
防止するには最良であり、そのために鋳造方案が策定さ
れるが、添着層の鋳型内での位置が湯口から最も遠いと
きには、それまでの流動で温度の低下した湯先がこの部
分に進入しても、殆ど反応物質が拡散しないままで凝固
を始めることとなる。逆に、溶湯温度の高い部分で添着
層が接触する場合には、凝固時間が長過ぎるため合金層
が拡散し、耐摩耗性,耐熱性,耐食性など求める材質上
の特徴を損う恐れがある。これらの課題は鋳型内に添着
層を設けるような特定の場合に限らず、普通の鋳造品に
おいて避けることのできない一般原則であるが、前記の
特定の条件では一層切実な課題であることは否定できな
い。
に、鋳造中から凝固完了に至る経時的な変化を別の要件
を加えて改善することを目的とする。
、鋳型空隙部に溶融金属を注入充填し、凝固後所望の形
状をなす鋳造品を得る方法において、(A).前記金属
に特定の物性を付与する特定の金属および/又は複数種
類の金属による合金材および/又は金属と非金属との結
合体よりなる粉末と、 (B).前記(A)を構成する
金属より明確に低溶融点を有する金属の粉末と、(C)
.適量の有機系結合材との三者を練り合わせて所定の厚
さの添着層を前記鋳型の鋳肌表面の所望の部位にあらか
じめ設けておき、かつ前記空隙内へ鋳型外に具えた超音
波発振装置の作動を受ける耐熱性の発振ホーンを突設し
、 該空隙へ前記(B)を構成する金属の溶融点より明
確に高温度の第三の溶融金属を注入充填して発振する発
振ホーンを浸漬しつつ、まず添着層を構成する三者を相
互に焼結一体化し、続いて注入した第三の金属と層表面
を通じて拡散溶着し、加振下に全体が漸次降温して凝固
後、該所望の部位に特定の物性を発現する反応層を形成
させることによって前記の課題を解決した。
した発振ホーンが超音波を発振しつつ溶湯へ浸漬される
か、または浸漬後発振を始めることによってこの波動が
溶湯全部に伝播することが挙げられる。通常の静止(ス
タティック)鋳造においては、鋳型内へ溶湯が充満する
と、まず鋳型内面(特に一番遅く溶湯が達する部分)に
接する溶湯が急速に熱を奪われて内面に添った凝固皮膜
が形成され、漸次この皮膜が肥大化して層となる。これ
を顕微鏡的に見れば内面に接した溶湯内に樹枝状の初晶
が析出し、順次これが重なり合って無秩序な結晶と、そ
の間に残る未凝固の液相がつながり、いわゆるウィドマ
ンステッテン組織を形成しながら表面から奥へ向かって
この固液二相を拡張していく。今ここで超音波が溶湯全
部に伝わると、一旦析出していた樹枝状晶同士の重なり
が破壊され、初晶自体も大きく成長することができない
から自由に反応できるフリーの液相が長く存在したのち
緻密な凝固に向かっていく。添着層と溶湯間の反応も十
分に確保され、発生したガスが振動中の液相を伝ってよ
り流動性の高い液相側へ逃散し、欠陥の原因となる懸念
が大幅に解消される。
下においては、この溶湯熱のため添着層を構成する(B
)金属がその溶融点に達して溶け始める。このとき(A
)金属(結合体)は配合された材質によって、溶解する
場合,一部表面近くのみ溶解する場合,全く溶解しない
場合の三態様が生じる。 これは(A)成分の内容(材
質と配合割合)と注入する溶解金属の湯温との兼ね合い
で幾通りにも条件が異なるが、これらは全て事前に計算
し策定することができる要素である。ここでは、まず溶
解した低溶融点の(B)金属が(A)成分を強固に抱き
込んで所謂液相焼結を起し、 (A)成分は予め計画し
た鋳造方案通り、所定の深度に亘って母材に強く拡散接
合している。なお、構成要件中(C)成分は、 添着層
を形成している時点の鋳型面との結合を保持し、注湯時
には、その流勢に押されて層が離脱しないで凝固が表面
から始るまで把持する役割を果すものである。
めに実施した従来の技術(特開昭63−10058号公
報)の鋳型の断面図であって、発振ホーンの有無を除く
と他の条件は同一に揃えている。どちらも CO2ガス
型法で成形した下型1と上型2とを重ねて所要の鋳造品
と同形の空隙3(150mm×150mm×50mm)
を形成し、押し湯4,湯口5をそれぞれ側端に立てる。 空隙3の下底面に若干の厚さだけ削り取って保温材6を
形成する。保温材6は酸化アルミニウムの粗粉とアルキ
ルシリケートを5:1の割合で調合し、2mmの厚さで
鋳型面に塗布した。次に、この保温材6の上に添着層7
を塗布形成するが、その構成要素(A),(B),(C
)を例示すると表1のとおりとなる。
A)+(B)の約1/40量を溶剤トルーエンにて希釈
混合して添着層を形成する。形成の仕方としては (A
)(B)(C)の三者をスラリー状に混和して所望の厚
さだけ添着するものと、混練後薄板状に成形してから添
着するものの二つの方法が適用できる。
上部に直径65mmの丸孔を空隙3へ貫通し、鋳型外の
超音波発振装置(図示せず)に連結した発振ホーン8を
下方へ向け5mmおよび30mm突出した二種の鋳型を
作製した。この発振ホーン8は直径60mmのステンレ
ス円柱の表面上にグレイアルミナを約1mmの層厚とな
るように溶射して耐熱セラミック層で保護するのが望ま
しい。次に、超音波発振装置の作動を受けない鋳型を加
え三つの鋳型内へ同じ溶湯を鋳込む。鋳込み温度は13
50℃で成分は表2に示す普通鋳鉄である。
に超音波発振装置の作動を開始し、鋳込み中および鋳込
みが完了して上型面の押し湯上端へ溶湯が上がってきて
からも作動を続けた。超音波の発振条件は17.6KH
zで鋳込み完了後6分間発振を続けたのち停止した。
比較例の実際の結果を調べるために採取する試料の位置
であって、方形板下底部を縦横均等に三分割した各3点
、合計9点を中心に9ヶの試料を取り出して符号をそれ
ぞれ付した。例えば、本実施例のうち発振ホーンが鋳型
内へ5mm突出した場合については図のようにa1,a
2,a3,…と名付けた。同じ採取の方法で発振ホーン
が鋳型内へ30mm突出した別の実施例についてはb1
,b2,b3,…と名付け、比較例についてもc1,c
2,c3,…と符号を付した。
)のビッカース硬度を表面から0.5mm間隔で測定し
、a,b,c各位置における測定値の平均を表面から深
さごとにプロットして関係図を作成したのを図4に示す
。各点を結んだ線を図を見れば特に発振ホーンを溶湯中
へ30mm浸漬した場合(試料b)が表面からの硬化が
強く作用し、硬化の深度も一番大きいことが判り、続い
て試料a,試料cの順となる.次に、試料の代表例とし
てa1,a2,a3 およびc1,c2,c3 の断面
の顕微鏡写真を図5,図6,図7および図8,図9,図
10にそれぞれ示す。何れも中央の白い部分が反応層、
上方が母材であるが各図を見比べると図5〜図7と図8
〜図10の間には明らかな組織上の差違が認められ、試
料cについては何れも無数の気孔が散在して反応層と母
材間の境界付近に無視できない不健全な状態となってい
るのに対し、試料aについては何れの箇所においてもこ
の気孔の数が激減し、かつ気孔それぞれの大きさも明ら
かに小さくなって反応層境界部付近における不健全さを
大幅に救済していることが観察できる。
任意の範囲に所望の金属的特性を付加することができ、
しかもその反応において起こりがちな鋳造欠陥の防止に
万全を期し健全な反応層の実現を見た。反応層自身の効
果については出願人の先の出願(特開昭63−1005
8号公報)に詳しく説明しておいたが、本発明は前項実
施例における試料cに例示した自己の従来技術の優れた
効果をより顕著に発揮するための改良ということができ
る。
比較例の試料採取位置を示す底面図と側面図である。
ッカース硬度と試料表面からの深さを示す関係図である
。
50)である。
50)である。
50)である。
50)である。
50)である。
率50)である。
3 空隙 4 押し湯 5 湯口
6 保温材 7 添着層 8 発振ホーン
Claims (4)
- 【請求項1】 鋳型空隙部に溶融金属を注入充填し、
凝固後所望の形状をなす鋳造品を得る鋳造方法において
、(A).前記金属に特定の物性を付与する特定の金属
および/又は複数種類の金属による合金材および/又は
金属と非金属との結合体よりなる粉末と、 (B).前
記(A)を構成する金属より明確に低溶融点を有する金
属の粉末と、(C).適量の有機系結合材との三者を練
り合わせて所定の厚さの添着層を前記鋳型の鋳肌表面の
所望の部位にあらかじめ設けておき、かつ前記空隙内へ
鋳型外に具えた超音波発振装置の作動を受ける耐熱性の
発振ホーンを突設し、該空隙へ前記(B)を構成する金
属の溶融点より明確に高温度の第三の溶融金属を注入充
填して発振する発振ホーンを浸漬しつつ、まず添着層を
構成する三者を相互に焼結一体化し、続いて注入した第
三の金属と層表面を通じて拡散溶着し、加振下に全体が
漸次降温して凝固後、該所望の部位に特定の物性を発現
する反応層を形成させることを特徴とする鋳造方法。 - 【請求項2】 請求項1において、添着層が前記 (
A),(B),(C)三者をスラリー状に混和して、鋳
型表面の所望の部位に所望の厚さだけ添着することを特
徴とする鋳造方法。 - 【請求項3】 請求項1において、添着層が前記 (
A),(B),(C)三者を混練したのち薄板状に成形
し、鋳型鋳肌表面の所望の部位に倣って所望の厚さの薄
板として添着することを特徴とする鋳造方法。 - 【請求項4】 請求項1及至請求項3のいずれかにお
いて、発振ホーン表面を耐熱セラミック層で形成したこ
とを特徴とする鋳造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3043031A JPH082493B2 (ja) | 1991-02-14 | 1991-02-14 | 鋳造方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP3043031A JPH082493B2 (ja) | 1991-02-14 | 1991-02-14 | 鋳造方法 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04262851A true JPH04262851A (ja) | 1992-09-18 |
JPH082493B2 JPH082493B2 (ja) | 1996-01-17 |
Family
ID=12652569
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3043031A Expired - Fee Related JPH082493B2 (ja) | 1991-02-14 | 1991-02-14 | 鋳造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH082493B2 (ja) |
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JPS63100580A (ja) * | 1986-06-16 | 1988-05-02 | インタ−ナショナル・ビジネス・マシ−ンズ・コ−ポレ−ション | データ表示システム |
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JPS63100580A (ja) * | 1986-06-16 | 1988-05-02 | インタ−ナショナル・ビジネス・マシ−ンズ・コ−ポレ−ション | データ表示システム |
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