JPH04319041A - 鋳造モールド型およびその製造方法 - Google Patents

鋳造モールド型およびその製造方法

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JPH04319041A
JPH04319041A JP4982192A JP4982192A JPH04319041A JP H04319041 A JPH04319041 A JP H04319041A JP 4982192 A JP4982192 A JP 4982192A JP 4982192 A JP4982192 A JP 4982192A JP H04319041 A JPH04319041 A JP H04319041A
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slurry
ceramic
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particulate material
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JP4982192A
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Steven Raymond Irwin
スチーブン　レイモンド　アーウィン
Brian Robson
ブライアン　ロブソン
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AE Turbine Components Ltd
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    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
    • B22C9/04—Use of lost patterns

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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は限定するわけではないが
特に精密な鋳造製品を製造するためのモールド型に関す
る。
【０００２】
【従来技術】例えばターボ機械の部材の精密鋳造におい
ては、インベストメントもしくはロストワックス鋳造と
して知られている技法を使用するのが世界的に実際的な
実現方法である。
【０００３】インベストメント鋳造は、鋳造すべき部材
の原型すなわち複製（ファクシミリ）が最初にワックス
材料によって作られる。このワックスの原型は次にディ
ップ浸けすなわち浸漬によって組成およびレオロジーの
調整された表面セラミックスラリーすなわち第１セラミ
ックスラリーを被覆される。このディップ浸けされた原
型は次にセラミック材料の乾燥粒子の漆喰（スタッコ）
を被覆される。このセラミック材料は一般に、例えばア
ルミナ、珪素、アルミノ−珪酸塩、ジルコニウム珪酸塩
を含む群から選択され且つまた調整された粒径寸法範囲
にある１つまたはそれ以上の物質を含む。ディップ浸け
され漆喰を被覆された原型は次に乾燥され、第２のスラ
リーを被覆される。このスラリーは、再び述べるが、組
成およびレオロジーを注意深く調整されたものである。 そして再びセラミック材料の第２の漆喰を被覆される。 望まれたモールド型はこのようにその所望されるモール
ド型厚さに達するまで数回のスラリーおよび漆喰の被覆
を繰り返されて、積み重ね形成される。ワックス原型は
通常は蒸気オートクレーヴによって最終的に除去され、
所望形状のモールドキャビティーを残すようになす。作
られた“生”すなわち未焼成の型は次に正確に制御され
る加熱サイクルの下で焼成され、強度を増大し且つまた
残留ワックスを焼失させる。スラリーに含まれる結合剤
はしばしばコロイド状珪素とされる。この場合には、強
度増大はセラミック母材内にシロキサン結合を生じるこ
とで達成される。このようなモールド型は或る程度の固
有の多孔性を有する。典型的には３０体積％までの多孔
性を有する。また、０．７〜１．６ｍｍ２　ｓ−１の範
囲の熱拡散値を特徴とする。
【０００４】例えばタービンブレードが鋳造される基本
的な鋳造技法は２つある。これらの２つの技法は形成さ
れた鋳造製品に３つの異なる金属粒子構造を生じる。こ
れらは鋳造金属の凝固に際して与えられる工程制御に依
存する。
【０００５】第１のそして最も古い技法、および例えば
ガスタービンエンジンに使用されている精密鋳造部材の
大部分を製造するのに使用される技法もまた、等方性粒
子構造を有する部材を生み出す。この技法によれば、溶
融金属は予熱されたモールド型に注入され、このモール
ド型が次にその外面からの熱放散によって冷却されるよ
うになされる。金属は、鋳造製品の多くの位置での核生
成および成長によって凝固し、等方性粒子構造を生むの
である。
【０００６】第２の技法は方向性凝固である。これにお
いては与えられる技法の高速に応じて部材は、方向性を
有して整列された柱状結晶によって作られた構造を有す
る多結晶状態にて凝固されるか、或いは単結晶の形態に
て凝固される。
【０００７】本発明が主に関係するのは、この第１の技
法によって等方性粒子構造を有する部材を形成すること
である。
【０００８】タービン部材、特にブレードは、しばしば
翼部分を使用する。この特別な部分はしばしばその部材
の他の部分よりもかなり薄い断面とされる。これらの薄
い翼断面は、そしてその他の実質的に薄い鋳造断面は、
冷たいモールド型に対する高温金属の比率が小さいこと
によって早期に凝固しがちである。凝固が早すぎると湯
境、湯回り不良、そして収縮性多孔度のような欠陥がし
ばしば発生する。
【０００９】ヨーロッパ特許願第０，３９９，７２７号
は同じ問題を警告しており、セラミックスラリーで廃棄
可能な原型を被覆し、中空粒体状の気泡材料の層を１つ
もしくはそれ以上付与することによって断熱性を改善し
たモールド型を提供するように探究している。しかしな
がら気泡材料の壁部は周密で比較的伝熱性であるために
熱は気泡空間の回りを素早く伝達されてしまう。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、既知
のモールド型よりも格段に伝熱性に優れた改善されたモ
ールド型およびその製造方法を提供することである。
【００１１】
【課題を達成するための手段】本発明の第１の概念によ
れば、金属製品を鋳造するモールド型の製造方法であっ
て、セラミックスラリーで鋳造すべき製品原型を被覆し
、被覆した原型にセラミック粒子を付着させて（振りか
けて）表面層を形成し、被覆したスラリーおよび付着さ
せて形成した表面層を乾燥させ、被覆し乾燥させた原型
に対してスラリーで２度目の被覆を行うとともに粒状物
質を付着させて乾燥させ、このようにして所望厚さにモ
ールド材料が積み重ねられるまでスラリーによる被覆、
粒状物質の付着および乾燥のサイクルを繰り返す諸段階
を含んでいて、少なくとも１回の付着段階が不堅牢粒状
物質を使用し、この粒状物質が引き続く加熱段階におい
て除去されてセラミック母材に空間痕跡を残すようにさ
れた鋳造モールド型の製造方法が提供される。
【００１２】本発明による方法の１つの実施例において
は、不堅牢粒状物質が例えば発泡ポリスチレンのような
ポリメリックプラスチック材料とされることができる。
【００１３】不堅牢物質を除去するための加熱段階はモ
ールド型に施すべき焼成工程とされることができる。
【００１４】完成されたモールド型の熱拡散値は、空間
部分を内包する層を形成することになる層に含有されて
いる不堅牢物質の粒子寸法およびその層数を調整するこ
とで制御できる。
【００１５】或る場合には、粒状物質の層として漆喰を
被覆する段階が不堅牢粒状物質とセラミック粒子との両
方の混合物で行われることができる。この方法では、熱
拡散度のいっそう正確な制御が行える。
【００１６】好ましくは、セラミック母材は低密度でそ
れ故に伝熱率の低い例えば珪素や珪素を多く含有するセ
メントアルミノ−珪酸塩のような耐火材を含んで構成さ
れることができる。
【００１７】本発明の第２の概念によれば、金属粒子の
鋳造のためのモールド型であって、そのモールド型を作
る方法は、セラミックスラリーで鋳造すべき製品原型を
被覆し、被覆した原型にセラミック粒子を付着させて表
面層を形成し、被覆したスラリーおよび付着させて形成
した表面層を乾燥させ、被覆し乾燥させた原型に対して
スラリーで２度目の被覆を行うとともに粒状物質を付着
させて乾燥させ、このようにして所望厚さにモールド材
料が積み重ねられるまでスラリーによる被覆、粒状物質
の付着および乾燥のサイクルを繰り返す諸段階を含んで
おり、これによりモールド型は鋳造すべき材料に隣接し
た表面層および複数の連続層を含んでいて、連続層の中
の少なくとも１つの層が不堅牢粒状物質の除去によって
内部に空間痕跡を残したセラミック母材を含んで構成さ
れたモールド型が提供される。
【００１８】本発明の方法によって作り出されたモール
ド型は、熱拡散値が０．５〜０．７ｍｍ２　ｓ−１の範
囲となる。
【００１９】空間部分を含む層が１つ以上である場合は
、それらの層はセラミック漆喰粒子だけを有する層によ
って隔てられ、鋳造時の金属静圧に十分に耐えるモール
ド型強度を保持するようになされる。
【００２０】本発明をいっそう完全に理解できるように
するために、説明のためだけの例が添付図面を参照して
以下に説明される。図面は本発明によるモールド型の肉
厚の一部の断面を概略的に示している。
【００２１】
【実施例】図面を参照すれば、モールド型の壁部が符号
１０で示されている。このモールド型の壁部は表面層１
２を含む。表面層は、ワックス原型１４に最初に隣接付
与される層であり、ワックス原型が除去されモールド型
の焼成が行われた後では鋳造金属に接触する層となる。 最初はこの表面層はコロイド状の或いは微細に粉砕され
たセラミック物質のスラリーを含んで構成される。この
ような何れのスラリーも、更に他の微細に粉砕された物
質、および／または通常はグリット・サイズすなわち粒
子寸法と称される寸法を有する粒状の少なくとも１つの
物質を含むことができる。図示例では表面層１２を形成
するスラリーは、ジルコン粉末の充填材を有するコロイ
ド状の珪素のスラリーである。ワックス原型１４はその
スラリーの中にディップ浸けすなわち浸漬させることで
被覆され、次に符号１８で示されている微細なジルコン
砂粒を振りかけられる。このディップ浸けおよび振りか
けの行われた原型は次に乾燥される。続いて、最初と同
様で且つまた調整された低粘性のスラリーに再び浸漬さ
れる。このディップ浸けされた原型はつぎに−２２〜＋
５０Ｂ．Ｓ．メッシュのモロカイト（トレードマーク）
の漆喰粒状物質２１を付着されて再び乾燥され、層２０
を形成される。これに続いて更にスラリー浸漬段階が施
され、その後、浸漬された原型に対してこの例では１〜
１．５ｍｍの範囲の直径寸法を有する発泡ポリスチレン
ビード２２の漆喰が被覆される。乾燥させて層２３を形
成した後、原型は約３０重量％のコロイド状珪素（２５
％濃度）、５０重量％の約２００Ｂ．Ｓ．メッシュ寸法
のモロカイト粉末、そして２０重量％の−２２〜＋５０
Ｂ．Ｓ．メッシュ寸法のモロカイトの組成を有するスラ
リーによって再び被覆される。この被覆はモロカイト粒
状物質を付着させて、乾燥される。モロカイト粒状物質
は符号２４で示されており、符号２６で示す層の中に存
在する。このようなスラリーに対する浸漬、漆喰被覆お
よび乾燥のサイクルは、モールド型の壁部が十分な厚さ
に達するまで繰り返される。図示例においては、ポリス
チレンビードの２回目の漆喰被覆は符号２８で示されて
おり、層２９として形成される。これに続いてモロカイ
ト粒状物質３０の２回目の漆喰被覆が行われ、これは層
３２として形成される。層３４は、浸漬によりセラミッ
クスラリーを被覆され、不堅牢粒状物質３６およびセラ
ミック粒子３８の両方の混合物を付着させて形成される
。このようにして母材は連続層として形成され、それ故
にセラミック材料はその内部に埋蔵されるのである。 所要のモールド型壁厚が積み上げ形成された後、モール
ド型は最終的に乾燥され、通常は蒸気オートクレーヴに
よってワックス原型１４が除去される。モールド型は次
に焼成サイクルを受けてポリスチレンビード２２，２８
を焼失させ、その位置に同じ寸法の空間痕跡を残すと同
時に、シロキサン結合を生じることで母材強度を高める
ようにされる。典型的な焼失および焼成サイクルはモー
ルド型を８００〜１０００℃に３０〜４５分間にわたっ
て加熱することを含む。インベストメント鋳造モールド
型のこのような形式のセラミック母材に３０体積％のレ
ベルまでの固有の多孔度が与えられるので、モールド型
を破損する危険性を伴わずにポリスチレン或いはその他
の全てのポリメリック物質を焼失させることが可能とな
る。
【００２２】上述した例および図面に示した概略構造に
よってモールド型が準備された。これらのモールド型は
それぞれが４個のノズルガイドベーンセグメントのキャ
ビティーを備え、かくセグメントは６枚の翼を含んでい
た。これらの翼は１６０ｍｍの長さで、３０ｍｍの弦長
で、約０．６ｍｍの最大厚さを有していた。モールド型
は典型的にニッケル基超合金を鋳造するような予熱およ
び注入温度を使用して鋳造された。作られた鋳造部材は
従来のジルコンおよびアルミノ−珪酸塩のモールド型を
使用して作った鋳造製品と比較された。
【００２３】湯回り不良としての早すぎる凝固の徴候は
まったくなく、それらの部材は鋳造後に高温均衡化（イ
ソスタティック）プレス加工を必要とすることなく仕様
内容に合格するほどに十分健全であった。これらの許容
可能な鋳造製品の健全さは、鋳造後の高温均衡化プレス
加工に頼らねば従来のモールド型を使用して達成するこ
とはできなかった。
【００２４】
【発明の効果】本発明による効果は、比較的簡単な方法
で精密鋳造に適したモールド型を製作でき、従来困難と
されていた薄い部分を有するような複雑な形状の部材の
鋳造を可能にするうえ、従来欠かすことのできない鋳造
後の高温均衡化プレス加工を省略可能にする効果がある
。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により製造されたモールド型の肉厚部分
の一部の断面図。
【符号の説明】
１０　　モールド型の壁部 １２　　表面層 １４　　ワックス原型 １８　　ジルコン砂粒 ２０，２３，２６，２９，３２，３４　　層２１　　漆
喰粒状物質 ２２　　発泡ポリスチレンビード ２４，３０　　モロカイト粒状物質 ３６　　不堅牢粒状物質 ３８　　セラミック粒状物質

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　金属製品を鋳造するモールド型の製造
    方法であって、セラミックスラリーで鋳造すべき製品原
    型を被覆し、被覆した原型にセラミック粒子を付着させ
    て表面層を形成し、被覆したスラリーおよび付着させて
    形成した表面層を乾燥させ、被覆し乾燥させた原型に対
    してスラリーで２度目の被覆を行うとともに粒状物質を
    付着させて乾燥させ、このようにして所望厚さにモール
    ド材料が積み重ねられるまでスラリーによる被覆、粒状
    物質の付着および乾燥のサイクルを繰り返す諸段階を含
    んでいて、少なくとも１回の付着段階が不堅牢粒状物質
    を使用し、この粒状物質は引き続く加熱段階において除
    去されてセラミック母材に空間痕跡を残すようにされる
    ことを特徴とする鋳造モールド型の製造方法。
  2. 【請求項２】　　請求項１に記載された方法であって、
    不堅牢粒状物質がポリメリックプラスチック材料である
    ことを特徴とする鋳造モールド型の製造方法。
  3. 【請求項３】　　請求項２に記載された方法であって、
    ポリメリック材料が発泡ポリスチレンであることを特徴
    とする鋳造モールド型の製造方法。
  4. 【請求項４】　　請求項１から請求項３までの何れか１
    項に記載された方法であって、少なくとも１回の付着段
    階がセラミックおよび不堅牢粒状物質の両方を使用する
    ことを特徴とする鋳造モールド型の製造方法。
  5. 【請求項５】　　請求項１から請求項４までの何れか１
    項に記載された方法であって、セラミック母材が低密度
    耐火材を含むことを特徴とする鋳造モールド型の製造方
    法。
  6. 【請求項６】　　請求項５に記載された方法であって、
    低密度耐火材が珪素およびアルミノー珪酸塩を含む群か
    ら選択されたことを特徴とする鋳造モールド型の製造方
    法。
  7. 【請求項７】　　請求項１から請求項６までの何れか１
    項に記載された方法であって、加熱段階がモールド型の
    焼成工程であることを特徴とする鋳造モールド型の製造
    方法。
  8. 【請求項８】　　金属粒子の鋳造のためのモールド型で
    あって、そのモールド型を作る方法は、セラミックスラ
    リーで鋳造すべき製品原型を被覆し、被覆した原型にセ
    ラミック粒子を付着させて表面層を形成し、被覆したス
    ラリーおよび付着させて形成した表面層を乾燥させ、被
    覆し乾燥させた原型に対してスラリーで２度目の被覆を
    行うとともに粒状物質を付着させて乾燥させ、このよう
    にして所望厚さにモールド材料が積み重ねられるまでス
    ラリーによる被覆、粒状物質の付着および乾燥のサイク
    ルを繰り返す諸段階を含んでおり、これによりモールド
    型は鋳造すべき材料に隣接した表面層および複数の連続
    層を含んでいて、連続層の中の少なくとも１つの層が不
    堅牢粒状物質の除去によって内部に空間痕跡を残したセ
    ラミック母材を含んで構成されていることを特徴とする
    モールド型。
  9. 【請求項９】　　請求項８に記載されたモールド型であ
    って、熱拡散値が０．５〜０．７ｍｍ２　ｓ−１の範囲
    であることを特徴とするモールド型。
  10. 【請求項１０】　　請求項８または請求項９に記載され
    たモールド型であって、空間が約１〜１．５ｍｍの直径
    であることを特徴とするモールド型。
  11. 【請求項１１】　　請求項８、請求項９または請求項１
    ０に記載されたモールド型であって、空間含有層を１つ
    以上備え、これらの層はセラミック漆喰（スタッコ）粒
    子だけを有する層で隔てられていることを特徴とするモ
    ールド型。
  12. 【請求項１２】　　請求項８から請求項１１までの何れ
    か１項に記載されたモールド型であって、空間含有層が
    またセラミック漆喰粒子を含むことを特徴とするモール
    ド型。
JP4982192A 1991-03-06 1992-03-06 鋳造モールド型およびその製造方法 Pending JPH04319041A (ja)

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