JPH0494858A - Method for casting metal - Google Patents
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Abstract
Description
（産業上の利用分野）
本発明は、とくに高融点金属や活性金属よりなる精密鋳
造品を製造する際に利用するのに好適な金属の鋳造方法
に関するものである。
（従来の技術）
高融点金属や活性金属に分類されるものとしては、Ｔｉ
、Ｍｏ 、Ｗ、Ｚｒ 、Ｌｉ等の単体ないし合金があ
り、例えば、ＴｉおよびＴｉ合金は融点が高くかつ活性
であるためその溶解を非汚染状態で実施するには種々の
工夫が必要となる。
（発明が解決しようとする課題）
このように、ＴｉおよびＴｉ合金は活性であるため、金
属溶湯表面に酸化皮膜が形成されやすく、鋳造に際して
金属溶湯に乱れを生ずるとガスを巻き込みやすく、鋳造
品の品質が低下することがあるという問題点がある。
また、ＴｉおよびＴｉ合金に含まれる水素等のガス成分
は凝固に際して金属から放出さ・・れてガス欠陥となり
やすく、この場合にも鋳造品の品質が低下することがあ
るという問題点があり、これらの問題点を解決すること
が課題となっていた。
（発明の目的）
本発明は、このような従来の課題にかんがみてなされた
もので、鋳造に際して金属溶湯の乱れが生じがたく、ま
た金属中に含まれる水素等のガス成分が凝固に際して金
属から放出されないようにしてガス欠陥の発生を防止す
ることにより、高品質の鋳造品を製造することが可能で
ある金属の鋳造方法を提供することを目的としている。(Industrial Application Field) The present invention relates to a metal casting method particularly suitable for use in manufacturing precision castings made of high melting point metals or active metals. (Prior art) Among the metals classified as high melting point metals and active metals, Ti
, Mo 2 , W, Zr 2 , Li, etc.; for example, Ti and Ti alloys have high melting points and are active, so various measures are required to melt them in a non-contaminated state. (Problems to be Solved by the Invention) As described above, since Ti and Ti alloys are active, an oxide film is likely to be formed on the surface of the molten metal, and if the molten metal is disturbed during casting, gas is likely to be drawn in, resulting in cast products. There is a problem that the quality may deteriorate. Additionally, gaseous components such as hydrogen contained in Ti and Ti alloys are easily released from the metal during solidification, resulting in gas defects, which also poses a problem in that the quality of the cast product may deteriorate. The challenge was to solve these problems. (Purpose of the Invention) The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems.It is difficult to cause turbulence in the molten metal during casting, and gas components such as hydrogen contained in the metal are removed from the metal during solidification. It is an object of the present invention to provide a metal casting method that makes it possible to produce high-quality castings by preventing gas defects from being released.
（課題を解決するための手段）
本発明に係わる金属の鋳造方法は、金属溶解室の上方に
鋳型室を設けて両室をガスシールし、前記金属溶解室お
よび鋳型室の圧力を大気圧力よりも高くすると共に、前
記金属溶解室と鋳型室との圧力差により前記金属溶解室
内で溶解した金属溶湯を前記鋳型室内に押し上げて当該
鋳型室内に配置した鋳型で鋳造する構成としたことを特
徴としており、必要に応じて採用される実施態様におい
ては、鋳型室内に配置した鋳型が通気性のあるセラミッ
クス鋳型である構成とし、同じ〈実施態様においては、
金属溶解室および鋳型室内の雰囲気を不活性ガスとする
構成とし、同じ〈実施態様において金属溶解室は水冷銅
製るつぼにより形成され、高周波誘導加熱用コイルによ
って金属溶解室内の金属材料が誘導加熱される構成とし
たことを特徴としており、上述した発明の構成を前述し
た従来の課題を解決するための手段としている。
（発明の作用）
本発明に係わる金属の鋳造方法では、金属溶解室と鋳型
室との圧力差により前記金属溶解室で溶解した金属溶湯
を前記鋳型室内に押し上げて当該鋳型室内に配置した鋳
型で鋳造するようにしているので、金属溶湯は鋳型内に
整流状態で注入されるようになることから、鋳造に際し
て金属溶湯が乱れることによるガスの巻き込みが回避さ
れるようになると共に、金属溶解室および鋳型室はいず
れも大気圧力よりも高い圧力としているので、金属中に
含まれる水素等のガス成分が凝固に際して金属から放…
されるようなことがなくなり、したがってガス欠陥は生
じないものとなることから、高品質の鋳造品が製造され
るようになる。
（実施例）
第１図および第２図は本発明に係わる金属の鋳造方法の
実施に使用する金属の鋳造装置の構造を例示するもので
あって、この金属の鋳造装置１は金属溶解室２をそなえ
ていると共に、この金属溶解室２の上方（この実施例で
は直上）に鋳型室３をそなえている。
これらのうち、金属溶解室２は、その底壁部分が水冷銅
製定盤４によって形成されていると共に、側壁部分が水
冷銅製るつぼ（いわゆるコールドクルージプル）５によ
って形成されており、水冷銅製定盤４は冷却水流路４ａ
を有していて矢印ＡＩ、Ａ２方向に流す冷却水により冷
却されるようになっている。
一方、水冷銅製るつぼ５は、第２図にも示すように、円
弧状をなしかつ絶縁体５１ａ・・・・・５１ｈにより相
互に絶縁状態で円環状に配置された複数の水冷銅製セグ
メン）５２ａ・・・・・５２ｈよりなり、それぞれに水
冷パイプ５３ａ・・・・・５３ｈを設けて第１図の矢印
Ｂｌ 、Ｂ２方向に冷却水を流すようにした構造を有す
るものである。
そして、前記水冷銅製定盤４および水冷銅製るつぼ５の
外側には耐圧バイブロが設けてあり、水冷銅製定盤４と
耐圧バイブロの下部側との間にはシール部材７が設けで
あると共に、水冷銅製るつぼ５と耐圧バイブロの上端側
との間にもシール部材８が設けてあって、金属溶解室２
の内部が外気と遮断されるようにしである。
また、前記耐圧バイブロの外側には高周波誘導加熱用コ
イル１１が設けてあり、これによって金属原料１２が溶
解されるようになっている。このとき、高周波誘導加熱
用コイル１１による高周波誘導加熱によって水冷銅製る
つぼ５の内側に渦電流が形成され、この交番電流である
渦電流によって金属原料１２に表皮渦電流を誘起して溶
解することにより金属溶湯１３を得る。この際、水冷銅
製るつぼ５の表面と金属溶ａ！１３の表面には相互に位
相の反対する電流が生じるのでこれらの反発によって金
属溶湯１３は水冷銅製るっぽ５の内壁面から少し離れて
ギャップが形成される。
したがって、金属溶湯１３から水冷銅製るっぽ５への熱
移動は前記ギャップの形成によって抑制されるので、従
来の水冷ハース形式の炉で見られたような厚肉のスカル
の形成はほとんどなく、金属溶湯１３の温度制御を容易
になすことが可能であると共に、るつぼからの汚染もな
くなる。
さらに、前記水冷銅製るつぼ５の上部には、シール部材
１５を介して環状枠体１６が設けてあり、この環状枠体
１６には前記金属溶解室２に連通ずる不活性カス供給口
１６ａが形成してあって、矢印Ｃ方向に例えばアルゴン
ガスが送給できるようになっている。
そして、環状枠体１６の内側にはシール部材１７を介し
て鋳型ケース１８が設けであると共に、鋳型ケース１８
の上面にはシール部材１９を介して上Ｍ２０が設けてあ
り、これらは蝶ねじ２１によって固定するようにしであ
る。また、上蓋２０には、前記鋳型ケース１８によって
形成された鋳型室３内に不活性ガスを送給するための不
活性ガス供給管２３が接続してあり、矢印り方向に不活
性ガスが送給されるようになっている。
さらに、鋳型室３内には、前記鋳型ケース１８の下部フ
ランジ１８ａに耐熱シール材２４を介して鋳型２５が改
行しである。
この鋳型２５は、この実施例において通気性のあるセラ
ミックス鋳型よりなるものであり、この鋳型２５はこの
実施例においてタービン用ホットホイールの形状をなす
鋳造空間２５ａを有していると共に、この鋳造空間２５
ａに接続し且つ前記金属溶解室２内に延びる黒鉛パイプ
２６が設けてあり、この黒鉛パイプ２６の外周側におい
て前記鋳型ケース１８の下部フランジ１８ａと鋳型２５
の下端との間に設けた耐熱シール材２４によってこの部
分でのガスの流通が阻止されるようになっている。
さらに、鋳型２５の上部には耐熱性緩衝体２７および当
て板２８を設け、上蓋２０にねじ込んで貫通したおねじ
２９を当て板２８に押し付けることにより、ｖＪ型２５
を固定する構造となっている。
このような構成をなす金属の鋳造装置１を用いて鋳造を
実施するに際し、金属としてＴｉ−６％ＡＪＪ−４％Ｖ
よりなるＴｉ合金を用い、高周波誘導加熱用コイル１１
に通電することによって水冷銅製るつぼ５内で５００ｇ
の上記Ｔｉ合金を溶解して金属溶湯１３とした。
そして、環状枠体１６に設けた不活性ガス供給口１６ａ
より矢印Ｃ方向にアルゴンガスを供給することによって
金属溶解室２内の圧力を大気圧以上の３．０気圧にする
と同時に、上蓋２０に設けた不活性ガス供給管２３より
矢印り方向にアルゴンガスを供給することによって鋳型
室３内の圧力を大気圧以上の２．５気圧とし、両室２，
３内における圧力差によって金属溶湯１３を黒鉛バイブ
２６内を通して押し上げ、そのまま鋳型２５の鋳造空間
２５ａ内に金属溶湯１３を充填し、その後凝固させるこ
とによってホットホイールを得た。
このようにして製造されたホットホイールは、従来のア
ークスカル溶解した金属溶湯を回転するツリー状アッセ
ンブリー鋳型内に上注ぎにより鋳込んで得たホットホイ
ールに比べて、品質が格段に優れたものとなっており、
良品率は約２０％から約８０％に改善された。(Means for Solving the Problems) The metal casting method according to the present invention provides a mold chamber above the metal melting chamber, seals both chambers with gas, and lowers the pressure in the metal melting chamber and the mold chamber from atmospheric pressure. In addition, the molten metal melted in the metal melting chamber is pushed up into the mold chamber by a pressure difference between the metal melting chamber and the mold chamber, and is cast in a mold placed in the mold chamber. Therefore, in an embodiment adopted as necessary, the mold placed in the mold chamber is a ventilated ceramic mold, and in the same embodiment,
The atmosphere in the metal melting chamber and mold chamber is an inert gas, and in the same embodiment, the metal melting chamber is formed by a water-cooled copper crucible, and the metal material in the metal melting chamber is induction heated by a high-frequency induction heating coil. The structure of the invention described above is used as a means for solving the conventional problems described above. (Function of the Invention) In the metal casting method according to the present invention, the molten metal melted in the metal melting chamber is pushed up into the mold chamber by the pressure difference between the metal melting chamber and the mold chamber, and the mold placed in the mold chamber is heated. Since the molten metal is poured into the mold in a rectified state, gas entrainment due to turbulence of the molten metal during casting is avoided, and the metal melting chamber and Since the pressure in all mold chambers is higher than atmospheric pressure, gas components such as hydrogen contained in the metal are released from the metal during solidification.
Since no gas defects occur, high-quality castings are produced. (Example) FIGS. 1 and 2 illustrate the structure of a metal casting apparatus used for carrying out the metal casting method according to the present invention, and this metal casting apparatus 1 has a metal melting chamber 2. In addition, a mold chamber 3 is provided above the metal melting chamber 2 (directly above it in this embodiment). Among these, the metal melting chamber 2 has a bottom wall formed by a water-cooled copper surface plate 4, a side wall formed by a water-cooled copper crucible (so-called cold crucible) 5, and a water-cooled copper surface plate. 4 is a cooling water flow path 4a
It is designed to be cooled by cooling water flowing in the directions of arrows AI and A2. On the other hand, as shown in FIG. 2, the water-cooled copper crucible 5 has a plurality of water-cooled copper segments (52a) arranged in an arc shape and insulated from each other by insulators 51a...51h. . . 52h, each of which is provided with a water cooling pipe 53a . A pressure-resistant vibro is provided on the outside of the water-cooled copper surface plate 4 and the water-cooled copper crucible 5, and a sealing member 7 is provided between the water-cooled copper surface plate 4 and the lower side of the pressure-resistant vibro. A seal member 8 is also provided between the copper crucible 5 and the upper end side of the pressure-resistant vibro.
The inside of the tank is isolated from the outside air. Further, a high-frequency induction heating coil 11 is provided outside the pressure-resistant vibro, and the metal raw material 12 is melted by this coil. At this time, an eddy current is formed inside the water-cooled copper crucible 5 by high-frequency induction heating by the high-frequency induction heating coil 11, and this alternating current eddy current induces a skin eddy current in the metal raw material 12 and melts it. A molten metal 13 is obtained. At this time, the surface of the water-cooled copper crucible 5 and the metal melt a! Since currents having opposite phases occur on the surface of the molten metal 13, due to their repulsion, the molten metal 13 is slightly separated from the inner wall surface of the water-cooled copper roof 5, thereby forming a gap. Therefore, heat transfer from the molten metal 13 to the water-cooled copper roof 5 is suppressed by the formation of the gap, so there is almost no formation of thick skulls as seen in conventional water-cooled hearth type furnaces. The temperature of the molten metal 13 can be easily controlled, and contamination from the crucible is also eliminated. Further, an annular frame 16 is provided on the upper part of the water-cooled copper crucible 5 via a sealing member 15, and an inert dregs supply port 16a communicating with the metal melting chamber 2 is formed in this annular frame 16. For example, argon gas can be supplied in the direction of arrow C. A mold case 18 is provided inside the annular frame 16 via a seal member 17.
An upper M20 is provided on the upper surface of the housing with a sealing member 19 interposed therebetween, and these are fixed with thumbscrews 21. Further, an inert gas supply pipe 23 for supplying inert gas into the mold chamber 3 formed by the mold case 18 is connected to the upper lid 20, and the inert gas is supplied in the direction of the arrow. They are now being paid. Further, in the mold chamber 3, a mold 25 is installed at the lower flange 18a of the mold case 18 via a heat-resistant sealing material 24. The mold 25 in this embodiment is made of an air-permeable ceramic mold, and has a casting space 25a in the shape of a hot wheel for a turbine in this embodiment. 25
A graphite pipe 26 is provided that connects to the metal melting chamber 2 and extends into the metal melting chamber 2, and the lower flange 18a of the mold case 18 and the mold 25 are connected to the outer peripheral side of the graphite pipe 26.
A heat-resistant sealing material 24 provided between the lower end of the housing and the lower end of the housing prevents gas from flowing through this portion. Furthermore, a heat-resistant buffer 27 and a backing plate 28 are provided on the upper part of the mold 25, and by pressing the male screw 29 screwed through the upper lid 20 against the backing plate 28, the vJ type 25
The structure is such that it is fixed. When performing casting using the metal casting apparatus 1 having such a configuration, Ti-6%AJJ-4%V is used as the metal.
The high-frequency induction heating coil 11 is made of a Ti alloy consisting of
500g in water-cooled copper crucible 5 by energizing
The above Ti alloy was melted to obtain a molten metal 13. Then, an inert gas supply port 16a provided in the annular frame 16
By supplying argon gas in the direction of arrow C, the pressure inside the metal melting chamber 2 is set to 3.0 atm, which is higher than atmospheric pressure, and at the same time, argon gas is supplied in the direction of arrow C from the inert gas supply pipe 23 provided in the upper lid 20. By supplying
The molten metal 13 was pushed up through the graphite vibrator 26 by the pressure difference within the molten metal 3, and the molten metal 13 was directly filled into the casting space 25a of the mold 25, and then solidified to obtain a hot wheel. The quality of the hot wheels produced in this way is far superior to that obtained by pouring conventional arc-skulled molten metal into a rotating tree-shaped assembly mold by top pouring. has become,
The non-defective product rate was improved from about 20% to about 80%.
本発明に係わる金属の鋳造方法によれば、金属溶解室と
鋳型室との圧力差により前記金属溶解室で溶解した金属
溶湯を前記鋳型室内に押し上げて当該鋳型室内に配置し
た鋳型で鋳造を行うようにしているので、金属溶湯は鋳
型内に整流状態で注入されるようになることから、鋳造
に際して金属溶湯が乱れることによるガスの巻き込みを
防止することが可能になると共に、金属溶解室および鋳
型室はいずれも大気圧よりも高い圧力としているので、
金属中に含まれる水素等のガス成分が凝固に際して金属
から放出されるようなことがなくなることから、ガス欠
陥は生じないものとなり、高品質の鋳造品を製造するこ
とが可能になるという著しく優れた効果がもたらされる
。According to the metal casting method of the present invention, the molten metal melted in the metal melting chamber is pushed up into the mold chamber by the pressure difference between the metal melting chamber and the mold chamber, and casting is performed using a mold placed in the mold chamber. As a result, the molten metal is injected into the mold in a rectified state, which makes it possible to prevent the entrainment of gas due to turbulence of the molten metal during casting, as well as to prevent the metal melting chamber and the mold from being entrained. All chambers are at a pressure higher than atmospheric pressure, so
Gaseous components such as hydrogen contained in the metal will not be released from the metal during solidification, so gas defects will not occur, making it possible to manufacture high-quality cast products. This will bring about a positive effect.
第１図は本発明による金属の鋳造方法の一実施例に用い
た鋳造装置の構造を例示する断面説明図、第２図は水冷
銅製るつぼの平面説明図である。
１・・・金属の鋳造装置、
２・・・金属溶解室、
３・・・鋳型室、
５・・・水冷銅製るつぼ（コールドクルージプル）、
１１・・・高周波誘導加熱用コイル、
１３・・・金属溶湯、
１６ａ・・・不活性ガス供給口、
２３・・・不活性ガス供給管、
２５・・・鋳型。FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view illustrating the structure of a casting apparatus used in an embodiment of the metal casting method according to the present invention, and FIG. 2 is an explanatory plan view of a water-cooled copper crucible. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Metal casting device, 2...Metal melting chamber, 3...Mold chamber, 5...Water-cooled copper crucible (cold cruise pull), 11...High frequency induction heating coil, 13... - Molten metal, 16a... Inert gas supply port, 23... Inert gas supply pipe, 25... Mold.
Claims (4)
ールし、前記金属溶解室および鋳型室の圧力を大気圧力
よりも高くすると共に、前記金属溶解室と鋳型室との圧
力差により前記金属溶解室内で溶解した金属溶湯を前記
鋳型室内に押し上げて当該鋳型室内に配置した鋳型で鋳
造することを特徴とする金属の鋳造方法。(1) A mold chamber is provided above the metal melting chamber and both chambers are sealed with gas, the pressure in the metal melting chamber and the mold chamber is made higher than atmospheric pressure, and the pressure difference between the metal melting chamber and the mold chamber is A method for casting metal, characterized in that the molten metal melted in the metal melting chamber is pushed up into the mold chamber and cast using a mold placed in the mold chamber.
クス鋳型である請求項第１項に記載の金属の鋳造方法。(2) The metal casting method according to claim 1, wherein the mold placed in the mold chamber is an air-permeable ceramic mold.
とする請求項第１項または第２項に記載の金属の鋳造方
法。(3) The metal casting method according to claim 1 or 2, wherein the atmosphere in the metal melting chamber and the mold chamber is an inert gas.
周波誘導加熱用コイルによって金属溶解室内の金属材料
が誘導加熱される請求項第１項、第２項または第３項に
記載の金属の鋳造方法。(4) Casting of metal according to claim 1, 2 or 3, wherein the metal melting chamber is formed by a water-cooled copper crucible, and the metal material in the metal melting chamber is induction heated by a high frequency induction heating coil. Method.
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