JPH05337598A - 金属を基地とする複合物をインベストメント材のモールド内で形成する方法 - Google Patents

金属を基地とする複合物をインベストメント材のモールド内で形成する方法

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JPH05337598A
JPH05337598A JP4124780A JP12478092A JPH05337598A JP H05337598 A JPH05337598 A JP H05337598A JP 4124780 A JP4124780 A JP 4124780A JP 12478092 A JP12478092 A JP 12478092A JP H05337598 A JPH05337598 A JP H05337598A
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    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/14—Casting in, on, or around objects which form part of the product the objects being filamentary or particulate in form
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属を基地とする複合物をインベストメント
材のモールドの中で成形する。 【構成】 液状の流動媒体(12)、結合剤(16)及び補強材
(14)からなるプレフォーム混合物(10)から、金属を基地
とする複合物を所望の形状に成形・凝固させる。プレフ
ォーム混合物をインベストメント材(26)の容器の中に入
れて加熱し、水分を蒸発させて流動媒体を取り除く。残
存する補強材と結合剤を焼結して、固体のプレフォーム
を形成する。固体プレフォーム上部の容器内に溶湯金属
(42)を配置し、加圧して、溶湯金属を固体のプレフォー
ムに強制的に送り込む。溶湯金属を凝固させて、金属を
基地とする複合物を形成した後、インベストメント材を
取り除く。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、鋳造装置に関する。よ
り具体的には、本発明は、金属を基地とする複合物(met
al matrix composite)をインベストメント材の内部で鋳
造する方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】インベストメント鋳造法は、ロストワッ
クス法としても知られており、最も古い金属成形法の１
つである。この方法は、古くは、職人が工芸品を成形す
るのに広く使用されていた。現在では、航空機エンジン
の複雑な部品等の鋳造に使用されている。パターンは、
ワックス又はプラスチックを精密な金属ダイの中に圧入
することによって形成される。パターンは、単一の場合
でも或は群になっている場合でも、ワックスの堰及び押
湯を備えており、耐火材スラリーの如きインベストメン
ト材の中に入れられる。次に、ワックス又はプラスチッ
クのパターンは溶けて、インベストメント材から出てい
くから、鋳造すべき部品のモールドを一連の堰及び押湯
に連繋したままにすることができる。所望の金属溶湯
は、堰及び押湯の導管部を通って中空のインプレッショ
ンの中に満たされる。凝固後、インベストメント材料は
金属部から取り除かれる。
【０００３】これまで、金属を基地とする複合物のイン
ベストメント鋳造を行なうには、最初に金属を強化材又
は補強材と混合し、その混合溶湯をモールドに導入して
行なっていた。インベストメント材のモールドの中に補
強材を浸入させて行なう方法は知られていない。
【０００４】
【発明の要旨】本発明は、金属を基地とする複合物を、
インベストメント材のモールド内で成形する方法に関す
る。本発明の方法は、流動媒体、結合剤及び強化材から
なるプレフォーム混合物を、金属を基地とする所望形状
の複合物に形成する工程を有している。次に、プレフォ
ーム混合物を所望形状に凝固させる。次に、プレフォー
ム混合物をインベストメント材の中に入れる。次に、プ
レフォーム混合物をコントロールされた速度で加熱し、
初めに水等の流動体を蒸発させ、次に流動媒体を取り除
く。次に、残存している強化材と結合剤を焼結して固体
のプレフォームを形成する。次に、溶湯金属を加圧し
て、溶湯金属をプレフォームの中に強制的に押し込む。
次に、溶湯金属を凝固させて、金属を基地とする複合物
をプレフォームの形状に形成し、インベストメント材を
該複合物から取り除く。
【０００５】本発明は更に、溶湯金属を浸入させるため
にプレフォームを予め調製しておき、該プレフォームを
湯口系に繋ぐ工程を有する方法に関する。プレフォーム
と湯口系をインベストメント材の中に入れる。次に、湯
口系を溶融流出させて、金属の流れをプレフォームに通
じさせる導管部を形成する。次に、溶湯金属を加圧し
て、湯口系を通じて溶湯金属をプレフォームに強制的に
送り込む。次に、溶湯金属を凝固させ、金属を基地とす
る複合物を形成する。複合物の形状はプレフォームと同
じである。インベストメント材を、金属を基地とする複
合物から取り除く。
【０００６】図面において、同一又は類似の要素につい
ては同じ引用符号を付している。図１は液状のプレフォ
ーム混合物(preform mixture)(10)の断面図を示してい
る。混合物(10)は、ワックス又は水等の流動媒体(flow
medium)(12)、ＳｉＣの如き非連続性強化材又は補強材
(14)、シリカの如き結合剤(16)(図中に点在させている)
を有している。プレフォーム混合物は、プレフォームモ
ールド(18)の中に強制的に送り込まれる。強化材は非連
続性のものに限定されることはなく、巻いたファイバ
ー、グラファイトの如き連続性の強化材(20)(図中、ハ
ッチングで示す)を用いることもできる。この場合、流
動媒体(12)及び強化材結合剤(16)を導入する前に、プレ
フォームモールド(18)の中に配置する。
【０００７】プレフォーム混合物(10)を凝固させ、プレ
フォームモールド(18)から取り除く。図２に最も良く示
す如く、凝固したプレフォーム混合物(10)を、プラスチ
ック又はワックスの湯口系(sprue system)(22)に取り付
けて固定する。湯口系(20)に取り付けるプレフォーム混
合物(10)は１個でもよいが、共通の湯口系(22)を通じて
複数の部品を鋳造する方がより経済的である。次に、シ
リケートガラスの如きモールド用コーティング剤を、浸
積又はスプレー等によって、凝固したプレフォーム混合
物(10)及び湯口系に施す。このモールド用コーティング
剤(24)は、凝固したプレフォーム混合物(10)の周囲にシ
ールを形成しやすくし、かつモールドから部品を取り除
きやすくする物質からなる。
【０００８】図３は、凝固したプレフォーム混合物(10)
を取り付けた湯口系(22)をインベストメント材(26)の中
に入れる(encase)工程を示している。インベストメント
材(26)は、離型剤(30)を塗布した金枠(28)の中に配備さ
れる。或はまた、凝固したプレフォーム混合物(10)を取
り付けた湯口系(22)を、セラミック等の耐火材からなる
インベストメント材(26)のスラリーでコーティングする
こともできる。
【０００９】次に、図４に示す如く、モールドアッセン
ブリ(34)は、湯口系(22)、凝固したプレフォーム混合物
(10)及びインベストメント材(26)を備えており、該モー
ルドアッセンブリをヒーター(36)によって所定の速度で
加熱する。この加熱によって、最初は、流体(例えば水)
がモールドアッセンブリ(34)からゆっくりと蒸発し、次
に流動物質(12)と湯口系(22)のワックス又はプラスチッ
クが溶解する。最後に、インベストメント材(26)、強化
材結合剤(16)及び非連続性の強化材(14)(又は連続性の
強化材(20))が焼結される。この工程では、湯口系(22)
が溶融流出して消失する結果、導管部(40)が形成され、
複数のプレフォーム(38)は導管部(40)に連通する。全て
はインベストメント材(26)の中である。図５に示す如
く、プレフォーム(38)と導管部(40)が脱気され、全ての
ガスが取り除かれる。次に、図６に示す如く、溶湯金属
(42)が湯口系(22)の中に注入される。溶湯金属(42)は加
圧され、導管部(40)を通って、図７に示す如くプレフォ
ーム(38)の空隙の中に強制的に送り込まれる。コーティ
ング(24)を設けているから、溶湯金属はインベストメン
ト(26)の中には浸入しない。冷却板(44)を用いて、圧力
を加えながら、溶湯金属(42)を方向性をもって凝固させ
ることができる。これによって、過剰の溶湯金属(42)
は、溶湯金属(42)が凝固・収縮するにつれて、プレフォ
ーム(38)の空隙に充満する。最後に、インベストメント
材(26)は、金属基地の複合部品(46)から取り除かれる。
【００１０】インベストメント材(26)を金枠(28)の中の
プレフォーム混合物(10)の周囲に配備する代わりに、図
１０に示す如く、ワックス又はプラスチックから作られ
た湯口系(22)に取り付けられたプレフォーム混合物(10)
の凝固体を、浸積又は塗布によってインベストメント材
(26)のスラリーでコーティングを形成して複合物を形成
することもできる。インベストメント材(26)のスラリー
は、耐火材、望ましくはセラミックを含んでいる。イン
ベストメント材(26)のスラリーは、乾燥及び硬化する
と、プレフォーム(10)の周囲に容器を形成する。必要に
応じて、セラミックフィルターを、ワックス又はプラス
チック中のプレフォーム混合物(10)の上部に配置するこ
とにより、溶湯金属の浸入をより良くコントロールする
ことができる。インベストメント材(26)のスラリーから
作られた容器は、極く微細なアルミナ粒子の如きうわぐ
すり(glaze)又はシーラント(29)でコーティングするこ
とが望ましい。アルミナの微細粒子は、加熱されると、
容器の表面で焼結してシールする。或はまた、容器は下
記の焼結工程の後、コーティング又はシールすることが
できる。
【００１１】次に、湯口系(22)のワックス又はプラスチ
ックを加熱によって消失させ、残りの補強材結合剤(26)
及び非連続性補強材(14)(又は連続性補強材(20))を焼結
してプレフォームを形成する(図１２及び図１３参照)。
プレフォーム(38)は、焼成した(fired)インベストメン
ト材(26)の容器に入れられたままである。次に、図１４
に示す如く、湯口系(22)のあった空間に溶湯金属(42)を
供給して、該空間を満たし、焼成したインベストメント
材(26)の容器と共にシールを形成する。焼成したインベ
ストメント材(26)容器の肉厚は、プレフォーム(38)を入
れる容器の内部圧力と溶湯金属(42)の圧力との差圧に耐
え得るような厚さにするだけでよい。溶湯金属(42)の周
囲の圧力が大きくなると、溶湯金属はプレフォーム(38)
の中に浸入する。これは、溶湯金属が容器と共にシール
を形成し、これによって両者間に差圧が生じるためであ
る。溶湯金属(42)は凝固し、金属を基地とする複合物(4
6)が形成される。焼成によって容器を形成していたイン
ベストメント材(26)を破壊すると、金属を基地とする複
合物(46)が現われる。
【００１２】望ましい実施例に基づいて本発明を詳細に
説明したが、かかる実施例は単なる例示であって、当該
分野の専門家であれば特許請求の範囲に規定された発明
の精神及び範囲から逸脱することなく、変形をなせるこ
とは理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】プレフォーム混合物の鋳造を示す略断面図であ
る。
【図２】鋳造したプレフォーム混合物と湯口系との接続
を示す略断面図である。
【図３】鋳造したプレフォーム混合物をインベストメン
ト材の中に入れた状態を示す略断面図である。
【図４】流動媒体及び湯口系を加熱によって除去する状
態を示す略断面図である。
【図５】湯口及びプレフォームを脱気する状態を示す略
断面図である。
【図６】溶湯金属が湯口系の中に注入される状態を示す
略断面図である。
【図７】溶湯金属を強制的にプレフォームの中に入り込
ませる加圧工程を示す略断面図である。
【図８】鋳造した金属基地複合部品が冷却板によって方
向性凝固する状態を示す略断面図である。
【図９】インベストメント材を金属基地複合部品から除
去する状態を示す略断面図である。
【図１０】本発明の他の実施例の略説明図である。
【図１１】本発明の他の実施例の略説明図である。
【図１２】本発明の他の実施例の略説明図である。
【図１３】本発明の他の実施例の略説明図である。
【図１４】本発明の他の実施例の略説明図である。
【図１５】本発明の他の実施例の略説明図である。
【符号の説明】
(10) プレフォーム混合物 (12) 流動媒体 (14) 強化材 (16) 強化材結合剤 (22) 湯口系 (28) 金枠 (34) モールドアッセンブリ (40) 導管部
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年７月１０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１０】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１１】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１２】
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１３】
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１４】
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１５】

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流動媒体、結合剤及び強化材からなるプ
    レフォーム混合物を、金属を基地とする所望形状の複合
    物に成形する工程；プレフォーム混合物を所望の形状に
    凝固させる工程；プレフォーム混合物をインベストメン
    ト材の容器の中に入れる工程；プレフォーム混合物を加
    熱し、水分は蒸発させ、流動媒体は取り除く工程；残存
    する強化材と結合剤を焼結して、固体のプレフォームを
    形成する工程；固体プレフォーム上方の容器内の部位に
    溶湯金属を配置し、該溶湯金属と容器とによってシール
    を形成する工程；溶湯金属を加圧し、溶湯金属を固体の
    プレフォームに強制的に送り込む工程；溶湯金属を凝固
    させ、金属を基地とする複合物を固体プレフォームの形
    状に成形する工程；インベストメント材を、金属を基地
    とする複合物から取り除く工程；を有していることを特
    徴とする、金属を基地とする複合物をインベストメント
    材のモールド内で形成する方法。
  2. 【請求項２】 インベストメント材の容器の中に入れる
    工程は、凝固したプレフォーム混合物をインベストメン
    ト材のスラリーでコーティングすることによって容器を
    形成する工程を含んでいる請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 溶湯材料を浸入させるために先に調製し
    たプレフォームであって、該プレフォームは結合剤を有
    しており、該プレフォームを湯口系に接続する工程；プ
    レフォームと湯口系を、インベストメント材の非ポーラ
    ス容器の中に入れる工程；湯口系を溶かして、金属をプ
    レフォームに流通させる導管部を形成する工程；プレフ
    ォームを結合剤と共に焼結して、固体のプレフォームを
    形成する工程；固体プレフォーム上方の容器内の部位に
    溶湯金属を配置し、該溶湯金属と容器とによってシール
    を形成する工程；溶湯金属を加圧して、導管部を通じて
    溶湯金属を固体のプレフォームに強制的に送り込む工
    程；溶湯金属を凝固させて、金属を基地とする複合物を
    固体プレフォームの形状に成形する工程；インベストメ
    ント材を、金属を基地とする複合物から取り除く工程；
    を有していることを特徴とする、金属を基地とする複合
    物をインベストメント材のモールド内で形成する方法。
  4. 【請求項４】 インベストメント材の容器の中に入れる
    工程は、凝固したプレフォーム混合物をインベストメン
    ト材のスラリーでコーティングし、容器を形成する工程
    を含んでいる請求項３に記載の方法。
  5. 【請求項５】 固体プレフォーム上方の容器内の部位に
    溶湯金属を配置する工程の前に、複数のプレフォームを
    湯口系に取り付ける工程を含んでおり、金属を基地とす
    る複合物を同一プロセスで複数個鋳造できるようにして
    いる請求項３に記載の方法。
  6. 【請求項６】 流動媒体、結合剤及び補強材からなるプ
    レフォーム混合物を、金属を基地とする所望形状の複合
    物に成形する工程；プレフォーム混合物を所望の形状に
    凝固させる工程；プレフォーム混合物を容器内に配置す
    る工程；プレフォーム混合物を容器内のインベストメン
    ト材の中に入れる工程；プレフォーム混合物を加熱し、
    水分は蒸発させ、流動媒体は取り除く工程；残存する強
    化材と結合剤を焼結して、固体のプレフォームを形成す
    る工程；固体プレフォーム上方の容器内の部位に溶湯金
    属を配置し、該溶湯金属と容器とによってシールを形成
    する工程；溶湯金属を加圧し、溶湯金属を固体のプレフ
    ォームに強制的に送り込む工程；溶湯金属を凝固させ、
    金属を基地とする複合物を固体プレフォームの形状に形
    成する工程；インベストメント材を、金属を基地とする
    複合物から取り除く工程；を有していることを特徴とす
    る、金属を基地とする複合物をインベストメント材のモ
    ールド内で形成する方法。
  7. 【請求項７】 プレフォーム上方の容器内の部位に溶湯
    金属を配置する工程の前に、プレフォームをシール剤で
    コーティングする工程を含んでおり、加圧工程中、溶湯
    金属がインベストメント材に浸入しないようにしている
    請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 インベストメント材の容器の中に入れる
    工程は、容器の周囲にシール剤を配置する工程を含んで
    いる請求項１に記載の方法。
JP4124780A 1990-10-09 1992-05-18 金属を基地とする複合物をインベストメント材のモールド内で形成する方法 Withdrawn JPH05337598A (ja)

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