JPH0626749B2 - 金属物品の加圧式ロストフォーム鋳造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属物品、特にアルミニウム及びその合金の加
圧式ロストフォーム鋳造方法に係る。

結合剤を含まない乾燥砂から形成された金型に浸漬した
ポリスチレンフォームのパターンを鋳造に使用できるこ
とは、主に米国特許第3157924号の教示により当業者に
知られている。このような方法によると、予め溶融され
た被鋳造金属を、砂を貫通するチャネルによりパターン
と接触させ、パターンを燃焼させて蒸気に変換させ、砂
粒子間に逃がすことにより、該パターンを徐々に該金属
に置換させる。

この方法は、チャネルを介してかなり複雑にコアに連結
された剛性金型を、粉末耐熱材料の圧縮及び凝集により
予め製造する必要がなく、鋳造物を簡単に回収でき且つ
鋳造材料を容易に再使用できるという理由から工業的規
模で実施するのに魅力的であることが判明した。しかし
ながらこの方法は、凝固速度が比較的遅いため、通気ピ
ンホールが形成され易く、熱勾配が比較的小さいため、
鋳造方案が湯口方案を困難にするような場合には微細ひ
け巣が生じ得るという２つの欠点がある。

このような欠点を解決する目的で、本出願人らは、仏国
特許公開明細書第2606688号の要旨であるロストフォー
ム鋳造方法を開発した。

この明細書は、金型に溶融金属を充填後、即ちパターン
が金属により完全に破壊され且つフォームにより発生さ
れる蒸気が排出されたときに、好ましくは金属の凝固が
開始する以前に金型と金属との全体に静定ガス圧力を加
えることを教示している。この圧力は、さし込み現象を
回避し、15秒未満以内に最大値に到達するようにその値
を経時的に増加しながら加えられる。

これらの条件下で、得られる鋳造物は機械的特徴、特に
強さの改良により示される高い密度を有する。

しかしながら、本出願人らはこの明細書において、0.5
〜1.5MPaの最大圧力を使用することが好ましく、1.5MPa
を越えても無益であると判断した。

研究を更に進めた結果、実際には圧力を更に増加させる
と、破壊強さRm、降伏応力LE及び伸び率Ａのような機械
的特徴のみならず、耐疲労性Ｆも改良できることが判明
した。

従って、鋳造すべき物品の有機フォームパターンを、結
合剤を含まない乾燥砂浴により画成される壁を有する金
型に浸漬させる段階と、フォームに置換して徐々に凝固
する溶融金属を金型に充填する段階と、充填の完了直後
に漸増下の静定ガス圧力を金型及び金属に同時に加える
段階とを含む、金属物品、特にアルミニウム及びその合
金の加圧式ロストフォーム鋳造方法に関する本発明は、
加える圧力が1.5〜10MPaの値まで上昇することを特徴と
する。

従って、本発明は1.5〜10MPa、好ましくは５〜10MPaの
圧力を使用するものである。

仏国特許公開明細書第2606688号の場合と同様に、金型
を収容した密閉箱により圧力を加えることができ、該箱
は、その壁全体に適宜分配され且つ加圧ガス源に連結さ
れた１以上のノズルを備える。

選択された圧力範囲内で、本出願人らは、圧力を加える
間に生じる現象が従来技術の現象と全く異なることを知
見した。

実際に、0.5〜1.5MPaの間では、圧力は主に凝固中の金
属の樹枝状結晶間への溶融金属の流入を加速するように
機能し、固体網状構造がある程度成長すると効果は停止
する。従って特に、圧力が低いと湯口は凝固中の金属の
収縮による引け巣現象を阻止するように有効に作用し得
る。

他方、凝固の始めに優勢であった溶融金属の流動効果
は、1.5MPa、特に5MPaよりも高い圧力下では、既に凝固
した金属網状構造の熱変形の効果に徐々に置き換えら
れ、この現象は凝固率が鋳造合金の型に依存して約50〜
70％の値に到達すると支配的になり、やがて独占的にな
る。高圧を使用すると、鋳造物の表面全体に適用される
１種の静定鍛造を実現する。

添付図面は7MPaの圧力下で本発明に従って鋳造し、その
後、熱処理したＡ−S7G03合金鋳造物の顕微鏡写真であ
る。この顕微鏡写真は、気孔を埋める効果を有する塑性
変形が樹枝状網状構造に加えられたことを示しており、
この方法で金属に加えられる鍛造効果を明示している。

これらの条件下で、物品の機械的特徴、特に耐疲労性は
著しく改良されることが確認される。圧力が10MPaより
も高いと、改良は僅かでしかない。

この新規圧力範囲は、好ましくは液体流に作用できるよ
うに凝固金属の量が40重量％に到達する以前に加えられ
る。

また、変形の効果を十分に利用できるように凝固金属の
量が90％を越える前に最大圧力に到達するようにするこ
とが好ましい。

仏国特許公開明細書第2606688号の場合と同様に、金属
に直接加えられる圧力と砂浴を介して金属に加えられる
圧力との間に一時的な不均衡に起因する現象である「さ
し込み（metal penetration）」を避けるように、特に
凝固の始めに圧力を漸増させながら加えることが好まし
い。実際に、浴は圧力伝達において比較的大きな圧力損
失を生じ、砂と接触する金属の領域においてこの圧力
は、砂粒子を通って金属を推進させると共に、鋳造物の
変形を生じ得る。

以下、実施例により本発明を説明する。外径45mm及び壁
厚さ4mmを有しており、20×20×80mmの相互に隣接する
リブ及びボスを含む中空円筒形を従来方法及び本発明の
方法に従って鋳造した。即ち凝固の開始直前に、金型を
収容するチャンバの内側に夫々大気圧、1MPa、5MPa及び
10MPaに対応する静定ガス圧力を加えた。

これらの円筒体は高い機械的特徴を有する２種類の型の
合金、即ち、0.20重量％のFe、6.5〜7.5重量％のSi、0.
10重量％のCu、0.10重量％のZn、0.25〜0.40重量％のM
g、0.10重量％のMn、0.05重量％のNi、0.05重量％のP
b、0.05重量％のSn、0.05〜0.20重量％のTi、残部のAl
の組成を有するＡ−S7G03と、0.35重量％のFe、0.20重
量％のSi、4.20〜5.00重量％のCu、0.10重量％のZn、0.
15〜0.35重量％のMg、0.10重量％のMn、0.05重量％のN
i、0.05重量％のPb、0.05重量％のSn、0.05〜0.30重量
％のTi、残部のAlの組成を有するＡ−U5GTとから作製し
た。

Ａ−S7G03の場合はY23、Ａ−U5GTの場合はY24の標準熱
処理を行った後にこれらの円筒体に機械的試験を実施
し、加えた圧力の関数として次の特徴、即ちＡ−S7G03
では、物品の厚い領域及び薄い領域の両方における式Ｑ
＝Ｒ＋150logaA（ＲはMPaで表した強さであり、Ａは伸
び率（％）である）に対応する品質指数Ｑ（MPa）、Ａ
−U5GTでは、同じく厚い領域と薄い領域とにおける降伏
応力LE（MPa）、強さＲ（MPa）、伸び率Ａ（％）を測定
することができた。

更に、各合金について加える圧力を種々に変え、階段状
方法に従って10⁷サイクル加工したサンプルの捩れ試験
から耐疲労性Ｆ（MPa）を測定した。Ｆは凝固速度でな
く気孔率、従って加える圧力に依存するので、厚い領域
と薄い領域との両方に有効である。

結果を下記の表に示す。

測定した全特徴に改良が認められ、特に耐疲労性の増加
は顕著であった。

【図面の簡単な説明】 図面は7MPaの圧力で本発明の方法に従って鋳造し、その
後、熱処理したＡ−S7G−３合金の顕微鏡による金属組
織の写真である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋳造すべき物品の有機フォームパターン
   を、結合剤を含まない乾燥砂浴により画成される壁を有
   する金型に浸漬させる段階と、フォームに置換して徐々
   に凝固する溶融金属を金型に充填する段階と、充填の完
   了直後に漸増下の静定ガス圧力を金型及び金属に同時に
   加える段階とを含む、金属物品、特にアルミニウム及び
   その合金の加圧式ロストフォーム鋳造方法であって、加
   える圧力が1.5〜10MPaの値まで上昇することを特徴とす
   る前記方法。
2. 【請求項２】加える圧力が５〜10MPaの値まで上昇する
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】遅くとも凝固した金属の量が40重量％に到
   達するときに圧力を加えることを特徴とする請求項１に
   記載の方法。
4. 【請求項４】凝固した金属の量が90重量％を越える前に
   最大圧力に到達することを特徴とする請求項１に記載の
   方法。