JPH0647693B2 - 鋳物の熱処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、鋳物の熱処理装置に関するものである。

（従来技術） 従来では、鋳造品を鋳造するのに一般に砂型が用いられ
て来たが、省力化・省エネルギ化・公害対策・鋳造品の
高品質化などの観点から最近では金型鋳造法が普及しつ
つある。

しかし、金型鋳造法で球状黒鉛鋳鉄などの高強度・高じ
ん性の鋳造品を鋳造する場合には、金型による急冷作用
でチル（セメンタイト）の発生が問題となることから、
その対策として一般に高Ｃ、Ｅ化、鋳込温度制御、金型
温度制御及びチル分解処理などが必要となる。

従来では、鋳造品を型バラシ後一旦常温まで冷却後、加
熱炉に投入して９３０〜９５０℃に加熱することによ
り、チル分解処理とオーステナイト化処理し、その後幾
分低い温度でオーステナイト安定化処理してから必要に
応じて各種の熱処理を施していた。

この場合、一旦析出し安定化したチルを分解する関係
上、処理温度も高く、処理時間も長くなるなどの問題が
ある。

これに対して、特開昭５９−１５７２２１号公報には、
鋳造品の型バラシ後、Ａ₁変態点以上に保持した状態で
均熱処理後恒温処理することによりオーステンパー処理
する球状黒鉛鋳鉄の製造技術が記載されている。

上記公報に記載された技術によれば、鋳造品のＡ₁変態
点以上の温度での保有熱を有効活用し、チル（セメンタ
イト）が熱的に不安定で分解温度も低いうちに短時間で
分解処理することが可能となる。

そこで、上記金型鋳造法と上記球状黒鉛鋳鉄の製造技術
とに着目し、金型で鋳造する金型鋳造機、チル分解とオ
ーステナイト化処理する加熱炉（均熱炉）、加熱炉から
取出された高温状態の鋳造品を所定温度まで冷却するソ
ルト炉、ベーナイト化処理する恒温炉及び鋳造品を搬送
する搬送装置などからなる鋳造品量産プラントであって
各種の高品質の鋳造品を能率よく低コストで製作し得る
ような鋳造品量産プラントを構成することが考えられ
る。

（発明が解決しようとする問題点） 上記金型鋳造機で鋳造する場合には、金型の成形面に黒
鉛などを溶剤に溶かした離型剤を塗布することが必要で
あるが、この離型剤の大部分は鋳造品の表面に膠着状に
付着して残ることになる。

そして、上記離型剤が付着した状態で、鋳造品をオース
テナイト化処理後ソルト炉へ投入する場合には、離型剤
がソルト炉の溶融塩化物中へ溶け込んで溶融塩化物が汚
染し、ソルトの物性が変化してソルト炉の設定温度を維
持できなくなるという問題がある。

そこで、ソルトを頻繁に交換するとソルトの消費量が増
え、ソルト炉による処理工程が中断し、多大の熱エネル
ギの消失を招くことになる。

また、鋳造品の表面に離型剤が付着した状態でソルト炉
に投入して焼入れすると、黒鉛などの離型剤では熱伝導
率が金属材料に比べて大きくないので焼入れ性にも微妙
に悪影響が現われるという欠点もある。

（問題点を解説するための手段） 本発明に係る鋳物の熱処理装置では、離型剤を塗布した
金型に溶湯を鋳込んで鋳造品を作る金型鋳造機を設け、
上記金型鋳造機で鋳造された鋳造品を炉内の処理室内で
加熱してオーステナイト化処理する流動熱処理炉を設
け、上記オーステナイト化処理された鋳造品を冷却する
ソルト炉を設け、上記流動熱処理炉はその処理室内に加
圧気体供給源から供給される加圧気体で流動する流動粒
子を充填するとともに上記処理室を加熱手段で加熱し且
つ処理室内で鋳造品に付着している離型剤を流動粒子で
除去するように構成したものである。

（作用） 本発明に係る鋳物の熱処理装置においては、以上のよう
に、流動熱処理炉の処理室内で鋳物の表面に付着してい
る離型剤に微細セラミック粒子などの流動粒子が次々に
衝突して、離型剤が略完全に除去されることになる。

（発明の効果） 本発明に係る鋳物の熱処理装置によれば、以上説明した
ように、流動熱処理炉内で鋳造品の表面に付着していた
離型剤が略完全に除去されるので、ソルト炉における焼
入性の悪化を防止でき且つソルト炉の溶融塩化物中への
離型剤の混入を防止することが出来る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第一図は、例えば球状黒鉛鋳鉄材料などの鋳鉄鋳造品を
金型鋳造法により鋳造しそれを熱処理する鋳造品製造プ
ラントを示すもので、上流側から順に金型鋳造装置１、
搬送ロボット２、均熱炉３、搬送ロボット４、２組のソ
ルト炉５と低温炉６、搬送ロボット７及び恒温炉８が設
けられており、また型バラシ後の鋳造品Ｗの温度を検出
する温度検出器９とこの温度検出器９からの検出信号を
受けて均熱炉３内の搬送コンベアの速度を制御するコン
トロールユニット１０も設けられている。

上記金型鋳造装置１は、第１図・第２図に示すようにロ
ータリテーブル１１上に放射状に配置された８組の同一
金型ユニット１２を有し、ロータリテーブル１１を４５
°ずつ矢印Ａ方向へ間欠的に回転させることにより、第
１及び第２ステージ１ａ・１ｂにおいて注湯器１３から
溶湯を金型１２ａ・１２ｂ内へ注湯し、第３及び第４ス
テージ１ｃ・１ｄにおいて溶湯を凝固させ、第５ステー
ジ１ｅにおいて型バラシされた鋳造品Ｗを搬送ロボット
２で取出し、第６ステージ１ｆにおいてエアブローによ
り金型１２ａ・１２ｂを清掃し、第７ステージ１ｇにお
いて金型１２ａ・１２ｂの造型空洞形成面に例えば黒鉛
粒子を溶剤に溶かした離型剤を塗布し、第８ステージ１
ｈにおいて金型１２ａ・１２ｂを型締めするようになっ
ており、この金型鋳造装置１により鋳造品Ｗが所定時間
間隔毎に連続的に製造される。

第２図に示すように、上記各金型ユニット１２の外側の
分割金型１２ａはホルダ１２ｃによりロータリテーブル
１１に固定され、内側の分割金型１２ｂは油圧シリンダ
１３のピストンロッド１３ａの先端に固着されたホルダ
１２ｄに固着され、油圧供給路の方向切換弁１４を切換
えることにより、上記油圧シリンダ１３によって半径方
向へ進退駆動され、外側分割金型１２ａに組合せた鋳造
位置と外側分割金型１２ａから内方へ退いた型バラシ位
置とに位置切換されるようになっている。

上記ロータリテーブル１１の下側中央の旋回軸部１１ａ
はベアリング１６を介してベース１７に水平旋回自在に
支持され、またロータリテーブル１１の下側に環状に配
設された２列の遊転ローラ１８が各環状レール１９上を
転動するようになっており、ロータリテーブル１１の外
側外周部の環状ラック２０にピニオン２１を噛み合わ
せ、ピニオン２１をモータ２２で駆動することによりロ
ータリテーブル１１を間欠的に回転駆動するようになっ
ている。

そして、上記各金型ユニット１２の電磁方向切換弁１４
及びモータ２２は鋳造サイクル設定器１５によって所定
のタイミングで所定の作動をするように切換制御され
る。

上記搬送ロボット２は、４〜６軸の自由度を有する走行
式の工業用ロボットからなり、金型鋳造装置１の第５ス
テージ１ｅにおいて型バラシされた高温状態の鋳造品Ｗ
を把んだ状態でレール２ａ上を走行し、この鋳造品Ｗを
均熱炉３の上流側コンベア２３Ａ上へ供給するものであ
る。

上記均熱炉３は、鋳造品Ｗを搬送しながら熱処理してチ
ル分解とオーステナイト化処理（オーステナイト均一化
及び安定化）するためのもので、例えば８５０〜９２０
℃の温度範囲の所定温度レベルで均熱処理し得るように
したものである。

第３図に示すように、上記均熱炉３の炉壁３ａは耐熱壁
で構成されており、均熱炉３の中央部の下部には流動熱
処理炉３Ａが均熱炉３の一部分として設けられている。

この流動熱処理炉３Ａは、金属板製箱状体で形成された
処理室３８を有し、その外周側がヒータ３９（例えば、
誘導加熱式のヒータ）を備えた断熱壁４０で囲繞され、
処理室３８の低部のやや上方位置には多数の小孔を有す
る通気板４１が設けられ、この上方の処理室３８内には
セラミック粒子からなる流動粒子が収容されていて、コ
ンプレッサ４２から供給される圧縮エアが処理室３８の
底部へ供給され、これにより処理室３８内は流動粒子で
充填される。

上記均熱炉３内の上記処理室３８よりも上流側部分と下
流側部分とには、夫々鋳造品Ｗを搬送するためのウォー
キンギビーム式コンベア２３Ａ・２３Ｂが設けられてい
る。

上記上流側のコンベア２３Ａの上流端は入口３ｂの外側
へ延び、上記下流側のコンベア２３Ｂの下流端は出口３
ｃの外側へ延びている。

また、均熱炉３内には温度コントローラ（図示略）で制
御される電気ヒータ２４が設けられ、均熱炉３内の上部
には炉内温度を均一化するための攪拌用の電動ファン２
５が２組設けられている。

また、入口３ｂ及び出口３ｃを夫々開閉する上下スライ
ド式扉２６・２７がモータ２８でワイヤ２９及びシーブ
３０を介してコンベア２３の作動と連動して上下に開閉
されるようになっている。

第３図〜第６図及び第７ａ図〜第７ｄ図により、上記ウ
ォーキングビーム式コンベア２３Ａ・２３Ｂについて説
明するが、上流側コンベア２３Ａと下流側コンベア２３
Ｂとは略対称のものなので上流側コンベア２３Ａについ
て説明する。

上記上流側コンベア２３Ａは、両端近傍部において炉壁
３ａに固定された左右１対の固定ビーム３１と、これら
固定ビーム３１の内側に配設された左右１対の可動ビー
ム３２とを備え、上記可動ビーム３２の上流端において
左右の可動ビーム３２間に両軸電動モータ３３が左右方
向向きに配設されて支持部材３４により炉壁３ａに支持
されている。

上記各可動ビーム３２の上流端部には広幅のラック形成
部３２Ａが一体的に設けられ、このラック形成部３２Ａ
の隅丸長方形開口部の内周に沿ってラック３５が形成さ
れており、上記モータ３３の左右の出力軸に固着された
ピニオン３６が可動ビーム３２のラック３５に噛み合
い、上記ピニオン３６とラック３５との噛み合いが外れ
ないようにラック形成部３２Ａの外側にループ状の規制
溝３７ａを有する規制板３７が固着され、上記モータ３
３の出力軸の先端部がピニオン３６よりも外方へ延び、
この出力軸の先端部が規制溝３７ａで案内されるように
なっている。

また、上記各可動ビーム３２の下流側端部は、均熱炉３
の下方に立向きに配設されそのピストンロッド４３ａが
均熱炉３内へ延びているエアシリンダ４３のピストンロ
ッド４３ａの先端のローラ４４で支持されている。

上記固定ビーム３１と可動ビーム３２の上面には鋳造品
Ｗの形状に応じて鋳造品Ｗを支持するのに適した支持部
３１ａ・３２ａが所定間隔おきに凹設され、固定ビーム
３１の各支持部３１ａに各鋳造品Ｗが載置されている。

第５図のように、鋳造品Ｗを搬送しない状態では、可動
ビーム３２が固定ビーム３１の上面よりも低く位置し、
このときピニオン３６はラック３５の下流側の上部コー
ナ部に位置し且つエアシリンダ４３のピストンロッド４
３ａは収縮しており、ピニオン３６を矢印Ｂ方向へ回転
させることにより、上記ラック・ピニオン機構を介して
固定ビーム３１上の全部の鋳造品Ｗを２ピッチずつ下流
側へピッチ送りすることが出来る。

即ち、第７ａ図の状態（第５図に示す状態）からモータ
３３を駆動すると、第７ｂ図のようにラック・ピニオン
機構により左右の可動ビーム３２が固定ビーム３１の上
面上へ突出する高レベル位置へ上昇するとともにエアシ
リンダ４３のピストンロッド４３ａが所定ストロークだ
け上方へ進出して鋳造品Ｗが可動ビーム３２上に載置さ
れ、ピニオン３６はラック３５の下流側の下部コーナ部
に移り、更にモータ３３が回転すると第７ｃ図のように
ラック・ピニオン機構により可動ビーム３２は高レベル
位置のまま下流側へ２ピッチ分だけ移動され、ピニオン
３６はラック３５の上流側の下部コーナ部へ移り、更に
モータ３３が回転すると第７ｄ図のように可動ビーム３
２が固定ビーム３１の上面下へ沈んだ低レベル位置へ移
動するとともにエアシリンダ４３のピストンロッド４３
ａが下方へ復帰するので鋳造品Ｗが固定ビーム３１上に
載置され、ピニオン３６はラック３５の上流側の上部コ
ーナ部へ移り、更にモータ３３を回転すると可動ビーム
３２は低レベル位置のまま上流側へ２ピッチ分だけ移動
され、第７ａ図の状態に復帰することになる。

ここで、上記上流側コンベア２３Ａ上から上記流動熱処
理炉３Ａ内へ鋳造品Ｗを２個ずつ投入し、また流動熱処
理炉３Ａ内から下流側コンベア２３Ｂ上へ鋳造品Ｗを２
個ずつ移送することが出来るように、エレベータ装置が
次のように設けられる。

すなたい、上記流動熱処理炉３Ａの中央の左右両端部近
傍上方に於いて、均熱炉３の天井壁上に左右１対のエア
シリンダ４５が設けられ、各エアシリンダ４５のピスト
ンロッド４５ａは均熱炉３内へ突入し鋳造品Ｗが搬送さ
れる搬送領域外を通って下方へ延びている。

前記上流側コンベア２３Ａの固定ビーム３１と下流側コ
ンベア２３Ｂの固定ビーム３１間に夫々遊嵌状に架橋さ
れる左右１対の昇降ビーム４６が設けられ、左右の昇降
ビーム４６の各外側に夫々水平に突設されたブラケット
（図示略）が対応する上記ピストンロッド４５ａの下端
部に連結されていて、上記１対のエアシリンダ４５のピ
ストンロッド４５ａを同期して昇降させることにより１
対の昇降ビーム４６を架橋位置と処理室３８内へ下降し
た下限位置とに位置切換できるようになっている。

また、上記昇降ビーム４６には２個の支持部が形成され
ていて、２個の鋳造品Ｗを載置できるようになってい
る。

従って、上記昇降ビーム４６を架橋位置にした状態で、
昇降ビーム４６上の２個の鋳造品Ｗを下流コンベア２３
Ｂ上へ同時に移動させることが出来、次に上流側コンベ
ア２３Ａ上の２個の鋳造品Ｗを昇降ビーム４６上へ同時
に移動させることが出来る。

その後、昇降ビーム４６を下降させて２個の鋳造品Ｗを
処理室３８内の流動粒子内へ沈降させることが出来る。

上記処理室３８内に於いて、鋳造品Ｗは約８５０〜９２
０℃に加熱されている流動粒子及び加熱空気で加熱さ
れ、オーステナイト化処理される一方、流動粒子は圧縮
エアによって流動化されているためこの流動粒子が鋳造
品Ｗの表面に次々に衝突し、そのブラスティング作用に
より鋳造品Ｗの表面に付着している離型剤（黒鉛粒子）
が除去されることになる。

上記搬送ロボット４は、均熱炉３のコンベア２３下流端
に来た鋳造品Ｗを把み、それをソルト炉５や低温炉６へ
投入するためのものである。

上記ソルト炉５は、溶融塩化物中へ鋳造品Ｗを浸漬して
所定温度まで冷却するためのもので、２２０〜４５０℃
の温度範囲の所定温度で鋳造品Ｗの焼入れ処理などに用
いるものである。

上記低温炉６は、特にオーステンパー処理以外の熱処理
つまり均熱炉３におけるチル分解とオーステナイト安定
化処理後に、フェライト焼鈍や歪取り焼鈍等に用いるも
のである。この低温炉６の前工程にオイル浴槽を配置す
ると連続的に調質などを行なうことが可能となる。

上記搬送ロボット７は、ソルト炉５で処理した鋳造品Ｗ
を恒温炉８へ搬送するためのものである。

上記恒温炉８は、鋳造品Ｗの恒温変態処理を連続的に行
なうためのもので、この恒温炉８を設けることによりソ
ルト炉５の設備を小形化することが出来る。

そして、この恒温炉８はソルト炉５に転用し得るように
１００〜７００℃の温度範囲で使用可能になっている。

上記温度検出器９は赤外線センサからなり、この温度検
出器９により金型鋳造装置１の第５ステージ１ｅにおい
て型バラシされた鋳造品Ｗの温度が検出され、その検出
信号がコントロールユニット１０へ出力される。

上記鋳造品製造プラントによって、例えば球状黒鉛鋳鉄
製の鋳造品Ｗを製作する場合の熱処理は、次のようにな
される。

第８図に示すように、金型鋳造装置１の第１及び第２ス
テージ１ａ・１ｂにおいて溶湯が約１４８０℃の温度で
金型１２ａ・１２ｂ内へ注湯され、第３及び第４ステー
ジ１ｃ・１ｄで凝固し、第５ステージ１ｅにおいて約９
００〜９５０℃の温度で型バラシされると、搬送ロボッ
ト２によって高温状態のまま均熱炉３のコンベア２３上
へ搬送される。

上記金型鋳造装置１で得られた鋳造品Ｗの金属組織は、
フェライト及びパーライト地に微細な黒鉛と多量のチル
（セメンタイト）を有する組織である。

上記鋳造品Ｗは搬送ロボット２で搬送中に若干温度低下
するが、原則としてＡ₁変態点（約７８０℃）以上の約
８５０〜９００℃の温度を保持した状態で均熱炉３へ投
入される。

そして、均熱炉３（但し、流動熱処理炉３Ａを含む）内
で約８５０〜９２０℃の温度で約５〜６０分間均熱処理
される。

この均熱処理はチル（セメンタイト）の分解とオーステ
ナイト均一化及びオーステナイト安定化を目的としたも
のである。

仮に、上記均熱処理を約８５０℃以下の低温で行なう
と、チル分解が殆ど進行せずまた均一且つ安定なオース
テナイト組織とすることが出来ないし、これとは反対に
約９２０℃以上の高温で行なうとチル分解は促進される
が結晶粒が粗大化して脆化を招くことになる。

上記のように、鋳造品ＷをＡ₁変態点以上の適度な温度
に保持して均熱炉３に投入することが望ましい。

上記均熱炉３における均熱処理後、ソルト炉５に於いて
焼入れ処理後、恒温炉８に於いて鋳造品Ｗに対して約２
２０〜４５０℃の温度で0.5〜3.0時間の恒温変態処理が
なされる。

この恒温変態処理は、金属組織をベイナイト地とし、残
留オーステナイトの安定化を図るためである。

仮に、約２２０℃以下の低温で処理すると、多量のマル
テンサイトが生じ、ベイナイト組織及びオーステナイト
組織が得られないし、約４５０℃以上の高温で処理する
とベイナイトの粗大化と残留オーステナイトの分解によ
る炭化物の析出などによりじん性低下を招くことにな
る。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明の実施例を示すもので、第１図は鋳造品
製造プラントの概略平面図、第２図は金型鋳造装置の要
部縦断面図、第３図は均熱炉の縦断面図、第４図は均熱
炉のコンベアの要部平面図 第５図は第４図Ｖ−Ｖ線断面図、第６図は第４図VI−VI
線断面図、第７ａ図〜第７ｄ図は夫々均熱炉のコンベア
による鋳造品搬送作動の各階段を示す説明図、第８図は
鋳造品に施す熱処理の温度特性図である。 Ｗ……鋳造品、１……金型鋳造装置、３Ａ……流動熱処
理炉、５……ソルト炉、１２ａ・１２ｂ……金型、３８
……処理室、３９……ヒータ、４２……コンプレッサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】離型剤を塗布した金型に溶湯を鋳込んで鋳
   造品を作る金型鋳造機と、上記金型鋳造機で鋳造された
   鋳造品を炉内の処理室内で加熱してオーステナイト化処
   理する流動熱処理炉と、上記オーステナイト化処理され
   た鋳造品を冷却するソルト炉とを備え、上記流動熱処理
   炉はその処理室内に加圧気体供給源から供給される加圧
   気体で流動する流動粒子を充填するとともに上記処理室
   を加熱手段で加熱し且つ処理室内で鋳造品に付着してい
   る離型剤を流動粒子で除去するように構成したことを特
   徴とする鋳物の熱処理装置。