JPH0787967B2 - 精密鋳造用セラミック鋳型 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、自動車部品・産業用機械等の各種精密鋳造品
を製造する精密鋳造用セラミック鋳型に関するものであ
る。

［従来の技術］ 精密鋳造用セラミック鋳型のバックアップ材は、セラミ
ック鋳型を構成する耐火物を有機ゲル化性バインダーで
ゲル化したのち、高温で焼成して鋳型強度を確保するこ
とが必要なために、熱膨張係数の小さなシャモット砂を
用いたCO₂ガス硬化砂が使用されていた。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のシャモット砂を用いて、精密鋳造用セラミック鋳
型を造型してこれに鉄系の合金を鋳造した場合、下記に
示すような問題が起こった。

１）鋳造品表面直下に炭素濃度が著しく低下した層、い
わゆる脱炭層が発生し、これがもとで表面硬さの低下に
よる耐摩耗性の劣化、引張強さの低下による疲労破壊の
助長、さらには高温下で使用した場合のヒートクラック
の発生を起こしていた。

２）鋳造品の表面の酸化が激しく、酸化スケールの発生
により鋳肌の表面の平滑度が大きく損われ、精密鋳造品
としての寸法精度および品質が著しく低下した。

［課題を解決するための手段］ このような課題を解決するために、本発明の精密鋳造用
セラミック鋳型では、セラミック鋳型とバックアップ鋳
型の間隙を２〜20mmとし、該間隙に黒鉛またはコークス
からなる炭素物質を充填してなる構成とした。

［作用］ 本発明のように、セラミック鋳型とバックアップ鋳型と
の間に２〜20mmの間隙を設け、この間隙に黒鉛またはコ
ークスからなる炭素物質を充填しておくと、鉄系の合金
の溶湯が鋳込まれた場合に、鋳造熱によりこの炭素物質
が鋳型中に存在する空気中の酸素と反応して一酸化炭素
を発生し、鋳型と鋳造品の接触面では還元雰囲気とな
る。したがって、鋳造後の凝固過程の際に起こる鋳造品
表面の酸化はほとんど阻止され、かつ、表面直下の脱炭
層も発生しないので、鋳物表面の平滑度は非常に滑らか
であり、精密鋳造品としての寸法精度および品質が大幅
に向上する。

ここで、セラミック鋳型とバックアップ鋳型との間に挿
入する炭素系物質の層の厚さを２〜20mmに限定したの
は、鋳込まれる鋳物の大きさにもよるが、挿入した厚さ
が2mmよりも薄い場合還元ガスの発生量が少なく、脱炭
層や表面酸化の防止が不十分なためであり、また20mmよ
りも厚い場合にはそれ以上の効果は見受けられないの
で、２〜20mmの範囲とした。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について詳細に説明する。

第１図は、本発明の１実施例を示す精密鋳造用セラミッ
ク鋳型を造型するための説明図（縦断面図）である。

第１図において、内側より順に、１は製品、２はセラミ
ック鋳型でもあるセラミック層、３はセラミック層２と
バックアップ鋳型４の間に充填する炭素物質でもある炭
素層、４はバックアップ鋳型、５は鋳枠である。セラミ
ック層２の厚みは２〜20mm、例えば約10mm、炭素層３の
厚みは２〜20mm、例えば約10mmである。

第１図において、まず、製品１の大きさより少し大きめ
の図示していないバックアップ模型、すなわち、外回り
寸法が製品１の外周に位置させることになるセラミック
層２の外回り寸法と同一の大きさに形成されているバッ
クアップ模型、および、炭素層３を用いて、バックアッ
プ鋳型４を造型する。ただし、バックアップ鋳型４を造
型するに当っては、前記した図示していないバックアッ
プ模型の表面の回りに、たとえば、炭素物質として、0.
5mm粒度の黒鉛100部（またはコークス100部）に対し
て、水ガラス10部と水２部を加えた混合物を、例えば、
約10mmほど均一に塗布して炭素層３を形成しておく。そ
して、炭素層３を外周に塗布した状態のバックアップ模
型を、第１図に示すように鋳枠５の中に懸架した状態
で、炭素層３と鋳枠５との間の空間の４で示す部分に、
0.2〜1.0mm粒度のシャモット砂を注入して、バックアッ
プ鋳型を造型した。

その後、図示していないバックアップ模型のみを取出
す。このとき、炭素層３とバックアップ鋳型４はそのま
ま残る。

次に、このバックアップ鋳型４と炭素層３の中に、外回
り寸法が第１図において１で示す大きさの図示していな
いナイロン樹脂製の模型を設置し、このナイロン樹脂製
の模型と炭素層３の間にできた空間である、２で示す部
分に、ジルコンサンドとジルコンフラワにエチルシリケ
ート40を加水分解して調製した有機ゲル性バインダを加
えてスラリ状としたものを注入し、このスラリ状のもの
がゲル化することによってセラミック層２を形成させ
る。

このスラリ状のものがゲル化するのを待って模型１を抜
型すると、第１図において、内側からセラミック層２、
炭素層３、バックアップ鋳型４からなる鋳型を造型する
ことができる。そして、この後、この鋳型をバーナで加
熱して１次焼成を行ない、さらに、電気炉内へ挿入して
約950℃で約３時間保持の２次焼成を行なって鋳型が完
成する。

以上のような方法で造型した鋳型に鋳込温度1600℃で高
合金の溶湯を鋳込んだ。その結果は第２図に示すよう
に、製品の表面には酸化層や脱炭層はなく、鋳肌は15〜
25μｍ（R_max）程度の表面粗さのものが鋳造できた。第
１表に、挿入した炭素物質の厚さと酸化脱炭層の有無な
らびに表面粗さを示す。

第１表より明らかなように、炭素層を挿入した鋳型No.1
〜５で鋳造した鋳肌表面には、酸化脱炭の発生防止に顕
著な効果が認められ、かつ、表面平滑度も良好であっ
た。

［発明の効果］ 上述した如く、本発明によれば、次のような効果が認め
られた。

．鋳造品表面直下での酸化脱炭層の発生を防止し、耐
摩耗性の向上、疲労破壊の抑制およびヒートクラックの
発生防止に大なる効果を有する。

．鋳造品の酸化スケールの発生を防止して、表面の平
滑度を向上させることにより、寸法精度および品質が向
上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は精密鋳造用セラミック鋳型を造型するための説
明図（断面図）であり、第２図は本発明の鋳型で鋳造し
た鋳造品および比較材の顕微鏡写真による金属組織写真
を示す。 １……製品、２……セラミック層、３……炭素層、４…
…バックアップ鋳型、５……鋳枠。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミック鋳型とバックアップ鋳型の間隙
   を２〜20mmとし、該間隙に黒鉛またはコークスからなる
   炭素物質を充填してなる精密鋳造用セラミック鋳型。