JPH08206779A - 中空部材の鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 凝固収縮による割れや鋳型との間に反応層を
生じない中空部材の鋳造方法を提供する。 【構成】 鋳造する金属の凝固収縮に対応して変形する
ことが可能な、厚さが直径の１〜５％の薄いカーボン製
中空中子４を用いることを特徴とする中空部材の鋳造方
法。 【効果】 カーボンはＮｉ−Ｔｉ合金を始めとする多く
の金属や合金の溶湯と非反応性の為、中空部材表面に反
応層が形成されない。カーボン製中子４は表面を平滑に
仕上げることができ、中空部材の内面を高精度に鋳造で
きる。前記カーボン製中子４は、厚さが薄いので金属溶
湯の凝固収縮に対応して縮径変形し、中空部材に凝固収
縮割れが生じない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中空部材の鋳造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属製中空部材を鋳造により製造する場
合、鋳型内部に中子を設置して鋳造する。鋳型は中空部
材の外形を形成するものであり、中子は中空部材の中空
部を形成するものである。鋳型と中子は両者が一体のも
のと２体に別れているものとがある。これらの材料には
金属、砂、石膏等が用いられる。金属製のものは、得ら
れる鋳造品の表面精度（表面平滑性）が高く、又繰返し
何度も使用できる。砂製のものは、鋳型を使い捨てにし
た方が有利な場合に用いられる。石膏製のものは、鋳造
品が複雑な形状の場合に用いられる。この他、鋳型構成
材料は、鋳造する金属の融点、鋳型との反応性等を考慮
して選択される。

【０００３】ところで、Ｎｉ−Ｔｉ合金は、形状記憶効
果および超弾性効果を有し、様々な応用製品が実用化さ
れている。Ｎｉ−Ｔｉ合金の中空部材を利用したものと
しては、パイプ継手や長尺パイプの加工用素形材等があ
る。Ｎｉ−Ｔｉ合金の中空部材の製造方法としては、鋳
塊を熱間鍛造や熱間圧延した材料に、ドリルで穴をあ
け、必要に応じてワイヤー放電カットで穴を広げたり旋
盤で内面を仕上げたりして行われている。前記方法は寸
法精度に優れるが、Ｎｉ−Ｔｉ合金は切削性が悪い為、
加工に時間がかかり、又切削バイトを頻繁に交換する
為、加工費が非常に高くなった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、Ｎｉ−Ｔｉ合
金の中空部材を製造コストの安い鋳造法によって製造す
る試みがなされた。しかし、表面精度を重視して金属製
中子を用いると、Ｎｉ−Ｔｉ合金溶湯は凝固収縮が大き
い為、金属製中子に拘束されて凝固収縮割れが生じた。
表面精度を犠牲にして砂型を用いても、砂製中子の縮径
変形は僅かな為、凝固収縮割れを完全になくすことがで
きず、それどころか、Ｎｉ−Ｔｉ合金溶湯は活性な為、
砂型と反応して鋳塊表面に反応層が形成され、この反応
層を除去するのに多大の労力と費用を要した。本発明の
目的は、Ｎｉ−Ｔｉ合金溶湯のような、活性で、凝固収
縮量が大きく難鋳造性の金属材料の中空部材を、製造コ
ストの安い鋳造法により、高品質に製造する方法を提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願請求項１の発明は、
鋳造する金属の凝固収縮に対応して変形することが可能
な、厚さが直径の１〜５％の薄いカーボン製中空中子を
用いることを特徴とする中空部材の鋳造方法である。

【０００６】本願請求項２の発明は、鋳造する金属とし
て、Ｎｉを49〜52at％含有し、残部Ｔｉと不可避不純物
からなるＮｉ−Ｔｉ合金、又はＮｉ−Ｔｉ合金のＮｉ又
はＴｉの一部をＦｅ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｖ、Ｐｄ、Ｍｎ、Ｃ
ｏ、Ｎｂ、Ｃｕの１種又は２種以上で、且つ0.01〜２at
％の範囲内で置換したＮｉ−Ｔｉ系合金を用いる請求項
１記載の中空部材の鋳造方法である。

【０００７】

【作用】以下に、請求項１記載の発明の技術的内容につ
いて説明する。請求項１記載の発明において、中子にカ
ーボン製中子を用いる理由は、カーボンはＮｉ−Ｔｉ合
金を始めとする多くの金属や合金の溶湯と非反応性で、
得られる中空部材表面に反応層が形成されない為であ
る。又カーボンならば中子表面を平滑に仕上げることが
可能であり、中空部材の内面を高精度に鋳造できる為で
ある。又前記カーボン製中子を、厚さが直径の１〜５％
の薄いカーボン製中空中子にする理由は、中空中子の厚
さが直径の１％未満では、中空中子が割れ易く、その作
製及び取扱いが困難になる為である。又５％を超えると
溶湯の凝固収縮に追随して縮径するのが困難になり、中
実中子と同様に中空部材に凝固収縮割れが生じることが
ある為である。

【０００８】請求項１記載の発明は、鋳造する金属が、
切削性が悪く、溶湯が活性で反応し易く、凝固収縮量の
大きい金属材料の場合に、その効果が最も良く発揮され
るものである。このような金属材料としては、形状記憶
や超弾性の特性を有しパイプ継ぎ手等として有用な、Ｎ
ｉを49〜52at％含有し、残部Ｔｉと不可避不純物からな
るＮｉ−Ｔｉ合金がある。又前記Ｎｉ−Ｔｉ合金のＮｉ
又はＴｉの一部を、Ｆｅ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｖ、Ｐｄ、Ｍ
ｎ、Ｃｏ、Ｎｂ、Ｃｕの１種又は２種以上で、且つ0.01
〜２at％の範囲内で置換したＮｉ−Ｔｉ系合金がある。

【０００９】以下に、本発明法で用いる鋳型と中子の形
状を図１〜３を参照して説明する。図１イ、ロは、本発
明法を実施する為の鋳型の態様を示すそれぞれ平面図及
び縦断面図である。図で、１は銅製の分割鋳型で、中央
に横断面円形の空洞２が形成されている。この空洞２の
下部は径が狭まっており、この狭径部３が形成されてい
る。図２は、本発明法を実施する為の中子の態様を示す
縦断面図である。この中子４は薄肉円筒状のカーボン製
中空中子で上端が円錐状に突出している。図３イ、ロ
は、図１に示した銅製分割鋳型の空洞内に図２に示した
カーボン製中空中子３を同心状に配置した状態を示すそ
れぞれ平面図及び縦断面図である。銅製分割鋳型１の下
部に形成された狭径部３にカーボン製中空中子の下部を
嵌合させてある。そして、銅製分割鋳型の内面とカーボ
ン製中空中子４の外面との間にドーナツ状の空洞５が形
成されている。この空洞５内に溶湯が注入される。

【００１０】ここで、前記ドーナツ状空洞５内に注入さ
れた溶湯は、銅製分割鋳型１及びカーボン製中空中子４
に触れて凝固し、凝固と共に収縮するが、凝固収縮に伴
いカーボン製中空中子４が縮径変形するので、得られる
中空部材に割れが生じない。溶湯を、カーボン製中空中
子４の上端の円錐状部分６の表面に添って注入すると空
洞５内で溶湯が乱れず、高品質の鋳塊が得られる。更
に、前記中空中子４の円錐状部分６の少なくとも一部が
鋳型内に位置するようにセットしておくと、空洞部５内
の溶湯に押湯を効かすことができ、凝固収縮孔等のない
中空部材が得られる。尚、本発明法にて鋳造される中空
部材の好ましいサイズは、外径が 200〜20mmφ、長さが
200mm〜20mm、厚さが20〜2mm 程度である。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明を実施例により詳細に説明す
る。 （実施例１）高周波真空溶解炉を用いてＴｉ− 50.85at
％Ｎｉ合金を溶解し、この溶湯を、図３に示した銅製分
割鋳型（内径48mm、高さ80mm）１とカーボン製中空中子
（外径40mm、高さ70mm）４を組合わせた中空鋳型のドー
ナツ状空洞部５に注入してパイプ状鋳塊を製造した。中
空中子４の肉厚は 0.4、0.8 、2.0mm の３通りに変化さ
せた。円錐状部分６の一部を鋳型内に位置させ、溶湯を
鋳型内一杯に注入して押湯を効かせた。前記中空中子４
の上端の円錐状部分の突出角度αは 110度にした。

【００１２】（実施例２）実施例１において、Ｔｉ− 5
0.85at％Ｎｉ− 0.2at％Ｃｒ合金溶湯を鋳造した他は、
実施例１と同じ方法によりパイプ状鋳塊を製造した。

【００１３】（比較例１）実施例１において、中子に肉
厚が 2.5mmのカーボン製中空中子を用いた他は、実施例
１と同じ方法によりパイプ状鋳塊を製造した。

【００１４】（比較例２）実施例１において、中子に肉
厚が 0.8mmの銅製中空中子を用いた他は、実施例１と同
じ方法によりパイプ状鋳塊を製造した。

【００１５】（比較例３）実施例１において、中子に外
径40mm、高さ70mmのカーボン製の中実中子を用いた他
は、実施例１と同じ方法によりパイプ状鋳塊を製造し
た。

【００１６】（比較例４）実施例１において、鋳型と中
子（中実）が一体になった砂型を用いた他は、実施例１
と同じ方法によりパイプ状鋳塊を製造した。

【００１７】（比較例５）実施例１において、中子に外
径40mm、高さ70mmの銅製の中実中子を用いた他は、実施
例１と同じ方法によりパイプ状鋳塊を製造した。

【００１８】得られた各々のパイプ状鋳塊の品質を調べ
た。結果を表１に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】表１より明らかなように、本発明例品（N
o.1〜4)は、いずれも、欠陥がなく表面精度も良好であ
った。欠陥が発生しなかったのは、中子が厚さの薄いカ
ーボン製中空中子であった為、鋳塊の凝固収縮力に対応
して中子が縮径した為である。又表面精度が良好な理由
は、カーボンは融点が高く且つＮｉ−Ｔｉ合金等と非反
応性の為である。得られたパイプ状鋳塊は、表面および
内面を旋盤でわずかに(100μｍ程度）切削して、更に表
面精度の良い部材に容易に仕上げることができた。又こ
のパイプ状鋳塊に芯金を挿入して、押出し、スエージン
グ等の加工を行うことも可能であった。本発明例品の鋳
塊は、凝固収縮孔等の内部欠陥もなかった。これは押湯
を効かせた為である。

【００２１】これに対し、No.5はカーボン製中空中子の
厚さが厚かった為微細ながら割れが生じた。No.6は中子
に薄肉の銅を使用したが、中子の熱容量が小さすぎ、溶
湯との接触によって中子の大部分が溶解してしまい、パ
イプ状鋳塊にならなかった。No.7はカーボン製中実中子
を用いた為得られたパイプ状鋳塊に大きい亀裂が生じ
た。又No.8は鋳型、中子とも砂製のものを用いた為、肌
あれが生じ又微細ながら凝固収縮割れが生じた。又砂と
溶湯の反応によって鋳塊の表面と内面に黒色の反応層が
生じた。この肌あれと反応層を除去する為には、旋盤で
表面と内面を１mm以上切削する必要があった。従って、
前記の本発明の実施例と同じ寸法の部材を得る為には、
肉部が２mm以上厚いパイプ状鋳塊を鋳造しなければなら
ず、材料費及び製造コストの点で不利であった。No.9は
銅製中実中子を用いた為、鋳塊に大きな亀裂を生じた。
又中子頂部が一部溶融した為中空部材が変色した。

【００２２】以上、鋳造する金属にＮｉ−Ｔｉ合金、又
はＮｉ−Ｔｉ−Ｃｒ合金を用い、鋳型に銅鋳型を用いた
場合について説明したが、本発明は、他のＮｉ−Ｔｉ系
合金、或いは他の凝固収縮量が大きい難鋳造性金属の中
空部材を鋳造する場合にも、又カーボン製鋳型を用いる
場合に適用しても同様の効果が得られるものである。又
中子の形状は円筒形に限らず、多角形状等他の任意の形
状のものに適用できる。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、溶
湯が活性で且つ凝固収縮量の大きいＮｉ−Ｔｉ合金のよ
うな金属材料についても、表面及び内面の精度が良く、
凝固収縮による割れや鋳型との反応層を生じない中空部
材を、製造コストの安い鋳造法により製造することがで
き、工業上顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明法を実施する為の鋳型の態様を示す平面
図及び縦断面図である。

【図２】本発明法を実施する為の中子の態様を示す縦断
面図である。

【図３】図１に示した銅製分割鋳型内に図２に示したカ
ーボン製中空中子を同心状に配置した状態を示す平面図
及び縦断面図である。

【符号の説明】

１──銅製の分割鋳型 ２──分割鋳型内の空洞 ３──狭径部 ４──カーボン製中空中子 ５──ドーナツ状空洞 ６──中空中子の円錐状部分

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２２Ｃ 19/03 Ｃ // Ｃ２２Ｋ 1:00 3:00 (72)発明者 池山 拓夫 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳造する金属の凝固収縮に対応して変形
   することが可能な、厚さが直径の１〜５％の薄いカーボ
   ン製中空中子を用いることを特徴とする中空部材の鋳造
   方法。
2. 【請求項２】 鋳造する金属として、Ｎｉを49〜52at％
   含有し、残部Ｔｉと不可避不純物からなるＮｉ−Ｔｉ合
   金、又はＮｉ−Ｔｉ合金のＮｉ又はＴｉの一部をＦｅ、
   Ｃｒ、Ａｌ、Ｖ、Ｐｄ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｂ、Ｃｕの１種
   又は２種以上で、且つ0.01〜２at％の範囲内で置換した
   Ｎｉ−Ｔｉ系合金を用いる請求項１記載の中空部材の鋳
   造方法。