JPH08238553A

JPH08238553A - 指向性凝固鋳造法

Info

Publication number: JPH08238553A
Application number: JP6670295A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Ienaga; 裕一家永; Tatsuya Nakagawa; 達也中川; Yoshinari Fujiwara; 良也藤原; Toshio Tokune; 敏生徳根; Izuru Kanoya; 出鹿屋
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1995-03-02
Filing date: 1995-03-02
Publication date: 1996-09-17

Abstract

(57)【要約】【目的】全体に亘り均質化を達成された鋳物を得るこ
とのできる、指向性凝固鋳造法としての遠心鋳造法を提
供する。【構成】回転する金型４の筒状キャビティ５に溶湯を
注入し、その溶湯の凝固過程で、キャビティ内周面５ａ
からキャビティ軸線ａに向かうように多数の柱状晶を成
長させる。その際、金型４として、キャビティ５の軸線
方向内端面１０，１７を形成する部分を断熱部材９，１
６により構成されたものを用いる。これにより、軸線方
向内端面１０，１７側において、キャビティ軸線ａと略
平行に成長する柱状晶の発生が阻止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は指向性凝固鋳造法、特
に、金型の筒状キャビティに溶湯を注入し、その溶湯の
凝固過程で、キャビティ内周面からキャビティ軸線に向
かうように多数の柱状晶を成長させる指向性凝固鋳造法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種指向性凝固鋳造法として
は、特開平５−３２９６０７号公報に開示された遠心鋳
造法が公知である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来法に
おいては、金型として、そのキャビティ形成部全体を、
例えば溶湯に対する冷却能の高い純銅より構成したもの
を用いているので、遠心鋳造法により円筒状鋳物を鋳造
すると、その両端部を除く大部分では外周面から内周面
に向って多数の柱状晶が成長しているが、両端部側で
は、溶湯がキャビティの軸線方向両内端面からそれぞれ
冷却されるため各柱状晶がキャビティ軸線と略平行する
ように成長する。

【０００４】その結果、円筒状鋳物における両端部の機
械的特性がそれらを除く大部分のそれと異なるため円筒
状鋳物を、例えばエンジン用ピストンリングとして使用
する場合には、その鋳物の両端部を切除しなければなら
ず、材料の歩留りの低下、加工コストの上昇等の不具合
を招来する。

【０００５】本発明は前記に鑑み、全体に亘り均質化を
達成された鋳物を得ることができる前記指向性凝固鋳造
法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、金型の筒状キ
ャビティに溶湯を注入し、その溶湯の凝固過程で、前記
キャビティ内周面からキャビティ軸線に向かうように多
数の柱状晶を成長させる指向性凝固鋳造法において、前
記金型として、前記キャビティの軸線方向内端面を形成
する部分を断熱部材により構成されたものを用いること
を特徴とする。

【０００７】

【作用】金型として前記構成を有するものを用いると、
キャビティの軸線方向内端面による溶湯に対する冷却能
が弱められるので、その溶湯はキャビティ内周面からの
冷却作用を受ける。これによりキャビティの軸線方向内
端面側においても、キャビティ内周面からキャビティ軸
線に向かうように多数の柱状晶が成長するので、全体に
亘り均質化を達成された鋳物が得られる。

【０００８】

【実施例】図１，２において、円筒状鋳物１は、指向性
鋳造法である遠心鋳造法の適用下で鋳造されたものであ
る。この鋳物１はＴｉＡｌ系金属間化合物よりなり、エ
ンジンのピストンリング用素材として用いられる。ピス
トンリングの製作に当っては、鎖線示のように鋳物１に
輪切り加工を施して環状材２を分断し、その環状材２に
所定の機械加工を施すものである。

【０００９】図３は円筒状鋳物１を鋳造するために用い
られる遠心鋳造装置３を示す。その装置３の金型４は筒
状、図示例では円筒状キャビティ５を有し、そのキャビ
ティ軸線ａを略水平にして回転盤６に片持ち支持され
る。

【００１０】金型４の円筒状本体７は溶湯に対する冷却
能の高い純銅より構成される。この本体用構成材料とし
ては銅合金を用いることも可能である。本体７の回転盤
６側一端部において、その段付開口部８に円盤状断熱部
材９が嵌着され、その断熱部材９によって、金型４にお
けるキャビティ５の一方の軸線方向内端面１０を形成す
る部分が構成される。また段付開口部８には、断面凸形
をなす端板１１の突出部１２が断熱部材９を押圧し得る
ように嵌合され、そのフランジ部１３が本体７の環状端
面にボルト等により固着される。フランジ部１３は回転
盤６の凹部１４に嵌合されて、その回転盤６にボルト等
により固着される。

【００１１】本体７の他端部において、その段付開口部
１５に両端面が平坦な環状断熱部材１６が嵌着され、そ
の断熱部材１６によって、金型４におけるキャビティ５
の他方の軸線方向内端面１７を形成する部分が構成され
る。したがってこの軸線方向内端面１７は環状をなす。
また段付開口部１５には、断面凸形をなす環状端板１８
の突出部１９が断熱部材１６を押圧し得るように嵌合さ
れ、そのフランジ部２０が本体７の環状端面にボルト等
により固着される。

【００１２】環状断熱部材１６と環状端板１８とによる
通孔２１には、溶湯をキャビティ５内に注入する注入箱
２２の先端部が挿脱される。

【００１３】柱状晶がキャビティ５の両軸線方向内端面
１０，１７からキャビティ軸線ａと略平行するように成
長することを確実に阻止するためには、両断熱部材９，
１６の熱伝導率ＴｃはＴｃ≦５．３Ｗ／ｍ・Ｋであるこ
とが望ましい。この要望に応ずべく、両断熱部材９，１
６は、アルミナ、ムライト、カルシア、マグネシアおよ
びジルコニアから選択される少なくとも一種よりなる中
実板か、またはグラファイト製多孔質板より構成され
る。ＴｉＡｌ系金属間化合物組成の溶湯を用いる場合
は、その溶湯との反応性の低いジルコニア製中実板、カ
ルシア製中実板、またはグラファイト製多孔質板より両
断熱部材９，１６を構成するのが望ましい。

【００１４】ＴｉＡｌ系金属間化合物組成の溶湯の調製
に当っては、アーク溶解法またはインダクション溶解法
が適用され、また前記溶湯はるつぼとの反応性が高いの
で、るつぼとしては水冷銅るつぼが使用され、さらに溶
解および鋳造は減圧チャンバ内で真空中または不活性ガ
ス雰囲気中にて行われる。

【００１５】以下、円筒状鋳物１の具体的鋳造例につい
て説明する。

【００１６】金型４において、キャビティ５の内径は９
０mmに、長さは２００mmにそれぞれ設定され、また両断
熱部材９，１６はアルミナ製中実板より構成された。ま
た金型４および水冷銅るつぼを備えた高周波誘導炉を共
に減圧チャンバ内に設置した。さらにＴｉＡｌ系金属間
化合物として、その組成が４５．５原子％Ａｌ、２．０
原子％Ｖ、２．０原子％Ｎｂ、１．５原子％Ｂおよび残
部がＴｉおよび不可避不純物であるものを用意した。（ａ）ＴｉＡｌ系金属間化合物３kgを水冷銅るつぼに
投入し、次いで減圧チャンバ内の空気圧を約１０^-3Torr
に減圧し、その後Ａｌ成分の蒸発を防止すべく、Ａｒガ
スで減圧チャンバ内を２００Torrに置換した。（ｂ）溶解出力１２５ｋＷで溶け落ち後５分間保持と
いった条件で誘導溶解を行い、ＴｉＡｌ系金属間化合物
組成の溶湯を調製した。（ｃ）金型温度約２５℃（常温）、回転数８００
rpm の条件で金型４を回転させ、約１６００℃の溶湯
１．６kgを注入箱２２からキャビティ５内に注入して図
１，２に示す円筒状鋳物１の例１を鋳造した。その鋳物
１の寸法は外径９０mm、内径７４mm、長さ２００mmであ
った。

【００１７】比較のため、両断熱部材９，１６の材質を
変えたということ以外は前記と同一条件で複数の円筒状
鋳物１の例２〜８を鋳造した。

【００１８】次いで、図２に示すように各例１〜８の軸
方向断面における一端部１ａ側について、マクロ腐食液
を用いたマクロ組織試験を行い、キャビティ軸線ａと略
平行に成長した異常柱状晶の有無を調べた。

【００１９】表１は、各例１〜８に関する両断熱部材
９，１６の材質および熱伝導率Ｔｃならびに異常柱状晶
の有無を示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】図４（ａ）は、例１における一端部１ａ側
の結晶構造を示す顕微鏡写真であり、同図（ｂ）はその
結晶構造の説明図である。図４から明らかなように、例
１においては前記一端部１ａを含む全体において、その
外周面１ｂ（したがってキャビティ内周面５ａ）から内
周面１ｃ（したがってキャビティ軸線ａ）に向けて成長
した正常柱状晶ｃ₁のみが存在し、これにより全体に亘
って均質化が達成されていることが判明した。

【００２２】図５（ａ）は、例６における一端部１ａ側
の結晶構造を示す顕微鏡写真であり、同図（ｂ）はその
結晶構造の説明図である。図５から明らかなように、例
６においては前記一端部１ａ側に、キャビティ軸線ａと
略平行に成長した異常柱状晶ｃ₂が存在し、またそれよ
りも内側では外周面１ｂから内周面１ｃに向けて成長し
た正常柱状晶ｃ₁が存在するもので、これにより例６は
不均質であることが判明した。

【００２３】表１より、異常柱状晶ｃ₂を無くすために
は両断熱部材９，１６として、熱伝導率ＴｃがＴｃ≦
５．３Ｗ／ｍ・Ｋであるものを用いればよいことが判
る。因みに、カルシア製中実板の熱伝導率Ｔｃは４．１
Ｗ／ｍ・Ｋである。

【００２４】また、金型４を代えて、円筒状鋳物として
の外径２５mm、内径１０mm、長さ７０mmのピストンピン
用素材を遠心鋳造法により鋳造したところ、前記例１〜
５の場合と同様の両断熱部材９，１６を用いることによ
り異常柱状晶ｃ₂の発生を阻止することができた。

【００２５】なお、本発明は遠心鋳造法には限定され
ず、例えば中子を用いて円筒状鋳物を得る場合にも適用
される。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、前記のように比較的簡
単な手段を採用することによって、全体に亘って均質化
を達成された鋳物を得ることができる。これにより、材
料の歩留りを向上し、また加工コストを低減し、さらに
鋳物のニアネットシェイプ化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】円筒状鋳物の斜視図である。

【図２】図１の２−２線断面図である。

【図３】遠心鋳造装置の要部破断正面図である。

【図４】（ａ）は円筒状鋳物の一例における一端部側の
結晶構造を示す顕微鏡写真、（ｂ）はその結晶構造の説
明図である。

【図５】（ａ）は円筒状鋳物の他例における一端部側の
結晶構造を示す顕微鏡写真、（ｂ）はその結晶構造の説
明図である。

【符号の説明】

１円筒状鋳物４金型５キャビティ５ａキャビティ内周面９，１６断熱部材１０，１７軸線方向内端面ａキャビティ軸線ｃ₁ 正常柱状晶（柱状晶）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者徳根敏生埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内 (72)発明者鹿屋出埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金型（４）の筒状キャビティ（５）に溶
湯を注入し、その溶湯の凝固過程で、前記キャビティ内
周面（５ａ）からキャビティ軸線（ａ）に向かうように
多数の柱状晶（ｃ₁）を成長させる指向性凝固鋳造法に
おいて、前記金型（４）として、前記キャビティ（５）
の軸線方向内端面（１０，１７）を形成する部分を断熱
部材（９，１６）により構成されたものを用いることを
特徴とする指向性凝固鋳造法。
【請求項２】遠心鋳造法の適用下で円筒状鋳物（１）
を鋳造する、請求項１記載の指向性凝固鋳造法。
【請求項３】前記溶湯はＴｉＡｌ系金属間化合物組成
を有する、請求項１または２記載の指向性凝固鋳造法。
【請求項４】前記断熱部材（９，１６）の熱伝導率Ｔ
ｃがＴｃ≦５．３Ｗ／ｍ・Ｋである、請求項１，２また
は３記載の指向性凝固鋳造法。
【請求項５】前記断熱部材（９，１６）の材質がアル
ミナ、ムライト、カルシア、マグネシアおよびジルコニ
アから選択される少なくとも一種である、請求項１，
２，３または４記載の指向性凝固鋳造法。
【請求項６】前記断熱部材（９，１６）がグラファイ
ト製多孔質板より構成される、請求項１，２，３または
４記載の指向性凝固鋳造法。