JPH0957392A - 鋳造用鋳型及びその製造方法と、鋳造用鋳型の使用方法及び鋳造方法 - Google Patents

鋳造用鋳型及びその製造方法と、鋳造用鋳型の使用方法及び鋳造方法

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JPH0957392A
JPH0957392A JP7210598A JP21059895A JPH0957392A JP H0957392 A JPH0957392 A JP H0957392A JP 7210598 A JP7210598 A JP 7210598A JP 21059895 A JP21059895 A JP 21059895A JP H0957392 A JPH0957392 A JP H0957392A
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JP
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mold
casting
surface layer
casting mold
caco
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JP7210598A
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Junji Yamada
淳司 山田
Noboru Demukai
登 出向井
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Daido Steel Co Ltd
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Daido Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ti等の活性金属を鋳造するための鋳型にお
いて、反応性を一層低くし、αケースの少ない鋳造品を
提供する。 【解決手段】 ワックス模型11を、Ca(OH)2
スラリーを収納したフェースコートスラリー槽13にど
ぶ漬けして表面層15を形成する。この表面層15が乾
燥してしまう前に、Al23 粉末をスタッコとして振
りかけ、鋳型表面を太らせる。そして、表面層15が乾
燥し、空気中のCO2 と反応してCaCO 3 に変化して
から、バックコートスラリー槽19のスラリー中にどぶ
漬けし、サンドを付着させる作業を繰り返し実行して、
所望の厚さのバックアップ層21を形成する。こうし
て、鋳型23を造型できたら、その乾燥を待って約15
0℃に加熱し、模型11を溶融・消失させると共に、さ
らに、鋳型23を1050℃に加熱焼成してCO2 放出
させ、表面層15をCaOに改質する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋳造用鋳型及びそ
の製造方法と、鋳造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、Ti鋳造品が多く見られるように
なっているが、Ti溶湯は反応性が高いことから、Ca
O耐火物製のルツボを用いたり、周囲に誘導加熱コイル
を設置した水冷銅ルツボ内にて非接触で溶解するレビテ
ーション溶解法などが提案されている。また、こうして
形成したTi溶湯による鋳造には、主にTiとの反応性
の低いZrO2 製の鋳型が広く用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにして鋳造を行ったとしても、Ti鋳造品の表面には
深さ約100μm程度の硬くて脆い反応層(αケース)
が形成される。そこで、本発明は、反応性を一層低くし
た鋳造用鋳型を提供し、併せて、αケースの少ない鋳造
品を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段、発明の実施の形態及び発
明の効果】本発明の鋳造用鋳型は、溶湯と接触するキャ
ビティ表面層をCaOで形成すると共に、該表面層の背
後をサンドでバックアップしてなることを特徴とする。
CaOは、Ti、Ti合金、Ti−Al金属間化合物、
Zr、Zr合金、Mg、Mg合金等の様な活性金属との
反応性が非常に低い。よって、こうした活性金属を用い
た鋳造を行う場合に、その表面に形成されるαケースを
わずかに留めることができる。しかも、CaO単体では
なく、サンドでバックアップするようにしたので、Ca
Oが空気中の水分と反応して消化して脆くなったとして
も、鋳型自体が脆く崩れてしまうのを防止している。
【0005】こうした本発明の鋳造用鋳型は、模型の表
面にCa(OH)2 を水又は水系バインダーにてスラリ
ー化したものを付着させ、その上から消化性を有しない
スタッコ(stucco)粒を付着させ、乾燥後にその
上からサンドによる補強を施し、その後、前記模型を消
失させると共に、CaCO3 のCO2 放出温度以上に加
熱することを特徴とする鋳造用鋳型の製造方法によって
製造することができる。
【0006】例えば、模型の表面にCa(OH)2 を付
着させるには、そのスラリー中に模型をどぶ漬けしてや
ればよい。スタッコ粒は、このスラリーが乾燥する前
に、全体にまぶすようにして付着させることができる。
スタッコ粒はスラリー層に付着することにより骨材とし
て機能し、表面層を太らせる。また、この後乾燥によっ
てスラリー層が縮んだ場合に割れ落ちを防止する役割も
果たす。
【0007】Ca(OH)2 は、乾燥後に空気中のCO
2 と反応して、下記化学式の如く、CaCO3 に変化
し、消化性のないものとなる。
【0008】
【化1】Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3
+ H2 O↑ この結果、サンドによるバックアップ層の形成に当たっ
て水を用いても表面層が消化して脆くなってしまうとい
うことはない。
【0009】そして、こうして造型した後で、模型を消
失させる。模型としては、ワックスによる消失模型を使
用するとよい。この場合、ワックスの溶融温度以上に加
熱してやれば、模型を容易に消失させることができ鋳型
を得ることができる。本発明では、この後、さらに、C
aCO3 のCO2 放出温度以上に加熱することによっ
て、鋳型表面層は下記化学式の如く、CaOに改質され
ていく。
【0010】
【化2】CaCO3 → CaO + CO2 ↑ この結果、最終的には、キャビティ表面層をCaOとし
た鋳造用鋳型を得ることができる。
【0011】以上の様に、本発明の製造方法では、出発
状態をCa(OH)2 とした上で一旦CaCO3 に変化
させてサンドによるバックアップ作業時の支障をなく
し、最後に焼成することによって目的のCaOによる表
面層を有する鋳造用鋳型を得るのである。こうして得ら
れた鋳造用鋳型は、先に説明した様に、CaOの消化性
によって表面層が多少脆くなったとしても、バックアッ
プによってしっかりと形状が維持されているので、鋳型
の崩壊等の問題は生じない。もちろん、十分な湿度管理
を行って保管すれば、CaOの消化を抑えることができ
る。
【0012】なお、上記の鋳造用鋳型の製造方法におい
て、前記スタッコ粒をCaCO3 とするとよい。スタッ
コ粒も、鋳型の表面に露出する場合があるからである。
そして、CaCO3 を用いてやれば、最後の焼成によっ
てこれもまらCaOに改質されるからである。このよう
なスタッコ粒は、石灰石、大理石、方解石を砕いて簡単
に得ることができる。
【0013】ただし、本発明の鋳造用鋳型の製造方法と
しては、これに限らず、MgCO3やドロマイトをスタ
ッコ粒として用いてもよい。また、スタッコ粒にAl2
3を用いることもできる。これらはいずれも消化性が
ない。また、この製造方法から明かな様に、キャビティ
表面層をCaCO3 とした鋳造用鋳型を、鋳造前にCO
2 放出温度以上に加熱して表面層をCaOに改質した上
で使用するようにするとよいことが分かる。CaCO3
は消化性がないので、保管が容易である。そして、使用
する前にCO2 放出温度以上に加熱してCaOに改質し
てやれば十分であるから、予め鋳型を製造してストック
しておくことも可能となる。この場合、上述の製造方法
によらないでキャビティ表面層をCaCO3 とした鋳造
用鋳型を製造しても構わない。
【0014】また、本発明の鋳造方法は、周囲に誘導加
熱コイルを設置した水冷銅ルツボ内に溶解材料を挿入
し、ルツボ壁面に溶湯が接触しないようにしレビテーシ
ョン溶解を行い、該溶湯を、キャビティ表面層をCaO
とした鋳造用鋳型に注湯して凝固させることを特徴とす
る。なお、前記鋳造用鋳型としては、上述した製造方法
によって製造した鋳型を用いるとよい。
【0015】これによれば、溶解時にも溶湯の汚染が生
じず、鋳造時にも汚染が生じないので、きわめて薄いα
ケースしか形成されない。即ち、最初から最後までクリ
ーンな環境で鋳造を行うことができるのである。従っ
て、この鋳造方法によれば、Ti、Ti−Al金属間化
合物、Zr合金、Mg合金、Al合金等の活性金属を用
いた場合にも、良好な性質の鋳造品を得ることができ
る。
【0016】そして、この鋳造方法において、前記凝固
の後に鋳型を加湿するようにしてやると、CaOの消化
性から、
【0017】
【化3】CaO + H2 O → Ca(OH)2 の反応が起こり、表面層がCa(OH)2 に変化して膨
張して自己崩壊するので、鋳型のバラシ作業が容易とな
る。
【0018】
【実施例】次に、本発明を一層明らかにするために、実
施例を説明する。実施例では、図1に示すようにしてT
i鋳造用鋳型を製造する。まず、ワックスにより模型1
1を製造する。この模型11を、Ca(OH)2のスラ
リーを収納したフェースコート用のスラリー槽にどぶ漬
けして、Ca(OH)2 によるキャビティ表面層13を
形成する。このときの表面層13の膜厚は、約0.5m
mである。なお、スラリーは、Ca(OH)2 を純水で
溶かしたものを用いる。
【0019】次に、この表面層13が乾燥してしまう前
に、粒径0.2〜0.5mmのAl 23 粉末をスタッ
コとして振りかける(スタッコイング;stuccoi
ng)。これによって、表面層13に食い込みつつスタ
ッコ層15が形成され、厚さを約1mmまで太らせる。
【0020】この状態において表面層13の乾燥を待
つ。実施例では、22℃の状態に12時間保持して乾燥
させた。こうして乾燥させた後は、表面層のCa(O
H)2 が空気中のCO2 と反応して[化1]式の反応に
よって消化性のないCaCO3 に変化する。
【0021】次に、この表面層13及びスタッコ層15
で覆われた模型11を、バックコート用のスラリー槽の
スラリー中にどぶ漬けする。このバックコート用のスラ
リー槽の中味は、コロイダルシリカ、水、ジルコンフラ
ワー、溶融シリカ、ムライトフラワーなどからなるスラ
リーである。そして、バックコート用のスラリー槽から
引き上げた後、その表面に、シリカフラワー、ジルコン
フラワー、ジルコンサンド、アルミナサンド、ムライト
フラワー等からなるサンドを付着させる。
【0022】この作業を繰り返し実行して、厚さ約6m
mのバックアップ層17を形成する。CaCO3 及びA
23 には消化性がないので、このバックアップ層形
成作業は問題なく行われる。こうして、模型11に対し
て表面層13、スタッコ層15及びバックアップ層17
からなる鋳型20を造型できたら、その乾燥を待って約
150℃に加熱し、模型11を溶融させて消失させる。
【0023】そして、さらに、鋳型20を1050℃に
加熱焼成する。CaCO3 のCO2放出温度は約880
℃であるから、この加熱焼成により、[化2]式の反応
が起こり、キャビティ表面層13がCaOに改質され
る。実験では、1050℃にて60分間加熱焼成した後
で表面層13の残留CaCO3 を確認したところ、ほぼ
0%であった。
【0024】こうして製造した鋳型20を用いて、図2
に示すような装置にて精密鋳造を行った。この鋳造装置
について説明すると、円筒状の水冷銅ルツボ31の周囲
に誘導加熱コイル33を設置し、ルツボ31の下方より
溶解母材35を挿入すると共にルツボ内をArガスでシ
ールドし、溶湯をルツボ壁面に触れさせることなく形成
し、溶湯内に介在物が混入しないようにしながら鋳型2
0内に吸い上げて溶解・鋳造するためのものである。
【0025】この装置にて母材35としてTiを用いて
鋳造を行い、Tiが鋳型内で冷却・固化するのを待っ
て、鋳型20を加湿した。これにより、[化3]式に示
した反応が生じて表面層15が膨張し、自己崩壊する。
この結果、鋳型のバラシ作業がきわめて容易となった。
【0026】こうして製造した製品表面のαケースの深
さを調べたところ、50μm以下となっており、従来の
方法に比べて大幅な改善が確認された。この結果、製品
によってはαケース除去作業が不要になる。この実施例
によれば、きわめて安価な石灰によって鋳型を製造する
ことができ、鋳造品の製造コストを大幅に低減すること
ができる。
【0027】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明はこれに限らず種々なる態様にて実施することが可能
である。例えば、スタッコとして、CaCO3 を用いる
ようにしてもよく、この場合には、表面層13からスタ
ッコが露出した場合にも、ここも加熱焼成によってCa
Oに変化するので、一層のクリーン化が達成できる。こ
の場合、石灰石、大理石、方解石などを砕いたものを用
いるとよい。
【0028】また、CaCO3 ではなく、MgCO3
用いるようにしてもよいし、当然ながら、ドロマイト
(CaCO3 +MgCO3 )を用いてもよいことはいう
までもない。なお、スタッコにAl23 を用いること
の利点としては、SiO2 に比べて反応性が少ないこと
を挙げることができる。
【0029】さらに、本発明の鋳造用鋳型の使用方法と
しては、上述したようなレビテーション溶解でなくて
も、アークスカール溶解やプラズマエレクトロン溶解な
どの様な溶解法によって得た溶湯を鋳造するようにして
もよいし、鋳造の方法にしても減圧吸い上げ方式の鋳造
に限らない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例における鋳型の製造手順を示す説明図
である。
【図2】 実施例で使用するレビテーション溶解・鋳造
装置の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
11・・・ワックス模型、13・・・表面層、15・・
・スタッコ層、17・・・バックアップ層、20・・・
鋳型、31・・・水冷銅ルツボ、33・・・誘導加熱コ
イル、35・・・溶解母材。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶湯と接触するキャビティ表面層をCa
    Oで形成すると共に、該表面層の背後をサンドでバック
    アップしてなることを特徴とする鋳造用鋳型。
  2. 【請求項2】 模型の表面にCa(OH)2 を水又は水
    系バインダーにてスラリー化したものを付着させ、その
    上から消化性を有しないスタッコ粒を付着させ、乾燥後
    にその上からサンドによる補強を施し、その後、前記模
    型を消失させると共に、CaCO3 のCO2 放出温度以
    上に加熱することを特徴とする鋳造用鋳型の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の鋳造用鋳型の製造方法に
    おいて、前記スタッコ粒をCaCO3 とすることを特徴
    とする鋳造用鋳型の製造方法。
  4. 【請求項4】 キャビティ表面層をCaCO3 とした鋳
    造用鋳型を、鋳造前にCO2 放出温度以上に加熱して表
    面層をCaOに改質した上で使用することを特徴とする
    鋳造用鋳型の使用方法。
  5. 【請求項5】 周囲に誘導加熱コイルを設置した水冷銅
    ルツボ内に溶解材料を挿入し、ルツボ壁面に溶湯が接触
    しないようにしレビテーション溶解を行い、該溶湯を、
    キャビティ表面層をCaOとした鋳造用鋳型に注湯して
    凝固させることを特徴とする鋳造方法。
  6. 【請求項6】 請求項5記載の鋳造方法において、前記
    鋳造用鋳型として、請求項2又は請求項3記載の製造方
    法によって製造した鋳型を用いることを特徴とする鋳造
    方法。
  7. 【請求項7】 請求項5又は6記載の鋳造方法におい
    て、前記凝固の後に鋳型を加湿することを特徴とする鋳
    造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103056340A (zh) * 2013-01-06 2013-04-24 沈阳化工大学 用TiAlC基陶瓷粉料作为金属及钛合金铸造面层的方法
WO2015146266A1 (ja) * 2014-03-28 2015-10-01 株式会社Ihi 鋳型及びその製造方法、並びにTiAl合金鋳造品及びその鋳造方法
JP2015171723A (ja) * 2014-03-12 2015-10-01 三菱重工業株式会社 鋳型の製造方法、鋳型形成用スラリー、および、鋳型

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US11014143B2 (en) 2014-03-28 2021-05-25 Ihi Corporation Casting mold, method of manufacturing same, TiAl alloy cast product, and method of casting same

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