JPH11104784A - 精密鋳造用鋳型およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋳造された製品に脱炭が生ずることがなく、
しかも崩壊性に優れた精密鋳造用鋳型及びその製造方法
を提供する。 【解決手段】 消失模型の上にスラリ−状耐火物と粉粒
状耐火物とを交互に被覆した後、消失性模型が除去され
てなる精密鋳造用鋳型であって、少なくとも２層目と３
層目として被覆するスラリ−状耐火物と粉粒状耐火物の
いずれか一方または両方が、脱炭防止粉かまたは脱炭防
止粉末を含有してなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主としてロストワ
ックス精密鋳造法に用いられる鋳型に関し、特に、鋳造
後冷却中に、鋳造製品の表面に発生する脱炭現象を防止
することができる鋳型およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】精密鋳造法のうちでも、特に、ロストワ
ックス精密鋳造法は寸法精度の高い鋳造製品をを得るこ
とができるので、機械加工が不可能で複雑な形状の各種
の部材の製造に多く採用されている。通常のロストワッ
クス精密鋳造用鋳型は、消失性模型（ワックス模型）に
耐火物スラリーを被覆し、このスラリーの粘性を利用し
て、スラリー上に粉末状又は粒状の耐火物（スタッコ）
を付着させて被覆し、さらにこのスラリーと耐火物を交
互に被覆を繰り返し、所定の厚さの鋳型が得られるよう
にする。従って、本発明で言う粉粒状とは粉末状，粒
状，及び両者が混合された状態を総称するものである。
この鋳型には、通常ジルコン，ジルコニア，アルミナ，
溶融石英等の耐火物スラリー用粉末，粉粒状耐火物（以
下スタッコとも称する）用としてムライト，ジルコン
等、またバインダーとしてコロイダルシリカ，エチルシ
リケート等がそれぞれ用いられている。

【０００３】しかしながら、従来の精密鋳造用鋳型は溶
湯を鋳型内に注湯した後冷却の途中で鋳造製品に含有さ
れている炭素が鋳型内に存在する酸素、及び外気から鋳
型内に侵入してくる酸素と反応して製品表層部分から抜
けてしまういわゆる脱炭現象が生じることが知られてい
る。この脱炭層を放置しておくと熱処理時硬さが出難く
なるし、場合によっては焼割れ発生の原因になる。その
ために、鋳造後冷却中に製品の表層部から抜けた炭素を
補うために、復炭処理を行う熱処理工程が必要になり、
工程日数が多くなり、コスト的に不利になるという問題
点がある。

【０００４】さらに精密鋳造法においては、溶湯を鋳造
して凝固した後、鋳造製品を取り出すために鋳型を機械
的に破壊し、残った耐火物も機械的あるいは化学的処理
を用いて除去するという、いわゆる砂落し作業が必要で
ある。従って、鋳造用鋳型は、溶湯が鋳造された後凝固
するまでの間にある程度燃焼して胞弱化し、破壊しやす
くなる、すなわち崩壊性が高くなるという特殊な性質を
付与しておかなければならない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したような鋳造時
の脱炭や酸化防止策として、特開昭５３−１２０６２９
号には、鋳造後、鋳型を脱炭，酸化防止剤の中で徐冷し
たり、真空鋳造法および不活性ガス雰囲気中での鋳造法
などが開示されている。しかし、この鋳造法では溶湯を
鋳込んだ時に大量に発煙したり、鋳造直後から脱炭や酸
化を防止するための作業の動作を短時間で行わなければ
ならないので、重筋労働でしかも素速く作業を行わなけ
ればならない。そうしないと鋳造後冷却が進んでしまっ
ては脱炭防止の効果が発揮できなくなる。また前述した
ような従来の製造方法での鋳型は強固な鋳型になるの
で、鋳造後の鋳型の崩壊性が悪く、鋳造製品の取り出し
や砂落し作業も煩雑な重筋作業であった。

【０００６】本発明は上述した問題点を解消し、鋳造製
品に脱炭が生ずることがなく、しかも崩壊性に優れた精
密鋳造用鋳型及びその製造方法を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は上述した問題
点を解消するため種々検討するうちに、前述したように
鋳造製品に現われる脱炭現象は鋳造後の冷却途中で生じ
ることを見出し、鋳型の材質を検討することで還元雰囲
気中で冷却すればよいことに着目してなされたものであ
る。さらに、本発明は鋳型を還元雰囲気を作ると共に、
冷却が終了した時点で胞弱化して簡単に崩壊するような
材質にしてやればよいことに着目して完成したものであ
る。

【０００８】具体的に本発明は消失性模型の上にスラリ
ー状耐火物と、粉粒状耐火物とを交互に被覆した後、前
記消失性模型が除去されてなる精密鋳造用鋳型におい
て、少なくとも二層目と三層目として被覆する前記スラ
リー状耐火物と粉粒状耐火物のいずれか一方または両方
が、脱炭防止粉末かまたは該脱炭防止粉末を含有してな
ることを特徴とする精密鋳造用鋳型であり、消失性模型
はワックス模型であり、そして脱炭防止粉末が炭素粉末
であることを特徴とするものである。

【０００９】さらに、本発明の精密用鋳型の製造方法は
消失性模型の上に一層目としてスラリー状耐火物を被覆
した後粉粒状耐火物を被覆し、少なくとも二層目と三層
目は前記スラリー状耐火物または粉粒状耐火物のいずれ
か一方または両方に脱炭防止粉末を含有させて被覆し、
次に前記一層目と同じ前記スラリー状耐火物と、前記粉
粒状を所望の厚さまで交互に被覆して乾燥し、前記消失
性模型を除去することを特徴とするものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】上述したように本発明の重要な特
徴は、耐火物スラリーまたは粉粒状耐火物であるスタッ
コのいずれか一方または両方に脱炭防止粉末を添加する
か、スタッコを脱炭防止粉末としこのスラリーとスタッ
コを少なくとも二層目と三層目に被覆することであり、
脱炭防止粉末としては脱炭防止効果が最も高く安価に入
手できる炭素粉末が最も望ましい。

【００１１】この炭素粉末は鋳型を焼成する時に、一部
が燃焼して消失するので微細な空孔が生じている。従っ
て、溶湯と直接接する一層目に脱炭防止粉末を添加した
スラリーを用いると鋳造した製品に肌荒れを生じやすい
ので、二層目以降にこのスラリーを使用する必要があ
る。

【００１２】また、二層目だけに脱炭防止粉末を添加し
たスラリーを用いても、脱炭防止の効果が十分でないの
で、少なくとも二層目と三層目にこのスラリーを使用す
ることが必要である。また四層目以上に炭素粉末を含有
させた耐火物スラリーやスタッコを用いるとその効果は
徐々に薄れて行くので、二層目と三層目にこのスラリー
やスタッコを用いることが望ましい。消失性模型は、通
常はワックス模型を使用する。ワックス模型が成形性，
消失性に優れているので最も多用されている。

【００１３】鋳造の際には、鋳型内の酸素及び外気から
鋳型内に侵入してくる酸素と脱炭防止粉末である炭素と
が反応することにより、製品の表面及び鋳型の内部を無
酸素状態にしてやることができる。従って、鋳造時にお
いて製品内の炭素と鋳型内外の酸素とが反応しないの
で、製品の表面の脱炭防止することが可能になる。

【００１４】また、焼成時に脱炭防止粉末の一部及び鋳
込みの際に残存した脱炭防止粉末が消失するため、鋳型
内に微細な空孔が形成され、鋳型の崩壊性も高められ、
鋳込後の砂落しの際に従来よりも作業時間の短縮になる
うえに、従来よりも軽作業で砂落しができる。

【００１５】鋳型を焼成した時、炭素粉末は一部が焼失
するが、残存した炭素粉末によって脱炭防止効果が発揮
されるので、焼失する炭素量，鋳造する合金の炭素量等
によって含有させる炭素量を加減することが望ましい。

【００１６】

【実施例】次に一実施例と図面に基づいて本発明を詳細
に説明する。４０mm×φ６５ｍｍのテストピースが鋳造
できるようなワックス模型を作成し、このワックス模型
をツリー状に組立てる。以下、組立てたワックス模型を
ツリーと称する。つぎに、前記ツリー上にスラリー状耐
火物，脱炭防止粉末を含有するスラリー状耐火物，及び
スタッコを所定の厚さに被覆して乾燥させた後、オート
クレーブ中で加熱することでワックス模型を溶解して取
り出して鋳型を得た。

【００１７】主に２層目や３層目に被覆する脱炭防止の
ためのスラリ−は、重量の比率でバインダであるコロイ
ダルシリカ１.００，フィラーである３５０メッシュ以
下のＺｒ粉末を０.６５，溶融シリカ粉末を０.２５，黒
鉛粉末を０.５５として混合した。実際の作業ではコロ
イダルシリカ５５Ｋｇ，Ｚｒ粉末３５Ｋｇ，溶融シリカ
粉１４Ｋｇ，黒鉛粉末を３０Ｋｇとを混合した。この
時、スラリーの粘度はロストワックス精密鋳造における
通常の測定方法であるザーンカップ＃４を使用して測定
し１９であった。スタッコとして、２層目や３層目には
２０メッシュの黒鉛粉末を使用して脱炭防止スタッコと
し、それ以外の層には同程度の粒度を有するシリカ（Ｓ
ｉ０２）とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）との混合粉末を使用
した。

【００１８】２層目と３層目以外に被覆する通常のスラ
リー状耐火物の配合比は重量での比率でバインダとして
のコロイダルシリカ１.００に対し、フィラー（耐火物
粉末）として３５０メッシュ以下のＺｒ粉末を２.００
と溶融シリカ粉０.８０とを混合した。この後スラリー
の粘度を上記と同じように測定した結果１９〜２１であ
った。実際の作業ではコロイダルシリカ１００Ｋｇ，Ｚ
ｒ粉末２００Ｋｇ，溶融シリカ粉末を８０Ｋｇとして混
合した。

【００１９】容器内に収容された通常の耐火物スラリー
にツリー式のワックス模型を浸漬してスラリーを被覆し
た後、サンディング装置を用いてシリカとアルミナから
なるスタッコを被覆して１層目とした。サンディング装
置は容器の下部に通気性のある床が設けられており、こ
の床の下方から空気を噴き出して床の上方に収納されて
いるスタッコを浮遊させる構造のものを使用した。

【００２０】次に別の容器に収容された前述の脱炭防止
スラリーを１層目の上に被覆し、さらに同じ構造で別の
サンディング装置に収納され、黒鉛粉末のみからなるス
タッコを被覆して２層目とした。そして２層目と同じ様
にして３層目とした。その後１層目と同じようにして耐
火物スラリーとスタッコを所定の厚さになるまで交互に
被覆した。鋳型の厚さが所定の厚さ、およそ１０ｍｍに
到達した後乾燥し、オートクレーブ中で加熱してワック
ス模型を溶融排出して鋳型を得た。

【００２１】得られた鋳型を１０００℃で２時間焼成
し、ＪＩＳ Ｓ５０Ｃを鋳造した。比較例として、脱炭
防止用のスラリーやスタッコを使用しない従来の鋳型を
用いて同じようにＳ５０Ｃを鋳造し、４０ｍｍ×６５ｍ
ｍのテストピースの製品によって表面の脱炭層をミクロ
組織観察と硬さ分布の測定を用いて調査した。結果を図
１，図２に示す。図１，図２によれば、本発明の鋳型を
用いて鋳造したＳ５０Ｃの製品の表面の脱炭は極く僅少
で、硬さ分布にはほとんど現われないが、従来の鋳型を
使用した比較例では深さ０.２ｍｍ付近まで脱炭が認め
られる。

【００２２】鋳造後の鋳型の強度を推定するために、１
０００℃で１時間焼成した後の鋳型から試験片を製作
し、抗折試験を行って抗折強度を測定した。その結果、
従来の鋳型は５４.７kgf/cm２の強度があるのに対し、
本発明の鋳型の強度は２９.４kgf/cm２であり、鋳造後の
崩壊性にも優れていることが確認された。

【００２３】本実施例では２層目と３層目に被覆するス
タッコに１００％黒鉛粉末を使用したが、このスタッコ
はシリカとアルミナとの混合粉末に黒鉛粉末を添加した
混合粉末を用いてもよい。しかしこの場合には、粉末間同
志の比重が相違するので、被覆状態が不均一になりやす
いので、この点をクリアしておく必要がある。またサンデ
ィング装置は空気を使ってスタッコを浮遊させる構造の
ものを用いたが、上方からスタッコを落下させて振り掛
ける構造のものを使用することもできる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の鋳型を使
用すれば、従来鋳造後の脱炭発生による不具合、すなわ
ち脱炭層による表面硬さの不足，焼割れの発生，復炭処
理によるコストの高騰などの欠点を解消してコストが低
く信頼性の高い精密鋳造製品が得られるし、崩壊性も優
れているので、工業上非常に大きな効果を生む発明であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る脱炭防止鋳型と従来の鋳型を用
いて鋳造したＳ５０Ｃの表層部の光学顕微鏡ミクロ組織
写真である。

【図２】 本発明に係る脱炭防止鋳型と従来の鋳型を用
いて鋳造したＳ５０Ｃの表層部の硬さ分布測定結果を示
すグラフである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 消失性模型の上にスラリー状耐火物と粉
   粒状耐火物とを交互に被覆した後、前記消失性模型が除
   去されてなる精密鋳造用鋳型において、少なくとも二層
   目と三層目として被覆する前記スラリー状耐火物と粉粒
   状耐火物のいずれか一方または両方が脱炭防止粉末かま
   たは該脱炭防止粉末を含有してなることを特徴とする精
   密鋳造用鋳型。
2. 【請求項２】 消失性模型がワックス模型であることを
   特徴とする請求項１に記載の精密鋳造用鋳型。
3. 【請求項３】 脱炭防止粉末が炭素粉末であることを特
   徴とする請求項１または２に記載の精密鋳造用鋳型。
4. 【請求項４】 消失性模型の上に、一層目としてスラリ
   ー状耐火物を被覆した後粉粒状耐火物を被覆し、次いで
   少なくとも二層目と三層目は前記スラリー状耐火物また
   は粉粒状耐火物のいずれか一方または両方に脱炭防止粉
   末を含有させて被覆し、次に前記一層目と同じ前記スラ
   リー状耐火物と、前記粉粒状耐火物を所望の厚さまで交
   互に被覆して乾燥し、前記消失性模型を除去することを
   特徴とする精密鋳造用鋳型の製造方法。