JPS58154448A - 遠心鋳造鋳物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は遠心鋳造鋳物とくに純金属捷たはその軽℃・合
金としての酸化されやすい軽い金属を相当量含む遠心鋳
造合金に関する。

高温で酸化、炭化または腐食条件下に使用される鋳物は
通常クロムを高率に含む合金から鋳造される。価格およ
び戦略金属としてのクロムの潜在的不足を考慮してクロ
ム代用、低クロム含量またはクロム含有合金耐用時間上
昇の問題が重要である。耐酸化、耐食性を与えるクロム
の主たる代用金属の１つはアルミニウムであるけれど、
空気中の高アルミニウム鋼鋳物は一般に鋳造性が悪く、
金属中に存在する多量のドロスおよび酸化物のため使用
不可能である。

本発明の目的はアルミニウム含量の高い耐熱合金の遠心
鋳造管を有害なドロスおよび酸化物を含まない鋳物とし
て製造することである。

本発明のもう１つの目的は鋳物の横断面にわたって酸化
されやすい元素の所望の濃度勾配を得ることである。

さらに本発明の目的は広い意味で雰囲気酸素を除去しな
がら酸化されやすい金属または酸化されやすい元素を含
む金属を遠心鋳造することである。

次に本発明を図面により説明する。

遠心鋳造モールＰ１０を有する。代表的遠心鋳造装置を
第１図に示す。鋳造する溶融金属は注型容器１３の１部
であるノズル１３Ａの端部から注型される。モールＰが
回転しているため流入金属はその種類を問わずモール１
の内面に清ってら線形に流下し、溶融金属は他の自由液
体と同様にとくに容器１３から離れた後、液体自身の液
面を形成しようとする。

プロセスの初期に軽い低融点金属１２がこのようにモー
ル１の内壁に沈着して凝固した後、高融点の重（・金属
１４は軽い金属１２の先に沈着した層の上に第１図に示
すように沈着する。

それゆえ重い金属１４の初めの部分は軽い金属１２の外
側の層を再溶解し、軽い金属の１部再溶解した層を通っ
てら線形に氷上スケートのように滑る。高融点金属の続
く流れは次第に残りの軽い金属を再溶解し、重い金属の
残部は結局重い金属と軽い金属からなる溶融合金上を滑
る。これらの時点で軽い金属は溶融した管の外径調節ゾ
ーンでのみ溶解され、それゆえこのゾ屯 ピンはあとから入る金、、属より軽い。遠心力のため重
い金属１４は遠心モールドの外径の方向へ沈み、またば
換言すれば軽い金属は得られる鋳造管Ｔの内側にある。

原理的には４つの段階があるけれど、実際にはこれらの
段階は図面に示しうる区別は示さない。第１段階は軽い
金属の凝固であり、次に重い高融点金属が第１図に示す
ように先に沈着した軽い金属を横切ってら線形に沈着す
る。第１図に軽い金属に対して示すテ〜・ぐは実際のも
のであり、とくに低いモールド回転速度を使用する場合
、均一な内側合金層を得るために望ましい。第３段階で
溶融金属は内側で重い金属により均一な壁厚に達するけ
れど、モール１が回転を続けるため重い金属は第１Ｂ図
に示すように外側へ移動し、鋳物′が凝固状態へ冷却す
る最終段階の間そこに留まる。

さらに詳細に説明すればアルミニウム合金層３５６（ケ
イ素６．５〜７．０％）を２０５°Ｇ（４００”Ｆ　）
に予熱した回転モールドへ７８５℃（１４５０″Ｆ）で
注型した。次にニッケル３５俤、クロム１９チ、炭素０
．４２係、ケイ素１２％、マンガン１２％、残部不純物
以外は鉄の耐熱合金（ＨＲＡ合金）を先に形成した薄い
アルミニウム管１２の上へモールドの同じ端部から注型
する。

得られた遠心鋳造管は金属の３つのゾーンを含むことが
明らかになった： （］）　　残留Ａｌ　　を少し溶解して含む外側の普通
のＨＲＡゾーン、 （２）移行ゾーン （３）　　内側のアルミニウムに富む合金ゾーン。

すべてのゾーンは後述の第２および３図に示される。

酸化アルミニウムクラストは管の内側表面近くにのみ認
め゛られ、その量はこのように多量のアルミニウムを含
む空気中溶解チャージとしては意外に少量であった。

３つのゾーン（す、（２）および（３）は第２および３
図に示される。外側の大部分は前記ＨＲＡ合金であるけ
れど、均一に分布したチツ化アルミニウムを含み、内側
のアルミニウムに富む合金はデフ１９１１間際に沈積し
た金属間化合物相に析出した少量の炭化クロムを含むＦ
ｅ　−Ｎｊ　−Ａｌ合金からなる。

第１図に示すように重い金属１４を注型したとき、標準
ＨＲＡ溶融金属はアルミニウム合金を蔽ってこれを再溶
解し、アルミニウム合金はモールドの回転が続く閣内側
へ移行することは明らかである。しかし１部のアルミニ
ウムは移行の間にＴｉＲＡ合金に溶解し、外側の合金の
融点を下げる。大部分のアルミニウムとの合金は内側で
生じ、その合金の融点をさらに下げる。内面はアルミニ
ウムに富む酸化物の皮膜で蔽われ、それによってさらに
酸化の進行することが防がれる。皮膜を形成するこの軽
い酸化物介在物はその軽い重量および遠心力のため金属
中へ深く拡がらない。

本発明により遠心鋳造した管はアルミニウム含量増加の
ため、アルミニウムを含量ない相当するＨＲＡ合金に比
して高い腐食、酸化および炭：１ 化抵抗力を有する。金属間化合物および炭化物の重い析
出相を含む内側のアルミニウムに富む層も硬くなり、硬
度が制御ファクタである用途に対して改善された摩耗抵
抗を示す。本発明により製造した管状製品の内面で測定
した硬度は４３０　ＢＨＮに達した。

いずれにせよ本発明によりとくに高温の耐食性および耐
酸化性が多く要求される用途に対し、アルミニウム置換
によるクロム含量の減少が可能になる。

前記ＨＲＡ合金は本発明を適用しうるすべての主成分の
１つに過ぎない。本発明を適用しうるＨＲＡ合金の群は
米国特許第４０７７８０１号明細書に記載される： 炭　　素　　　　　　　　　０．２５〜０６係ニツケル
　　　　　　８〜６２チ クロム　　　　　　１２〜３２％ ケイ素　　　　　　　５．５係以下 マンガン　　　　　　　３％以下 残部は不純物および同伴元素以外鉄。

多くのアルミニウム合金を所望金属の最終成分に応じて
困難なく使用することができる。他の容易に酸化される
金属たとえばチタンまたはホウ素をその低融点合金の粗
い粉末の形で金属１２へ添加することができる。

ホウ素のような表面活性元素を添加する場合、鋳物の凝
固時間は凝固核と液相の間の表面張力が低下するため明
らかに短縮される。その結果低い遠心分離度が観察され
、鋳物壁にわたるアルミニウムの分布がほぼ均一になる
。

本発明の原理はｆ（ＲＡ金合金ステンレス鋼、他のＨＲ
Ａ合金またはニッケルもしくはコ・Ｑルト系合金で置替
えても同様に適用可能であり、実際の置替えは軽い合金
より明らかに高い融点を有する明らかに重い合金で行わ
れ、この重い合金が有利に軽量になることによって改善
され、その際低融点金属は両方が溶解状態にある間に重
い金属を通って動く。

低融点金属を最初にモールドのキャビティへ導入する際
、早過ぎる凝固を避けるためモールドは有利に１７５〜
２０５℃（３５０−４００′Ｆ）に予熱される。モール
ドは多くの場合その内面に７リカと水の混合物に基く塗
型のライニング（たとえば１／１６インチ厚さ）を有す
るので、水を駆出するモールドの加熱は予熱の主目的で
はないとしても有利である。

最初注型された軽い低融点金属の与えられた量に対し鋳
物の断面にわたる軽い金属の分布は次の主要ファクタに
比例的である： （１）達成すべき凝固に必要な時間にわたるモール１さ
の回転速度。高（・速度は高い遠心分離度を意味し、重
い金属の多くが半径方向外側に移動する。高い回転速度
により重い金属の縦方向の速度も高くなるので、この過
程で少しの熱しか失われず、遠心分離に多くの時間が利
用可能になる。

（２）　　重い金属の注型温度。金属が高温で注型され
ると、凝固に要する全時間が長くなり、遠心分離が多く
行われる。さらに金属は高温では流動性が大きいので、
プロセスの最初の瞬間に縦方向に早く動く。

（３）　　塗型の厚さ。これも金属凝固の全時間に影響
する。

軽い金属と重（・金属の間の合金はモールドの内側で行
われることは明らかである。容易に酸化される軽い金属
はつねに有害な程度までの酸化が防止される。有害な酸
化はアルミニウムといっしょにＨＴ’ｔＡ金属を溶器１
３からＨＲＡ　−７／Ｌ＝ミニウム合金の融点以上の温
度でモールドへ注型する場合に通常発生する酸化である
。有害な酸化は単にアルミニウム合金をその融点で予熱
したモールドへ注型する場合、す々わちたとえば７６０
℃（１４００″Ｆ）で２０５°Ｇ（４００１−′）のモ
ールドへ注型する場合には発生しない。アルミニウム１
２とまだ合金していないＨＲＡ金属１４をたとえば１５
９６℃（２９００”Ｆ　）で注型すると、第１図のよう
にアルミニウムは接触部で溶解するけれど、溶解を誘起
する溶融ＦｉＲＡ金属によって力・ぐ−され、それゆえ
酸化されやすい金属は酸化に対し保護される。これに：
１ 反し前記組成のＨＦＩＡ−アルミニウム合金を１時に注
型すると、内面は著しく酸化されたドロス状の多孔性を
示し、この合金はち密な金属の半径捷で壁厚を減少する
ために著しい機械加工費を消費して初めて使用可能にな
る。歩留損失は多くの場合禁止的に大きい。

Ｈ１’（Ａ金属１４を現在までより低温で注型しうろこ
とはもう１つの利点である。ＨＲＡ金属または高融点金
属は通常液相線よりかなり高い温度で注型されるので、
低温のモールドを使用してもあまり早く凝固しない。本
発明によればこの状態が、とくに軽い金属がアルミニウ
ムの場合避けられる。というのはこの場合アルミニウム
は溶解するだけでなく、潤滑剤となり、同時にＨＲＡ溶
融金属に溶解し、合金融液が発生し、これはＨＲＡ金属
を流動性維持のため高温で注型する必要のないことを表
わす。

低温鋳造により微細な粒子が得られ、これは一般におよ
びとくにＩＩＨＡ−アルミニウム合金の場合鋳物が強力
であることを意味する。

さらに本発明によれば非金属介在物を減少し、鋳物の表
面品質をその内面においても改善することができる。こ
れは軽い金属が凝固した後、制御量の非酸化性ガスによ
りモール１がら空気を追出すことによって可能になり、
このガス自体は後に注型の際に重い金属または合金と置
替えられる。この場合第４図に示すように遠心モール１
２０は通常の端部キャップを備え、この例では１つの端
部キャップ２２は１つまたは多数の通気孔２４を備え、
他の端部キャップ２６はアルゴンのような非酸化性ガス
を軽い金属が凝固した後モールロ内部へ供給するランス
２８が入る寸法の中心孔２６Ａを有する。アルゴンは通
気孔から空気を、モールＰ内のガス雰囲気が非酸化性と
なるま゛で追出す。ランスを引抜き、端部キャップの孔
を一時的に取りはずし可能のプラグまたはたとえばプラ
スチックフィルムの１片である破りうる薄膜（図示せず
）でソールする。

注型を完成する場合注型容器３２の注型ノズル３０を孔
２６Ａに配置し、回転しているモールドの内側に、先に
注型した軽い合金の上に重い溶融金属３４を鋳込む。

溶融金属により不活性ガスは膨張し、モール１？の通気
孔２４および孔２６Ａの環状間際から押出される。

非酸化性ガスは溶融金属がモール１をら線形に流下し、
他の流体のようにその自由液面を形成する間、引続き溶
融金属と入替る。

モール１は重い金属の注型開始時から空気を含まないの
で、溶融金属の酸化も内面の非金属介在物の形成も起り
得ない。

【図面の簡単な説明】

第１図、第１Ａ図および第１Ｂ図は遠心鋳造モールドの
種゛々の過程における縦断面図、第２図は本発明による
遠心鋳造管の断面の顕微鏡写真（倍率６倍）、第２Ａ図
はこの鋳造管の元素の分布を示すグラフ、第３図は第２
図の管の倍率４０倍の顕微鏡写真、第４図および第４Ａ
図は端部キャップを有するモールドによる種々の過程の
縦断面図である。 ｌＯ・・・モール１．１２・・・軽い金属、１３・・・
容器、■４・・・重い金属、２２．２６・・・端部キャ
ソプ、２４・・通気孔、２８・・・ランス￥２図 第かＪ 手続補正書（方式） 昭和５８年４月２Ｄ　日 特許庁長官殿 １、事件の表示昭和５７年特許願第２０２１８７号２、
発明の名称 遠心鋳造鋳物 ３、補正をする者 事件との関、％許出願人 名称　アペックス・コーポレイ／ヨン ４　代理人 ６、補正の対象 図面 ２６７−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　低濃度に低密度の金属が合金した高密度高濃度の金
   属を有する外表面付近の第１ゾーン、第１ゾーンより低
   濃度に高密度の金属が合金した第１ゾーンより高濃度の
   低密度金属を有する内表面付近の第２ゾーン、および低
   密度金属の濃度が半径方向に内表面の方向に連続的に上
   昇する第１ゾーンと第２ゾーンの間の移行ゾーンからな
   る遠心鋳造鋳物。 ２　低密度金属を回転する遠心鋳造鋳型に注型し、モー
   ルＰを回転しながらこの低密度金属を凝固させ、次に高
   密度金属をモールＰ内の低密度金属の上に鋳造し、鋳型
   を回転しながら低密度金属を融解し、融解した低密度金
   属が鋳物の内表面に達することによって得た特許請求の
   範囲第１項記載の鋳物。 ３、管状である特許請求の範囲第１項または第２項記載
   の鋳物。 先　低密度金属が主としてアルミニウムであり、高密度
   金属が主として 炭　　素　　　　　　　　　０．２５〜０８％ニッケル
   　　　　　　８〜６２％ クロム　　　　　　１２〜３２係 ケイ素　　　　　　　　３５係以下 マンガン　　　　　　　３チ以下 鉄ならびに不純物および同伴元素　　残部からなる特許
   請求の範囲第１項〜第３項の１つに記載の鋳物。