JPS58179535A - 減圧鋳造用鋳型 - 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】 この発明は減圧鋳造に使用される゛鋳型に関し、特に冷
却速度が大きいことを要求される鋳物の鋳込み用に最適
な減圧鋳造用鋳型を提供するものである。

従来一般の鋳造用砂！鋳型は、模型を定置した金枠内に
、粘結剤を混合したケイ砂などの耐火砂を投入し、人力
または１Ｅ−械などによってっき圃めた後、硬化させて
造型するのが通常であった。このような従来一般の砂型
造ｇ１沫に代り、最近では真空吸引力を利用して模型に
フィルムを吸引密着させ、その上にケイ砂を投入し、さ
らにフィルムで！対した俵、真空吸引により砂を硬化造
型さ曾る減圧鋳造法が開発されている。この減圧鋳造法
の具体的な一例を第１１１に示す。

ｍｉ図に示される減圧鋳造法の一例な詳−に説明すると
、定Ｗ１は一械的振−を与えるための振動−２上に固定
されており、この定Ｉ１１上に木型模型３を定置する。

そして木型模型３の表面にフィルム４を吸引密着させた
俵、その上にケイ酸５を投入し、−動を与えてそのケイ
酸５を金枠６内に緻密に充填させる０次いで金枠６の上
山にフィルム７を被■させて金枠６内を密封させた―、
真空ポンプ８を作−させて吸引パイプ９．１０を介し金
型６内の空気を吸引することによりケイ酸５を団結させ
、その喚引状■を保持したまま模型３を離脱させた後、
模型３を離脱させた空園部に溶湯を柱入して鋳造を行う
。

上述めような減圧鋳造法においては、造型が書烏である
とともに作１１１１１ｍも比較的良好であり、さらには
鋳型の表面安定度が量れるため鋳肌の良好な鋳物な臀る
ことができる等の各種の長所を有するが、その反面法の
ような欠点がある。すなわち減圧鋳造法においては鋳型
となる砂粒−が真空となるため熱伝導が阻害され、その
ため従来の粘結剤を用いた普通鋳型と比較してＩｍの抜
熱効果が低く、冷却速度が遅い欠点があり、したがって
冷却速度の大きいことが要求される鋳物には不過当であ
った。

例えば本発明者等が肉厚２０ｍ−の鋳鉄鋳物について、
従来の代表的な鋳型であるＣＯ２鋳型を用いて鋳造した
場合と、減圧鋳造法により鋳造した場合の冷却速度な調
べた結果を１１２ｍに示す、第２８１から、減圧鋳造法
による場合にはＣＯａ鋳蟹を用いた場合と比較して冷却
速度が格段に小さいことが明らかである。したがって例
えば急速ＩＩＩによりセメンタイトの昌出最を増大させ
て高硬度、耐摩耗性を得ることを目的とした高α鋳鉄鋳
１等の場合に減圧鋳造法を適用すれば、所期の硬さ、耐
摩耗性が得られず、そのため従来からの普通鋳造法を適
用せざるを轡ないのが実情である。

この発明は以上の事情に１みてなされたもので、減圧鋳
造法における鋳型の冷却能を向上させ、これにより冷却
速度の大きいことが要求される鋳物に対しても減圧鋳造
法を適用し得るようにするとともに、冷却速度を容易に
調整し得るようにした減圧鋳造用鋳型を提供することを
目的とするものである。

すなわちこの発明の減圧鋳造用鋳型は、鋳込み溶湯と接
する側に配置する肌砂として、ケイ酸等の砂粒状耐火物
とその耐火物粒よりも粒径が大きい鉄粒とを、鉄粒が２
０〜１００体横１０占めるように混合してなる温合参を
用いることを梼徴とするものであり、このように熱伝導
が良好な鉄粒を含む肌砂を用いること（より冷却−を高
め、かつその鉄粒の肌砂における混合比を変えることに
よって冷却効果を任意に調整し得るようにしたものであ
る。

以下この発明の減圧鋳造用鋳型をさらに詳報に説明する
。

第３図はこの発明の減圧鋳造用鋳型の造ｇ１１１の状況
の一例を示すものであり、第１図に示される！Ｉｌｌと
同一の！！索については同一の符号を附し、その説明を
詳ＩＩｌする。

１３図に示されるこの発明の減圧鋳造用鋳型を造型する
にあたっては、木型模型３の表面にフィルム４を吸引密
着させた後、その上にまず肌砂１１としてケイ酸等の砂
粒状耐火物（骨材）と鉄粒とを混合した混合砂を所定の
厚みで配置する。ここで前記鉄粒としては、砂粒状耐火
物との混合状態が、体径の鉄粒子の相互間の空■に小径
の砂粒状耐火物粒子が侵入した如き状態、すなわち鉄粒
に対し砂粒状耐火物が侵入型に混合された状態となるよ
うに砂粒状耐火物よりも大径のものを用いる。

また砂粒状■火−と鉄粒との配合比は、鉄粒が２０〜１
００体機％の一一内となるように定める。このようにし
て肌砂１１を配置した俵、その上にケイ酸等の減圧鋳造
用鋳型砂からなる■砂１２を金枠６の上部付近まで投入
し、この状態のまま振動を加えて充填させる。そして従
来の減圧鋳造用鋳型と同様に金枠６の関口上面をフィル
ム７によつ”（−って密封し、真空ポンプ８、吸引パイ
プ９．１０を介して金枠６内の肌砂１１および裏砂１２
を同化させた俵、模型３を離脱させることによって、粒
径の大きい鉄粒を２０〜１００％含む肌砂１１が鋳込み
ＷＩ濃と接するように配置されたこの発明の減圧鋳造用
鋳型が得られる。

なお第３図では下型に相当する鋳型について示したが、
上型の場合も同様に造型すれば良い、第４図に上型Ａと
ト型Ｂとを組合せた状錫な示す。

但し、下型Ａの場合には第４図に示すように濃口１３、
押１１４１の開放部分が存在し、これらの開放部分は通
常は冷却速度が小さいことが要求されるから、それらの
部分については鉄粒を含む肌砂を使用せず、ケイ酸等の
砂粒状耐火−のみからなる裏砂１２１用いて造型するこ
とが望ましい。

前述のように鋳物となるべき部分の鋳込みｓｍと接する
ように配ＩＩされた肌−に含まれる鉄粒は熱伝導率がケ
イ酸等の耐火物と比較して格段に高く、そのため鉄粒を
含む肌砂は、鋳込みｍｓに対する冷却効果がケイ酸等の
耐火物のみを用いた場合と比較して良好となり、したが
って１ｍの冷却ＩＮ囚速度を従来の減圧鋳造用鋳型を用
いた場合と比較しく大きくすることができる。そして肌
砂にお【ノる鉄粒の混合比率を変えることによって冷却
Ｉｌｌの＠痘を変えて、ｍｉｓの冷却凝固速度を任意に
変化させることができる。すなわち、鉄粒の混合比を大
きくすればそれに伴って冷却効果が大きくなり、ＷＩ３
１の冷却凝固速度を＾めることができる。

以上の説明において、鉄粒と混合されて肌砂に使用され
る砂粒状耐火物としては、減圧鋳造に使用可能な鋳物砂
であれば任意のものを使用でき、例えばケイ酸のほか、
アルミナ、マグネシア、クロマイト、ジルコン等を使用
でき、またそれらの易台物を層いても良い、また鉄粉と
砂粒状耐火−とを混合する手段は任意であり、例えば連
続ミキサーにて一纏する響の手段を用いれば良い、一方
、鉄粉の濶合比は、前述のように２０体穢％以上とする
必要がある。２０体積％未満では鉄粒の混合による肌砂
の冷却効果が充分に得られない。

また肌砂に使用される鉄粒の粒径については、砂粒状耐
火物の粒径と同程度かまたはそれ以下となった場合には
、隣り合う鉄粉の相互間に砂粒状耐火物が介在して鉄粒
同士の相互接触が妨げられ、その結電熱伝導が阻害され
て充分な冷ＩＩ勤果が得られなくなる。したがって前述
の如く砂粒状−大物が鉄粒に対し侵入型に混合されるよ
うに、鉄粒の粒径を砂粒状耐火物の粒径よりも大きくす
る必要がある。そしてまた砂粒状耐火物を侵入型に鉄粒
間の閣謙に配在させることによって、溶製鋳込時に鉄粒
の焼結が進行してしまうことを防止し、型ばらし時にお
ける鋳型崩壊性を良好にすること°ができ、さらには砂
粒状耐火物が鉄粒間に侵入型に混合された肌砂はその空
−挙が小さく、１直が高いため、表面安定度が優れると
ともに、鋳−の凝固収縮時における鋳型の絢車力が小さ
くなって、鋳物に熱閣割れを生じさせる危−が少ない、
−但し肌砂に使用される鉄粒の粒！が過大となればその
■量が大きくなって真空吸引により充分に固化させるこ
とが国難となり、型間れの原因となるから、鉄粒の粒径
の上限は３ｍｍ以下とすることが望ましい。また鉄粒の
粒径の下限値は、前述のように鉄粒に混合される砂粒状
耐火物の粒径との相灼関係によ〕で定まるが、減圧鋳造
に使用されるケイ酸等の砂粒状耐火物としては、通常は
１００声以下のものが９０％以上を占めるもの、例えば
代表的には１５０声〜７５声が７０％、７５声以下が３
０％となるようなものが使用されるから、これに対応し
て鉄粒としては０．１畠Ｉ以上のものが９０％以上を占
めるものを使用することが望ましい。結局、鉄粒の粒径
の最適範囲は、３ｍｍ以下、０．１−■以上のものが９
０％以上を占めるＩｌｌである。

一方、鉄粉を含む肌砂の厚みは、鰻重の種類によっても
異なるが、鋳物の肉厚に対して０．３〜２．０倍の一一
内が好ましい、すなわち、鉄粉を含む肌砂の厚みが大き
くなる＆を戸冷却ｌｌＩｍ！は大きくなるが、鋳物肉厚
に対して０．３倍未満で゛は充分な効果が得られないお
それがある。蓮に肌砂の厚みが鋳物肉厚に対し厚くなり
過ぎれば冷却効果が過大となって鋳物表面にクラックな
どの欠陥が発生し、健全な鋳物が得られなくなるおれが
あり、−特に鋳−肉厚の２．０倍を越えればその傾向が
顕著となる。また肌砂の厚みが過剰に厚ければ鋳型腫蟲
の増大により真空吸引力が不足−ちとなり、その結果充
分な鋳型強度が得難くなって９崩れにより鋳物に形状不
良を発生し易くなるから、このような見地からも肌砂厚
みの上限を鋳物肉厚の２倍程度に抑えることが好ましい
。試みに本発明１等が＾ひ対摩耗鋳、銑により１５図、
第６図に示すような対摩耗７ランジを減圧鋳造法により
鋳造するにあたって、肌砂として鉄粒のみを用いかつそ
の厚さを鋳物肉厚の２．２＠の廖みで配置して鋳造する
実験を行ったところ、第５１１．１１６−の−一で承す
よう、にリブ１５の部分にクラック１６１発生した。こ
れに対し７ランジの対−耗■１７に肉厚の２．０倍、１
．１；Ｊｌ、、１８に：肉１［４Ｆ）　１．０倍、’Ｊ
７１５（肉厚の０，４倍、とそれぞれの肉厚に応じた厚
さの肌砂を配置して鋳造したところ、上述のようなりラ
ック発生がなく、健全な鋳物が得られた。

以下に鉄粒を含有する肌砂を用いた場合の冷却効果およ
び肌砂中の鉄粒の混合比率が冷１ｏｔａに及ぼす影響に
ついて実験を行った結果を記す。

鉄粒を含む肌砂を用いなかまた鋳型（従来の減圧鋳造鋳
型）、および肌砂に含まれる鉄粒の比率を１０〜１００
体横１０で種々変化させた鋳型について、１３６０℃で
注湯した鋳物の冷却曲線を通続的に測定し、併せて溶製
の凝固速度を謂ぺた。

但し鉄粒としては、粒度分布が０．５〜０．３ｍｇ＋２
５％、０．３〜０．１１１７０％、０．１−以上５％の
ものを用い、この鉄粒に混合される砂粒状耐火物として
は、粒度分布が１５０〜１０５声３％、１０５〜門声１
０％、１５声以下２７％のケイ砂を用い、裏砂としても
同一なケイ−を用いた。また鰻重の肉厚は３０Ｉ−１鉄
粒を倉む肌砂の厚みは鋳−肉厚の０５１とした。そのＩ
！ｉＩＩ各鋳型における冷却―纏は第７図に示すものと
なった。但し第７１１において２０は鉄粒を含む肌砂を
用いなかった場合の冷却曲線、２１は肌砂における鉄粒
の混合比が１０体積％の場合の冷却−−１２２は鉄粒２
０体積％の場合、２３は鉄粒が５０体積％の場合の冷却
曲線、２４は鉄粉が７５体積％の場合の冷却曲線、２５
は鉄粉が１００体積％の場合の冷却曲線をそれぞれ示す
、１７図から、ケイ砂のみを用いた場合（冷却曲線２０
）と比較して鉄粒を含む肌砂を用いた場合（は温度降下
が♀く、かつまた鉄粒の混合比率が増加するに伴って冷
却速度が顕著に増大していることが明らかて゛ある。ま
たこの実験における各鋳型に鋳込／ｖた＠−の凝固速度
測定結果を１１表に示す。

第１表から、肌砂に鉄粒を含ませることによって、凝固
速１［は鉄粒を含む肌砂を用いない場合の最大３倍′近
くよ（゛大きくし轡ることが明らかである。′ な社この発明の減圧鋳造用鋳型は、鋳造後においては真
空吸引を停止させるだけで容易に崩壊させることができ
る。また肌砂中の鉄粒とその他の砂粒状耐火物とは、複
雑な処理を要さずに磁力によって簡単に選別して回収再
使用することができる。そしてまた肌砂中の砂粒状耐火
物と一砂とは同一の粒径、同−一類のものを用いること
が望ましく、新しくすれば鋳物砂の雪嚢や取り扱いも容
易となる。“ 次にこの発明の減圧鋳造鋳型を、急達凝−によリセメン
タイトの晶出量を増大させて高ｗＷ１、高耐−耗性を脅
ることを目的とした高ケ鋳鉄鋳１のＩｎに適用した例を
記す。

この鋳ＩＢは、主要成分としてＣ２，１％、９ｉ　０．
２％、Ｑｊ２７％を含有するものであり、鋳故しにおい
てショアー堅さ１７０以上が要求されるものである。

肌砂として、粒度分布が０．５〜０．３ｍ５２５％、０
．３〜Ｇ、１■−７０％、０．１１１以上５％の鉄粉と
同じく粒度分布が１５０〜１０５声３％、ｉｏｓ〜７５
声１０％、７５３ｊ以上２７％のケイ砂とを、鉄粒７５
体積％、ケイ砂２５体楡％の配合率で混合したものを用
い、鋳物肉厚３０１１に対し肌砂厚さ片側１５１１とし
て、前記＾Ｃ「鋳鉄溶湯を鋳込んだところ、鋳物の鋳放
し硬さは１−ｔｓ７２．６の値が得られ、目標値を充分
に満足させることができた。比較のためケイ砂のみを用
いた従来の減圧鋳造鋳型に同成分の真掛鋳鉄溶湯を鋳込
んだところ、鋳放しにおける■さは准６４．０と低い値
であった。また従来の減圧鋳造鋳型を用いた場合の高Ｕ
鋳鉄鋳−のミクｏｓｉｓを１１８６１に、この発明の減
圧鋳造鋳型を用いた場合の高伽鋳鉄鋳物のミクロ組織を
第９図に示す、１１８図および第９図の比較から、この
発明の減圧鋳造鋳型を用いた場合には凝固速度の増大に
より鋳造組織がｍｌに微細化されていることが明らかで
ある。

このように、＾硬度、耐摩耗性が要求される高針鋳麩鋳
物の場合に従来の減圧鋳造用鋳型では充分な鋳物硬さ１
．耐摩耗性を得ることが困難であったのに灯し、この発
明の鋳型を用いることによって凝固速度を増大させて鋳
造組織を微細化さ曽、充分な鋳物硬さを得て、高耐摩耗
性を得ることが可能となった。

以上の説明で明らかなようにこの発明の減圧鋳造用鋳型
は、鉄粒を含む肌砂を用いることによって鋳型の冷却能
を従来の減圧鋳造用鋳型と比較して格段に向上させたも
のであり、したがってこの発明の減圧鋳造用鋳ＩＨＣよ
れば従来過用−厘とされていた冷却速度の大きいことが
要求される鋳物に対しても減圧鋳造法を適用することが
可能となり、かつまた肌砂に含まれる鉄粒の混合比を変
えることによって鋳型の冷却能を容易に調整し脅る等の
各種の優れた効果が得られる。なおまたこの発明の減圧
鋳造用鋳型においては、肌砂に含まれる鉄粒として砂粒
状耐火物よりも粒径が大きいものが用いられているため
、肌砂中の砂粒状耐火物が鉄粒の１ＩｌｌＩに浸入型に
配在されるから、肌砂はその空隙率が小さく、したがっ
て表面安定度が優れるとともに、鋳物の凝固収縮時にお
ける鋳型の拘束力が小さく、鋳物に熱閤割れが生じるお
そ゛れが少なく、さらには鋳造管の型ばらしも容態であ
ってしかもその優の鉄粒の選別、回収、再使用も容易で
あり、また鉄粒からガス等が発生しても真空吸引される
ためそれらによる欠陥が鋳物に生じるおぞれがない等、
従来の減圧鋳造用鋳型と比較しても伺等遜色がない。

【図面の簡単な説明】

１１図は従来の減圧鋳造用鋳型の造型時の状況の一例を
尽す縦断面図、第２ＩＩは従来の通常のＣＯ２ガス鋳型
と従来の減圧鋳造鋳型における鋳物の冷却曲線を比較し
て示す線図、第３１１はこの発明の減圧鋳造用鋳型の造
型時の状況の一例を示１１面図、１１１４図はこの発明
の減圧鋳造鋳型の１￥と１Ｊ型を組合せた状態の一例を
示す縦断面図、１５図μ誠圧鋳ゐ払により鋳造した鋳物
（耐摩耗）−ノンシ）のクラック発生状況を示す正面図
、第６図は第５図のＶｌ　−■線断面図、第７図は従来
の減１ｆ鋳造用鋳型およびこの発明の減圧鋳造用鋳９を
用い−Ｃ＃ａ造した場合の鋳物の冷却曲線を示す線図、
第８図１．＆従来の減圧鋳造鋳型を用いた場合の＾Ｏｒ
耐摩耗鋳ａ＃Ｉｉ物のミクロ組織写真、１９ＩＩはこの
発明の減圧鋳造鋳型を用いた場合の＾υ耐摩耗鋳鉄鋳物
のミクロ組織写真である。 １１・・・肌砂、１２・・・裏砂 出願人　　川崎製鉄株式会社 代１人　　弁理士　會田武久 （ばか１名） 第１図 ７゛ 第２図 吋　習　（今） 第３図 、Ｌ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）砂粒状耐火物とその砂粒状耐火物よりも粒径が大
   きい鉄粒とを鉄粒が体積化で２０〜１００％を占めるよ
   うに混合してなる混合砂を、鋳込みａｍと接する側の肌
   砂として配置してなることを特徴とする減圧鋳造用鋳型
   。
2. （２）前記鉄粒として粒径が３−一以下のものが用いら
   れている特許請求の範囲第１項記載の減圧鋳造用鋳型。
3. （３）前記鉄粒として、粒径が３−以下０．１−一以上
   のものが９０％以上を占める鉄粒を用い、前記砂粒状耐
   火物として、粒径が１００−以下のものが９０％以上を
   占めるものを用いている特許請求の範囲第１項記載の減
   圧鋳造用鋳型。
4. （４）前記肌砂が鋳造すべき鋳物の肉厚の０．３〜２６
   ０倍の範囲内の厚みで配■されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の減圧鋳造用鋳型。
5. （５）前記砂粒状耐火物として、ケイ砂、アルミナ、ク
   ロマイト、マグネシア、およびジルコンのうちから運ば
   れた１種以上のものが用いられている特許請求のｌｌ１
   ｌ第１項記載の減圧鋳造用鋳型。