JPS5997735A - 金属物品の鋳造 - 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、金属物品の鋳造、特に内部通路および／また
はキャビティを有する物品の鋳造に関するものである。

内部通路などの中空部を備える鋳造物を製造するに際し
、成形コアを使用することは周知されておシ、この場合
溶融金属をコアの周囲に注ぎ込み、鋳造物が固化した後
にコアを取シ除く。これらコアは便利には、たとえば砂
のような粒状材料で作成され、これを使用前に圧縮する
か、またはこれらを鋳造法における熱に耐え得るセラミ
ック材料から成形することもできる。しばしば、粒状コ
アはたとえば成る“種のセラミックコアにおけるように
機械的手段によって容易に除去することもできるが、コ
ア材料をたとえば水酸化ナトリウム溶液のような適当な
化学剤の作用によシ除去する「浸出法」もしはしは行な
われる。

成る状況下において、機械的手段または浸出によるコア
の除去は、たとえば複雑な形状のコアが必要とされかつ
使用される薬品が仕上げ物品の金属に対し悪影響を及は
すような場合には、不適当であシかつ望ましくない。

本発明は、制御された熱処理の結果として崩壊するコア
を提供する。

本発明による鋳造方法は珪酸二カルシウムからなる”ア
を形成し・この°アの周囲に鋳造物を竺成させ、かつ鋳
造物を冷却する際にコアを崩壊させる工程ケ含む。

珪酸二カルシウム（２０ａＯ−８１０１）の一般的相は
次の通シである： α：六方晶系、密度３．０７ｆ１０ｃ、　１４３０℃以
上で安定。

α１：斜方晶系、密度ａ、ａｔｒ／ｃｃ−１９００〜１
４４７℃まで加熱し、かつ１４４７〜６７５℃まで冷却
する際に安定。

β：単斜晶系、密度３．２８ｆ／ｃｃ、　６７５〜４０
０℃の間で準安定相、成る条件下で室温にて保存するこ
とができる。

γ：斜方晶系、密度２．９１ｔ／ａｔ、　β相から４０
０℃にてγ相の微粉末まで変換することｋより形成され
る室温での安定相。　　　　　″本発明の特徴によれば
、珪酸二カルシウムから形成され是コアを先ず、高温度
六方晶相が安定である温度範囲にて焼結させ、次いで急
速に冷却させてβ相からγ相への変化を防止することが
できる。コアのこの初期加熱は、高温度六方晶相（α相
）が安定である温度範囲、すなわち名目上１４３０℃以
上にて焼結が生ずることを確保する二この焼結温度は、
コアがさらに顕著に焼結するのを防止しかつ寸法安定性
を促進するよう、少なくともその後の金ｉ鋳造温度と同
程度の亮さとなるように選択される。好ましくは、室温
での空気冷却により急速な冷却を行なう。これは、上記
したように、４００℃で開始し始めかつ密度差で示され
るように大きな容積変化とその結果の崩壊とを伴なうβ
相からγ相への変化を防止する。初期の焼結操作と急速
冷却とから生ずるコアは安定であり、使用に供するまで
貯蔵することができる。

竺結されたコブの急速冷却は、β相からγ相への変化を
防止にる。〒故なら、結晶剪断屋の変換ではなく、核彎
成および成長型の反応に対し不充分な熱エネルギしか得
られないからである。

鋳造後のコアの崩壊は、コアがβ相からγ相への変化を
充分な時間にわたって受けるように、たとえば数時間に
わたシ鋳造物を極めてゆっくり冷却して打なにとが讐き
る。　□ ゛珪酸二カルシウムは純粋でない方が有利で□ある。

事実、本発明の□重要な′特徴によれば、珪酸二カルシ
ウムはそのβ相を安定化させかつ焼結を促進するだめの
安定１剤を含むことができる。典型的な安定化剤はクロ
□ムの酸化物、酸化す）　ＩＪウム、三酸イ１モリゾデ
ンおよび酸化硼素を包含する。

このように安定化された物質の性質は、熱処理により著
しく影響を受け、特に焼結の際の保持温度が高い程（た
だし融合は起らないという条件で）、保持時間が長い程
、かつ冷却速度が遅い程、粉末化（崩壊）が促進される
。

さらに、安定化は使用に供するまでコアを貯蔵するのに
有利である。本発明の他の特徴によれは、次いで不安定
化剤を導入して安定化剤を無効にさせ、かつ崩壊を促進
することができる。不安定化剤としては、元素状または
化合物としての鉄およびニッケルを使用することができ
る。たとえば、コアのノζツチを製造しかつ貯蔵した後
、使用するために選択したコアを鉄のベレット、硝酸第
二鉄、酸化鉄、ニッケル、酸化ニッケルと接触させて加
熱し、或いは鉄溶液中に浸漬加熱することができる。不
安定化剤を使用する格別の利点は、鋳造物の構造の観点
からは望ましくない鋳造物の緩徐な冷却が必要とされな
いことである。

不安定化とそれによる冷却の際の崩壊とは、成る種の金
属との表面接触により特に効果的に開始される。不安定
化を促進するには、特にニッケル、鉄およびコバルトが
有効である。この事実は、ガスタービンエンジンの部品
を製造する場合、特に有用である。何故なら、これら部
品の大部分はニッケル、コバルトまたは鉄に基づく合金
から鋳造されるからである。

珪酸二カルシウムのβ相からγ相への変換に伴なう「崩
壊」は周知されており、かつ自己崩壊性のポルトランド
セメントクリンカを製造する手段として利用されている
が（カボルイ等、Ｕ８Ｐ第３７７０４６９号）、この物
質は鋳造法の部品としてコ　　アを製造するには従来使
用することが知られていない。しかしながら一般に、珪
酸二カルシウムが存在すると望ましくない結果が生じ、
たとえばレンガが脱落し易くなるため望ましくない現象
である。

本発明により製造されるコアは、たとえばガスタービン
ブレードの製造に使用されるような改良鋳造法に対し特
に適している。これらは全く複雑な形状まで容易に加工
することができ、全ゆる必要な操作を可能にする充分な
強度を備えると共に、寸法変化が最小であシかつ鋳造温
度に耐えることができ、しかもコア／金属の相互反応を
無視しうる。これらは充分な熱衝撃耐性を有すると共に
、崩壊現象によりブレードの同化および冷却の後に容易
に除去することができる。

本発明による鋳造方法の１実施例として、０．５％の酸
化クロム（ｏｒｚｏｓ）粉末を混合した珪酸二カルシウ
ム粉末（２０ａＯ−８１０２）からガスタービンブレー
ド用のコアを成形し、これを１５０（Ｆの温度にて数時
間焼結させた後、室温まで急速に空気冷却した。次いで
、コアを鋳造金型中に組み込み、これを１５００℃まで
加熱し、ニッケル系のスーツぐ−合金を１５００℃の温
度にて導入した。鋳造物とコアとを有する金型を１４３
０℃よシ僅か低い温度まで冷却させて一ブレードの１方
向性同化を生せしめた。

これに続いて、鋳造炉においで室温まで徐々に冷却し、
その間炉の操作を調節して正常な冷却速度を遅延させた
。冷却工程が終了した後、コアは微粉末まで崩壊し、こ
れは容品に鋳造物から除去することができた。たとえば
高圧水にょシ内部通路をフラッシュしてチャンネル壁部
に付着して粉末およびその他の粒子を除去するような洗
浄操作が有利であると判明した。

他の実施例において、０．２重量％の酸化クロムを含有
する珪酸二カルシウムからコアを成形し、そして１４５
０℃にて２時間焼結させた後、空気冷却した。残余の鋳
造法は、上記第１の実施例に記載したと同様である。

代ＪＩＩ！人ブｒ造士今　　（（ル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　珪酸二カルシウムからなるコアを形成し、こ
   のコアの胸囲に金属を注ぎ込み、次いで固化した金属を
   冷却する際に前記コアを崩壊させることを特徴とする金
   属物品の鋳造方法＠（２）珪酸二カルシウムからなる材
   料からコアを成形し、高温度六方晶相が安定となる温度
   範囲で焼結させかっこ〒焼結したコアをβ相からＴ相へ
   の変化を防止するような速度で冷却することを特徴とす
   る鋳造法のためのコアの製造方法。 （３）　　コアの焼結温度が、少なくとも鋳造すべ今金
   属の注ぎ温度である特許請求の範囲第２項記載の鋳造法
   のためのコアの製造方法。 （４）　　焼結したコアの冷却を空気冷却によって行な
   う特＆’Ｆ請求の範囲第２項または第３項記載の鋳造法
   のためのコアの製造方法。 （５）β相の安定化材料を含む特許請求の範囲第１項記
   載の鋳造法用のコア。 （６）鋳造金属ｄｉ鉄および／またはニッケルを含む特
   許請求の範囲第１項または第５項記載の鋳造方法。 ・　（７）コアの崩壊を鋳造物の緩徐な冷却によって促
   進する特許請求の範囲第１項、第５項または第６項記載
   の鋳造方法。 （８）β相の安定化剤がクロムの酸化物、酸化ナトリウ
   ム、三酸化モリブデンおよび酸化硼素よシなる群から選
   択される１種もしくはそれ以上の物質からケる特許請求
   の範囲第５項記載の鋳造方法。 （９）鋳造された金属物品がガスタービンエンジン用の
   部品である特許請求の範囲第１ＸＡ記載の鋳造方法。