JPS6129916B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は単結晶材の鋳造に用いるセレクタ装置
に関する。

近年、単結晶材の鋳造が実用の域に達し、ガス
タービン・エンジンのタービン区域のような苛酷
な環境において単結晶材が潜在的利点を持つが故
に、鋳造法の関発に大きな努力が払われることと
なつた。

単結晶鋳造を製作するものにもつとも普通に用
いられる技法は、チル（chill）、先行空洞および
主空洞を持つ鋳型、セレクタ装置ならびに指向性
凝固炉を用いる。すなわちこの鋳造法は、前記二
つの空洞とセレクタ装置とを含む鋳型の全体を満
たすように溶融金属のチヤージを注入し、凝固前
線がチルから先行空洞、セレクタそして主空洞へ
と順次、一様に進行するように金属を凝固させる
ことを含む。チルから先行空洞へと金属が指向凝
固することで、凝固金属の組織がチルからセレク
タに向つて一方向に延びる、柱状組織構造を先ず
生ずる。曲線状またはらせん状の比較的狭い通路
を構成するセレクタに凝固前線が到達すると、柱
状組織の全部が継続して生長することはできず、
一つの組織または結晶のみが通路を通り主空洞へ
と生長を続けるようにセレクタ通路が選択され
る。

主空洞へ進出する際、セレクタ通路から主空洞
への遷移が充分滑らかである限り、また不規則性
を生ずる他の組織が存在しない限り、単結晶のみ
が生長を続ける。所要の鋳物の形状をとるように
配置された主空洞の中の金属はそこで所要形状の
単結晶として凝固するようになる。

この鋳造法に用いられる装置に伴う問題の一つ
が、セレクタ通路に必要な狭い曲線形状のために
生ずる。この通路を与える在来の方法は所要の通
路のワツクス複製物を製作して、ロストワツクス
鋳造に用いられる通常の方法でこのワツクス複製
物のまわりにシエル（外殼）を形成することであ
る。そのつぎにこのシエルを先行および主空洞へ
取付けるか、またはその代りに先行および主空洞
を形成するワツクス型にワツクス複製物を取付け
て、羽根のシエルを、全体を１体として、作るこ
とができる。

この技法は極く満足のゆく内部空洞およびセレ
クタ通路を生ずるけれども、究極的に通路を画成
するワツクス型の部分は必然的に狭くて比較的弱
く、この弱さは通路のら旋形状により倍加する。
その結果、シエル形成工程またはすべての取扱い
において、この型の部分が損傷を受け易い。さら
に単純な２部分から成るダイを用いて行うことが
できないから、通路の複製が容易でない。

セレクタ通路のシエルに補強材を、またはシエ
ル鋳型の残部に支持材を用いて、これらの問題を
解決しようとする試みがなされた。しかし、これ
らの試みは複雑となり、すでに比較的高価な工程
の費用を更に高める傾向を生じた。

本発明は比較的丈夫な、単純形状のセレクタを
与える。

本発明によれば、単結晶鋳造に用いられるセレ
クタ装置は表面に曲線状溝を形成されているセラ
ミツク部材を含み、該曲線状溝はセレクタの一端
にて滑らかに拡がつて、該セレクタの一端に形成
された遷移部分と協働して、該曲線状溝の断面積
を滑らかに増している。

セラミツク部材は無空の円柱状であることがで
き、この場合、溝はセラミツク部材の両端の間で
外面上に延在するらせん形であることが望まし
い。

いま一つの面では、本発明は、表面に曲線状溝
を形成されたセラミツク部材を有するセレクタを
内蔵する、単結晶鋳造用の鋳型を含んでいる。そ
してこの鋳型は、溝と共に曲線状セレクタ通路を
形成するように溝にかぶさる部分を有することが
望ましい。またセレクタ部材は実質的に円柱状で
あることもできる。

鋳型は曲線状通路により連結される先行空洞と
主空洞とを画成し、先行空洞はチルに熱的接触を
保つように構成され、配置されることが望まし
い。

本発明はまた上記のセレクタおよび／または鋳
型を用いる単結晶鋳物の製作方法をも含む。

以下に添付図面を参照しつつ、本発明の実施例
を詳細に記載する。

第１図に、先行空洞１０、セレクタ部分１１、
および主空洞１２から成るシエル鋳型が示され
る。主空洞１２は溶融金属を注ぐ湯口１３を有
し、いつぽう、先行空洞１０は下面が開口し、チ
ル１４上に載つている。

セレクタ部分１１は実質的に円筒状の内面１５
を持つ中空のシエルを有し、その中にセラミツク
のセレクタ装置１６がぴつたりとはまり合う。セ
レクタ装置１６は実質的に円柱状の外面１７を持
つセラミツク部材から成り、それにらせん溝１８
が形成される。溝１８はセレクタ装置１６の下端
１９から上端２０まで延在する。セレクタ装置１
６はその最上部から出た丸い突起の形状をした１
体の遷移部分２１を端部２０に設けられている。

セレクタ装置１６の下部が先行空洞１０の中に
延びており、セレクタ装置がシエル鋳型の部分１
１の中に係合する個所でらせん溝１８に部分１１
の壁がかぶさつて、先行空洞１０から主空洞１２
に延びるらせん通路を形成していることが判る。
その上端において、溝１８とシエル部分１１の壁
との間に形成される通路は、溝自体が個所２２に
おいて拡がることにより、断面積を滑らかに増し
て、最後に通路は主空洞１２に通じている。ここ
で主空洞１２は斜めの壁２３により傾斜部を形成
され、丸い遷移部分２１と連携して、鋳型の断面
積は通路の断面積から主空洞１２の全断面にまで
滑らかに増加するようにされる。遷移部分２１の
丸い形状と鋳型の壁２３の配置とは事実上らせん
通路の拡がり部分２２の延長部を形成して、組織
が不連続性を生ずることのない滑らかな表面がこ
の区域に設けられることになる。

第２図は第１図に見られるセレクタ装置１６の
側面図を示す。その遷移部分２１の形状は、本図
でより良く判るように一方の側面を偏平にされた
丸い、またはすぼまつた突起部を有し、主空洞１
２に通じる溝１８の端部を形成していることが見
られる。

第１図の鋳型とセレクタ装置との組合せには幾
つかの特徴があることに留意すべきである。中に
セレクタ装置１６が入る鋳型部分１１の断面積は
らせん通路の断面積に比べて比較的大きい。この
ことは鋳型のこの部分が比較的頑丈になることを
意味しており、本発明では所面の強度を持つよう
に作ることのできるセラミツク部材の外面上の溝
によりセレクタ通路が形成されているために、こ
の強度が主として得られることが判る。また、絶
体条件ではないが、セレクタ表面が事実上円柱形
をしているために、滑らかな曲線形状を持ち、セ
レクタ装置として特に適しているらせん通路を用
いることが可能となる。

第３図ないし第６図は第１図および第２図の鋳
型とセレクタ装置との装置および用法を示す。第
３図はインジエクシヨン鋳造機のダイ（鋳型）の
両半分２４，２５を示す。この両半分はセレクタ
装置の形状を持つ空洞２６を画成する。所要のセ
レクタの全体形状が円柱形であることと、らせん
溝を持つことが、２つの部分から成るダイの使用
を可能としていることが判る。湯口２７により空
洞２６を満たすように液状のセラミツク材を柱入
することができる。また鋳物の空洞を与えるのに
用いられるセラミツクの中子のように、乾燥また
はセラミツク混合材の成分である熱硬化樹脂に対
する加熱により、液状セラミツクが硬化するよう
にされる。その後、硬化したセラミツク・セレク
タをダイから取出して、必要なだけ仕上げし、最
終製品に焼成する。

このようにして作られたセレクタ装置１６はつ
ぎにもう一つのインジエクシヨン鋳造機の分割型
ダイに入れられる。この段階が第４図に示されて
おり、ダイ両半分２８，２９は、第２図の鋳型の
セレクタ部分１１と２つの空洞の形状とを合せた
形状を持つ空洞を、間に画成することが判る。こ
れにも湯口３０が設けられ、ダイの空洞とセレク
タ装置１６のらせん溝１８とを共に満たすように
インジエクタ装置３１から溶融ワツクスを注入す
ることができる。

この場合、２つの空洞１０，１２とセレクタ部
分１１とのワツクス型は１体に作られることが判
る。選択された単晶材を主空洞へ巧く遷移させる
ように、少くともセレクタ装置１１と主空洞１２
とのワツクス型を１体に形成することが望ましい
と信じられる。先行空洞１０をセレクタ装置と１
体にした型を形成することは絶対ではない。要す
ればこの型を別に作つてセレクタ装置の型にワツ
クス溶接などにより取付けることもできる。この
位置における不完全な継手に析出する望ましくな
い組織はらせん部において閉め出される。

溶融ワツクスは冷えて凝固し、そこでダイ両半
分を分割して、形成されたワツクス型３２をその
中に埋込まれたセレクタ装置１６と共に取出すこ
とができる。つぎに必要あればワツクス型を仕上
げして、その上にセラミツク材の鋳型を形成する
ように在来のやり方でシエルを作る。シエル形成
工程はワツクス型をセラミツクの軟泥に浸してそ
の浸漬された型に粒状セラミツク材を塗る。所要
の厚さのコーテイングが形成されるまでこの工程
を繰返えす。セレクタ装置１６の円柱面がシエル
材に固着するように、或る特定操作を行う必要が
あるかも知れない。たとえば、セレクタ装置のこ
の表面を粗くし、そして／またはそこからワツク
ス皮膜を除去する必要が有得る。

つぎにシエル型を焼成して、強度を上げシエル
からワツクス型を溶かし出す。これで強いシエル
が形成され、この段階にて先行空洞１０の基板を
除去して、チルに取付けられるように開放され
る。この段階が終ると、鋳型とセレクタ装置との
組合せは第１図について説明した状態となる。

つぎに鋳型を水冷式チル１４に組付けて、炉３
３の中に入れる。鋳型を炉から引出すことができ
るように昇降装置３４の上にチルが載せられて、
その全体が真空室（図示せず）の中に封入され
る。装置３４は電気機械式、油圧式または気圧式
の何れでもよい。炉の最上部に金属チヤージ３６
を入れた公知の形式の下方注入装置３５が取付け
られる。

運転中に、真空室を真空にして、鋳型を既定温
度に加熱するために炉を働かせる。チヤージ３６
を溶解するために下方注入装置３６の誘導ヒータ
ーを作動する。これで可融プラグが破れて空間１
３にチヤージが落下して、鋳型を満たす。

炉がまだ作動している間に、炉から充填された
鋳型をゆつくり下方に引出すように装置３４を働
かせ、いつぽう鋳型底部から熱を奪うために水冷
式チル１４を働かせる。このようにして、凝固前
線は鋳型を均等に上昇するようにされ、工程は前
述のように鋳型主空洞１２の中に単結晶鋳物を作
るように働く。そこで完成した鋳物を在来のやり
方で鋳型から取出すことができる。

外面はらせん溝を設けた円柱状セレクタが本発
明の非常に手軽な実施例を表わすことは明らかで
ある。しかし、セレクタは多角形や、さらに完全
に断面が非対称であるような他の種々の形状をと
ることができることが判る。また、溝をセレクタ
の外面に形成させる必要はなく、セレクタを内面
に溝が形成された中空体として作ることも可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による鋳型およびセレクタの部
分切断図、第２図は第１図の矢印の方向から見
た、セレクタの図、第３図ないし第６図は第１図
および第２図の鋳型およびセレクタの製法および
用法を段階的に示す図である。 １６……セレクタ装置、２１……遷物部分、１
８……溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 表面に曲線状溝を形成されているセラミツク
   部材と一端に遷移部分とを有し、前記曲線状溝が
   前記一端にてなめらかに拡がつて前記溝の断面積
   をなめらかに増加させるようにに前記遷移部分と
   協働している、単結晶鋳造に用いられるセレクタ
   装置。 ２ 前記曲線状溝が前記セラミツク部材の外面に
   形成されている、特許請求の範囲第１項に記載の
   セレクタ装置。 ３ 前記セラミツク部材が実質的に円柱形であ
   る、特許請求の範囲第２項に記載のセレクタ装
   置。 ４ 前記曲線状溝がらせん形である、特許請求の
   範囲第３項に記載のセレクタ装置。 ５ 前記遷移部分が前記セラミツク部材の一端か
   ら出る丸い突起部を含んでいる、特許請求の範囲
   第１項に記載のセレクタ装置。 ６ 表面に曲線状溝を形成されたセラミツク部材
   を含むセレクタを内蔵するシエル鋳型を含んでい
   る、単結晶鋳造用の鋳型。 ７ 前記シエル鋳型が、前記溝にかぶさつて前記
   溝と共に曲線状通路を形成する部分を有してい
   る、特許請求の範囲第６項に記載の鋳型。 ８ 前記曲線状溝が前記セラミツク部材の外面に
   形成されている、特許請求の範囲第７項に記載の
   鋳型。 ９ 前記セラミツク部材が実質的に円柱形であ
   る、特許請求の範囲第８項に記載の鋳型。 １０ 前記溝がらせん形である、特許請求の範囲
   第９項に記載の鋳型。 １１ 前記セラミツク部材がその両端のうちの一
   つから延びている遷移部分を含んでいる、特許請
   求の範囲第６項に記載の鋳型。 １２ 前記曲線状通路により連結される先行空洞
   と主空洞とを含んでいる、特許請求の範囲第６項
   に記載の鋳型。 １３ 前記先行空洞と前記主空洞との間に延在す
   る鋳型のセレクタ部分に前記セラミツク部材が保
   持されている、特許請求の範囲第１２項に記載の
   鋳型。 １４ 前記先行空洞が水冷式チルと熱接触を保つ
   ように構成され、配置されている、特許請求の範
   囲第１２項または第１３項に記載の鋳型。