JPS61501690A - 急速に凝固させてインゴットを製造する方法および装置 - 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】 、　に゛　せてインボッ　−准　゛よび１〕技術分野 本発明は一般的には金属の遠心鋳造法に関連する技術分野を包含するものである 。更に詳細には、本発明は熱間鍛造用の金属インゴットを製造する方法および装 置に関するもので鋳造された金属インゴットは、例えば熱間処理による鍛造等に より所定の強度および組織上の特製を与えることが望ましい。このインゴットが 細かな粒子構造を有しかつち密な樹枝状組織を有する場合には、後の処置が極め て容易となる。

逆に、粒子構造が大きくかつ樹枝状組織が粗い場合には作業が困難となり、余分 の処理工程を要し、エネルギおよび時間の両面からコストが高くなる。

更に、ち密な樹枝状組織を有する鋳造金属を製造するには、溶融金属の素材を急 速に凝固させ、これにより、樹枝状組織をち密にし、微小偏析をなくしかつ極め て微細な析出寸法の結晶構造とする必要のあることが知られている。しカーし、 従来の急速に凝固させることにより金属インゴットおよびビレットを製造する技 術はコストが高くかつあまり効果的でな６ｔため、一般的にはその用途および使 用方法が穫めて限定されている。

従来技術により上記望ましい特性を備えたビレットを製造する方法が知られてい る。例えば金属を非常に小さな粒度の粉体状とし、この後に高圧のイナートガス あるいは冷却した銅金属製の熱シンクに粉体を吹付けることにより急速に冷却す る。更に、金属製シンクにより、非常に薄い金属製の板あるいはリボン状に形成 する金属の鋳造方法が知られており、この金属製の板あるいはリボンはこの後研 磨により粉状とされる。いずれの場合においても、最終的な金属粉末はいわゆる カン（ｃａｎ　）と称される容器内で圧縮される。このカンはその内容物と共に 均等に押圧するホットプレス、押し出し等を介して強固に圧縮される。この後、 カンを取外し、このビレットを更に熱処理することができる。僅かな窒化物（ｓ ｔｒａｗ　ｎ１ｔｒｉｄｅ　）あるいはその酸化物を含有する金属に対しては上 記の処理の大部分あるいはその全体を貴ガス中等の空気を含まない雰囲気中ある いは真空中で行なう必要がある。

明らかなように、ビレットを製造する現在の技術によれば、金属および合金の急 速凝固には面倒で時間がかかり、極めて高価になる。

したがって、急速に凝固することにより金属学的に勝れた特質を有し、再度鍛造 する金属素材を製造する経済的でかつ効果的な方法を開発する必要がある。

１１匹１１ 本発明はビレットに処理する金属インゴットを鋳造する改良された方法および装 置を提供することを目的とする。

本発明は更に、極めてち密な樹枝状組織を有し、偏析がなく、微粒析出しかつ粒 度が細かい金属ビレットを製造する方法および装置を提供することを目的とする 。

更に本発明は本質的に−の工程で急速に凝固した金属インゴットを鋳造する効果 的でかつ経済的なシステムを提供することを目的とする。

本発明の上記および他の目的は真空空中で溶融金属素材を遠心鋳造する改良され た方法および装置により達成される。

溶融金属はテーバ状の円筒状凹部が設けられかつ回転するるつぼ内に所定量注入 され、このるつぼ内から溶融金属の飛沫として噴出する。この溶融金属の飛沫は 金属の凝固温度より僅かに低い温度で急速に凝固して金属粒となり、この時点で 金属粒はるつぼの外周に配置された回転するモールドの凹部内で一体的に凝固す る。この凝固速度は真空室内の真空度を変化することで好適に制御することがで きる。回転るつぼは垂直方向に移動可能に支持されており、モールド内の金属粒 の分散および凝固を均一にする。この回転るつぼの凹部は開口端に向けて収束す るテーバ状に形成されており、これにより、溶融金属層が垂直壁面に沿って常に 均一に保持され、るつぼから放出される溶融金属の速度をこのるつぼの周速とほ ぼ同じにすることができる。

本発明による好ましい装置では、上記モールドは円形形状を有し、水平方向およ び垂直方向のニードル軸受で支えられ、回転るつぼの回転軸線と共通の軸線の回 りを回転する。このモールドの下側にはリングギヤが設けられており、このリン グギャはモータで駆動されるビニオンと噛合う。回転るつぼは流体で作動するジ ヤツキで垂直方向に移動可能に支えられ、モータで駆動されるビニオンに噛合う リングギヤを設けである。この装置全体は真空度を制御可能な真空苗内に配置さ れており、またこの真空室にはガス入口を設けてこの学内の雰囲気を制御する所 定のガスを供給可能とすることが好ましい。

本発明の他の目的、特徴および利点は添付図面と共に、以下の好適な実施例に基 づく詳細な説明より明らかとなる。なお、図中の同様な参照符号はそれぞれ対応 する部分を示す。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の実施に使用する好ましい実施例による装置の一部を欠截した平 面図、 第２図は第１図の２−２Ｉｉｌに沿う拡大した垂直断面図、第３図は第２図の３ −３線に沿う水平方向断面図、第４図は第２図の４−４線に沿う一部を欠截した 水平方向断面図、 第５図は第１図の装置に使用する回転るつぼの拡大した図式的な垂直方向断面図 である。

好ましい実施例の詳細な説明 溶融金属をモールド内で鋳造することによりこのインゴットを形成する方法は、 モールド自体により溶融金属の熱を降下して凝固を開始させる方法を含むもので ある。通常溶融金属は融点より１ｏ〜６５℃（７５〜１７５°Ｆ）高い温度でモ ールド内に注がれるため、溶！！ｍ度を凝固点まで下げるにはかなりの熱を除去 する必要があり、また、実際の凝固が始まる前に溶融熱を除去する必要がある。

明らかなように、この熱はモールドの体部を介して周囲に分散することにより除 去する必要がある。溶融金属はモールドに接触すると最初に凝固して収縮し、こ の凝固する場合には溶質を溶融金属中に排出することにより行われる。この排出 される溶質の速ＩＬｔｊよび量は特定の合金の状態図に従う。これは金属中にお ける温度および偏析勾配を設定し、この偏析は−の状態の一次結晶から生じる所 定領域における合金成分の凝集により形成され、残りの溶液中では他の成分がそ の後に凝集する。したがって、鋳造するビレットが大きくなるほど析出の問題が 増大し、合金成分の分布がより複雑となりかつ溶融金属の熱伝導度が減少する。

凝固により形成される樹枝状晶の間隔は凝集速度に比例して悪影響を受けるため 、凝集速度が遅いと結晶粒度の増大に比例して樹枝状晶の間隙が大きくなる。凝 集速度の遅いモールド内で形成されたビレットは粒度が大きく、樹枝状晶の間隔 が広くかつ析出が多いという望ましくない特性を備える。このようなインゴット は所定の強度および構造上の特性を有する最終製品とする場合の熱間処理にコス ト高の工程を要し、樹枝状間隔がち密で粒度の細かい鋳造インゴットにはない欠 点がある。

本発明によれば溶融金属合金の凝固速度を数段増加することができ、遅い凝固速 度による上記の欠点を排除することができ、これによれば凝固された製品の特性 を大きく改善することができる。

凝固速度を速くする最も簡単な方法は鋳造するインゴットを小さくしかつ溶融熱 をより速く除去可能な状態どすることである。例えば、金属粒が形成された後、 このビレットを熱伝導性の高いガスに接触させて急速に冷却する。この技術によ り金属粉を製造する方法は８速凝固粒子（ｒａｐｉｄｓｏｋｉｄＮｉｅｄ　ｐａ ｒＮｃｌｅｓ）すなわちＲ８Ｐ粉末として知られている。この技術によれば５． ６Ｘ１０”Ｃ／秒（１０６°Ｆ／５ｅｃ）はどの凝固速度を得ることができる。

このＲＰＳ粉末特に高温合金の粉末のから形成された製品は極めて良好な特性を 有する。更に、この技術はアルミニューム合金の錯体を含む他の合金にも応用で きる。しかし、現実に商業的に実施するにはこの技術は極めて取扱い難くかつコ ストが高くつく。この合金は最初に真空状態で粉末に形成し、真空あるいはイナ ートガス下でふるい分け、カンに詰め、ガスを排出し、真空状態で溶着し、鍛造 温度まで加熱し、所定のプレスで押出し、カンから外し、検査し、所定寸法に切 断しくｃｕｔｉｎｔｏ　ｉｎｃｒｅｍｅｎｔＳ　）そして最終製品に鍛造する。

したがって、本発明によればＲ３Ｐ粉末の特性を有する金属インゴットを本質的 に−の作業工程で効果的かつ経済的に鋳造可能な極めて勝れた方法および装置が 提供される。

以下、添付の第１図乃至第４図を参照して本発明を実施する好ましい装置につい て説明する。第１図および第２図に示１ように、装置１は上部構造部５に形成さ れた真空室３を備え、この上部構造部５は互いに離隔した複数のナツトとボルト の締付は機構９により基部構造部７に取外し可能に装着されている。真空室３に は真空ポンプ（図示せず）に連結される出口１１とアルゴン等のイナートガスの ガス！（図示せず）に連結される入口１３とを備えている。

溶融用のるつぼ１５は真空室３内に配置され案内用フレーム１７上に枢動可能に 支えられている。このフレーム１７にはメータリング用すなわち所定量に計量し て供給するるつぼ１９も装着されており、このメータリング用のるつぼ１９はる つぼ１５から溶融金属を受けて回転るつぼ２３へ所定量供給する。第２図では、 この回転るつぼ２３の垂直方向の高さが異なる２位置を示しである。更に第２図 に示すように、回転るつぼ２３はスリーブ２５内に取付けられており、このスリ ーブ２５はピストンロッド２７の上端で支えられている。

このピストンロッド２７は流体ジヤツキ２９の一部を形成するものである。ジヤ ツキ２９は一対の適宜流体の入口および出口３１．３３を備え、この入口および 出口３１．３３を介してガス状あるいは液圧流体を供給および排出し、これによ り回転るつは２３を垂直方向に移動する。スリーブ２５は更に外側ケーシング３ ５内に取付けられており、この外側ケーシング３５は複数個の上側ニードル軸受 ３７と下側ニードル軸受３９とで所定位置に回転可能に支持されている。第３図 および第４図を参照すると、スリーブ２５は対の対向したキー４１によりケーシ ング３５内で震動可能に取付けられており、このキー４１はケーシング３５に対 してスリーブ２５の垂直方向移動を可能としかつ回転を防止する。したがって、 ケーシング３５が回転するとスリーブ２５も回転し、このスリーブ２５はジヤツ キ２９の作動によりこのケーシング３５に対して上下に移動することができる。

ケーシング３５はこのケーシング３５の外周部に設けられたリングギヤ４３によ り回転される。駆動軸４９の端部に結合されたビニオン４７を含むモータ４５は リングギヤ４３に隣接して真空室３の下部に配置されている。ビニオン４７とリ ングギヤ４３は噛合い係合し、したがってモータ４５の作動によりケーシング３ ５が回転する。モータ４５は機枠５１上に強固に支持されるのが好ましく、この 機枠５１は更にニードル軸受３９を支持する作用をなす。

円形のモールド５３は複数の垂直方向ニードル軸受５５および複数の水平方向ニ ードル軸受５７により、回転るつぼ２３の回りに回転可能に支持されている。モ ールド５３の下側部分にはリングギヤ５９が設けられており、このリングギヤ５ ９はモータ６５の駆動軸６３の端部に装着されたビニオン６１と噛合い係合する ように配置されている。このモータ６５は機枠５１に強固に支持されることが好 ましい。モールド５３には取外し可能な上側部分６７が設けられており、この内 部に鋳造された金属インゴットを取外すことができる。

このモールド５３に金属製の外側ケーシング７１と内側ケーシング７３とを設け ることが好ましく、この場合内側ケーシング７３は適宜の断熱材で形成する。モ ールド５３の外周面には周方向に延在する支承板７５を設け、垂直方向のニード ル軸受５５と係合させる。同様に、環状の支承板７７をモールド５３の底部に設 け、水平方向のニードル軸受５７と係合させる。

次に、第５図を参照して回転るつぼ２３の好ましい形状について詳細に説明する 。図示のように、回転るつぼ２３はほぼ円筒状の形状を有し、スリーブ２５の上 端部内で回転可能に支えられている。底板部材７つはスリーブ２５に強固に取付 けられており、回転るつぼ２３の底部に係合する。回転るつぼ２３は保守および 交換を容易とするためにスリーブ２５内に取外し可能に装着されることがこのま しい。回転るつぼ２３にはメータリング用るつは１９からの溶融金属２１を収容 する開口凹部８１が設けである。この凹部８１はほぼ円筒状に形成されているが 、その底部から上部の開口端に向けて収束する形状に形成されている。この形状 により、流量変換を行なうるつぼ１９から所定量の溶融金属２１が供給されると 、この溶融金属は最初に凹部８１の底部に衝突してこの凹部８１の垂直な壁面に 向けて半径方向外方に広がる。この後、溶融金属は遠心力により凹部８１の開口 部に向けて垂直な壁面に沿い上方に流動し、この開口部からモールド５３の凹部 に向けて半径方向外方に噴出する。この状態を第５図に示しである。第５図では 溶融金属２１は半径方向外方に遠心力を受けて溶融金属の液滴すなわち金属滴８ ３となり、この金属滴８３は急速に凝固して金属粒となり、モールド５３内で一 体に固着して金属インゴット６９に形成される。第５図に示すように、溶融金属 ２１が凹部８１の垂直壁面に一定の厚さの層８５として蓄積されかつこの壁面に 沿って移動することが重要である。この溶融金属の層８５はメータリング用のる つぼ１９からの流入で常に均一に保持される。この溶融金属の層８５の全体的な 形状は凹部８１で限定され、したがって、凹部８１の底部から上端の開口部に向 けてその厚さが減少する。凹部８１およびこの凹部８１に形成される溶融金属の 形状により、この凹部８１の開口部から遠心力で外方に噴出される溶融金属２１ の周速は回転るつぼ２３の周速と同一となる。

作動の態様 次に、本発明を実施する好ましい態様について、添付図面特に第２図および第５ 図の好ましい実施例による装置１に基づいて説明する。先ず、インゴット６９に 鋳造する金属あるいは金属合金を溶解用のるつぼ１５内に入れ、溶融状態となる まで加熱する。そしてジヤツキ２９を作動して通常は最上位置あるいは最下位置 である所定の初期位置に回転るつぼ２３を配置する。この後、モータ４５．６５ を作動して回転るつぼ２３およびモールド５３をそれぞれ同一あるいは逆方向に 回転する。るつぼ１５内の溶融金属２１をメータリング用のるつぼ１９に注ぐと 、このメータリング用るつぼ１つは溶融金属２１を回転るつぼ２３に所定の割合 いに計量して供給する。これらの溶融用およびメータリングのるつぼ１５゜１９ は本発明の実施に必要な１能を備えるものであれば、周知のどのような構造のも のであってもよい。

回転るつぼ２３に供給された溶融金ＷＡ２１が凹部８１の底部に当たるとこの凹 部８１の垂直壁面に向けて外方に噴流し、更にこの垂直壁面に沿って上方に上が り、一定の厚さの層８５を形成する。溶融金属２１は更に凹部８１の開口部から 回転るつぼ２３の回転軸線の半径方向に沿う方向に噴出する。

このとき、回転るつぼ２３の回転速度は溶融金属２１をモールド５３の凹部方向 に向かう溶融金属滴８３として直ちに分離するのに充分な速度を有する。

溶融金属滴８３は回転るつぼ２３における噴出点からインゴット６９を形成する モールド５３内の溶着点までの距離において急速に凝固される。モールド５３の 凹部内に凝固した溶融金属滴を均一に蓄積するため、ジヤツキ２９を作動して回 転るつぼ２３を上方あるいは下方に移動する。これにより、凝固した金属粒が回 転するモールド５３内に連続的に載置されて均一な層状に形成される。

溶融金属滴８３を急速に凝固させて金属粒とすることにより、極めてち密な樹枝 状晶の結晶構造に形成され、偏析がほとんどなくかつ極めて細かな粒子構造とす ることができる。

ここで、溶融金属滴は回転るつぼ２３からモールド５３の内周部に移動するまで の間に凝固点まで冷却されることが重要である。凝固した金属粒は、モールド５ ３の遠心力によりこのモールド５３の壁面に衝突したときに互いに溶着される。

したがって、溶着のための最適温度は溶融金属滴を凝固しかつこの金属の溶融温 度にできるだけ近い温度である。この最適温度は極めて高いため、溶融金属１８ ３の凝固により形成された金属粒は構造的に弱く、したがって、モールド５３の 回転による遠心力でこのモールド５３の壁部に衝突した金属滴が効果的に溶着さ れる。

なお、この急速凝固は学内温度まで急速に冷却することにより生じるものではな く、凝固自体が急速に行われる点で好ましいものである。したがって仮に、金属 を凝固点までゆっくりと冷却し、この金属を急速に凝固し、この後凝固点よりも 僅かに低い１３度に保持することが可能であれば、この金属は同一の特性を有す るか同一でないとしても溶融温度から室温まで急激に冷却されたものよりは好ま しい特性を生じる。

従来は全体の連続した冷却速度とは独立して凝固速度を制御できる方法は存在し なかった。凝固速度の制御は本発明における重要な点であり、以下にその方法に ついて詳細に説明する。

最初に溶融金属２１を回転るつぼ２３に所定の速度にＩＩＪ御して供給する。こ の溶融金属は回転るつは２３の周縁部から半径方向に薄板状に噴出して溶融金属 滴８３に分離され、回転るつは２３の縁部から回転モールド５３の内部鋳造壁ま で移動する。溶融金属滴８３はモールド５３まで移動する間に凝固して金属粒に 形成され、この金属粒はモールド５３内に蓄積されて遠心力により内周面に圧縮 される。

回転るつぼ２３内に供給された溶融金属２１の温度は周知の通常の手段により容 易に制御することができる。溶融金属２１の温度および回転るつぼ２３内に供給 される割合により、処理工程が安定した場合にこの回転るつぼ２３の縁部におけ る溶融金属の温度を正確に制御することができる。

回転るつは２３内への溶融金属２１の供給速度が一定に保持され、かつ、溶融金 属２１の内部温度が制御できるため、回転るつぼ２３から噴出される溶融金属２ １の出口温度も一定に保持することができる。この出口ＷＩＪｊ（ＴＩ）は、鋳 造される金属あるいは合金の性７１、回転るつぼ２３の大きさおよび回転速度等 を含む数種のファクターで定まり、厳格に決定する必要がある。この出口温度Ｔ １は一般には金属の凝固点よりも極めて高い水準にある。

可能なかぎりの忌速な凝固を行なうため、溶融金属滴８３は温度Ｔ１の回転るつ ぼ２３の縁部からモールド５３の内周壁まで移動する間に冷却され、このモール ド５３の内周壁においては金属粒は所定の最終温度Ｔ２となる。温度Ｔ１からＴ ２への冷却は放熱および空力学的冷却との２つの主なファクターによって制御さ れる。この冷却中、溶融金属２１は溶融金属滴８３に分離され、この金属滴８３ が凝固して金属粒に形成される。金属粒の大きさは移動速度、空力学的な抗力お よび金属の粘性を含む数種のファクターにより定まる。な金属粒の熱損失の内、 放熱による損失は放熱の法則により定まる。周知のように、放熱量は放熱温度の ４倍に比例して増加する。溶融金属２１の温度Ｔ１は１７００″Ｋに近いため、 各溶融金属粒８３の表面積当りの放熱損失は極めて高い。

このため、溶融金属滴８３のサイズが減少すると、体積したがって重量に対する 表面積の比率が非常に増大する。溶融金属滴８３が回転るつは２３の縁部からモ ールド５３の内壁に移動するまでに放熱損失により急速に冷却されることは明ら かである。この移動時・間は回転るつぼ２３の縁部からの噴出速度と、必然的に 回転るつぼ２３の縁部とモールド５３の内周壁との距離を決定するこの装置のサ イズとによって定められる。更に、放射能力を決定する金属粒の放熱量は予め推 定することは不可能である。したがって、所定の温度Ｔ２とするためには他の制 御Ｉｔｓ構を設ける必要がある。

Ｓｍのサイズの金属粒の場合、その放熱損失は事実上一定と考えられる。しかし 、これだけでは温度をＴ１からＴ２まで下げて本発明における急速凝固を行なう 程度まで冷却するには不充分である。したがって、本発明では空力学的な冷却に よる制御可能な方法を試みた。真空状態すなわち５００ミクロンまでの圧力では 空力学的にはほとんど冷却されない。

しかし、水銀柱でミリメータ単位あるいはこれ以上の圧力では空力学的により大 きな冷却効果を得た。したがって、真空室３内の圧力を調整することにより、急 速凝固を行なうための冷却を効果的に行なうことができ、また、純粋な放熱から 空力学的な冷却に比重が移った。真空室３内の圧力調整は出口１１を介する真空 ポンプ（図示せず）の排出量と入口１３を介するガス放出量を制御することによ り容易に行なうことができる。これらのファクターは平衡した安定状態を確立し 、本発明の実施に際して溶融金属滴８３を最も効果的に急速凝固する作用をなす 。

この圧力制御による他の利点は真空室３内の温度を一定の水準に保持できること である。明らかなように、溶融金属滴８３が凝固するときに大量の熱が排出され 、この熱が外部に排出されないと真空室３内の温度が上昇し、これにより冷却速 度を制御することが困難となる。したがって、入口１３を介して真空室３内にガ スを連続的に噴出し、出口１１を介して真空ポンプ（図示せず）によりガスを連 続的に排出することにより、溶融金属滴８３の凝固中に発生した熱が連続的に排 出される。出口１１からの加熱されたガスは大気中に排出するか、あるいはより 経済的な方法としては、熱交換器を通して冷却した後、入口１３を介して真空室 ３内に循環することができる。入口１３を介して真空室３内に供給される冷却ガ スはヘリウム、アルゴン、水素あるいは回転るつぼ２３で形成された凝固した金 属粒を冷却しかつ保護する適宜のガスとすることができる。酸化物あるいは窒化 物を拡散させて強化した粒子を形成することが望ましい場合は、冷却ガスに所要 量の酸素あるいは窒素を混合させてもよい。

上記溶融金属滴８３を温度Ｔ１からＴ２に冷却する方法は自動的に行われる。こ れはモールド５３の壁部に設けられた温度検出装置により行われるもので、この 温度検出装置はガス入口１３側の弁（図示せず）を作動し、これにより真空室３ 内に流入するガス量を増加あるいは減少する。このようにして、溶融金属Ｗ４８ ３は温度Ｔ２まで好適に制御されて冷却される。

温度Ｔ２においてはサイズＳｍの金属粒が完全に凝固、すなわち溶融熱（ｈｅａ ｔ　ｏｒ　ｆｕｓｉｏｎ）は完全に除去されかつ大きく冷却されすぎていない温 度が最適である。この状態では、金属粒の樹枝状晶が形成されてはいるが、金属 の強度は最低の値であり、したがって、モールド５３の回転による遠心カで各金 属粒が一体に凝固さねてインゴット６９を形成する。

しかし、金属粒のサイズは均一ではなく、サイズ５ｒＴｌを中心としたがウス分 布に分散しているため、サイズＳｍのものが最適温度Ｔ２にある。サイズＳｍよ り小さいものはＴ２よりも温度が低く、これより大きいものはＴ２よりも温度が 高く、この大きい金属粉はまた溶融熱を蓄えている。本発明を実施する場合、急 速に熱伝達が行われるため、より小さな温度の低い金属粒がまだ溶融している金 属粒８３からその凝固に充分な熱を奪うことが理解される。温度Ｔ２はできるだ け高くするべきであるが、回転モールド５３内に堆積した金属粒塊を全体として 急速に凝固可能とするのに充分な低い温度とする。溶融金属粒８３の凝固が開始 し、この金属粒がモールド５３内に堆積してインゴット６つを形成すると、金属 粒の温度が凝固点にできるだけ近い値に保持されている場合にこのインゴット６ つの密度は大きくなる。この目的達成のため、強化レンガ等の断熱材でモールド ５３の内周部をライニングすることが好ましい。このライニングに凝固した金属 粒が付着するのを防止し、インゴット６９の取外しを容易とするため、ライニン グの露出面に廃棄可能な薄い金属のカバーを設（プることも可能である。

このインゴット６９はのちに高温鍛造あるいは圧延等の処理を行なうことを目的 とした粒度の細かい中間製品であるため、インゴット６つを形成する際に１００ ％完全に稠密化（ｄｅｎｓｉｒｉｃａｔｉｏｎ　）する必要はない。この場合、 インゴット６９内の間隙を排除して通常の鍛造炉内での加熱を可能とする程度で 充分である。

モールド５３内で金属粒を均一に分散させるため、回転るつぼ２３をジヤツキ２ ９により上方あるいは下方に移動する。

この目的を達成するには２つの方法がある。第１に、回転るつは２３を上方また は下方の一方向にのみ移動するもので、モールド５３内にインゴット６９が所定 の厚さに＃＃積するまで非常に緩やかに移動する方法である。第２の方法は回転 るつぼ２３を上下方向に往復動じてモールドの内面側に金属粒を凝固させて交互 に層状に形成する方法である。モールド５３内に金属粒が充満してインゴット６ ９が形成された後、回転るつは２３内への溶融金属２１に流入が停止する。適当 な時間が経過した後、モールド５３の回転も停止される。この後、モールド５３ 内への近接を容易とするため、真空室３の上部構造部５の取外しが可能となる。

モールド５３の上部構造部６７を取外すと、インゴット６つの取出しが可能とな る。このインゴット６９はただちに次の作業工程に送られるか、あるいは冷却、 再加熱した後に処理される。この処理作業はインゴット６９を複数のセグメント に分割した後、リングローリングによりあるいはプレス別、圧延機等により行な うことができる。

本発明の実施例では、回転るつぼ２３に約２０ｚ（８インチ）径の開口部を有す る凹部８１を設けて８０ｏｏｒｐｍで回転し、周速度を毎秒的７６．３ｍ＜約２ ５０フイート）とした。溶融金属２１はこの周速度で回転する回転るつぼ２３か ら遠心力で噴出されて溶融金属滴８３に分離され、この金属滴８３の大きさは中 間サイズのものを中心とするガウス分布状に形成される。モールド５３の周壁部 の径を約１２２ａＲ（４フイート）とすると、金属滴８３の移動距離は５ｏ。８ ０（１，６６６７フイート）となり、移動に要する時間は約０．００７秒となる 。したがって、金属滴８３はこの時間および移動距離の範囲内で凝固しなければ ならない。金属滴の平均的な径を１００ミクロンとすると、平均的な凝固速度は ５．５Ｘ１０３℃／秒〈１０４°Ｆ／ｓ　ｅ　ｃ　）となる。この凝固に関係す る変数を適宜に変更することにより、より急速に凝固することができる。

以上本発明を好ましい実施例および作動パラメータに基づいて図示説明したが、 本発明の創作の範囲内において種々の変形、変更、追加および削除も可能である ことは明らかである。

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．ち密な樹枝状晶を有し、偏析が極めて少なくかつ急速凝固による特性を備え た金属インゴットを鋳造する方法であって、 ａ）溶融金属源を設け、 ｂ）垂直方向に配置されたるつぼのほぼ円筒状凹部の開口内への溶融金属を計量 し、 ｃ）このるつぼを回転して、鋳造する溶融金属を円筒状凹部の側壁に沿って上昇 させてこの凹部の開口部より溶融金属滴の形態で半径方向外方に噴出する遠心力 を発生させ、ｄ）この噴出した溶融金属滴を所定の凝固速度において、溶融温度 よりも僅かに低い鋳造温度を有する金属粒に形成し、ｅ）この鋳造温度で金属滴 を回転するモールドに吹付け、これら金属粒を一体に凝固させてインゴットとす る手順を備えることを特徴とする金属製のインゴットを鋳造する方法。
2. ２．前記モールドは円形形状を有し、るつぼの回転軸線と同じ回転軸線を中心と して回転する請求の範囲第１項に記載の方法。
3. ３．前記るつぼとモールドとは互いに反対方向に回転する請求の範囲第２項に記 載の方法。
4. ４．前記るつぼとモールドとは同じ方向に回転する請求の範囲第２項に記載の方 法。
5. ５．前記るつぼを垂直方向に移動し、モールド内で金属粒を均一に凝固させる手 順を含む請求の範囲第１項に記載の方法。
6. ６．前記るつぼのほぼ円筒状の凹部は開口部に向けて収束しており、この凹部の 壁部に溶融金属を均一な層状に保持させ、溶融金属の速度が噴出前にこのるつぼ の周速まで到達する請求の範囲第１項に記載の方法。
7. ７．前記手順の全てが真空室内で行われる請求の範囲第１項に記載の方法。
8. ８．前記真空室内の真空度を変化させ、噴出された金属滴の凝固速度を制御する 手順を含む請求の範囲第７項に記載の方法。
9. ９．真空室内にガスを導入して溶融金属滴の凝固速度を制御する手順を含む請求 の範囲第７項に記載の方法。
10. １０．ち密な樹枝状晶を有し、偏析が極めて少なくかつ急速凝固による特性を備 えた金属インゴットを鋳造する装置であって、 ａ）真空室と、 ｂ）真空室内に配置された回転可能なるつぼと、ｃ）溶融金属源から前記るつぼ に供給する手段と、ｄ）前記るつぼの周囲に配置された回転可能なモールドと、 ｅ）このモールドに対してるつぼを上昇および下降する手段と、 ｆ）前記るつぼおよびモールドを共通の軸線を中心として回転する手段と、 ｇ）真空室内の真空度を変化する手段とを備えることを特徴とするインゴットを 製造する装置。
11. １１．前記真空室内にガスを導入する手段を含む請求の範囲第１０項に記載の装 置。
12. １２．前記るつぼは溶融金属を収容するほぼ円筒状の開口した凹部を有し、この 凹部が開口部に向けて収束する請求の範囲第１０項に記載の装置。
13. １３．前記るつぼを回転する手段がリングギヤとモータで駆動されるピニオンと を含み、前記モールドを回転する手段がリングギヤとモータで駆動されるピニオ ンとを含む請求の範囲第１０項に記載の装置。
14. １４．前記るつぼを上昇および下降する手段が流体で作動するジャッキを含む請 求の範囲第１０項に記載の装置。
15. １５．前記溶融金属源からるつぼへの溶融金属を計量する手段を含む請求の範囲 第１０項に記載の装置。