JPS62267052A - チタン及びチタン合金用遠心鋳造装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は遠心鋳造技術に係り、特にチタン及びチタン合
金用の精密遠心！５造に好適な遠心鋳造装置に関するも
のである。

（従来の技術） 酸素との親和力が強いために酸化されやすく、かつ、高
温溶解を必要とするチタン及びチタン合金の鋳造技術と
しては、従来より種々の方式のものが提案されている。

例えば、第７図は、従来の遠心鋳造装置の一例を示す図
であり、電極４によって材料を溶解するルツボ６が回転
可能なテーブル２１上の一端（中心からの距離０．）に
取付けられ、Ｕ型７は回転駆動装置で回転されるターン
テーブル８上の一端（中心からの距離Ｑ２）に取付けら
れており、テーブル２１とターンテーブル８とはクラッ
チ２２にて連結、分離可能に構成されている（特公昭５
９−４９８０７号；同５９−４９８０９号参照）。これ
によれば、まず、鋳型を載置したターンテーブルを予め
運転しておく。そして、静止したテーブル上のルツボ内
で材料を溶解し１目視で溶融を確認した後、クラッチを
オンにすることにより、ターンテーブルと同期してテー
ブルを急速回転させて初期鋳込力を得、遠心力によって
ルツボ内の溶融材料を鋳型に向って飛散させ、鋳込みを
終了する。その際、溶解中の材料（チタン材）の酸化を
防ぐため、電極部からアルゴンガスを噴射させているが
、溶解と同時にアルゴンガスの供給を停止する。

一方、他の例としては、第８図（ａ）、　（ｂ）、（Ｃ
）に示すように、加圧溶解室２３と減圧鋳造室２４から
なるスタティックな構造の装置を使用する方式がある。

まず、加圧溶解室と減圧鋳造室から空気を排出する。次
いで加圧溶解室に圧縮アルゴンガスを流入させた後、そ
のアルゴンガス雰囲気内で材料をアルゴンアーク溶解す
る（ａ）。溶解材料は自重落下するが（ｂ）、溶解した
時点を目視で観察し、スイッチをオンにして加圧溶解室
にアルゴンガス圧（３，７ｋｇ／ａＪ）を加えて加圧し
、鋳込むものである。この場合、加圧溶解室と減圧鋳造
室とのシールに鋳型を用いているため、吸引することに
よって鋳型内の空気を抜き、溶融材料が型内の隅々まで
抵抗なく流動できろように図られている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、前述の如く、チタン材は酸素吸収が極めて短
時間に行われるため、ｉ８解はもとより、鋳込み成形後
冷却凝固するまで酸素と接触しないようにしなければな
らない。酸素を吸収したチタン材は綺質面で脆く、強度
の低下、硬度の上昇などの現象が表われる。

また、チタン材は高温で溶解（約１７２０℃）すること
から、溶解エネルギーを取り除くと急冷に近くなり、温
度の低下と共に流動性が著しく低下するので、溶解後急
速に型込めする必要があり、そのためには相当な力で型
内に押込んでやる必要がある。

これらの観点からすると、第７図に示した遠心鋳造方式
では、溶解と同時にアルゴンガスの供給を停止するので
、最も重要な溶融材料と訪込み型との接触時にはアルゴ
ンガスがなく、シたがって、凝固までの間（約６０秒間
）は酸化が激しいという問題がある。更には、溶解後に
クラッチによってテーブルをターンテーブルに連結し、
テーブル（ルツボ）の回転を増速しでも、温度低下によ
る流動性の低下を招く前に型込めすることは困雉である
。

また、第８図に示した加圧、吸引による鋳造方式では、
型部の室は真空（最高で１ｋｇ／ｄ）と鋳込時の加圧（
３，７ｋｇ／ｃｎｌ）との差圧（合計で４．７ｋｇ／ａ
りで鋳込み力が得られるが、これでは加圧力が小さく、
大容量のチタン材を鋳込み或いは型の微細部まで充満さ
せる鋳込み能力に欠けるという欠点がある。

本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、チタン及びチ
タン合金の遠心鋳造に際して、材料の酸化を防■ｌでき
、かつ、材料の温度低下に起因する粘性の低下が生じな
い短時間のうちに型の細部まで材料を送り込み得る遠心
鋳造装置を提供することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明者は、従来の遠心鋳造
技術でチタン材の溶解確認、ルツボの増速回転が人為的
に行われていることが急速なノｔＩ込めを阻止している
ことを究明するに至り、これを解決するための方策を更
に研究した結果、遠心力を与えられた物体が描く軌道は
回転数に無関係に一定であり、軌道の目標位置に達する
時間は回転数によって異なることに着目し、予め所定の
回転数で鋳型を回転させておけば、溶融チタン材を単に
その回転軸芯上に自然落下させるだけで溶解と同時に急
速な鋳込みが自動的に行い得ることを知見するに至り、
これに基づいて本発明をなしたものである。

すなわち、本発明に係るチタン及びチタン合金用遠心鋳
造装置は、電極、ルツボ及び鋳型を内部に配した容器と
、該容器内を減圧するための真空引き装置と、減産され
た該容器内にアルゴンガスを封入するためのアルゴンガ
ス供給装置と、回転台に水平方向に取付けた鋳型に遠心
力を付与するための回転駆動装置とを有する遠心！５造
装置において、前記ルツボは、アーク溶解した材料が自
然落下し得る開花部をその底面に有し、該開孔部中心が
重織回転駆動装置によって回転される鋳型の回転軸線上
にあるように配置したことを特徴とするものである。

以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

遠心鋳造においては、遠心力を与えられた溶融材料は外
方に向って飛散し、型込めが行われる。

ところで、拘束を受けない物体に遠心力を与えると、回
転数に関係なく第４図に示すような軌道上を移動する。

このことから、溶融チタン材を回転軸芯上におけば、約
３１０°回転した時、既に半径１００ｍｍに達している
。この位置に達する時間は回転数により異なるが、例え
ば、回転数が９００　ｒｐｍ（１５ｒｐｓ）の場合、　
　（（３１０’　／３６０’　）÷１５ｒｐｓ＝）　０
．０５７ｓｅｃで半径１００ｍｍに材料が到達すること
になる。

したがって、このような短時間内に溶融チタン材を軌道
上の所定の位置、すなわち、鋳型内に送り込むためには
、鋳型の回転軸線上に溶解後直ちに溶融チタン材をおく
ことを前提に、予め鋳型を所定の設定回転数で回転させ
ておく必要がある。

この点、従来の遠心鋳造法では溶解後クラッチで連結し
てその後増速しでいるが、これでは上記軌道上の所定の
位置に７８融チタン材が到達するまでに温度が低下し、
粘性の低下を避けることができない。

か＼る短時間内での鋳込みを可能にするには、上記前提
条件、すなわち、如何にして溶解後直ちに溶融チタン材
を鋳型回転軸線上におくかが課題となる。この課題を解
決するため、本発明では、チタン材を溶解するためのル
ツボの配置位置を鋳型の回転軸位置との関係で特定した
ものである。

すなわち、ルツボの底面に溶融材料が自然落下し得る開
花部を設け、この間孔部中心を鋳型の回転軸線上にある
ようにルツボを配置する。これにより、第３図に示すよ
うに、ルツボ６上のチタン材１３は電極（−）４との間
で発生させたアークによって溶解が始まり（ａ）、溶解
と同時に溶融材料は表面張力によって上面が丸くなり（
ｂ）、材料の全てが溶融した時、直ちに自重によりルツ
ボ６の開孔部２０を通って自然落下し、鋳型の回転軸線
上、すなわち、遠心力によって描く軌道の始点０（第４
図）に供給される。

なお、ルツボ６の開孔部２ｏの形状、寸法〜は特に制限
されず、要は溶解したチタン材が溶解後直ちに自然落下
できるようにすればよい。

以上の構成の他、本発明では、内部に電極、ルツボ、鋳
型等を配置したタンク内を溶解に先立って所定の真空度
（Ｉ　Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒ以下、好ましくは１×１０
−’　Ｔｏｒｒ）にするために真空ポンプ等の真空排気
装置を設け、また、該タンク内にアルゴンガスを２００
〜３００　Ｔｏｒｒ封入してこの雰囲気中でアーク溶解
させるためにアルゴンガス供給装置を１投ける必要があ
る。これにより、溶解、Ｕ込、冷却凝固は真空中で行わ
れ、特に鋳込み時には既に鋳型内が真空下にあり、溶融
材料の流動を妨げるガスが排除されているので、材料の
酸化が防止されると共に設定した遠心力が有効に作用し
て型の細部まで材料を押し込むことができる。

したがって、鋳型としては、鋳型室内に排気ベント孔を
設けるなどの特別の設計を施す必要がなＩＩ’＠ ・　次に本発明の一実施例を示す。

（実施例） 第１図及び第２図は本発明の一実施例に係るチタン及び
チタン合金用遠心！５造装置を示している。

図中、１はタンクで、その上部には覗窓３を取付けた開
閉可能な蓋２が設けられている。タンク内には、電極（
−）４を備えた電極ホルダー５と、電（萌４の下方に配
され、チタン材１３を載置するルツボ６と、駆Ｂす５モ
ータ１０によってプーリーを介して回転ｌ駆動される駆
動軸９に取付けられた回転台８と、ｉｉｌ＋１転台上に
取付けた鋳型７とが配置されている。ルツボ６の底面に
は鋳型７の回転軸線−１−に位置するように開孔部２０
が設けられ、この開孔部中心直下には自然落下してくる
溶融チタン材を水平方向にセラ１〜された鋳型７に導く
ための湯道７′が配置されている。

１１は真空ポンプであり、配管等を介してタンク１に接
続されており、またタンク１にはアルゴンガスを封入す
るためのガスボンベ１２が接続されている。５′は電極
用アーム、６′はルツボ用アームで、Ｕ型７の取替え時
に作業しやすくするため、それぞれシリンダー装置によ
って昇降可能で、第２図に示す如くタンク１の内面方向
に回転可能な構造になっている。

なお、第１図及び第２図に示した遠心鋳造装置は１機器
本体が１５型の遠心力回転時にベースに対して振動ズレ
が生じるおそれがあるので、ポル！・固定、吸盤、ゴム
製スベリ止め、防振ゴム（バネ）などによって固定する
ことが好ましい。特に吸盤による機器本体の固定の場合
には、吸盤の負圧が何等かの原因で保持できなくなるこ
とがあるので。

鋳型を配したタンク内が減圧されていることを利用し、
このタンク内と吸盤内とを接続しておくことができる０
例えば、第５図に示すように、吸盤のパッド（ゴム）１
７をパッド接手１８を介して機器本体に取付けるに際し
、パッド接手１８に逆止弁１９を設け、パッド１７を機
器本体内の真空ポンプに配管等を介して接続しておく、
これにより、タンク内圧と同等圧力がパッド内に導びが
れ、パッド内は負圧となり、吸盤効果が確実に得られる
。

また逆止弁１９が設けられているので、タンクを真空引
き後にアルゴンガスが導入されても、パッド内は最初の
真空到達圧で保持されるし、逆止弁１９が万が一作動不
良となっても、アルゴン圧２００〜３００　Ｔｏｒｒの
負圧雰囲気で充分な固定力が得られる。

（作用） 次に、上記遠心鋳造装置の作用を説明する。

まず、タンク１に蓋２を閉じ、真空ポンプ１１によって
タンク内をＩ　Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒ、好ましくはＩ　
Ｘ　Ｉ　Ｏ−’Ｔｏｒｒに到達させる。しかる後にガス
ボンベ１２よりアルゴンガスをタンク１内に２００〜３
００　Ｔｏｒｒ注入し、負圧アルゴンガス雰囲気に保つ
。アルゴンガスは高価であり、毎回使用するものである
ため、その消費量を極力少なくする必要性から、アーク
放電を安定化するために必要な最少限度を使用するのが
好ましい。

その後、駆動軸９に取付けた回転台８を駆動モータ１０
によりプーリを介して所定の設定回転数（約６００〜９
００ｒｐｍ）に回転させる。これを確認した後、電極ホ
ルダー５に取り付けた電極（−）４とルツボ６の上部に
セットしたチタン又はチタン合金の材料（＋）１３に直
流電圧をかけ、アーク放電によって材料１３を溶解する
。溶解と同時にルツボ６の開孔部２０を通って自然落下
した溶融材料は、湯道７′を介して鋳型７に流れ込み、
成型品を得る。

鋳型７は、例えば、第６図に示すように、鋳型室内に排
気ベント孔をもたず、ポーラスな埋没剤１４によって鋳
型室が形成されているが、第１図に示す如く設けた鋳型
は、上記第１段階における真空引きによって内部の空気
が取り除かれているため、溶融した金属（チタン又はチ
タン合金）は抵抗なく流動し、湯道７′、押し湯１５を
介して型の細部にまで押し込まれる。したがって、鋳型
室内に排気用のベント孔を設ける必要がなく、ペン１〜
孔がないので後工程が容易な成形体Ｗを得ろことができ
る。勿論、他の鋳造法案による形状の鋳型を使用できる
ことは云うまでもない。

上記の遠心鋳造方式によれば、溶融した金属は、予め回
転して遠心力を得ている鋳型７に流入されるので、短時
間で成型される。このため、溶融金属の温度低下に起因
する粘性の低下に対する心配がないので、押し湯１５も
少なくて済み、この点からも材料歩留りが向上する。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、チタン及びチタ
ン合金の溶解、鋳込、冷却凝固までを真空中で行うこと
ができるため、チタン材の酸化による品質劣化、硬度上
昇が起こらず、理想的な製品を得ることができる。また
、溶融したチタン材は設定回転速度に充分達した鋳型内
に溶解後直ちに自動的に流し込まれるため、温度低下に
よる粘性低下を招くことなく、設定した遠心力で型の細
部まで押し込むことができ、高品質の製品を材料歩留り
よく得、ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例に係る遠心鋳造装
置を示す図であり、第１図は側断面図、第２図は平面図
。 第３図（ａ）、（ｂ）、　（’ｃ）は、上記装置におけ
るルツボ上の材料の溶解状態を説明する図、第４図は遠
心力を与えられた物体の移動軌道を示す説明図、 第５図は上記装置の機器本体固定用の吸盤を示す断面図
。 第６図（ａ）、（ｂ）は鋳型の一例を示す断面図であり
、（ａ）は紡込み前を示し、（ｂ）は鋳込み後を示し、
第７図は従来の遠心鋳造装置の一例を示す断面図。 第８図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は従来の他の鋳造方式の
工程を示す説明図である。 １・・・タンク、２・・・蓋、３・・覗窓、４・・・電
極、４′・・・電極用アーム、５・・・電極ホルダー、
６・・・ルツボ、６′・・・ルツボ用アーム、７・・・
鋳型、７′・・・湯道、８・・・回転台、９・・・駆動
軸、１０・・・駆動用モータ、１１・・・真空ポンプ、
１２・・・ガスボンベ、１３・・・材料（チタン材）、
１４・・・埋没剤、１５・・・押し湯、１６・・・アー
ク発生機、１７・・吸盤パッド、１８・・・パッド接手
、１９・・・逆止弁、２ｏ・・・開孔部。 特許出願人　　　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士　　中　　村　　　尚 第１図 第２図 第３図 第４図 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電極、ルツボ及び鋳型を内部に配した容器と、該容器内
   を減圧するための真空引き装置と、減圧された該容器内
   にアルゴンガスを封入するためのアルゴンガス供給装置
   と、回転台に水平方向に取付けた鋳型に遠心力を付与す
   るための回転駆動装置とを有する遠心鋳造装置において
   、前記ルツボは、アーク溶解した材料が自然落下し得る
   開孔部をその底面に有し、該開孔部中心が前記回転駆動
   装置によって回転される鋳型の回転軸線上にあるように
   配置したことを特徴とするチタン及びチタン合金用遠心
   鋳造装置。