JPS62270268A - チタン又はチタン合金の精密鋳造方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） 本発明はチタン又はチタン合金の精密鋳造方法に関する
ものである。

（従来の技術及び解決しようとする問題点）従来より、
精密鋳造法としては種々の方式のものが提案され、実用
化されてきている。

例えば、タンク内でアルゴン噴射しながら溶解し、溶解
と同時に、予め真空に引いである別のタンクと接続して
短期に負圧にして鋳込み、加圧して成形する方法がある
（実公昭５６−４１７０４号参照）。この方法は、第６
図に示すように、鋳型７を内部に配置した回動可能なタ
ンク２ｏ内にボンベ１２よりアルゴンガスを供給し、こ
のアルゴンガスをノズル５を介して噴射しつつ、溶融材
料１３を溶解し、溶解後、タンク２０には、真空ポンプ
２２で予め真空引きしておいた別のタンク２１を溶解と
同時に接続し、これによってタンク２０内を減圧下にす
ると共にボンベ１２よりアルゴン圧を加え、タンク２０
を回動することにより。

ルツボ６から溶融材料１３が鋳型７内に鋳込まれる。

しかし、この方法では、予め真空に引いたタンク２１を
タンク２０に接続した場合、鋳型７を配置しであるタン
ク２０の容積■。とタンク２１の容積ｖ１との比（Ｖ□
／ｖ１）を相当大きくしておかないと、タンク２０内の
圧力低下（減圧）は期待できない。例えば、タンク２０
とタンク２１の容積が全く同じである場合には、タンク
２１を絶対真空に引いておいてもタンク２０内は３８０
　Ｔｏｒｒ程度にしか達せず、またタンク２１の容積を
仮りにタンク２０の１００倍の容積にしたうえでタンク
１１を絶対真空に引いた場合でも、タンク２０内は約７
．６Ｔｏｒｒであり、これでは工業的には不向きである
。

一方、他の方法として、第７図に示すように、遠心力作
用方向（図中矢印方向）に排気ベント孔２３を多数設け
て鋳型７の各空隙部へ流動し易くする方法がある（特開
昭５９−１７９２６号参照）。

しかし、この方法も、溶湯の流動化を図ることはできて
も、得られてた製品は全てこの排気ベント部を取り除き
、その接続部分をグラインダーなどで仕上げ加工する必
要があり、特に細かい細工のなされた指輪、ネックレス
などの鋳造の場合には、製品が小さいため、仕上げ加工
に労力が必要となるという欠点がある。したがって、こ
の方法では排気ベント孔をなくすことが期待されている
。

もっとも、精密鋳造品は特に貴金属を対象とするとか多
く、押湯、排気ベント部などを再利用するケースも考え
られるが、チタン材の精密鋳造においては再利用しても
製品の物性がかなり低下するため、再利用は好ましくな
い。したがって、いずれにしても、溶融材料と製品との
材料歩留りの点が課題となることから、排気ベント孔を
必要としない鋳造方法の開発が望まれている。

本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、チタン又はチ
タン合金の精密鋳造に際して排気ベント孔をもたない鋳
型を用いても、材料歩留りよく鋳造可能な方法を提供す
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１本発明者は、種々研究の結果
排気ベント孔をもたない鋳型内にチタン又はチタン合金
材溶湯を鋳込む際にその流動を妨げるガスを排除してお
くならば、可能であるとの知見を得て、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又はチタン合金の精密鋳
造方法は、鋳型内に排気ベント孔を備えていない鋳型を
容器内に配しておき、予め真空度１　Ｘ　１０−１Ｔｏ
ｒｒ以下に減圧した該容器内で、アルゴンガスを２００
〜３００　Ｔｏｏｒ封入した雰囲気のもとでチタン又は
チタン合金を溶解し、次いで前記鋳型に注湯することを
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。

（実施例） 前述の如く、従来の精密妨造法では常圧下で溶解後、鋳
込時にのみ減圧しようとする方法であるため、大がかり
な真空装置を用いても達成真空度に問題があったのに対
し、本発明では排気ベント孔をもたない鋳型を配した容
器内を溶解に先立って予め所定の真空度に減圧するため
、容器にあった最適な真空装置を選ぶことができ、また
、その到達真空度はＩ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒより高い
真空度にすれば、溶解材料のもつ酸素濃度を大幅に増加
した製品材質に至らず、製品品質の安定した特進製品を
得ることができる。到達真空度をＬＸＩＯ”−１Ｔ　ｏ
ｒｒより低い値、例えば０　、　Ｉ　Ｔｏｒｒ〜７６０
Ｔ　ｏｒｒの範囲にすると、鋳造された製品は酸化がは
げしく、また窒素吸収量が多くなり、窒素の固溶から製
品硬度を大幅に高くする原因となり、好ましくない。

溶解に当っては、予め到達真空度をｌＸｌ０−１Ｔ　ｏ
ｒｒに減圧した容器内へアルゴンガスを２００〜３００
　Ｔｏｒｒ封入した雰囲気とする。これにより、アーク
放電が安定化し、チタン又はチタン合金の溶湯の酸化等
を十分防止することができる。

アルゴンの雰囲気圧力を２００　Ｔｏｒｒより高い値（
２００Ｔｏｒｒ〜Ｉ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ）、例えば
１００Ｔｏｒｒの雰囲気でも溶解は可能であるが、アー
ク放電が不安定となり、溶解ミスがしばしば起こること
、また６０Ｔｏｒｒ以下であれば、その現象が顕著で実
用上不可能である。反対にアルゴンの雰囲気圧力を３０
０　Ｔｏｒｒより低い値（３００〜７６０Ｔｏｒｒ）に
すれば、アーク放電は安定して品質もある程度は向上す
るが、３００　Ｔｏｒｒより低い値では品質の向上も顕
著でなく、アルゴンガスは高価なことから、ランニング
コストなどを考慮すると、　２００　Ｔｏｒｒ〜３００
　Ｔｏｒｒの範囲が実用上好ましい。

鋳込方法としては特に制限されず、遠心鋳造方法、加圧
成形方法を問わない。

次に本発明法で遠心鋳造法を採用した場合の一例を説明
する。

第１図及び第２図は本発明の実施に用いる遠心鋳造装置
の一例を示しており、タンク１は上部に気密的に開閉可
能で覗窓３を有する蓋２を備え、内部に鋳型７が配され
ている。まず、タンク１に若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　１０−”Ｔｏｒｒに到達させる６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
２００〜３００　Ｔｏｒｒ注入し、負圧アルゴン雰囲気
に保つ、アルゴンガスはアーク放電を安定するために必
要な最少限度を使用すれば足りる。

その後、駆動モータ１０によってブーりを介し、駆動軸
９に取付けた回転台８を所定の設定回転数（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
。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。なお、第２図に示すように、電
極ホルダー５並びにルツボ６はアームを介して回動可能
になっている。

鋳型７は、第３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、ベント孔がないので後工程
が容易な成形体Ｗを得ることができるものである。

上記の遠心鋳造法によれば、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
で成型できる。このため、溶融金属の温度低下に起因す
る粘性の上昇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。

第４図は他の変形例を示したもので、第１図の遠心鋳造
装置と異なる主な点は、鋳型７を円形にし１回転台８の
駆動軸を中心軸として遠心回転させるようにした点であ
る。真空ポンプ１１によりタンク１内を所定の真空度に
減圧した後、ガスボンベ１２よりアルゴンガスを注入し
、電極４とルツボ２間でアーク発生機１６によりアーク
を発生させ、ルツボ２に載置したチタン材１３を溶解す
ると、該溶融金属は、モータ１０によって予め所定の回
転数に回転させである回転台８上の鋳型７に直接落下し
、遠心力によって鋳込まれる。この場合、第１図に示し
た鋳型配置に比べて遠心力が小さくなるので、鋳型７の
回転数を高くする必要があるが、装置全体がコンパクト
となり、操作性も向上する利点がある。

なお、第１図及び第４図に示した遠心鋳造装置は、機器
本体が鋳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、ボルト固定、吸盤、ゴム製ス
ベリ止め、防振ゴム（バネ）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。例えば、第５図に示すように、吸盤のパッド（ゴ
ム）１７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１
７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
導びかれ、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。

前述の如く、本発明法では、鋳込みを遠心鋳造法以外の
方法でも行うことができ、例えば、鋳型を全く回転させ
ずに溶融材料をその自重で鋳型内に落下させて鋳込む方
法を採用してもよい。この方法でも、第１段階における
真空引きによって鋳型内部の空気が取り除かれているた
め、溶融した金属は抵抗なく流動し、専ら自重のみによ
っても型の細部まで充満可能である。

（発明の効果） 以上詳述したように５本発明によれば、鋳型内でチタン
又はチタン合金溶湯の流動を妨げるガスを排除する構成
であるので、排気ベント孔をもたない鋳型を採用でき、
したがって、材料歩留りを顕著に向上でき、後工程も簡
易となる。また、本発明法は鋳込み方法を問わないので
、適用範囲も拡大できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の実施に用いる遠心鋳造装置
の一例を示す図であり、第１図は側断面図、第２図は平
面図。 第３図（ａ）、（ｂ）は鋳型を示す断面図であり、（ａ
）は鋳込み前を示し、（ｂ）は鋳込み後を示し、第４図
は上記遠心鋳造装置の他の例を示す側断面図、 第５図は遠心鋳造装置の機器本体固定用の吸盤を示す断
面図、 第６図は従来の鋳造装置の一例を示す説明断面図。 第７図は従来の鋳造装置の他の例を示す説明断面図であ
る。 ■・・・タンク、２・・・蓋、３・・・覗窓、４・・・
電極、５・・・電極ホルダー、６・・・ルツボ、７・・
・鋳型、８・・・回転台、９・・・駆動軸、１０・・・
駆動モータ、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。 第１図 第２図 （Ｃ１）　　”３”　　（ｂ） 第４図 第６図 第７−図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鋳型室内に排気ベント孔を備えていない鋳型を容器内に
   配しておき、予め真空度１×１０＾−＾１Ｔｏｒｒ以下
   に減圧した該容器内で、アルゴンガスを２００〜３００
   Ｔｏｒｒ封入した雰囲気のもとでチタン又はチタン合金
   を溶解し、次いで前記鋳型に注湯することを特徴とする
   チタン又はチタン合金の精密鋳造方法。