JPS63260648A - 精密鋳造用鋳型材とそれを用いた鋳造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は金属材料やガラス材料などの精密鋳造を行うた
めの鋳型材とそれを用いた鋳造方法に関するものである
。

〔従来技術及びその問題点〕

高融点金属鋳造用の鋳型材としてこれまでシリカ系、マ
グネシア系、ジルコニア系、カルシ７系などの各種セラ
ミックス系鋳型材が開発されている。これらの鋳型材は
特にチタンおよびチタン合金のような高温反応性に冨む
金属の場合にはそれぞれ次に示すような一長一短があり
、まだ実用段階に至っているとは言えない状態にある。

すなわち、シリカ系はチタンとの焼付反応が大きく良好
な鋳造体は得られない。またマグネシア系は酸化抑制に
は効果があるが、膨張不足などの欠点がある。次にジル
コニア系であるが酸化抑制の点ではマグネシア系と同等
の性能を示すが、熱膨張性が小さいことや、熱衝撃抵抗
性の点で十分とは言えず価格面でも問題がある。一方カ
ルシア系であるが、これはマグネシア系と同様な特性と
欠点がある。そして最も大きな問題点としては、水和反
応による材質の劣化や破壊などの耐久性や鋳型強度上の
問題がある。

これらセラミック系鋳型材の問題点を解決するため、シ
リカ系−主としてリン酸塩系埋没材−においては真空下
での鋳型の焼成、脱気により焼付反応を小さくする工夫
が試みられている。

またマグネシア系の場合は膨張不足をジルコニウムなど
の金属粉末を添加することにより補償することが行われ
ている。一方、ジルコニア系では現在、分散性、流動性
、生型強さなどの改善のために各種バインダーや界面活
性剤の検討が続けられている。カルシア系では最近、高
純度鋳物が得られる可能性があることが発表された。（
日本金属学会講演概要集（１９８７，４（Ｐ２１１））
しかし乍ら、以上の諸研究においても、実用上の観点か
らは鋳型材として完成されたものとは言い難いのが現状
である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らはかかるセラミックス系鋳型材のなかで、そ
の性能と価格の点で最も有望視されているカルシア系鋳
型材に関する諸問題を解決するため鋭意研究を行った。

その結果、Ｊｉｆｆされたカルシア粉末原料と低含水率
のアルコール類および非水系無機質、有機質材料を結合
剤とする混合物組成から成る鋳型材を使用することで、
大気中における化学的安定性に優れ、かつ生型および焼
成後の鋳型強度も大きく、この鋳型材から成る鋳型を用
いてチタンおよびチタン合金等の高融点活性金属を鋳造
した場合、酸化抑制効果が大で、焼付反応がごく小さく
、加わるに鋳造収縮率も小さく、寸法適合性にも優れた
鋳造欠陥の少ないＳＲ造体を得ることができた。

〔実施例〕

以下、本発明による金属やガラスなどの精密鋳造用鋳型
材の組成とそれを用いた鋳造方法を実施例に基づいて説
明する。

（実施例１） 純度９８．０％の平均粒径が０．５ｍｍパスの電融カル
シア粉末に結合材として含水率０．２％以下のイソプロ
ピルアルコールと有機チタネートを下記の割合で調合し
、泥状埋没材を形成した。

鋳型材組成 ＣａＯカルシア　　　　　　　　１００　　部イソプロ
ピルアルコール　　　１８．５部テトラ−１−プロポキ
シチタン０．９部ワックスパターンとして幅１０ｍｍ、
長さ３０ＩＩＩ！１．厚さ２ＩＩＩ１１の板状モデルを
使用し、これを上記組成の鋳型を用い公知のインベスト
メント法により鋳型を製作１．り後、ステア　Ｌ／　ス
ｆ！Ａ（ＳＯＳ　４２０Ｊ−２）とクロム−モリブデン
鋼（ＳＣＭ４４０）の鋳造をそれぞれ行った。その結果
、溶湯と鋳型との化学反応はほとんどなく、表面の肌荒
れのない鋳造品が得られた。

（実施例２） 純度９８．５χ、平均粒径０　、３ｍｍパスの電融カル
シア粉末に結合材として含水率０．２％以下のｎ−プロ
パツールとジルコニウムアルコレートを下記の割合で添
加し、泥状埋没材を形成した。

鋳型材組成 ＣａＯカルシア　　　　　　　１００部ｎ−プロパツー
ル　　　　　１９．０部シルコニウムテトラハレマルプ
トキシＦ　　　　　　　　　　　ｔ、ｏ　　部実施例１
と同様なワックスパターンを使用し、アルミニウム合金
（ＡＣ４ｃ）と調合（ベリリウム銅）の鋳造をそれぞれ
行った。その結果、得られた鋳造品はプラスターモール
ドで鋳込んだものと比較して機械的強度および伸び、硬
度において何ら遜色がなかった。また、表面性状も繊細
で良好であった。

（実施例３） 純度９９％、平均粒径０．２ｍｍパスのルツボ溶融性カ
ルシア粉末に含水率０．２％以下のｎ−ブチルアルコー
ルとイツトリウムアルコレートを下記の割合で添加し泥
状埋没材を形成した。

鋳型材組成 ＣａＯカルシア　　　　　　　　１００部ｎ−ブチルア
ルコール　　　　！’６．０部イツトリウムイソプロポ
キシＦ　　　　　　　　　　　　　　　　０．８部前記
実施例１と同様なワックスパターンを使用して、チタン
およびチタン合金Ｔｉ−６ＡＩ〜４ｖの鋳造をそれぞれ
行った。鋳造はアルゴンアーク溶解加圧式鋳造機にて行
った。この結果、鋳型表面にはクラックや焼付現象もな
く鋳造品の鋳肌表面の性状も良好であった。またこれら
の鋳造品のＸ線透視装置による内部検査を行ったが内包
巣等の内部欠陥はほとんど認められなかった。

（実施例４） 純度９９．５χ、平均粒径０．１ｍｍパスの実施例３と
同様なカルシア粉末に結合材として含水率０．２ｚ以下
のイソプロピルアルコールと有機チタネートとして該ア
ルコールに可溶な特殊メタクリル樹脂を下記の割合で調
合し、泥状埋没材を形成した。

鋳型材組成 ＣａＯカルシア　　　　　　　１００部イソブ■ビルア
ルコール　　　　　　　　　　　　　　　　　１８．５
　部ジーｉ−ブ■ポキシ（アセチル、アセトナイド）チ
タン　　ｏ、９部このスラリーヘモデル形態のクラウン
ワックスツマターンをン＋？Ｈし、コーティング層の厚
みを０．７〜１　、０ｍｍとした。次にこれを空気中で
自然乾燥した後、内径４０ｍｍ　、高さ５０ｎ＋ｍの金
属製リング内にアスベストリボンの内張りを施した円筒
内におさめ、その周囲をインベストメント鋳造用の石膏
スリラーで埋没し、バンクアップした。パターンを埋没
後、約１〜２時間温室で放置し、湯口表面にスラリーを
塗布し、石膏表面をコーティングした。これを電気炉中
で加熱し脱ロウ焼成した。この結果、合金チタンの溶湯
に対するコーティング層の耐熱性と機械的強度は十分で
、バックアップ材としての石膏との反応は認められず、
鋳型のｔＵ傷も無かった。得られた鋳造品の表面性状は
美麗で品質的にも実施例３と比較して遜色がなかった。

（実施例５） 上記実施例４と同様な鋳造方法で下記の組成からなるガ
ラスセラミックスの鋳造を行った。

ガラス組成 Ｎａｚｏ　　　５．０　　重量％ に２０　　０．５　　重量％ ＭｇＯ３，０重量％ Ｃａ０　　３３．０　　重量％ ＳｉＯ□　４５．０　　重量％ Ｐ２Ｏ３１３，５重量％ この結果、クラックの入らない機械的強度に優れたガラ
スセラミックス鋳造体が得られた。

以上の実施例で示さなかったが、本発明に係わる分散媒
であるが、水以外にアルコール、エーテルベンゼン、四
塩化炭素、トリクロロエチレン、等種々の分散材につい
て検討したが、アルコール類を除いて真の鋳込み泥漿に
近い状態の懸濁液にはなりにくかった。

そしてアルコール類は結合材としての役割も果しており
、その性能としては特に含水率が基本的に重要であるこ
とが判明した。即ち、含水率が０゜２χ以上のアルコー
ルを使用した場合は十分な強度の鋳型が得られなかった
。例えば、アルコール単体を使用の場合、特級グレード
では鋳型強度はメタノール（含水率＜０．１χ）〉イソ
プロピルアルコール−ｎ−ブチルアルコール（含水率＜
０．２χ）〉エタノール（含水率〈０．４χ）の順であ
り、エタノールの場合は十分な鋳型強度が得られなかっ
た。

以上のように、アルコール単体では鋳型強度の点でメタ
ノールが優れているが、メタノールは毒性であるので取
り扱い上、問題があり、操作性も悪い、それに加えて鋳
造収縮率も大きかった。

以上のようなアルコール単体での欠点を考慮して鋳造収
縮率の改善および鋳型強度の向上と水和をできる限り防
止するために、アルコールに金属アルコキシドのような
非水系無機質材料を添加した場合にはより優れた鋳型材
が得られた。さらに生強度と防水性の一層の向上のため
、アルコール可溶な非水系有機質材料を同時に添加する
ことがより望ましいことがわかった。

次に原料粉末としてのカルシアであるが、炭酸カルシウ
ムを焼成して製造されている通常の工業的純度Ｃ〜９８
χ）の平均粒径が数μｍ〜サブミクロンサイズのＣａＯ
粉末は空気中に放置されると水分および炭酸ガスを吸収
して水酸化カルシウムと炭酸カルシウムになり水を作用
させると高熱を発して水酸化カルシウムとなり、鋳型材
の出発原料としては使用が困難である。これに対して、
各種溶融法により製造された羊結晶ＣａＯより粉砕され
て得られるＣａＯ粉末は前者の方法で製造されたＣａＯ
粉末と異なり粒子表面の化学的安定性が大きく、耐消化
性が比較にならないほど優れていることが明らかになっ
た。従って、鋳型基材の出発原料としてのＣａＯ粉末は
単結晶質のものが極めて優れたものであった。しかもそ
の平均粒径は１　ｍｍ以上では通気度は十分あるものの
、鋳型強度の保持の点で結合が十分でなく、そのうえ得
られる鋳造体は繊細な鋳肌面が得られに＜＜、一方、数
μｍ以下のサイズになると表面活性が大きくなり、化学
的安定性が低下するので好ましくないことが確認された
。

またハックアップ材としては寸法精度の優れた鋳造体を
得る目的には、石膏を用いることが好ましいが、その他
のスコソタ材（耐火砂）を使用してもよい。更に結合剤
は添加、混合した場合凝集、沈澱等を惹起しないものを
適正な範囲内で自由に組み合わせて使用できるが、界面
活性剤や消泡剤なども酸化抑制効果を低減させない範囲
内で添加するとよい。

〔発明の効果〕　　。

畝上の如く、本発明によるカルシア系基材から成る精密
鋳造用鋳型とそれを用いた鋳造方法によれば大気中での
化学的安定性に優れ、鋳型強度も大きく、かつ酸化抑制
効果に優れたいることから、アルミニウム合金や銅合金
のように低融点の金属は言うに及ばず、チタンおよびチ
タン合金のような高融点でかつ高活性な金属で通常は鋳
造困難な金属やガラスセラミックなどの鋳造にも使用で
きるなど極めて広い範囲の金属材、ガラス材などの精密
鋳造を行うことができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）平均粒径が１０〜１０００μｍの単結晶質カルシ
   ア粉末を鋳型基材としたことを特徴とする精密鋳造用鋳
   型材。
2. （２）鋳造対象物形状をしたろう模型を型枠中にセット
   し、該型枠内に平均粒径が１０〜１０００μｍの単結晶
   質カルシア粉末を充填した後、脱ろう工程を経て形成さ
   れた殻中に溶湯を注入することを特徴とする鋳造方法。
3. （３）平均粒径が１０〜１０００μｍの単結晶質カルシ
   ア粉末の鋳型材と、結合剤を含んだアルコール類とを混
   練して成るスラリーに鋳造対象物を成するう模型を浸漬
   もしくは上記スラリーを表面に塗布して少なくともろう
   模型表面に鋳型材のコート層を備えたろう模型を型枠内
   にセットし、石膏、ケイ酸塩、リン酸塩などのバックア
   ップ材を充填した後、脱ろう工程を経た殻中に溶湯を注
   入せしめることを特徴とする鋳造方法。