JPH0146226B2 - - Google Patents
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- JPH0146226B2 JPH0146226B2 JP20494881A JP20494881A JPH0146226B2 JP H0146226 B2 JPH0146226 B2 JP H0146226B2 JP 20494881 A JP20494881 A JP 20494881A JP 20494881 A JP20494881 A JP 20494881A JP H0146226 B2 JPH0146226 B2 JP H0146226B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- molten metal
- casting
- stopper
- tundish
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
- B22D18/06—Vacuum casting, i.e. making use of vacuum to fill the mould
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
Description
（産業上の利用分野）
この発明は熔湯加圧鋳造方法に係り、その目的
は、空〓率の小さい銅及び銅基合金或いはアルミ
及びアルミ基合金（以下この明細書においてこれ
らを良熱伝導金属という）の鋳物を提供すること
により熱伝導率が大きく、かつ物理的強度が大き
く、比較的製品重量の大きい（100Kg以上の）鋳
物でも鋳造できる方法を提供することにある。 この明細書において銅基合金とは少なくとも銅
が50重量％以上の銅合金を、アルミ基合金とはア
ルミが50重量％以上のアルミ合金をいう。 一般に、金属を鋳造する際に於ける欠点とし
て、金属或いは合金はその溶解時に大気中の多量
のガスを吸収し、これらの吸収ガスは凝固時その
大部分を外部に放出するけれども、一部は内部に
残存しブロウホール、ピンホール等の鋳造欠陥の
原因となる欠点がある。 更には、鋳型に溶湯を鋳込む際、大気中のガス
や鋳型よりの発生ガスが熔湯内に侵入して鋳造物
にブロウホール、ザク巣等の欠陥を作るというこ
とは周知の通りである。 一方、このような従来の欠点を排除せんとし
て、熔湯よりガスを排除せんとする鋳造法が古く
から提唱されている。 （従来の技術とその欠点） 従来の技術としては以下に記す(a)乃至(d)に開示
されたものがある。 (a) 特開昭55−94775号 加圧状態の圧力容器内で鋳型に鋳湯して鋳造
する。 この従来法(a)は金属熔湯中の溶存ガスが凝固
時固溶し、又鋳型よりの発生するガスも抑制さ
れるが、加圧状態で鋳型に給湯するため、ガス
が金属溶湯内に溶け込み、このため鋳型欠陥が
生じていた。 (b) 実公昭50−168号、 特公昭52−893号 下室の真空状態を維持しつつ、上室内のるつ
ぼの金属を真空状態で熔解脱ガスし、次いで上
室内を大気圧として鋳型内に給湯する。 この従来法(b)は上室と下室の圧力差を利用し
て熔湯を鋳型内に隈なく流入させることができ
る。 しかしながらこの従来法(b)は下室を常に真空
状態に維持する必要があり、一方上室と下室は
完全に区画密閉されておらず、上室が大気圧の
ときに下室に鋳型を通して空気が流れ、真空状
態を維持するのにエネルギーを多く要するばか
りでなく、鋳型内の気圧も大気圧以下になり十
分に熔湯金属を圧縮できず、熔湯内のガスの圧
縮が十分でないため鋳造欠陥がかなりあつた。 さらに上室内と下室内の圧力差を鋳型が受け
るので鋳型に過大な力が加わり、より堅固な鋳
型を必要とし、従つて鋳型の大きいすなわち大
きな鋳造物を得ることは事実上困難であつた。 (c) 実公昭36−33914号、 特公昭34−2258号 真空状態でタンデツシユから鋳型に熔湯を流
す。 熔湯内に侵入する大気中のガスや鋳型よりも
発生ガスを、雰囲気を減圧または真空圧とする
ことによつて、熔解時点で熔湯中から脱気除去
しようというこの従来技術(c)は完全に鋳造物に
ブロウホール、ザク巣等の欠陥を抑制すること
はできなかつた。 なぜなら、熔解時点で熔湯中の侵入ガスを完
全に脱気除去することは不可能で、結局極少量
のガスが熔湯中に残存し、この極少の残存ガス
が鋳造物にブロウホール、ザク巣等の欠陥を生
じせしめたからである。 (d) 特公昭35−1669号 取り鍋から金型へ熔湯を流入させる方向と量
の調整を兼ねたストツパーの使用で鋼塊底面の
肌荒、砂かみ、非金属介在の防止を図らんとす
るものであり、脱ガスをすることはできなかつ
た。 （欠点を解決するための手段と論理） この発明は以上の事情に照らしなされたもの
で、すなわち従来試案された真空若しくは加圧鋳
造法とは全く異なり各工程的に確実に実施出来る
方法であり操作性並びに生産性を大きく確立した
熔湯加圧鋳造法に係るものである。 銅及び銅基合金或いはアルミ及びアルミ基合金
の鋳造方法において、鋳造装置本体が上下に分離
結合できる上部体及び下部体からなり且つストツ
パで底部を開閉されるタンデツシユを内部に有す
る耐圧性気密容器であり、この前記上部体内部の
ストツパ付きタンデツシユ内に予め脱ガス脱酸処
理された溶湯金属を給湯し、次いでこの給湯され
た熔湯金属により上下に区画された上部体の上部
を不活性ガスで加圧するとともに下部体系内を大
気圧以下に減圧し、所定減圧完了後（この時の圧
力をP1とする）、前記上部体上部から不活性ガス
を加圧供給しつつ前記ストツパを開放して熔湯金
属をストツパ付きタンデツシユ下方に設けられた
熔湯流拡開部材内へ移行し連続してこの熔湯流拡
開部材より鋳型内へ鋳込むことにより熔湯を減圧
状態でかつ上部体上部内と下部体内の差圧により
加速して熔湯流拡開部材にて二次脱ガスするとと
もに（このときのガス気泡の体積をV1とする）
連続してこの熔湯流拡開部材により鋳型内へ鋳込
み、その後耐圧性気密容器内を大気圧以上（この
時圧力をP2とする）にして熔湯中に残存する極
少量のガス気泡の体積（V2）をV2＝（P1／P2）
V1に縮小せしめて空〓率の小さい高熱伝導金属
を得る。 これは熔湯がタンデツシユから下方へ移行（落
下）する速度に比べ上部体上部の加圧された不活
性ガスが下方へ移行する速度がはるかに小さいた
め、熔湯が減圧中で熔湯流拡開部材に移行するか
らである。 （実施例） 以下この発明法の一実施例を図面に基づいて説
明する。 第１図はこの発明の熔湯加圧鋳造用装置の縦断
面説明図であつて、この第１図において１は上部
体、２は下部体である。 この上部体１と下部体２は夫々に付設されたフ
ランジ１ａ，２ａで結合されて１体の耐圧性気密
容器となる。 上部体１及び下部体２はそれぞれ少なくとも耐
圧性容器からなり、この耐圧性容器の蓋部３が注
入口となり、更にこの耐圧性気密容器からなる上
部体１の底部４には金属熔湯の吐出口５が密閉自
在に開設されている。 尚、６は吐出口の上部に設けられた熔湯流拡開
部材で、この実施例においてはこの熔湯流拡開部
材６としてはセキ付きタンデツシユを例示する。
７はこの熔湯流拡開部材６と注入口４との中間に
設けられストツパ８で底部を開閉されるタンデツ
シユである。この発明法において熔湯流拡開部材
６は必ずしもセキ付きタンデツシユである必要は
なく、例えばストツパ付タンデツシユ７底部にス
ライド弁、電磁弁、熱電対弁あるいは熱熔融部材
を密着配置し、ストツパ付きタンデツシユ７底部
に多数の透孔を穿設し、機械的、電気的、熱的に
この透孔を開孔する構造としてもよい。 従つて、第１図の実施例においてはストツパ８
が電磁弁９の作動によつて上下する機構となつて
いるが必ずしもこの構造に限定されることはな
く、ストツパ８が何らかの操作により開閉作動す
る機械を内装するものであればこの発明に係る装
置において採用できる。 尚、この熔湯流拡開部材６の具体例を第２図
Ａ，Ｂに示す。 更にこのストツパ付きタンデツシユ７は、金属
熔湯が蓋部３から注ぎ込まれた後にストツパ付き
タンデツシユ７内でその温度の低下を避けるため
例えば断熱保温材でこのストツパ付きタンデツシ
ユ７を囲繞してもよく或いはストツパ付きタンデ
ツシユ７の近傍に金属熔湯の放熱現象を防止する
ための外部熱源を設けてもよい。 熔湯流拡開部材例えばセキ付きタンデツシユ６
の下方には、上部体１が密閉気密状とされる場合
には鋳型１０に向かつて吐出口５が形成され、こ
の吐出口５を介して鋳型に金属熔湯が注入される
こととなる。 尚第１図において１１は加圧用のバルブ及びパ
イプを示し、この加圧用バルブ及びパイプ１１は
窒素等の不活性ガスをストツパ付きタンデツシユ
７内へ供給し熔湯を加圧する。 又１２は下部体２に具設された減圧弁及びパイ
プであつて、この減圧弁１２は図外ブロア等の作
動で下部体２の雰囲気から予め高酸化性ガス例え
ば空気中の酸素等を除去し不活性ガス雰囲気置換
するため熔湯中に熔存するガスを系内に発散させ
るに用いることもできるし、鋳造終了後系内を常
圧に戻す場合にも使用できる。 下部体２はその内部に受台１３を介して鋳型１
０が載置されている。 １４は排気弁であつて、この排気弁１４は下部
体２内の雰囲気を常圧状態とする。 尚上部体１と下部体２はこの発明においては上
下分離型とされるが、第１図の実施例はその上下
部の接点を気密性部材を介して脱着自在に接合一
体化されている実施例を示すものである。 この発明法はこの様な構成からなるこの熔湯加
圧鋳造装置を用いて、以下に記す工程にて鋳造す
る。 このようなこの発明の一実施例に係る熔湯加圧
鋳造用装置を用いて鋳造を行なうには先ず鋳造を
要する金属例えば銅を溶解させ、この溶解状態の
金属を一次脱気処理すると共に脱酸処理する。 この熔湯状態の金属を上部体１の蓋３を開放し
てストツパ付きタンデツシユ７内へ給湯して上部
体内部をこの熔湯により区画する。 この給湯後蓋３を密閉し、ストツパ付きタンデ
ツシユ７内の熔湯を上方から加圧するため、加圧
バルブ１１を介してN2、CO2、Ar等の不活性ガ
スを供給する。 この状態で少なくとも下部体２系内を減圧バル
ブ１２、ブロア（図外）を介して排気し、鋳型１
０内のガス体や下部体系内の空気（特に酸素）を
除去し、必要に応じて減圧状態まで下部体２系内
を調整する。 所定圧（P1）に調整後、前記上部体上部から
不活性ガスを加圧供給しつつストツパ８を開放し
て熔湯を熔湯流拡開部材６例えばセキ付きタンデ
ツシユを介して下部体２内へ熔湯を移行して二次
脱ガスするとともに鋳型１０内へ鋳込む（このと
きのガス気泡の体積をV1とする）。 熔湯が鋳型１０内へ鋳込み完了と同時に、上部
体１から不活性ガスが下部体２へ流入し、鋳込ま
れた熔湯を加圧（P2）するので熔湯中に残存す
る極少量のガス泡の体積（V2）はV2＝V1（P1／
P2）になる。 鋳込み時の熔湯落下速度を加速するために予め
熔湯を加圧した不活性ガスが鋳込み完了時に同時
に気圧勾配で下部体２に流入して鋳型１０内の熔
湯を加圧するから、後処理としての加圧工程が省
略できる。 所要時間経過後、排気弁１４を開放し、上下部
体１，２を切離して鋳型製品を取出す。 尚この発明で減圧とは約−５〜−500mm／Hgよ
り望ましくは−50〜−100mm／Hg程度の減圧をい
い必ずしも真空状態に近い減圧状態とする必要は
ない。 又望ましくは窒素（N2）ガス、CO2、Ar等の
不活性ガスで系内を加圧する際にその圧力として
は１〜15Kg／cm2より望ましくは５〜10Kg／cm2程度
とするのが望ましい。 （発明の効果） 以上説明した如く、この発明に係る熔湯加圧鋳
造方法は、銅及び銅基合金或いはアルミ及びアル
ミ基合金の鋳造方法において、鋳造装置本体が上
下に分離結合できる上部体及び下部体からなり且
つストツパで底部を開閉されるタンデツシユを内
部に有する耐圧性気密容器であり、この前記上部
体内部のストツパ付きタンデツシユ内に予め脱ガ
ス脱酸処理された溶湯金属を給湯し、次いでこの
給湯された熔湯金属により上下に区画された上部
体の上部を不活性ガスで加圧するとともに下部体
系内を大気圧以下に減圧し、所定減圧完了後、前
記上部体上部から不活性ガスを加圧供給しつつ前
記ストツパを開放して熔湯金属をストツパ付きタ
ンデツシユ下方に設けられた熔湯流拡開部材内へ
移行し連続してこの熔湯流拡開部材より鋳型内へ
鋳込み、その後直ちに不活性ガスを耐圧性気密容
器内を圧入し耐圧性気密容器内を大気圧以上にす
ることを特徴とする熔湯加圧鋳造方法であるから
以下の様な優れた効果を同時に奏す。 (1) 熔湯が上部体上部内で加圧状態であり上部体
上部内と下部体内の差圧により加速されて熔湯
流拡開部材から鋳込むので鋳込み時間が短い。 (2) 鋳込み時の熔湯落下速度を加速するために予
め熔湯を加圧した不活性ガスが鋳込み完了時に
同時に気圧勾配で下部体に流入して鋳型内の熔
湯を加圧するから、後処理としての加圧工程が
省略できる。 (3) 熔湯金属を減圧中の下部体へストツパを開放
することによつて鋳込み時に、下部体が減圧中
であるから熔湯金属が二次脱ガスされて鋳物内
へ鋳込まれ、溶湯金属の鋳型内への鋳込み完了
と同時に、上部体の上部を加圧した不活性ガス
が下部体に流入し、鋳込まれた溶湯金属を加圧
するので、溶湯金属中に残存する気泡の体積
V1を減圧した圧力P1からこの加圧によつて大
気圧以上の圧力P2にすることにより、V2＝
（P1／P2）V1に圧縮して空〓率の非常に小さ
い鋳物、即ち熱伝導率が大きく、かつ物理的強
度が大きい製品を得ることができる、特に上部
体、下部体を合体した全体の系内では無く容積
的に小さい下部体のみを減圧するだけでよいか
ら排気効率に優れ、下部体への鋳込みに際し加
圧された上部体から減圧状態の下部体へ流し込
むのでその気圧勾配が大きく鋳込み時間が短く
従つて肉厚の厚い鋳物や形状の大きい鋳物等で
も作業効率良く製造できる効果を奏する。 (4) 仮にP1＝−100mmHg（660mmHg）、P2＝７
Kg／cm2とすればV2＝V1×660×10-1×13.6／７
×103＝0.126V1となるが、これを従来例の如く
真空から大気圧に変化させるだけの場合は、
760mmHg×0.126＝96mmHg（−664mmHg）まで
減圧する必要があり、この様な真空ポンプは精
度の高い馬力の大きいものとなる。 一方、この発明によれば、排ガス作用による
−100mmHgという低真空の状態と上部体の上部
を加圧した不活性ガスの下部体への流入による
７Kg／cm2という容易に作り出す圧力を採用する
ことができ、その熔湯加圧鋳造装置の製作が容
易である。 (5) 排ガス作用による大気圧よりも低い圧力P1
と上部体の上部を加圧した不活性ガスの下部体
への流入による大気圧よりも高い圧力P2を利
用するのでその圧力を作り出す時間が短くでき
従つて、鋳造時間を短くできる。 なぜなら、大気圧から−100mmHgの圧力及び
−100mmHgから７Kg／cm2の圧力にするために要
す時間は排ガス作用及び上部体の上部を加圧し
た不活性ガスの下部体への流入によつて極く短
時でできるが、従来法のように低圧（例えば−
100mmHg）からかなりの低圧（−664mmHg）と
するには長時間を要するからである。 (6) 大気圧より低い圧力（P1）と高い圧力（P2）
を利用したので耐圧性気密容器の肉厚等を小さ
くでき、その容器の強度を最大限に利用でき
る。 なぜなら真空圧に耐え得る強度の鋼製容器の
強度は、通常かなりの内圧に耐え得る容器とな
りうるからである。以下これを計算により示
す。 低い圧力P1＝660mmHg（−100mmHg）＝66×
13.6×10-3＝0.9Kg／cm2、高い圧力P2＝７Kg／
cm2、容器の半径Ｒ＝60cmとする。外圧を受ける
容器の破壊圧力Ｐは近似的にＰ＝Eh3／4R3で
あるから（Ｅはヤング率、ｈは容器肉厚）安全
率を３倍にすると3P＝Eh3／4R3となる。 ３×（１−0.9）＝2.1×106×h3／４×603 ｈ＝３×（１−0.9）×４×603／2.1×106 ｈ≒0.5cmとなる 一方内圧を受ける容器の許容圧力Ｐは近似的
にＰ＝αt／Ｒであるから（αは許容応力1000
Kg／cm2） Ｐ＝1000×0.5÷60 Ｐ＝8.3Kg／cm2 (7) 鋳型全体が低圧、高圧状態に置かれるため、
従来例(b)とは異なり、所要圧力の保持に要する
エネルギーも小さくかつ、大型の鋳物を製造す
ることができる。 尚以下にこの発明に係る熔湯加圧鋳造方法を用
いて鋳造した試験例を示すことによりこの発明の
効果をより一層明確なものとする。 試験例 １ 第１図の実施例で使用した装置を用い、Cuを
溶解した後H2を脱気させ、さらにＰを用いて脱
酸処理した後出湯し、ストツパ付きタンデツシユ
内に充填した。 次いで、上部体のストツパ付きタンデツシユ内
を７Kg／cm2に加圧し下部体の系内を−70mmHgに
減圧した後ストツパを開放し熔湯流拡開部材とし
て使用したセキ付きタンデツシユを介して鋳型内
へ鋳込んだ。 その後下部体系内は７Kg／cm2に均衡圧によつて
加圧された。 鋳造物を鋳型内から取り出し、JISGO581を参
考にこの規格に準じてレントゲン透過試験及び透
過写真を撮影した。 尚、この鋳造物の成分組成は、Cu99.85％、
P0.02％、Sn0.11％、その他0.02％であつた。 この写真を図面第４図に添付する。 尚、第３図に示す如く、この写真は鋳造物のＡ
部位を撮影した。 写真で明らかな如く、鋳造物にブローホールが
なく製品の品質は優良不可の三段階評価法で優で
あつた。 比較例 １ 全く常圧で鋳込み作業及び鋳造作業を行なつた
以外は、試験例１に準じて鋳造物を得た。 この鋳造物の成分組成は、Cu99.85％、P0.02
％、Sn0.11％、その他0.02％であつた。 試験例１の条件に準じて撮影したこの比較例１
で得た鋳造物のレントゲン写真を第５図に示す。
この写真から判るようにこの鋳造物はピンホール
（白斑点）及び引け巣が多く評価は不可である。 この鋳造物の特性試験を試験例１に準じて測定
した。結果をまとめて第１表に示す。 比較例 ２ 上部体のストツパ付きタンデツシユ内を７Kg／
cm3、下部体３Kg／cm2で鋳込み、結果７Kg／cm2の加
圧状態のまま鋳造した以外は、試験例１に準じて
鋳造物を得た。 この鋳造物の成分組成はCu99.85％、P0.02％、
Sn0.11％、その他0.02％であつた。 この鋳造物のレントゲン写真を試験例１に準じ
て撮影した写真を第６図に示す。 この写真から明らかなように、写真中白斑点
（ブローホール、ピンホール）が点在し、評価は
不可であつた。 この比較例２で得た鋳造物の特性を測定した。
結果はまとめて第１表に示す。
は、空〓率の小さい銅及び銅基合金或いはアルミ
及びアルミ基合金（以下この明細書においてこれ
らを良熱伝導金属という）の鋳物を提供すること
により熱伝導率が大きく、かつ物理的強度が大き
く、比較的製品重量の大きい（100Kg以上の）鋳
物でも鋳造できる方法を提供することにある。 この明細書において銅基合金とは少なくとも銅
が50重量％以上の銅合金を、アルミ基合金とはア
ルミが50重量％以上のアルミ合金をいう。 一般に、金属を鋳造する際に於ける欠点とし
て、金属或いは合金はその溶解時に大気中の多量
のガスを吸収し、これらの吸収ガスは凝固時その
大部分を外部に放出するけれども、一部は内部に
残存しブロウホール、ピンホール等の鋳造欠陥の
原因となる欠点がある。 更には、鋳型に溶湯を鋳込む際、大気中のガス
や鋳型よりの発生ガスが熔湯内に侵入して鋳造物
にブロウホール、ザク巣等の欠陥を作るというこ
とは周知の通りである。 一方、このような従来の欠点を排除せんとし
て、熔湯よりガスを排除せんとする鋳造法が古く
から提唱されている。 （従来の技術とその欠点） 従来の技術としては以下に記す(a)乃至(d)に開示
されたものがある。 (a) 特開昭55−94775号 加圧状態の圧力容器内で鋳型に鋳湯して鋳造
する。 この従来法(a)は金属熔湯中の溶存ガスが凝固
時固溶し、又鋳型よりの発生するガスも抑制さ
れるが、加圧状態で鋳型に給湯するため、ガス
が金属溶湯内に溶け込み、このため鋳型欠陥が
生じていた。 (b) 実公昭50−168号、 特公昭52−893号 下室の真空状態を維持しつつ、上室内のるつ
ぼの金属を真空状態で熔解脱ガスし、次いで上
室内を大気圧として鋳型内に給湯する。 この従来法(b)は上室と下室の圧力差を利用し
て熔湯を鋳型内に隈なく流入させることができ
る。 しかしながらこの従来法(b)は下室を常に真空
状態に維持する必要があり、一方上室と下室は
完全に区画密閉されておらず、上室が大気圧の
ときに下室に鋳型を通して空気が流れ、真空状
態を維持するのにエネルギーを多く要するばか
りでなく、鋳型内の気圧も大気圧以下になり十
分に熔湯金属を圧縮できず、熔湯内のガスの圧
縮が十分でないため鋳造欠陥がかなりあつた。 さらに上室内と下室内の圧力差を鋳型が受け
るので鋳型に過大な力が加わり、より堅固な鋳
型を必要とし、従つて鋳型の大きいすなわち大
きな鋳造物を得ることは事実上困難であつた。 (c) 実公昭36−33914号、 特公昭34−2258号 真空状態でタンデツシユから鋳型に熔湯を流
す。 熔湯内に侵入する大気中のガスや鋳型よりも
発生ガスを、雰囲気を減圧または真空圧とする
ことによつて、熔解時点で熔湯中から脱気除去
しようというこの従来技術(c)は完全に鋳造物に
ブロウホール、ザク巣等の欠陥を抑制すること
はできなかつた。 なぜなら、熔解時点で熔湯中の侵入ガスを完
全に脱気除去することは不可能で、結局極少量
のガスが熔湯中に残存し、この極少の残存ガス
が鋳造物にブロウホール、ザク巣等の欠陥を生
じせしめたからである。 (d) 特公昭35−1669号 取り鍋から金型へ熔湯を流入させる方向と量
の調整を兼ねたストツパーの使用で鋼塊底面の
肌荒、砂かみ、非金属介在の防止を図らんとす
るものであり、脱ガスをすることはできなかつ
た。 （欠点を解決するための手段と論理） この発明は以上の事情に照らしなされたもの
で、すなわち従来試案された真空若しくは加圧鋳
造法とは全く異なり各工程的に確実に実施出来る
方法であり操作性並びに生産性を大きく確立した
熔湯加圧鋳造法に係るものである。 銅及び銅基合金或いはアルミ及びアルミ基合金
の鋳造方法において、鋳造装置本体が上下に分離
結合できる上部体及び下部体からなり且つストツ
パで底部を開閉されるタンデツシユを内部に有す
る耐圧性気密容器であり、この前記上部体内部の
ストツパ付きタンデツシユ内に予め脱ガス脱酸処
理された溶湯金属を給湯し、次いでこの給湯され
た熔湯金属により上下に区画された上部体の上部
を不活性ガスで加圧するとともに下部体系内を大
気圧以下に減圧し、所定減圧完了後（この時の圧
力をP1とする）、前記上部体上部から不活性ガス
を加圧供給しつつ前記ストツパを開放して熔湯金
属をストツパ付きタンデツシユ下方に設けられた
熔湯流拡開部材内へ移行し連続してこの熔湯流拡
開部材より鋳型内へ鋳込むことにより熔湯を減圧
状態でかつ上部体上部内と下部体内の差圧により
加速して熔湯流拡開部材にて二次脱ガスするとと
もに（このときのガス気泡の体積をV1とする）
連続してこの熔湯流拡開部材により鋳型内へ鋳込
み、その後耐圧性気密容器内を大気圧以上（この
時圧力をP2とする）にして熔湯中に残存する極
少量のガス気泡の体積（V2）をV2＝（P1／P2）
V1に縮小せしめて空〓率の小さい高熱伝導金属
を得る。 これは熔湯がタンデツシユから下方へ移行（落
下）する速度に比べ上部体上部の加圧された不活
性ガスが下方へ移行する速度がはるかに小さいた
め、熔湯が減圧中で熔湯流拡開部材に移行するか
らである。 （実施例） 以下この発明法の一実施例を図面に基づいて説
明する。 第１図はこの発明の熔湯加圧鋳造用装置の縦断
面説明図であつて、この第１図において１は上部
体、２は下部体である。 この上部体１と下部体２は夫々に付設されたフ
ランジ１ａ，２ａで結合されて１体の耐圧性気密
容器となる。 上部体１及び下部体２はそれぞれ少なくとも耐
圧性容器からなり、この耐圧性容器の蓋部３が注
入口となり、更にこの耐圧性気密容器からなる上
部体１の底部４には金属熔湯の吐出口５が密閉自
在に開設されている。 尚、６は吐出口の上部に設けられた熔湯流拡開
部材で、この実施例においてはこの熔湯流拡開部
材６としてはセキ付きタンデツシユを例示する。
７はこの熔湯流拡開部材６と注入口４との中間に
設けられストツパ８で底部を開閉されるタンデツ
シユである。この発明法において熔湯流拡開部材
６は必ずしもセキ付きタンデツシユである必要は
なく、例えばストツパ付タンデツシユ７底部にス
ライド弁、電磁弁、熱電対弁あるいは熱熔融部材
を密着配置し、ストツパ付きタンデツシユ７底部
に多数の透孔を穿設し、機械的、電気的、熱的に
この透孔を開孔する構造としてもよい。 従つて、第１図の実施例においてはストツパ８
が電磁弁９の作動によつて上下する機構となつて
いるが必ずしもこの構造に限定されることはな
く、ストツパ８が何らかの操作により開閉作動す
る機械を内装するものであればこの発明に係る装
置において採用できる。 尚、この熔湯流拡開部材６の具体例を第２図
Ａ，Ｂに示す。 更にこのストツパ付きタンデツシユ７は、金属
熔湯が蓋部３から注ぎ込まれた後にストツパ付き
タンデツシユ７内でその温度の低下を避けるため
例えば断熱保温材でこのストツパ付きタンデツシ
ユ７を囲繞してもよく或いはストツパ付きタンデ
ツシユ７の近傍に金属熔湯の放熱現象を防止する
ための外部熱源を設けてもよい。 熔湯流拡開部材例えばセキ付きタンデツシユ６
の下方には、上部体１が密閉気密状とされる場合
には鋳型１０に向かつて吐出口５が形成され、こ
の吐出口５を介して鋳型に金属熔湯が注入される
こととなる。 尚第１図において１１は加圧用のバルブ及びパ
イプを示し、この加圧用バルブ及びパイプ１１は
窒素等の不活性ガスをストツパ付きタンデツシユ
７内へ供給し熔湯を加圧する。 又１２は下部体２に具設された減圧弁及びパイ
プであつて、この減圧弁１２は図外ブロア等の作
動で下部体２の雰囲気から予め高酸化性ガス例え
ば空気中の酸素等を除去し不活性ガス雰囲気置換
するため熔湯中に熔存するガスを系内に発散させ
るに用いることもできるし、鋳造終了後系内を常
圧に戻す場合にも使用できる。 下部体２はその内部に受台１３を介して鋳型１
０が載置されている。 １４は排気弁であつて、この排気弁１４は下部
体２内の雰囲気を常圧状態とする。 尚上部体１と下部体２はこの発明においては上
下分離型とされるが、第１図の実施例はその上下
部の接点を気密性部材を介して脱着自在に接合一
体化されている実施例を示すものである。 この発明法はこの様な構成からなるこの熔湯加
圧鋳造装置を用いて、以下に記す工程にて鋳造す
る。 このようなこの発明の一実施例に係る熔湯加圧
鋳造用装置を用いて鋳造を行なうには先ず鋳造を
要する金属例えば銅を溶解させ、この溶解状態の
金属を一次脱気処理すると共に脱酸処理する。 この熔湯状態の金属を上部体１の蓋３を開放し
てストツパ付きタンデツシユ７内へ給湯して上部
体内部をこの熔湯により区画する。 この給湯後蓋３を密閉し、ストツパ付きタンデ
ツシユ７内の熔湯を上方から加圧するため、加圧
バルブ１１を介してN2、CO2、Ar等の不活性ガ
スを供給する。 この状態で少なくとも下部体２系内を減圧バル
ブ１２、ブロア（図外）を介して排気し、鋳型１
０内のガス体や下部体系内の空気（特に酸素）を
除去し、必要に応じて減圧状態まで下部体２系内
を調整する。 所定圧（P1）に調整後、前記上部体上部から
不活性ガスを加圧供給しつつストツパ８を開放し
て熔湯を熔湯流拡開部材６例えばセキ付きタンデ
ツシユを介して下部体２内へ熔湯を移行して二次
脱ガスするとともに鋳型１０内へ鋳込む（このと
きのガス気泡の体積をV1とする）。 熔湯が鋳型１０内へ鋳込み完了と同時に、上部
体１から不活性ガスが下部体２へ流入し、鋳込ま
れた熔湯を加圧（P2）するので熔湯中に残存す
る極少量のガス泡の体積（V2）はV2＝V1（P1／
P2）になる。 鋳込み時の熔湯落下速度を加速するために予め
熔湯を加圧した不活性ガスが鋳込み完了時に同時
に気圧勾配で下部体２に流入して鋳型１０内の熔
湯を加圧するから、後処理としての加圧工程が省
略できる。 所要時間経過後、排気弁１４を開放し、上下部
体１，２を切離して鋳型製品を取出す。 尚この発明で減圧とは約−５〜−500mm／Hgよ
り望ましくは−50〜−100mm／Hg程度の減圧をい
い必ずしも真空状態に近い減圧状態とする必要は
ない。 又望ましくは窒素（N2）ガス、CO2、Ar等の
不活性ガスで系内を加圧する際にその圧力として
は１〜15Kg／cm2より望ましくは５〜10Kg／cm2程度
とするのが望ましい。 （発明の効果） 以上説明した如く、この発明に係る熔湯加圧鋳
造方法は、銅及び銅基合金或いはアルミ及びアル
ミ基合金の鋳造方法において、鋳造装置本体が上
下に分離結合できる上部体及び下部体からなり且
つストツパで底部を開閉されるタンデツシユを内
部に有する耐圧性気密容器であり、この前記上部
体内部のストツパ付きタンデツシユ内に予め脱ガ
ス脱酸処理された溶湯金属を給湯し、次いでこの
給湯された熔湯金属により上下に区画された上部
体の上部を不活性ガスで加圧するとともに下部体
系内を大気圧以下に減圧し、所定減圧完了後、前
記上部体上部から不活性ガスを加圧供給しつつ前
記ストツパを開放して熔湯金属をストツパ付きタ
ンデツシユ下方に設けられた熔湯流拡開部材内へ
移行し連続してこの熔湯流拡開部材より鋳型内へ
鋳込み、その後直ちに不活性ガスを耐圧性気密容
器内を圧入し耐圧性気密容器内を大気圧以上にす
ることを特徴とする熔湯加圧鋳造方法であるから
以下の様な優れた効果を同時に奏す。 (1) 熔湯が上部体上部内で加圧状態であり上部体
上部内と下部体内の差圧により加速されて熔湯
流拡開部材から鋳込むので鋳込み時間が短い。 (2) 鋳込み時の熔湯落下速度を加速するために予
め熔湯を加圧した不活性ガスが鋳込み完了時に
同時に気圧勾配で下部体に流入して鋳型内の熔
湯を加圧するから、後処理としての加圧工程が
省略できる。 (3) 熔湯金属を減圧中の下部体へストツパを開放
することによつて鋳込み時に、下部体が減圧中
であるから熔湯金属が二次脱ガスされて鋳物内
へ鋳込まれ、溶湯金属の鋳型内への鋳込み完了
と同時に、上部体の上部を加圧した不活性ガス
が下部体に流入し、鋳込まれた溶湯金属を加圧
するので、溶湯金属中に残存する気泡の体積
V1を減圧した圧力P1からこの加圧によつて大
気圧以上の圧力P2にすることにより、V2＝
（P1／P2）V1に圧縮して空〓率の非常に小さ
い鋳物、即ち熱伝導率が大きく、かつ物理的強
度が大きい製品を得ることができる、特に上部
体、下部体を合体した全体の系内では無く容積
的に小さい下部体のみを減圧するだけでよいか
ら排気効率に優れ、下部体への鋳込みに際し加
圧された上部体から減圧状態の下部体へ流し込
むのでその気圧勾配が大きく鋳込み時間が短く
従つて肉厚の厚い鋳物や形状の大きい鋳物等で
も作業効率良く製造できる効果を奏する。 (4) 仮にP1＝−100mmHg（660mmHg）、P2＝７
Kg／cm2とすればV2＝V1×660×10-1×13.6／７
×103＝0.126V1となるが、これを従来例の如く
真空から大気圧に変化させるだけの場合は、
760mmHg×0.126＝96mmHg（−664mmHg）まで
減圧する必要があり、この様な真空ポンプは精
度の高い馬力の大きいものとなる。 一方、この発明によれば、排ガス作用による
−100mmHgという低真空の状態と上部体の上部
を加圧した不活性ガスの下部体への流入による
７Kg／cm2という容易に作り出す圧力を採用する
ことができ、その熔湯加圧鋳造装置の製作が容
易である。 (5) 排ガス作用による大気圧よりも低い圧力P1
と上部体の上部を加圧した不活性ガスの下部体
への流入による大気圧よりも高い圧力P2を利
用するのでその圧力を作り出す時間が短くでき
従つて、鋳造時間を短くできる。 なぜなら、大気圧から−100mmHgの圧力及び
−100mmHgから７Kg／cm2の圧力にするために要
す時間は排ガス作用及び上部体の上部を加圧し
た不活性ガスの下部体への流入によつて極く短
時でできるが、従来法のように低圧（例えば−
100mmHg）からかなりの低圧（−664mmHg）と
するには長時間を要するからである。 (6) 大気圧より低い圧力（P1）と高い圧力（P2）
を利用したので耐圧性気密容器の肉厚等を小さ
くでき、その容器の強度を最大限に利用でき
る。 なぜなら真空圧に耐え得る強度の鋼製容器の
強度は、通常かなりの内圧に耐え得る容器とな
りうるからである。以下これを計算により示
す。 低い圧力P1＝660mmHg（−100mmHg）＝66×
13.6×10-3＝0.9Kg／cm2、高い圧力P2＝７Kg／
cm2、容器の半径Ｒ＝60cmとする。外圧を受ける
容器の破壊圧力Ｐは近似的にＰ＝Eh3／4R3で
あるから（Ｅはヤング率、ｈは容器肉厚）安全
率を３倍にすると3P＝Eh3／4R3となる。 ３×（１−0.9）＝2.1×106×h3／４×603 ｈ＝３×（１−0.9）×４×603／2.1×106 ｈ≒0.5cmとなる 一方内圧を受ける容器の許容圧力Ｐは近似的
にＰ＝αt／Ｒであるから（αは許容応力1000
Kg／cm2） Ｐ＝1000×0.5÷60 Ｐ＝8.3Kg／cm2 (7) 鋳型全体が低圧、高圧状態に置かれるため、
従来例(b)とは異なり、所要圧力の保持に要する
エネルギーも小さくかつ、大型の鋳物を製造す
ることができる。 尚以下にこの発明に係る熔湯加圧鋳造方法を用
いて鋳造した試験例を示すことによりこの発明の
効果をより一層明確なものとする。 試験例 １ 第１図の実施例で使用した装置を用い、Cuを
溶解した後H2を脱気させ、さらにＰを用いて脱
酸処理した後出湯し、ストツパ付きタンデツシユ
内に充填した。 次いで、上部体のストツパ付きタンデツシユ内
を７Kg／cm2に加圧し下部体の系内を−70mmHgに
減圧した後ストツパを開放し熔湯流拡開部材とし
て使用したセキ付きタンデツシユを介して鋳型内
へ鋳込んだ。 その後下部体系内は７Kg／cm2に均衡圧によつて
加圧された。 鋳造物を鋳型内から取り出し、JISGO581を参
考にこの規格に準じてレントゲン透過試験及び透
過写真を撮影した。 尚、この鋳造物の成分組成は、Cu99.85％、
P0.02％、Sn0.11％、その他0.02％であつた。 この写真を図面第４図に添付する。 尚、第３図に示す如く、この写真は鋳造物のＡ
部位を撮影した。 写真で明らかな如く、鋳造物にブローホールが
なく製品の品質は優良不可の三段階評価法で優で
あつた。 比較例 １ 全く常圧で鋳込み作業及び鋳造作業を行なつた
以外は、試験例１に準じて鋳造物を得た。 この鋳造物の成分組成は、Cu99.85％、P0.02
％、Sn0.11％、その他0.02％であつた。 試験例１の条件に準じて撮影したこの比較例１
で得た鋳造物のレントゲン写真を第５図に示す。
この写真から判るようにこの鋳造物はピンホール
（白斑点）及び引け巣が多く評価は不可である。 この鋳造物の特性試験を試験例１に準じて測定
した。結果をまとめて第１表に示す。 比較例 ２ 上部体のストツパ付きタンデツシユ内を７Kg／
cm3、下部体３Kg／cm2で鋳込み、結果７Kg／cm2の加
圧状態のまま鋳造した以外は、試験例１に準じて
鋳造物を得た。 この鋳造物の成分組成はCu99.85％、P0.02％、
Sn0.11％、その他0.02％であつた。 この鋳造物のレントゲン写真を試験例１に準じ
て撮影した写真を第６図に示す。 この写真から明らかなように、写真中白斑点
（ブローホール、ピンホール）が点在し、評価は
不可であつた。 この比較例２で得た鋳造物の特性を測定した。
結果はまとめて第１表に示す。
【表】
関接測定値である。
第１図はこの発明方法で使用する装置の実施例
および変更例の断面説明図を示し、第２図Ａは熔
湯流拡開部材の具体例としてのセキ付きタンデツ
シユの説明図、第２図Ｂはストツパ付きタンデツ
シユに熔湯流拡開部材を密接して配備した例の説
明図、第３図はレントゲン写真の撮影部位を示す
説明図、第４図は試験例のレントゲン写真、第５
図、第６図は比較例のレントゲン写真を示す。 １……上部体、２……下部体、３……蓋部、４
……底部、５……吐出口、６……熔湯流拡開部
材、７……タンデツシユ、８……ストツパ、１０
……鋳型、１１……加圧弁、１２……減圧弁、１
４……排気弁。
および変更例の断面説明図を示し、第２図Ａは熔
湯流拡開部材の具体例としてのセキ付きタンデツ
シユの説明図、第２図Ｂはストツパ付きタンデツ
シユに熔湯流拡開部材を密接して配備した例の説
明図、第３図はレントゲン写真の撮影部位を示す
説明図、第４図は試験例のレントゲン写真、第５
図、第６図は比較例のレントゲン写真を示す。 １……上部体、２……下部体、３……蓋部、４
……底部、５……吐出口、６……熔湯流拡開部
材、７……タンデツシユ、８……ストツパ、１０
……鋳型、１１……加圧弁、１２……減圧弁、１
４……排気弁。
Claims (1)
- １ 銅及び銅基合金或いはアルミ及びアルミ基合
金の鋳造方法において、鋳造装置本体が上下に分
離結合できる上部体及び下部体からなり且つスト
ツパで底部を開閉されるタンデツシユを内部に有
する耐圧性気密容器であり、この前記上部体内部
のストツパ付きタンデツシユ内に予め脱ガス脱酸
処理された溶湯金属を給湯し、次いでこの給湯さ
れた熔湯金属により上下に区画された上部体の上
部を不活性ガスで加圧するとともに下部体系内を
大気圧以下に減圧し、所定減圧完了後、前記上部
体上部から不活性ガスを加圧供給しつつ前記スト
ツパを開放して熔湯金属をストツパ付きタンデツ
シユ下方に設けられた熔湯流拡開部材内へ移行し
連続してこの熔湯流拡開部材より鋳型内へ鋳込
み、その後耐圧性気密容器内を大気圧以上にする
ことを特徴とする熔湯加圧鋳造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20494881A JPS58103953A (ja) | 1981-12-17 | 1981-12-17 | 「鎔」湯加圧型鋳造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20494881A JPS58103953A (ja) | 1981-12-17 | 1981-12-17 | 「鎔」湯加圧型鋳造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58103953A JPS58103953A (ja) | 1983-06-21 |
| JPH0146226B2 true JPH0146226B2 (ja) | 1989-10-06 |
Family
ID=16498972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20494881A Granted JPS58103953A (ja) | 1981-12-17 | 1981-12-17 | 「鎔」湯加圧型鋳造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58103953A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5301739A (en) * | 1992-06-30 | 1994-04-12 | Cook Arnold J | Method for casting and densification |
| US5322109A (en) * | 1993-05-10 | 1994-06-21 | Massachusetts Institute Of Technology, A Massachusetts Corp. | Method for pressure infiltration casting using a vent tube |
| US5404929A (en) * | 1993-05-18 | 1995-04-11 | Liquid Air Corporation | Casting of high oxygen-affinity metals and their alloys |
| US5592984A (en) * | 1995-02-23 | 1997-01-14 | Howmet Corporation | Investment casting with improved filling |
| US6148899A (en) | 1998-01-29 | 2000-11-21 | Metal Matrix Cast Composites, Inc. | Methods of high throughput pressure infiltration casting |
| CN105014042A (zh) * | 2014-04-25 | 2015-11-04 | 烟台祥平冶金设备制造有限公司 | 一种减压-加压铸造设备及减压-加压铸造工艺 |
| CN106903290A (zh) * | 2017-02-06 | 2017-06-30 | 张建帮 | 一种挂车轴头的铸造工艺 |
-
1981
- 1981-12-17 JP JP20494881A patent/JPS58103953A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58103953A (ja) | 1983-06-21 |
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