JPH02200347A - シェル鋳型 - 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］ 本発明はシェル鋳型に係り、特に鋳造特性、機械的特性
に優れたカルシア系のシェル鋳型（以下、「カルシアシ
ェル鋳型」という。）に関する。

［従来の技術］ 従来、精密鋳造用鋳型としては、一般にＳｉＯ２，Ａｌ
１ｗＯｓ、Ｚｒ０ａを主体として構成された鋳型や黒鉛
鋳型が提案されている。しかしながら、５ｉ０２等の酸
化物系鋳型は、活性金属に対する安定性が低く、活性金
属を含む合金の鋳造に用いた場合、鋳型構成材から酸素
が溶出し、溶湯汚染が起こるという欠点がある。また、
黒鉛鋳型では炭素による溶湯汚染の問題がある。

このような鋳型構成材による溶湯汚染を防止するために
、鋳型内面をＹ２Ｏ３やＷでコーティングする方法も知
られているが（特開昭６３−１１５６４４号）、このよ
うなコーティングを行なうことは鋳型のコストアップを
招き、好ましくない。

これに対し、活性金属にも安定な鋳型としてカルシア（
ＣａＯ）ｌ型が提案されている。ＣａＯは熱力学的に高
温でも安定であるために活性金属に対しても溶湯汚染の
問題が殆どなく、その上、特有の精錬作用を有すること
から、ＴＬ、Ｚｒ等の高活性金属或いはＣｒ、Ｖ等の高
融点金属の鋳造用鋳型材として極めて有効である。

従来のカルシア鋳型は、金型成形又はスリップキャステ
ィング等の方法により成形した後焼成して製造されてい
る。

［発明が解決しようとする課題］ カルシア鋳型は溶湯との反応性がなく、溶湯汚染の問題
がないなど、優れた鋳型ではあるが、複雑形状のものを
高精度にかつ効率的に製造することが難しく、鋳型形状
に制限があるという欠点があった。また、鋳型強度を確
保するために、鋳型肉厚を１０ｍｍ以上とする必要があ
り、更にバックアツプ層を必要とするなどから、 ■　鋳型の保温性が高いため、微細組織の鋳物を得るこ
とが難しい。

■　製品部が保温されるため押湯効果が低く、製品歩留
りが悪い。

■　鋳型原料のＣａＯを多量に必要とし、鋳型コストが
高い。

等の問題点もあった。

本発明は上記従来の問題点を解決する、薄肉のカルシア
シェル鋳型を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明のカルシアシェル鋳型は、カルシアを主体とし、
ベリリアを含む型面層と、該型面層の外表面を被う、カ
ルシア以外の金属酸化物或いは該金属酸化物とカルシア
との混合物よりなる被覆層とを備えてなることを特徴と
する。

以下に本発明を図面を参照して詳細に説明する。

第１図は本発明のカルジアンエル鋳型の一実施例を示す
断面図、第２図（ａ）〜（ｄ）は本発明のカルシアシェ
ル鋳型の製造方法の一例を示す断面図である。

図示の如く、本実施例のカルシアシェル鋳型１は、内面
の型面層がを主体とし、ベリリアを含む層（以下ｒｃａ
ｏ−ＢｅＯ層−１と称す。）２で構成され、このＣａ０
−Ｂｅ０層がシリカ層３で被覆されているものである。

本発明においては、型面層がＣａＯを主体とすることか
ら、化学的安定性、耐熱性に優れる。また、ＢｅＯは、
熱伝導率が非常に高いことから、鋳型の冷却能を向上さ
せ、微細結晶組織の鋳物を得ることを可能とする。また
、鋳型の低温焼結性を高めると共に、ＣａＯの消化性を
改善する作用も奏する。

本発明において、型面層のＣａ０−Ｂｅ０層２は、Ｃａ
Ｏを主体とし、ＣａＯに対して１〜４０重量％のＢｅＯ
を含むことが好ましい、ＣａＯに対するＢｅＯの含有量
が１重量％未満では十分なりａＯｇｉ加効果が得られず
、４０重量％を超えると相対的にＣａＯの含有量が少な
くなり、鋳型の化学的安定性や耐熱性が低下するおそれ
がある。

従って、ＣａＯに対するＢｅＯの割合は、１〜４０重量
％、特に５〜２０！量％とするのが好ましい。

また、Ｃａ０−Ｂｅ０層２の型面層を被覆する層は、Ｃ
ａ０−Ｂｅ０層に、耐消化性や、鋳型の製造過程におけ
る脱ろう、焼成等に対する強度を付与するために形成す
るものであることから、これらの特性改善に有効なもの
であれば、シリカ層に限らず、アルミナ、マグネシア等
の、カルシア以外の他の金属酸化物層或いは該金属酸化
物とカルシアとの混合層を採用することもできる。この
被ｆｆ層としては、シリカ層、アルミナ層又はシリカ−
ジルコニア層が好適である。

本発明において、鋳型の形状等には特に制限はないが、
型面層のＣａ０−Ｂｅ０層２の厚さは、通常の場合１〜
３ｍｍ程度とするのが好ましい。

Ｃａ０−Ｂｅ０層２の厚さが３ｍｍ未満では、カルシア
鋳型としての溶湯汚染防止効果等が十分に得られず、３
ｍｍを超えると鋳型の放熱特性が低下する。また、この
Ｃａ　Ｏ−Ｂ　ａ　Ｏｆｉｌ　２を被覆するシリカ層３
等の被覆層の厚さは１８通常の場合、２〜８ｍｍ程度と
するのが好ましい。シリカ層３の厚さが２ｍｍ未満では
、Ｃａ０−Ｂｅ０層２の耐消化性、強度等の補強効果が
十分に得られず、６ｍｍを超えると、鋳型の放熱特性が
低下する。

以下に、第２図（ａ）〜（ｄ）を参照して、本発明のカ
ルシアシェル鋳型を製造する方法について具体的に説明
する。

本発明のカルシアシェル鋳型の製造にあたっては、まず
、予め鋳造する製品形状に製造したろう模型１０を用い
（第２図（ａ））、この外表面にＣａ０−Ｂｅ０層２を
形成する（第２図（ｂ））。

コーティングは、通常のシェルそ−ルド法のコーティン
グと同様に行なうことができ、ろう模型１０を耐火性バ
インダとＣａＯ徹細粒子及びＢｅｄ＠細粒子とを混合し
たＣａ０−ＢｅＯスラリー（泥漿）に浸漬して、スラリ
ーを何者させ（ディッピング）、次いでこのスラリーが
乾燥する前に、この付着層面にＣａＯ粉末及び／又はＢ
ｓＯ粉末をまぶして（サンディング）乾燥し、ＣａＯ層
を形成する。ディッピングに用いるＣａ０−ＢｅＯスラ
リーは、例えば、５重量％ＣａＣｌ２エタノール溶液に
＃２００以下で、純度９９％以上のＣａＯ微粉及び純度
９９重量％以上のＢｅＯ微粉を混合して調製される。用
いるＢｅＯの微粉の割合は、ＣａＯ微粉に対して１〜４
０重量％、好ましくは５〜２０重量％とする。

スラリーのエタノールとＣａＯの重量比は、エタノール
：　（ＣａＯ＋Ｂｅ０）＝１　：　１．５〜４とするの
が好ましい。このＣａ０−ＢｅＯスラリーにはＣａ０−
Ｂｅ０層の焼成強度の向上のために、１重量％以下の５
１０２ゾル、ｉｎ量％以下のＡｍａｓｓゾルを添加して
も良い、また、サンディングに用いるＣａＯ粉末及びＢ
ｅＯ粉末の粒径は粒径０．７〜０．３ｍｍの範囲である
ことが好ましい、サンディングにはＣａＯ粒子のみを用
いても良く、また、鋳型の冷却効率を良くするためにＢ
ｅ０粒子のみを用いても良い、更に、鋳物製品歩留りを
良くするために、製品部にのみＢｅ０粒子をサンディン
グしても良い、このディッピング、サンディング及び乾
燥操作は、２〜４回程度繰り返して行ない、所望の厚み
のカルシア質層２を形成する。なお、乾燥はコーティン
グ層に割れ等が入るのを防ぐために、恒温恒温の室内で
行なうのが好ましく、通常、温度は常温、湿度は５０〜
６０％程度とする。また、乾燥と次のディッピングとの
間は２〜４時間おき、十分に乾燥してから次のコーティ
ングに移るのが好ましい。

次いで、上記と同様のコーティング法により、シリカ層
３を形成する（第２図（ｃ））０例えば、アルコール等
の非水系シリカゾルにジルコンフラワー　シリカフラワ
ー　アルミナフラワー等を、シリカゾル：フラワー＝１
：４〜１．５（重量比）で混合してなるスラリーを用い
てディッピングを行ない、粒径１〜２ｍｍ程度のシリカ
粒子をサンディングし、乾燥する。このディッピング、
サンディング及び乾燥操作も２〜４回行なって、所望厚
さのシリカ層３を形成する。

ろう模型１０！：Ｃａ０−Ｂｅ０層２を形成したのみで
は、耐消化性、成形強度、脱ろう強度、焼成強度に劣る
が、Ｃａ０−Ｂｅ０層２をシリカ層３で被覆することに
より、耐消化性、強度等が高められる。

Ｃａ０−Ｂｅ０層２及びシリカ層３を形成した後は、必
要に応じて更に熱硬化性バインダーをコーティングして
樹脂被膜４を形成する（第２図（ｄ））、この樹脂被膜
４は、脱ろう時の鋳型クラックを有効に防止する。この
樹脂被膜４は、脱ろう後の焼成により焼失する。用いる
熱硬化性バインダーとしては特に制限はなく、形成する
樹脂液１１ｉ４の厚さは通常の場合、０．５〜３ｍｍ程
度とされる。樹脂被膜４の厚さが０．５ｍｍ未満では十
分なりラック防止効果が得られず、３ｍｍを超えでもク
ラック防止効果に差異はなく、使用バインダー量が徒ら
に増加しコストアップを招くため好ましくない。

鋳型保管は、この樹脂被膜４形成後、乾燥した後真空保
管庫にて保管するようにするのが好ましい。

鋳型の使用に際しては、この樹脂被膜４を形成したもの
を、まず脱ろうする。脱ろう方法としては、 ■　電気炉により、ワックスを燃焼させる。

■　バーナー加熱により、ワックスを燃焼させる（ヒー
トショック法）。

■　溶剤（テトラクロルエチレン等）でワックスを溶か
す。

■　電子レンジ等により、ワックスを溶かす。

等の方法を採用することができる。

脱ろう後は、鋳型に付着した残留ワックスを燃焼除去す
るため、３００〜６００℃にて２〜２４時間の仮焼を行
った後、９００〜１２００℃にて本焼成を行い、鋳造に
使用する。

このような本発明のカルシアシェル鋳型は、その使用に
際して、押湯効果を向上させる目的で、その外周を保温
材等でくるんでも良い。

［作用］ ＢｅＯ（ベリリア）は熱伝導率が２１０００Ｗ／ｍ−ｄ
ｅｇ　　（１０００〜２０００℃）で、通常の耐火物の
３〜８倍である。従って、型面層にＢｅＯを含有させる
ことにより鋳型としての冷却能を向上させることができ
る。また、ＢｅＯは１５００℃以上において熱力学的に
非常に安定であり、カルシア質層に添加しても、溶湯と
の反応性はカルシア単味の層の場合と殆ど変わらない。

しかも、Ｃａ０−ＢａＯ系は融点１３８４℃と低く、鋳
型の低温焼結により安定した型面層が得られる。そして
、ＣａＯとＢｅＯの線膨張係数がほぼ等しいため焼成に
よるクラックも発生しにくイ、更に、ＢｅＯを添加する
ことにより、型面層の耐消化性も向上する。

なお、各種酸化物の１２７３℃における熱伝導係数え（
Ｗ／ｍ　−ｄｅｇ　）は下記第１表に示す通りである。

また、Ｂｅ０−ＣａＯ系の状態図を第３図に示す。

第１表 本発明においては、このよりなＣａ０−Ｂｅ０層を型面
層とし、これをカルシア以外の金属酸化物或いは該金属
酸化物とカルシアとの混合物層、具体的にはシリカ層、
アルミナ層又はシリカ・ジルコニア層で被覆することに
より、Ｃａ０−Ｂｅ０層の耐消化性、強度が補強され、
シェルモールド法等により容易に製造することができ、
シェル鋳型とすることが可能とされる。

特に、被覆層としてシリカ層を採用する場合、シリカ層
の形成には非水系シリカゾルを用いるが、特にケイ酸エ
ステル等の有機シリカ系を含んだ非水系シリカゾルは大
気中の水分と反応して加水分解硬化をするため、カルシ
ア質層の消化防止に有効で、かつ強度向上にも効果が大
きい。

［実施例］ 以下、実施１例について説明する。

実施例１ 第１図に示す本発明のカルシアシェル鋳型を第２図（ａ
）〜（ｄ）に示す方法により製造し、得られた鋳型を用
いて、Ａｒ雰囲気下、Ｔｉ−６ＡＪｌ−４Ｖの鋳造を行
なった。

なお、カルシア質層２、シリカ層３及び樹脂被膜４の形
成に用いた材料は次の通りである。

ディッピング用Ｃａ０−ＢｅＯスラリー：５重量％Ｃａ
ＣｆＬ２エタノール溶液１００重量部に、純度９９％、
粒度０．０５のＣａＯ粉末を２００重量部、及び純度９
９％、粒度０゜０４のＢａＯ粉末を５０重量部混合した
もの。

サンディング用カルシア粉末： 粒径０．３〜Ｏ，フ、純度９９％のＣａＯ粉末 ディッピング用シリカスラリーニ ジリカーエタノール、ゾル１００重量部にシリカフラワ
ー２００重量部を混合したもの。

サンディング用シリカ粉末： 粒径１〜２ｍｍのシリカ粒子 熱硬化性バインダー：フェノール樹脂系溶剤樹脂被膜は
、厚さ１．５ｍｍに形成し、脱ろうは電気炉にて５００
℃で３０分加熱することにより行なった。脱ろう後、５
００℃で４時間仮焼した後、１ｏｏｏ℃で２時間本焼成
を行なった。

得られたカルシアシェル鋳型のＣａ０−Ｂｅ０層の厚さ
は２ｍｍ、シリカ層の厚さは４ｍｍであった。

鋳造実験の結果、鋳型は溶湯により侵食されることもな
く、また、溶湯汚染もおこらず、良好な鋳造を行なうこ
とができ、微細組織の鋳物が得られた。

［発明の効果］ 以上詳述した通り、本発明のカルシアシェル鋳型は、 ■　型面がカルシアを主体とするＣａ０−Ｂｅ０層であ
るため、高活性、高融点金属に対して安定である。

■　ＢｅＯにより、Ｃａ０−ＢｅＯの低温焼結が可能と
される。

■　ＢｅＯによるＣａＯの耐消化性向上作用に加え、Ｃ
ａ０−Ｂｅ０層の外側をシリカ層３等で被覆しているた
め、耐消化性に優れる。

■　このシリカ層３等の被覆層により強度も極めて高強
度のものとなる。

■　ＢｅＯの高熱伝導率に加え、薄肉であるため、冷却
速度が速く、結晶粒の微細化が図れる。特にＴｉ−６Ａ
Ｊ２−４Ｖ等の鋳造には有効である。

■　製品部が保温されないので、押湯効果が良く、製品
歩留りが良い。

■　従来のカルシア鋳型と異なり厚肉のバックアツプ層
を必要としないので、使用原料が少なくて済む、また、
ニアネット鋳型であるので軽量でハンドリングが容易で
ある。

■　複雑異形状のものにも適用することができる。

等の効果を有し、工業的に極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のカルシアシェル鋳型の一実施例を示す
断面図、第２図（ａ）〜（ｄ）は本発明のカルシアシェ
ル鋳型の製造方法の一例を示す断面図、第３図はＣａ０
−ＢｅＯ系状態図である。 １・・・カルシアシェル鋳型、 ２　・・・Ｃａ　Ｏ−Ｂ　ｅ　０層、 ３・・・シリカ層。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）カルシアを主体とし、ベリリアを含む型面層と、
   該型面層の外表面を被う、カルシア以外の金属酸化物或
   いは該金属酸化物とカルシアとの混合物よりなる被覆層
   とを備えてなることを特徴とするシェル鋳型。