JPH02217135A - 改善された指向性凝固を示す鋳造用金型 - 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】 ［発明の利用分野１ 本発明は、改善された指向性凝固を示す鋳造用金型、特
に重力鋳造または低圧鋳造で使用される金型に関する。

［従来技術及び発明が解決しようとする課題１比較的大
きく且つ複雑な鋳造製品やボス部または極端に厚い肉厚
部を持つ鋳造製品を鋳造する場合に、従来の金型、例え
ば鋼鉄製鋳型では、凝固むら、凝固の偏り、上部からの
凝固等が生じ、溶湯から固体への変換に伴う収縮に関連
して、鋳造製品の肉厚部や下方部分に巣や亀裂が生じて
しまうことがしばしばである。特に、低圧鋳造の場合に
は、この傾向が非常に強い。

本発明者は、金型を三つ以上の領域、即ち、保温性のあ
る領域、比較的早く冷却できる領域及びその他の領域に
分けて構成することに着目して、従来技術の欠点を有さ
す且つ鋳造時に改善された指向性凝固性を示す鋳造用金
型を開発することを鋭意研究した。

［発明の構成］ その結果、本発明者は、鋳造用金型の最下部域および／
または鋳造品の肉厚部に相当する鋳造用金型部分が銅合
金で形成されており、該金型の上部の内側が耐熱性の保
温性被覆材で被覆されており、上記銅合金金型の内側に
基体の銅合金の上にＮｉメッキ層、中間層としてのＧｏ
／Ｍｏ／Ｃｒ−合金被覆及び上側層としてのＡ　１２　
ｚＯ＋／ＺｒＯ□多孔質セラミック被覆が設けられてい
る鋳造用金型が上記の課題を解決し得ることを見出した
。

本発明の鋳造用金型の最下部域および／または鋳造品の
肉厚部に相当する領域を構成する銅合金は、耐摩耗性及
び耐久性を改善する為に、本発明者が既に特願昭６３−
３（１６８２４号として提出したような処理を施して使
用する。即ち、同特願昭には、鋳型の内面にＮｉメッキ
層か形成され、次いで中間層きしてＣｏ／Ｎｏ／Ｃｒ−
合金被覆がそして外側層としてＡ　ｌ　２（ｈ／ＺｒＣ
ｈ−多孔質セラミック被覆が設けられ、上記中間層の合
金の組成が４５〜６５重量％のＧｏ、２０〜４０重量％
のＭｏおよび残量のＣｒでありそしてセラミック層の組
成が４０〜６０重量％の７／２２０３と６０〜４０重量
％のＺｒ０ｚである、鋳造用Ｃｕ合金製パーマネント金
型が記載されている。本発明で使用する銅合金部分にも
、この特願昭と同じ処理を施す。このようにして製造さ
れた銅合金部は、銅合金の熱伝導性及び温度制御性を有
しながら、耐摩耗性及び耐久性を有し、またセラミック
層にある非常に沢山の孔によって鋳造時に発生ずるガス
を排除して、製品の表面状態を良好にする。

本発明の鋳造用金型の耐熱性の保温性被覆材は、この被
覆材を設に〕だ領域の溶湯の凝固を他の部分に比べて遅
くする働きを有している。このものは鋳造時の溶湯の温
度的７５０〜８００°Ｃ（アルミニウム合金やマグネシ
ウム合金の場合）に耐えることのできる耐熱性を有して
いなければならない。カミる材質としては、チタン酸カ
リウム繊維含有シート、チタン酸カリウム繊維含有被覆
層、チラノ繊維被覆層、アルミナ繊維被覆層、シリコン
カーバイト繊維被覆層、炭素繊維被覆層等がある。これ
らの被覆材の内の一部のものは、既に本発明者が特許出
願している未公開の発明の対象でもある。

特願昭６３−３１３７５５号として既に出願しました“
チタン酸カリウム繊維含有被覆を持つ鋳造用金型”なる
名称の発明で使用しております該被覆が有効である。こ
の特願昭に記載の発明は、無機系水性溶剤に５〜２００
μｍの長さおよび０゜０５〜５μｍの直径のチタン酸カ
リウム（ＸｚＴｉ６０＋　３）繊維を分散させた分散物
を布状の長炭素繊維群、炭素繊維織物および一編物の群
の少な（とも−種の炭素繊維材料に５０〜４００　μｍ
の乾燥膜厚で塗布された被覆生成物が金型の内面に無機
系水性接着剤にて貼り付けられており、該無機系接着剤
が酸化ジルコニウムおよびシリカを主要成分とし且つア
ルミン酸ナトリウムを少量成分とする組成でありそして
無機系溶剤がシリカを主要成分とし且つ酸化ジルコニウ
ムおよびアルミン酸ナトリウムを少量成分とする組成で
ある、上記チタン酸カリウム繊維含有被覆を持つ鋳造用
金型である。

この特願昭に記載されている如き、耐熱性で耐摩耗性の
チタン酸チタン酸カリウム繊維含有被覆を設けることに
よって、保温性のある鋳型領域が得られる。

耐熱性の保温性被覆材の別の例には、本発明者が昭和６
３年１２月２３日に特許出願しました“ポリチタノカル
ボキシシラン繊維材料含有被覆を持つ上記鋳造用金型“
において使用しております被覆剤もある。この特願昭に
は、無機系接着剤によってポリチタノカルボキシシラン
繊維材料が金型の内面に無機系水性接着剤にて貼り付け
られており、上記無機系接着剤が酸化ジルコニウムおよ
びシリカを主要成分とし且つアルミン酸ナトリウムを少
量成分とする組成を有し、上記繊維材料の繊維の太さが
８μｍ〜５　ｍｍでありそして該繊維材料と接着剤塗膜
との合計厚が０．５〜１５ｍｍである、ポリチタノカル
ボキシシラン繊維材料含有被覆を持つ上記鋳造用金型が
開示されています。このポリチタノカルボキシシラン繊
維材料含有被覆を設けることによっても保温性のある鋳
型領域が得られる。

更に、本発明で使用される耐熱性の保温性被覆材として
は、同様に本発明者が平成１年１月２４日に出願しまし
た耐熱性のチタン酸カリウム繊維含有シートも有効であ
る。この特願昭に記載のシートは、酸化ジルコニウム、
シリカ及びアルミン酸ナトリウムより成る無機系混合物
に５〜２００μｍの長さおよび０．０５〜５μｍの直径
のチタン酸カリウム（Ｋｚ　Ｔｉ６０＋３）繊維が分散
した状態で形成されている耐熱性のチタン酸カリウム繊
維含有シートである。このシートは、被覆材を施した部
分に、保温性及び耐熱性の他に熱衝撃性、離型性、耐久
性及び耐摩耗性をもたらす。

この被覆材が設けられる金型部分は、特に押し湯の部分
である。

この被覆物の適用方法はそれぞれ上記の各特願昭に記載
されている。

本発明を図面を用いて更に詳細に説明する：第１図は、
本発明の重力鋳造用金型の一例の図面である。

第２図は、本発明の低圧鋳造用金型の一例の図面である
。

第１図は、円筒状で途中の部分に肉厚の環状部を三つ持
ち且つ一番下の環状部に二つのボスを持つ鋳造製品を製
造する為の金型の概略図である。図中、ａは銅合金製金
型部分を、ｂは鋼鉄製金型部分をそしてＣは耐熱性の鋼
鉄製金型に保温性被覆層６を設けた部分を示している。

図中、ｌ、２及び３は鋳造製品の環状肉厚部を意味する
。４は肉薄部分を示している。５は肉厚の環状部から突
起したボス部を示している。

第２図は、第１図と同様な製品を低圧鋳造法で製造する
場合の鋳造用金型の概略図である。

図中のａ、ｂおよびＣ並びに１〜６は上記と同じ意味を
有する。７は鋳造用金型の下に配置されたストークを意
味する。

この様に構成された本発明の鋳造用金型で鋳造を行う場
合にイ」いて、以下に説明する。

第１図の重力鋳造用鋳型の場合には、湯口から導入され
る溶湯は最初に鋳型の銅合金で形成されている最下部の
領域に入り、徐々に上昇して鋼鉄領域を満たしそして最
後に保温性の耐熱性被覆材で被覆された鋼鉄製の上がり
の部分に至る。鋳型が溶湯で満たされた後に、銅合金の
領域を冷却液で冷却する。その際、肉厚部に相当する領
域は熱伝導率が高い（鋼鉄の約７倍）銅合金が使用され
ている為に、冷却速度が早く、押し湯の部分の溶湯は、
被覆材によって保温性を高めである為に、溶湯の凝固が
遅くなり、鋳型の他の領域の凝固した後に凝固すること
になる。結果的に、最下部から上の方向に向かって溶湯
が凝固することになり最適な指向、性凝固が達成される
。

第２図に示す低圧鋳造用鋳型の場合には、ストークから
押上られる溶湯は鋳型の下部から上の方向に上昇して鋳
型を満たす。満たされた溶湯は、冷却によって重力鋳造
の場合と同様に銅合金で形成された最下部が熱伝導率が
高い為に肉圧部であるにもかかわらず、最初に凝固しそ
して徐々に上の方に凝固が進行することになり、最下部
のボス及び肉圧部に巣も亀裂も生じることなしに、良い
品質の鋳造製品を得ることができる。低圧鋳造用金型の
場合には、ストークの近くの金型部分が最も高温である
ことから、冷即効率の理由から必ず銅合金を使用する。

本発明を以下に実施例を用いて更に詳細に説明する： １崖別」 第１図の重力鋳造用鋳型を製造する： この鋳型から製造される製品は、円筒状で途中の部分に
肉圧の環状部を三つ有し且つ一番したの環状部に二つの
ボス部を有している。

鋳型のａ領域は銅合金で作られている。この銅合金部は
以下のように製造されている＝０．１８重量％のジルコ
ニウムおよび０．２６重量％のチタンを含有し、導電率
３０χ（■＾Ｃ３）の銅合金で製造した金型の内面に、
電気メッキ法によって２００μｍの厚さのＮｉメッキ層
を設ける。次いでプラズマ溶射法によって５０重量％の
Ｃｏ、３０重量％のＭｏおよび２０重量％のＣｒより成
る合金を８０００°Ｃで溶射して１５０μｍの被覆膜を
形成する。

このようにして形成されたＣｏ／Ｍｏ／Ｃｒ被覆層の上
に、同様な溶射法によって５７重量％の八２□０３と４
３重量％のＺｒ（ｈより成るセラミック混合物を２５０
ＩＩｒｒｌの厚さで被覆する。その際の溶射温度は８０
００°Ｃである。セラミック層には非常に小さい沢山の
孔が存在し、多孔質と成っている。

ｂ）領域は鋼鉄部である。この部分は上記の銅合金の場
合と同様に、Ｃｏ／Ｍｏ／Ｃｒ−被覆膜およびセラミッ
ク層を設ける。被覆膜およびセラミック層の厚さは、上
記の銅合金の場合と同じである。

Ｃ）領域はチタン酸カリウム繊維含有被覆を施しである
。この被覆は以下のようにして設ける。

２９．６重量％の酸化ジルコニウム、５８．０重量％の
シリカおよび２．４重量％のアルミン酸ナトリウムより
成る溶剤５０ｇを水５０　ｍβに分散させる。

この分散物に平均長さ２０μｍ、平均直径０．９μｍの
チタン酸カリウム繊維１０ｇを分散させる。この分散物
を、厚さ５００μｍ炭素繊維織物にウェット塗膜厚さで
４００μｍの厚さに塗布する（乾燥塗膜厚；約２１５μ
ｍ）。これを９０°Ｃで１時間乾燥し、次いで１５０″
Ｃのキユアリング温度で１時間キユアリングする。

次ニ、５０ｍ１の水に６４．０重量％の酸化ジルコニウ
ム、３１．２重量％のシリカおよび４．８重量％のアル
ミン酸ナトリウムより成る接着剤５０　ｇを分散させた
分散物を用いて、上記のキユアリングした炭素繊維織物
を、湯口および押し湯部に貼り付ける。これを、同様に
９０°Ｃで１時間乾燥し、次いで１５０　’Ｃのキユア
リング温度で１時間キユアリングする。

こうして製造された上記の鋳型の銅合金領域を、水で３
５０〜４００°Ｃに冷却しながら上記の形状のアルミニ
ウム合金製品を製造するのに使用する。

１０００個製造したが、巣または亀裂が全くなかった。

実施開」 実施例１を繰り返す。但し、ｃ）領域の被覆材を以下の
ポリチタノカルボキシシラン繊維材料含有被覆材に替え
る。この被覆材は以下のようにして設ける： ６４、ＯＩｒ量χの酸化ジルコニウム、３１．２重量％
１１　。

のシリカおよび４．８重量２のアルミン酸ナトリウムよ
り成る接着剤５０ｇを水１５Ｉｄ、に分散させる。この
分散物を鋼鉄製のＣの部分の内面に３００μｍのウェッ
ト塗膜厚で塗布し、室温で１時間乾燥する。

この接着剤塗膜の上に長さ３ｍｍで太さ２０μｍのポリ
チタノカルボシラン（チラノ繊維、製造元：宇部興産株
式会社）微細繊維を均一な分布で付着圧定し、その上に
上記と同じ接着剤液を吹き付ける。その後に８５°Ｃの
温度で１時間乾燥し、次いで１５０°Ｃのキユアリング
温度で１時間キユアリングする。合計塗膜厚は１　、０
００μｍである。

こうして製造された鋳造用金型の銅合金部、３５０〜４
００°Ｃに冷却しながら上記の形状のアルミニウム合金
製品を製造するのに使用する。

ｌ０００個製造したが、巣または亀裂が全くなかった。

尖旌開」 １之二上Φｌ造 ５０滅の水に２９６６重量％の酸化ジルコウニラム、５
８．０３１量χのシリカ及び２．４重量％のアルミン酸
ナトリウムより成る混合物５ｈを分散した分散液を製造
し、この分散液に平均長さ２０μｍ平均直径０．９μｍ
のチタン酸カリウム繊維１０ｇを更に分散させる。内径
１００ｍｍのヌッチェに濾紙を敷き、その上にこの分散
物を注ぎ込み吸引濾過によって大部分の水分を除く。湿
潤時厚さ約１ｍｍのシートが得られる。これを濾紙と一
緒に取り出し、未使用の濾紙の上に置き室温で１時間空
気乾燥する。次いで、乾燥室において１５０　’Ｃのキ
ユアリング温度で１時間キユアリングする。得られるシ
ートは約０．６ｍの厚さを有している。

ｂ）金　での ５０ｍ２の水に６４．０重量％の酸化ジルコニウム、３
１．２重量２のシリカおよび４．８重量２のアルミン酸
ナトリウムより成る接着剤５０　ｇを分散させた分散液
によって、ａ）に従って製造されたシートを、第１図に
記載の重力鋳造用鋳型の湯口および押し湯部内面に貼り
付ける。室温で１時間放置乾燥した後に、１５０°Ｃの
温度で乾燥室においてキユアリングさせる。金型の他の
部分は実施例１におけるのと同じである。

こうして製造された鋳造用金型の銅合金部を３５０〜４
００°Ｃに冷却しながら上記の形状のアルミニウム合金
製品を製造するのに使用する。

１０００個製造したが、巣または亀裂が全くなかった。

北較開 実施例Ｉに説明したアルミニウム合金製の鋳造製品を、
鋼鉄製の金型で軟塗型をした後に低圧鋳造法によって鋳
造する。

１０個製造した鋳造製品の内、５個の製品の肉厚部およ
びボスの部分に巣が生じた。

［発明の効果１ 本発明の改善された指向性凝固を示す鋳造用金型は、巣
や亀裂による不良製品の発生を防止することができ且つ
塗型を行う煩雑さを省略することができる。従って、こ
の金型の産業への貢献は顕著なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の重力鋳造用金型の一例の図面であり
、第２図は、本発明の低圧鋳造用金型の一例の図面であ
る。図中の記号は以下の意味を有する： （１）〜（３）・・・ （４）・・・・・ （５）・・・・・ （６）・・・・・ （ａ）・・・・・ （ｂ）・・・・・ （Ｃ）・・・・・ 鋳造製品の環状肉厚部 鋳造製品の肉薄部 ボス部 保温性被覆層 銅合金製金型部分 鋼鉄製金型部分 鋼鉄製金型に保温性被覆層を設け た部分

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鋳造用金型の最下部域および／または鋳造品の肉厚部に
   相当する鋳造用金型部分が銅合金で形成されており、該
   金型の上部の内側が耐熱性の保温性被覆材で被覆されて
   おり、上記銅合金金型部分の内側に基体の銅合金の上に
   Ｎｉメッキ層、中間層としてのＣｏ／Ｍｏ／Ｃｒ−合金
   被覆及び上側層としてのＡｌ＿２Ｏ＿３／ＺｒＯ＿２−
   多孔質セラミック被覆が設けられていることを特徴とす
   る、改善された指向性凝固を示す鋼鉄製鋳造用金型。