JPH05123820A - チタンまたはチタン合金の精密鋳造用鋳型 - Google Patents
チタンまたはチタン合金の精密鋳造用鋳型Info
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- JPH05123820A JPH05123820A JP29127091A JP29127091A JPH05123820A JP H05123820 A JPH05123820 A JP H05123820A JP 29127091 A JP29127091 A JP 29127091A JP 29127091 A JP29127091 A JP 29127091A JP H05123820 A JPH05123820 A JP H05123820A
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Landscapes
- Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 チタンまたはチタン合金の精密鋳造品の歩留
を向上させ、鋳造後表面変質層のない安価な製品を得
る。 【構成】 チタンまたはチタン合金の精密鋳造用の鋳型
がイットリアを主成分とする耐火材と、塩基性水性ジル
コニアゾルおよびアクリル系エマルジョン樹脂からなる
バインダの混合物で構成され、その内面がチタンまたは
チタン合金の溶湯と接する内層材と、シリカ系耐火物を
主成分とする外層材からなる。外層材が内層材の強度を
補強する。
を向上させ、鋳造後表面変質層のない安価な製品を得
る。 【構成】 チタンまたはチタン合金の精密鋳造用の鋳型
がイットリアを主成分とする耐火材と、塩基性水性ジル
コニアゾルおよびアクリル系エマルジョン樹脂からなる
バインダの混合物で構成され、その内面がチタンまたは
チタン合金の溶湯と接する内層材と、シリカ系耐火物を
主成分とする外層材からなる。外層材が内層材の強度を
補強する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はチタンまたはチタン合金
のロストワックス精密鋳造法における鋳型に関するもの
である。
のロストワックス精密鋳造法における鋳型に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来、チタンまたはチタン合金のロスト
ワックス精密鋳造に用いられる鋳型は、（１）特開昭63
-115644号に開示されている、イットリア粉およびエチ
ルシリケートのような非水系をベースとしたバインダー
から成るスラリーで溶湯と接する鋳型の内面を被覆する
鋳型の製作方法。 （２）特開昭63-140740号に開示されている、Ｗ，Ｍ
ｏ，Ｎｂ，Ｔａおよびこれらの酸化物ならびにイットリ
アからの選ばれた一種の粉末を水、アルコール、または
アセトン等の有機溶媒、シリカゾル、アルミナゾルある
いはジルコニアゾルのうち一種類を溶媒として砂型の溶
湯の接する内面に塗布した鋳造用鋳型。 （３）特開平2-247037号に開示されているような、イッ
トリア、ジルコニア、マグネシアのうちの少なくとも一
種の金属酸化物とイットリア、およびジルコニアまたは
ジルコニウムの不溶性塩から成る粉体成分と水性媒体と
を混合して模型表面に塗布するコーティング組成物。 （４）特開平3-155432号に開示されている、水とシリコ
ン酸化物と水酸基イオンとイットリアから成るスラリー
で溶湯と接する鋳型の内面を形成する鋳造方法。等が知
られている。
ワックス精密鋳造に用いられる鋳型は、（１）特開昭63
-115644号に開示されている、イットリア粉およびエチ
ルシリケートのような非水系をベースとしたバインダー
から成るスラリーで溶湯と接する鋳型の内面を被覆する
鋳型の製作方法。 （２）特開昭63-140740号に開示されている、Ｗ，Ｍ
ｏ，Ｎｂ，Ｔａおよびこれらの酸化物ならびにイットリ
アからの選ばれた一種の粉末を水、アルコール、または
アセトン等の有機溶媒、シリカゾル、アルミナゾルある
いはジルコニアゾルのうち一種類を溶媒として砂型の溶
湯の接する内面に塗布した鋳造用鋳型。 （３）特開平2-247037号に開示されているような、イッ
トリア、ジルコニア、マグネシアのうちの少なくとも一
種の金属酸化物とイットリア、およびジルコニアまたは
ジルコニウムの不溶性塩から成る粉体成分と水性媒体と
を混合して模型表面に塗布するコーティング組成物。 （４）特開平3-155432号に開示されている、水とシリコ
ン酸化物と水酸基イオンとイットリアから成るスラリー
で溶湯と接する鋳型の内面を形成する鋳造方法。等が知
られている。
【０００３】
（１）の方法によればアルコール系のバインダーである
エチルシリケートを使用するので火災、爆発等の危険性
が高く、工業的に生産を行う場合、この危険性を回避す
るために非常に多くの投資を必要とし、またさらにチタ
ンまたはチタン合金との反応性の高いシリカ系のバイン
ダーを使用するために、得られた鋳造品の表層部に硬度
の高いα-Caseと呼ばれる変質層が発生するという問題
点があった。 （２）の方法によれば比較的大型鋳物を製造するための
砂型鋳物には適用できるが、鋳型の内面に酸化物を塗布
する方法であるために、複雑形状品、高い寸法精度を要
求されるロストワックス精密鋳造鋳型には適用できない
という問題点があった。
エチルシリケートを使用するので火災、爆発等の危険性
が高く、工業的に生産を行う場合、この危険性を回避す
るために非常に多くの投資を必要とし、またさらにチタ
ンまたはチタン合金との反応性の高いシリカ系のバイン
ダーを使用するために、得られた鋳造品の表層部に硬度
の高いα-Caseと呼ばれる変質層が発生するという問題
点があった。 （２）の方法によれば比較的大型鋳物を製造するための
砂型鋳物には適用できるが、鋳型の内面に酸化物を塗布
する方法であるために、複雑形状品、高い寸法精度を要
求されるロストワックス精密鋳造鋳型には適用できない
という問題点があった。
【０００４】（３）の方法によれば複雑な形状品で、高
い寸法精度を要求されるロストワックス精密鋳造用の鋳
型にも適用できるはずであるが、本方法はワックス模型
表面にコーティング組成物を塗布し、早期にゲル化させ
るコーティング組成物であり、歯科用等の非常に小物の
部品の鋳造には適しているが、これ等より大きな部品に
は適用できないという問題点があった。 （４）の方法によれば上記した（１）の方法と同様に、
チタンまたはチタン合金との反応性の高いシリカ系のバ
インダーを使用するために、得られた鋳造品の表層部に
硬度の高いα-Caseと呼ばれる変質層が発生するという
問題点があった。 本発明の目的はチタンまたはチタン合金のロストワック
ス精密鋳造品を鋳造するために、一般のロストワックス
精密鋳造品の製造設備をそのまま利用できるうえ、工業
的に安全な生産を行うことができ、さらに鋳造されたチ
タンまたはチタン合金の表層部に硬度の高いα-Caseと
呼ばれる変質層が発生しない精密鋳造用鋳型を提供する
ことである。
い寸法精度を要求されるロストワックス精密鋳造用の鋳
型にも適用できるはずであるが、本方法はワックス模型
表面にコーティング組成物を塗布し、早期にゲル化させ
るコーティング組成物であり、歯科用等の非常に小物の
部品の鋳造には適しているが、これ等より大きな部品に
は適用できないという問題点があった。 （４）の方法によれば上記した（１）の方法と同様に、
チタンまたはチタン合金との反応性の高いシリカ系のバ
インダーを使用するために、得られた鋳造品の表層部に
硬度の高いα-Caseと呼ばれる変質層が発生するという
問題点があった。 本発明の目的はチタンまたはチタン合金のロストワック
ス精密鋳造品を鋳造するために、一般のロストワックス
精密鋳造品の製造設備をそのまま利用できるうえ、工業
的に安全な生産を行うことができ、さらに鋳造されたチ
タンまたはチタン合金の表層部に硬度の高いα-Caseと
呼ばれる変質層が発生しない精密鋳造用鋳型を提供する
ことである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明はイットリアを主
成分とする耐火材と、塩基性水性ジルコニアゾルおよび
アクリル系エマルジョン樹脂からなるバインダの混合物
で構成され、その内面がチタンまたはチタン合金の溶湯
と接する内層材と、該内層材の外面に被覆され、シリカ
系耐火物を主成分とする外層材からなり、該外層材が前
記内層材の強度を補強することを特徴とするチタンまた
はチタン合金の精密鋳造用鋳型である。本発明者は、鋳
型の内面に用いるイットリアおよび、バインダーである
ジルコニアは図２に示す各種酸化物の生成自由エネルギ
ー温度線図によって、チタンに対して安定でありチタン
またはチタン合金を鋳造しても反応しないことに着目し
て、本願発明を完成したものである。また、使用するバ
インダーは水性であり火気に対しても特別な注意をする
必要もない。バインダーはフィラーであるイットリアが
塩基性であるために酸性のバインダーを用いると、早期
にゲル化が生じコーティングに使用できないので塩基性
ジルコニアゾルを用いる必要がある。
成分とする耐火材と、塩基性水性ジルコニアゾルおよび
アクリル系エマルジョン樹脂からなるバインダの混合物
で構成され、その内面がチタンまたはチタン合金の溶湯
と接する内層材と、該内層材の外面に被覆され、シリカ
系耐火物を主成分とする外層材からなり、該外層材が前
記内層材の強度を補強することを特徴とするチタンまた
はチタン合金の精密鋳造用鋳型である。本発明者は、鋳
型の内面に用いるイットリアおよび、バインダーである
ジルコニアは図２に示す各種酸化物の生成自由エネルギ
ー温度線図によって、チタンに対して安定でありチタン
またはチタン合金を鋳造しても反応しないことに着目し
て、本願発明を完成したものである。また、使用するバ
インダーは水性であり火気に対しても特別な注意をする
必要もない。バインダーはフィラーであるイットリアが
塩基性であるために酸性のバインダーを用いると、早期
にゲル化が生じコーティングに使用できないので塩基性
ジルコニアゾルを用いる必要がある。
【０００６】
【作用】ジルコニアゾルは鋳型製作過程および鋳型焼結
温度である約1200℃までの間はバインダーとしての強度
がほとんどなく、それ単体で用いることはできない。こ
のために鋳型製作過程のグリーン状態での強度は有機系
のアクリル系エマルジョン樹脂を配合することにより、
その粘結力により鋳型製作に必要な強度が得られる。配
合する有機系の樹脂は必ずしもアクリル系である必要は
ない。また、鋳型のグリーン状態から鋳型焼結温度であ
る約1200℃までの昇温過程、特に有機系エマルジョン樹
脂が熱分解してその効果を失う温度である200℃以上で
の鋳型の強度は、従来から一般的に用いられているシリ
カ系バインダーにジルコンフィラーを用いて、イットリ
ア・ジルコニア系耐火物の外側を保持してやることによ
り確保できることが判明した。
温度である約1200℃までの間はバインダーとしての強度
がほとんどなく、それ単体で用いることはできない。こ
のために鋳型製作過程のグリーン状態での強度は有機系
のアクリル系エマルジョン樹脂を配合することにより、
その粘結力により鋳型製作に必要な強度が得られる。配
合する有機系の樹脂は必ずしもアクリル系である必要は
ない。また、鋳型のグリーン状態から鋳型焼結温度であ
る約1200℃までの昇温過程、特に有機系エマルジョン樹
脂が熱分解してその効果を失う温度である200℃以上で
の鋳型の強度は、従来から一般的に用いられているシリ
カ系バインダーにジルコンフィラーを用いて、イットリ
ア・ジルコニア系耐火物の外側を保持してやることによ
り確保できることが判明した。
【０００７】イットリア・ジルコニア系耐火物の厚みは
3mm以下ではチタンまたはチタン合金溶湯がシリカ系耐
火物の影響を受け、鋳造品の表層部に硬度の高いα-Cas
eと呼ばれる変質層が発生するので3mmより厚い方が良
く、シリカ系耐火物の外層材の厚さは鋳型の大きさによ
り変化させるが、3〜5mm程度が良い。鋳型の焼結は1400
℃前後で行うことにより充分な強度が得られるが、その
昇温スピードはイットリア・ジルコニア系耐火物とシリ
カ系耐火物の熱膨張の違いによるクラックの発生や、鋳
型の密度の違いによる熱膨張差によるクラックを防止す
るために20℃/Hr以下が望ましい。
3mm以下ではチタンまたはチタン合金溶湯がシリカ系耐
火物の影響を受け、鋳造品の表層部に硬度の高いα-Cas
eと呼ばれる変質層が発生するので3mmより厚い方が良
く、シリカ系耐火物の外層材の厚さは鋳型の大きさによ
り変化させるが、3〜5mm程度が良い。鋳型の焼結は1400
℃前後で行うことにより充分な強度が得られるが、その
昇温スピードはイットリア・ジルコニア系耐火物とシリ
カ系耐火物の熱膨張の違いによるクラックの発生や、鋳
型の密度の違いによる熱膨張差によるクラックを防止す
るために20℃/Hr以下が望ましい。
【０００８】
【実施例】以下に本発明を一実施例によって説明する。
使用するワックス模型３０は100×50×15mmの板状を用
いて、図１に示す押湯３１、注湯口３２を設けたワック
スクラスターを組み立てた。イットリア主成分の内層材
１であるスラリーは市販の塩基性ジルコニアゾル（日本
触媒化学製 AZS-B73M）18重量部，純水3.6重量部、ア
クリル系エマルジョン樹脂（東亜合成化学製 HD104C）
3.6重量部，325メッシュアンダーのイットリア粉末（日
本研磨材工業製 PC-Y）74重量部，分散剤（中京油脂製
セルナD-305）0.5重量部、界面活性剤（花王製 アン
ヒトール24B）0.3重量部、および消泡剤を撹拌機で混合
して製作した。このスラリーに前記のワックスクラスタ
ーを浸した後、余分なスラリーをたらし70〜100メッシ
ュのジルコニア粒をふりかけ乾燥させた。さらにこの操
作を繰り返し，約3.5mmの厚さとした。ふりかけに使用
するジルコニア粒の粒度は順次その粒度を粗くすること
もできる。
使用するワックス模型３０は100×50×15mmの板状を用
いて、図１に示す押湯３１、注湯口３２を設けたワック
スクラスターを組み立てた。イットリア主成分の内層材
１であるスラリーは市販の塩基性ジルコニアゾル（日本
触媒化学製 AZS-B73M）18重量部，純水3.6重量部、ア
クリル系エマルジョン樹脂（東亜合成化学製 HD104C）
3.6重量部，325メッシュアンダーのイットリア粉末（日
本研磨材工業製 PC-Y）74重量部，分散剤（中京油脂製
セルナD-305）0.5重量部、界面活性剤（花王製 アン
ヒトール24B）0.3重量部、および消泡剤を撹拌機で混合
して製作した。このスラリーに前記のワックスクラスタ
ーを浸した後、余分なスラリーをたらし70〜100メッシ
ュのジルコニア粒をふりかけ乾燥させた。さらにこの操
作を繰り返し，約3.5mmの厚さとした。ふりかけに使用
するジルコニア粒の粒度は順次その粒度を粗くすること
もできる。
【０００９】次いで市販のシリカゾル（日産化学製 ス
ノーテックス30）20重量部と、325メッシュアンダーの
ジルコン粉末（大阪ジルコン製）80重量部を撹拌機で混
合して外層材２のスラリーとした。このスラリーに前述
の鋳型を浸した後、粒径 2mmのシャモットサンドをふり
かけ乾燥させ、この操作を繰り返し全体の厚さが約 7.5
mmとなるようにした。２日間乾燥の後、150℃，7kg/cm2
の水蒸気オートクレーブ中で脱蝋し，その後電気加熱炉
で 20℃/Hrの昇温スピードで 1400℃まで昇温し、４時
間保持した。そして、乾燥後は鋳型の内層材は、イット
リア・ジルコニア系耐火物、外層材はシリカ・ジルコン
系耐火物となった。この鋳型は製作中のスラリーのゲル
化による不具合もなく、また鋳型の破損もなかった。ま
た、鋳型焼成過程においてもクラックの発生も認められ
ず、鋳造に供することができた。この鋳型を用いてTi-6
Al-4V合金を鋳造した結果、鋳型との反応の結果生じる
鋳造品表層部の硬度の高いα-Caseと呼ばれる変質層も
なく、良好な鋳造品を得ることができた。
ノーテックス30）20重量部と、325メッシュアンダーの
ジルコン粉末（大阪ジルコン製）80重量部を撹拌機で混
合して外層材２のスラリーとした。このスラリーに前述
の鋳型を浸した後、粒径 2mmのシャモットサンドをふり
かけ乾燥させ、この操作を繰り返し全体の厚さが約 7.5
mmとなるようにした。２日間乾燥の後、150℃，7kg/cm2
の水蒸気オートクレーブ中で脱蝋し，その後電気加熱炉
で 20℃/Hrの昇温スピードで 1400℃まで昇温し、４時
間保持した。そして、乾燥後は鋳型の内層材は、イット
リア・ジルコニア系耐火物、外層材はシリカ・ジルコン
系耐火物となった。この鋳型は製作中のスラリーのゲル
化による不具合もなく、また鋳型の破損もなかった。ま
た、鋳型焼成過程においてもクラックの発生も認められ
ず、鋳造に供することができた。この鋳型を用いてTi-6
Al-4V合金を鋳造した結果、鋳型との反応の結果生じる
鋳造品表層部の硬度の高いα-Caseと呼ばれる変質層も
なく、良好な鋳造品を得ることができた。
【００１０】
【発明の効果】本発明によれば従来不充分であったチタ
ンまたはチタン合金の精密鋳造品の歩留まりが大幅に向
上し、さらに鋳造後の鋳物の表面変質層の発生がなく、
この変質層を除去するための工程も不要となり、大幅な
工程短縮が可能で工業的効果は非常に大きい。
ンまたはチタン合金の精密鋳造品の歩留まりが大幅に向
上し、さらに鋳造後の鋳物の表面変質層の発生がなく、
この変質層を除去するための工程も不要となり、大幅な
工程短縮が可能で工業的効果は非常に大きい。
【図１】本発明の一実施例を示すチタンまたはチタン合
金の精密鋳造用鋳型を示す断面図である。
金の精密鋳造用鋳型を示す断面図である。
【図２】各種酸化物の生成自由エネルギー温度線図であ
る。
る。
１ 内層材 ２ 外層材 ３０ ワックス模型 ３１ 押湯 ３２ 注湯口
Claims (1)
- 【請求項１】 イットリアを主成分とする耐火材と、塩
基性水性ジルコニアゾルおよびアクリル系エマルジョン
樹脂からなるバインダの混合物で構成され、その内面が
チタンまたはチタン合金の溶湯と接する内層材と、該内
層材の外面に被覆され、シリカ系耐火物を主成分とする
外層材からなり、該外層材が前記内層材の強度を補強す
ることを特徴とするチタンまたはチタン合金の精密鋳造
用鋳型。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29127091A JPH05123820A (ja) | 1991-11-07 | 1991-11-07 | チタンまたはチタン合金の精密鋳造用鋳型 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29127091A JPH05123820A (ja) | 1991-11-07 | 1991-11-07 | チタンまたはチタン合金の精密鋳造用鋳型 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05123820A true JPH05123820A (ja) | 1993-05-21 |
Family
ID=17766704
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29127091A Pending JPH05123820A (ja) | 1991-11-07 | 1991-11-07 | チタンまたはチタン合金の精密鋳造用鋳型 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05123820A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007069246A (ja) * | 2005-09-07 | 2007-03-22 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | チタン合金用鋳型 |
| JP2007069247A (ja) * | 2005-09-07 | 2007-03-22 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | チタンアルミ合金用鋳型 |
| JP2010167498A (ja) * | 1998-11-20 | 2010-08-05 | Rolls-Royce Corp | 鋳造部品を製造する方法及び装置 |
| KR101364563B1 (ko) * | 2005-09-07 | 2014-02-18 | 가부시키가이샤 아이에이치아이 캐스팅스 | 주형 및 그 제조 방법 |
-
1991
- 1991-11-07 JP JP29127091A patent/JPH05123820A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010167498A (ja) * | 1998-11-20 | 2010-08-05 | Rolls-Royce Corp | 鋳造部品を製造する方法及び装置 |
| JP2007069246A (ja) * | 2005-09-07 | 2007-03-22 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | チタン合金用鋳型 |
| JP2007069247A (ja) * | 2005-09-07 | 2007-03-22 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | チタンアルミ合金用鋳型 |
| KR101364563B1 (ko) * | 2005-09-07 | 2014-02-18 | 가부시키가이샤 아이에이치아이 캐스팅스 | 주형 및 그 제조 방법 |
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