JPH0626746B2

JPH0626746B2 - カルシアシェル鋳型

Info

Publication number: JPH0626746B2
Application number: JP1020312A
Authority: JP
Inventors: 勤也鎌田; 通出川
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1989-01-30
Filing date: 1989-01-30
Publication date: 1994-04-13
Anticipated expiration: 2009-04-13
Also published as: JPH02200346A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はカルシアシェル鋳型に係り、特に鋳造特性、機
械的特性に優れたカルシアシェル鋳型に関する。

［従来の技術］従来、精密鋳造用鋳型としては、一般にＳｉＯ_２，Ａｌ
_２Ｏ_３，ＺｒＯ_２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、ＳｉＯ_２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Ｙ_２Ｏ_３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）鋳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、Ｔｉ，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。

従来のカルシア鋳造は、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、更にバックアッ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、カルシアを主体とする
型面層と、該型面層の外表面を被うシリカ層又はアルミ
ナ層よりなる被覆層とを備えてなり、肉厚が９mm以下の
薄肉シェル構造であ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
の型面層がカルシア質層２で構成され、このカルシア質
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、型面層のカルシア質層２は、ＣａＯ含
有量が高いもの程化学的安定性、耐熱性に優れることか
ら、カルシア質層２はＣａＯ含有量９５重量％以上、好
ましくは９８重量％以上であることが望ましい。

また、カルシア質層２の型面層を被覆する層は、カルシ
ア質層に、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とし
て、シリカ層の他、アルミナ層を採用することもでき
る。

本発明において、鋳型の形状等には特に制限はないが、
型面層のカルシア質層２の厚さは、通常の場合１〜３mm
程度とするのが好ましい。カルシア質層２の厚さが１mm
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、３mmを超えると鋳型の放熱特性が低下
する。また、このカルシア質層２を被覆するシリカ層３
又はアルミナ層の被覆層の厚さは、通常の場合、２〜６
mm程度とするのが好ましい。シリカ層３又はアルミナ層
の厚さが２mm未満では、カルシア質層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。本発明によれば、このよう
に、厚さ１〜３mm程度のカルシア質層を厚さ２〜６mmの
シリカ層又はアルミナ層で被覆することにより、厚さ９
mm以下の薄肉シェル構造のカルシアシェル鋳型とするこ
とができる。

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構造にあたっては、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））、この外表面にカルシア質層２を形
成する（第２図（ｂ））。

コーティングは、通常のシェルモー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微細粒子を混合したカルシアスラリー
（泥漿）に浸漬して、スラリーを付着させ（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粉末をまぶして（サンディング）乾燥し、Ｃ
ａＯ層を形成する。ディッピングに用いるカルシアスラ
リーは、例えば、５重量％ＣａＣｌ_２エタノール溶液に
♯２００以下、純度９９％以上のＣａＯ微粉を混合して
調製される。スラリーのエタノールとＣａＯの重量比
は、エタノール：ＣａＯ＝１：１．５〜４とするのが好
ましい。このカルシアスラリーにはカルシア質層の焼成
強度の向上のために、１重量％以下のＳｉＯ_２ゾル、１
重量％以下のＡｌ_２Ｏ_３ゾルを添加しても良い。また、
サンディングに用いるＣａＯ粉末の粒径は粒径０．７〜
０．３mmの範囲であることが好ましい。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、恒温恒湿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））。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にカルシア質層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、カ
ルシア質層２をシリカ層３又はアルミナ層で被覆するこ
とにより、耐消化性、強度等が高められる。

必要に応じてカルシア質層２及びシリカ層３を形成した
後は、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
脂被膜４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未満では十分なクラッ
ク防止効果が得られず、３mmを超えてもクラック防止効
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］カルシア質層を型面層とし、これをシリカ層又はアルミ
ナ層で被覆することにより、カルシア質層の耐消化性、
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、肉厚が９mm以下の薄肉シェル構造のシ
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−６Ａｌ−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。

ディッピング用カルシアスラリー：５重量％ＣａＣｌ_２
エタノール溶液１００重量部に、純度９９％、粒径０．
０５mmのＣａＯ粉末を２５０重量部混合したもの。

サンディング用カルシア粉末：粒径０．３〜０．７、純
度９８％のＣａＯ粉末ディッピング用シリカスラリー：シリカ−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、５００℃で４時間仮焼した後、１０００℃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カルシア質層の厚さは２
mm、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、型面がカルシア質層であるため、高活性、高融点金属
に対して安定である。

カルシア質層の外側をシリカ層３又はアルミナ層で被
覆しているため、極めて高強度で耐消化性等にも優れ
る。

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−６Ａｌ−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ップ層を
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である。１……カルシアシェル鋳型、２……カルシア質層、３……シリカ層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カルシアを主体とする型面層と、該型面層
の外表面を被う、シリカ層又はアルミナ層よりなる被覆
層とを備えてなり、肉厚が９mm以下の薄肉シェル構造で
あることを特徴とするカルシアシェル鋳型。