JPH067916A - 精密鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鋳造時の脱ガスを十分にし、かつ組織の均一
化、一方向凝固組織化などの結晶構造の調整も可能に
し、また金属とセラミックスとの複合材料を用いる場合
に複雑な形状のものや大型のものを能率良く作ることが
できる精密鋳造方法を提供する。 【構成】 非誘導性の鋳型内に、高周波誘導性の金属あ
るいはセラミックス複合金属材からなる鋳造材を充填
し、前記鋳型の外側から高周波加熱して溶融部位を移動
させつつ前記鋳造材を溶融し、その後凝固させる。ここ
に誘導コイルの移動中に鋳型内に粒状あるいは粉状の鋳
造材を補充し続けたり、鋳造材の材質に応じて酸化雰囲
気、不活性雰囲気、還元雰囲気、真空あるいは減圧雰囲
気とするのが望ましい。鋳造過程でＨＩＰ処理を施すこ
とも可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高周波誘導加熱を用い
た精密鋳造方法に関するものである。

【０００２】

【発明の背景】従来の鋳造方法は、鋳込む材料に含まれ
たガスあるいは鋳造行程で発生するガスなどが鋳造製品
の内部に残って内部欠陥を生じたり、また表面に残って
鋳肌の悪化を招いたりし易く、このため製品の歩留まり
が低下するという問題があった。また溶湯の鋳込み後に
おける冷却条件の変化により、材料の組織が不均一にな
ったり、一方向凝固組織、単結晶組織、微細組織などの
結晶構造の調整も困難になるという問題もあった。

【０００３】一方製品の特定の性質を改善するなどの目
的で、金属とセラミックスとの複合材料を用いることが
考えられている。従来この種の材料を焼結で作ることが
知られている。すなわち金属とセラミックスの粉末を混
ぜてプレス成形し、これを焼結するものである。しかし
この方法ではプレス成形の都合から複雑な形状のものや
大型のものを作ることができず、生産性も悪いという問
題があった。

【０００４】

【発明の目的】本発明はこのような事情に鑑みなされた
ものであり、鋳造時の脱ガスを十分にし、かつ組織の均
一化、一方向凝固組織化などの結晶構造の調整も可能に
する精密鋳造方法を提供することを目的とするものであ
る。

【０００５】また同時に、金属とセラミックスとの複合
材料を用いる場合に複雑な形状のものや大型のものを能
率良く作ることができる精密鋳造方法を提供することを
目的とする。

【０００６】

【発明の構成】本発明によればこの目的は、非誘導性の
鋳型内に、高周波誘導性の金属あるいはセラミックス複
合金属材からなる鋳造材を充填し、前記鋳型の外側から
高周波加熱して溶融部位を移動させつつ前記鋳造材を溶
融し、その後凝固させることを特徴とする精密鋳造方
法、により達成される。

【０００７】ここに誘導コイルは鋳型に対して一方向例
えば下から上に向ってに連続して移動させて、溶融部位
をコイルと共に下から上へ移動させたり、この移動中に
鋳型内に粒状あるいは粉状の鋳造材を補充し続けるよう
にすることができる。この場合、鋳造材の材質に応じて
酸化雰囲気、不活性雰囲気、還元雰囲気、真空あるいは
減圧雰囲気とするのが望ましい。さらに鋳造過程でＨＩ
Ｐ（熱間静水圧加圧プロセス、Hot Isostatic Pressin
g）処理を施すことも可能である。

【０００８】

【作用】鋳型に充填された金属はその一部が高周波加熱
により溶融し、この間に脱ガスが行われる。またコイル
の移動方向に追従して順に凝固するから、金属の組織が
同方向に揃う。コイルの移動の態様や冷却速度を調整す
ることにより、結晶組織の調整も可能になる。

【０００９】一方セラミックス複合金属材料に対して
は、高周波加熱によりその一部の領域が加熱されると、
金属粉末が溶融して溶融金属中にセラミックス粉末が分
散する。金属粉末とセラミック粉末とを均質に混合して
充填することにより、セラミックス粉末は片在すること
なく均質に溶融金属中に分散でき、この状態の領域は狭
いので溶融領域を順に移動させることにより製品全体中
にセラミックスを均質に分散できる。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の一実施例の側断面図、図２は
そのII−II線断面図である。これらの図で符号１０は鋳
型であり、非誘導性の材料、例えばセラミックスで作ら
れている。この材料としてはジルコン、溶融シリカ、溶
融アルミナ、焼成粘土、ムライトなどのスタッコ粒を、
コロイダル・シリカ、エチル・シリケートなどのバイン
ダを含むスラリにより消失模型に付着させた後、消失模
型を消失させ、さらに焼成したものを用いることができ
る。

【００１１】この鋳型１０は左型１０Ａと右型１０Ｂと
を密着させたものであり、この実施例では左右型１０
Ａ、１０Ｂ間に中子１２が挟持されている。そして鋳型
１０内面とこの中子１２との間に鋳込み空間１４が形成
される。この鋳型１０は繰り返し使用可能なパーマネン
ト鋳型とするのが望ましい。

【００１２】左右の型１０Ａ、１０Ｂ間には適宜間隔を
おいて湯口部１６と、これに連結する押し湯部１８とが
形成されている。これらの押し湯部１８には粉末状に作
られた高周波誘導性、すなわち高周波誘導加熱が可能な
性質をもった金属あるいはセラミック複合金属材からな
る鋳造材２０が流入される。これらはさらに湯口部１６
を通り、鋳込み空間１４内に流入する。そしてこの鋳込
み空間１４内はこの鋳造材２０で充填される。

【００１３】ここに鋳造材２０としては、たとえば鉄、
鉄系基合金（Ｎｉ、Ｃｏ）、銅、銅合金、Ｃｒ合金、 S
US３０４、３１６等のステンレス鋼などの流動性を有す
る金属粉、特に焼結用粉末が適する。例えば、 SUS３１
６にTic を３３wt％分散させた複合合金の粉末を用いる
ことができる。セラミック複合金属材としては、例えば
鉄系基合金を母合金としてこれにセラミック（炭火けい
素、ホウ化けい素、酸化けい素、窒化けい素等）の粒子
を１０〜５０wt％分散させたものが使用できる。この場
合鋳造材２０に応じて真空あるいは減圧雰囲気、酸化雰
囲気、不活性雰囲気、還元雰囲気として溶融鋳造するの
が望ましい。特に真空（減圧）雰囲気下では脱ガスを促
進できる。

【００１４】２２は高周波誘導コイルである。このコイ
ル２２は鋳型１０の長手方向にほぼ直交する平面状で鋳
型１０を囲むように環状に作られ、図示しない高周波電
源から高周波電流が供給される。このためこのコイル２
２内に位置する誘導性材料である鋳造材２０が部分的に
加熱され、溶融する。コイル２２を図１で右端から左端
に向って移動させれば溶融部位Ａはコイル２２と共に移
動し、コイル２２の通過後には凝固する。

【００１５】鋳造材２０の溶融によりその容積が減少す
ると、押し湯部１８内の鋳造材２０の粉末が湯口部１６
を通って鋳込み空間１４内に流入する。このように鋳造
材２０を補充しつつ高周波加熱することにより、欠陥の
ない高品質の鋳造製品を歩留まり良く得ることができ
る。

【００１６】図３は他の実施例の概念図である。この実
施例は高周波加熱と凝固とを行う際にＨＩＰ（熱間等方
圧加圧プロセス、Hot Isostatic Pressing）処理を施す
ものである。

【００１７】この図で符号５０は圧力容器本体、５２、
５４は下側ふた、上側ふたであり、これらはスチールで
作られている。この容器５０の中の支持台５６には鋳造
材５８を充填した状態の鋳型６０が置かれ、その外側に
は高周波誘導コイル６２が巻かれている。高周波誘導コ
イル６２は鋳型５８の長手方向に多数に分割され、各部
分はそれぞれ独立して通電可能となっている。また容器
本体５０の中はアルゴンなどの圧力媒体となるガスが充
填されている。なお６４はコイル６０と容器本体５０と
の間に介在する断熱材である。

【００１８】容器の中は１００MPa （約１０００kgf/cm
² ）以上の圧力に加圧され、コイル６２は一端側から順
に通電される。この結果鋳造材５８はその一端側から順
に溶融してから凝固し、前記図１、２で示したようにコ
イル２２を移動させるのと等価になる。

【００１９】この実施例によれば、高圧下でＨＩＰ処理
されるから、鋳造製品の密度を上げて、組織をち密化さ
せ、品質を向上させることができる。このＨＩＰ処理は
高周波誘導加熱中および凝固中に施すのが望ましいが、
高周波誘導加熱による処理後にＨＩＰ処理を行ってもよ
い。

【００２０】なお長手の製品の鋳型に対しては、鋳型を
縦置きにして下方から上方へ向って溶融部位を移動させ
るようにするのが望ましい。この場合溶融部位の移動に
伴ってガスや不純物が上昇し易くなり製品の純度を向上
させる効果も得られる。また本発明は複数回高周波加熱
を繰り返すものも包含し、この場合には本発明の効果を
一層向上させ、確実にすることができる。

【００２１】図４はさらに他の実施例を示す斜視図であ
る。この実施例はパイプ状の製品を作るものである。す
なわち鋳型７０は円柱状の中子７２をもち、この中子７
２との間に上に向って開口する筒状の鋳込み空間７４が
形成されている。鋳造材７６は、銅、ステンレス、鉄等
の金属板を曲げ加工して鋳込み空間７４の形状にほぼ対
応するように略筒状に作られている。

【００２２】この鋳造材７６は鋳込み空間７４に上方か
ら挿入される一方、高周波誘導コイル７８は下から上方
へ移動され、鋳造材７６の溶融部位は下から上へ移動す
る。この溶融により鋳造材７４は鋳込み空間７４内に流
れ込み、その後凝固してこの空間７４の形状の製品が作
られる。なお鋳込み空間７４は図４のように直線の筒状
のものに限られず、円弧状などに湾曲しているものであ
ってもよい。

【００２３】

【発明の効果】本発明は以上のように、非誘導性の鋳型
内に、高周波誘導性の金属またはセラミックス複合金属
材などの鋳造材を充填し、鋳型の外側から高周波加熱し
て溶融部位を移動させつつ鋳造材を溶融し、その後凝固
させるものであるから、溶融部位をコイルの移動により
制御しつつ鋳造できる。このため鋳造時の溶融・凝固の
過程をコイルの電流や移動速度、移動方向などにより制
御することができ、脱ガスあるいは組織の制御、例えば
一方向性組織、単結晶組織、微細組織等の結晶組織の制
御が可能になる（請求項１、２）。

【００２４】特に金属粉末とセラミックス粉末とを充填
した時には狭い領域ごとに順に溶融させてゆくので溶融
金属中にセラミックス粉末が均質に混入する。このため
望ましい性質をもったセラミックス複合金属材料による
製品を能率良く作ることができる。また粉末をプレス成
形する必要もないので大型の製品の製作に適する。

【００２５】またコイルを一方向に移動させれば長尺の
鋳造物の製造に好適であり（請求項３）、この時鋳造材
を補充しながら行なえば製品の歩留まりは一層向上する
（請求項４、７）。ここに鋳造材は金属の燒結用粉末、
金属とセラミック粉末の燒結用粉末材とすることができ
る（請求項５、６）。さらに、高周波加熱を複数回繰り
返すことにより（請求項８）、製品の精度は一層向上で
きる。

【００２６】略筒状の鋳込み空間を有する場合には、金
属を筒状に曲げて鋳込み空間に挿入したり（請求項９、
１０）、複数の金属板や金属ブロックを用いることもで
きる。この高周波加熱中および凝固中に、鋳型および鋳
造材にＨＩＰ処理を施せば、製品の密度は一層上がり欠
陥のない高品質な製品を得ることができる（請求項１
１）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の側断面図

【図２】そのII−II線断面図

【図３】他の実施例の概念図

【図４】さらに他の実施例の概念図

【符号の説明】

１０、６０、７０ 鋳型 １４、７４ 鋳込み空間 １６ 湯口部 １８ 押し湯部 ２０、５８、７６ 鋳造材 ２２、６２、７８ 高周波誘導コイル

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非誘導性の鋳型内に、高周波誘導性の金
   属からなる鋳造材を充填し、前記鋳型の外側から高周波
   加熱して溶融部位を移動させつつ前記鋳造材を溶融し、
   凝固させることを特徴とする精密鋳造方法。
2. 【請求項２】 非誘導性の鋳型内に、高周波誘導性のセ
   ラミックス複合金属材からなる鋳造材を充填し、前記鋳
   型の外側から高周波加熱して溶融部位を移動させつつ前
   記鋳造材を溶融し、凝固させることを特徴とする精密鋳
   造方法。
3. 【請求項３】 鋳型に対して高周波誘導コイルを一方向
   に連続して移動させ、鋳造材の溶融部位を誘導コイルの
   移動につれて移動させる請求項１または２の精密鋳造方
   法。
4. 【請求項４】 鋳型内に充填する鋳造材は流動性を有す
   る粒状あるいは粉状である請求項１または２の精密鋳造
   方法。
5. 【請求項５】 鋳造材は鉄、ステンレス鋼の焼結用粉末
   材料である請求項１の精密鋳造方法。
6. 【請求項６】 鋳造材は、金属粉末にセラミック粉末を
   混入した焼結用材料である請求項２の精密鋳造方法。
7. 【請求項７】 高周波誘導コイル内を移動させつつ前記
   鋳造材と同材質の粒体あるいは粉体を鋳型内に補充する
   請求項１または２の精密鋳造方法。
8. 【請求項８】 凝固した鋳造物を含む鋳型に、高周波誘
   導による溶融と凝固とを複数回繰り返す請求項１または
   ２の精密鋳造方法
9. 【請求項９】 鋳型は略筒状の鋳込み空間をもち、鋳造
   材はこの鋳込み空間に上方から挿入された板状の金属あ
   るいはセラミック複合金属である請求項１または２の精
   密鋳造方法。
10. 【請求項１０】 鋳造材は鋳型の鋳込み空間にほぼ沿う
    ように略筒状に曲げ加工されている請求項９の精密鋳造
    方法。
11. 【請求項１１】 高周波誘導加熱による溶融中および凝
    固中にＨＩＰ処理を施す請求項１〜１０のいずれかの精
    密鋳造方法。