JPH069719Y2 - 引け性判定鋳型 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は，内引け量に着眼して，再現性良く，簡便に引
け性を判定することができる，アルミニウム合金用引け
性判定鋳型に関する。

〔従来技術〕

鋳物用アルミニウム合金（以下，Ａｌ合金という）は，
原料地金の大半を再生地金に依存している。ところが，
合金成分が規格を満足していても，地金によっては，引
け欠陥が多発する場合がある。その原因として，再生地
金では，製造履歴がメーカーによって異なるため，規格
化されていないガスや介在物が著しく変動し，地金の引
け性に影響を及ぼすためと考えられている。しかし，詳
細は不明であり，根本的な対策もなされていない。この
ような状況下で，欠陥が少なく耐圧性に優れた鋳物を作
るには，地金の引け性を予めチェックしておくことはむ
ろん，溶湯についても随時チェックして，引け性が安定
していることを確認しておく必要がある。

従来，Ａｌ合金の引け性の測定方法としては，テーター
（Ｔａｔｕｒ）氏によって考案された鋳鉄製鋳型を用い
るテーターモールド法が普及している〔「鋳物」４７
（１９７５），３，３４５参照〕しかしながら，この方
法は，鋳型の予熱を必要とする，得られる鋳物の重量が
約１．２kgと比較的重い，など取り扱い上やや難点があ
る。また，鋳物内の引け巣量を部分的にしか評価してい
ないため，収縮量の測定としては，厳密性を欠く。

〔解決すべき問題点〕

本考案は，かかる従来技術の問題点に鑑み，Ａｌ合金鋳
造における引け性判定鋳型に関し，種々の観点から検討
を行い，鋳造時の内引けに着眼してなされたものであ
り，再現性良く，簡便な引け性判定鋳型を提供しようと
するものである。

〔問題点の解決手段〕

本考案は，第１図に例示するごとく，有底円筒状の下型
１１と，引け性を測定すべきアルミニウム合金溶湯を注
入するための注湯口を有する円錐筒状の上型１２とから
なると共に，ジルコン粉末とバインダーとしての樹脂と
の混合粉末を成形，焼成してなる鋳型１であって，該鋳
型は熱伝導度が１．５×１０^−３〜５×１０^−３ｃａ１
／cm，Ｓ，℃であると共にその肉厚Ａが５〜１０mmであ
り，かつ前記下型１１はキャビティの高さＢが前記上型
１２の円錐部高さＣの２０〜４０％であり，また前記上
型１２はその円錐底部の内径Ｄが５０〜８０mm，その高
さＣが３０〜６２mm，注湯口の口径Ｅが１０〜１５mmで
あることを特徴とするアルミニウム合金引け性判定鋳型
にある。

本考案において重要なことは，後述する内引けを生ずる
と共にこの内引けによって優れた引け性判定を行うこと
ができる鋳型とすることにあり，そのために上記熱伝導
度及び鋳型における寸法関係が必須要素となるのであ
る。

即ち，鋳型の熱伝導度を１．５〜５×１０^−３ｃａ１／
cm，ｓ，℃としたのは，得ようとする鋳物上部の内引け
周囲に生ずるエッジ部分を鋭くさせて，内引けと外引け
とを明瞭に分離するためである。また，鋳型の肉厚を上
記のようにしたのはその強度を確保するためである。ま
た，下型のキャビティ部の高さ及び上型の高さを上記の
ようにしたのは，内引けが深く生ずるようにするためで
ある。また，上型の円錐底部の内径及び注湯の口径を上
記のごとくしたのは，引け性判定に必要なＡｌ合金溶湯
の量を少量とするためである。

上記の肉厚，高さ，内径及び口径の限定理由にき，これ
を更に説明すれば，次のようである。

即ち，まず鋳型の肉厚み５〜１０mmに関しては，上記の
ごとく鋳型強度を確保するために必要な範囲である。具
体的には，厚み５mm未満では型壁が薄いために脆く，判
定用鋳物の溶湯を注入した際に，破損し易い。一方，肉
厚が大きくなるほど鋳型強度は向上するが，１０mmを越
えると鋳型作製時の焼成時間が長くなり，また鋳物砂の
量も多くコスト高となり，生産性が悪い。

また，下型のキャビティ高さＢを上記の円錐高さＣの２
０〜４０％としたのは，前記のごとく，判定鋳物の内引
けが深く，上部のエッジ部分が鋭く生ずるよう（第２図
参照）になし，引け性判定を容易にするためである。

具体的には，下型のキャビティ高さを上記２０％未満と
すると，下型のキャビティ容積が円錐筒状上型のそれよ
りも小さくなり過ぎる。そのため，鋳物判定に重要な内
引け上部のエッジ部分が凝固途中で崩れ，引け性判定が
困難となる。

一方，４０％を越えると，下型キャビティの容積が上型
容積より大きくなり過ぎ，鋳物凝固時に内引け上部のエ
ッジ部が途中で崩れ，判定困難となる。

次に，上型に関しては，まず高さを３０〜６２mmとした
のは，前記のごとく，下型のキャビティ高さとの関係に
おいて，内引けが深く，上部のエッジ部が鋭く生ずるよ
うにするためである。

そして，３０mm未満では内引け上部のエッジ部が崩れ，
一方６２mmを越えると上記エッジ部が崩れるだけでな
く，多くの溶湯量が必要となる。また，この高さは引け
性判定鋳型において通常一般的に用いられる範囲であ
る。

また，上型における，円錐底部の内径５０〜８０mm，湯
口の口径１０〜１５mmに関しては，上記のごとく，引け
性判定に必要なＡｌ合金溶湯の量を，引け性判定に必要
な適度の量とするための大きさである。

そして，底部内径が５０mm未満では溶湯量が少量すぎて
冷却時間が短くなり，一方８０mmを越えると溶湯量が多
過ぎて冷却時間が長くなり，引け性判定が困難となる。
また，上記口径が１０mm未満では注湯口が小さいために
注湯時間が長くなり過ぎ，凝固状態に影響を及ぼす。ま
た，１５mmを越えると鋳物上部のエッジ（第２図参照）
が形成できなくなり，内引けが測定できなくなる。

また，上記円錐底部の内径，湯口の口径は，引け性判定
鋳型において，通常一般的に用いられる範囲である。

しかして，上記のごとき熱伝導度を有する鋳型の製造
は，ジルコン粉末と有機バインダーとしての樹脂とから
なる，いわゆるジルコン鋳物砂，或いは該ジルコン鋳物
砂と鉄粉との混合粉末を，常法に従って成形，焼成する
ことにより行う。

熱伝導度が上記範囲の場合には，実施例の第２図に示す
ごとく，内引け５がうまく生ずるが，この範囲より小さ
いと第５図のごとく外引け６１のみで内引けが生じな
い。一方この範囲より大きいと第６図のごとく内引け５
も生ずるがその量は小さく外引け６１が上方に生じ，引
け性判定を正確になし難い。

次に，本考案の引け性判定鋳型を用いて，引け性判定を
行う方法について説明する。

引け性判定に当たっては，まず本考案にかかる鋳型（例
えば第１図）に，測定しようとするＡｌ合金の溶湯を注
湯し，冷却固定させる。これにより，第２図に斜線で示
すごとき鋳物６０を得る。該鋳物６０はその内部に多数
の黒点で示すごときポロシティ（空隙部）を有すると共
に，その上部にはＵ字状の内引け５を有する。また，そ
の周囲には鋳型内壁４との間に生じた外引け６１を有す
る。

しかして，引け性判定に関する各測定について述べれ
ば，内引け量は，上記内引け５内にビュレットから水を
滴下してその滴下量より実測する。

外引け量は，鋳型の内容積Ｔと鋳物の体積Ｕとの差か
ら，さらに内引け量Ｗを差しひいた値とする。即ち，Ｓ
＝Ｔ−Ｕ−Ｗの式により算出する。鋳型の内容積Ｔは，
注湯時における熱影響を無視し，室温での値とする。

また，ポロシティ量は，アルキメデス法により，鋳物の
密度（ρ）を測定し，次式を用いて計算する。

ポロシティ量＝（１／ρ−１／ρｔ）×１００cc／１０
０ｇ 上式において，ρｔは真密度である。この真密度は，同
一溶湯，あるいは同一溶湯を一旦金型に鋳込んで得た地
金の再溶解溶湯を，真空脱ガス処理して円柱金型（内径
４０mm，高さ８０mm）に鋳込み，底から３０mmの位置で
上下に切断して，得られた下部の鋳物の密度とする。

なお，外引け量，内引け量とも，鋳物の重量から，１０
０ｇ当たりの体積に換算する。

上記のごとくして測定した各引け量が，「相互にどのよ
うな関係を有するか」を知るには，予め同一溶湯から得
た地金を用いて，本考案にかかる前記鋳型により鋳物を
得，前記外引けＴなどの各値を測定する。そして，これ
らの値を基準値として，これらの値相互間の関係を示す
基準線（例えば，第３図に示す線８１，８２，８３）を
作成しておく。

そして，次に，実際の鋳造に際して入手した地金が，ど
のような引け性を示すかを調べるためには，この入手し
た地金を前記本考案にかかる鋳型により鋳造して，内引
け量を知り，これを前記第３図のごとき基準線（検量
線）上にプロットし，その地金の引け性の判定をする。

〔作用及び効果〕

本考案にかかる引け性判定鋳型は，鋳物の上方に，外引
けと明瞭に区別できる深い内引けを生じさせる。

それ故，本考案の引け性判定鋳型を用いて，前記のごと
く，予め合金の各引け量の基準線を求めておくことによ
って，次のような効果が得られる。

即ち，随時，実際に鋳造しようとする溶湯をくみとっ
て，得られた鋳物の引け量を測定し，基準線と比較する
ことにより，溶湯の引け性が管理できる。また，同一組
成の地金であっても，メーカーやロットが変わった場
合，事前に，地金の引け性が確認できる。更に，基準線
から外れない範囲で，主要元素以外の不純物量を増加さ
せる限界を知ることができ，引け性を維持したまま，地
金の低級化による原価低減を図ることができる。また，
簡略法として，内引けの落ち込みを目視することによ
り，大略の地金の引け性状態を判定することもできる。

そして，本考案の引け性判定鋳型は，上記構成を有する
ので，Ａｌ合金鋳造時における上記引け性を，再現性良
く，簡便に行うことができる。

また，本考案の引け性判定鋳型は，バインダーとして樹
脂を用いている。そのため，バインダー（硬化剤）とし
て，石こうと水とを用いる場合に比して，鋳型の寸法精
度が優れ，正確な引け性判定を，再現性良く行うことが
できる。

もしも，バインダーとして石こうと水とを用いる場合に
は，鋳型乾燥時に，水分が蒸発して鋳型が大きく収縮
し，寸法精度が悪化する。また，Ａｌ合金溶湯の注湯時
に，水分が蒸発し，気泡となって鋳物に混入し，正確な
引け性判定を行うことができない。

〔実施例〕

第１実施例 本例の引け性判定鋳型は，第１図に示すごとく，有底円
筒状の下型１１とその上に重ねた円錐筒状の上型１２と
からなる。同図において，３は鋳造時に上記両型の間か
ら溶湯が漏れないようにするための上型押さえである。

下型１１と上型１２とからなる鋳型１は，ジルコン粉末
にフェノール樹脂をコートした粒径約０．１５mmのジル
コン鋳物砂を，常法により成形，焼成してなるものであ
る。しかして，鋳型１の熱伝導度は約３×１０^−３ｃａ
ｌ／cm，ｓ，℃，その寸法関係は肉厚Ａが１０mm，下型
１１のキャビティ部の高さが２４mm，また上型において
は円錐底部の内径が８０mm，高さが６２mm，注湯口径が
１２mmであった。前記上型押さえは，金属製で重量約６
００ｇであった。

次に，上記鋳型１を用いて前記基準線を求めた。

即ち，ＡＣ４Ｃ合金の同一溶湯から得た地金約８００ｇ
を，黒鉛るつぼ内で再溶解し，以下に示すような溶湯処
理，すなわち真空脱ガス処理あるいはガス含有処理を施
し，前記鋳型により鋳造した。

真空脱ガス処理は，溶落後のるつぼごと真空加熱炉に移
し，７５０℃に保持したまま，２０〜３０分間で０．０
５〜０．１Ｔｏｒｒに到達するように減圧させることに
より行った。ガス含有処理は，油を付けた黒鉛棒を溶湯
中に漬せきする操作を４〜６回繰り返すことにより行っ
た。１回の油の付着量は約１ｇである。なお，その時の
溶湯温度は，７４０〜７５０℃である。また，両処理の
中間的なポロシティ量を示す処理として，再溶解のまま
で処理を施さない溶湯も同様に鋳造した。得られた鋳物
は，第２図に示すごとく深い内引け５と周囲に外引け６
１を有し，内部にポロシティ６２を有するものであっ
た。

このようにして得られたそれぞれの鋳物について，各引
け量を求め，第３図に，横軸にポロシティ量，縦軸に引
け量をとって，白丸でプロットした。同図において，符
号８１，８２及び８３で示す各線が内引け量，外引け量
及び内引け＋外引け量を示し，この各線が前記した基準
線である。

次に，溶湯の引け性をチエックするため，上記合金と同
規格ではあるが，上記合金とは別個（ロットの異なる）
の，低周波誘導炉で溶解したＡＣ４Ｃ合金につき，脱ガ
ス直前と直後の鋳造をおこない，その引け量，ポロシテ
ィ量を測定した。その結果を，第３図に，脱ガス直前の
ものを白星で，直後のものを黒星でプロットした。

同図より知られるごとく，脱ガス前，脱ガス後とも，溶
湯の引け量は先に測定した基準線とよく一致している。
このことから，溶湯の引け性が正常であることが分か
る。また，脱ガス後は，脱ガス前に比べてポロシティ量
が減少しており，脱ガス処理が効果的であったことを示
している。

なお，この溶湯を用いて製品を鋳造した時の不良率は通
常どうりで，特に問題はなかった。

第２実施例 第１実施例と同様の鋳型及び方法により，同じ規格の再
生地金Ｃ４ＣＳで，圧漏れによる不良率が極めて高かっ
た地金（Ａ）と安定して低かった地金（Ｂ）とについ
て，引け量の基準線をそれぞれ求めた。その結果を第４
図に第３図と同様にして示した。同図において，実線は
地金Ａを示し，線８４，８５及び８６は内引け量，外引
け量，及び内引け＋外引け量を示す。また，破線は地金
Ｂを示し，線８７，８８及び８９は内引け量，外引け量
及び内引け＋外引け量を示す。

両地金とも，組成がほとんど同じであるため，ポロシテ
ィ量と内引け＋外引け量との相関はほぼ一致し，後述す
る総引け量もほぼ等しいことが分かる。しかし，ポロシ
ティ量と内引け量，或いはポロシティ量と外引けとの相
関には差があり，地金の引け性が互いに異なることが分
かる。このことは，上述の不良率の相違と対応している
ものと思われる。

上記第１，第２実施例の第３，４図より知られるごと
く，本考案の鋳型を用いて測定された各引け量の総和
（総引け量と呼称），すなわちポロシティ量，内引け
量，外引け量の総和は，同一組成の合金では，溶湯処理
によるポロシティ量の変化に関係なく，一定値を示す。
このことは，前述の基準線において分かるように，ポロ
シティ量と内引け＋外引け量との間に，傾き−１の直線
関係が成立することを示唆している。また，これは，総
引け量が，溶湯から室温に至るまでの合金の収縮量を意
味し，組成によって一義的にきまる物理量であることも
示している。

比較例１ 第１実施例と同様の寸法関係を持つ鋳型を２種類作成し
た。その１つは，鋳型材としてイソライトレンガ粉末を
用い，熱伝導度が約０．４×１０^−３ｃａｌ／cm，ｓ，
℃の鋳型（これを，ｃ１鋳型という），他の１つは鉄製
で熱伝導度が約１×１０^−１ｃａｌ／cm，ｓ，℃の鋳型
（これを，Ｃ２鋳型という）である。

これら鋳型に，第１実施例と同様にして，ＡＣ４Ｃ合金
の溶湯を注湯し，鋳物を造った。

その結果，Ｃ１鋳型を用いた鋳物は，第５図に示すごと
く，上部に外引け６１を有し，内引けは生じなかった。
また，Ｃ２鋳型を用いた鋳物は第６図に示すごとく，内
引け５は生じたもののその深さは浅く，上部に多量の外
引け６１を生じていた。

上記の結果は，熱伝導度が本考案の範囲外にあることに
基づくものである。

比較例２ 鋳型材としてケイ砂を用い，直径４０mm，高さ８０mm，
肉厚１５mmの鋳型を作り，第１実施例と同様にしてＡＣ
４Ｃ合金鋳物を造った。

その結果，第７図に示すごとく，内引けは生せず，上方
に外引けのみが生じていた。これは，鋳型の形状が円筒
状であることに基づくものである。

【図面の簡単な説明】

第１ないし第４図は本考案の実施例を示し，第１図は鋳
型の正面図，第２図は得られた鋳物の形状を示す図，第
３及び４図は第１及び第２実施例の基準線を示す図，第
５．６及び第７図は比較例１及び２において得た鋳物の
形状を示す図である。 １……鋳型，１１……下型， １２……上型，３……上型押さえ， ４……鋳型内壁，５……内引け， ６０……鋳物，６１……外引け，

フロントページの続き (72)考案者 粟野 洋司 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)考案者 中村 元志 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】有底円筒状の下型と，引け性を測定すべき
   アルミニウム合金溶湯を注入するための注湯口を有する
   円錐筒状の上型とからなると共に，ジルコン粉末とバイ
   ンダーとしての樹脂との混合粉末を成形，焼成してなる
   引け性判定鋳型であって， 該鋳型は熱伝導度が１．５×１０^−３〜５×１０^−３ｃ
   ａ１／cm，ｓ，℃であると共にその肉厚みが５〜１０mm
   であり， かつ前記下型はキャビティの高さが前記上型の円錐部高
   さの２０〜４０％であり，また前記上型はその円錐底部
   の内径が５０〜８０mm，その高さが３０〜６２mm，注湯
   口の口径が１０〜１５mmであることを特徴とするアルミ
   ニウム合金の引け性判定鋳型。