JPH07171660A - 高温亀裂感受性材料から成る成形体の製造方法およびこの方法を実施するための鋳型 - Google Patents
高温亀裂感受性材料から成る成形体の製造方法およびこの方法を実施するための鋳型Info
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- JPH07171660A JPH07171660A JP4188075A JP18807592A JPH07171660A JP H07171660 A JPH07171660 A JP H07171660A JP 4188075 A JP4188075 A JP 4188075A JP 18807592 A JP18807592 A JP 18807592A JP H07171660 A JPH07171660 A JP H07171660A
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Classifications
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- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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- B22D25/00—Special casting characterised by the nature of the product
- B22D25/06—Special casting characterised by the nature of the product by its physical properties
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- B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
- B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
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- Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 亀裂なく均質な成形体の鋳造が可能な、高温
亀裂感受性材料の平坦な成形体の簡単な製造法及び熔融
物が急速に冷却され、指向性のある凝固が可能な鋳型の
提供。 【構成】 断熱側壁と良好な熱伝導材料から成る床部と
を有する鋳型内に材料熔融物を鋳込み、次いで冷却する
ことにより、材料熔融物と既に凝固した材料との間の境
界面として形成される凝固端面が床部に対して実質的に
平行に延び、材料熔融物の凝固中に床部から自由融解表
面の方向に移動する、高温亀裂感受性合金から成る成形
体を製造する方法において、材料熔融物が、その最高摂
氏温度が材料の液化温度の１／３に相当する鋳型内で、
板の厚みが５〜２０mmの方形板の形状に鋳造し、その際
凝固端面は材料熔融物の凝固時には該板の長手方向の側
部の方向に移動せしめることを特徴とする。
亀裂感受性材料の平坦な成形体の簡単な製造法及び熔融
物が急速に冷却され、指向性のある凝固が可能な鋳型の
提供。 【構成】 断熱側壁と良好な熱伝導材料から成る床部と
を有する鋳型内に材料熔融物を鋳込み、次いで冷却する
ことにより、材料熔融物と既に凝固した材料との間の境
界面として形成される凝固端面が床部に対して実質的に
平行に延び、材料熔融物の凝固中に床部から自由融解表
面の方向に移動する、高温亀裂感受性合金から成る成形
体を製造する方法において、材料熔融物が、その最高摂
氏温度が材料の液化温度の１／３に相当する鋳型内で、
板の厚みが５〜２０mmの方形板の形状に鋳造し、その際
凝固端面は材料熔融物の凝固時には該板の長手方向の側
部の方向に移動せしめることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、材料熔融物と既に凝固
した材料との間の境界面として形成される凝固端面が床
部に対してほぼ平行に延び、材料熔融物の凝固中に床部
から自由熔融物表面の方向に移動する構成の、断熱側壁
と熱伝導材料から成る床部とを有する鋳型内で材料熔融
物の鋳造と、鋳型内の材料熔融物の冷却とによって高温
亀裂感受性材料、特に合金から成る成形体を製造する方
法に関する。本発明は更に前記の方法を実施するための
鋳型に関する。
した材料との間の境界面として形成される凝固端面が床
部に対してほぼ平行に延び、材料熔融物の凝固中に床部
から自由熔融物表面の方向に移動する構成の、断熱側壁
と熱伝導材料から成る床部とを有する鋳型内で材料熔融
物の鋳造と、鋳型内の材料熔融物の冷却とによって高温
亀裂感受性材料、特に合金から成る成形体を製造する方
法に関する。本発明は更に前記の方法を実施するための
鋳型に関する。
【０００２】
【従来の技術】このような方法とそれを実施するための
鋳型は、ドイツ特許第257 350号明細書と、そこに従来
の技術として記載されているドイツ特許第207 076号明
細書とから公知である。ドイツ特許第207 076号明細書
には、直径が１５６mmで円板の厚さが８mmの金属珪素化
合物から成る円板の製造方法が記載されている。その場
合、Ｃr−Ｓi−Ｗ合金の材料熔融物が７００℃以上に予
加熱され、外部が断熱性の黒鉛の鋳型内で鋳造され、真
空下で均一に２０℃／分未満の冷却速度で室温に冷却さ
れる。
鋳型は、ドイツ特許第257 350号明細書と、そこに従来
の技術として記載されているドイツ特許第207 076号明
細書とから公知である。ドイツ特許第207 076号明細書
には、直径が１５６mmで円板の厚さが８mmの金属珪素化
合物から成る円板の製造方法が記載されている。その場
合、Ｃr−Ｓi−Ｗ合金の材料熔融物が７００℃以上に予
加熱され、外部が断熱性の黒鉛の鋳型内で鋳造され、真
空下で均一に２０℃／分未満の冷却速度で室温に冷却さ
れる。
【０００３】この方法は薄い円板を製造するには良く適
しているが、壁厚が比較的厚い鋳造体の場合は鋳型を予
加熱し、ゆっくりと冷却しても亀裂や空洞が発生する。
その原因は、例えば不十分な分離、溶離又は鋳造体の中
心部の孔による鋳造体の劣悪な構造、又は鋳型の内壁が
不均一であることにより冷却中、鋳造体の収縮が阻害さ
れることである。
しているが、壁厚が比較的厚い鋳造体の場合は鋳型を予
加熱し、ゆっくりと冷却しても亀裂や空洞が発生する。
その原因は、例えば不十分な分離、溶離又は鋳造体の中
心部の孔による鋳造体の劣悪な構造、又は鋳型の内壁が
不均一であることにより冷却中、鋳造体の収縮が阻害さ
れることである。
【０００４】このような欠点を克服するため、ドイツ特
許第257 350号明細書は、内側に軟らかい断熱層を貼付
した円筒状の鋳型を提案している。前記断熱層は鋳造体
の収縮にそれほど抵抗せず、鋳造される材料と同じ化学
組成の、熱伝導率が高い金属製の床板内に装着される。
床板を介して材料熔融物から意図的に排熱することによ
って、既に凝固した材料と材料熔融物との間に、材料熔
融物の凝固が進展するにつれて鋳型の床部から始まっ
て、床部とほぼ平行に自由熔融物表面の方向に移動する
単一の凝固端面が形成されるようにして、材料熔融物の
指向性のある凝固が達成される。文献「指向性のある凝
固」（Ｗ．クルツ及びＢ．ルクス著、金属情報誌、６３
号、１９７２年９月刊、５０９〜５１５頁）から、この
ような指向性の凝固によって鋳造体の溶離、分離及び空
洞状態に関する利点が得られることが公知である。
許第257 350号明細書は、内側に軟らかい断熱層を貼付
した円筒状の鋳型を提案している。前記断熱層は鋳造体
の収縮にそれほど抵抗せず、鋳造される材料と同じ化学
組成の、熱伝導率が高い金属製の床板内に装着される。
床板を介して材料熔融物から意図的に排熱することによ
って、既に凝固した材料と材料熔融物との間に、材料熔
融物の凝固が進展するにつれて鋳型の床部から始まっ
て、床部とほぼ平行に自由熔融物表面の方向に移動する
単一の凝固端面が形成されるようにして、材料熔融物の
指向性のある凝固が達成される。文献「指向性のある凝
固」（Ｗ．クルツ及びＢ．ルクス著、金属情報誌、６３
号、１９７２年９月刊、５０９〜５１５頁）から、この
ような指向性の凝固によって鋳造体の溶離、分離及び空
洞状態に関する利点が得られることが公知である。
【０００５】更に、指向性のある凝固によって、鋳型の
床部から自由熔融物表面の方向に移動する凝固端面が融
解性の挟雑物質をかなり含む凝固中の材料内で熔融物表
面まで自ら移動することで、鋳造体の浄化にも効果があ
ることが公知である。それによって挟雑物質は鋳造体の
端部で濃縮され、そこでは挟雑物質が鋳造体の強度を阻
害することが少なく、場合によっては容易に除去するこ
とができる。鋳造及びその後の冷却工程により鋳造体に
発生する応力を少なくし、材料熔融物の意図的な指向性
のある凝固を促進するため、指向性のある凝固を行う公
知の方法では材料熔融物の凝固は極めてゆっくりと行わ
れる。このことは例えば材料熔融物を注ぐ前に鋳型を予
加熱し、その後、均一にゆっくりと冷却することによっ
て達成される。従って、例えばドイツ特許第207 076号
明細書には、室温への２０℃／分未満の冷却速度が記載
されている。
床部から自由熔融物表面の方向に移動する凝固端面が融
解性の挟雑物質をかなり含む凝固中の材料内で熔融物表
面まで自ら移動することで、鋳造体の浄化にも効果があ
ることが公知である。それによって挟雑物質は鋳造体の
端部で濃縮され、そこでは挟雑物質が鋳造体の強度を阻
害することが少なく、場合によっては容易に除去するこ
とができる。鋳造及びその後の冷却工程により鋳造体に
発生する応力を少なくし、材料熔融物の意図的な指向性
のある凝固を促進するため、指向性のある凝固を行う公
知の方法では材料熔融物の凝固は極めてゆっくりと行わ
れる。このことは例えば材料熔融物を注ぐ前に鋳型を予
加熱し、その後、均一にゆっくりと冷却することによっ
て達成される。従って、例えばドイツ特許第207 076号
明細書には、室温への２０℃／分未満の冷却速度が記載
されている。
【０００６】ドイツ公開特許第35 32 131号公報から、
鋳型の側壁の高さに亙って温度傾斜を保持し、鋳型の上
縁部の温度は鋳造される材料が熔融する温度範囲にある
ようにすることが公知である。それによって、良好な熱
伝導率の床部から始まって鋳型の上縁部までの材料熔融
物の指向性のある凝固を正確に制御することが保証され
る。その場合、材料熔融物は極度にゆっくりと凝固す
る。凝固端面が前進する速度はドイツ公開特許第35 32
131号公報には４cm／hrと記載されている。
鋳型の側壁の高さに亙って温度傾斜を保持し、鋳型の上
縁部の温度は鋳造される材料が熔融する温度範囲にある
ようにすることが公知である。それによって、良好な熱
伝導率の床部から始まって鋳型の上縁部までの材料熔融
物の指向性のある凝固を正確に制御することが保証され
る。その場合、材料熔融物は極度にゆっくりと凝固す
る。凝固端面が前進する速度はドイツ公開特許第35 32
131号公報には４cm／hrと記載されている。
【０００７】しかし、鋳造される材料によってはゆっく
りとした凝固と冷却により粒子が比較的粗くなり、これ
も鋳造体内に亀裂が形成される原因になることがある。
亀裂が拡大するのに要する力は、基本的に材料の原子結
合とミクロ構造によって左右される。多結晶材料の場合
は、粒子境界は生来から存在する割れ目であると理解す
ることができ、そこから亀裂が拡大する。粒子境界のこ
のような亀裂を誘発する性質は個々の粒子境界が伸張す
るほど、すなわち材料の粒子構造が粗いほど強くなる。
それに対して、微粒子構造では亀裂の誘発ないしは亀裂
の拡張は防止される。
りとした凝固と冷却により粒子が比較的粗くなり、これ
も鋳造体内に亀裂が形成される原因になることがある。
亀裂が拡大するのに要する力は、基本的に材料の原子結
合とミクロ構造によって左右される。多結晶材料の場合
は、粒子境界は生来から存在する割れ目であると理解す
ることができ、そこから亀裂が拡大する。粒子境界のこ
のような亀裂を誘発する性質は個々の粒子境界が伸張す
るほど、すなわち材料の粒子構造が粗いほど強くなる。
それに対して、微粒子構造では亀裂の誘発ないしは亀裂
の拡張は防止される。
【０００８】それに対して敏感な多くの材料の場合、ゆ
っくりと冷却することにより分離や分解のような不都合
な不均質性の発生や成長を促進することがある。それに
よって、例えば材料を成層目的のターゲットとして使用
する場合、成層製品にバラツキが生ずる。材料構造のこ
のような不均質性によっても亀裂の発生が促進されるこ
とがある。
っくりと冷却することにより分離や分解のような不都合
な不均質性の発生や成長を促進することがある。それに
よって、例えば材料を成層目的のターゲットとして使用
する場合、成層製品にバラツキが生ずる。材料構造のこ
のような不均質性によっても亀裂の発生が促進されるこ
とがある。
【０００９】材料熔融物をゆっくりと凝固させることに
より、例えば水素や酸素のような気体の不純物が自由熔
融物を経て、並びに鋳型の内壁から材料熔融物内に散乱
し、材料内の挟雑物質として材料を不純にするだけでは
なく、材料内に形成される不均質性の胚芽として作用す
ることがある。
より、例えば水素や酸素のような気体の不純物が自由熔
融物を経て、並びに鋳型の内壁から材料熔融物内に散乱
し、材料内の挟雑物質として材料を不純にするだけでは
なく、材料内に形成される不均質性の胚芽として作用す
ることがある。
【００１０】鋳造体内の亀裂形成を除去又は低減するた
めに、ドイツ特許第257 350号明細書には鋳造される金
属材料と同じ化学組成を有する床板を使用することが提
案されている。これと類似した解決方法の提案は欧州特
許第1 237 325号明細書に基づく方法でも行われ、この
場合は鋳造される材料と一体の構造へと結合し、鋳造さ
れる材料の膨張率よりも低い膨張率を有する材料からな
る床板が使用される。それによって、鋳造体の表面には
圧縮応力が加わり、それによって鋳造体の厚さ全体に亘
る熱間亀裂の拡大は防止できるが、亀裂の発生そのもの
は防止することができない。
めに、ドイツ特許第257 350号明細書には鋳造される金
属材料と同じ化学組成を有する床板を使用することが提
案されている。これと類似した解決方法の提案は欧州特
許第1 237 325号明細書に基づく方法でも行われ、この
場合は鋳造される材料と一体の構造へと結合し、鋳造さ
れる材料の膨張率よりも低い膨張率を有する材料からな
る床板が使用される。それによって、鋳造体の表面には
圧縮応力が加わり、それによって鋳造体の厚さ全体に亘
る熱間亀裂の拡大は防止できるが、亀裂の発生そのもの
は防止することができない。
【００１１】鋳造される材料と同じ化学組成の床板を使
用した場合、床板の熱伝導率を最適にすることができな
いことを度外視するにしても、高温亀裂感受性材料を使
用した場合、高温の材料熔融物を注ぐ場合に熱応力によ
って床板が亀裂する恐れがある。鋳造される材料と異な
る化学組成を有するが、この材料と固く結合する必要が
ある床板を使用した場合は、不都合な境界面反応と付着
の問題が生ずることの他に、互いに結合される材料の熱
膨張率が異なることにより鋳造体の変形が生じ、それに
よっても鋳造体を適正に使用する際に問題が生ずること
がある。
用した場合、床板の熱伝導率を最適にすることができな
いことを度外視するにしても、高温亀裂感受性材料を使
用した場合、高温の材料熔融物を注ぐ場合に熱応力によ
って床板が亀裂する恐れがある。鋳造される材料と異な
る化学組成を有するが、この材料と固く結合する必要が
ある床板を使用した場合は、不都合な境界面反応と付着
の問題が生ずることの他に、互いに結合される材料の熱
膨張率が異なることにより鋳造体の変形が生じ、それに
よっても鋳造体を適正に使用する際に問題が生ずること
がある。
【００１２】例えば、成層目的のターゲットとして使用
するために、高温亀裂感受性材料からなる円板を製造す
るためには、ドイツ特許第257 350号明細書に記載の鋳
型によって製造された円筒状の鋳造体を適当な円板にの
こ引き、その他の方法で分割しなければならない。その
際に生ずる材料の屑及び加工中の鋳造体の応力に起因す
る付加的な損傷品による材料の損失は避けられない。
するために、高温亀裂感受性材料からなる円板を製造す
るためには、ドイツ特許第257 350号明細書に記載の鋳
型によって製造された円筒状の鋳造体を適当な円板にの
こ引き、その他の方法で分割しなければならない。その
際に生ずる材料の屑及び加工中の鋳造体の応力に起因す
る付加的な損傷品による材料の損失は避けられない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、亀裂
なく均質な成形体の鋳造が可能となる高温亀裂感受性材
料の平坦な成形体を製造するための簡単でコストが易い
方法を提案し、更に鋳造体を簡単に取り出すことがで
き、材料熔融物を急速に冷却すると共に、指向性のある
凝固が可能である前記の方法を実施するための簡単で磨
耗し難い鋳型を製造することである。
なく均質な成形体の鋳造が可能となる高温亀裂感受性材
料の平坦な成形体を製造するための簡単でコストが易い
方法を提案し、更に鋳造体を簡単に取り出すことがで
き、材料熔融物を急速に冷却すると共に、指向性のある
凝固が可能である前記の方法を実施するための簡単で磨
耗し難い鋳型を製造することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】前記の課題は本発明に従
った方法によって、鋳型の最高摂氏温度が材料の液化温
度の１／３に相当する鋳型内で、材料熔融物を、厚みが
５mmないし２０mmの範囲にある方形板の形状に鋳造し、
凝固端面は材料熔融物の凝固時には該板の長手方向の側
部の方向に移動する構成によって達成される。その場
合、鋳型の側壁と床部とを同じ温度にすることができ
る。更に、床部を側壁よりも低温に保持するか、材料熔
融物の冷却中に床部を補助的に冷却してもよい。その摂
氏温度が最高で材料の液化温度の１／３に相当する鋳型
内で、材料熔融物を製造することによって、床部を介し
て排熱される熱量が少なくなり、材料熔融物の迅速な凝
固が促進される。しかしその場合、排熱は鋳型の床部の
方向に行われ、材料熔融物と既に凝固した材料との境界
面として、床とほぼ平行に延び、自由熔融物表面の方向
に移動する凝固端面が形成されるようにすることが好ま
しい。
った方法によって、鋳型の最高摂氏温度が材料の液化温
度の１／３に相当する鋳型内で、材料熔融物を、厚みが
５mmないし２０mmの範囲にある方形板の形状に鋳造し、
凝固端面は材料熔融物の凝固時には該板の長手方向の側
部の方向に移動する構成によって達成される。その場
合、鋳型の側壁と床部とを同じ温度にすることができ
る。更に、床部を側壁よりも低温に保持するか、材料熔
融物の冷却中に床部を補助的に冷却してもよい。その摂
氏温度が最高で材料の液化温度の１／３に相当する鋳型
内で、材料熔融物を製造することによって、床部を介し
て排熱される熱量が少なくなり、材料熔融物の迅速な凝
固が促進される。しかしその場合、排熱は鋳型の床部の
方向に行われ、材料熔融物と既に凝固した材料との境界
面として、床とほぼ平行に延び、自由熔融物表面の方向
に移動する凝固端面が形成されるようにすることが好ま
しい。
【００１５】驚くべきことには、鋳型内で材料熔融物を
比較的急激に冷却することによっても、鋳造体の亀裂の
原因となるような応力は誘発されないことが判明してい
る。従来は冷却時の鋳造体の亀裂を防止するために、高
温亀裂感受性材料の冷却は、できるだけゆっくりと行わ
なければならないという考え方から出発した。本発明に
基づく方法では、急激な冷却によっても鋳造体の亀裂は
誘発されず、逆に亀裂が特に少なく、又は全くない鋳造
体が製造可能である理由は、鋳造体の急激な冷却と同時
に指向性がある凝固を追求したことによって説明でき
る。すなわち、鋳造体のこのような急激な指向性凝固に
よって、一方では鋳造体内の個々の材料成分が均質に配
分され、鋳造体内で材料特性が不均一に配分されること
で応力の発生を誘発することがある分解又はその他の不
均質性が発生する恐れが少なくなり、他方ではその交差
部で極めて高い応力が発生することがある複数の凝固端
面の発生と拡張とが防止される。しかし、熔融物が厚み
５mmないし２０mmの範囲にある方形板の形状に凝固さ
れ、その際凝固端面が基本的に該板の長手方向の側部の
方向に移動する構成の場合に限って、均質な亀裂がない
鋳造体が得られることが判明した。
比較的急激に冷却することによっても、鋳造体の亀裂の
原因となるような応力は誘発されないことが判明してい
る。従来は冷却時の鋳造体の亀裂を防止するために、高
温亀裂感受性材料の冷却は、できるだけゆっくりと行わ
なければならないという考え方から出発した。本発明に
基づく方法では、急激な冷却によっても鋳造体の亀裂は
誘発されず、逆に亀裂が特に少なく、又は全くない鋳造
体が製造可能である理由は、鋳造体の急激な冷却と同時
に指向性がある凝固を追求したことによって説明でき
る。すなわち、鋳造体のこのような急激な指向性凝固に
よって、一方では鋳造体内の個々の材料成分が均質に配
分され、鋳造体内で材料特性が不均一に配分されること
で応力の発生を誘発することがある分解又はその他の不
均質性が発生する恐れが少なくなり、他方ではその交差
部で極めて高い応力が発生することがある複数の凝固端
面の発生と拡張とが防止される。しかし、熔融物が厚み
５mmないし２０mmの範囲にある方形板の形状に凝固さ
れ、その際凝固端面が基本的に該板の長手方向の側部の
方向に移動する構成の場合に限って、均質な亀裂がない
鋳造体が得られることが判明した。
【００１６】すなわち、鋳型の床部は材料熔融物の凝固
時に板状の鋳造体の狭い側の一方と接触し、従って鋳造
体はいわゆる縁を下にして縦に凝固する。スリット幅が
約２０mmまでのスリット内で材料熔融物を鋳造すること
によって、一方では鋳型が均一に充填されることがで
き、他方では材料熔融物が縦に設置された板の型内で凝
固することにより、鋳造体内に面対称の応力プロフィル
が生じる。その場合、対称面は板状の鋳造体の幅広側と
平行に、正確に板の中心に沿って延びている。冷却によ
って発生する鋳造体内の応力をこのように配分すること
によって、亀裂の発生に関して応力が及ぼす悪影響は最
小限になる。鋳造体の狭い辺にはこの応力プロフィルの
悪影響が生ずるが、板状の鋳造体の長手方向の側のサイ
ズが充分に大きい場合はほとんど重要な影響はない。
時に板状の鋳造体の狭い側の一方と接触し、従って鋳造
体はいわゆる縁を下にして縦に凝固する。スリット幅が
約２０mmまでのスリット内で材料熔融物を鋳造すること
によって、一方では鋳型が均一に充填されることがで
き、他方では材料熔融物が縦に設置された板の型内で凝
固することにより、鋳造体内に面対称の応力プロフィル
が生じる。その場合、対称面は板状の鋳造体の幅広側と
平行に、正確に板の中心に沿って延びている。冷却によ
って発生する鋳造体内の応力をこのように配分すること
によって、亀裂の発生に関して応力が及ぼす悪影響は最
小限になる。鋳造体の狭い辺にはこの応力プロフィルの
悪影響が生ずるが、板状の鋳造体の長手方向の側のサイ
ズが充分に大きい場合はほとんど重要な影響はない。
【００１７】その上、材料熔融物を急速に冷却すること
により、例えば分離や分解のような不均質性の発生は防
止され、又は少なくともその成長速度が低減される。更
に、急速な冷却の場合、気相、鋳型の側壁又は床部を介
した材料熔融物内へ不純物の受容が減少する。例えば、
水素又は酸素のような不純物は材料の格子構造を変化さ
せ、ひいては鋳造体の強度状態及びその純度に悪影響を
及ぼすことがある。
により、例えば分離や分解のような不均質性の発生は防
止され、又は少なくともその成長速度が低減される。更
に、急速な冷却の場合、気相、鋳型の側壁又は床部を介
した材料熔融物内へ不純物の受容が減少する。例えば、
水素又は酸素のような不純物は材料の格子構造を変化さ
せ、ひいては鋳造体の強度状態及びその純度に悪影響を
及ぼすことがある。
【００１８】驚くべきことに、材料熔融物を温度が最高
２５０℃までの鋳型に注ぎこむことが好適であることが
判明した。鋳造体の均質性と亀裂を生じないことに関す
る特に優れた結果は、鋳造前に室温に保持された鋳型に
材料熔融物を注ぎ込んだ場合に達成された。
２５０℃までの鋳型に注ぎこむことが好適であることが
判明した。鋳造体の均質性と亀裂を生じないことに関す
る特に優れた結果は、鋳造前に室温に保持された鋳型に
材料熔融物を注ぎ込んだ場合に達成された。
【００１９】材料熔融物を幅が厚さの少なくとも５倍に
相当する方形の板の形状に凝固させることが有利である
ことが判明し、ここで言う板の幅とは床部と平行に延び
る面を板の厚みによって固定するような側部寸法のこと
である。凝固中の鋳造体内に形成される面対称の応力プ
ロフィルによる悪影響は、それによって減少する。床部
に対して垂直、もしくはほぼ垂直に延びる鋳造体の側部
寸法を意味する板状鋳造体の長さも、板の厚みの少なく
とも５倍であることが有利であろう。しかし、この長さ
は鋳造体の指向性のある凝固の内部で生ずるものであ
り、特に材料の熱伝導率によって左右されるので、この
長さはどの材料にも無条件に遵守することはできない。
相当する方形の板の形状に凝固させることが有利である
ことが判明し、ここで言う板の幅とは床部と平行に延び
る面を板の厚みによって固定するような側部寸法のこと
である。凝固中の鋳造体内に形成される面対称の応力プ
ロフィルによる悪影響は、それによって減少する。床部
に対して垂直、もしくはほぼ垂直に延びる鋳造体の側部
寸法を意味する板状鋳造体の長さも、板の厚みの少なく
とも５倍であることが有利であろう。しかし、この長さ
は鋳造体の指向性のある凝固の内部で生ずるものであ
り、特に材料の熱伝導率によって左右されるので、この
長さはどの材料にも無条件に遵守することはできない。
【００２０】熱伝導率が低い材料の場合は、材料熔融物
の熱は床部を介して、既に凝固した層の厚みが増すにつ
れて明らかにゆっくりと排熱されるので、自由熔融物表
面の方向に移動する凝固端面はますますゆっくりと前進
し、鋳型の側壁又は熔融物表面から形成されるそれ以降
の凝固端面はそれ以上の指向性凝固を妨げる。熱伝導率
が２５W／mk以上の材料によって良好な結果が達成され
た。４０〜６０W／mkの範囲の熱伝導率の材料を使用す
ることが有利である。指向性のある凝固内部で生ずる長
さは、研磨サンプルを用いた僅かな鋳造検査でそれぞれ
の材料について簡単に測定することができる。鋳造材料
として、少なくとも一つの遷移金属と少なくとも一つの
希土類金属との組成物、特に２５〜６５重量％の鉄と、
３５〜６０重量％のテルビウムと、最高１５重量％のコ
バルトを含有する組成物を選択した場合に、この方法が
有利であることが実証された。このような材料を使用す
ることによって、均質性が著しく良好であり、鋳造体内
の成分の偏差がそれぞれの金属の目標含有率の０.５％
未満である、極めて均質な鋳造体を達成できる。
の熱は床部を介して、既に凝固した層の厚みが増すにつ
れて明らかにゆっくりと排熱されるので、自由熔融物表
面の方向に移動する凝固端面はますますゆっくりと前進
し、鋳型の側壁又は熔融物表面から形成されるそれ以降
の凝固端面はそれ以上の指向性凝固を妨げる。熱伝導率
が２５W／mk以上の材料によって良好な結果が達成され
た。４０〜６０W／mkの範囲の熱伝導率の材料を使用す
ることが有利である。指向性のある凝固内部で生ずる長
さは、研磨サンプルを用いた僅かな鋳造検査でそれぞれ
の材料について簡単に測定することができる。鋳造材料
として、少なくとも一つの遷移金属と少なくとも一つの
希土類金属との組成物、特に２５〜６５重量％の鉄と、
３５〜６０重量％のテルビウムと、最高１５重量％のコ
バルトを含有する組成物を選択した場合に、この方法が
有利であることが実証された。このような材料を使用す
ることによって、均質性が著しく良好であり、鋳造体内
の成分の偏差がそれぞれの金属の目標含有率の０.５％
未満である、極めて均質な鋳造体を達成できる。
【００２１】前記の方法を実施するための鋳型に関して
は、本発明の前述の課題は、床部が材料熔融物と機械的
に結合しない材料から成り、鋳型は対ごとに対向する４
つの側壁を備え、該側壁の内壁は最高１００μmの平均
表面粗さを有するとともに短辺の長さが５〜２０mmであ
る方形の底面を有する室を包囲し、長辺の長さと側壁に
よって包囲された室の高さが短辺の長さの少なくとも５
倍である構成によって達成される。内壁の平均表面粗さ
が最高１００μmである側壁を有する鋳型を形成するこ
とによって、材料熔融物もしくは凝固鋳造体の迅速な冷
却が可能である。何故ならば、鋳造体の表面が平滑であ
ることにより、その表面から誘発される亀裂発生の危険
が減少するからである。
は、本発明の前述の課題は、床部が材料熔融物と機械的
に結合しない材料から成り、鋳型は対ごとに対向する４
つの側壁を備え、該側壁の内壁は最高１００μmの平均
表面粗さを有するとともに短辺の長さが５〜２０mmであ
る方形の底面を有する室を包囲し、長辺の長さと側壁に
よって包囲された室の高さが短辺の長さの少なくとも５
倍である構成によって達成される。内壁の平均表面粗さ
が最高１００μmである側壁を有する鋳型を形成するこ
とによって、材料熔融物もしくは凝固鋳造体の迅速な冷
却が可能である。何故ならば、鋳造体の表面が平滑であ
ることにより、その表面から誘発される亀裂発生の危険
が減少するからである。
【００２２】更に、アンダカット、及びギザギザ、ひい
ては冷却時の鋳造体の収縮の妨害が防止される。床部が
材料熔融物と機械的に結合しない金属から成ることによ
って、鋳造体を容易に鋳型から取り出すことができる。
床部はその熱伝導率、及び高熱の材料熔融物を注ぐ場合
の温度衝撃耐性に関して最適に調整することができ、何
度でも使用できる。更に、材料が互いに結合することに
因る鋳造体の変形の恐れがなく、又、鋳造体と床部との
間の境界面反応の恐れもない。側壁が対ごとに対向し、
短辺の長さが５〜２０mmである方形の底面を有する室を
包囲し、長辺の長さと側壁によって包囲された室の高さ
が短辺の長さの少なくとも５倍であることによって、材
料熔融物の注入が容易になり、床部から鋳型を均質に充
填することが可能となる。
ては冷却時の鋳造体の収縮の妨害が防止される。床部が
材料熔融物と機械的に結合しない金属から成ることによ
って、鋳造体を容易に鋳型から取り出すことができる。
床部はその熱伝導率、及び高熱の材料熔融物を注ぐ場合
の温度衝撃耐性に関して最適に調整することができ、何
度でも使用できる。更に、材料が互いに結合することに
因る鋳造体の変形の恐れがなく、又、鋳造体と床部との
間の境界面反応の恐れもない。側壁が対ごとに対向し、
短辺の長さが５〜２０mmである方形の底面を有する室を
包囲し、長辺の長さと側壁によって包囲された室の高さ
が短辺の長さの少なくとも５倍であることによって、材
料熔融物の注入が容易になり、床部から鋳型を均質に充
填することが可能となる。
【００２３】鋳型は特に平滑な内壁を有し、その側壁は
ガラス、特に水晶ガラス又は精密研磨された黒鉛又は窒
化硼素から成っている。このような側壁を有する鋳型は
高温下でも、特に側部寸法が大きい鋳造体の場合でも形
状が安定している。アンダカットやギザギザはこのよう
な鋳型ではほぼ排除され、鋳造体を取り出し易く、極め
て平滑な表面を有している。それによって表面から発生
する鋳造体の亀裂が減少し、鋳造体の迅速な冷却が可能
である。その上、黒鉛及び窒化硼素は冷却時の鋳造体の
収縮にほとんど抵抗を示さない特に軟らかい材料であ
る。
ガラス、特に水晶ガラス又は精密研磨された黒鉛又は窒
化硼素から成っている。このような側壁を有する鋳型は
高温下でも、特に側部寸法が大きい鋳造体の場合でも形
状が安定している。アンダカットやギザギザはこのよう
な鋳型ではほぼ排除され、鋳造体を取り出し易く、極め
て平滑な表面を有している。それによって表面から発生
する鋳造体の亀裂が減少し、鋳造体の迅速な冷却が可能
である。その上、黒鉛及び窒化硼素は冷却時の鋳造体の
収縮にほとんど抵抗を示さない特に軟らかい材料であ
る。
【００２４】側壁の内壁に分離層、特に窒化硼素の粉末
を含有する分離層を備えると特に有利であることが判明
した。このような技術によって側壁が冷却される鋳造体
の収縮に抗する抵抗が縮減される。
を含有する分離層を備えると特に有利であることが判明
した。このような技術によって側壁が冷却される鋳造体
の収縮に抗する抵抗が縮減される。
【００２５】鋳造体の指向性のある凝固に関しては、側
壁を介した排熱をできるだけ少なく保つことが必要であ
る。従って、側壁の厚さが２〜６mmである鋳型の実施形
態が有利である。それによって、材料熔融物を注入する
際に側壁が極めて迅速に加熱され、側壁を介して更に排
熱されることが防止される。
壁を介した排熱をできるだけ少なく保つことが必要であ
る。従って、側壁の厚さが２〜６mmである鋳型の実施形
態が有利である。それによって、材料熔融物を注入する
際に側壁が極めて迅速に加熱され、側壁を介して更に排
熱されることが防止される。
【００２６】鋳型の取り扱い易さ及び鋳造体の取り出し
易さに関しては、床部と側壁を互いに分解可能に形成す
ることが有利である。更に、床部が少なくとも２つの対
向する側壁に対してそれぞれ９０゜未満の角度を呈し、
側壁の間で凝固する鋳造体が床の方向から見て軽く円錐
形に広がり、それによって側壁が床から上方に軽く隆起
することが可能である実施形態が好ましい。
易さに関しては、床部と側壁を互いに分解可能に形成す
ることが有利である。更に、床部が少なくとも２つの対
向する側壁に対してそれぞれ９０゜未満の角度を呈し、
側壁の間で凝固する鋳造体が床の方向から見て軽く円錐
形に広がり、それによって側壁が床から上方に軽く隆起
することが可能である実施形態が好ましい。
【００２７】
【実施例】次にこの発明に基づく方法、及びその為に使
用される鋳型の実施例を添付図面を参照しつつ詳細に説
明する。
用される鋳型の実施例を添付図面を参照しつつ詳細に説
明する。
【００２８】図１には総重量が約４００ｇである銅製の
床部２の上に４つの側壁４，５，６がそれぞれ対ごとに
対向して設けてある鋳型１の概略断面図が示されてい
る。（図面が断面図であるので、もう一つの側壁は図示
されていない。）平均の表面粗さが１０μmである厚さ
４mmの水晶ガラス板から成る側壁４，５，６は断熱層７
によって包囲されている。側壁４，５，６は短辺が９mm
であり、長辺が９０mmである方形の底面を有する室８を
包囲している。側壁４，５，６の内壁は窒化硼素粉末の
薄い分離層９で被覆されている。対向する、幅広の側壁
５，６の内壁は互いに平行に延びているのではなく、床
２に対してそれぞれ８９゜の角度を呈しているので、側
壁４，５，６によって囲まれた室８は下方にやや円錐状
に広がっている。
床部２の上に４つの側壁４，５，６がそれぞれ対ごとに
対向して設けてある鋳型１の概略断面図が示されてい
る。（図面が断面図であるので、もう一つの側壁は図示
されていない。）平均の表面粗さが１０μmである厚さ
４mmの水晶ガラス板から成る側壁４，５，６は断熱層７
によって包囲されている。側壁４，５，６は短辺が９mm
であり、長辺が９０mmである方形の底面を有する室８を
包囲している。側壁４，５，６の内壁は窒化硼素粉末の
薄い分離層９で被覆されている。対向する、幅広の側壁
５，６の内壁は互いに平行に延びているのではなく、床
２に対してそれぞれ８９゜の角度を呈しているので、側
壁４，５，６によって囲まれた室８は下方にやや円錐状
に広がっている。
【００２９】次に図面に示した鋳型１を参照しつつ本発
明の方法の実施例を説明する。融点が１３００℃である
５０重量％の鉄、４５重量％のテルビウム及び５重量％
のコバルトの組成を有する合金が真空下で誘導的な加熱
によって熔融される。材料熔融物は約１３００℃の温度
で鋳型１に注入され、その際に鋳型１の床部２及び４，
５，６は室温である。質量が約１５００ｇである材料熔
融物の注入によって、鋳型の床部２は約２００℃以上に
加熱される。材料熔融物の注入後１分以内に、材料熔融
物は毎秒約５mmの平均速度で指向性を持って凝固する。
その際、凝固端面は床部２から自由熔融物表面の方向に
移動する。しかし既に凝固した層の厚みが増すにつれ
て、床部を介した排熱はゆっくりとした速度で行われる
ので、床部２に対して垂直方向での凝固速度は低減す
る。その場合、材料熔融物の凝固及び鋳造体の冷却は外
部からの付加的な熱供給なしで行われる。
明の方法の実施例を説明する。融点が１３００℃である
５０重量％の鉄、４５重量％のテルビウム及び５重量％
のコバルトの組成を有する合金が真空下で誘導的な加熱
によって熔融される。材料熔融物は約１３００℃の温度
で鋳型１に注入され、その際に鋳型１の床部２及び４，
５，６は室温である。質量が約１５００ｇである材料熔
融物の注入によって、鋳型の床部２は約２００℃以上に
加熱される。材料熔融物の注入後１分以内に、材料熔融
物は毎秒約５mmの平均速度で指向性を持って凝固する。
その際、凝固端面は床部２から自由熔融物表面の方向に
移動する。しかし既に凝固した層の厚みが増すにつれ
て、床部を介した排熱はゆっくりとした速度で行われる
ので、床部２に対して垂直方向での凝固速度は低減す
る。その場合、材料熔融物の凝固及び鋳造体の冷却は外
部からの付加的な熱供給なしで行われる。
【００３０】側壁４，５，６の壁厚が薄いので、側壁は
材料熔融物によって伝達される熱によって、側壁からの
凝固がほとんど行われない程度まで加熱される。従って
材料熔融物はその高さ全体に亘って可能な限りの早い速
度でほぼ指向的に凝固する。材料熔融物の急激な凝固に
よって、冷却中に鋳造体内に面対称の応力プロフィルが
形成される。この対称面は幅広い側壁５，６と平行に、
且つその中心に沿って延びている。このような応力配分
によって、材料熔融物の急激な凝固が可能になり、且つ
分解のような不均一さがない極めて微粒子の構造が可能
になる。このようにして製造された板材の厚さは約８.
５mmであり、幅は約８８mm、指向性を持って凝固した材
料熔融物内の高さは約１８０mmである。この板材は僅か
な加工によって成層目的のターゲットとして直接利用す
ることができる。
材料熔融物によって伝達される熱によって、側壁からの
凝固がほとんど行われない程度まで加熱される。従って
材料熔融物はその高さ全体に亘って可能な限りの早い速
度でほぼ指向的に凝固する。材料熔融物の急激な凝固に
よって、冷却中に鋳造体内に面対称の応力プロフィルが
形成される。この対称面は幅広い側壁５，６と平行に、
且つその中心に沿って延びている。このような応力配分
によって、材料熔融物の急激な凝固が可能になり、且つ
分解のような不均一さがない極めて微粒子の構造が可能
になる。このようにして製造された板材の厚さは約８.
５mmであり、幅は約８８mm、指向性を持って凝固した材
料熔融物内の高さは約１８０mmである。この板材は僅か
な加工によって成層目的のターゲットとして直接利用す
ることができる。
【００３１】
【発明の効果】本発明の方法によって前記の合金から製
造された鋳造体は凝固した床部の領域と最後に凝固した
自由熔融物表面の領域との間で測定可能な化学組成の相
違はほとんど認められなかった。そこで、例えばこの２
つの領域の間で計量された量の０.３％未満のテルビウ
ム濃度の差を測定した。急激な冷却によるだけで極めて
優れた均質性が達成された。
造された鋳造体は凝固した床部の領域と最後に凝固した
自由熔融物表面の領域との間で測定可能な化学組成の相
違はほとんど認められなかった。そこで、例えばこの２
つの領域の間で計量された量の０.３％未満のテルビウ
ム濃度の差を測定した。急激な冷却によるだけで極めて
優れた均質性が達成された。
【図１】本発明の鋳型の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】 １ 鋳型 ２ 床部 ４ 側壁 ５ 側壁 ６ 側壁 ７ 断熱層 ８ 室 ９ 分離層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２２Ｄ 7/08 27/04 Ａ (72)発明者 デイビッド・フランシス・ルプトン ドイツ連邦共和国、6460 ゲルンハウゼ ン、アム・ライン ８ (72)発明者 ミヒャエル・ヘルマン ドイツ連邦共和国、8750 メンブリース、 ハウエンスタインシュトラーセ ９ (72)発明者 ヴィリバルト・コヴァルシク ドイツ連邦共和国、6456 ランゲンゼルボ ルト、マルクトプラッツ ５ (72)発明者 クラウス・ルツェスニツェク ドイツ連邦共和国、6457、マインタール １、ヴィルヘルムスバーデル・シュトラー セ 34 (72)発明者 ベルトホルト・ツーロフスキー ドイツ連邦共和国、6454 ブルッフケーベ ル、エルンスト−ロイター−シュトラーセ 10
Claims (14)
- 【請求項１】 断熱側壁と良好な熱伝導材料から成る床
部とを有する鋳型内で材料熔融物を鋳造し、そして鋳型
内の材料熔融物を冷却することによって高温亀裂感受性
材料、特に合金から成る成形体を製造する方法であっ
て、材料熔融物と既に凝固した材料との間の境界面とし
て形成される凝固端面が床部に対して実質的に平行に延
び、材料熔融物の凝固中に床部から自由熔融物表面の方
向に移動する前記方法において、材料熔融物が、その最
高摂氏温度が材料の液化温度の１／３に相当する鋳型
(1)内で、板の厚みが５mmないし２０mmの範囲にある方
形板の形状に鋳造され、その際凝固端面は材料熔融物の
凝固時には該板の長手方向の側部(5,6)の方向に移動す
ることを特徴とする方法。 - 【請求項２】 鋳型(1)の鋳造前の温度が最高２５０℃
である請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 鋳型(1)が鋳造前に室温に保持される請
求項１記載の方法。 - 【請求項４】 材料熔融物は、幅が板の厚みの少なくと
も５倍に相当する方形板の形状に鋳造され、前記の幅は
床部(2)と平行に延びる面を板の厚みによって固定され
るようなサイズである請求項１〜３のいずれかに記載の
方法。 - 【請求項５】 鋳造される材料として、少なくとも一つ
の遷移金属と、少なくとも一つの希土類金属とからなる
組成物が選択される請求項１〜４のいずれかに記載の方
法。 - 【請求項６】 鋳造される材料として、２５〜６５重量
％の鉄と、３５〜６０重量％のテルビウムと、最高１５
重量％のコバルトを含有する組成物が選択される請求項
５記載の方法。 - 【請求項７】 材料として、少なくとも２５W／mkの熱
伝導率、特に４０〜６０W/mkの熱伝導率を有する組成物
が選択される請求項１〜６のいずれかに記載の方法。 - 【請求項８】 平滑な断熱側壁と熱伝導率が高い金属性
床部とを有する請求項１〜７に記載の方法を実施するた
めの鋳型において、床部(2)は材料熔融物と機械的に結
合しない材料から成り、鋳型(1)は対ごとに対向する４
つの側壁(4;5;6)を備え、該側壁の内壁は最高１００μm
の平均表面粗さを有するとともに短辺の長さが５mmない
し２０mmである方形の底面を有する室(8)を包囲し、長
辺の長さと側壁(4;5;6)によって包囲された室(8)の高さ
が短辺の長さの少なくとも５倍であることを特徴とする
鋳型。 - 【請求項９】 鋳型(1)がガラス、黒鉛又は窒化硼素か
ら成る側壁を有する請求項８記載の鋳型。 - 【請求項１０】 内壁が分離層(9)を備えている請求項
８又は９記載の鋳型。 - 【請求項１１】 分離層(9)が窒化硼素の粉末を含有し
ている請求項１０記載の鋳型。 - 【請求項１２】 側壁(4;5;6)の厚さが２mmないし６mm
の範囲である請求項８〜１１のいずれかに記載の鋳型。 - 【請求項１３】 床(2)と側壁(4;5;6)とが互いに分解可
能に形成されている請求項８〜１１のいずれかに記載の
鋳型。 - 【請求項１４】 床部(2)が、少なくとも２つの対向す
る側壁(5;6)に対してそれぞれ９０゜未満の角度を呈し
ている請求項１３記載の鋳型。
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