JPH08224655A - 精密鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複雑形状で引け巣欠陥の防止が要求される高
品質精密鋳造品に適用される精密鋳造品の製造法に関す
るもので、品質向上、欠陥補修のための工数の低減等を
目的としている。 【構成】 真空容器１内に鋳型８を設置し、鋳型加熱炉
３で鋳型を１５００℃に加熱した後、溶解炉２で１５５
０℃に加熱、溶解したＳＣＳ１３を鋳型内に注湯し、注
湯後１ｍｉｎ経過してから毎分５〜１００ｍｍで鋳型の
引下げを開始し、鋳物の上部が加熱炉外に出るまで一定
速度で引下げ、鋳物の凝固が完了した時点で大気中に取
り出し、そのまま冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は精密鋳造品特に複雑形状
で引け巣欠陥の防止が要求される高品質な精密鋳造品に
適用される精密鋳造品の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に精密鋳造品は、珪砂、アルミナ、
ジルコンあるいはムライト等からなるセラミックシェル
鋳型を１０００℃程度に加熱して、この鋳型に大気ある
いは真空中にて溶湯を鋳造し、凝固させる工法であり、
比較的小型、薄肉で複雑形状の鋳物を最終製品形状に近
い形状で高寸法精度に製造できる特徴を有している。

【０００３】しかしながら、３次元的に複雑な形状の鋳
物をなるべく最終製品形状で製造する観点から、余肉等
をつけることが困難であり、またその工法の性格上、冷
し金及び保温材等の設置が実質上不可能であることか
ら、凝固制御すなわち鋳物を下部から上部へと凝固させ
る指向性凝固が難しく、鋳物の内・表面に引け巣欠陥が
発生し易いという問題を有している。

【０００４】このため従来、精密鋳造品の引け巣欠陥防
止については、湯道の大きさ、湯道に対する鋳物の取り
付け位置及び方向等が試行錯誤的になされているが、複
雑形状鋳物になれば引け巣欠陥を完全に防止することは
困難あるいは場合によっては不可能である。

【０００５】一方、鋳造過程でこの引け巣欠陥の防止が
困難である場合には、鋳造後に鋳物を熱間静水圧加圧処
理により、鋳物内部の引け巣欠陥を消滅させる工夫がな
されているが、鋳物表面と連通した欠陥の消滅は不可能
であり、また熱間静水圧加圧処理に伴う製造価格上昇の
問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述のように従来精密
鋳造品は複雑形状及びその工法の性格上、指向性凝固の
確保が難しく、そのために引け巣欠陥が発生し易い不具
合があり、その防止が非常に困難であった。

【０００７】本発明は精密鋳造品を指向性凝固させるこ
とにより、前記従来技術の不具合点を解消し、引け巣欠
陥を防止することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明の精密鋳造方法は、鋳型加熱炉と該加熱炉内で鋳
型の上昇、下降機構を有する装置において、鋳型加熱炉
内にセラミック製鋳型を設置し、該鋳型を鋳物の融点以
上に加熱した後に溶湯を注入し、注入後に所定時間経過
してから、鋳型を加熱炉外へ毎分５〜４０ｍｍの速度で
下方に引き出しながら鋳物を凝固させることを特徴とし
ている。

【０００９】また、鋳型加熱炉と該加熱炉の上昇、下降
機構を有する装置において、鋳型加熱炉内にセラミック
製鋳型を設置し、該鋳型を鋳物の融点以上に加熱した後
に溶湯を注入し、注入後に所定時間経過してから、鋳型
加熱炉を毎分４０ｍｍ以下の速度で上方に引き上げなが
ら鋳物を凝固させることも効果的である。

【００１０】

【作用】上記のように本発明においては、加熱炉内で鋳
物の融点以上に加熱したセラミック鋳型に溶湯を注入
し、鋳型を加熱炉から引き下げるか、あるいは鋳型及び
鋳物は一定位置で加熱炉を引き上げながら鋳物を凝固さ
せ、鋳物の下部から上部に向かって指向性凝固させる。

【００１１】このように鋳物の下部から上部へ向けて凝
固することにより、凝固収縮に見合う量の溶鋼が凝固界
面より上部に存在する未凝固溶湯から重力により補給さ
れ、引け巣発生が防止できる。

【００１２】

【実施例】以下本発明の実施例について図面に基づいて
説明する。

【００１３】〔実施例１〕ワックスを射出成形し、これ
を組立てた図３に示す試験片模型に、シリカゾル（コロ
イダルシリカ）をバインダとしてジルコン及びムライト
を骨材としたセラミック鋳型を製作し（鋳型の厚さは約
１０ｍｍ）、図１及び図２に示すように高周波誘導炉等
の溶解炉２、円筒型の鋳型加熱炉３及び該加熱炉の下方
に配設した鋳型の上昇・下降用軸４等を有する真空容器
１内における加熱炉内にセラミックシェル鋳型等の鋳型
８を設置して、鋳型加熱炉３にて鋳型８を１５００℃に
加熱した後に、溶解炉２にて１５５０℃に加熱、溶解し
たＳＣＳ１３（１８ｗｔ％Ｃｒ−８ｗｔ％Ｎｉ鋼）を注
湯用湯口カップ９を介して鋳型内に注入（注湯）し、注
湯後１ｍｉｎ経過してから毎分５ｍｍないし１００ｍｍ
の種々の速度にて鋳型８の引下げを開始した。

【００１４】そして鋳型（鋳物）８の上部が加熱炉３外
に出るまで前記鋳型上昇・下降用軸４を介して一定速度
で電動モータ及び減速機６、ネジ機構５により引下げを
行ない、鋳物８の凝固が完了した時点で大気中に取り出
し、そのまま冷却した。

【００１５】なお７は鋳型設置板で前記上昇・下降用軸
４の上端に設置し、鋳型８を支承する。

【００１６】また１０，１１は加熱炉３の下端及び上端
にそれぞれ配設された放熱防止板である。

【００１７】上記実施例方法により製造された鋳物につ
き図３に示す厚さ８ｍｍの板状部分を取り出し、表面を
グラインダーで研磨した後に浸透探傷による表面欠陥及
びＸ線透過探傷による鋳物内部欠陥の評価を行なった。

【００１８】特にＸ線透過探傷により点状及び線状の欠
陥（引け巣）の有無を評価した。その結果は次に示す第
１表に示すとおりであった。

【００１９】

【表１】

【００２０】第１表でわかるように、初期鋳型温度を１
０００℃とし、引下げを行なわない従来の鋳造法では明
瞭な引け巣欠陥が検出されたが、鋳型８を１５００℃に
加熱して引下げながら凝固することにより、欠陥発生を
防止できた。

【００２１】ただし引下げ速度が毎分４０ｍｍないし毎
分５０ｍｍ以上になると引下げの効果がなく、引け巣欠
陥が発生する。これより引下げ速度を毎分５ｍｍ〜４０
ｍｍにすると引け巣欠陥の発生が防止できることが確認
された。

【００２２】また鋳型（鋳物）８と加熱炉３が相対的に
移動する条件にて、図３に示した板状試験片の凝固解析
を実施し、板状試験片の中心部の高さ方向の温度勾配を
計算した結果を図４に示す。

【００２３】凝固収縮に伴う溶湯の補給のし易さは温度
勾配の大小によって評価でき、温度勾配が大きい程溶湯
が補給され易く、引け巣欠陥が発生しにくいことにな
る。

【００２４】本計算では図５に示すような鋳型加熱炉内
の温度分布も考慮したこともあり、図４において引下げ
速度が毎分１６．７ｍｍの条件で最も凝固時の温度勾配
が大きくなった。

【００２５】すなわち引下げ速度を例えば５０ｍｍ／ｍ
ｉｎ以上にすると引下げの効果が小さくなるが、逆に引
下げ速度が必要以上に小さくても、図５に示した炉内の
温度分布（炉の下端では鋳物の融点より低温になってい
る）のために凝固時の温度勾配は低下する傾向にある。

【００２６】第１表に示したように、引下げ速度が５ｍ
ｍ／ｍｉｎでも引け巣欠陥防止の効果は明らかに認めら
れたが、生産性等の観点からは、なるべく大きい引下げ
速度で実施することが好ましい。

【００２７】〔実施例２〕実施例１と同一の鋳型８を図
６に示すように円筒型の鋳型加熱炉３及びネジ機構５に
て加熱炉の上昇、下降を行なう軸５等を有する装置にお
いて、該鋳型８を加熱炉３内に設置して、鋳型８を１５
００℃に加熱した後に、溶解炉２にて溶解したＳＣＳ１
３（１８ｗｔ％Ｃｒ−８ｗｔ％Ｎｉ鋼）を一旦取鍋に出
湯し、１５５０℃にて湯口カップ９を介して加熱された
鋳型８に注湯し、注湯後１ｍｉｎ経過してから毎分５ｍ
ｍないし１００ｍｍの種々の速度にて加熱炉３の上昇を
行なった。

【００２８】そして鋳型（鋳物）８の上部が加熱炉３外
に出るまで一定速度で上昇を行ない、そのまま鋳物が完
全に凝固するまで冷却した。

【００２９】鋳物品質の評価は実施例１と全く同様の方
法、条件で実施した。この方法は実施例１と比較して、
鋳物を下降させるかあるいは加熱炉３を上昇させるかの
違いだけで、鋳物と加熱炉３の相対移動は全く同じであ
り、凝固のさせ方も原理的に全く同一である。

【００３０】図３に示した板状試験片の浸透探傷及びＸ
線透過探傷結果も、実施例１の結果すなわち第１表に示
した結果とほとんど同一の品質となった。

【００３１】すなわちこの場合でも、毎分４０ｍｍ以下
の速度で加熱炉を上昇すれば、凝固に伴う収縮に対して
溶湯が補給され、引け巣欠陥の発生が防止できることを
確認した。

【００３２】なお６は電動モータ及び減速機、１０は放
熱防止板を示す。

【００３３】以上本発明の実施例につき縷々説明した
が、本発明は上記実施例方法に限定されるものでなく本
発明技術思想の範囲内において変更が可能であり、それ
らは何れも本発明の技術的範囲に属する。

【００３４】なお、一方向凝固鋳造材あるいは単結晶鋳
造材の製造方法として、本発明と同様に鋳物の融点以上
に加熱した鋳型内に注湯して、鋳型を引下げながら凝固
させる鋳造法が公知であるが、これは結晶を所定の方向
に成長させることが目的であり、本発明の狙いとする引
け巣欠陥の防止を目的としたものではない。

【００３５】またこの結晶成長制御鋳造法での鋳型の引
下げ速度は毎分０．８ｍｍないし５ｍｍ程度であり、本
発明での鋳型あるいは加熱炉の移動速度と大幅に条件が
異なっている。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように本発明の精密鋳造方法
によれば、複雑形状の鋳物でも鋳物の下部から上部に向
かっての指向性凝固が確保され、その結果凝固収縮に見
合う量の溶湯が上部から補給され、鋳物の表面及び内部
での引け巣欠陥の防止が可能となった。

【００３７】これにより、精密鋳造品の品質の向上、欠
陥補修のための工数の低減が達成できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る鋳物（鋳型）引下げ
法を実施する装置の断面図である。

【図２】同装置の要部拡大図である。

【図３】同実施例における鋳物試験片の斜視図である。

【図４】同実施例における鋳物凝固時の温度勾配図であ
る。

【図５】同実施例における加熱炉内の温度分布図であ
る。

【図６】本発明の第２実施例に係る加熱炉上昇（引上
げ）法を実施する装置の断面図である。

【符号の説明】

１ 真空容器 ２ 溶解炉 ３ 鋳型加熱炉 ４ 鋳型（鋳物）の上昇・下降用軸 ５ 上昇・下降用ネジ機構 ６ 電動モータ及び減速機 ７ 鋳型設置板 ８ 鋳型 ９ 注湯用湯口カップ １０，１１ 放熱防止板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤本 茂寿 神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号 三 菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 山室 繁昭 神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号 三 菱重工業株式会社神戸造船所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳型加熱炉と該加熱炉内で鋳型の上昇、
   下降機構を有する装置において、鋳型加熱炉内にセラミ
   ック製鋳型を設置し、該鋳型を鋳物の融点以上に加熱し
   た後に溶湯を注入し、注入後に所定時間経過してから、
   鋳型を加熱炉外へ毎分５〜４０ｍｍの速度で下方に引き
   出しながら鋳物を凝固させることを特徴とした精密鋳造
   方法。
2. 【請求項２】 鋳型加熱炉と該加熱炉の上昇、下降機構
   を有する装置において、鋳型加熱炉内にセラミック製鋳
   型を設置し、該鋳型を鋳物の融点以上に加熱した後に溶
   湯を注入し、注入後に所定時間経過してから、鋳型加熱
   炉を毎分４０ｍｍ以下の速度で上方に引き上げながら鋳
   物を凝固させることを特徴とした精密鋳造方法。