JPH11123501A

JPH11123501A - 金属の金型鋳造方法

Info

Publication number: JPH11123501A
Application number: JP30657997A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kawahara; 正弘川原; Kazuyoshi Takahashi; 和義高橋
Original assignee: MIZUSAWA CHUKOSHO KK; Iwate Prefectural Government
Current assignee: MIZUSAWA CHUKOSHO KK; Iwate Prefectural Government
Priority date: 1997-10-20
Filing date: 1997-10-20
Publication date: 1999-05-11
Anticipated expiration: 2017-10-20
Also published as: JP3025667B2

Abstract

(57)【要約】【課題】原子化した窒素や水素を溶湯から除くことが
できるようにして、脱ガスを確実に行ない、金属組織の
改善を図る。【解決手段】鋳造用金属である鋳鉄を溶解し、溶解し
て得られた溶湯を金型に注湯して成形する際、金型に注
湯する溶湯中に、添加物として、無水塩化化合物、例え
ば、無水塩化カルシウム，無水塩化バリウム，無水塩化
亜鉛を、単独に、あるいはこれらの混合物を、溶湯重量
の０．３〜４．０％添加する。この場合、球状黒鉛化処
理をするための球状化剤の添加の前後に分けて添加す
る。これにより、白鋳鉄組織の生成等を阻止してねずみ
鋳鉄組織とすることができ、そのため、鋳鉄の薄肉，精
密化を可能ならしめるとともに、大幅なコストダウンを
図ることができ、工場での作業環境改善等を図ることが
できる。また、製品は溶接性が良くなり、品質を大幅に
向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、鋳鉄等の金属の鋳
造技術に係り、特に、鋳造用金属を溶解して得られた溶
湯を金型に注湯して成形する金属の金型鋳造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、例えば、アルミニウム合金鋳物
や銅合金鋳物等の非鉄金属鋳物においては、金型鋳造を
行なうことが良く行なわれており、金型鋳造は急冷却さ
れるが、その金属的性質から、溶湯中にフラツクス添加
やアルゴンガス、窒素ガス、塩素ガス等の吹き込み等に
よる溶湯中の脱ガス処理を行なうことで、製品化が可能
になっている。最近では、真空ダイカストまで行なわれ
ている。また、鋳鉄鋳物においては、金型鋳造は急冷却
されるので、白鋳鉄組織化してしまい易く、特に、５ｍ
ｍ以下の薄肉鋳鉄においては、金型による急冷凝固は白
鋳鉄組織、即ち、炭素が黒鉛化せずにセメンタイトとな
って硬く脆くなる金属組織になるため、冷却速度の小さ
い砂型鋳造による場合がほとんどである。しかしなが
ら、金型鋳造が一般化すれば、鋳鉄の薄肉，精密化が可
能になるとともに、大幅なコストダウンを図ることがで
き、工場での作業環境改善等が期待できるので、本願発
明者は、近年、鋳鉄の金型鋳造化の研究を進め、鋳鉄の
金型鋳造においては、急冷組織である白鋳鉄組織の生成
が、ある程度ガスに起因することもあることから、非鉄
金属の金型鋳造と同様に溶湯中の脱ガス処理を行なう等
の試行を行なってきている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の非鉄
金属の金型鋳造においては、溶湯中の酸素等の脱ガス処
理をある程度行なっているが、ピンホール，ブローホー
ル，ざく巣等といわれるガス欠陥が完全に防止されてい
るわけではない。また、上述した鋳鉄の金型鋳造におい
ては、非鉄金属の金型鋳造と同様に溶湯中の脱ガス処理
を行なっても、白鋳鉄組織の生成等を阻止してねずみ鋳
鉄組織とすることが困難である。その原因について、本
願発明者は、最近、急冷組織である白鋳鉄組織の生成
が、ガスを生成する元素の中でも、窒素ガスに加え特に
原子化した原子量の小さい水素の混入によることが大き
く起因していることをつきとめた。即ち、原子量の大き
い酸素元素は鉄と炭素の格子間に入りにくい状態にして
取り除きやすいが、微量の窒素や水素は鉄や炭素の原子
の格子間に入るようになり、この作用が白鋳鉄組織の生
成を促進すると考えられる。

【０００４】本発明は、この点に鑑みてなされたもの
で、原子化した窒素と水素を溶湯から除くことができる
ようにして、脱ガスを確実に行ない、金属組織の改善を
図った金属の金型鋳造方法を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るための本発明の技術的手段は、鋳造用金属を溶解し、
溶解して得られた溶湯を金型に注湯して成形する金属の
金型鋳造方法において、上記金型に注湯する溶湯中に、
添加剤として、無水塩化化合物を添加した構成としてい
る。これにより、例えば、無水塩化化合物として、無水
塩化カルシウムの場合では、溶湯中で原子化した水素
が、ＣａＣｌ₂ ＋２Ｈ→２ＨＣｌ＋Ｃａのように反応し、また、窒素が、３Ｃａ＋２Ｎ→Ｃａ₃ Ｎ₂ のように反応し、水素がＨＣｌガスとなって、また、窒
素がカルシウムナイトライドとして、溶湯中から逃がさ
れあるいはスラグ等に固定化されると考えられる。この
場合、無水なので、水分に起因する水素の混入がなく、
そのため、溶湯中の水素と結合し易くなり、脱水素の促
進が図られる。また、無水塩化化合物は、同時に、酸素
元素とも反応して、これらをスラグやガス状態化して除
去することにも寄与する。

【０００６】そして、必要に応じ、上記無水塩化化合物
を、溶湯重量の０．３〜４．０％添加する構成としてい
る。添加量の下限と上限は、溶湯中の酸素や窒素及び水
素の含有量の違い等により、適宜に定めて良いものであ
るが、ガス化成分の含有量の多いものほど添加量を多く
する。特に、添加量の下限側は清浄な原材料を使用する
場合である。上限より多い添加は、溶解温度を低下させ
るなどの弊害があり、作業的にも経済的にも不利にな
る。

【０００７】そして、必要に応じ、無水塩化化合物とし
て、無水塩化カルシウム，無水塩化バリウム，無水塩化
亜鉛を、単独に、あるいはこれらの混合物を添加する構
成としている。これらの化合物は、比較的安価で容易に
入手でき、取扱も容易であることから、極めて有用であ
る。また、上記無水塩化化合物を、複数回に分けて添加
する構成としている。脱ガスが一時にではなく、繰り返
し行なわれるので、ガス化成分との反応、特に窒素や水
素との反応を確実に行なわせることができ、より一層脱
窒素，脱水素の促進が図られる。

【０００８】この無水塩化化合物を複数回に分けて添加
する構成において、上記金属が鋳鉄である場合に、上記
無水塩化化合物を、球状黒鉛化処理をするための球状化
剤の添加の前後に添加することが有効である。球状化剤
の添加に起因する水素をはじめとするガス化成分の除去
を確実に行なわせることができ、より一層脱窒素，脱水
素の促進が図られる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて本発明
の実施の形態に係る金属の金型鋳造方法について説明す
る。この実施の形態に係る金属の金型鋳造方法は、金属
として鋳鉄を金型鋳造するものである。図１に示すよう
に、先ず、鋳鉄を溶解し（１−１）、溶解して得られた
溶湯に添加剤として無水塩化化合物を添加し（１−
２）、次に、球状黒鉛化処理をするための球状化剤を添
加し（１−３）、再び、添加剤として無水塩化化合物を
添加し（１−４）、その後、金型に注湯する（１−
５）。無水塩化化合物の添加量は、全部で溶湯重量の
０．３〜４．０％が望ましい。この過程において、溶湯
中で、水素，窒素，酸素等が無水塩化化合物と反応し、
これにより、これらの元素が、固相中で安定化させられ
たり、スラグやガス状態に変化させられて除去される。
特に、水素がＨＣｌガスとなって、また、窒素がカルシ
ウムナイトライドとして、溶湯中から逃がされあるいは
スラグ等に固定化される。この場合、無水塩化化合物は
無水なので、水分に起因する水素の混入がなく、そのた
め、溶湯中の水素とのみ結合し易くなり、脱水素の促進
が図られる。

【００１０】この結果、ピンホールやブローホール等の
内部欠陥の発生が防止されるとともに、図２の顕微鏡写
真にも示すように、急冷組織であっても白鋳鉄組織とな
らず、ねずみ鋳鉄組織に変化させられる。この材料は、
溶接性が良好であり、溶接時にブローホールやピンホー
ル等の溶接内部欠陥が発生し難く、急冷凝固した溶接金
属が白鋳鉄組織にならず、ねずみ鋳鉄組織になる。

【００１１】

【実施例】次に、本発明の実施例を比較例とともに説明
する。鋳鉄は目標組成を３．８％Ｃ，３．０％Ｓｉ，
０．４％Ｍｎ，０．０４％Ｐ，０．０２５％Ｓの過共晶
組成と成るように鋳鉄やシリコン等の原料を配合し、高
周波電気炉を用いて溶解し、金型に鋳造した。金型試験
の寸法は１００（縦）×１００（横）×５（厚さ）（ｍ
ｍ）とし、金型の材質は鋳鉄である。［実施例］実施例に係る鋳鉄は、最高加熱温度の１４５
０℃で、無水塩化カルシウムを１％添加し、ついで、市
販カルシウム系球状化剤を添加し、さらに無水塩化カル
シウムを０．５％添加して金型に注湯したものである。
実施例に係る鋳鉄は、図２に示す実施例の顕微鏡写真か
ら判るように、この組織は基地がパーライトで、球状黒
鉛が晶出した良好な組織を示している。［比較例］比較例に係る鋳鉄は、鋳鉄溶湯の最高加熱温
度を１４５０℃とし、１４３０℃で市販カルシウム系球
状化剤を添加し、１５０℃予熱の金型に注湯したもので
ある。図３にこの比較例の顕微鏡写真を示す。写真から
判るように、この組織はセメンタイトとパーライトから
なる白鋳鉄組織で、硬くて脆い組織であり、従来の溶湯
処理では金型鋳造ができないことを示している。

【００１２】

【実験例】次に、本実施例に係る金型鋳造鋳鉄の溶接性
について、比較例としての従来の砂型鋳造鋳鉄との比較
実験について説明する。溶接試験は、ＴＩＧ溶接による
ビード・オン・プレート試験により行なった。溶接条件
は２００Ａｍｐ，２２Ｖ，直流，正極性，予熱温度：２
００℃である。図４に示すように、母材鋳鉄を溶接棒で
溶接した。上記の実施例に係る母材鋳鉄（実施例）と従
来の無水塩化カルシウムを用いないで砂型鋳造した母材
鋳鉄（比較例）とを、金型鋳造した溶接棒で溶接し、図
４に示すルート部の境界に跨がる線に沿う複数の点（硬
さ測定部位）の硬さを測定し、硬さ分布結果を得た。図
５は本実施例に係る金型鋳造鋳鉄の硬さ分布を示し、図
６は比較例としての従来の砂型鋳造鋳鉄の硬さ分布結果
を示している。各図から分かるように、比較例では、最
高硬さが６００を、平均硬さは４００程度を示し、硬化
が大きい。これに対して、実施例では、最高硬さは５０
０を、平均硬さは３５０程度を示しており軟化してお
り、本実施例の有利性が明らかである。特に、使用した
溶接棒も本発明の処理をしたものであり、これの効果も
あってこのような結果を生んだものである。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の金属の金
型鋳造方法によれば、金型に注湯する溶湯中に、添加剤
として無水塩化化合物を添加したので、特に、無水であ
ることから水分に起因する水素の混入をさせることな
く、溶湯中の窒素や水素と結合させて、原子化した水素
をガス化しあるいは固定化し、また、窒素をカルシウム
ナイトライド化して溶湯から除くことができ、脱ガスを
確実に行ない、金属組織の改善を図ることができる。即
ち、鋳造品の欠陥を減少させ、引張強度や疲労強度等の
物理的性能を向上させ、更に、溶接性を向上させること
ができる等、鋳造品の高品質化、低コスト生産化を図る
ことができる。特に、金属が鋳鉄の場合には、白鋳鉄組
織の生成等を阻止してねずみ鋳鉄組織とすることがで
き、そのため、鋳鉄の薄肉，精密化を可能ならしめると
ともに、大幅なコストダウンを図ることができ、工場で
の作業環境改善等を図ることができる。また、製品は溶
接性が良くなり、品質を大幅に向上させることができ
る。

【００１４】そして、無水塩化化合物を、溶湯重量の
０．３〜４．０％添加する構成とした場合には、添加量
の下限側は清浄な原材料を使用する場合に適応でき、上
限により溶解温度を低下させるなどの弊害や作業的，経
済的不利を防止できる。また、無水塩化化合物として、
無水塩化カルシウム，無水塩化バリウム，無水塩化亜鉛
を、単独に、あるいはこれらの混合物を添加する構成と
した場合には、これらの化合物は、比較的安価で容易に
入手でき、取扱も容易であることから、極めて有用であ
る。更に、無水塩化化合物を、複数回に分けて添加する
構成とした場合には、脱ガスが一時にではなく、繰り返
し行なわれるので、ガス化成分との反応、特に窒素や水
素との反応を確実に行なわせることができ、より一層脱
窒素，脱水素の促進を図ることができる。特に、無水塩
化化合物を複数回に分けて添加する構成において、金属
が鋳鉄である場合に、無水塩化化合物を、球状黒鉛化処
理をするための球状化剤の添加の前後に添加する構成と
した場合には、球状化剤の添加に起因する水素をはじめ
とするガス化成分の除去を確実に行なわせることがで
き、より一層脱窒素，脱水素の促進を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る金属の金型鋳造方法
を示す工程図である。

【図２】本発明の実施例に係る金型鋳造方法によって製
造された鋳鉄の組織を示す図面代用顕微鏡写真（倍率２
００倍）である。

【図３】従来の比較例に係る金型鋳造方法によって製造
された鋳鉄の組織を示す図面代用顕微鏡写真（倍率２０
０倍）である。

【図４】溶接試験における母材鋳鉄と溶接棒との関係を
示すとともに、硬さ測定の測定部位を示す図である。

【図５】本発明の実施例に係る金型鋳造方法によって製
造された鋳鉄の溶接試験結果を示し、溶接部の硬さ分布
状態を示すグラフ図である。

【図６】従来の比較例に係る砂型鋳造方法によって製造
された鋳鉄の溶接試験結果を示し、溶接部の硬さ分布状
態を示すグラフ図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋳造用金属を溶解し、溶解して得られた
溶湯を金型に注湯して成形する金属の金型鋳造方法にお
いて、上記金型に注湯する溶湯中に、添加剤として、無水塩化
化合物を添加したことを特徴とする金属の金型鋳造方
法。
【請求項２】上記無水塩化化合物を、溶湯重量の０．
３〜４．０％添加することを特徴とする請求項１記載の
金属の金型鋳造方法。
【請求項３】上記無水塩化化合物として、無水塩化カ
ルシウム，無水塩化バリウム，無水塩化亜鉛を、単独
に、あるいはこれらの混合物を添加することを特徴とす
る請求項１または２記載の金属の金型鋳造方法。
【請求項４】上記無水塩化化合物を、複数回に分けて
添加することを特徴とする請求項１，２または３記載の
金属の金型鋳造方法。
【請求項５】上記金属が鋳鉄である場合に、上記無水
塩化化合物を、球状黒鉛化処理をするための球状化剤の
添加の前後に添加することを特徴とする請求項４記載の
金属の金型鋳造方法。