JPH115151A

JPH115151A - 金型鋳造法

Info

Publication number: JPH115151A
Application number: JP16011597A
Authority: JP
Inventors: Fumio Yamaguchi; 二三夫山口; Nobuo Tajima; 宣夫田島; Fushimi Hatanaka; 節美畑中; Mitsuo Kuwabara; 光雄桑原; Nobuki Matsuo; 伸樹松尾
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1997-06-17
Filing date: 1997-06-17
Publication date: 1999-01-12

Abstract

(57)【要約】【解決手段】金型１の鋳型表面に、局部的にガラス系
コーティング材４，５，７を塗布し、この鋳型に注入し
た溶湯１１の熱でコーテイング材１３をガラス層にして
鋳物を局部的に覆い、このガラス層１３で覆った部分を
離型後に緩冷却させるようにしたことを特徴とする。【効果】冷えやすい部分をガラス層で保温すること
で、鋳物全体を平均的に冷却することが可能となり、平
均的に空気焼き入れすることもできるから、鋳物の品質
を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は金型鋳造法の改良に
関する。

【０００２】

【従来の技術】金属製鋳型（以下「金型」という）は、
砂型に比較して極めて耐久性に富むため多量生産に適し
ている。そして、砂型に比較して熱伝導率が極めて高い
ため、注湯直後に表層部を急冷することにより、鋳物の
表面をチル化することができる。チル組織は固いので、
表面改質を鋳造の段階で実施できることになる。

【０００３】また、金型鋳造法では、鋳物の内部が未凝
固であっても、表面が凝固すれば離型して鋳物を取出
し、生産サイクルを短縮するとことろのクイックキャス
ティングが可能となる。このクイックキャスティング
は、鋳物の表面が８００℃程度になったら型を開くた
め、表面が空気で急冷され、鋼種によっては空気で焼き
を入れることが可能となる。

【０００４】一方、鋳物の品質を上げる目的で、溶湯に
合金粉末（又は合金元素粉末）を適量添加する技術は広
く採用されている。合金粉末は例えばＮｉ、Ｃｏであ
り、微量で機械的性質を改善することができ、容易に合
金鋳鋼を製造することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、チル組織は脆
いという欠点を合せ持っているので、製品によってはチ
ル化を嫌うものがある。その場合は、金型を加熱・保温
して溶湯を急速には冷却しないような構造を採用する。
この様な加熱金型は、装置が複雑であり、熱エネルギー
を加える必要があるので、設備費用並びに運転費用が嵩
む。

【０００６】さらに、加熱金型を使用した場合であって
も、離型直後の空気焼入れを防ぐことはできない。勿
論、空気焼き入れは鋳物の強度を高める上で有用であ
る。しかし、鋳物の形状によっては、コーナ、フィン、
薄肉部に深く焼きが入って、これらの部分が他の部分に
比較して脆くなるという不都合がある。そこで、鋳物表
層部に平均的に空気焼入れができれば望ましいことにな
る。

【０００７】また、溶湯に添加する合金粉末は、一般に
高価である。製品によっては表層部だけ機械的性質が改
善されれば済む。そこで、高価な合金粉末の使用量を抑
えて、溶湯に合金粉末を添加したものと同等の機能を発
揮させ得る、表面改質法が望ましい。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の金
型鋳造法特有の長所、短所を詳細に検討した結果、金型
にコーティング材を付加することにより、前記各課題を
解決することに成功した。

【０００９】すなわち、請求項１は、金型の鋳型表面
に、局部的にガラス系コーティング材を塗布し、この鋳
型に注入した溶湯の熱でコーテイング材をガラス層にし
て鋳物を局部的に覆い、このガラス層で覆った部分を離
型後に緩冷却させるようにしたことを特徴とする。ガラ
ス層が保温材となるため、鋳物表面の冷却速度を必要に
応じて部分的に変化させることができる。

【００１０】請求項２は、ガラス層で覆った部分を、鋳
物のコーナ、薄肉若しくはリブなどの他より冷却されや
すい部分としたことを特徴とする。冷えやすい部分をガ
ラス層で保温することで、鋳物全体を平均的に冷却する
ことが可能となり、平均的に空気焼き入れすることもで
きるから、鋳物の品質を高めることができる。

【００１１】請求項３は、金型の鋳型表面に、合金元素
系コーティング材を塗布し、この鋳型に注入した溶湯の
熱で前記合金元素系コーティング材を溶解し、この合金
元素を鋳物の表層に浸透させることで、鋳物の表面を改
質することを特徴とする。合金元素系コーティング材を
添加するものに比較して、合金元素系コーティング材の
使用量を大幅に減らすことができ、原料コストを削減す
ることができる。

【００１２】請求項４は、合金元素系コーティング材に
ガラス系コーティング材を混合したことを特徴とする。
合金元素系コーティング材による表面改質とガラス層に
よる保温作用の双方が得られ、特に鋳物をガラス層で全
体的に覆ったことにより外気によるチル化を防止するこ
とができるので、加熱金型を採用する場合であっても加
熱温度の設定を下げることができ熱エネルギーの節約が
可能となる。

【００１３】請求項５は、溶湯を鋳鉄又は鋳鋼としたこ
とを特徴とする。ここで、鋳鉄はねずみ鋳鉄、強靭鋳
鉄、耐熱鋳鉄、耐食鋳鉄、可鍛鋳鉄、チルド鋳鉄を指
し、鋳鋼は炭素鋼鋳鋼（ＳＣ−ＪＩＳ）、低Ｍｎ鋳鋼、
低Ｍｎ−Ｃｒ鋳鋼、Ｓｉ−Ｍｎ鋳鋼、Ｍｏ鋳鋼、Ｃｒ−
Ｍｏ鋳鋼、ステンレス鋳鋼（ＳＣＳ−ＪＩＳ）、耐熱鋳
鋼、高Ｍｎ鋳鋼を指す。鋳鉄又は鋳鋼は焼入れ可能であ
るから、ガラス層で局部的に保温することで鋳物に均一
に焼きを入ることができる。また、表面改質にあたって
も、コーティング材を採用したことにより、合金元素の
添加量をごく少量に抑えることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図に基
づいて以下に説明する。図１は第１の発明に係る鋳造法
フロー図であり、ＳＴ××はステップ番号を示す。ＳＴ０１；ガラス系コーティング材を調製する。組成は
次に示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】ＳｉＯ₂は、ガラス質の主成分であり、１
５％未満ではガラス化せず、鋳造温度では溶融が不均一
になり易い。また、３５％を超えるとガラスの粘度が高
くなり、溶湯の熱では十分な流動性が得られない。その
ため、鋳物に対し効果的なコーティングが行なえず、所
望の効果が得られない。従って、ＳｉＯ₂は１５〜３５
％から選択する必要がある。Ｂ₂Ｏ₃も、ガラス質の主成
分であり、３５％未満ではガラスの溶融粘度が高くなり
過ぎて鋳物へのコーティングが効果的に行なえず、また
５０％を超えるとガラスの強度が低くなり過ぎるから、
Ｂ₂Ｏ₃は３５〜５０％から選択する必要がある。

【００１７】Ｎａ₂Ｏも、ガラス質の主成分であり、１
５％未満ではガラス状態を維持することが難かしくな
り、また３０％を超えると粘度が低くなり、強度が小さ
くなるから、Ｎａ₂Ｏは１５〜３０％から選択する必要
がある。Ｋ₂Ｏは、５％未満ではガラスの強度が小さく
なり注湯時の攪拌効果で鋳物に欠陥が発生しやすくな
り、また１５％を超えて添加しても効果は期待できずコ
ストアップの要因となるばかりでなく、溶融温度が低く
なり過ぎる。従って、Ｋ₂Ｏは５〜１５％から選択する
必要がある。

【００１８】Ａｌ₂Ｏ₃は、０．１％未満ではガラスの強
度が小さく効果的なコーティングが行なえず、また２％
を超えると注湯時の溶湯温度では十分に溶解しなくな
る。従って、Ａｌ₂Ｏ₃は０．１〜２％から選択する必要
がある。ＭｇＯも、０．１％未満ではガラスの強度が小
さく効果的なコーティングが行なえず、また２％を超え
ると注湯時の溶湯温度では十分に溶解しなくなる。従っ
て、ＭｇＯは０．１〜２％から選択する必要がある。な
お、ＭｇＯはＣａＯ、ＢａＯに代替可能である。

【００１９】ＣｏＯ又はＮｉＯは、形成後のガラス質の
強度をある程度高め、膜厚を薄くするために添加するも
のであり、０．１％未満では所望の強度が得られず、ま
た３％を超えると逆に強くなり過ぎて剥離性が悪くなる
から、０．１〜３％から選択する。なお、ＣｏＯ又はＮ
ｉＯはＦｅ₂Ｏ₃などの鉄系酸化物、ＭｎＯ₂、ＭｎＯに
代替可能である。

【００２０】ＳＴ０２；このガラス系コーティング材を
所定の厚さ（数μｍ〜数ｍｍ）で、鋳型表面に局部的に
塗布する。塗布方法は、はけ塗りが好ましい。図２は第
１の発明に係る金型の模式図であり、金型１を例えば固
定型２と移動型３で構成し、固定型２に図示せぬランナ
ーを含め、固定型２のコーナにガラス系コーティング材
４を塗布し、また、移動型３のコーナにガラス系コーテ
ィング材５、リブ形成部６・・・（・・・は複数個を示す。以
下同様。）にガラス系コーティング材７・・・を塗布す
る。ＳＴ０３；鋳型を型組みする。

【００２１】ＳＴ０４；鋳鉄の溶湯を鋳型に注入する。
ガラスは結晶のように一定の溶融点をもたずに、温度が
上がるに連れて粘さが小さくなり遂には溶融に至る。そ
して、本発明のガラス系コーティング材は高融点（１７
１３℃）のＳｉＯ₂に低融点のＮａ₂Ｏを含むものである
から、低融点の成分から流動化する。そこで、鋳鉄の溶
湯温度は約１４００℃であるから、この熱でコーティン
グ材は流動化してガラス膜となって、鋳型と溶湯を隔て
る役割を果たす。

【００２２】図３は第１の発明の溶湯を示す図であり、
図示しせぬランナーを通じて溶湯１１をキャビティ１２
へ注入すると、溶湯１１は鋳型表面に熱を与え、自身は
冷却される。このとき、ガラス層１３・・・のある部分
は、ガラス層１３・・・が断熱材となるため矢印，，
のように熱伝導量は小さくなる。一方、それ以外の部
分は矢印，，のように熱伝導量は大きい。従っ
て、注湯直後の急冷で発生し易いチル層は、ガラス層１
３・・・の存在する部分では発生しない。

【００２３】ＳＴ０５；金型を開いて、鋳物を取出す。
図４は第１の発明によって製造した鋳物を示す図であ
る。ガラス層１３・・・の熱伝導率は０．６〜１．２ｋｃ
ａｌ／ｍｈ℃であり、鋳鉄１５のそれはほぼ４５ｋｃａ
ｌ／ｍｈ℃である。ガラス層１３・・・の存在する部分
は、ガラス層１３・・・が保護層となって直接外気が触れ
る心配がない。したがって、これらの部分は緩冷却さ
れ、空気で焼きが入る心配はない。

【００２４】一方、それ以外の部分（ガラス層の存在せ
ぬ部分）は、鋳物の表面に直接外気が触れるため鋳物が
急冷され、鋼種によってはチル層が発生する。または、
コーナやフィンの冷却速度をその他の部分の冷却速度に
近づけることができ、冷却時の熱応力を抑えることがで
きる。熱応力が過大であると、鋳物１５が変形したり、
鋳物１５に割れの入るが、その心配はない。

【００２５】ガラス層の線膨張率は約５×１０^-6／℃で
あり、鋳鉄のそれは約１１×１０^-6／℃である。離型後
にガラス層及び鋳鉄は外気で冷却されるが、線膨張率が
全く異なるために、ガラス層１３・・・と鋳物１５の間に
ずれが発生し、遂には両者間に隙間が発生するととも
に、弱い方のガラス層１３・・・にひび割れが入る。この
結果、冷却の途中においてガラス層１３・・・が自然と脱
落する。

【００２６】図５は第２の発明に係る鋳造法フロー図で
ある。ＳＴ１１；合金元素系コーティング材を調製する。組成
を表２及び表３に示す。ここで、合金元素は金属に添加
する元素であり、具体的には、Ｓｉ、Ｃ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃ
ｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｂ、Ｓ、Ｍｇ、Ｐ、Ｆｅ、
Ｃｏなどの単一元素及びＦｅ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｍｎ，Ｆｅ
−Ｃｒ，Ｎｉ₃Ａｌ，Ｔｉ₃Ａｌなどの合金あるいは金属
間化合物を適宜使用する。

【００２７】

【表２】

【００２８】表２の合金元素系コーティング材を使用す
ると、鋳物の表層部が柔らかくなる。溶湯の主成分であ
るＦｅ原子の間に大量のＳｉが入り込み、見掛け上、Ｆ
ｅ原子間隔が広がったことになり、靱性が高まり、その
反面、硬度が低下すると考えられる。

【００２９】

【表３】

【００３０】表３の合金元素系コーティング材を使用す
ると、鋳物の表層部が硬くなる。溶湯の主成分であるＦ
ｅ原子の間隔が狭まり、硬度が高まる考えられる。

【００３１】ＳＴ１２；鋳型表面に合金元素系コーティ
ング材を数μｍ〜数ｍｍの厚さで塗布する。ＳＴ１３；型組みする。

【００３２】ＳＴ１４；鋳鉄又は鋳鋼を注湯する。図６
（ａ），（ｂ）は第２の発明の作用説明図である。
（ａ）は注湯直後の状態を示し、２１は鋳型、２２は合
金元素系コーティング材、２３は溶湯である。（ｂ）は
凝固した鋳物の表層部を示し、合金元素２４・・・が鋳物
２５の表層部に浸透若しくは拡散したことを示す。合金
元素２４・・・は鋳物の数μｍ〜数ｃｍまでは浸透する
が、内部には至らない。これで、溶湯に合金元素を添加
したときと、同様の組成の表層部を得ることができ、し
かも、合金元素の使用量をごく少量に抑えることができ
る。ＳＴ１５；離型して鋳物を取出す。

【００３３】図７は第３の発明に係る鋳造法フロー図で
ある。ＳＴ２１；第１の発明で説明したガラス系コーティング
材と第２の発明で説明した合金元素系コーティング材と
を適量混合して、合金元素・ガラス系コーティング材を
調製する。ＳＴ２２；鋳型表面に数μｍ〜数ｍｍの厚さで合金元素
・ガラス系コーティング材を塗布する。ＳＴ２３；型組みする。

【００３４】ＳＴ２４；注湯する。合金元素・ガラスコ
ーティング材の中のガラス成分が、注湯の温度で溶解若
しくは流動してガラス層となり、鋳型と注湯との間を隔
て、注湯が鋳型に直接接触することを妨げる。この結
果、鋳型の寿命が飛躍的に延びる。そして注湯直後に発
生しやすいチル化を抑えることができる。一方、合金元
素・ガラスコーティング材の中の添加元素は、鋳物の表
層部に浸透又は拡散する。

【００３５】ＳＴ２５；離型して鋳物を取出す。このと
き、ガラス層が保温層となるため、８００℃程度の高温
で鋳物を取り出しても、空気で焼きが入る心配はない。

【００３６】

【実施例】以下に本発明に係る実施例を説明する。しか
し、本発明は以下の実施例に限るものではない。（共通条件）金型；銅−クロム合金（０．８％Ｃｒ）金型予熱：３００℃ 溶湯；表４に示した成分の鋳鉄溶湯温度；約１５５０℃ 注湯温度；約１４００℃ 注湯量；１５ｋｇ注湯時間；約１２秒注湯完了から離型までの時間；２０秒

【００３７】

【表４】

【００３８】（実施例１）表５に示す粉末（１００メッ
シュを超えない粒子）をブレンドする。また、ニトロセ
ルロースをアセトンに溶解し、これに展開剤や潤滑剤と
してエタノールやエチルセロソルブを添加したものに、
上記粉末を懸濁させた後、鋳型に局部的に塗布した。

【００３９】

【表５】

【００４０】図８は実施例１の硬度を示すグラフであ
り、横軸はガラス系コーティング材を塗布した部位と塗
布しない部位とを示し、縦軸は鋳物のロックウエルＣス
ケール硬さ（ＨＲＣ）を示す。鋳物の表面を０．３ｍｍ
研磨除去し、硬度を計測した。通常の金型鋳造ではＨＲ
Ｃ５２、砂型鋳造ではＨＲＣ３４であったものが、実施
例１ではコーティング材を塗布した箇所はＨＲＣ２５で
非チル層であり、非塗布場所はＨＲＣ５２でチル層であ
った。

【００４１】（実施例２）表６に示す粉末（１００メッ
シュを超えない粒子）をブレンドする。また、ニトロセ
ルロースをアセトンに溶解し、これに展開剤や潤滑剤と
してエタノールやエチルセロソルブを添加したものに、
上記粉末を懸濁させた後、鋳型に局部的に塗布した。

【００４２】

【表６】

【００４３】図９は実施例２の硬度を示すグラフであ
り、横軸はガラス系コーティング材を塗布した部位と塗
布しない部位とを示し、縦軸は鋳物のロックウエルＣス
ケール硬さ（ＨＲＣ）を示す。鋳物の表面を０．３ｍｍ
研磨除去し、硬度を計測した。通常の金型鋳造ではＨＲ
Ｃ５２、砂型鋳造ではＨＲＣ３４であったものが、実施
例２ではコーティング材を塗布した箇所はＨＲＣ１７で
非チル層であり、非塗布場所はＨＲＣ５２でチル層であ
った。

【００４４】（実施例３）表７に示す粉末（１００メッ
シュを超えない粒子）をブレンドする。また、ニトロセ
ルロースをアセトンに溶解し、これに展開剤や潤滑剤と
してエタノールやエチルセロソルブを添加したものに、
上記粉末を懸濁させた後、鋳型に局部的に塗布した。

【００４５】

【表７】

【００４６】図１０は実施例３の硬度を示すグラフであ
り、横軸は合金元素系コーティング材を塗布した部位と
塗布しない部位とを示し、縦軸は鋳物のロックウエルＣ
スケール硬さ（ＨＲＣ）を示す。鋳物の表面を０．３ｍ
ｍ研磨除去し、硬度を計測した。通常の金型鋳造ではＨ
ＲＣ５２、砂型鋳造ではＨＲＣ３４であったものが、実
施例３ではコーティング材を塗布した箇所はＨＲＣ２０
で非チル層であり、非塗布場所はＨＲＣ５２でチル層で
あった。

【００４７】（実施例４）表８に示す粉末（１００メッ
シュを超えない粒子）をブレンドする。また、ニトロセ
ルロースをアセトンに溶解し、これに展開剤や潤滑剤と
してエタノールやエチルセロソルブを添加したものに、
上記粉末を懸濁させた後、鋳型に局部的に塗布した。

【００４８】

【表８】

【００４９】図１１は実施例４の硬度を示すグラフであ
り、横軸は合金元素系コーティング材を塗布した部位と
塗布しない部位とを示し、縦軸は鋳物のロックウエルＣ
スケール硬さ（ＨＲＣ）を示す。鋳物の表面を０．３ｍ
ｍ研磨除去し、硬度を計測した。通常の金型鋳造ではＨ
ＲＣ５２、砂型鋳造ではＨＲＣ３４であったものが、実
施例４ではコーティング材を塗布した箇所はＨＲＣ２８
で非チル層であり、非塗布場所はＨＲＣ５２でチル層で
あった。

【００５０】

【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮
する。請求項１は、金型の鋳型表面に、局部的にガラス
系コーティング材を塗布し、この鋳型に注入した溶湯の
熱でコーテイング材をガラス層にして鋳物を局部的に覆
い、このガラス層で覆った部分を離型後に緩冷却させる
ようにしたことを特徴とする。ガラス層が保温材となる
ため、鋳物表面の冷却速度を必要に応じて部分的に変化
させることができる。

【００５１】請求項２は、ガラス層で覆った部分を、鋳
物のコーナ、薄肉若しくはリブなどの他より冷却されや
すい部分としたことを特徴とする。冷えやすい部分をガ
ラス層で保温することで、鋳物全体を平均的に冷却する
ことが可能となり、平均的に空気焼き入れすることもで
きるから、鋳物の品質を高めることができる。

【００５２】請求項３は、金型の鋳型表面に、合金元素
系コーティング材を塗布し、この鋳型に注入した溶湯の
熱で前記合金元素系コーティング材を溶解し、この合金
元素を鋳物の表層に浸透させることで、鋳物の表面を改
質することを特徴とする。合金元素系コーティング材を
添加するものに比較して、合金元素系コーティング材の
使用量を大幅に減らすことができ、原料コストを削減す
ることができる。

【００５３】請求項４は、合金元素系コーティング材に
ガラス系コーティング材を混合したことを特徴とする。
合金元素系コーティング材による表面改質とガラス層に
よる保温作用の双方が得られ、特に鋳物をガラス層で全
体的に覆ったことにより外気によるチル化を防止するこ
とができるので、加熱金型を採用する場合であっても加
熱温度の設定を下げることができ熱エネルギーの節約が
可能となる。

【００５４】請求項５は、溶湯を鋳鉄又は鋳鋼としたこ
とを特徴とする。鋳鉄又は鋳鋼は焼入れ可能であるか
ら、ガラス層で局部的に保温することで鋳物に均一に焼
きを入ることができる。また、表面改質にあたっても、
コーティング材を採用したことにより、合金元素の添加
量をごく少量に抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明に係る鋳造法フロー図

【図２】第１の発明に係る金型の模式図

【図３】第１の発明の溶湯を示す図

【図４】第１の発明によって製造した鋳物を示す図

【図５】第２の発明に係る鋳造法フロー図

【図６】第２の発明の作用説明図

【図７】第３の発明に係る鋳造法フロー図

【図８】実施例１の硬度を示すグラフ

【図９】実施例２の硬度を示すグラフ

【図１０】実施例３の硬度を示すグラフ

【図１１】実施例４の硬度を示すグラフ

【符号の説明】

１…金型、４，５，７…ガラス系コーティング材、１３
…ガラス層、１５，２５…鋳物、２２…合金元素系コー
ティング材、２４…合金元素。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者桑原光雄埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ホンダエンジニアリング株式会社内 (72)発明者松尾伸樹埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ホンダエンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金型の鋳型表面に、局部的にガラス系コ
ーティング材を塗布し、この鋳型に注入した溶湯の熱で
前記コーテイング材をガラス層にして鋳物を局部的に覆
い、このガラス層で覆った部分を離型後に緩冷却させる
ようにしたことを特徴とする金型鋳造法。
【請求項２】前記ガラス層で覆った部分は、鋳物のコ
ーナ、薄肉若しくはリブなどの他より冷却されやすい部
分であることを特徴とした請求項１記載の金型鋳造法。
【請求項３】金型の鋳型表面に、合金元素系コーティ
ング材を塗布し、この鋳型に注入した溶湯の熱で前記合
金元素系コーティング材を溶解し、この合金元素を鋳物
の表層に浸透させることで、鋳物の表面を改質すること
を特徴とした金型鋳造法。
【請求項４】前記合金元素系コーティング材にガラス
系コーティング材を混合したことを特徴とする請求項３
記載の金型鋳造法。
【請求項５】前記溶湯は、鋳鉄又は鋳鋼であることを
特徴とする請求項１〜請求項４のいづれか１項記載の金
型鋳造法。