JPS61123458A - ＡｌまたはＡｌ合金の低圧鋳造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はＡｌまたはＡｌ合金（以下単にＡｌと記す）の
高品質低圧鋳造品を製造する方法に関し、詳細には砂型
鋳型（以下単に砂型と記す）を用いた場合であってもガ
ス欠陥を内包しない鋳造品を得ることのできる低圧鋳造
法に関するものである。

〔従来の技術〕

薄肉でしかも寸法精度の高いＡｌ？型鋳物を製造する場
合には、（１）酸化物の発生を防止する必要があυ砂ｉ
１に対する溶湯充填を静かに行なわなければなら危い、
（２）湯口シネ風を防止する必要があ）砂型への溶湯充
填圧力を制御し適正な充填流速を得ることが重要である
、といった要請を溝足しなければならない。

この様なところから重力鋳造法の適用は困難視され、こ
れに代シ得るものとして低圧鋳造法が注目を浴びつつあ
る。ところで従来の低圧鋳造法における中子としては金
属型を使うものと砂型を使うものがあるが、例えばＡｌ
の低圧鋳造では主型として金属型が汎用されてお）、砂
型を使うという技術については十分な蓄積がない。この
様な状況下において、本発明者等は敢えて砂型低圧鋳造
を試み次の様な知見を得た。

〔発明が解決しようとする問題点〕

低圧鋳造法に期待される２つの効果〔酸化物の形成を防
止し良好な湯口シを確保すること〕については、砂型に
よる低圧鋳造法においても十分に達成され期待通シであ
った。しかし従来の金属屋低圧鋳造法では遭遇しなかっ
た様な問題、即ちガス欠陥の発生が認められた。これは
砂量中の残留水分とＡｌ溶湯との反応によるものと思わ
れた。

そこでガス欠陥の発生を防止しようとすれど当面は砂型
中の残留水分を減少させ−ることか課題となるが、砂型
中の残留水分を低減することについては限界があ〕、し
かも砂型内における凝固という単一履歴（Ａｌ溶湯と砂
型による１回きシの接触履歴）では鋳造品中に重大なガ
ス欠陥を発生する危険が少ないということが分かった。

むしろ数多□ くの実験から得た感触によれば、るつぼ内のＡｌ溶湯が
ストーク中を何回も往復するという過程の積重ねによっ
てＡｔ溶湯と鋳型中の水分が反応してガス欠陥になると
いうことが分かった。

そこで本発明者等は、るつぼ内のＡｌ溶湯がストーク中
を何回も往復するという過程の積重ねによってるつぼ内
のＡｌ溶湯中にＡｌ溶湯と鋳型中の水分が反応した結果
生成するＨ２又はＨ２を持込むことを極力抑制し、また
Ａｔ溶湯内におけるＡｌと水分の反応をできる限シ押え
る必要があると考え、この様な着想を具体化する為の手
段について種々研究を重ね本発明を完成するに至った。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明では、ストーク及び加圧ガスとして夫々十分乾燥
したものを用い、Ａｌを砂型中へ注入した後は、Ａｌ溶
湯と砂型部分の接触を回避するか若しくはいったん接触
した上記溶湯はその位置で凝固させることとし、また加
圧解除に当たってはストーク内の上記溶湯降下速度が１
００Ｍ／秒以下となる様に制御し、該降下完了後はるつ
ぼ内において１０分以上の鎮静時間を確保する様に構成
している。

〔作用〕

まず第１図に基づいて低圧鋳造法の概略手順を述べ、そ
の中において本発明の要点的事項に触れながら説明を展
開していくこととする。

第１図は低圧鋳造装置の概念を示す説明図であ〕、外殻
容器１の内壁側にはヒータ２が配設されるつぼ３が収納
される。るつぼ３内にはＡｌ溶湯４が大量に収容されて
お）、ヒータ２によって６００〜８００″ＣＫ加熱され
ている。５はガス供給管、６はガス排出管、７は除湿乾
燥装置、８と９はパルプであ）、鋳造に際しては矢印Ａ
方向から加圧ガスが供給され、除湿乾燥装置７内に収容
されているモレキエラーシーブやシリカゲル等の吸湿剤
によって乾燥されてからるつぼ３に入ってくる。尚パル
プ９は言うまでもなく閉鎖しておく。

一方外殻容器１とるつぼ３の頂面は面一状態であ〕、座
金１０を介して定盤１１が載置されている。定盤１１は
るつぼ３の蓋をかねている。定盤１１の上には下型１２
が載置され更にその上には上型１３が載置される。そし
て１４は湯口、１５はキャビティ、１６は押湯部であ）
、図示しないが押湯部１６にはガス抜き穴が形成されて
いる。

上型１３及び下型１２はいずれも砂型であシ、上型１３
は鋳型枠１７及び鋳型プレート１８を介して昇降部材１
９に連結支持され、図は型締状態を示している。定盤１
１の中央にはストーク２０が懸垂され、ストーク２０の
上端は湯口１４の下方部に連通し、下端はＡｔ溶湯中に
浸漬されている。

この様な状態でＡｌ溶湯４の表面が乾燥ガスによって加
圧されると、Ａｌ溶湯４はストーク２０を通って湯口１
４に至シ更にキャビティ１５内に充填される。そして環
部（細部につき図示は省略した）のＡｌ溶湯が凝固して
キャビティ１５内の溶湯が落下する恐れがなくなった段
階でガスによる加圧を停止し、パルプ９を開放して矢印
Ｂ方向への排気を行なう。こうしてるつぼ３内を常圧に
戻すと湯口１４の下方よシ低い位置にあった未凝固のＡ
ｌ溶湯はストーク２０内を通って落下し、るつぼ３内に
戻シ、次回の鋳造に備える。一方キャビテイ１５内でＡ
ｌ溶湯が凝固すると型開きを行ない製品鋳物を取シ出す
。

ところで本発明の要旨は前に述べた通シであシ、製品鋳
物中にガス欠陥が発生することを防止する点に眼目があ
シ、その為に色々な具体的手段を併用する旨述べておい
た。上記第１図に基づく説明では各種要件のうち加圧ガ
スの乾燥について若干触れただけであったが、各種要件
毎の詳細について以下項を分けて説明すること＼する。

まず順序として加圧ガスの乾燥について述べる。

基礎実験としてＡｔ溶湯を密閉砂型に入れ、加圧ガス（
除湿したもの及び除湿しなかったもの）を夫々圧入し、
排気後冷却して溶湯を凝固させた。

得られたＡｌ鋳塊を中央部で切断し、切断面に現われる
゛気泡穴について個々の面積を求め総和を計算した（以
下バブル・トータル断面積という）。

そして加圧ガスの乾燥の有無蒸び加圧時間の長短がバブ
ル・トータル断面積にどの様な影響を与えるかくついて
検討したところ第２図に示す結果が得られた。尚各条件
による影響の出具合いの差を増幅させる目的で１０ｍｍ
Ｈｇの圧力下での減圧凝固を行なった。第２図に見られ
る様に、溶湯加圧時間が長くなるＫつれてパズル・トー
タル断面積は増大していったが、特に除湿しない加圧ガ
スの場合はバブル・トータル断面積の増大が顕著であつ
た。上記実験の総括として加圧ガスを除湿しておくこと
の重要性を認識したが、ガスの種類や除湿剤については
一切制限を受けるべきでないことも分かった。尚これら
の知見から、るつぼ３やチャンバー１５内の空気を、予
め除湿したガスで置換しておくことも推奨条件の１つに
なるということを知った。

次にストークの乾燥条件について説明する。第１表に示
す色々な条件の下でストークの乾燥を行ない、このスト
ークをＡｌ溶湯に浸漬した。ストークを取出し、残され
たＡｌ溶湯を砂型中で減圧凝固したところ、第１表に併
記する様な効果が得られた。

第１表に示す結果によれば、電気炉乾燥の場合は少なく
とも２００℃で、しかも１２時間の乾燥が必要であシ、
Ａｔ溶湯への浸漬乾燥であれば高温である為３０分浸漬
するだけでも良好な結果が得られた。結局乾燥環境によ
って温度条件その他が変わる為乾燥条件を一律的に定め
るということは困難であったが、少なくとも乾燥という
名に値し得る程度の乾燥を施す必要があるということを
確認した。

次に砂型充填完了後の溶湯降下速度並びにその後の鎮静
について述べる。

第１図に示した装置において、定盤１１の上には板状砂
型を置いてストーク２０の上面をめくら蓋状態とした。

加圧ガスを供給してＡｌ溶湯をストーク２０内へ持上げ
た後、３５ｍｍ／秒で降下させた場合（第３図のＯ印）
、これを４回繰返した場合（同・印）、４３５１１１１
／秒で降下させた場合（同△印）、これを４回繰返した
場合（同ム印）について減圧凝固によるバブル・トータ
ル断面積の変化を求め、第３図に記した。尚第３図には
溶湯降下後（即ち除圧後）の経過時間を変えたときのバ
ブル・トータル断面積に対する影響を併記した。尚実験
で用いたストークは第１表の阻８に示した条件で乾燥し
たものである。

第３図に見られる如く高速で降下させたものでは加圧・
除圧回数の増加に伴ってパズル・トータル断面積が大幅
に増える傾向を示してお）、後に示す第２表の結果と合
わせ考えると１００ｍｍ／秒以下の速度で降下させる様
な条件を採用すべきであるとの結論が得られる。尚１０
０ｍｍ／秒以下の降下速度を得る為の条件については色
々考えられまた特に限定する必要もないが、もつとも良
い手段は、るつぼ内の圧力を約０．２３　ｋｇ／ｃＷＰ
／秒以下の速度で除圧する方法である。また溶湯降下後
の鎮静時間は、第３図から判断すると少なくとも１０分
以上でなければならないパことが分かる。

上記各実験結果から最善の条件を選定し、第１図の装置
をセットして低圧鋳造実験を行なった。

尚Ａｌ溶湯と砂型との接触による直接的な影響を承知し
ておく必要があるところから、砂製単体をＡｌ溶湯中へ
浸漬するという予備実験を平行的に行なった。予備実験
の結果は第４図に示す通）であ〕、○印及び・印は酸硬
化型有機自硬性鋳型（砂型）、Δ印及びム印はＣＯ１鋳
型によるものであシ、鋳型材料の相違による影響の差が
無視できるだけでなく、バブル・トータル断面積も多水
く、無加圧下では砂型とＡｌ溶湯の接触による影響はか
なシ少ないことが分かった。また砂型の乾燥の有無によ
る差は殆んど無視し得るものであった（Ｏ印とΔ印線乾
燥なし、ｅ印とム印は電気炉中２００℃×２時間の乾燥
を行なったものである）。

−力筒５図は加圧下の影響を示すものであるが加圧時間
が長くなるほどバブル・トータル断面積は高くなる様で
あ〕、加圧による影響が甚大であることを知った。

この様なところから、加圧を必須要件とする砂型低圧鋳
造法では、加圧溶湯と砂型の接触による影響を何らかの
手段で抑止する必要があると考え種々検討し九ところ、
湯口部において砂型に接触した溶湯は、その部分で凝固
させてしまい、るつぼ内の溶湯中へは戻さない様にする
手段（具体的１１ＣＦｉｔａｅ　、　７図に示す方法）
をとるか、湯口部における溶湯と砂型の接触を回避する
手段（具体的には第８図に示す方法）をとるかのいずれ
かにすべきであるとの結論に到達した。即ち第６図では
下型１２における湯口１４のまわ〕に冷却水パイプ２１
を埋込んでおシ、湯口１４と接触した溶湯はこの部位で
凝固するので、凝固塊は鋳塊と一体的に取出され、るつ
ぼ内に戻ることはない。第７図では湯口１４にスライド
シャッター２２を設けているので、溶湯を砂型へ充填し
た後でスライドシャッター２２を閉鎖し、それよシ上方
はキャビティ内溶湯と一体的に凝固させる。尚それよ〕
下方の溶湯は直ちに降下させて湯口との接触時間を短く
すれば良い。この方法であれば砂型内での凝固の進行に
合わせて溶湯降下後の鎮静時間をとることができるので
、生産性向上とｂう効果も得られる。第８図は湯口１２
のまわシにスリーブ２３を取付けたものであシ、スリー
ブ２３に代えて黒鉛系や塩素系等の車盤を施しても曳い
。いずれにせよ砂型と溶湯の接触が回・避できるので、
ガス欠陥の減少に大きく寄与することができる。

〔実施例〕

ＡＣ４Ｃ合金（Ａｌ−７Ｓｉ　　０．３Ｍｇ）を溶解し
て真空脱ガスした後、第２表に示す色々な条件を設定し
てタービンブレードの鋳造を行なった（鋳込温度＝７０
０〜７５０℃）。

ｌ−４＋た入＾Ｘ＋− 第２表に示す如く本発明の全条件を満足するもの（Ｎｃ
ｔｌ　、　２　、５　、６　、７　）では良好な結果を
与えたが、加圧ガスの除湿、湯口部における処理降下速
度のいずれかを満足しないもの（ｍ３　、４　。

８．９）ではガス欠陥が認められた。

〔発明の効果〕

・本発明は上記の様に構成されているから、砂型を用い
る低圧鋳造において、Ａｌ溶湯と砂型の接触によって発
生するガス欠陥を大幅に抑制できる様になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で使用する低圧鋳造装置の全容を示す説
明図、第２〜５図は各種条件とパズル・トータル断面積
の関係を示すグラフ、第６〜８図は湯口部の処理を示す
要部断面図である。 ３・・・るつぼ　　　　　４・・・Ａｌ溶湯７・・・除
湿乾燥装置　　１２・・・下型１３・・−上型　　　　
　　１４・・・湯口ｍ・・・ストーク　　　　２１・・
・冷却水パイプ四・・・スライドシャッター ｎ・−・スリーブ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＡｌまたはＡｌ合金溶湯をるつぼ内に収容し、該溶湯表
   面を加圧することによって該溶湯をストーク経由で砂型
   鋳型中に注入して凝固させる低圧鋳造法において、スト
   ーク及び加圧ガスは夫々十分乾燥したものを用い、砂型
   鋳型中へのＡｌまたはＡｌ合金溶湯注入後は、湯口部に
   おける上記溶湯と上記鋳型部分の接触を回避するか若し
   くはいったん接触した上記溶湯はそこで凝固させ、加圧
   解除に当たってはストーク内の上記溶湯降下速度が１０
   ０ｍｍ／秒以下となる様に制御することを特徴とするＡ
   ｌまたはＡｌ合金の低圧鋳造法。