JP2001129640A - 薄肉偏平状の製品の鋳造方法およびその製品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】スタックモールドで、薄肉偏平状、特に円形状
リング状の製品を鋳造欠陥をなくし、初晶デンドライト
アームスペーシングを小さくした耐摩耗、耐熱性に優れ
た製品を提供すること。 【解決手段】鋳型に設けた薄肉偏平状の製品部分にあた
るキャビティの、少なくとも片側のほぼ全面に冷し金を
置き、鋳型をスタックした後鋳造する。冷し金の効果で
キャビテイ内の溶湯の冷却速度は早くなって、製品の結
晶粒径は微細になり、そのＤＡＳIIは３〜２０μmとな
り、硬度、引張強度が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は特に比較的形状の単
純な薄肉偏平状で比較的耐摩耗性、引張強度を必要とす
る高クロム耐熱鋳鉄材などの製品の鋳造をするに最適な
スタックモールド法に係わる。

【０００２】

【従来の技術】円盤状やリング状等の薄肉偏平状製品
は、製品外形としては大きいが薄肉であるため、鋳型を
１個ずつ用いる方法では、鋳型中に占める製品の体積が
小さく、効率が悪いため、量産性を増すために１度に多
数の製品を鋳造することが可能なスタックモールド法な
どで鋳造されることはあった。例えば、特開昭６２―２
４０１４０号公報には、比較的偏平な円盤をスタックモ
ールド法で鋳造することが開示されている。通常、スタ
ックモールド法を用いて鋳造される製品は、薄肉品であ
るため厚肉品に比べ冷却速度が早くなり、比較的結晶粒
が小さくなり、引け等の鋳造欠陥も発生し難かった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】工業製品は、技術の進
歩に伴い高性能化、高機能化していくのが常であり、そ
のため、それぞれの部品に求められる特性も高度化して
いく。部品の高度化が求められる場合に、製品の厚肉
化、リブ等による補強が考えられるが、製品の重量増等
の問題がある。そのため、簡単に製品を高強度化する方
法として、材料の高硬度化、高引張強度化がある。高硬
度化、高引張強度化が求められる場合、使用する材質自
体を変更することが考えられる。しかしながら材質自体
を変更することは、高合金化を招くことから、高価な合
金元素等を使用することもあり、材料のコストアップに
つながる。本発明は、形状の変更や材質の変更を伴うこ
となく、特性を向上させた製品を得ることを目的とす
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】薄肉偏平状の製品を量産
性を失わず、鋳造欠陥を無くし、結晶粒も微細化し、硬
度や引張強度を上げることが課題である。本発明者ら
は、鋭意検討の結果、材質を変えずに特性を向上させる
には、結晶粒径が小さいほど、また初晶デンドライトア
ームスペーシング（以下ＤＡＳIIと記述）が小さいほ
ど、硬度、引張強度が向上することから、上記課題を達
成するためには、キャビティ内の溶湯の冷却速度を早く
し、ＤＡＳIIおよび結晶粒径を微細にする必要があるこ
とに想到した。

【０００５】具体的に第１の発明は、スタックモールド
法で薄肉偏平状の製品を鋳造するにあたり、製品キャビ
ティの少なくとも一部の鋳型面に冷し金を置いて鋳造す
ることを特徴とする薄肉偏平状の製品の鋳造方法であ
る。

【０００６】スタックモールド法に用いられる鋳型は、
生型、シェル鋳型、自硬性鋳型（フェノールウレタン鋳
型、フランノーベーク鋳型など）、ガス硬化鋳型（ＣＯ
_２鋳型、コールドボックス鋳型など）等適用可能であ
る。

【０００７】ここで、冷し金は熱伝導の良い銅合金等が
良いが、同材質の合金で作ると、リターンスクラップの
溶解時に冷し金が混入したときに選別しなくてよい。

【０００８】第２の発明は、前記冷し金の大きさは製品
面積とほぼ同じか、それ以上の面積の冷し金で、前記冷
し金の厚みは、製品厚みの１／２以上である冷し金を用
いて鋳造することを特徴とする薄肉偏平状の製品の鋳造
方法である。冷し金の厚みを製品厚みの１／２以上とす
るのは、それより薄くなると製品の熱容量が、冷し金の
熱容量より大きくなり、冷し金の役割が果たせなくな
り、結晶粒の微細化が図れなくなるからである。

【０００９】第３の発明は、鋳造される薄肉偏平状の製
品が、ＤＡＳIIが製品内平均で３μm〜２０μmであるこ
とを特徴とする薄肉偏平状の製品である。

【００１０】第４の発明は、前記薄肉偏平状の製品は、
材質が高クロム耐熱鋳鉄材で、リング状のターボチヤー
ジャ用ノズルリングであることを特徴とする薄肉偏平状
の製品である。ここで、材質を高クロム耐熱鋳鉄とした
のは、耐摩耗性、耐熱性にすぐれた特性を持ち、鋳造も
比較的容易なためである。

【００１１】ここで、ＤＡＳIIを３μm〜２０μmと限定
した理由は、硬度、引張強度が向上するためにはＤＡＳ
IIが２０μm以下である必要がある。しかし、ＤＡＳII
が小さすぎると高硬度となり脆くなるため３μm以上必
要である。従って、ＤＡＳIIを３μm〜２０μmとした。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１、２は本発明を実施するスタ
ックモールド法の一例を示したものであり、図３に示す
薄肉偏平の製品１７を鋳造した。製品１７の寸法は外径
１１６mm、内径６６mm、厚み１４mmである。

【００１３】鋳型２をフェノールウレタン鋳型を用いて
スタックモールド機で、湯道５、６、キャビティ３およ
び冷し金収納部４を設けた各１枚の鋳型を造型した。キ
ャビティ３は、各段に夫々６個配置した。本発明では１
枚の鋳型２の上面に冷し金収納部４、下面にキャビティ
３を構成した。しかし、場合によっては上面に冷し金収
納部４と、キャビティ３を同じ場所に設けてもよいし、
上面にキャビティ３、下面に冷し金収納部４を設けるこ
とも出来る。また鋳型の大きさと製品の寸法により、込
め数は自由に変えることが出来る。

【００１４】次に、１枚の鋳型の冷し金収納部４の全部
に冷し金１７’を装着する。今回用いた冷し金１７’は
製品１７と同形状で、同材質の高クロム耐熱鋳鉄（質量
％で、Ｃ：１．２３％、Ｓｉ：１．７７％、Ｍｎ：０．
５４％、Ｎｉ：０．７６％、Ｃｒ：３３．０％、Ｍｏ：
２．３％含有し、残部不可避成分を含むＦｅ）を用い
た。冷し金１７’を装着し終えた鋳型２０〜２５を順次
積み重ね、６段積み重ねた。鋳枠がないのでスタック鋳
型締め付け枠１０を最下端の鋳型２５の下と最上段の鋳
型２０の上に置き、締め付けボルト１１およびナット１
２でスタックモールド１の合わせ面から溶湯がもれない
程度に締め付けた。本実施例では鋳型に鋳枠が無い場合
を示したが、鋳型に鋳枠がある場合には、そのまま積み
重ね、スタックモールドを作ってもよい。鋳型２を積み
重ねる時に各段のずれが出ないように鋳型２には上面に
凸のダボ９、下面に凹のダボ受け９’ を設け上下の合
わせを行った。最上段の鋳型２０には別に作成した注湯
口８を持つ湯口部７を湯道５に合わせ載置した。最下端
部の鋳型２５の湯道５、６およびキャビティ３は、鋳型
２と同材質の材料で埋めて（埋め戻した湯道１３）溶湯
が外に漏れないようにした。

【００１５】出来上がったスタックモールド１の注湯口
８より高クロム耐熱鋳鉄の溶湯を注湯する。注湯温度は
１５４０℃で注入した。溶湯は湯道５、６を経由し各段
のキャビティ３に到達する。到達した溶湯は、キャビテ
ィ３を充満した後、冷し金１７’の効果でほぼ均一に冷
され、凝固し製品１７が形成される。

【００１６】凝固が完了すると、スタックモールド１を
壊して、湯道５、６のついた製品３０が取り出される。
冷し金３０’は、鋳型材と共に回収できる。湯道５、６
を切り離し、製品１７が出来上がる。

【００１７】比較のための冷し金を使用しない場合は、
製品は上記とまったく同じ方法で鋳型２を作り、冷し金
収納部４を鋳型と同じ材質で埋め、スタックモールドを
作成し、同じ注湯温度で鋳造し製品を作った。

【００１８】スタックモールドの上から１、３、５段に
あたる段からそれぞれ製品１個を任意に選び、その製品
ついて、断面を鏡面研磨しミクロ組織からＤＡＳIIを２
０視野測定しその平均を算出した。また、冷し金面の硬
度を測定し、引張試験片を作成後引張強さを測定した。
それらの結果と鋳造欠陥発生の有無を表１に示す。ＤＡ
ＳIIに関しては、冷し金有の場合は８〜１５μmで、冷
し金無の場合と比べて微細であることがわかる。硬度
は、冷し金有の場合はＨＢ３４１〜３５２と、冷し金無
の場合ＨＢ３０２に比べ向上しており、引張強さでも、
冷し金有の場合は７３９〜７７３ＭＰａと、冷し金無の
場合５９９〜７０２に比べ向上していることがわかる。
さらに、鋳造欠陥についても、冷し金有の場合は鋳造欠
陥がほとんど無く、冷し金無の場合は鋳造欠陥が発生し
ている。

【００１９】

【表１】 スタックの段 ＤＡＳII 硬度 引張強さ 鋳造欠陥 備 考 (μm) (HB) (Mpa) 実施例 １ 15 341 773 微少 冷し金有 ３ 10 352 755 なし 冷し金有 ５ 8 341 739 なし 冷し金有 比較例 １ 28 302 702 有 冷し金無 ３ 26 302 671 有 冷し金無 ５ 24 302 599 有 冷し金無

【００２０】

【発明の効果】スタックモールドにおいて、冷し金を製
品部の少なくとも片面のほぼ全面に当てたので、引け巣
などがほとんど無く、冷却が迅速に行われるので、ＤＡ
ＳIIも微細化され、硬度、引張強度のある製品が得られ
た。

【００２１】

【図面の簡単な説明】

【図１】 鋳型を重ねあわせたスタックモールドの断面
図。

【図２】（ａ） １枚の鋳型の上面を示す平面図。 （ｂ） Ａ―Ａ断面を示す図。 （ｃ） １枚の鋳型の下面を示す平面図。

【図３】（ａ） 製品および冷し金の平面図 （ｂ） 製品および冷し金の立面図

【符号の説明】

１ スタックモールド ２ 鋳型 ３ キャビティ ４ 冷し金収納部 ５、６ 湯道 ７ 湯口部 ８ 注湯口 ９ ダボ ９’ ダボ受け １０スタック鋳型締め
付け枠 １１ ボルト １２ ナット １３ 埋め戻した湯道 １７ 製品 １７’ 冷し金 ２０〜２５ 冷し金を装
着したスタック鋳型

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スタックモールド法で薄肉偏平状の製品
   を鋳造するにあたり、製品キャビティの少なくとも一部
   の鋳型面に冷し金を置いて鋳造することを特徴とする薄
   肉偏平状の製品の鋳造方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記冷し金の大きさ
   は製品面積とほぼ同じか、それ以上の面積の冷し金で、
   前記冷し金の厚みは、製品厚みの１／２以上である冷し
   金を用いて鋳造することを特徴とする薄肉偏平状の製品
   の鋳造方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２で鋳造される薄肉偏平
   状の製品が、初晶デンドライトアームスペーシングが製
   品内平均で３μm〜２０μmであることを特徴とする薄肉
   偏平状の製品。
4. 【請求項４】 請求項３の薄肉偏平状の製品は、材質が
   高クロム耐熱鋳鉄材で、リング状のターボチャージャ用
   ノズルリングであることを特徴とする薄肉偏平状の製
   品。