(57)【要約】      （修正有）【課題】砂焼着きのメカニズムを、ラボ実験や鋳造シミュレーションによる評価で定量的に解明し、焼着きの原因に従った適切な対策を実施することで、焼着きの発生を低減できる鋳物表面への鋳型砂焼着きを防止した鋳造方法を提供する。【解決手段】鋳型砂１１で筒状の鋳造品１２を鋳造するに際して、鋳造品の内周側の熱のこもる面１２ｉに位置した鋳型砂内に冷却部材１５を設置し、鋳造品の内周側の熱のこもる面の温度がファイヤライト（Ｆａｙａｌｉｔｅ）の融点以下になるように鋳造するものである。【選択図】図１
2011088176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型砂で筒状の鋳造品を鋳造するに際して、鋳造品の内周側の熱のこもる面に位置した鋳型砂内に冷却部材を設置し、鋳造品の内周側の熱のこもる面の温度がファイヤライト（Ｆａｙａｌｉｔｅ）の融点以下になるように鋳造することを特徴とする鋳物表面への鋳型砂焼着きを防止した鋳造方法。
【請求項２】
鋳造品はシリンダカバーであり、そのシリンダカバーの形状に鋳型砂でキャビティを形成し、そのシリンダカバーの内周側の爆面となるキャビティ内周側の面を形成する鋳型砂内に冷却部材を設置して鋳造する請求項１記載の鋳物表面への鋳型砂焼着きを防止した鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳鉄・鋳鋼製の鋳物の鋳造方法に係り、特に鋳物表面への鋳型砂焼着きを防止した鋳造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンのシリンダカバー等の鋳鉄・鋳鋼製の鋳物を鋳造する場合、鋳型砂として肌砂にクロマイト砂、裏砂に珪砂（主成分：ＳｉＯ2）を用い、鋳造品形状にキャビティを形成し、そのキャビティ表面にクロマイト砂で肌砂層を形成して鋳型とし、その鋳型内に溶湯を注湯し、これを冷却・凝固して鋳造品を鋳造する。
【０００３】
ディーゼルエンジンのシリンダカバー等の円筒状の鋳造品は、フェライト系耐熱鋳鋼からなる１５００℃以上の溶湯をキャビティ内に注湯した後、適宜鋳型内の鋳砂に溜まる熱を逃がして鋳造するが、外周側に対して内周側に熱がこもり易く、内周側、特にシリンダカバーのシリンダ室の上部内周面となる爆面への砂焼着きが発生しやすい。
【０００４】
従来においては、鋳物表面への焼着きを低減させるためにキャビティに塗布する塗型材の変更、あるいは塗型剤を厚塗りなどを実施していたが、これら対策を施しても焼着きの発生を十分に抑えることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２７９７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この焼着きの原因は溶湯と肌砂中に混入したＳｉＯ2分が反応することにより、Ｆａｙａｌｉｔｅ（ファイヤライト）と呼ばれる低融点化合物が生成し、これが鋳型表面に焼着きを発生させているものと推測されているが、従来の焼着き防止策ではこの現象を十分に抑えることができなかった。
【０００７】
本発明の目的は上記課題を解決し、砂焼着きのメカニズムを、ラボ実験や鋳造シミュレーションによる評価で定量的に解明し、焼着きの原因に従った適切な対策を実施することで、焼着きの発生を低減できる鋳物表面への鋳型砂焼着きを防止した鋳造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するために請求項１の発明は、鋳型砂で筒状の鋳造品を鋳造するに際して、鋳造品の内周側の熱のこもる面に位置した鋳型砂内に冷却部材を設置し、鋳造品の内周側の熱のこもる面の温度がファイヤライト（Ｆａｙａｌｉｔｅ）の融点以下になるように鋳造することを特徴とする鋳物表面への鋳型砂焼着きを防止した鋳造方法である。
【０００９】
請求項２の発明は、鋳造品はシリンダカバーであり、そのシリンダカバーの形状に鋳型砂でキャビティを形成し、そのシリンダカバーの内周側の爆面となるキャビティ内周側の面を形成する鋳型砂内に冷却部材を設置して鋳造する請求項１記載の鋳物表面への鋳型砂焼着きを防止した鋳造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、砂焼着きの発生原因が、珪砂と溶湯の反応で生成するファイヤライトが鋳型砂中に浸透することを見出し、これに基づいてファイヤライトの溶融温度以上（１２００℃以上）になる熱のこもる面に冷却部材を設置してファイヤライトの発生温度以下にして鋳造することで、焼着きを防止することができるという優れた効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の鋳物表面への鋳型砂焼着きを防止した鋳造方法を実施するための鋳型の断面図である。
【図２】本発明において実際に鋳造品を鋳造する際の、鋳造中の鋳型内の内周側爆面と外周面近傍のピーク温度とファイヤライト融点との関係を説明する図である。
【図３】本発明において、焼着きのメカニズムを解明するためのラボ試験を説明する図で、（ａ）はラボ試験に用いた鋳型の斜視図であり、（ｂ）はラボ試験での鋳型の温度条件を示す図である。
【図４】図３のラボ試験で鋳造した際の各実験材と焼着き面積率を説明する図である。
【図５】ファイヤライトを説明するＦｅＯとＳｉＯ2の状態図である（Ｅｒｎｅｓｔ  Ｍ． Ｌｅｖｉｎ，  Ｃａｒｌ  Ｒ．  Ｒｏｂｂｉｎｓ，  Ｈｏｗａｒｄ  Ｆ．Ｍｃｍｕｒｄｉｅ（１９６４）、Ｐｈａｓｅ  ｄｉａｇｒａｍ  ｆｗｏｒ  ｓｅｒａｍｉｓｔｓ、  Ｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｅｒａｍｉｘ  Ｓｏｃｉｅｔｙ，  ＩＮＣ．）。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１３】
図１は本発明の鋳物表面への鋳型砂焼着きを防止した鋳造方法を実施する鋳型の断面図を示したものである。
【００１４】
図１において、鋳型１０は舶用エンジンのシリンダカバーを形成するもので珪砂を裏砂として砂型部１１によりシリンダカバーを形成するキャビティ１２が形成され、そのキャビティ１２の外周側面１２ａと内周側面１２ｉの表面にクロマイト砂で肌砂１３が形成されて鋳型１０が形成される。この鋳型１０内に１５００℃以上の鋳鉄・鋳鋼（特にフェライト系耐熱鋳鋼）が注湯されてシリンダカバー等の鋳造品が形成される。
【００１５】
本発明においては、鋳造後に焼着きが発生する原因として、肌砂中に混入した裏砂として用いる珪砂と溶湯（酸化鉄）とが反応してファイヤライトが発生することをつきとめた。
【００１６】
図５は、ＦｅＯとＳｉＯ2の状態図であり、縦軸が温度（℃）、横軸が重量（ｗｔ％）である。ＳｉＯ2が６０〜８０（ｗｔ％）の範囲で、１２００℃以上のときにファイヤライト（Ｆｅ2ＳｉＯ4）が溶融し、これが砂型中に浸透・一体化して凝固し焼着きが発生する。
【００１７】
そこで本発明は、焼着きが発生する箇所、すなわち鋳造中に熱のこもる面にリング状の冷金からなる冷却部材１５を設置して、その面が１２００℃以下になるようにすることで焼着きを防止するものである。
【００１８】
ここで、注湯後から凝固までの、キャビティ１２の外周側面１２ａと内周側面１２ｉとではピーク温度が相違し、内周側面１２ｉ、特にシリンダカバーのシリンダ室１４の上部内周面である爆面１６の温度が高く、砂焼着きの原因となる１２００℃以上になることがわかった。
【００１９】
上述したようにキャビティ１２の表面にはクロマイト砂による肌砂として形成され、溶湯は、本来裏砂の珪砂と反応しないように鋳型１０が形成されているが、裏砂と肌砂は繰り返し使用され、裏砂と肌砂の分離の際に、肌砂に一部珪砂が混入してしまうこと、或いは肌砂を浸透して溶湯と珪砂が反応してファイヤライト（Ｆａｙａｌｉｔｅ）が生ずることが避けられないことがわかった。
【００２０】
そこで、鋳造中の爆面１６の温度を測定するために、爆面１６と外周面１２ａとの温度を検証した。
【００２１】
先ず、内周側面１２ｉの爆面１６と外周面１２ａの温度を直接測定することはできないため、図１で説明した鋳型１０のキャビティ１２の外周面１２ａから２０ｍｍ離れた深さと爆面１６から２０ｍｍ離れた深さに温度計を設置して、鋳造時のピーク温度を測定した。
【００２２】
図２は、その結果であり、ひし形印の点は爆面１６、丸印の点は外周面１２ａのピーク温度を示し、黒塗りの点は、２０ｍｍ離れた深さの実測値を、白抜きの点は予測ピーク温度を示している。
【００２３】
このピーク温度の実測値は、外周面１２ａが９２３℃、内周側の爆面１６が１０８８℃と、内周側の爆面１６の温度が高いもののファイヤライトが発生する１２００℃以上にはならない。
【００２４】
実際の焼着きは鋳型砂深さが数ｍｍまでの範囲で発生しているため、実測したピーク温度を基に、外周面１２ａと爆面１６の鋳型深さ１ｍｍ位置でのピーク温度を計算した結果、外周面１２ａでは、１２００℃以下であるが、爆面１６の計算ピーク温度は、１２００℃以上に上昇していることがわかった。
【００２５】
すなわち、外周面１２ａから１ｍｍではピーク１０９１℃となり、爆面１６から１ｍｍでは１２５９℃となった。この爆面１６近傍の温度はファイヤライトの融点（１２００℃）以上の高温状態であり、焼着きが発生しやすいことが確かめられた。
【００２６】
この知見から、図３に示すラボ試験を行った。
【００２７】
試験方法は、５ｋｇ溶解炉にて高温（１３００℃）および低温（１１００℃）状態とした鋳型への実鋳試験を実施し、焼着き状況を確認するものである。
【００２８】
先ず、溶解炉は、図３（ａ）に示すように、るつぼ１８（内径：９０ｍｍ×高さ：１３０ｍｍ）内に、珪砂を混入させたクロマイト砂を用いて砂型部１１を形成し、直方体状のキャビティ１２（縦：４５ｍｍ×横：４５ｍｍ×高さ：１３０ｍｍ）として鋳型とし、この鋳型を用いて実験を行った。
【００２９】
実鋳造実験での、鋳造実験材の温度条件は、図３（ｂ）に示すようにファイヤライトの融点（１２００℃）を境に、１３００℃高温条件の実験材と１１００℃の低温条件の実験材でそれぞれ鋳造実験を行った。
【００３０】
高温実験材、低温実験材とも、各ピーク温度（１３００℃、１１００℃）を１２０分保持し、その後降温速度１．５℃／ｍｉｎで１０００℃まで冷却して鋳造を行ったものである。
【００３１】
図４は、図３において１３００℃実検材と１１００℃実験材の砂の焼着き面積率の結果である。
【００３２】
図４より、ピーク温度１３００℃の実験材は、焼き付き面積率が約１００％であるのに対して、ピーク温度１１００℃の実験材では、焼着き面積率が５０％程度に低減することがわかる。
【００３３】
よって、鋳造の際に、塗型材を用いても、ファイヤライトの融点である１２００℃以上の高温条件にさらされると、珪砂と溶湯が反応することが、また１１００℃の低温条件では、珪砂と溶湯が反応しないことが確認できた。
【００３４】
この結果より、鋳物を鋳造する際の砂型部の温度をＦａｙａｌｉｔｅの融点２０である１２００℃以下に下げることができれば、ファイヤライトの砂型への浸透を低減でき、鋳物表面への鋳型の焼着きの発生が低減できることがわかった。
【００３５】
そこで、図１で説明したように、鋳造品を鋳造する際に鋳型１０のシリンダ室１４の爆面１６に冷却部材１５を設置し、その爆面１６の温度が１２００℃以下となるように鋳造することで、鋳物表面（爆面１６）への鋳型砂の焼着きを低減できる。
【００３６】
この冷却部材１５は、熱伝導性の良い金属材料で形成され、爆面１６の温度が１２００℃以下になるように、また鋳造中に適宜保有した熱を鋳型１０外に放出できるようにされる。
【符号の説明】
【００３７】
１０  鋳型
１２  キャビティ
１５  冷却部材
１６  爆面
【図１】
2011088176.tif 000003
【図２】
2011088176.tif 000004
【図３】
2011088176.tif 000005
【図４】
2011088176.tif 000006
【図５】
2011088176.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成21年11月10日(2009.11.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2011088176.tif 000008