(57)【要約】【課題】形状が複雑であったとしても、多くの手間隙をかけることなく、鋳造欠陥の無い高品質な鋳造品を得ることが可能である鋳造方法を提供する。【解決手段】内部に鋳造空間を有する鋳型１に溶湯金属を注湯して鋳造を行うに際して、鋳型１に温度を制御したい部分１ａを設定し、鋳型１の温度を制御したい部分１ａにおける外部表面に、耐熱性塗料Ｐを塗布する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に鋳造空間を有する鋳型に溶湯金属を注湯して鋳造を行うに際して、
前記鋳型に温度を制御する部分を設定し、前記鋳型の温度を制御する部分における外部表面に、耐熱性塗料を塗布する
ことを特徴とする鋳造方法。
【請求項２】
内部に鋳造空間を有する鋳型に溶湯金属を注湯して行う鋳造が一方向凝固鋳造である請求項１に記載の鋳造方法。
【請求項３】
タービンブレードを鋳造により得る場合において、前記鋳型の温度を制御する部分が、前記タービンブレードの根元の凸部に対応させてある請求項１又は２に記載の鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造方法に係わり、特にタービンブレードやベアリングハウジングなどの精密鋳造品を製造するのに好適な鋳造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記した精密鋳造品の鋳造方法としては、例えば、特許文献１に記載された一方向凝固鋳造方法がある。この一方向凝固鋳造方法では、冷却プレート上にベースプレートを介して配置した鋳型を加熱炉内で加熱し、加熱された鋳型の鋳造空間に溶湯金属を注入して所定時間が経過した段階において、冷却プレートとともに鋳型を下降させて加熱炉から引き出して、鋳型の鋳造空間内の溶湯金属を下から上に向けて順次凝固させるようにしており、この際、ベースプレート上に水冷銅板を設置することで、ベースプレートが加熱されるのを防ぐようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2002-144019号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記した一方向凝固鋳造方法において、鋳型に対して凝固方向である鉛直方向の温度勾配を与えることはできるものの、凝固方向と直交する方向である水平方向の温度勾配については制御することができず、意図しない冷却過程による欠陥の発生が予想される部分については、この欠陥発生予想部分を断熱材で包むといった現場的手法を適宜採用することで冷却を遅らせるようにしている。
【０００５】
つまり、鋳型の急冷却による欠陥発生予想部分を断熱材で包む分だけ手間隙がかかるのに加えて、形状が複雑な部分にはこの断熱材で包む手法を用いることが困難であるという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００６】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、鋳型の形状が複雑な部分に対しても、多くの手間隙をかけることなく温度を制御することができ、その結果、鋳造欠陥のない高品質な鋳造品を得ることが可能である鋳造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に係る鋳造方法は、内部に鋳造空間を有する鋳型に溶湯金属を注湯して鋳造を行うに際して、前記鋳型に温度を制御する部分を設定し、前記鋳型の温度を制御する部分における外部表面に、耐熱性塗料を塗布する構成としたことを特徴としており、この構成の鋳造方法を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００８】
また、本発明の請求項２に係る鋳造方法は、内部に鋳造空間を有する鋳型に溶湯金属を注湯して行う鋳造が一方向凝固鋳造である構成としており、この鋳造方法は、タービンブレードやベアリングハウジングなどの精密鋳造品を製造するのに適していることから、本発明の請求項３に係る鋳造方法では、タービンブレードを鋳造により得る場合において、前記鋳型の温度を制御する部分が、前記タービンブレードの根元の凸部に対応させてある構成としている。
【０００９】
本発明に係る鋳造方法において、鋳型の形状は、単純な形状及び複雑な形状のいずれであってもよい。また、鋳型の温度を制御する部分すなわち温度を制御したい部分における外部表面に塗布する耐熱性塗料としては、鋳型焼成温度に耐え得る塗料であれば、成分を問わず採用することができる。例えば、酸化コバルトから成る耐熱性塗料を採用することができ、塗料の色に関しては特に限定しない。
【００１０】
また、インベストメント鋳造法（別名ロストワックス鋳造法）においてワックス製模型に塗付される磁器原料や接着剤などの鋳型材も、耐熱性塗料として採用することができる。
例えば、酸化物セラミックス（アルミナAl2O3，ジルコンサンドZrSiO4など）を骨材として含むスラリー状あるいはパテ状のものを用いることができるほか、有機バインダー（エポキシ樹脂，ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂），アクリル樹脂，ウレタン樹脂，ポリエステル樹脂，シリコーン樹脂など）や無機バインダー（アルカリシリケート，アルキルシリケートなど）を含むスラリー状あるいはパテ状のものを用いることができ、この際、造形した鋳型の所望の部位にピンポイントで塗布及び付着させることが可能であり、且つ、塗布及び付着させた後の鋳型焼成と同時に焼結して鋳型と一体化する性状のものを用いる。
【００１１】
本発明に係る鋳造方法では、鋳型の温度を制御したい部分における外部表面に耐熱性塗料を塗布すると、鋳型と耐熱性塗料との間に熱伝達が生じて、この耐熱性塗料を塗布した部分の冷却が期待通りに遅れることとなり、すなわち、鋳型の部分毎に温度勾配が与えられることとなり、その結果、鋳型の鋳造空間の形状に起因する引け巣等の欠陥が生じるのを回避し得ることとなる。
【００１２】
このように、鋳型の外部表面に耐熱性塗料を塗布するといった簡単な作業で、鋳型の冷却を遅らせる部分をピンポイントでコントロールし得るので、複雑な形状を成していたとしても、多くの手間隙をかけることなく、鋳造欠陥のない高品質な鋳造品が得られることとなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の請求項１及び２に係る鋳造方法では、上記した構成としているので、作業性の向上を実現したうえで、形状が複雑であったとしても、引け巣等の欠陥のない高品質な鋳造品を得ることが可能であるという非常に優れた効果がもたらされ、とくに、請求項３に係る鋳造方法では、品質の良いタービンブレードを製造することができるという非常に優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施例に係る一方向凝固鋳造方法で用いる鋳型の加熱炉内における配置状況を示す断面説明図である。
【図２】図１に示した一方向凝固鋳造方法で用いる鋳型の全体斜視説明図（ａ）及びこの鋳型で製造される鋳造品の全体斜視説明図（ｂ）である。
【図３】本発明の一実施例に係る一方向凝固鋳造方法の効果を確かめるための実験に用いる鋳型モデルの一部を破断して示した正面説明図（ａ）及び側面方向からの断面説明図（ｂ）である。
【図４】本発明の一実施例に係る一方向凝固鋳造方法の実験結果を示す温度曲線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は本発明に係る鋳造方法の一実施例を示しており、この実施例では、本発明に係る鋳造方法を精密鋳造品として耐熱超合金から成るタービンブレードを製造する一方向凝固鋳造方法に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００１６】
図１に示すように、この一方向凝固鋳造方法は、内部に鋳造空間を有する鋳型１を加熱炉２内に収容して行う鋳造方法であり、耐熱超合金の溶湯の酸化汚染を防止するために、加熱炉２内は真空又は不活性ガス雰囲気に保たれる。
鋳型１の鋳造空間の図示しない上端開口部は湯口であり、鋳造空間の図示しない下端開口部は水冷板３上に接した状態で固定される。この水冷板３は図示しない駆動機構により適宜速度で昇降可能となっており、鋳型１は加熱炉２とこの加熱炉２の下方に位置する冷却ゾーン４との間を行き来する。
また、この鋳型１は、鋳造空間内に注湯された溶湯金属が凝固しないように、加熱炉２内においてふく射加熱を受けて、耐熱超合金の凝固開始温度以上に保たれるようになっている。
【００１７】
この一方向凝固鋳造方法では、まず、下降位置にある水冷板３上に鋳型１を下端開口部が接するようにして固定した後、駆動機構により水冷板３を上昇させ、真空加熱炉２内に鋳型１をセットしてふく射加熱を開始する（図１に示す状態）。
【００１８】
次いで、水冷板３上の鋳型１が溶湯金属の凝固温度以上に加熱された時点で、鋳型１の上部湯口から溶湯金属を注湯し、鋳型１内の溶湯金属の均熱化ないしは意図的な温度勾配設定のためにふく射加熱状態を維持する。
【００１９】
そして、所定時間が経過した段階において、図１の矢印に示すように、駆動機構により水冷板３を下降させて鋳型１を加熱炉２から所定の速度で下方に引き抜き、鋳型１の鋳造空間内の溶湯金属を下から上に向けて順次凝固させる。
【００２０】
上記した一方向凝固鋳造方法において、駆動機構による鋳型１の加熱炉２からの引き抜き速度を制御することで、大方の場合品質の良いタービンブレードを製造することができるが、図２（ｂ）に示すように、タービンブレードＢのプラットフォームなどと呼称される根元の凸部Ｂａ（簡略的に示す）には、その形状の複雑さに起因して、引け巣などの欠陥が生じる可能性がある。なお、この欠陥が生じる位置は、新山パラメータという評価基準に基づいて予測される。
【００２１】
このような欠陥が生じるのを回避するべく、この実施例では、図２（ａ）に示すように、鋳型１の欠陥の発生が予測される部分（鋳型１におけるタービンブレードの根元の凸部に対応する部分）を、冷却を遅らせるための温度を制御したい部分１ａとして設定し、この鋳型１の温度を制御したい部分１ａの外部表面に、耐熱性塗料Ｐ（例えば、酸化コバルトから成る耐熱性塗料）を塗布することにより温度を制御する。
【００２２】
このように、上記した一方向凝固鋳造方法では、温度を制御したい部分１ａの外部表面に耐熱性塗料Ｐを塗布した鋳型１を用いて鋳造を行うことから、鋳型１に注湯された溶湯金属の凝固形態を制御することができ、したがって、タービンブレードＢの根元の凸部Ｂａに生じる欠陥リスクが減ることとなる。
【００２３】
つまり、鋳型１の温度を制御したい部分１ａに耐熱性塗料Ｐを塗布するといった簡単な作業で、鋳型１の冷却を遅らせる部分１ａをピンポイントでコントロールし得るので、タービンブレードＢのように複雑な形状を成していたとしても、多くの手間隙をかけることなく、高品質な鋳造品が得られることとなる。
【００２４】
そこで、上記した一方向凝固鋳造方法の効果を確かめるために、図３（ａ），（ｂ）に示すように、略板状の鋳型本体１２の正面１２ａに耐熱性塗料Ｐを塗布した鋳型モデル１１を用いて一方向凝固鋳造を行った。
【００２５】
この実験において、加熱炉内温度を約１５００℃、鋳型モデル１１の加熱炉からの引き抜き速度を約１５０ｍｍ／ｈ、鋳型モデル１１における鋳型本体１２の正面１２ａに塗布した耐熱性塗料Ｐを酸化コバルトから成る耐熱性塗料とした。
また、鋳型モデル１１の内部において、鋳型本体１２の背面１２ｂ側の２点Ａ−１，Ｂ−１及び正面１２ａ側の２点Ａ−２，Ｂ−２を温度測定点とし、この際、背面１２ｂ側の温度測定点Ａ−１と正面１２ａ側の温度測定点Ａ−２を同一高さとし、背面１２ｂ側の温度測定点Ｂ−１と正面１２ａ側の温度測定点Ｂ−２も同一高さとした。
【００２６】
図４に示す本実施例に係る一方向凝固鋳造方法の実験結果による温度曲線図では、同一高さの温度測定点、すなわち、温度測定点Ａ−１，Ａ−２、及び、温度測定点Ｂ−１，Ｂ−２において、いずれも耐熱性塗料Ｐを塗布した側の温度測定点Ａ−２，Ｂ−２による測定温度が３０〜１００℃高くなっていることが判り、これらの測定結果から、本実施例に係る一方向凝固鋳造方法では、鋳型の冷却速度を局部的に制御し得ることが立証できた。
【００２７】
上記した実施例では、タービンブレードを製造する一方向凝固鋳造方法に本発明に係る鋳造方法を適用した場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、本発明に係る鋳造方法の構成も、上記した実施例の構成に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００２８】
１  鋳型
１ａ  温度を制御したい部分
２  加熱炉
Ｂ  タービンブレード（精密鋳造品）
Ｐ  耐熱塗料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2011140041.tif 000006