(57)【要約】  ＴｉＡｌ合金を鋳造する鋳型（１０）は、有底で形成されており、ＴｉＡｌ合金溶湯が注湯されるキャビティ（１２）を有する鋳型本体（１４）を備え、鋳型本体（１４）は、キャビティ側に設けられ、酸化セリウム、酸化イットリウム及び酸化ジルコニウムの少なくとも１つを含む耐火材で形成され、ＴｉＡｌ合金溶湯との反応を抑制する耐反応性層（１６）と、耐反応性層（１６）の上に形成されるバックアップ層（１８）と、を有し、バックアップ層（１８）は、２６質量％以上３４質量％以下のクリストバライトを含み、残部が溶融シリカからなるシリカ材を、８０質量％以上１００質量％以下含有する耐火材で形成され、鋳型強度を低下させる弱化層（１８ａ）と、耐火材で形成され、鋳型形状を保持する保形層（１８ｂ）と、を有する。
2015146266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴｉＡｌ合金を鋳造する鋳型であって、
有底で形成されており、ＴｉＡｌ合金溶湯が注湯されるキャビティを有する鋳型本体を備え、
前記鋳型本体は、
キャビティ側に設けられ、酸化セリウム、酸化イットリウム及び酸化ジルコニウムの少なくとも１つを含む耐火材で形成され、前記ＴｉＡｌ合金溶湯との反応を抑制する耐反応性層と、
前記耐反応性層の上に形成されるバックアップ層と、を有し、
前記バックアップ層は、
２６質量％以上３４質量％以下のクリストバライトを含み、残部が溶融シリカからなるシリカ材を、８０質量％以上１００質量％以下含有する耐火材で形成され、鋳型強度を低下させる弱化層と、
耐火材で形成され、鋳型形状を保持する保形層と、を有することを特徴とする鋳型。
【請求項２】
請求項１に記載の鋳型であって、
前記弱化層を形成する耐火材は、前記シリカ材を９０質量％以上１００質量％以下含有することを特徴とする鋳型。
【請求項３】
請求項２に記載の鋳型であって、
前記弱化層を形成する耐火材は、前記シリカ材からなることを特徴とする鋳型。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の鋳型であって、
前記弱化層は、前記耐反応性層の直上に形成されていることを特徴とする鋳型。
【請求項５】
ＴｉＡｌ合金を鋳造する鋳型の製造方法であって、
有底で形成されており、ＴｉＡｌ合金溶湯が注湯されるキャビティを有する鋳型本体を形成するためのロウ型模型を成形するロウ型成形工程と、
前記ロウ型模型に、酸化セリウム、酸化イットリウム及び酸化ジルコニウムの少なくとも１つを含む耐火材粒子と、バインダとを混合した耐反応性スラリをコーティングし、酸化セリウム、酸化イットリウム及び酸化ジルコニウムの少なくとも１つを含む耐火材粒子からなる耐反応性スタッコ材をスタッコ処理して、耐反応性スラリ層を形成する耐反応性スラリ層形成工程と、
前記耐反応性スラリ層の上に、バックアップスラリ層を形成するバックアップスラリ層形成工程と、
前記耐反応性スラリ層と前記バックアップスラリ層とを形成したロウ型模型を加熱して脱ロウし、鋳型成形体を成形する脱ロウ工程と、
前記鋳型成形体を１０００℃以上１１００℃以下で加熱して焼成する焼成工程と、
を備え、
前記バックアップスラリ層形成工程は、
溶融シリカを８０質量％以上１００質量％以下含有する耐火材粒子と、バインダと、を混合した弱化スラリをコーティングし、溶融シリカを８０質量％以上１００質量％以下含有する耐火材粒子からなる弱化スタッコ材をスタッコ処理して弱化スラリ層を形成し、
耐火材粒子と、バインダとを混合した保形スラリと、耐火材粒子からなる保形スタッコ材をスタッコ処理して保形スラリ層を形成して、前記バックアップスラリ層を形成することを特徴とする鋳型の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の鋳型の製造方法であって、
前記バックアップスラリ層形成工程において、前記弱化スラリ層は、溶融シリカを９０質量％以上１００質量％以下含有する耐火材粒子と、バインダと、を混合した弱化スラリをコーティングし、溶融シリカを９０質量％以上１００質量％以下含有する耐火材粒子からなる弱化スタッコ材をスタッコ処理して形成されることを特徴とする鋳型の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の鋳型の製造方法であって、
前記バックアップスラリ層形成工程において、前記弱化スラリ層は、溶融シリカからなる耐火材粒子と、バインダと、を混合した弱化スラリをコーティングし、溶融シリカからなる耐火材粒子の弱化スタッコ材をスタッコ処理して形成されることを特徴とする鋳型の製造方法。
【請求項８】
請求項５から７のいずれか１つに記載の鋳型の製造方法であって、
前記バックアップスラリ層形成工程において、前記耐反応性スラリ層の直上に、前記弱化スラリ層を形成することを特徴とする鋳型の製造方法。
【請求項９】
請求項１から４のいずれか１つに記載の前記鋳型で鋳造されたことを特徴とするＴｉＡｌ合金鋳造品。
【請求項１０】
請求項１から４のいずれか１つに記載の前記鋳型を１１００℃から１３００℃に加熱し、鋳型内にＴｉＡｌ合金溶湯を注湯して鋳造することを特徴とするＴｉＡｌ合金鋳造品の鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳型及びその製造方法、並びにＴｉＡｌ合金鋳造品及びその鋳造方法に係り、特に、ＴｉＡｌ（チタンアルミナイド）合金を鋳造する鋳型及びその製造方法、並びにＴｉＡｌ合金鋳造品及びその鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チタンとアルミニウムとの金属間化合物であるＴｉＡｌ合金は、高温域の比強度等に優れていることから、ジェットエンジンのタービン翼等に適用されている。このようなＴｉＡｌ合金製のタービン翼等を鋳造する鋳型には、チタン合金を鋳造する鋳型と同じ鋳型が用いられている。【０００３】
特許文献１には、チタン合金用鋳型では、鋳型を構成する鋳型本体のキャビティ表面の少なくとも初層を、酸化セリウムを主成分とする骨材と、少なくともジルコニアゾルを主成分とするバインダで構成されるスラリの焼成物で形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−６９２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＴｉＡｌ合金は、金属間化合物であることから脆性材料であり、鋳込み後の冷却過程（１１００℃から１０００℃）での収縮により、ＴｉＡｌ合金鋳造品に破断や割れが発生する場合がある。より詳細には、鋳込み後の冷却時には、鋳型がＴｉＡｌ合金鋳造品を拘束すると共に、ＴｉＡｌ合金鋳造品と鋳型との熱膨張差により、ＴｉＡｌ合金鋳造品の収縮量が鋳型の収縮量よりも大きくなるので、ＴｉＡｌ合金鋳造品には引張応力が負荷されて破断や割れが発生する可能性がある。【０００６】
そこで本発明の目的は、ＴｉＡｌ合金鋳造品の破断や割れを抑制可能な鋳型及びその製造方法、並びにＴｉＡｌ合金鋳造品及びその鋳造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る鋳型は、ＴｉＡｌ合金を鋳造する鋳型であって、有底で形成されており、ＴｉＡｌ合金溶湯が注湯されるキャビティを有する鋳型本体を備え、前記鋳型本体は、キャビティ側に設けられ、酸化セリウム、酸化イットリウム及び酸化ジルコニウムの少なくとも１つを含む耐火材で形成され、前記ＴｉＡｌ合金溶湯との反応を抑制する耐反応性層と、前記耐反応性層の上に形成されるバックアップ層と、を有し、前記バックアップ層は、２６質量％以上３４質量％以下のクリストバライトを含み、残部が溶融シリカからなるシリカ材を、８０質量％以上１００質量％以下含有する耐火材で形成され、鋳型強度を低下させる弱化層と、耐火材で形成され、鋳型形状を保持する保形層と、を有することを特徴とする。【０００８】
本発明に係る鋳型において、前記弱化層を形成する耐火材は、前記シリカ材を９０質量％以上１００質量％以下含有することを特徴とする。【０００９】
本発明に係る鋳型において、前記弱化層を形成する耐火材は、前記シリカ材からなることを特徴とする。【００１０】
本発明に係る鋳型において、前記弱化層は、前記耐反応性層の直上に形成されていることを特徴とする。【００１１】
本発明に係る鋳型の製造方法は、ＴｉＡｌ合金を鋳造する鋳型の製造方法であって、有底で形成されており、ＴｉＡｌ合金溶湯が注湯されるキャビティを有する鋳型本体を形成するためのロウ型模型を成形するロウ型成形工程と、前記ロウ型模型に、酸化セリウム、酸化イットリウム及び酸化ジルコニウムの少なくとも１つを含む耐火材粒子と、バインダとを混合した耐反応性スラリをコーティングし、酸化セリウム、酸化イットリウム及び酸化ジルコニウムの少なくとも１つを含む耐火材粒子からなる耐反応性スタッコ材をスタッコ処理して、耐反応性スラリ層を形成する耐反応性スラリ層形成工程と、前記耐反応性スラリ層の上に、バックアップスラリ層を形成するバックアップスラリ層形成工程と、前記耐反応性スラリ層と前記バックアップスラリ層とを形成したロウ型模型を加熱して脱ロウし、鋳型成形体を成形する脱ロウ工程と、前記鋳型成形体を１０００℃以上１１００℃以下で加熱して焼成する焼成工程と、を備え、前記バックアップスラリ層形成工程は、溶融シリカを８０質量％以上１００質量％以下含有する耐火材粒子と、バインダと、を混合した弱化スラリをコーティングし、溶融シリカを８０質量％以上１００質量％以下含有する耐火材粒子からなる弱化スタッコ材をスタッコ処理して弱化スラリ層を形成し、耐火材粒子と、バインダとを混合した保形スラリと、耐火材粒子からなる保形スタッコ材をスタッコ処理して保形スラリ層を形成して、前記バックアップスラリ層を形成することを特徴とする。【００１２】
本発明に係る鋳型の製造方法は、前記バックアップスラリ層形成工程において、前記弱化スラリ層は、溶融シリカを９０質量％以上１００質量％以下含有する耐火材粒子と、バインダと、を混合した弱化スラリをコーティングし、溶融シリカを９０質量％以上１００質量％以下含有する耐火材粒子からなる弱化スタッコ材をスタッコ処理して形成されることを特徴とする。【００１３】
本発明に係る鋳型の製造方法は、前記バックアップスラリ層形成工程において、前記弱化スラリ層は、溶融シリカからなる耐火材粒子と、バインダと、を混合した弱化スラリをコーティングし、溶融シリカからなる耐火材粒子の弱化スタッコ材をスタッコ処理して形成されることを特徴とする。【００１４】
本発明に係る鋳型の製造方法は、前記バックアップスラリ層形成工程において、前記耐反応性スラリ層の直上に、前記弱化スラリ層を形成することを特徴とする。【００１５】
本発明に係るＴｉＡｌ合金鋳造品は、前記鋳型のいずれか１つにより鋳造されたことを特徴とする。【００１６】
本発明に係るＴｉＡｌ合金鋳造品の鋳造方法は、前記鋳型のいずれか１つを１１００℃から１３００℃に加熱し、鋳型内にＴｉＡｌ合金溶湯を注湯して鋳造することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
上記構成によれば、ＴｉＡｌ合金を鋳造する鋳型には、鋳型強度を低下させる弱化層が設けられているので、鋳込み後の冷却過程（１１００℃から１０００℃）では、弱化層から鋳型の割れが発生する。これにより、ＴｉＡｌ合金鋳造品の鋳型による拘束が解放されるので、ＴｉＡｌ合金鋳造品の破断や割れを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態において、ＴｉＡｌ合金を鋳造する鋳型の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態において、ＴｉＡｌ合金を鋳造する鋳型の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態において、ＴｉＡｌ合金を鋳造する鋳型の製造方法における各工程を説明するための断面図である。
【図４】本発明の実施の形態において、ＴｉＡｌ合金鋳造品であるタービン翼の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態において、鋳型の強度試験方法を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態において、実施例１から３、比較例１の鋳型の高温強度特性を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態において、比較例２の鋳型の高温強度特性を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態において、実施例１、４、５、６の鋳型の高温強度特性を示すグラフである。
【図９】本発明の実施の形態において、実施例２及び比較例１の鋳型の断面組織観察結果を示す写真である。
【図１０】本発明の実施の形態において、グリーン体の高温強度特性を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施の形態において、シリカ製鋳型における常温強度と、クリストバライト量の比率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、ＴｉＡｌ合金を鋳造する鋳型１０の構成を示す断面図である。図１に示す鋳型１０は、ＴｉＡｌ合金鋳造品としてタービン翼を鋳造するための鋳型を示している。
【００２０】
鋳型１０は、有底で形成されており、ＴｉＡｌ合金溶湯が注湯されるキャビティ１２を有する鋳型本体１４を備えている。鋳型本体１４は、翼本体が鋳造される翼本体鋳造部１４ａと、シュラウドが鋳造されるシュラウド鋳造部１４ｂと、プラットホームが鋳造されるプラットホーム鋳造部１４ｃと、を有している。鋳型本体１４には、ＴｉＡｌ合金溶湯を空洞のキャビティ１２に注湯するための湯口（図示せず）が設けられている。
【００２１】
鋳型本体１４は、キャビティ側に設けられており、ＴｉＡｌ合金溶湯との反応を抑制するための耐反応性層１６を有している。耐反応性層１６は、ＴｉＡｌ合金溶湯との反応性が低い酸化物等からなる耐火材で形成されている。耐反応性層１６の耐火材は、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）及び酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）の少なくとも１つを含んで構成されている。耐反応性層１６の耐火材には、これらの酸化物を単体で用いてもよいし、これらの酸化物を組み合わせて用いるようにしてもよい。耐反応性層１６の厚みは、例えば、０．５ｍｍから２．０ｍｍである。
【００２２】
耐反応性層１６の耐火材には、ＴｉＡｌ合金溶湯との反応性が酸化ジルコニウムより低く、安価である酸化セリウムを主成分として用いることが好ましい。酸化セリウムを用いることで、ＴｉＡｌ合金鋳造品と鋳型１０との焼き付きを抑えることが可能となり、ＴｉＡｌ合金鋳造品の表面平滑性を向上させることができる。
【００２３】
鋳型本体１４は、耐反応性層１６の上に形成されており、耐火材で形成されるバックアップ層１８を有している。バックアップ層１８は、鋳型強度を低下させる弱化層１８ａと、鋳型形状を保持する保形層１８ｂと、から構成されている。
【００２４】
弱化層１８ａは、２６質量％以上３４質量％以下のクリストバライトを含み、残部が溶融シリカからなるシリカ材を、８０質量％以上１００質量％以下含有する耐火材で形成されている。弱化層１８ａの厚みは、例えば、０．５ｍｍから２．０ｍｍである。
【００２５】
弱化層１８ａを形成する耐火材に含有されるシリカ材には、クリストバライトが含まれている。クリストバライトは、２００℃から３００℃の温度範囲で、β型（β―クリストバライト）とα型（α―クリストバライト）との間で相変態する。この相変態により体積変化が生じて弱化層１８ａに割れ（マイクロクラック）が発生し、鋳型強度を低下させることが可能となる。
【００２６】
シリカ材のクリストバライト量の比率は、２６質量％以上３４質量％以下であり、３４質量％であることが好ましい。シリカ材のクリストバライト量の比率が２６質量％より小さいと、弱化層１８ａの割れ（マイクロクラック）が少なくなり、鋳込み後の冷却過程（１１００℃から１０００℃）での鋳型１０の高温強度が高くなるからである。シリカ材のクリストバライト量の比率が３４質量％であれば、弱化層１８ａの割れ（マイクロクラック）が多くなるので、鋳込み後の冷却過程（１１００℃から１０００℃）での鋳型１０の強度を低下させるのに十分な量であるからである。
【００２７】
耐火材に含有されるシリカ材の含有率が８０質量％以上であるのは、シリカ材の含有率が８０質量％より少なくなると、鋳型１０の１０００℃から１１００℃での高温強度が高くなるからである。弱化層１８ａは、上記のシリカ材（２６質量％以上３４質量％以下のクリストバライトを含み、残部が溶融シリカからなるシリカ材）を９０質量％以上１００質量％以下含有する耐火材で形成されていることが好ましい。この場合には、鋳型１０の１０００℃から１１００℃での高温強度を更に低下させることが可能となるからである。また、弱化層１８ａを形成する耐火材は、上記のシリカ材（２６質量％以上３４質量％以下のクリストバライトを含み、残部が溶融シリカからなるシリカ材１００質量％）であってもよい。
【００２８】
弱化層１８ａを形成する耐火材の残部には、珪酸ジルコニウム（ＺｒＳｉＯ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、ムライト（Ａｌ６Ｓｉ２Ｏ１３）等の酸化物の少なくとも１つを用いることが可能である。
【００２９】
保形層１８ｂの耐火材には、珪酸ジルコニウム（ＺｒＳｉＯ４）、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、ムライト（Ａｌ６Ｓｉ２Ｏ１３）等の酸化物を用いることが可能である。保形層１８ｂの耐火材には、これらの酸化物を単体で用いてもよいし、これらの酸化物を組み合わせて用いるようにしてもよい。保形層１８ｂの厚みは、例えば、０．５ｍｍから５．０ｍｍである。
【００３０】
バックアップ層１８の形成については、耐反応性層１６の直上に弱化層１８ａを形成し、弱化層１８ａの上に保形層１８ｂを形成してもよいし、耐反応性層１６の直上に保形層１８ｂを形成し、保形層１８ｂの上に弱化層１８ａを形成してもよい。また、弱化層１８ａと保形層１８ｂとを交互に形成してバックアップ層１８を構成してもよい。
【００３１】
弱化層１８ａは、耐反応性層１６の直上に形成されていることが好ましい。弱化層１８ａがＴｉＡｌ合金鋳造品のより近くに設けられているので、鋳型１０が割れやすくなるからである。
【００３２】
次に、ＴｉＡｌ合金を鋳造する鋳型１０の製造方法について説明する。
【００３３】
図２は、ＴｉＡｌ合金を鋳造する鋳型１０の製造方法を示すフローチャートである。ＴｉＡｌ合金を鋳造する鋳型１０の製造方法は、ロウ型成形工程（Ｓ１０）と、耐反応性スラリ層形成工程（Ｓ１２）と、バックアップスラリ層形成工程（Ｓ１４）と、脱ロウ工程（Ｓ１６）と、焼成工程（Ｓ１８）と、を備えている。
【００３４】
図３は、ＴｉＡｌ合金を鋳造する鋳型１０の製造方法における各工程を説明するための断面図であり、図３（ａ）は、ロウ型成形工程（Ｓ１０）を説明するための断面図であり、図３（ｂ）は、耐反応性スラリ層形成工程（Ｓ１２）を説明するための断面図であり、図３（ｃ）及び図３（ｄ）は、バックアップスラリ層形成工程（Ｓ１４）を説明するための断面図である。
【００３５】
ロウ型成形工程（Ｓ１０）は、図３（ａ）に示すように、有底で形成されており、ＴｉＡｌ合金溶湯が注湯されるキャビティ１２を有する鋳型本体１４を形成するためのロウ型模型２２を成形する工程である。鋳型本体１４を形成するためのロウ型模型２２をロウ材で成形する。ロウ型模型２２は、金型内にロウ材を射出成形等により注入し、ロウ材を硬化させた後に、金型から取り出して成形される。
【００３６】
耐反応性スラリ層形成工程（Ｓ１２）は、図３（ｂ）に示すように、ロウ型模型２２に、酸化セリウム、酸化イットリウム及び酸化ジルコニウムの少なくとも１つを含む耐火材粒子と、バインダとを混合した耐反応性スラリをコーティングし、酸化セリウム、酸化イットリウム及び酸化ジルコニウムの少なくとも１つを含む耐火材粒子からなる耐反応性スタッコ材をスタッコ処理して耐反応性スラリ層２４を形成する工程である。
【００３７】
まず、ロウ型模型２２に耐反応スラリをコーティングする。耐反応性スラリは、ＴｉＡｌ合金溶湯との反応性が低い耐火材粒子と、バインダとを含んで構成されている。耐反応性スラリの耐火材粒子には、酸化セリウム、酸化イットリウム及び酸化ジルコニウムの少なくとも１つを含む耐火材粒子が用いられる。耐反応性スラリの耐火材粒子には、これらの酸化物を単体で用いてもよいし、これらの酸化物を組み合わせて用いてもよい。また、耐反応性スラリの耐火材粒子には、例えば、＃３２５メッシュの耐火材粒子を用いることが可能である。
【００３８】
バインダには、コロイダルシリカ等のシリカゾル、ジルコニアゾル、イットリアゾル、フェノール樹脂等の有機バインダを用いることが可能である。バインダには、これらの材料を単体として用いてもよいし、これらの材料を組み合わせて用いてもよい。また、バインダとしてシリカゾルを用いる場合には、ＴｉＡｌ合金溶湯とシリカゾルとの反応を抑制するために、耐火物粒子には酸化セリウムを用いることが好ましい。
【００３９】
耐反応性スラリのコーティング方法としては、浸漬法、吹き付け法、塗布法を用いることが可能であるが、ロウ型模型２２により均一にコーティングできることから浸漬法が好ましい。
【００４０】
次に、耐反応性スラリをコーティングしたロウ型模型２２に、耐反応性スタッコ材をスタッコ処理して乾燥させる。耐反応性スタッコ材には、例えば、＃６０から＃１６０メッシュの酸化セリウム、酸化イットリウム及び酸化ジルコニウムの少なくとも１つを含む耐火材粒子が用いられる。このようにして、ロウ型模型２２に耐反応性スラリのコーティングと、耐反応性スタッコ材のスタッコ処理とを行い、ロウ型模型２２に耐反応性スラリ層２４を形成する。なお、耐反応性スラリのコーティングと、耐反応性スタッコ材のスタッコ処理とは、耐反応性スラリ層２４を所定の厚さで形成するために、複数回繰り返して行うようにしてもよい。
【００４１】
バックアップスラリ層形成工程（Ｓ１４）は、図３（ｃ）及び図３（ｄ）に示すように、耐反応性スラリ層２４の上にバックアップスラリ層２６を形成する工程である。耐反応性スラリ層２４の上に、弱化スラリ層２６ａと保形スラリ層２６ｂとからなるバックアップスラリ層２６を形成する。
【００４２】
まず、図３（ｃ）に示すように、耐反応性スラリ層２４の上に、弱化スラリをコーティングする。弱化スラリは、溶融シリカを８０質量％以上１００質量％以下含有する耐火材粒子と、バインダとを混合して構成されている。弱化スラリを構成する耐火材粒子は、溶融シリカを９０質量％以上１００質量％以下含有することが好ましい。また、弱化スラリを構成する耐火材粒子は、溶融シリカ（溶融シリカ１００質量％）であってもよい。
【００４３】
弱化スラリを構成する耐火材粒子の残部には、珪酸ジルコニウム（ＺｒＳｉＯ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、ムライト（Ａｌ６Ｓｉ２Ｏ１３）等の酸化物を少なくとも１つを用いることが可能である。なお、弱化スラリの耐火材粒子には、例えば、＃３２５メッシュの耐火材粒子を用いることができる。バインダには、耐反応性スラリと同様のシリカゾル等のバインダを用いることが可能であるが、コロイダルシリカ等のシリカゾルを用いることが好ましい。
【００４４】
次に、弱化スラリをコーティングした面に、弱化スタッコ材でスタッコ処理して乾燥させる。弱化スタッコ材には、溶融シリカを８０質量％以上１００質量％以下含有する耐火材粒子が用いられる。弱化スタッコ材には、溶融シリカを９０質量％以上１００質量％以下含有する耐火材粒子が用いられることが好ましい。また、弱化スタッコ材を構成する耐火材粒子は、溶融シリカ（溶融シリカ１００質量％）であってもよい。
【００４５】
弱化スタッコ材を構成する耐火材粒子の残部には、珪酸ジルコニウム（ＺｒＳｉＯ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、ムライト（Ａｌ６Ｓｉ２Ｏ１３）等の耐火材粒子を用いることが可能である。なお、弱化スタッコ材の耐火材粒子には、例えば、＃６０から＃１６０メッシュの耐火材粒子を用いることができる。
【００４６】
弱化スラリのコーティングと、弱化スタッコ材のスタッコ処理とは、弱化スラリ層２６ａが所定の厚さになるまで、例えば、２回から５回繰り返すようにしてもよい。
【００４７】
次に、図３（ｄ）に示すように、弱化スラリ層２６ａの上に、保形スラリをコーティングする。保形スラリは、耐火材粒子と、バインダとを混合して構成されている。保形スラリの耐火材粒子には、珪酸ジルコニウム（ＺｒＳｉＯ４）、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、ムライト（Ａｌ６Ｓｉ２Ｏ１３）等の酸化物の少なくも１つを用いることが可能である。バインダには、耐反応性スラリと同様のシリカゾル等のバインダを用いることが可能である。なお、保形スラリの耐火材粒子には、例えば、＃３２５メッシュの耐火材粒子を用いることができる。
【００４８】
次に、保形スラリをコーティングした面に、保形スタッコ材でスタッコ処理して乾燥させる。保形スタッコ材には、珪酸ジルコニウム（ＺｒＳｉＯ４）、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、ムライト（Ａｌ６Ｓｉ２Ｏ１３）等の酸化物の少なくも１つの耐火材粒子を用いることが可能である。なお、保形スタッコ材の耐火材粒子には、例えば、＃６０から＃１６０メッシュの耐火材粒子を用いることができる。保形スラリのコーティングと、保形スタッコ材のスタッコ処理とは、保形スラリ層２６ｂが所定の厚さになるまで、例えば、２回から５回繰り返すようにしてもよい。
【００４９】
このようにして、耐反応性スラリ層２４の上に、弱化スラリ層２６ａと保形スラリ層２６ｂとからなるバックアップスラリ層２６が形成される。バックアップスラリ層２６の形成については、耐反応性スラリ層２４の直上に弱化スラリ層２６ａを形成し、弱化スラリ層２６ａの上に保形スラリ層２６ｂを形成してもよいし、耐反応性スラリ層２４の直上に保形スラリ層２６ｂを形成し、保形スラリ層２６ｂの上に弱化スラリ層２６ａを形成してもよい。また、弱化スラリ層２６ａと保形スラリ層２６ｂとを交互に形成してバックアップスラリ層２６を構成してもよい。また、耐反応性層１６の直上に弱化層１８ａを形成するために、弱化スラリ層２６ａは、耐反応性スラリ層２４の直上に形成されていることが好ましい。
【００５０】
脱ロウ工程（Ｓ１８）は、耐反応性スラリ層２４とバックアップスラリ層２６とを形成したロウ型模型２２を加熱して脱ロウし、鋳型成形体を成形する工程である。ロウ型模型２２を溶融させて除去することにより、鋳型成形体を成形する。脱ロウは、耐反応性スラリ層２４とバックアップスラリ層２６とが形成されたロウ型模型２２をオートクレーブ等に入れて、１００℃から１８０℃、４気圧（０．４ＭＰａ）から８気圧（０．８ＭＰａ）で加熱・加圧処理して行われる。この脱ロウ処理により、ロウ型模型２２が溶出して鋳型成形体（グリーン体）が得られる。
【００５１】
焼成工程（Ｓ１６）は、鋳型成形体を、１０００℃以上１１００℃以下の焼成温度で加熱して焼成する工程である。鋳型成形体を焼成炉等で１０００℃から１１００℃で加熱して焼成することにより、耐反応性スラリ層２４が焼き固められて耐反応性層１６となり、弱化スラリ層２６ａと保形スラリ層２６ｂとからなるバックアップスラリ層２６が焼き固められて弱化層１８ａと保形層１８ｂとからなるバックアップ層１８となり、殻体（シェル）となって鋳型１０が形成される。ロウ型模型２２が溶出した箇所にはキャビティ１２が形成される。焼成時間については、例えば、１時間から１０時間である。
【００５２】
１０００℃以上１１００℃以下の焼成温度で加熱された後に、室温まで冷却される途中で、弱化スラリ層２６ａに含まれる溶融シリカから生成したクリストバライトが、β型（β―クリストバライト）からα型（α―クリストバライト）へ相変態することで体積変化が生じ、弱化層１８ａ中に割れ（マイクロクラック）が発生する。これにより、弱化層１８ａの強度を低下させることが可能となる。なお、加熱後の冷却については、炉冷でも空冷でもよいが、弱化層１８ａ中に割れ（マイクロクラック）をより多く発生させるために、空冷のほうが好ましい。
【００５３】
また、焼成温度が１０００℃以上１１００℃以下の場合には、弱化層１８ａに含まれる、溶融シリカとクリストバライトとからなるシリカ材のクリストバライト量の比率が、２６質量％以上３４質量％以下となる。
【００５４】
焼成温度が１０００℃以上であるのは、焼成温度が１０００℃より低いと、弱化層１８ａに含まれるシリカ材のクリストバライト量の比率が２６質量％よりも小さくなるので、弱化層１８ａ中に発生する割れ（マイクロクラック）が減少し、鋳型強度が高くなるからである。
【００５５】
焼成温度が１１００℃以下であるのは、焼成温度が１１００℃であれば、弱化層１８ａに含まれるシリカ材のクリストバライト量の比率が３４質量％であるので、弱化層１８ａ中に割れ（マイクロクラック）を十分発生させて、鋳型強度を低下させることが可能となるからである。また、焼成温度が１１００℃より高温になると、生産効率が低下するからである。なお、焼成温度は、１１００℃であることが好ましい。
【００５６】
次に、鋳型１０を用いたＴｉＡｌ合金鋳造品の鋳造方法について説明する。
【００５７】
溶解炉の溶解室で溶解坩堝に入れられたＴｉＡｌ合金を真空溶解し、ＴｉＡｌ合金溶湯を所定温度に維持する。所定温度に予め加熱した鋳型１０を溶解炉の鋳型室に挿入し、真空引きする。鋳型温度については、１１００℃から１３００℃であることが好ましい。鋳型温度が１１００℃より低温である場合には、湯廻り不良等により鋳造欠陥が生じ易いからである。鋳型温度が１３００℃より高温である場合には、結晶粒が粗大化し易いからである。鋳型室が溶解室と同等の真空雰囲気に到達したら、鋳型室と溶解室との間のゲートバルブを開き、鋳型１０を溶解室に移動させる。溶解坩堝を傾動し、鋳型内にＴｉＡｌ合金溶湯を注湯する。鋳込み温度については、ＴｉＡｌ合金の融点＋３０℃から融点＋１６０℃であることが好ましい。鋳込み温度がＴｉＡｌ合金の融点＋３０℃より低温である場合には、湯廻り不良等により鋳造欠陥が生じ易いからである。鋳込み温度がＴｉＡｌ合金の融点＋１６０℃より高温である場合には、鋳造設備の制約等により加熱が困難になる場合や、結晶粒が粗大化し易くなるからである。
【００５８】
次に、ＴｉＡｌ合金溶湯が注湯された鋳型１０を鋳型室に移動し、ゲートバブルを閉じる。鋳型室に移動させた鋳型１０については、真空中で所定時間静置させる。静置後、鋳型室を大気開放し、ＴｉＡｌ合金が鋳込まれた鋳型１０を取り出し、砂台車に載せて、常温になるまで放置する。
【００５９】
図４は、ＴｉＡｌ合金鋳造品であるタービン翼３０の構成を示す図である。タービン翼３０は、翼本体３２と、シュラウド３４と、プラットホーム３６と、から構成されている。タービン翼３０の大きさについては、例えば、長手方向が２００ｍｍから３００ｍｍ、幅方向が５０ｍｍから７０ｍｍ、厚みが３ｍｍから７ｍｍである。脆性材料であるＴｉＡｌ合金でタービン翼３０が鋳造される場合には、鋳込み後の冷却過程（１１００℃から１０００℃）において、タービン翼３０が鋳型に拘束されて、タービン翼３０の長手方向に引張応力が負荷される。このため、従来の鋳型では、翼本体３２とシュラウド３４との間の部位Ａや、翼本体３２とプラットホーム３６との間の部位Ｂで、破断や割れが発生する可能性がある。
【００６０】
これに対して、鋳型１０に弱化層１８ａが設けられている場合には、タービン翼３０の収縮量は鋳型１０の収縮量よりも大きくなるが、タービン翼３０が収縮するときに鋳型１０に圧縮応力が負荷されて、鋳型１０の弱化層１８ａから割れが生じる。これにより、鋳型１０によるタービン翼３０の拘束が解放されて、タービン翼３０の破断や割れが抑制される。
【００６１】
以上、上記構成によれば、鋳型は、鋳型強度を低下させた弱化層を有しているので、ＴｉＡｌ合金溶湯の鋳込み後の冷却過程（１１００℃から１０００℃）において、鋳型の弱化層から割れが発生する。これにより、鋳型によるＴｉＡｌ合金鋳造品の拘束が解放されて、ＴｉＡｌ合金鋳造品の破断や割れが抑制される。
【実施例】
【００６２】
ＴｉＡｌ合金製のタービン翼を鋳造し、クラックの発生について評価した。まず、鋳型の高温強度特性の評価を行った。【００６３】
（鋳型の製造）
実施例１から６の鋳型の製造方法について説明する。なお、実施例１から３の鋳型の製造方法では、弱化スラリと弱化スタッコ材の耐火材粒子に含まれる溶融シリカの割合が相違している。実施例４から６の鋳型の製造方法では、弱化スラリ層の厚みが相違している。以下に、各鋳型の製造方法の詳細について説明する。【００６４】
実施例１から６の鋳型では、いずれの鋳型も、ロウ型模型に、耐反応性スラリのコーティングと、耐反応性スタッコ材のスタッコ処理とを２回繰り返して行い、２層からなる耐反応性スラリ層を形成した。耐反応性スラリには、酸化セリウム粒子と、コロイダルシリカとを混合したスラリを用いた。耐反応性スタッコ材には、酸化セリウム粒子を用いた。耐反応性スラリの酸化セリウム粒子には、＃３２５メッシュのものを使用し、耐反応性スタッコ材の酸化セリウム粒子には、＃１００メッシュのものを使用した。【００６５】
耐反応性スラリ層の上に、弱化スラリのコーティングと、弱化スタッコ材のスタッコ処理とを行って、弱化スラリ層を形成した。【００６６】
実施例１の鋳型では、溶融シリカ粒子からなる耐火材粒子（溶融シリカ粒子が１００質量％）と、コロイダルシリカとを混合した弱化スラリを用いた。実施例２の鋳型では、９０質量％の溶融シリカ粒子と１０質量％の珪酸ジルコニウム粒子とを含む耐火材粒子と、コロイダルシリカとを混合した弱化スラリを用いた。実施例３の鋳型では、８０質量％の溶融シリカ粒子と２０質量％の珪酸ジルコニウム粒子とを含む耐火材粒子と、コロイダルシリカとを混合した弱化スラリを用いた。実施例４から６の鋳型では、実施例１の鋳型の弱化スラリと同じものを用いた。弱化スラリの耐火材粒子には、＃３２５メッシュのものを使用した。【００６７】
実施例１の鋳型では、溶融シリカ粒子からなる弱化スタッコ材（溶融シリカ粒子が１００質量％）を用いた。実施例２の鋳型では、９０質量％の溶融シリカ粒子と１０質量％の珪酸ジルコニウム粒子とを含む弱化スタッコ材を用いた。実施例３の鋳型では、８０質量％の溶融シリカ粒子と２０質量％の珪酸ジルコニウム粒子とを含む弱化スタッコ材を用いた。実施例４から６の鋳型では、実施例１の鋳型の弱化スタッコ材と同じものを用いた。弱化スタッコ材には、＃１００メッシュのものを使用した。【００６８】
実施例１から３の鋳型では、耐反応性スラリ層の上に、弱化スラリのコーティングと、弱化スタッコ材のスタッコ処理とを２回繰り返し、２層からなる弱化スラリ層を形成した。実施例４の鋳型では、耐反応性スラリ層の上に、弱化スラリのコーティングと、弱化スタッコ材のスタッコ処理と１回行い、１層からなる弱化スラリ層を形成した。実施例５の鋳型では、耐反応性スラリ層の上に、弱化スラリのコーティングと、弱化スタッコ材のスタッコ処理とを３回繰り返し、３層からなる弱化スラリ層を形成した。実施例６の鋳型では、耐反応性スラリ層の上に、弱化スラリのコーティングと、弱化スタッコ材のスタッコ処理とを５回繰り返し、５層からなる弱化スラリ層を形成した。【００６９】
次に、弱化スラリ層の上に、保形スラリのコーティングと、保形スタッコ材のスタッコ処理とを行って、保形スラリ層を形成した。保形スラリには、３０質量％の溶融シリカ粒子と７０質量％の珪酸ジルコニウム粒子とを含む耐火材粒子と、コロイダルシリカとを混合したものを用いた。保形スタッコ材には、ムライト粒子を用いた。なお、実施例１から６の鋳型では、いずれも同じ保形スラリと保形スタッコ材とを用いた。保形スラリの耐火材粒子には、＃３２５メッシュのものを使用し、保形スタッコ材には、＃１００メッシュのものを使用した。【００７０】
実施例１から３の鋳型では、弱化スラリ層の上に、保形スラリのコーティングと、保形スタッコ材のスタッコ処理とを２回繰り返し、最後に保形スラリのコーティングを行って、３層からなる保形スラリ層を形成した。実施例４の鋳型では、弱化スラリ層の上に、保形スラリのコーティングと、保形スタッコ材のスタッコ処理とを３回繰り返し、最後に保形スラリのコーティングを行って、４層からなる保形スラリ層を形成した。実施例５の鋳型では、弱化スラリ層の上に、保形スラリのコーティングと、保形スタッコ材のスタッコ処理とを１回行い、最後に保形スラリのコーティングを行って、２層からなる保形スラリ層を形成した。実施例６の鋳型では、弱化スラリ層の上に、保形スラリのコーティングを行って、１層からなる保形スラリ層を形成した。【００７１】
このようにして、耐反応性スラリ層の上に、弱化スラリ層と保形スラリ層とからなるバックアップスラリ層を形成した。【００７２】
次に、耐反応性スラリ層とバックアップスラリ層とを形成したロウ型模型を、オートクレーブで１８０℃に加熱して脱ロウし、鋳型成形体（グリーン体）とした。脱ロウした後に、鋳型成形体を焼成炉により１１００℃で３時間から５時間焼成して、耐反応性スラリ層とバックアップスラリ層とを固めて殻体（シェル）とし、実施例１から６の鋳型を形成した。なお、脱ロウ処理条件と、焼成条件とについては、実施例１から６の鋳型でいずれも同じ条件とした。【００７３】
次に、比較例１から２の鋳型の製造方法について説明する。【００７４】
比較例１の鋳型では、実施例１から３の鋳型と、弱化スラリ及び弱化スタッコ材が相違している。比較例１の鋳型では、実施例１から３の鋳型の弱化スラリに代えて、７０質量％の溶融シリカ粒子と３０質量％の珪酸ジルコニウム粒子とを含む耐火材粒子と、コロイダルシリカとを混合したスラリを用いた。また、比較例１の鋳型では、実施例１から３の鋳型の弱化スタッコ材に代えて、７０質量％の溶融シリカ粒子と３０質量％の珪酸ジルコニウム粒子とを混合したスタッコ材を用いた。その他については、実施例１から３の鋳型の製造方法と同じであるため詳細な説明を省略する。スラリ用の溶融シリカ粒子と珪酸ジルコニウム粒子とには、＃３２５メッシュのものを使用した。スタッコ材には、＃１００メッシュのものを使用した。【００７５】
比較例２の鋳型では、弱化スラリ層を形成しない点で、実施例１から６の鋳型と相違している。すなわち、比較例２の鋳型では、耐反応性スラリ層の上に、３０質量％の溶融シリカ粒子と７０質量％の珪酸ジルコニウム粒子とを含む耐火材粒子と、コロイダルシリカとを混合したスラリをコーティングし、ムライト粒子からなるスタッコ材をスタッコ処理した。このスラリのコーティングと、このスタッコ材のスタッコ処理とを４回繰り返した後に、最後にこのスラリをコーティングして５層からなるスラリ層を形成した。また、比較例２の鋳型では、脱ロウ処理後の焼成温度を１０５０℃とした。その他については、実施例１から６の鋳型の製造方法と同じであるため詳細な説明を省略する。スラリ用の溶融シリカ粒子と珪酸ジルコニウム粒子とには、＃３２５メッシュのものを使用した。スタッコ材には、＃１００メッシュのものを使用した。なお、比較例２の鋳型は、チタン合金を鋳造する従来の鋳型と同じ鋳型である。【００７６】
（鋳型の高温強度特性）
実施例１から６、比較例１から２の鋳型の高温強度特性を評価した。試験片については、各鋳型から切り出して作製した。試験片の形状については、長さ４０ｍｍ（Ｌ）×幅１５ｍｍ（Ｗ）×厚さ約６ｍｍ（ｔ）の矩形状とした。図５は、鋳型の強度試験方法を示す図である。強度試験については、ＩＣＩ（Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ  Ｃａｓｔｉｎｇ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）セラミックテストガイドに準拠して行い、抗折強度（ＭＰａ）を測定した。支点間のスパンを４０ｍｍとし、支点の先端角を２Ｒとした。試験片を試験温度まで加熱して保持した状態で、荷重を負荷して強度試験を行った。【００７７】
まず、実施例１から３、比較例１、２の鋳型の高温強度特性について説明する。試験温度については、実施例１から３、比較例１の鋳型については１０００℃から１５００℃とし、比較例２の鋳型については常温から１４００℃とした。【００７８】
図６は、実施例１から３、比較例１の鋳型の高温強度特性を示すグラフである。図６のグラフでは、横軸に試験温度を取り、縦軸に抗折強度を取り、実施例１の鋳型の抗折強度を白丸で表し、実施例２の鋳型の抗折強度を白四角形で表し、実施例３の鋳型の抗折強度を白菱形で表し、比較例１の鋳型の抗折強度を×で表している。【００７９】
１０００℃から１１００℃の温度範囲では、実施例１から３の鋳型の高温強度は、比較例１の鋳型の高温強度より低下した。また、１０００℃から１１００℃の温度範囲では、実施例１、２の鋳型の高温強度は、実施例３の鋳型の高温強度よりも更に低下した。【００８０】
図７は、比較例２の鋳型の高温強度特性を示すグラフである。図７のグラフでは、横軸に試験温度を取り、縦軸に抗折強度を取り、各試験温度での抗折強度を白丸で表している。図６と図７とのグラフを比較すると、１０００℃から１１００℃の温度範囲では、比較例２の鋳型の高温強度は、実施例１から３の鋳型の高温強度より大きくなった。このことから、チタン合金を鋳造する従来の鋳型では、ＴｉＡｌ合金鋳造品の鋳込み後の冷却過程（１１００℃から１０００℃）での鋳型強度が大きくなり、鋳型が割れ難くなることがわかった。【００８１】
次に、実施例１、４、５、６の鋳型の高温強度特性について説明する。試験温度については、常温から１３００℃とした。【００８２】
図８は、実施例１、４、５、６の鋳型の高温強度特性を示すグラフである。図８のグラフでは、横軸に試験温度を取り、縦軸に抗折強度を取り、実施例１の鋳型の抗折強度を白丸で表し、実施例４の鋳型の抗折強度を黒丸で表し、実施例５の鋳型の抗折強度を黒四角形で表し、実施例６の鋳型の抗折強度を白四角形で表している。【００８３】
いずれの試験温度においても、鋳型強度については、実施例６の鋳型が最も強度が小さく、実施例４の鋳型が最も強度が大きく、実施例６＜実施例５＜実施例１＜実施例４の関係にあることがわかった。このことから、弱化層が薄いほど高温強度が大きくなり、弱化層が厚いほど高温強度が低下することが明らかとなった。【００８４】
（鋳型の断面組織観察）
強度試験前における実施例２及び比較例１の鋳型について、光学顕微鏡による断面組織観察を行った。図９は、実施例２及び比較例１の鋳型の断面組織観察結果を示す写真であり、図９（ａ）は、比較例１の鋳型の断面組織観察結果を示す写真であり、図９（ｂ）は、実施例２の鋳型の断面組織観察結果を示す写真である。また、鋳型の断面組織観察した部位については、実施例２の鋳型については弱化層であり、比較例１の鋳型では、実施例２の鋳型の弱化層に対応する、７０質量％の溶融シリカ粒子と３０質量％の珪酸ジルコニウム粒子とを含む耐火材粒子で形成された層である。【００８５】
図９（ａ）及び図９（ｂ）の写真から明らかなように、比較例１の鋳型では割れ（マイクロクラック）が少ないのに対して、実施例２の鋳型では割れ（マイクロクラック）が多く発生していた。【００８６】
（焼成の影響）
脱ロウ処理後の焼成の影響を評価するために、実施例１の鋳型における脱ロウ処理後焼成前のグリーン体について高温強度特性を評価した。試験片については、グリーン体から切り出して作製した。試験片のサイズや強度試験方法については、上述したＩＣＩ（Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ  Ｃａｓｔｉｎｇ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）セラミックテストガイドに準拠して行った。【００８７】
図１０は、グリーン体の高温強度特性を示すグラフである。図１０のグラフでは、横軸に試験温度を取り、縦軸に抗折強度を取り、各試験温度における抗折強度を黒丸で表している。図６に示す実施例１の鋳型の高温強度と、図１０に示すグリーン体の高温強度とを比較すると、１０００℃から１２００℃の温度範囲では、グリーン体の高温強度のほうが大きくなった。このことから、焼成により鋳型強度が低下することが明らかとなった。【００８８】
鋳型の強度低下に対する焼成温度とクリストバライト量との関係を評価するために、溶融シリカで形成したシリカ製鋳型を作製した。まず、シリカ製鋳型の作製方法について説明する。【００８９】
ロウ型模型に、溶融シリカ粒子とコロイダルシリカとを混合したシリカスラリをコーティングし、溶融シリカ粒子からなるシリカスタッコ材をスタッコ処理した。シリカスラリとシリカスタッコ材とには、実施例１の鋳型の弱化スラリ、弱化スタッコ材と同じものを用いた。【００９０】
シリカスラリのコーティングと、シリカスタッコ材のスタッコ処理とを６回繰り返した後に、最後にシリカスラリのコーティングを行って、７層のシリカスラリ層を形成した。次に、シリカスラリ層を形成したロウ型模型をオートクレーブで１８０℃に加熱して、脱ロウ処理した。脱ロウ処理後に、焼成炉により８００℃、９００℃、９４０℃、９７０℃、１０００℃、１０５０℃及び１１００℃で各々焼成して、シリカスラリ層を固めて殻体（シェル）とし、シリカ製鋳型を形成した。【００９１】
次に、シリカ製鋳型について強度特性を評価した。試験片については、シリカ製鋳型から切り出して作製した。試験片のサイズや強度試験方法については、上述したＩＣＩ（Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ  Ｃａｓｔｉｎｇ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）セラミックテストガイドに準拠して行った。なお、強度試験については、常温で実施した。【００９２】
また、各焼成温度で焼成したシリカ製鋳型について、クリストバライト量の比率をＸ線回折法により測定し、クリストバライト量の定量を行った。クリストバライト量の比率とは、溶融シリカとクリストバライトとの合計に対するクリストバライトの割合である。Ｘ線回折装置には、株式会社リガク製の試料水平型多目的Ｘ線回折装置ＵｌｔｉｍａＩＶを使用した。クリストバライトの定量については、シリコンを標準試料とした内部標準法により行い、予め作成してある石英とクリストバライトの強度検量線より算出した。Ｘ線回折測定については、Ｘ線管球がＣｕ、加速電圧４０ｋＶ、電流４０ｍＡ、スキャン速度１度／分、クリストバライトの測定角度を２１．０度から２２．３度、シリコンの測定角度を２７．９度から２９．０度とした。【００９３】
図１１は、シリカ製鋳型における常温強度と、クリストバライト量の比率との関係を示すグラフである。図１１のグラフでは、横軸に焼成温度を取り、左縦軸に抗折強度を取り、右縦軸にクリストバライト量の比率を取り、抗折強度については黒丸で表し、クリストバライト量の比率については白丸で表している。【００９４】
シリカ製鋳型の強度は、焼成温度が９００℃から低下し始め、焼成温度が１０００℃から１１００℃以下で最も低下することがわかった。シリカ製鋳型のクリストバライト量の比率は、焼成温度が９００℃では１１質量％であり、焼成温度が１０００℃では２６質量％であり、焼成温度が１１００℃では３４質量％であった。したがって、シリカ製鋳型の強度と、クリストバライト量の比率との関係では、シリカ製鋳型の強度は、クリストバライト量の比率が２６質量％以上３４質量％以下で最も低下することがわかった。【００９５】
（クラック発生率の評価）
次に、実施例１の鋳型でＴｉＡｌ合金製のタービン翼を鋳造し、タービン翼のクラック発生率を評価した。【００９６】
タービン翼を鋳造する鋳型には、実施例１の鋳型と、比較例２の鋳型を使用した。ＴｉＡｌ合金には、Ｔｉ−４８ａｔ％Ａｌ−２ａｔ％Ｎｂ−２ａｔ％ＣｒからなるＴｉＡｌ合金を使用した。タービン翼の大きさについては、長手方向が約２５０ｍｍ、幅方向が約６０ｍｍ、厚みが約６ｍｍとした。溶解炉の溶解室で溶解坩堝に入れられたＴｉＡｌ合金を真空溶解し、ＴｉＡｌ合金溶湯を所定温度に維持した。１１００℃から１３００℃に予め加熱した鋳型を溶解炉の鋳型室に挿入し、真空引きした。鋳型室が溶解室と同等の真空雰囲気に到達したら、鋳型室と溶解室との間のゲートバルブを開き、鋳型を溶解室に移動させた。溶解坩堝を傾動し、鋳型内にＴｉＡｌ合金溶湯を注湯した。また、鋳込み温度については、ＴｉＡｌ合金の融点＋３０℃から融点＋１６０℃とした。【００９７】
次に、ＴｉＡｌ合金溶湯が注湯された鋳型を鋳型室に移動した。鋳型室に移動させた鋳型については、真空中で約２０分間静置させた。静置後、鋳型室を大気開放し、ＴｉＡｌ合金が鋳込まれた鋳型を取り出し、砂台車に載せて、常温になるまで放置した。また、鋳型表面温度を赤外線カメラで測定した。【００９８】
実施例１及び比較例２の鋳型でタービン翼を各々１００個鋳造してクラック発生率を求めたところ、比較例２の鋳型では８２％であったのに対して、実施例１の鋳型では５０％であった。このことから、鋳型に弱化層を設けることにより、クラック発生率を３２％低減することができた。なお、クラックが発生したタービン翼については、いずれも鋳込み後の冷却過程で、鋳型表面温度が１１００℃から１０００℃のときにクラックが発生した。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明は、ＴｉＡｌ合金鋳造品の破断や割れを抑制することが可能となることから、タービン翼等のＴｉＡｌ合金鋳造品の鋳造に有用なものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年10月5日(2016.10.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
脱ロウ工程（Ｓ１６）は、耐反応性スラリ層２４とバックアップスラリ層２６とを形成したロウ型模型２２を加熱して脱ロウし、鋳型成形体を成形する工程である。ロウ型模型２２を溶融させて除去することにより、鋳型成形体を成形する。脱ロウは、耐反応性スラリ層２４とバックアップスラリ層２６とが形成されたロウ型模型２２をオートクレーブ等に入れて、１００℃から１８０℃、４気圧（０．４ＭＰａ）から８気圧（０．８ＭＰａ）で加熱・加圧処理して行われる。この脱ロウ処理により、ロウ型模型２２が溶出して鋳型成形体（グリーン体）が得られる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
焼成工程（Ｓ１８）は、鋳型成形体を、１０００℃以上１１００℃以下の焼成温度で加熱して焼成する工程である。鋳型成形体を焼成炉等で１０００℃から１１００℃で加熱して焼成することにより、耐反応性スラリ層２４が焼き固められて耐反応性層１６となり、弱化スラリ層２６ａと保形スラリ層２６ｂとからなるバックアップスラリ層２６が焼き固められて弱化層１８ａと保形層１８ｂとからなるバックアップ層１８となり、殻体（シェル）となって鋳型１０が形成される。ロウ型模型２２が溶出した箇所にはキャビティ１２が形成される。焼成時間については、例えば、１時間から１０時間である。
【国際調査報告】
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