(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティ、中子、湯口および堰部を有する通気性鋳型を減圧して溶湯を鋳造する減圧鋳造方法であって、前記通気性鋳型内のキャビティ形成部位に中子を埋設し、前記中子の中子幅木部に外部と連通する空孔部を設けるとともに、前記通気性鋳型からのガス吸引を遮断して、前記空孔部を介する前記中子および前記キャビティの減圧効果を向上させるため、前記空孔部が形成されている前記中子幅木部の外面にガス吸引防止塗型層を形成し、該空孔部に真空ポンプと減圧度制御手段を有する減圧装置の減圧吸引口を接続させ、前記減圧装置により前記空孔部を介して前記中子および前記キャビティ内を減圧しながら鋳造することを特徴とする減圧鋳造方法。
【請求項２】
請求項１記載の減圧鋳造方法において、前記中子幅木部に設けた前記空孔部と連通する中子空洞部を前記中子に設けることを特徴とする減圧鋳造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の減圧鋳造方法において、前記空孔部の減圧値を前記湯口の減圧値より大きくして鋳造することを特徴とする減圧鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はキャビティ、中子、湯口および堰部を有する通気性鋳型を減圧して鋳造する減圧鋳造方法に関し、特に、複雑形状で薄肉のステンレス鋳鋼や耐熱鋳鋼などの鋳物を、不廻り、湯境、吹かれ、湯じわ等の鋳造欠陥が無く健全に製造する減圧鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
部分的に５ｍｍ以下の肉厚を持つ薄肉鋳物は、溶湯が注湯され鋳型と接触すると凝固しやすく、また、凝固しなくても粘性が大きくなって流動性が悪くなり、不廻り、湯境欠陥等が発生しやすい。
また、複雑な形状をした薄肉鋳物を鋳造する場合には、特に空気や鋳型から発生するガスを溶湯中に巻き込みやすく、凝固後の鋳物に吹かれ、湯じわ等のガス欠陥が発生しやすい。従って、ステンレス鋳鋼や耐熱鋳鋼などの溶湯の流動性の悪い材質で複雑形状で肉厚５ｍｍ以下の薄肉鋳物を健全に鋳造することは困難であった。
【０００３】
本出願人は先に特開昭５９−２２９２５７号公報として、埋設した中子（中子は中空、中実いずれでもよい）を有する減圧鋳造鋳型構造を開示している。この方法では、製品部鋳型空間（キャビティ）は、鋳型を介して、また鋳型内に設けた減圧孔と中子を介して減圧される。鋳型と鋳型内に形成された製品部鋳型空間（キャビティ）とはその境界を共有しており、この鋳型内に減圧孔が設けられているため、製品部鋳型空間（キャビティ）が鋳型からのガスを自由に吸い込み、その目的とする減圧効果が期待できない場合がある。
【０００４】
また本出願人は、特開平６−５５２５５号公報において、キャビティ、湯口及び押湯又ははかせを有する砂鋳型（中子埋設）と、減圧装置とを有し、前記砂鋳型の堰部から離隔した位置に押湯またははかせを設けると共に、前記押湯またははかせの近くに外部と連通する空孔部を有し、前記減圧装置は前記空孔部と接触する吸引口を有し、前記空孔部に接触させた前記吸引口より減圧することにより、前記キャビティ内を減圧しながら鋳造を行う砂鋳型による鋳鋼鋳物の製造方法及びその装置を提案した。この提案では、キャビティの減圧を押湯又ははかせを介して行うことから、中子埋設のキャビティからの発生ガス吸引が間接的な吸引であるため、薄肉複雑形状の中子入りのキャビティの形状によっては、減圧効果がいささか小さい場合があり、このような薄肉複雑形状の中子入りのキャビティの形状については、中子の部位からの直接吸引方法によるさらなる改善が期待されていた。
【０００５】
従って、本発明の目的は、上記従来の課題を解決し、複雑形状で部分的に５ｍｍ以下の肉厚を持つ薄肉のステンレス鋳鋼や耐熱鋳鋼などにおいても、溶湯の流動性を向上して不廻り、湯境欠陥等を発生させず、空気や鋳型から発生するガスの溶湯中への巻き込みを少なくして凝固後の鋳物に吹かれ、湯じわ等のガス欠陥を発生させずに健全な鋳物を製造できる減圧鋳造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、通気性鋳型内の中子幅木部に空孔部を設け、減圧装置により前記空孔部から中子およびキャビティ内を減圧して鋳造すれば、中子入りでかつ複雑形状の薄肉ステンレス鋳鋼や耐熱鋳鋼などの鋳物においても、不廻り、湯境欠陥等を防止し、空気や鋳型から発生するガスを巻き込むことなく凝固後の鋳物に吹かれ、湯じわ等のガス欠陥を発生させずに健全な鋳物を得ることができるとの知見を得て、本発明に想到した。
【０００７】
すなわち、本発明の鋳造方法は、キャビティ、中子、湯口および堰部を有する通気性鋳型を減圧して溶湯を鋳造する減圧鋳造方法であって、前記通気性鋳型内のキャビティ形成部位に中子を埋設し、前記中子の中子幅木部に外部と連通する空孔部を設けるとともに、前記通気性鋳型からのガス吸引を遮断して、前記空孔部を介する前記中子および前記キャビティの減圧効果を向上させるため、前記空孔部が形成されている前記中子幅木部の外面にガス吸引防止塗型層を形成し、該空孔部に真空ポンプと減圧度制御手段を有する減圧装置の減圧吸引口を接続させ、前記減圧装置により前記空孔部を介して前記中子および前記キャビティ内を減圧しながら鋳造することを特徴とする。
【０００８】
そして、前記中子幅木部に設けた前記空孔部と連通する中子空洞部を前記中子に設け、前記空孔部の減圧値を前記湯口の減圧値より大きくして鋳造する。また、前記通気性鋳型からのガス吸引を遮断して、前記空孔部を介する前記中子および前記キャビティの減圧効果を向上させるため、前記空孔部が形成されている前記中子幅木部の外面にガス吸引防止塗型層を形成する。このガス吸引防止塗型層は、通気性鋳型材の珪砂６号砂よりも粒度の小さいジルコン系塗型剤を用い０．１〜０．４ｍｍ、例えば０．２ｍｍ厚さの塗型層を形成する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
通気性鋳型内の中子幅木部に外部と連通する空孔部を設け、該空孔部に真空ポンプと減圧度制御手段を有する減圧装置の減圧吸引口を接続させ、減圧装置により空孔部を介して中子およびキャビティ内を減圧して鋳造することにより、部分的に５ｍｍ以下の肉厚を持つ複雑形状の薄肉鋳物を不廻り、湯境欠陥、吹かれ、湯じわ等を出さず健全な鋳物として鋳造するためのキャビティ内圧力勾配、溶湯注入速度が確保でき、特に空気や鋳型から発生するガスを溶湯中に巻き込まないよう効果的に除去できる。
【００１０】
中子幅木部に設けた空孔部と連通する中子空洞部を中子に設けると、発生ガス除去効果をさらに高めることができる。
【００１１】
空孔部の減圧値を湯口の減圧値より大きくすると、溶湯の流れを乱すことなく溶湯の流動性を確保し、キャビティの薄肉部への溶湯の吸引鋳造効果が向上する。減圧値の調整は、減圧度制御手段の作動により真空ポンプの回転数を変化させることにより行うことができる。
【００１２】
また、減圧吸引は、搬送装置（図示せず）により通気性鋳型を搬送、位置させたところで、通気性鋳型の外面に向けて開口した空孔部から減圧装置により減圧吸引される。
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明の実施の一形態で、２個ごめの減圧鋳造装置を示す縦断面図である。本発明に供する減圧鋳造装置は、通気性鋳型１および減圧装置１２からなる。
減圧装置１２は、真空ポンプ１４と、中子幅木部１７に設けた空孔部１０の開口部１０ａに接続する減圧吸引口１３を一端に有するパイプ１６と、減圧吸引口１３と真空ポンプ１４との間に設置された減圧度制御手段１５とを有する。
【００１４】
通気性鋳型１には図２、図３に示すとおり、中子８により外径１２０ｍｍ、厚さ３．０ｍｍの薄肉スクロール部（排気ガスの通路となる部位）２１と、その上部および側方部に厚さ１５ｍｍの２個のフランジ部２２と、上方フランジ外周部に厚さ２０ｍｍ、高さ２５ｍｍの２個のボス部２３を持つ複雑形状で薄肉のキャビティ２を形成している。通気性鋳型１はコールドボックス型でけい砂６号を使用している。湯口５は通気性鋳型１の中央近くに設け、この湯口５に連続した湯道６と堰部７を設けている。そして、通気性鋳型１の中子幅木部１７には底面に向けて開口した空孔部１０を設け、中子８には空孔部１０と連通する中子空洞部９を設けている。なお、湯道６と堰７との間には、溶湯３に混入した固体不純物がキャビティ２内に流入するのを防ぐため、フィルタを配置するのが好ましい。また、キャビティを形成する通気性鋳型１の内面には、鋳型からの発生ガスをキャビティ内に吸引するのを防止するため、ガス吸引防止塗型を刷毛塗りまたはスプレーにより形成するのが好ましい。
【００１５】
図１に示すように、通気性鋳型１に埋設した中子８の中子幅木部１７の空孔部１０は、通気性鋳型１の下面に設けられた開口部１０ａから垂直に上方に向かって延び、中子空洞部９と連通している。中子空洞部９も上方に向かって垂直に延び、その先端が中子８の横方向幅が最大の略卵型の上端部位とほぼ同位置まで延びている。このために、中子８からの発生ガスを効率よく吸引除去できる。
【００１６】
減圧装置１２は真空ポンプ１４、減圧度制御手段１５、および通気性鋳型１の空孔部１０にフレキシブル管から密着させて減圧吸引を行う減圧吸引口１３を有している。
【００１７】
次に、上記の装置により鋳鋼鋳物を製造した減圧鋳造方法の実施に一形態について説明する。図２は、耐熱鋳鋼製鋳造品の自動車用ターボロータのタービンハウジング１９の外観図である。その縦断面図を図３に示すように、複雑形状であり、その鋳造品の中空部２０を形成するために、図４に外観を示すように、通気性鋳型１に埋設する中子８は単純な形状ではなく、うず巻き状部を有する中子形状である。この中子８を通気性鋳型の主型（図示せず）にセットすることにより中子８の周囲にはキャビティ２の薄肉部（この薄肉部が鋳造品の薄肉部２４である。）が形成される。  注湯ステーション（図示せず）に通気性鋳型１を搬送装置により搬入する。次に、通気性鋳型１の空孔部１０に減圧装置１２からの減圧吸引口１３を密着させる。そして、空孔部１０内の減圧値が、注湯前で−１００〜−２０ｍｍＨｇの範囲となるようにし、かつ空孔部の減圧値を湯口より大きくしている。その後取鍋４から所定量の溶湯をキャビティ２に注入して鋳造を行う。取鍋４内の溶湯温度は１５００〜１６００℃の範囲とした。鋳造した鋳鋼の化学組成を表１に示す。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
通気性鋳型１内で鋳鋼鋳物が凝固後、搬送装置で次の型ばらしステーション（図示せず）に搬出する。そして、鋳造前の別の通気性鋳型１を注湯ステーションに搬入する。上述の工程を繰り返し、必要とする数の鋳鋼鋳物を鋳造する。
図２および図３に示すフランジ付き複雑形状の薄肉鋳鋼鋳物を８０個鋳造して鋳物の品質を調査した。その結果、溶湯の注入速度が速く、かつ溶湯が乱れにくく、空気や鋳型から発生するガスを溶湯中に巻き込くことなく、全数、不廻り、湯境、吹かれ、湯じわ等の鋳造欠陥の発生は無く、健全であった。
【００２０】
図５は、中子空洞部から減圧吸引を行う他の実施の形態を示す縦断面図である。通気性鋳型（主型）１のキャビティを形成する部位に埋設された中子８の外周と通気性鋳型１との間にキャビティ２が形成される。この鋳造品は複雑形状で、図５に示すように、両側に耳状の薄肉部２を有し、この薄肉部を形成するために埋設した中子８は、この部位が厚く形成されており、当然のことながら中子からの発生ガスは多いと考えられる。従って、中子空洞部を減圧吸引口１３から垂直に上方に延ばし、その先端を耳状部位の近傍まで達するように形成する。この実施の形態により減圧吸引鋳造を行った結果は、吹かれ等の鋳造欠陥は発生せず、健全な鋳造品を得ることができた。
【００２１】
図６は、実施の比較形態を示す縦断面図である。この比較例においては、埋設する中子８は中実に形成されている。減圧吸引は、キャビティ薄肉部２から吸引部材２６を介して鋳型空洞部２７を通して減圧吸引口１３から減圧装置１２（図示せず）により減圧して鋳造した。吸引部材２６を通気性鋳型１よりも通気が良好な材料で形成したにもかかわらず、図７（平面図）に示すような薄肉部２の近傍に吹かれ、湯じわ状の鋳造欠陥が発生した。このことは、中子８が中実のものであるため、中実中子の外面からのみでは、発生ガスを吸引除去することが不十分であったことを示していると考えられる。
【００２２】
【発明の効果】
以上詳細に説明の通り、通気性鋳型内の中子幅木部に外部と連通する空孔部を設け、該空孔部に真空ポンプと減圧度制御手段を有する減圧装置の減圧吸引口を接続させ、減圧装置により空孔部を介して中子およびキャビティ内を減圧して鋳造することにより、以下の効果を奏する。
（１）溶湯の流れを乱すことなく溶湯の流動性を向上し、不廻り、湯境欠陥を防止する。（２）空気や鋳型から発生するガスを溶湯中に巻き込むことなく効果的に除去し、吹かれ、湯じわ欠陥を発生させない。
従って、複雑形状で薄肉のステンレス鋳鋼や耐熱鋳鋼などの鋳物を健全に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す減圧鋳造装置の縦断面図である。
【図２】タービンハウジングの外観図である。
【図３】タービンハウジングの縦断面図である。
【図４】中子の外観図である。
【図５】中子空洞部から減圧吸引を行う本発明の他の実施の形態を示す部分縦断面図である。
【図６】実施の形態の比較例を示す部分縦断面図である。
【図７】比較例における鋳造品の鋳造欠陥を示す部分平面図である。
【符号の説明】
１：通気性鋳型、２：キャビティ、３：溶湯、４：取鍋、５：湯口、６：湯道、７：堰部、８：中子、９：中子空洞部、１０：空孔部、１０ａ：空孔部の開口部、１１：押湯、１２：減圧装置、１３：減圧吸引口、１４：真空ポンプ、１５：減圧度制御手段、１６：パイプ、１７：中子幅木部、１９：タービンハウジング、２６：吸引部材、２７：鋳型空洞部、２８：吹かれ、湯じわ。
【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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