岩手県工業技術センター研究報告
各骨材の特性値(C社カタログより)
ﾑﾗｲﾄｻﾝﾄﾞ ｼﾘｶｻﾝﾄﾞ ｼﾞﾙｺﾝｻﾝﾄﾞ
粉体嵩密度 g/cm3
1.69
1.582.99
耐 火 度
1825
17301825
熱膨張率 300s後%‑0.02
1.390.18
熱伝導率
生型
0.49
0.72
0.87w/m・K
CO20.630.86
1.00
比熱 J/kg・K
1842
11301424
主な化学成分
A l2O3 61% SiO2
ZrO2 66%
SiO2 37%
SiO2 32%第６号（１９９９）

表１① ムライトサンド② シリカサンド③ ジルコンサンド

620℃

580℃

540℃
①②③500℃

図２

熱電対

図１

冷却性能測定用鋳型形状

鋳型の伝熱特性などがアルミニウム合金鋳物の溶湯の流動性、機械的性質などに及ぼす影響を調べた例はみられ100μｍ

ムライトサンドない。そこで本研究では、これらについて調べることを図３目的とした。
２各骨材を用いたときのAC4Cアルミニウム合金の冷却曲線

実験方法

シリカサンドジルコンサンド

各骨材を用いたときのAC4Cアルミニウム合金の組織観察結果

800700ジルコンサンドの３種類を用いた。そして各骨材の粒度600出来るだけ抑え、骨材の充填性による冷却性能の変化を少なくした。そのためシリカサンドは市販のA社製とB社製の砂を、またムライトサンドは、C社製の＃650と＃14500400

流動長指数は(JIS FN176)に統一し、粒度による充填性の差を(mm)

実験は表１に示したムライトサンド、シリカサンド、300200
10050の砂をブレンドした。ジルコンサンドは市販品をその0まま用いた。粘結剤はD社製を用い、その添加量は樹脂

ﾑﾗｲﾄｻﾝﾄﾞが2.5wt%(対砂比)硬化剤が18wt%(対樹脂比)とし、骨材への粘結剤の添加は小型バッチミキサーを使用して混練図４した。鋳物の冷却性能は図１に示すように100×100×15

ｼﾘｶｻﾝﾄﾞ骨材の種類ｼﾞﾙｺﾝｻﾝﾄﾞ

AC4Cアルミニウム合金の流動長に及ぼす骨材の影響3mmの板状のキャビティー内の中央部に熱電対を埋め込200み、各骨材で鋳型を作成した。その鋳型に溶湯処理を施180したAC4Cアルミニウム合金溶湯を注湯して、鋳型の冷却状流動長測定鋳型を骨材を変えて作成し、それぞれの鋳型から得られた鋳物の機械的性質、鋳型内における溶湯の流動長などを調べた。

160
24号試験片形状鋳型と渦巻き引張強さ (N/mm )速度を調べた。同様にJIS

140120100806040３

実験結果

200

ウム合金鋳物の冷却速度は、注湯温度750℃から500℃までの冷却時間で測定した。その結果を図２に示す。骨材

ムライトサンド1

自硬性鋳型の骨材を変化させたときの、AC4Cアルミニ

シリカサンド2

ジルコンサンド
3

骨材の種類

図５

AC4Cアルミニウム合金の機械的性質に及ぼす骨材の影響の熱伝導率は表１に示すように、ジルコンサンドが最も優れ、その次にシリカサンド、ムライトサンドの順とないため予想通りであったが、シリカサンドの冷却速度は、った。ジルコンサンドを使用したものは、熱伝導率が高予想に反してムライトビーズとほぼ同等であった。この有機自硬性鋳型の伝熱特性に及ぼす骨材の影響
表２各骨材から作った型の熱伝導率測定結果
骨材の種類
熱伝導率 (W／m・K)
ムライトサンド
０．４１３
シリカサンド
０．３１５
ジルコンサンド
０．６４１

表３ 各骨材の通気度測定結果
骨材の種類
通 気 度
手込め
つき固め
ムライトサンド
１６４８８．１
シリカサンド
１７５８７．９
ジルコンサンド
１３３２０．４
えられる。一方、シリカサンドの熱伝導率は0.72w/mKであり、ムライトサンドの0.49w/mKに比べて約40%も高くなっているが、伝熱特性はほぼ同じとなる。この伝熱特性が同じとなる理由について次に考えてみる。

100μｍ

ムライトサンド
図６

シリカサンドジルコンサンド

各骨材を用いて作った鋳型の充填状態観察
結果

表２は、それぞれの骨材を用いて、鋳型を作ったときと同条件で、20×40×120mmのブロックを作り、ブロックの熱伝導率をQTM迅速熱伝導率計(昭和電工株式会社製)を用いて測定したときの結果を示す。砂型の熱伝導率の測定結果は、測定方法によっても変化するようであことは、図３のそれぞれのアルミニウム合金の組織観察

る1) が、この結果では、ジルコンサンドの熱伝導率が最結果からも云える。つまりムライトサンドとシリカサンも高くなり、表１の結果と変わらないが、ムライトサン

ドでは共晶Siの生成状況や寸法はほぼ同じで、冷却速度ドとシリカサンドを比較すると、表１の結果に反し、むの差は観察されなかった。

しろムライトサンドの方が熱伝導率は高くなることが分

次に、３つの骨材から作った流動長測定鋳型を用いてかった。

アルミニウム合金の流動長を測定した結果を図４に示し

図６はそれぞれの骨材を用いて作製した鋳型の充填状た。ムライトサンドとシリカサンドの流動長は、650mm

態観察結果を示した。粒度指数はすべて一定にしてある前後とほぼ同等となった。一方、冷却速度の速いジルコにも関わらず、ムライトサンドおよびジルコンサンドをンサンドを骨材とした鋳型の流動長は、ムライトサンド骨材とした場合は、ほとんど空隙は見られないが、シリおよびシリカサンドを骨材とした鋳型の約2/3となるこカサンドを用いた場合のみ、中心部にあるような黒い空とが分かった。

隙が見られる。また、それぞれの骨材の形状を見てみる

図５は、骨材の種類を変化させたときのAC4Cアルミニと、ムライトサンドは完全な球形をしており、シリカサウム合金の引張強さおよび伸びの測定結果を示した。アンドは不定形状になっていることが分かった。そこで、ルミニウム合金は同じ溶湯から採取したものであり、結表３には、それぞれの骨材の通気度を手込め状態と３回晶粒微細化処理、改良処理は行っておらず、鋳放し状態つき固めた状態で測定した結果を示した。不定形状のシの試料を測定した。いずれもJISの規定値を満足していリカサンドは、球状のムライトサンドに比べて手込めのるが、冷却速度の速いジルコンサンドを骨材として用い状態の通気度が高いことが分かった。つまり軽く砂を充た方が、強度は約15%高くなる。しかし、伸びは逆に低填した状態では、シリカサンドを骨材に使用すると空隙くなることが分かった。これは、図３の共晶ｼﾘｺﾝの寸法が多くなると考えられた。

と関係しており、細かいものほど強度が高くなり、伸びところで自硬性鋳型の場合、生砂型やCO鋳型などと2が低下したと考えられる。また、シリカサンドとムライ比較して鋳型を作製するとき、硬化剤が固まる前に素早2
トサンドの引張強さは140N/mm,伸びは約2.5%であり、く充填し、短時間で成型しなければいけないため、十分共晶ｼﾘｺﾝの寸法がほぼ同じであることから、機械的性質につき固めることは不可能となる。そのため、図６に示もほぼ同等となることが分かった。

したように、流動性の良い球形の形をしているムライトサンドは、特に充填性が良くなり、空隙が少なくなった

４考察と考えられた。一方シリカサンドの場合、形状が一定でこれまで述べてきたように、有機自硬性鋳型用骨材の無く、また流動性が悪いため、充填したときに空隙が多種類をムライトサンド、シリカサンドおよびジルコンサく発生し、この隙間が鋳型全体の断熱効果を高くし、結ンドと変化させ、鋳型内における合金の冷却速度、流動果として熱伝導率が低下したと考えられた。以上の結果

長、組織および機械的性質などを測定した結果から判断

より、有機自硬性鋳型用骨材としてのシリカサンドとムすると、それぞれの鋳型の伝熱特性は、ジルコンサンド

ライトサンドを比較した場合、ほぼ同等の冷却性能になが最も優れ、シリカサンドとムライトサンドはほぼ同等ったものと考えられた。

となることが分かった。ジルコンサンドは、この３つの骨材の中で、熱伝導率が0.87w/mK(表１の生型の場合、以下同)と最も高いことから、伝熱特性は高くなると考５

結論

有機自硬性鋳型用骨材としてシリカサンド、ムライト

岩手県工業技術センター研究報告第６号（１９９９）サンドおよびジルコンサンドを使用した鋳型の伝熱特性

た場合、流動性が悪いため、鋳型内での充填性がムラを、アルミニウム合金を用いて比較した結果、以下の結イトサンドに比べて低下し、空隙が発生し易くなり、論が得られた。

鋳型全体の熱伝導率が悪くなるため、伝熱特性がムラ

１）アルミニウム合金の冷却速度、流動長、機械的性質イトサンドとほぼ同等となると考えられた。

や組織などから判断して伝熱特性が最も優れているの
文

は、ジルコンサンドであり、シリカサンドとムライトサンドは、ほぼ同等となることが分かった。
２）シリカサンドは有機自硬性鋳型用骨材として使用し

1)久保公雄、大中献
逸雄、福迫達一「最適化手法による砂型の熱伝導率の測定」：鋳物,53.1981.31.