平成3年度 研究報告 大分県工業試験場

3 消失模型鋳造法におけるマグネシウム合金鋳物への適用
機械部 吉 浦 洋 之込み実験を行った。この実験で枠内の減圧度、注湯1 はじめに近年、材料の軽薄化が叫ぼれている中で急速に需要の伸びが大きいのが比重の軽いアルミニウム合金

温度、鋳込み方案等適性条件を見いだすことであった。

である。しかし八4g合金は更にアルミに対し2ノ′／3の（1）実験装置1．7の比重であり、実用金属合金中もっとも軽い。し予備発泡磯、ビーズ乾燥機、半自動成形機、砂充填及び減圧装置を用いた。

かも相当の強度があり、機械加工面からは鉄鋼の10倍の切削速度があり、切削工具の摩耗も少なく、寸（2）模型の形状及び鋳造方案法の経年変化等も少ない特徴を有する。これらの特区＝には階段型試験片の斜園を示す。この階段型

徴を生かした面で自動車、航空機、ポータブル機器

は薄い部分でユ2m皿、厚い部分で60mmの肉厚があり、等の需要も伸びつつある。

各段12Ⅰれmずつの肉厚莞で5段階となっている冷却速度によって組織に影響を及ぼす。本実験では鋳造方

今回取り組む鋳造法はスチレンビーズを40〜45倍に予備発泡し、金型中へ充填発泡して得られた階段案を縦込めとした。試験片の採取は各段を切断して型の模型を使用した。この模型の表面に塗型を施し、JISによる試験片に加工を施し、機械的試験及び頗バラ砂中に埋設したのち、枠内を弱減圧にして鋳込微鏡組織写真に供した。

む方法である。

（3）供試材

表1には実験に用いた発泡ポリスチレン、有機及

そこで階段型発泡模型の表面に有機性の塗型材及び無機性の塗型材を塗布してマグネシウム合金を鋳び無機塗型材、模型充填用珪砂、マグネシウム合金込み、鋳造方案、塗型の通気性、材質面からみた組鋳物について示す。
（4）通気度試験片作成条件

織等を中心に調査研究した。

表2には、通気度試験に供する試料作成条件について示す。

2 実験方法階段塑に製作したAI材の金型中に45倍に予備発プラタリーサンド5号に7％の水ガラスを混練泡したビーズを充填して模型を作成し、有機性、無し、￠50×50Hの試験片作成用筒に￠50×20Ilになる機性の塗型を施して乾燥後、バラ砂中に埋設して鋳ように調製後CO2ガスにて硬化し、乾燥後、有機性

表1 供名

試 材

称

発泡 ポリ ス チ レ ン（C6H5CH＝CII2）
塗溶型
解材

料用 珪 砂ラタリーサンド）材

マグネシウム合金鋳物（Al：9％，ZIl：1％，Ca5％，残〜1g）（九丁試試料）
35〜48111eShピークでSiO299．5％を香し、比重は1．6〜i．8

平成3年度 研究報告 大分県工業試験場

塗型材及び無機性塗型材を低面部に付着させたのち、乾燥して通気度試験に供した。

本来発泡スチロール模型の表面に塗塾を施して鋳込むため、CO2塾への付着は問題があるものの、封Sによる通気度測定上からはこの方法が適当と思われ

表2 通気度試験条件

る。基本的には鋳物表面に焼付、さし込みを防止するために塗型をする事であり、通気性の面からはな試料作成方法るだけ薄膜であることが望ましい。しかし、鉄系で試験片作製簡（￠50）は充分なる塗型がなされていないと欠陥に結びつき凄不良の原因となる。本実験では、新しく開発された
珪砂＋水ガラス

有機性塗型材を評価するために、従来から使用されている無機性塗型材についても試験を行い比較、検討した。

0（ザーンカップ13秒）＋ 無機性塗型材

げ耶甲（ポ、仙メ度67．7）

6

麒701）鋳型製作：CO2型の低面に塗型材を付着
2）乾燥時間：350CX3時間乾燥し測定
3）通気度算出式：
P＝

ロ 有機性塗塑材

180号

塗型膜

＼■ li

ヽ＼P XAxT

P：通気度ぐ）213

塗 型 厚（mm）

Ⅴニ通過する空気量（2000ml）
H：試験片高さ（20mm）
p：空気量（cmH20）
T：Ⅴが通過するのに要する時間
A：試験片の断面積（cm2）、、＼ ＼n一口ニセ

図2 塗型厚に対する通気度の関係
図2の塗型の厚みに対する通気度の関係では、無機性の塗型材に対し、有機性の塗型材は極端に低い結果となっている。有機性の厚みが1mm近傍では通気度が5付近となるが、無機性の塗型材では通気度が2近傍となり、従って通常使用の通気度は有機性では0。7mm、無機性では1．5mm迄の使用が望ましいと思われる。
有機性、無機性の塗塾材について通気度測定後、試験片を切断しその断面をSEM像で分析した状況

図ユ 階段型試験片による試料採取位置について写真1に示す。
（2）砂の充填及び鋳込条件

3 実験結果及び考察（1）塗型厚と通気度

表3は砂の充填及び鋳込み条件を示したものである。

囲2は有機性の塗型及び無機性塗型の比較につい

アルミ材及びマグネシウム合金等の軽金属では過て塗型の厚みに対する通気度を求めたものである。

減圧にならない注意が必要である。本実験に用いた

CO2砂型へ塗塑材を付着後乾燥させ、J‡Sに基づ階段状の形状では、60mmの肉厚部と12Tnmの肉厚部のく手法によって通気度を算出した結果である。
粘性の異なる有機性塗型材と、無機性塗型財での差があることから、一定量の減圧は必要と考え、低比較は困難であるが塗型厚の面から一応の目安としが確たる差を認めなかった。

た。
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減圧と無減圧について強度及び組織上の比較をした

平成3年度 研究報告 大分県工業試験場いるのは▼消失模型鋳造法の特性であると考えられる。

また、下段の図は、階段塾試験片の格段の中央部分について硬度を測定した結果である。肉厚12mⅢの部分でH別8であるのに対し、肉厚60Ⅵ！mの部分ではHB45であった。このことから薄肉部分は若干厚肉部分より高いものの差は小さい。したがって、鋳放しにおける硬さについては引張強度程の羞はないと思われる。

写真1：有機ヲ 無機塗型の断面（SEM像）
12243648

振動条件 振動パターン（Hz）

減圧度（111mHg）

6（） 100 15020r） 25〔l

試験片＼厚さ（mm）

表3 砂の充填及び鋳込み条件

図3 試験片厚きに対する収縮率

鋳込条件

Ⅹ Y Z 時間 設定時 鋳込時 溶解温度鋳込温度

減 圧 48 45 18 3分 −80 50 700ロC 6500C

無減圧

7000C 6500C（3）肉厚形状による収縮及び機械的性質
図3は、階段塾試験片の収縮率を示したものである。 測定結果から模型の寸法に対する鋳物の収縮率
では肉厚10mlnから60mmまでは収縮率が大きいもののそれ以上の寸法になると収縮率の差は小さくなって僅かに減少する。したがって、L25％〜1％の範囲での減少であるため、JISの規格表と比較した場合、マグネシウム合金鋳物の伸び尺は10／1000〜12ハ000であることであり、ほぼ規格どうりの収縮率であった。

】28Å、8B、8C、8Dとそれぞれ採取した強度試362∫148611

肉厚（mm）

図4は、階段型試験片の各肉厚の部分からJ‡Sの図4 肉厚に対する強度及び硬さの関係験の結果である。肉厚に12mmの部分では140（N／mm2）であるのに対し、肉厚60mmでは125（N／mm2）の強度（4）顕微鏡組織写真

善が生じている。この原因は鋳込み後における冷却

写真2は、9AIwIZn5Caに調合したマグネシウム速度の影響である。また、組織の面からも緻密になっているものと思われる。JISの砂型鋳造との比較
では、強度面では、10〜20（N／mm2）程度低くなって合金鋳物の基地組織である。
デンドライト状に伸びた結晶組織は金型鋳造組織に近く、Mg基地の他α及びβ等の混合組織となっ〉〟 39平成3年度 研究報告 大分県工業試験場の組織写真である。

この写真から、厚肉郡から序々に薄くなるに従って結晶粒界の大きさも小さくなっている。特に肉厚12mmの部分では、肉厚60mmの部分と比較して結晶粒界の大きさが1／10以下となり緻密な組織となっている。

写真2 素材のMg合金鋳物

この原因として、薄肉郡程冷却速度が速いために組織が緻密となる。

したがって、厚内部が最終凝固郡となることから、ている。

写真3は、図2の階段型試験片に縦込め方案で弱減圧（50〜80mnlHg）にして650DCで鋳込んだ組紹

厚肉部では結晶粒界が成長し、組織が粗大化する。
−一方、薄肉部では冷却速度が速いことから、結晶粒界もデンドライト状が残っており、緻密な結晶とである。

写真3−1は、試験片N（）．1で12mmの肉厚部、3−2は試験片NO．2で48mm肉厚部、3−3は試験なっている。また、NO．6の押湯部分では本来最終凝固部であることから結晶粒界も粗く大きくなるは

片N（〕．3で36mmの肉厚部、3−∠lは試験片NO．4ずであるが、結晶粒界の大きさが肉厚4紬m′〜36mm部

で48mmの肉厚部、3¶5は試験月￣NO．5で60mmの肉分とほとんど羞を認めていない。

厚郡、3−6は押湯部でそれぞれ100倍の光学顕微鏡

写真3 階段型試験片の顕微鏡組織40 ▼この理由として、鋳鉄等の鉄系に比較して冷却速

写真4 Mg合金鋳物のSEM及びEPMA像

平成3年度 研究報告 大分県工業試験場

度が遅く、極端な肉厚の差がないと組織面でも現れないためだと考えられる。
写真4は走査型電子顕微鏡による2000倍に拡大したMg合金鋳物の組織写真及び組織部の分析写真である。

4州1は、SEM像によるMg合金鋳物特有の組織である。（光学顕微鏡では白い部分が、SEM像では黒く、黒い部分が白く逆転している。）

4【2は、組織全体の中に占めるMgの分布状態で無機性は粗となっている。
（2）砂の充填及び鋳込条件

砂を充填する振動パターンⅩ、Y共50未満、Zは20未満でよい（階段型試験片の縦込み）。
また、枠内の減圧は極力小さい方がよく上限を【80mmHgまでがよい。
鋳込み温度は6500C以下でよく、580ロCでも好結果が得られた。
（3）形状による収縮および機械的性質を分析した写真である。4−1で観察した縞模様の模型の寸法に対する鋳物の収縮率では、肉厚10mm中の黒い部分及びその他の球状になった部分はMgから60mm位までは収縮が大きいがそれ以上の寸法にである。

なると収縮の差は小さくなる。

4−3は、組織全体に占めるÅ1の分布状態を分階段型試験片の薄肉部程、引張強度は高くなって析した写真である。4−1で観察した白い縞模様のおり、12mmの部分と60mmの部分の差は薄肉部の方が部分にÅ1が凝集しているのが観察される。

10％強高くなった。JISによる強度の比較では、若干4 4は、組織全体に占めるCaの分布状態を分下回っている原因は、消失模型鋳造法の特性と考え析した写真である。4−3で観察したAlの分布とられる。また、硬さの面からは極端な差は認められ同Ⅷ一の分布状態で合致する。従って4【1で観察しなかった。

た白い縞模様はAi−十Caである。

（4）顕微鏡組織写真

9Å11Zn−5Caに調合したMg合金鋳物の基地組4 まとめ
今回調査研究したMg合金は高温（800Dc）にしても不燃の状態を保つことができたことと、塗型の種織に対し、再溶解後の組織は拡大しており、10倍強の結晶粒となった。
階段型試験片の肉厚60mmから肉厚24mmまではあま類による鋳物への影響は顕著には表れなかったこと

り差がなく、肉厚12m皿では急激に組織が緻密となり、等が実験の結果明らかとなったが、特に有機性の塗デンドライト状となる。

型材が今後普及されることから、燃焼時におけるメカニズムについて今後明らかにしていきたい。
（1）塗型厚と通気度

縞模様となっている部分はE㌘MAで分析した結果、AlとCaの混合組織で他はMgであった。
以上の実験結果で明らかなように消失模型鋳造法

有機性塗塾材は従来の無機性塗塾材に比較して、によるマグネシュウム合金鋳物の鋳放しにおける引軽量で乾燥が早く、強度も高い等の特徴を有するが同一の塗型厚では無機性に比較して通気度は低下す

張強度、硬さ及び顕微鏡組織面から、JISによる砂型る。
¶一回付着量が針35mmでほ100を示し高い通気性を鋳造より若干下回った。
今後は、溶体化処理によって強度の向上をはかり、耐腐食性にも取り組む所存である。

示すが2回目の付着になると極端に低下し、15とな参考文献

る。−一一方、無機性塗型では3回付着からは3以卜となり極端に低下した。

したがって、塗塾の付着回数は少ない方が望ましいため、有機性塗型材ではザーンカップ5号を用い

1∴静物設計：日刊工業新聞社
2．非鉄合金鋳物：／／
3．工業試験場研究報告：平成2年度て10秒位にすれば一回塗りで通気度は70位になる。
無機性塗型材ではボ山メ度を68位にすれば付着量も増し、一回塗型で通気度は50〜60になる。

通気性についてSEM写真でみると、有機性は密41＝肌〝