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JPS6234449B2 - - Google Patents
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JPS6234449B2 - - Google Patents

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JPS6234449B2
JPS6234449B2 JP59167224A JP16722484A JPS6234449B2 JP S6234449 B2 JPS6234449 B2 JP S6234449B2 JP 59167224 A JP59167224 A JP 59167224A JP 16722484 A JP16722484 A JP 16722484A JP S6234449 B2 JPS6234449 B2 JP S6234449B2
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JP
Japan
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slurry
mold
silicate
mullite
fired
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JP59167224A
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JPS6146346A (ja
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Takeshi Takayanagi
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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Publication of JPS6234449B2 publication Critical patent/JPS6234449B2/ja
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/16Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
    • B22C1/165Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents in the manufacture of multilayered shell moulds

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mold Materials And Core Materials (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、例えばNi基超合金の一方向凝固
鋳造による精密鋳型を得るためのインベストメン
トシエル鋳型の製造法に関する。
(従来の技術) 従来は、ジルコンあるいは溶融シリカフラワー
に、エチルシリケート加水分解液もしくはコロイ
ダルシリカのようなシリケート結合材を配合して
スラリーとし、このスラリーとジルコン、溶融シ
リカ、モロカイト、ムライトサンドの粒からなる
耐火物を交互に繰返し模型に塗布して作成したシ
エル状の鋳型を800〜1000℃に焼成してAl,Ti等
の活性元素の含有量の少ない耐熱合金に用いてい
た。
(発明が解決しようとする問題点) しかし、この方法では焼成過程でシリケート系
結合材からシリカが生成し、作製された鋳型のフ
エースコート層並びにシエル層には遊離シリカと
して存在するため、鋳型の高温強度が例えば1400
℃において20Kgf/cm2以下と低い。したがつて高
温において変形を起こしやすく、一方向性凝固鋳
造のように長時間、高温の溶湯と接する鋳型には
使用することができない。
また、上記鋳型のフエースコート面に存在する
遊離シリカはAl,Tiなど活性元素の含有量の高
いNi基超合金の溶湯に高温下で長時間接触して
いると、Al,Ti等の活性元素により還元されて
Siとなり、溶湯中へ混入して鋳造品の鋳肌を悪化
させたり、鋳造品の高温機械的性質を低下させ
る。したがつてこの鋳型を用いてはNi基超合金
の一方向凝固鋳造による良質な精密鋳造品が得ら
れないなどの難点がある。
また、以上の問題を回避するためにシリケート
系結合材に替えてアルミナ系結合材を使用する試
みもあるが、アルミナ系結合材にはシリケート系
結合材に比べて十分に強度のある鋳型が作製され
ないなどの難点がある。
そこで、この発明はシリケート系結合材を用い
て超合金の一方向凝固鋳造に適したインベストメ
ントシエル鋳型の製造法を開発することを目的と
する。
(問題点を解決するための手段) 以上の問題点を解決するため、この発明ではア
ルミナ粉をエチルシリケート加水分解液もしくは
Na2O含有量の少ないコロイダルシリカに代表さ
れるシリケート系結合材に加えてスラリーを調整
し、該スラリーをワツクス模型などの消耗性模型
の表面に塗布してフエースコート層を形成し、以
降その上に耐火物スタツコ材と該スラリーとを交
互に繰返して塗布してシエル層を形成した後、
1500℃以上で焼成するものである。
即ち、この発明による鋳型の製造法によると、
鋳型の焼成工程でシリケート系結合材より遊離し
たシリカはアルミナ粉との間でムライトを形成
し、したがつて鋳型のフエースコート層並びにシ
エル層中には実用上問題となる量の遊離シリカは
存在しなくなる。
この発明においてはシリケート結合材としては
従来インベストメントシエル鋳型用に使用されて
いるエチルシリケート加水分解液もしくはNa2O
含有量の少ないコロイダルシリカを使用し、シリ
ケート系結合材中には適量のアルミナ粉を配合し
てスラリーを調整する。なお、シリケート系結合
材中のシリカ分の全てがムライトを形成するに十
分な量のアルミナ粉とともにシリケート系結合材
中にジルコン(ZrO2・SiO2)、ムライト
(3Al2O・2SiO2)、スピネル(MgO・Al2O3)粉等
の耐火物を配合してスラリーを調整してもよい。
スタツコ材を構成する耐火物としてはアルミナ
乃至スピネル(MgO・Al2O3)、ムライト
(3Al2O3・2SiO2)などのアルミナの複酸化物、ジ
ルコニア乃至ジルコンなどのジルコニアの複酸化
物など従来より使用されている耐火物を挙げるこ
とができる。
鋳型の成型は、上記スラリーをワゾクス模型な
どの消耗性模型の表面に塗布してフエースコート
層を形成し、以降その上にスタツコ材と該スラリ
ーとを交互に繰返して塗布してシエル層を形成
し、次いで成型物を1500℃以上で焼成する。
ここで焼成温度を1500℃以上としたのはシリケ
ート系結合材より生成したシリカと上記アルミナ
粉と間でムライトを生成せしめ、鋳型中に実用上
問題にならない程度の遊離シリカしか存在せしめ
ないためである。
第1図a,bは、エチルシリケート加水分解液
にアルミナ粉とジルコン粉を加えて調整したスラ
リーをワツクス模型の表面に塗布してフエースコ
ート層を形成し、この上にアルミナ粒のスタツコ
材を塗布してバツクアツプコート層を形成して
800℃と1500℃で焼成して得られた鋳型の模式図
であるが、第1図aの800℃で焼成した鋳型のフ
エースコート層及びバツクアツプコート層はジル
コン、アルミナ、遊離シリカで構成されているの
に対して第1図bの1500℃で焼成した鋳型のフエ
ースコート層及びバツクアツプ層はジルコン、ア
ルミナ、ムライトで構成されている。
即ち、上記のようなシエル状の鋳型を1500℃以
上で焼成すると、エチルシリケート加水分解液よ
り生成した殆どのシリカがアルミナ粉と反応して
高温で安定なムライトが生成し、遊離シリカが実
用上問題にならない程度までの量となるのであ
る。
(発明の効果) 即ち、この発明によればシリケート系結合材を
用いてフエースコート層並びにシエル層中に遊離
シリカが殆ど存在しないインベストメントシエル
鋳型を製造することができるが、この鋳型はシリ
ケート結合材を使用しており、またフエースコー
ト層並びにシエル層中にはシリケート結合材より
遊離したシリカの殆どがムライトとなつて存在す
るため、高温下においても強度が低下することな
く、しかも鋳型のフエースコート面に遊離シリカ
が存在しないため、Al,Ti等の活性元素の含有
量の多いNi基超耐熱合金の一方向凝固鋳造に使
用しても遊離シリカによつて鋳造品の鋳肌が劣化
したり、鋳造品の高温下における機械的性質が低
下されるようなことはない。
したがつてこの発明により製造されたインベス
トメントシエル鋳型によれば、、Al,Ti等の活性
元素の含有量の多Ni基超耐熱合金の一方向凝固
鋳造において、良質な精密鋳造品を製造すること
ができる。
(実施例) 以下、この発明の実施例を示す。
実施例 1 主耐火物としてジルコンを、結合材としてエチ
ルシリケート加水分解液を用いた場合のインベス
トメントシエル鋳型。
スラリーの配合 ジルコン粉(10〜20μm) 145g アルミナ粉(99.8%以上Al2O37〜8μm) 45g エチルシリケート加水分解液(SiO2=16%)
100c.c. 第1次スラリーの濃度はZahn Cup No.5で20
秒程度、第2次以降のスラリーの濃度はZahn
Cup No.4で15秒程度に調整する。スタツコ材は
アルミナ(99.8%以上Al2O3)で、粒度は第1次が
105〜125μm、第2次以降は177〜210μmであ
る。
インベストメントシエル鋳型の成型はワツクス
模型の表面に第1次スラリーを塗布してフエース
コート層を形成し、その上から第1次スタツコ材
を塗布し、以降第2次のスラリーと第2次のスタ
ツコ材を交互に塗布してシエル層を形成して行な
い。成型物は800℃で2時間及び1500℃で1時間
焼成した。
800℃で2時間及び1500℃で1時間焼成した時
のフエースコート面のX線回析図は第2図a,b
に示す通りである。第2図aによれば、2θ=20
゜を中心に僅かにハローパターンが見られ、非晶
質の遊離シリカの存在を示している。第2図bに
よれば、第2図aのハローパターンは消滅し、ム
ライトの生成したピークが認められ、遊離シリカ
の殆どがアルミナと反応し、ムライトとなつたこ
とを示している。第3図は本実施例に従つて製作
し1300,1400,1500℃の各温度で焼成した時の
1400℃での曲げ強さを示した。1500℃での焼成で
はムライトが生成し、一段と高い強度が得られる
ことが明らかである。
次いで、この実施例で得られた鋳型を用いて下
記の組成のNi基超耐熱合金溶湯を1550℃で注湯
し、温度勾配G=60℃/cm、凝固速度R=10cm/
Hの条件で一方向凝固鋳造を行つた。
Cr=10%、W=4.52%、Co=5.20%、Ta=11
%、Ti=1.55%、Al=5.12%、Si=0.01%、Ni=
Bal 鋳造後の製品の分析値を下記に示した。
Cr=9.8%、W=4.53%、Co=5.22%、Ta=11
%、Ti=1.53%、Al=5.14%、Si=0.012%、Ni
=Bal Cr量の低下は溶解及び凝固制御時における蒸
発によるものである。回Siの増加は極めて小さ
い。鋳造品の高温性質も良好であつた。
実施例 2 スラリーの配合 ムライト(3Al2O3・2SiO2)粉(10〜20μm)
140g アルミナ粉(99.8%以上Al2O37〜8μm) 45g エチルシリケート加水分解液(SiO2=16%)
100c.c. スタツコ材には実施例1と同一粒度のアルミナ
を用い、スラリーの濃度も実施例1と同程度に調
整した。
インベストメントシエル鋳型の成型は実施例1
と同様に、ワツクス模型の表面にスラリーを塗布
してフエースコート層を形成し、以降この上から
スタツコ材とスラリーを交互に塗布してシエル層
を形成し、この成型したシエル鋳型を800℃で2
時間、1500℃で1時間それぞれ焼成した。800℃
で2時間、1500℃で1時間それぞれ焼成した時の
X線回析図は第4図a,bに示した通りである。
第4図aの500℃焼成では2θ=20゜を小さなハ
ローパターンが見られ、非晶質遊離シリカの存在
を示している。しかし、第4図bの1500℃での焼
成では、ハローパターンは消滅してムライトのピ
ークがより高くなり、遊離シリカがアルミナと反
応してムライト化し、ムライト量が増加したこと
を示している。
また、この実施例によるインベストメントシエ
ル鋳型により得られた前記組成のNi基超耐熱合
金の一方向性凝固鋳造品のSi量を分析した結果
0.003%の増加であつた。したがつて、この実施
例によるインベストメント鋳型によつても品質の
良いNi基超耐熱合金の一方向凝固鋳造品が得ら
れた。
実施例 3 スラリーの配合 アルミナ粉(99.9%、7〜8μm) 190g エチルシリケート加水分解液(SiO2=16%)
100c.c. スタツコ材はムライト粒を用いた。粒度は実施
例1に示したアルミナ粒と同程度である。インベ
ストメントシエル鋳型の成型は上記実施例と同様
に行ない、成型後1500℃で1時間焼成して鋳型を
製造した。このインベストメントシエル鋳型を用
いて前記組成のNi基超耐熱合金中のSi量を分析し
た結果、0.002%の増加であり、満足な製品であ
つた。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に用いるスラリーで成型した
インベストメントシエル鋳型を1500℃以下、及び
1500℃以上で焼成した場合に得られた鋳型の模式
図であり、第1図aは800℃で焼成したインベス
トメントシエル鋳型の構造を、第1図bは1500℃
で焼成したインベストメントシエル鋳型の構造を
示す。第2図aは、実施例1の配合により作成し
たインベストメントシエル鋳型を800℃で2時間
焼成した時のフエースコート面のX線回析図を示
し、第2図bは、第2図aに示したインベストメ
ントシエル鋳型を1500℃で1時間焼成した時のフ
エースコート面のX線回析図を示し、第3図は、
実施例1で得られたインベストメントシエル鋳型
の焼成温度と曲げ強さの関係を示す図、第4図a
は、実施例2で得られたインベストメントシエル
鋳型を800℃で2時間焼成した時のX線回折図、
第4図bは、第4図aに示したインベストメント
シエル鋳型を1500℃で1時間焼成した時のX線回
折図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 アルミナ粉をエチルシリケート加水分解液も
    しくはNa2O含有量の少ないコロイダルシリカに
    代表されるシリケート系結合材に加えて、スラリ
    ーを調整し、該スラリーを消耗性模型の表面に塗
    布してフエースコート層を形成し、以降はその上
    に耐火物スタツコ材と該スラリーとを交互に繰返
    し塗布してシエル層を形成した後、1500℃以上で
    焼成して、上記シリケート系結合材より生成した
    シリカと上記アルミナ粉との間でムライトを形成
    させるようにしたことを特徴とする超合金の一方
    向性凝固鋳造に用いるインベストメントシエル鋳
    型の製造法。
JP59167224A 1984-08-09 1984-08-09 超合金の一方向性凝固鋳型に用いるインベストメントシエル鋳型の製造法 Granted JPS6146346A (ja)

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