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JPH0626746B2 - Calcia shell mold - Google Patents
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JPH0626746B2 - Calcia shell mold - Google Patents

Calcia shell mold

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JPH0626746B2
JPH0626746B2 JP1020312A JP2031289A JPH0626746B2 JP H0626746 B2 JPH0626746 B2 JP H0626746B2 JP 1020312 A JP1020312 A JP 1020312A JP 2031289 A JP2031289 A JP 2031289A JP H0626746 B2 JPH0626746 B2 JP H0626746B2
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calcia
layer
mold
silica
shell mold
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勤也 鎌田
通 出川
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Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はカルシアシェル鋳型に係り、特に鋳造特性、機
械的特性に優れたカルシアシェル鋳型に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a calcia shell mold, and more particularly to a calcia shell mold excellent in casting properties and mechanical properties.

[従来の技術] 従来、精密鋳造用鋳型としては、一般にSiO,Al
,ZrOを主体として構成された鋳型や黒鉛鋳
型が提案されている。しかしながら、SiO等の酸化
物系鋳型は、活性金属に対する安定性が低く、活性金属
を含む合金の鋳造に用いた場合、鋳型構成材から酸素が
溶出し、溶湯汚染が起こるという欠点がある。また、黒
鉛鋳型では炭素による溶湯汚染の問題がある。
[Prior Art] Conventionally, as a casting mold for precision casting, generally, SiO 2 or Al is used.
A mold mainly composed of 2 O 3 and ZrO 2 and a graphite mold have been proposed. However, an oxide-based mold such as SiO 2 has low stability against an active metal, and when used for casting an alloy containing an active metal, it has a drawback in that oxygen is eluted from a mold constituent material to cause molten metal contamination. Further, the graphite mold has a problem of molten metal contamination by carbon.

このような鋳型構成材による溶湯汚染を防止するため
に、鋳型内面をYやWでコーティングする方法も
知られているが(特開昭63−115644号)、この
ようなコーティングを行なうことは鋳型のコストアップ
を招き、好ましくない。
A method of coating the inner surface of the mold with Y 2 O 3 or W in order to prevent the contamination of the molten metal by the mold constituent material is also known (Japanese Patent Laid-Open No. 63-115644), but such coating is performed. This leads to an increase in the cost of the mold and is not preferable.

これに対し、活性金属にも安定な鋳型としてカルシア
(CaO)鋳型が提案されている。CaOは熱力学的に
高温でも安定であるために活性金属に対しても溶湯汚染
の問題が殆どなく、その上、特有の精錬作用を有するこ
とから、Ti,Zr等の高活性金属或いはCr,V等の
高融点金属の鋳造用鋳型材として極めて有効である。
On the other hand, a calcia (CaO) template has been proposed as a stable template for active metals. Since CaO is thermodynamically stable even at high temperatures, there is almost no problem of molten metal contamination with active metals, and since it has a unique refining action, highly active metals such as Ti and Zr or Cr, It is extremely effective as a casting mold material for refractory metals such as V.

従来のカルシア鋳造は、金型成形又はスリップキャステ
ィング等の方法により成形した後焼成して製造されてい
る。
Conventional calcia casting is manufactured by molding by a method such as die molding or slip casting and then firing.

[発明が解決しようとする課題] カルシア鋳型は溶湯との反応性がなく、溶湯汚染の問題
がないなど、優れた鋳型ではあるが、複雑形状のものを
高精度にかつ効率的に製造することが難しく、鋳型形状
に制限があるという欠点があった。また、鋳型強度を確
保するために、鋳型肉厚を10mm以上とする必要があ
り、更にバックアップ層を必要とするなどから、 鋳型の保温性が高いため、微細組織の鋳物を得ること
が難しい。
[Problems to be Solved by the Invention] A calcia mold is an excellent mold, such as no reactivity with molten metal and no problem of molten metal contamination, but it is to manufacture complex shapes with high precision and efficiency. However, there is a drawback that the mold shape is limited. Further, in order to secure the mold strength, it is necessary to set the mold wall thickness to 10 mm or more, and a backup layer is required. Therefore, it is difficult to obtain a cast product having a fine structure because the mold has high heat retention.

製品部が保温されるため押湯効果が低く、製品歩留り
が悪い。
Since the product part is kept warm, the effect of feeder is low and the product yield is poor.

鋳型原料のCaOを多量に必要とし、鋳型コストが高
い。
A large amount of CaO as a raw material for the mold is required, and the cost of the mold is high.

等の問題点もあった。There were also problems such as.

本発明は上記従来の問題点を解決する、薄肉のカルシア
シェル鋳型を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a thin-walled calcia shell mold that solves the above conventional problems.

[課題を解決するための手段] 本発明のカルシアシェル鋳型は、カルシアを主体とする
型面層と、該型面層の外表面を被うシリカ層又はアルミ
ナ層よりなる被覆層とを備えてなり、肉厚が9mm以下の
薄肉シェル構造であることを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] The calcia shell mold of the present invention comprises a mold surface layer mainly composed of calcia, and a coating layer composed of a silica layer or an alumina layer covering the outer surface of the mold surface layer. And has a thin shell structure with a wall thickness of 9 mm or less.

以下に本発明を図面を参照して詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は本発明のカルシアシェル鋳型の一実施例を示す
断面図、第2図(a)〜(d)は本発明のカルシアシェ
ル鋳型の製造方法の一例を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the calcia shell mold of the present invention, and FIGS. 2 (a) to (d) are sectional views showing an example of the method for producing the calcia shell mold of the present invention.

図示の如く、本実施例のカルシアシェル鋳型1は、内面
の型面層がカルシア質層2で構成され、このカルシア質
層がシリカ層3で被覆されているものである。
As shown in the figure, in the calcia shell mold 1 of this embodiment, the inner mold face layer is composed of a calcia material layer 2, and this calcia material layer is covered with a silica layer 3.

本発明において、型面層のカルシア質層2は、CaO含
有量が高いもの程化学的安定性、耐熱性に優れることか
ら、カルシア質層2はCaO含有量95重量%以上、好
ましくは98重量%以上であることが望ましい。
In the present invention, the calcia layer 2 of the mold surface layer has a higher CaO content and is more excellent in chemical stability and heat resistance. Therefore, the calcia layer 2 has a CaO content of 95% by weight or more, preferably 98% by weight. % Or more is desirable.

また、カルシア質層2の型面層を被覆する層は、カルシ
ア質層に、耐消化性や、鋳型の製造過程における脱ろ
う、焼成等に対する強度を付与するために形成するもの
であることから、これらの特性改善に有効なものとし
て、シリカ層の他、アルミナ層を採用することもでき
る。
In addition, the layer covering the mold surface layer of the calcia layer 2 is formed in order to give the calcia layer resistance to digestion and strength against dewaxing, firing, etc. in the process of producing the mold. In addition to the silica layer, an alumina layer can be adopted as an effective material for improving these characteristics.

本発明において、鋳型の形状等には特に制限はないが、
型面層のカルシア質層2の厚さは、通常の場合1〜3mm
程度とするのが好ましい。カルシア質層2の厚さが1mm
未満では、カルシア鋳型としての溶湯汚染防止効果等が
十分に得られず、3mmを超えると鋳型の放熱特性が低下
する。また、このカルシア質層2を被覆するシリカ層3
又はアルミナ層の被覆層の厚さは、通常の場合、2〜6
mm程度とするのが好ましい。シリカ層3又はアルミナ層
の厚さが2mm未満では、カルシア質層2の耐消化性、強
度等の補強効果が十分に得られず、6mmを超えると、鋳
型の放熱特性が低下する。本発明によれば、このよう
に、厚さ1〜3mm程度のカルシア質層を厚さ2〜6mmの
シリカ層又はアルミナ層で被覆することにより、厚さ9
mm以下の薄肉シェル構造のカルシアシェル鋳型とするこ
とができる。
In the present invention, the shape of the mold is not particularly limited,
The thickness of the calcia layer 2 of the mold surface layer is usually 1 to 3 mm.
It is preferably about the same. The thickness of the calcia layer 2 is 1 mm
When it is less than 3 mm, the effect of preventing contamination of molten metal as a calcia mold is not sufficiently obtained, and when it exceeds 3 mm, the heat dissipation property of the mold is deteriorated. Further, the silica layer 3 covering the calcia layer 2
Or, the thickness of the coating layer of the alumina layer is usually 2 to 6
It is preferably about mm. If the thickness of the silica layer 3 or the alumina layer is less than 2 mm, the effect of reinforcing the calcia layer 2 such as digestion resistance and strength cannot be sufficiently obtained, and if it exceeds 6 mm, the heat dissipation characteristics of the mold deteriorate. According to the present invention, by coating the calcia layer having a thickness of about 1 to 3 mm with the silica layer or the alumina layer having a thickness of 2 to 6 mm as described above,
A calcia shell mold having a thin shell structure of mm or less can be used.

以下に、第2図(a)〜(d)を参照して、本発明のカ
ルシアシェル鋳型を製造する方法について具体的に説明
する。
Hereinafter, the method for producing the calcia shell mold of the present invention will be specifically described with reference to FIGS. 2 (a) to (d).

本発明のカルシアシェル鋳型の構造にあたっては、ま
ず、予め鋳造する製品形状に製造したろう模型10を用
い(第2図(a))、この外表面にカルシア質層2を形
成する(第2図(b))。
In the structure of the calcia shell mold of the present invention, first, a wax model 10 manufactured in a product shape to be cast in advance is used (Fig. 2 (a)), and a calcia layer 2 is formed on the outer surface (Fig. 2). (B)).

コーティングは、通常のシェルモールド法のコーティン
グと同様に行なうことができ、ろう模型10を耐火性バ
インダとCaO微細粒子を混合したカルシアスラリー
(泥漿)に浸漬して、スラリーを付着させ(ディッピン
グ)、次いでこのスラリーが乾燥する前に、この付着層
面にCaO粉末をまぶして(サンディング)乾燥し、C
aO層を形成する。ディッピングに用いるカルシアスラ
リーは、例えば、5重量%CaClエタノール溶液に
♯200以下、純度99%以上のCaO微粉を混合して
調製される。スラリーのエタノールとCaOの重量比
は、エタノール:CaO=1:1.5〜4とするのが好
ましい。このカルシアスラリーにはカルシア質層の焼成
強度の向上のために、1重量%以下のSiOゾル、1
重量%以下のAlゾルを添加しても良い。また、
サンディングに用いるCaO粉末の粒径は粒径0.7〜
0.3mmの範囲であることが好ましい。このディッピン
グ、サンディング及び乾燥操作は、2〜4回程度繰り返
して行ない、所望の厚みのカルシア質層2を形成する。
なお、乾燥はコーティング層に割れ等が入るのを防ぐた
めに、恒温恒湿の室内で行なうのが好ましく、通常、温
度は常温、湿度は50〜60%程度とする。また、乾燥
と次のディッピングとの間は2〜4時間おき、十分に乾
燥してから次のコーティングに移るのが好ましい。
The coating can be performed in the same manner as the coating of a normal shell mold method. The wax model 10 is dipped in a calcia slurry (slurry) in which a refractory binder and CaO fine particles are mixed, and the slurry is adhered (dipping), Then, before the slurry dries, CaO powder is sprinkled (sanded) on the surface of the adhesion layer to dry it.
An aO layer is formed. Calcia slurry used in dipping, for example, # 200 to 5 wt% CaCl 2 solution in ethanol or less, is prepared by mixing CaO fines more than 99% pure. The weight ratio of ethanol to CaO in the slurry is preferably ethanol: CaO = 1: 1.5 to 4. This calcia slurry contains 1 wt% or less of SiO 2 sol, 1
It may be added the weight percent of Al 2 O 3 sols. Also,
The particle size of CaO powder used for sanding is 0.7-
It is preferably in the range of 0.3 mm. The dipping, sanding and drying operations are repeated 2 to 4 times to form the calcia layer 2 having a desired thickness.
In order to prevent the coating layer from cracking, the drying is preferably carried out in a constant temperature and constant humidity room, and the temperature is usually room temperature and the humidity is about 50 to 60%. In addition, it is preferable that a period of 2 to 4 hours is provided between the drying and the next dipping so that the coating is sufficiently dried before the next coating.

次いで、上記と同様のコーティング法により、シリカ層
3を形成する(第2図(c))。例えば、アルコール等
の非水系シリカゾルにジルコンフラワー、シリカフラワ
ーアルミナフラワー等を、シリカゾル:フラワー=1:
4〜1.5(重量比)で混合してなるスラリーを用いて
ディッピングを行ない、粒径1〜2mm程度のシリカ粒子
をサンディングし、乾燥する。このディッピング、サン
ディング及び乾燥操作も2〜4回行なって、所望厚さの
シリカ層3を形成する。
Next, the silica layer 3 is formed by the same coating method as described above (FIG. 2 (c)). For example, zircon flour, silica flour, alumina flour, etc. are added to non-aqueous silica sol such as alcohol, and silica sol: flower = 1:
Dipping is performed using a slurry obtained by mixing at 4 to 1.5 (weight ratio), and silica particles having a particle diameter of about 1 to 2 mm are sanded and dried. The dipping, sanding and drying operations are repeated 2 to 4 times to form the silica layer 3 having a desired thickness.

ろう模型10にカルシア質層2を形成したのみでは、耐
消化性、成形強度、脱ろう強度、焼成強度に劣るが、カ
ルシア質層2をシリカ層3又はアルミナ層で被覆するこ
とにより、耐消化性、強度等が高められる。
Although only the calcia layer 2 formed on the wax model 10 is inferior in digestion resistance, molding strength, dewaxing strength, and firing strength, by coating the calcia layer 2 with the silica layer 3 or the alumina layer, The properties, strength, etc. are enhanced.

必要に応じてカルシア質層2及びシリカ層3を形成した
後は、更に熱硬化性バインダーをコーティングして樹脂
被膜4を形成する(第2図(d))。この樹脂被膜4
は、脱ろう時の鋳型クラックを有効に防止する。この樹
脂被膜4は、脱ろう後の焼成により焼失する。用いる熱
硬化性バインダーとしては特に制限はなく、形成する樹
脂被膜4の厚さは通常の場合、0.5〜3mm程度とされ
る。樹脂被膜4の厚さが0.5mm未満では十分なクラッ
ク防止効果が得られず、3mmを超えてもクラック防止効
果に差異はなく、使用バインダー量が徒らに増加しコス
トアップを招くため好ましくない。
After forming the calcia layer 2 and the silica layer 3 as needed, a thermosetting binder is further coated to form a resin film 4 (FIG. 2 (d)). This resin coating 4
Effectively prevents mold cracks during dewaxing. The resin coating 4 is burned off by firing after dewaxing. The thermosetting binder used is not particularly limited, and the thickness of the resin film 4 to be formed is usually about 0.5 to 3 mm. If the thickness of the resin film 4 is less than 0.5 mm, sufficient crack prevention effect cannot be obtained, and if it exceeds 3 mm, there is no difference in the crack prevention effect, and the amount of binder used increases unnecessarily, resulting in cost increase. Absent.

鋳型保管は、この樹脂被膜4形成後、乾燥した後真空保
管庫にて保管するようにするのが好ましい。
The mold is preferably stored in a vacuum storage after drying after forming the resin film 4.

鋳型の使用に際しては、この樹脂被膜4を形成したもの
を、まず脱ろうする。脱ろう方法としては、 電気炉により、ワックスを燃焼させる。
When using the mold, the resin film 4 formed is first dewaxed. As a dewaxing method, wax is burned by an electric furnace.

バーナー加熱により、ワックスを燃焼させる(ヒート
ショック法)。
The wax is burned by heating the burner (heat shock method).

溶剤(テトラクロルエチレン等)でワックスを溶か
す。
Melt the wax with a solvent (tetrachloroethylene, etc.).

電子レンジ等により、ワックスを溶かす。Melt the wax with a microwave oven.

等の方法を採用することができる。Etc. can be adopted.

脱ろう後は、鋳型に付着した残留ワックスを燃焼除去す
るため、300〜600℃にて2〜24時間の仮焼を行
った後、900〜1200℃にて本焼成を行い、鋳造に
使用する。
After the dewaxing, in order to burn and remove the residual wax adhering to the mold, calcination is performed at 300 to 600 ° C. for 2 to 24 hours, and then main firing is performed at 900 to 1200 ° C. to be used for casting. .

このような本発明のカルシアシェル鋳型は、その使用に
際して、押湯効果を向上させる目的で、その外周を保温
材等でくるんでも良い。
Such a calcia shell mold of the present invention may be wrapped around the outer periphery thereof with a heat insulating material or the like for the purpose of improving the effect of the feeder when used.

[作用] カルシア質層を型面層とし、これをシリカ層又はアルミ
ナ層で被覆することにより、カルシア質層の耐消化性、
強度が補強され、シェルモールド法等により容易に製造
することができ、肉厚が9mm以下の薄肉シェル構造のシ
ェル鋳型とすることが可能とされる。
[Operation] By using the calcia material layer as a mold surface layer and coating it with a silica layer or an alumina layer, the digestion resistance of the calcia material layer,
Strength is reinforced, it can be easily manufactured by a shell mold method, etc., and it is possible to obtain a shell mold having a thin shell structure with a wall thickness of 9 mm or less.

特に、被覆層としてシリカ層を採用する場合、シリカ層
の形成には非水系シリカゾルを用いるが、特にケイ酸エ
ステル等の有機シリカ系を含んだ非水系シリカゾルは大
気中の水分と反応して加水分解硬化をするため、カルシ
ア質層の消化防止に有効で、かつ強度向上にも効果が大
きい。
In particular, when a silica layer is adopted as the coating layer, a non-aqueous silica sol is used for forming the silica layer, but a non-aqueous silica sol containing an organic silica such as a silicate ester reacts with moisture in the atmosphere and is hydrolyzed. Since it decomposes and hardens, it is effective in preventing the digestion of the calcia layer and also has a large effect in improving strength.

[実施例] 以下、実施例について説明する。[Examples] Examples will be described below.

実施例1 第1図に示す本発明のカルシアシェル鋳型を第2図
(a)〜(d)に示す方法により製造し、得られた鋳型
を用いて、Ar雰囲気下、Ti−6Al−4Vの鋳造を
行なった。
Example 1 A calcia shell mold of the present invention shown in FIG. 1 was produced by the method shown in FIGS. 2 (a) to (d), and the obtained mold was used to produce Ti-6Al-4V in an Ar atmosphere. Casting was performed.

なお、カルシア質層2、シリカ層3及び樹脂被膜4の形
成に用いた材料は次の通りである。
The materials used for forming the calcia layer 2, the silica layer 3 and the resin coating 4 are as follows.

ディッピング用カルシアスラリー:5重量%CaCl
エタノール溶液100重量部に、純度99%、粒径0.
05mmのCaO粉末を250重量部混合したもの。
Calcia slurry for dipping: 5 wt% CaCl 2
100 parts by weight of an ethanol solution has a purity of 99% and a particle size of 0.
A mixture of 250 parts by weight of 05 mm CaO powder.

サンディング用カルシア粉末:粒径0.3〜0.7、純
度98%のCaO粉末 ディッピング用シリカスラリー:シリカ−エタノールゾ
ル100重量部にシリカフラワー200重量部を混合し
たもの。
Calcia powder for sanding: CaO powder having a particle size of 0.3 to 0.7 and purity of 98% Silica slurry for dipping: A mixture of 100 parts by weight of silica-ethanol sol and 200 parts by weight of silica flour.

サンディング用シリカ粉末:粒径1〜2mmのシリカ粒子 熱硬化性バインダー:フェノール樹脂溶剤 樹脂被膜は、厚さ1.5mmに形成し、脱ろうは電気炉に
て500℃で30分加熱することにより行なった。脱ろ
う後、500℃で4時間仮焼した後、1000℃で2時
間本焼成を行なった。
Silica powder for sanding: Silica particles with a particle size of 1 to 2 mm Thermosetting binder: Phenolic resin solvent A resin film is formed to a thickness of 1.5 mm, and dewaxing is performed by heating at 500 ° C for 30 minutes in an electric furnace. I did. After dewaxing, calcination was performed at 500 ° C. for 4 hours, and then main firing was performed at 1000 ° C. for 2 hours.

得られたカルシアシェル鋳型のカルシア質層の厚さは2
mm、シリカ層の厚さは4mmであった。
The thickness of the calcia layer of the obtained calcia shell mold is 2
mm, the thickness of the silica layer was 4 mm.

鋳造実験の結果、鋳型は溶湯により侵食されることもな
く、また、溶湯汚染もおこらず、良好な鋳造を行なうこ
とができ、微細組織の鋳物が得られた。
As a result of the casting experiment, the mold was not corroded by the molten metal, the molten metal was not contaminated, and good casting was performed, and a casting having a fine structure was obtained.

[発明の効果] 以上詳述した通り、本発明のカルシアシェル鋳型は、 型面がカルシア質層であるため、高活性、高融点金属
に対して安定である。
[Effects of the Invention] As described above in detail, the calcia shell mold of the present invention has a calcia layer on the mold surface, and is therefore stable to highly active and refractory metals.

カルシア質層の外側をシリカ層3又はアルミナ層で被
覆しているため、極めて高強度で耐消化性等にも優れ
る。
Since the outside of the calcia layer is covered with the silica layer 3 or the alumina layer, it has extremely high strength and excellent digestion resistance.

薄肉であるため、冷却速度が速く、結晶粒の微細化が
図れる。特にTi−6Al−4V等の鋳造には有効であ
る。
Since it is thin, the cooling rate is fast and the crystal grains can be made finer. Particularly, it is effective for casting Ti-6Al-4V and the like.

製品部が保温されないので、押湯効果が良く、製品歩
留りが良い。
Since the product part is not kept warm, the effect of feeder is good and the product yield is good.

従来のカルシア鋳型と異なり厚肉のバックアップ層を
必要としないので、使用原料が少なくて済む。また、ニ
アネット鋳型であるので軽量でハンドリングが容易であ
る。
Unlike conventional calcia molds, it does not require a thick backup layer, so it requires less raw material. Also, since it is a near net mold, it is lightweight and easy to handle.

複雑異形状のものにも適用することができる。It can also be applied to a complex irregular shape.

等の効果を有し、工業的に極めて有用である。And so on, and is industrially extremely useful.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明のカルシアシェル鋳型の一実施例を示す
断面図、第2図(a)〜(d)は本発明のカルシアシェ
ル鋳型の製造方法の一例を示す断面図である。 1……カルシアシェル鋳型、 2……カルシア質層、3……シリカ層。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the calcia shell mold of the present invention, and FIGS. 2 (a) to (d) are sectional views showing an example of the method for producing the calcia shell mold of the present invention. 1 ... calcia shell mold, 2 ... calcia layer, 3 ... silica layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】カルシアを主体とする型面層と、該型面層
の外表面を被う、シリカ層又はアルミナ層よりなる被覆
層とを備えてなり、肉厚が9mm以下の薄肉シェル構造で
あることを特徴とするカルシアシェル鋳型。
1. A thin shell structure comprising a mold surface layer mainly composed of calcia, and a coating layer covering the outer surface of the mold surface layer and comprising a silica layer or an alumina layer and having a wall thickness of 9 mm or less. A calcia shell mold characterized in that
JP1020312A 1989-01-30 1989-01-30 Calcia shell mold Expired - Lifetime JPH0626746B2 (en)

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