JP2014231081A - Core for precision casting, production method therefor, and mold for precision casting - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、精密鋳造用中子及びその製造方法、精密鋳造用鋳型に関するものである。 The present invention relates to a core for precision casting, a manufacturing method thereof, and a mold for precision casting.
精密鋳造品として、例えばガスタービンに用いられる動翼がある。ガスタービンは、作動流体を燃焼器で燃焼させて高温高圧の作動流体とし、この作動流体によりタービンを回転させるようにしている。すなわち、圧縮機で圧縮した作動流体を燃焼器で燃焼させ、エネルギーを高め、そのエネルギーをタービンで回収して回転力を生じさせ、それによって発電を行うようにしている。タービン部には、タービンロータが設けられ、該タービンロータの外周には、ガスタービン動翼が少なくとも一以上設けられている。 Examples of precision castings include moving blades used in gas turbines. In a gas turbine, a working fluid is burned in a combustor to form a high-temperature and high-pressure working fluid, and the turbine is rotated by the working fluid. That is, the working fluid compressed by the compressor is burned by the combustor, energy is increased, and the energy is recovered by the turbine to generate a rotational force, thereby generating electric power. The turbine section is provided with a turbine rotor, and at least one gas turbine rotor blade is provided on the outer periphery of the turbine rotor.
ここで、ガスタービン動翼は、高温にさらされる。その対策として、ガスタービン動翼には冷却用の冷却媒体を流すことが行われている。このため、ガスタービン動翼には、内部冷却構造が設けられている。そして、このような内部冷却構造を構成するために、冷却媒体の流通路と同形状をした中子(コア)を配置し、鋳造後その中子を取り除くようにしている。この中子の除去は、アルカリ(例えばNaOHあるいはKOH等)の溶液中で中子を溶解・除去することにより、例えばタービン動翼の内部冷却構造が形成される。 Here, the gas turbine rotor blade is exposed to a high temperature. As a countermeasure, a cooling medium for cooling is supplied to the gas turbine rotor blade. For this reason, the gas turbine rotor blade is provided with an internal cooling structure. In order to configure such an internal cooling structure, a core (core) having the same shape as the flow path of the cooling medium is disposed, and the core is removed after casting. The core is removed by dissolving and removing the core in an alkali (for example, NaOH or KOH) solution, thereby forming an internal cooling structure of the turbine rotor blade, for example.
中子としては、従来セラミックス粒子を用いたセラミックス中子が用いられている(特許文献1)。 As the core, a ceramic core using ceramic particles is conventionally used (Patent Document 1).
ここで、精密鋳造用中子は、溶融シリカ(SiO2)等のシリカ質材料を射出成形あるいはスリップキャストなどの方法により成形した後、熱処理して得られる。
射出成形法は、セラミックスの粉末とワックスを混練した後、ワックスを加熱溶融させた材料を金型内に射出注入し、冷却・固化させる事によって、成形品を得る方法である。
また、スリップキャスト成形は、セラミックスの粉末を水などに混ぜてスラリを作り、これを石こう製などの溶液を吸う材質でできた成形型に注ぎ込んで乾燥し、成形する方法である。
Here, the core for precision casting is obtained by molding a siliceous material such as fused silica (SiO 2 ) by a method such as injection molding or slip casting, and then performing a heat treatment.
The injection molding method is a method of obtaining a molded product by kneading ceramic powder and wax, then injecting and injecting a material obtained by heating and melting the wax into a mold, and cooling and solidifying the material.
Slip cast molding is a method in which ceramic powder is mixed with water or the like to form a slurry, which is poured into a mold made of a material that absorbs a solution such as gypsum, dried, and molded.
ところで、現状の中子は、アルカリ溶解性を主眼に製造されているため、高温強度が低いなどの課題がある。また、射出成形法において、その成形後、焼結された中子には、その表面に多数の孔があるため、強度が低く、さらには、この孔が起点となって、鋳込時に中子が壊れる可能性が懸念される、という問題がある。
よって、高温強度が向上した精密鋳造用中子の出現が切望されている。
By the way, since the present core is manufactured mainly for alkali solubility, there are problems such as low high-temperature strength. In addition, in the injection molding method, after the molding, the sintered core has a large number of holes on its surface, so the strength is low. There is a problem that there is a concern about the possibility of breaking.
Therefore, the appearance of a core for precision casting with improved high temperature strength is eagerly desired.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高温強度が向上した精密鋳造用中子及びその製造方法、精密鋳造用鋳型を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at providing the core for precision casting which the high temperature strength improved, its manufacturing method, and the mold for precision casting.
上述した課題を解決するための本発明の第1の発明は、シリカ質粒子を主成分とする焼結された精密鋳造用中子本体の表面に、シリカ質材料とアルミナ質材料とシリカフュームとからなる被覆層を形成してなることを特徴とする精密鋳造用中子にある。 The first invention of the present invention for solving the above-described problem is that a siliceous material, an alumina material, and a silica fume are formed on the surface of a sintered precision casting core body that is mainly composed of siliceous particles. In the core for precision casting, the coating layer is formed.
第2の発明は、第1の発明において、前記シリカ質材料がシリカゾルであり、前記アルミナ質材料がアルミナゾルであることを特徴とする精密鋳造用中子にある。 A second invention is the precision casting core according to the first invention, wherein the siliceous material is silica sol and the alumina material is alumina sol.
第3の発明は、鋳物の製造に用いる精密鋳造用鋳型であって、前記鋳物の内部の空洞部分に対応する形状の請求項1又は2の精密鋳造用中子と、前記鋳物の外周面の形状に対応する外側鋳型と、を有することを特徴とする精密鋳造用鋳型にある。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a precision casting mold for use in manufacturing a casting, the core for precision casting according to claim 1 or 2 having a shape corresponding to a hollow portion inside the casting, and an outer peripheral surface of the casting. A precision casting mold characterized by having an outer mold corresponding to the shape.
第4の発明は、シリカ質粒子を主成分とする精密鋳造用中子本体の焼結処理体を、シリカ質材料とアルミナ質材料とシリカフュームとからなる被覆材料に浸漬し、次いで乾燥し、その後熱処理をし、精密鋳造用中子本体の表面に被覆層を形成することを特徴とする精密鋳造用中子の製造方法にある。 In a fourth invention, the sintered body of the core body for precision casting mainly composed of siliceous particles is immersed in a coating material composed of siliceous material, alumina material and silica fume, and then dried, and thereafter A method for producing a core for precision casting, characterized in that a coating layer is formed on the surface of the core body for precision casting by heat treatment.
第5の発明は、第4の発明において、前記シリカ質材料がシリカゾルであり、前記アルミナ質材料がアルミナゾルであることを特徴とする精密鋳造用中子の製造方法にある。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the method for producing a core for precision casting according to the fourth aspect, wherein the siliceous material is silica sol, and the alumina material is alumina sol.
本発明は、焼結された精密鋳造用中子本体の表面に、粒径の異なる2種類のシリカ質材料およびアルミナ質材料の被覆層を形成することで、焼結時に発生した表面の孔を封孔することとなり、中子の強度が向上すると共に、孔が封止されるので、鋳込時に中子が壊れることを防止することができる、という効果を奏する。 In the present invention, by forming a coating layer of two types of siliceous materials and alumina materials having different particle diameters on the surface of the sintered core body for precision casting, pores generated on the surface during sintering are formed. Since the core is sealed and the strength of the core is improved, the hole is sealed, so that the core can be prevented from being broken during casting.
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following description. In addition, constituent elements in the following description include those that can be easily assumed by those skilled in the art, those that are substantially the same, and those in a so-called equivalent range.
図1は、精密鋳造用中子の断面構成図である。
本発明に係る精密鋳造用中子は、シリカ質粒子を主成分とする焼結された精密鋳造用中子本体(以下「中子本体」という。)の表面に、粒径の異なる2種類のシリカ質材料およびアルミナ質材料の被覆層を形成してなるものである。
FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram of a precision casting core.
The core for precision casting according to the present invention has two types of different particle diameters on the surface of a sintered core body for precision casting (hereinafter referred to as “core body”) mainly composed of siliceous particles. A coating layer of a siliceous material and an alumina material is formed.
図1に示す焼結体の中子本体の断面図の上段に示すように、中子本体18aの表面18bには、焼結の際に多数の孔18cが発生する。
本発明では、図1の下段に示すように、この表面に形成された孔18cを被覆層19aで被覆することで、孔18cを封孔するようにしている。
As shown in the upper section of the cross-sectional view of the core body of the sintered body shown in FIG. 1, a large number of
In the present invention, as shown in the lower part of FIG. 1, the
ここで、中子本体18aは、シリカ質粒子を主成分としており、例えばシリカ砂、シリカフラワー等の溶融シリカ(SiO2)から形成されている。
この中子本体18aは、公知の方法で製造され、シリカ質粒子として、例えばシリカフラワー(例えば800メッシュ(10〜20μm))と、シリカ砂(例えば220メッシュ(20〜70μm))とを用い、1:1の重量割合で混合したものに、ワックスを加えて、加熱混練し、コンパウンドを得る。
Here, the
The
この得られたコンパウンドを、射出成形により成形し中子用成形体を得る。
その後、例えば600℃までの脱脂処理を行い、次いで例えば1,200℃における焼結処理を行い、中子本体18aを得る。
The obtained compound is molded by injection molding to obtain a core molded body.
Thereafter, a degreasing process up to, for example, 600 ° C. is performed, and then a sintering process is performed at, for example, 1,200 ° C. to obtain the
本発明では、この得られた焼結体の中子本体18aの表面に、被覆層19aを形成する。
被覆層19aは、シリカ質材料とアルミナ質材料とシリカフュームとを用いている。
In the present invention, the
The covering
ここで、シリカ質材料がシリカゾル(SiO2が30重量%)であり、アルミナ質材料がアルミナゾル(Al2O3)である。
ここで、シリカ質材料とアルミナ質材料とに分散するシリカフュームの分散割合としては、5〜40重量%、好適には20重量%前後としている。
シリカフュームは粒径0.05〜0.5μmとするのが好ましい。
Here, the siliceous material is silica sol (SiO 2 is 30 wt%), and the alumina material is alumina sol (Al 2 O 3 ).
Here, the dispersion ratio of the silica fume dispersed in the siliceous material and the alumina material is 5 to 40% by weight, preferably about 20% by weight.
Silica fume preferably has a particle size of 0.05 to 0.5 μm.
ここで、シリカゾル(SiO2)とアルミナゾル(Al2O3)との混合は、モル比=2:3となるように調合し、混合ゾル(シリカ−アルミナゾル)を調製する(分散粒子の粒径:1〜数100nm)。
調製したシリカ−アルミナゾルにシリカフュームを添加分散し、シリカ−アルミナゾル−シリカフュームスラリーを調製する。
この調製したシリカーアルミナゾル−シリカフュームスラリーに、中子試験体を浸漬した後、引き上げ、中子本体18aの表面18bに、シリカ−アルミナゾル−シリカフュームの層を形成すると共に、中子表面の孔18cにもシリカ−アルミナゾル−シリカフュームの成分が析出する。
その後乾燥し、次いで例えば1,000℃で熱処理を行う。この熱処理は、表面に被覆層19aが形成されれば、例えば1,000℃以下であってもよい。
この熱処理において、シリカ−アルミナゾルは、反応により高融点のムライト(3Al2O3・2SiO2)に変化する。大粒径のシリカフューム層の空隙を、緻密なムライト層で埋め、粒子間の付着力を向上させた被覆層19aにより中子本体18aが覆われた中子18が得られる。
ここで、ムライトの融点は、1,900℃であり、シリカの融点(1,600℃)よりもかなり高いものとなるので、高い鋳込み温度への対応が可能となる。
このように、本発明によれば、表面に多数形成された孔が封孔されるので、従来のようなこの孔が起点となって、鋳込時に中子が壊れるということが防止される。よって、精密鋳造用の中子の高温強度が向上することとなる。
Here, the mixing of the silica sol (SiO 2 ) and the alumina sol (Al 2 O 3 ) is prepared so that the molar ratio = 2: 3, and the mixed sol (silica-alumina sol) is prepared (the particle diameter of the dispersed particles). : 1 to several 100 nm).
Silica fume is added and dispersed in the prepared silica-alumina sol to prepare a silica-alumina sol-silica fume slurry.
After immersing the core specimen in this prepared silica-alumina sol-silica fume slurry, it is pulled up to form a layer of silica-alumina sol-silica fume on the
Thereafter, drying is performed, and then heat treatment is performed at 1,000 ° C., for example. This heat treatment may be, for example, 1,000 ° C. or less as long as the
In this heat treatment, the silica-alumina sol is converted into a high melting point mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 ) by the reaction. The core 18 in which the
Here, since the melting point of mullite is 1,900 ° C., which is considerably higher than the melting point of silica (1,600 ° C.), it is possible to cope with a high casting temperature.
As described above, according to the present invention, since a large number of holes formed on the surface are sealed, it is possible to prevent the core from being broken at the time of casting by using such a hole as a starting point. Therefore, the high temperature strength of the core for precision casting is improved.
また、シリカフュームは大粒径であるので、1,000℃での熱処理においても熱収縮が少ないものとなる。 In addition, since silica fume has a large particle size, thermal contraction is small even in heat treatment at 1,000 ° C.
<試験例>
以下、本発明の効果を確認する試験例について、説明する。
本試験例では、先ずシリカフラワー(800メッシュ)と、シリカ砂(220メッシュ)を1:1の重量割合で混合したものにワックスを加えて、加熱混練し、コンパウンドを得る。ここで、シリカフラワーは、龍森社製「MCF-200C」(商品名)を、シリカ砂は龍森社製「RD− 120」(商品名)、ワックスはパラメルト社製、「Cerita Wax F30−75」(商品名)を各々用いた。
この得られたコンパウンドを、射出成形により成形体を得る。
評価試験体として、幅30×長200×厚5mmを得た。
<Test example>
Hereinafter, test examples for confirming the effects of the present invention will be described.
In this test example, first, a wax is added to a mixture of silica flour (800 mesh) and silica sand (220 mesh) at a weight ratio of 1: 1, and heated and kneaded to obtain a compound. Here, silica flower is “MCF-200C” (trade name) manufactured by Tatsumori, silica sand is “RD-120” (trade name) manufactured by Tatsumori, and wax is “Cerita Wax F30-” manufactured by Paramelt. 75 "(trade name) was used.
A molded body is obtained by injection molding of the obtained compound.
As an evaluation test body,
次に、600℃までの脱脂処理及び1,200℃における焼結処理を行い、中子本体用の試験体を得た。 Next, a degreasing process up to 600 ° C. and a sintering process at 1,200 ° C. were performed to obtain a test body for a core body.
次に、シリカゾル(SiO2)とアルミナゾル(Al2O3)とを用い、ムライト化となる配合比率(モル比=2:3)となるように調合し、混合ゾル(シリカ−アルミナゾル)を調製する。
この得られシリカ−アルミナゾルに、シリカフューム(例えば粒径0.15μm;球状体)を20重量%配合し、シリカフュームを配合したシリカ−アルミナゾル−シリカフュームスラリーを調製する。
この調製したシリカ−アルミナゾル−シリカフュームスラリーに、中子本体用の試験体を浸漬したのち、引き上げ、表面にシリカ−アルミナゾルの被覆層19aを形成した。次いで乾燥後、1,000℃で熱処理を行い、中子本体表面18bに、シリカフュームを含むシリカ−アルミナゾルが反応してなるムライトからなる被覆層19aを形成した。
Next, silica sol (SiO 2 ) and alumina sol (Al 2 O 3 ) are used to prepare a mixed sol (silica-alumina sol) with a blending ratio (molar ratio = 2: 3) that results in mullite. To do.
A silica-alumina sol-silica fume slurry containing 20% by weight of silica fume (for example, a particle size of 0.15 μm; spherical body) and 20% by weight of silica fume is prepared in the silica-alumina sol thus obtained.
The core body specimen was immersed in the prepared silica-alumina sol-silica fume slurry, and then pulled up to form a silica-alumina
比較例として、被覆層を形成しないものを比較試験体とした。
これらの評価試験体の強度を測定した。
ここで、強度試験は、JIS R 1601による「セラミックスの曲げ強さ(1981)」に準拠しておこなった。
As a comparative example, a comparative test body was formed without a coating layer.
The strength of these evaluation specimens was measured.
Here, the strength test was performed according to “Bending strength of ceramics (1981)” according to JIS R 1601.
従来法の被覆層が形成されない比較試験体の強度は、20MPaであったのに対し、本発明法による中子本体用の試験体の強度は、27MPaであった。この結果、本発明の中子本体用の試験体は、35%の強度向上が認められた。
本発明によれば、ムライト化により中子の高温耐久性が向上するので、例えば一方向凝固翼製造における高温(例えば1,550℃)で長時間保持した場合でも変形が生じない鋳型を得ることができる。
The strength of the comparative test body in which the coating layer of the conventional method was not formed was 20 MPa, whereas the strength of the test body for the core body according to the method of the present invention was 27 MPa. As a result, the strength improvement of 35% was confirmed in the test body for the core body of the present invention.
According to the present invention, since the high temperature durability of the core is improved by mullite formation, for example, a mold that does not deform even when held at a high temperature (for example, 1,550 ° C.) for a long time in unidirectionally solidified blade manufacturing is obtained. Can do.
以下、本発明の精密鋳造用中子を配した鋳型を用いた鋳造方法について説明する。 Hereinafter, a casting method using a mold having the precision casting core of the present invention will be described.
図2は、鋳造方法の工程の一例を示すフローチャートである。以下、図2を用いて、鋳造方法について説明する。ここで、図2に示す処理は、全自動で実行しても良いし、オペレータが各工程を実行する装置を操作して実行しても良い。本実施形態の鋳造方法は、鋳型を作製する(ステップS1)。鋳型は、予め作製しておいても良いし、鋳造を実行する毎に作製しても良い。 FIG. 2 is a flowchart showing an example of the steps of the casting method. Hereinafter, the casting method will be described with reference to FIG. Here, the processing shown in FIG. 2 may be executed fully automatically, or may be executed by an operator operating an apparatus that executes each process. The casting method of this embodiment produces a casting mold (step S1). The mold may be produced in advance or may be produced each time casting is performed.
以下、図3から図9を用いて、ステップS1の工程で実行する本実施形態の鋳型製造方法について説明する。図3は、鋳型製造方法の工程の一例を示すフローチャートである。ここで、図3に示す処理は、全自動で実行しても良いし、オペレータが各工程を実行する装置を操作して実行しても良い。 Hereinafter, the mold manufacturing method of the present embodiment executed in the step S1 will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a flowchart showing an example of the steps of the mold manufacturing method. Here, the processing shown in FIG. 3 may be executed fully automatically, or may be executed by an operator operating an apparatus that executes each process.
鋳型製造方法は、中子(コア)を作製する(ステップS12)。中子は、鋳型で作製する鋳物の内部の空洞に対応する形状である。つまり、中子は、鋳物の内部の空洞に対応する部分に配置されることで、鋳造時に鋳物となる金属が流れ込むことを抑制する。以下、図4を用いて、中子の製造工程について説明する。 The mold manufacturing method produces a core (core) (step S12). The core has a shape corresponding to a cavity inside a casting made of a mold. That is, the core is arranged in a portion corresponding to the cavity inside the casting, thereby suppressing the metal that becomes the casting from flowing in at the time of casting. Hereinafter, the manufacturing process of the core will be described with reference to FIG.
図4は、中子の製造工程を模式的に示す説明図である。鋳型製造方法は、図4に示すように金型12を準備する(ステップS101)。金型12は、中子に対応する領域が空洞となっている。中子の空洞となる部分が凸部12aとなる。なお、図4では、金型12の断面で示しているが、金型12は、空間に材料を注入する開口や空気を抜く穴以外は、基本的に中子に対応する領域の全周を覆う空洞となっている。鋳型鋳造方法は、矢印14に示すようにセラミックスラリー16を、金型12の空間に材料を注入する開口から金型12の内部に注入する。具体的には、セラミックスラリー16を金型12の内部に噴射する、いわゆる射出成形で中子18を作製する。鋳型製造方法は、金型12の内部に中子18を作製したら、金型12から中子18を取り外し、取り外した中子18を焼成炉20に設置し、焼成させる。これにより、セラミックスで形成された中子18を焼き固める(ステップS102)。
FIG. 4 is an explanatory view schematically showing a manufacturing process of the core. In the mold manufacturing method, a
次いで、中子18の表面に被覆層を形成するために、スラリー19が貯留された貯留部17に焼結した中子18を浸漬させ、取り出した後、乾燥を行う(ステップ103)。次いで浸漬した中子18を取り出し、焼成炉20に設置し、焼成させる。これにより、セラミックスで形成された中子18の表面に被覆層19aを形成する(ステップS104)。
鋳型鋳造方法は、以上のようにして被覆層19aが形成された中子18を作製する。なお、中子18は、鋳物が固まった後に化学処理等の脱中子処理で取り除ける材料で形成される。
Next, in order to form a coating layer on the surface of the core 18, the
The mold casting method produces the core 18 on which the
鋳型製造方法は、中子18を作製したら、外部金型の作製を行う(ステップS14)。外部金型は、内周面が鋳物の外周面に対応した形状となる。金型は、金属で形成しても良いし、セラミックスで形成しても良い。図5は、金型の一部を模式的に示す斜視図である。図5に示す金型22aは、内周面に形成された凹部が鋳物の外周面に対応している。なお、図5では、金型22aのみを示したが、金型22aに対応し、内周面に形成された凹部を塞ぐ向きに金型22aに対応する金型も作製する。鋳型製造方法は、2つの金型を合わせることで、内周面が鋳物の外周面に対応した型となる。
In the mold manufacturing method, when the
鋳型製造方法は、外部金型を作製したら、ろう型(ワックス型)の作製を行う(ステップS16)。以下、図6を用いて説明する。図6は、ろう型の製造工程を模式的に示す説明図である。鋳型製造方法は、金型22aの所定位置に中子18を設置する(ステップS110)。その後、金型22aに対応する金型22bを、金型22aの凹部が形成されている面に被せ、中子18の周囲を金型22a、22bで囲み、中子18と金型22a、22bとの間に空間24を形成する。鋳型製造方法は、矢印26に示すように、空間24と連結された配管から空間24の内部に向けてWAX28の注入を開始する(ステップS112)。WAX28は、所定の温度以上に加熱されると溶けるような、融点が比較的低温の物質、例えばろうである。鋳型製造方法は、空間24の全域にWAX28を充填させる(ステップS113)。その後、WAX28を固化させることで、中子18の周囲をWAX28が囲んだろう型30を形成する。ろう型30は、基本的にWAX28で形成される部分が製造する目的の鋳物と同じ形状となる。その後、鋳物製造方法は、ろう型30を金型22a、22bから分離し、湯口32を取り付ける(ステップS114)。湯口32は、鋳造時に溶けた金属である溶湯が投入される口である。鋳型製造方法は、以上のようにして、内部に中子18を含み、鋳物と同一の形状のWAX28で形成されたろう型30を作製する。
After producing the external mold, the mold manufacturing method produces a wax mold (wax mold) (step S16). Hereinafter, a description will be given with reference to FIG. FIG. 6 is an explanatory view schematically showing a wax mold manufacturing process. In the mold manufacturing method, the
鋳型製造方法は、ろう型30を作製したら、スラリー塗布(ディッピング)を行う(ステップS18)。図7は、ろう型にスラリーを塗布する構成を模式的に示す説明図である。図8は、外側鋳型の製造工程を模式的に示す説明図である。鋳型製造方法は、図7に示すように、スラリー40が貯留された貯留部41にろう型30を浸漬させ、取り出した後、乾燥を行う(ステップS19)。これにより、ろう型30の表面にプライム層101Aを形成することができる。
ここで、ステップS18で塗布するスラリーは、ろう型30に直接塗布されるスラリーである。このスラリー40は、アルミナ超微粒子が単一分散されたスラリーを用いる。このスラリー40には、フラワーとして350メッシュ程度の耐火性の微粒子、例えばジルコニアを用いることが好ましい。また、分散剤としてポリカルボン酸を用いることが好ましい。また、スラリー40には、消泡剤(シリコン系の物質)や、濡れ性改善剤を微量、例えば0.01%添加することが好ましい。濡れ性改善剤を添加することで、スラリー40のろう型30への付着性を向上させることができる。
In the mold manufacturing method, when the
Here, the slurry applied in step S <b> 18 is a slurry applied directly to the
鋳型製造方法は、図7に示すように、スラリー40でスラリー塗布を行って、乾燥しプライム層(第1乾燥膜)101Aを有するろう型を、さらにスラリー塗布(ディッピング)を行う(ステップS20)。次いで、図8に示すように、この濡れているスラリーの表面にスタッコ材54としてジルコンスタッコ粒(平均粒径0.8mm)を振掛けるスタッコイングを行う(ステップS21)。その後スラリー層の表面にスタッコ材54が付着されたものを乾燥し、プライム層(第1乾燥膜)101Aの上に第1バックアップ層(第2乾燥膜)104−1を形成した(ステップS22)。
この第1バックアップ層(第2乾燥膜)104−1の形成工程と同様の操作を複数回(例えばn:6〜10回)繰り返す判断を行う(ステップS23)。所定回数(n)の第nバックアップ層104−nを積層させ(ステップS23:Yes)、複層バックアップ層105Aが形成された厚みが例えば10mmの外側鋳型となる乾燥成形体106Aを得る。
In the mold manufacturing method, as shown in FIG. 7, slurry application is performed with the
A determination is made to repeat the same operation as that for forming the first backup layer (second dry film) 104-1 a plurality of times (for example, n: 6 to 10 times) (step S23). A predetermined number (n) of the n-th backup layers 104-n are stacked (step S23: Yes) to obtain a dry molded
鋳型製造方法は、プライム層101Aと複層バックアップ層105Aの複数層が形成された乾燥成形体106Aを得たら、当該乾燥成形体106Aに対して熱処理を行う(ステップS24)。具体的には、外側鋳型と中子との間にあるWAXを除去し、さらに外側鋳型と中子とを焼成させる。以下、図9を用いて説明する。図9は、鋳型製造方法の一部工程を模式的に示す説明図である。鋳型製造方法は、ステップS130に示すように、プライム層101Aと複層バックアップ層105Aの複数層が形成された外側鋳型となる乾燥成形体106をオートクレーブ60の内部に入れ、加熱する。オートクレーブ60は、内部を加圧蒸気で満たすことで、乾燥成形体106内のろう型30を加熱する。これにより、ろう型30を構成するWAXが溶け、溶融WAX62が乾燥成形体106で囲まれた空間64から排出される。
鋳型製造方法は、溶けたWAX62を空間64から排出することで、ステップS131に示すように、外側鋳型となる乾燥成形体106と、中子18との間のWAXが充填されていた領域に空間64が形成された鋳型72が作製される。その後、鋳型製造方法は、ステップS132に示すように、外側鋳型となる乾燥成形体106と中子18との間に空間64が形成された鋳型72を、焼成炉70で加熱する。これにより、鋳型72は、外側鋳型となる乾燥成形体106に含まれる水成分や不要な成分が除去され、さらに、焼成されることで硬化され、外側鋳型61が形成される。鋳物製造方法は、以上のようにして鋳型72を作製する。
In the mold manufacturing method, after obtaining the dry molded
In the mold manufacturing method, the melted
図2と図10を用いて、鋳造方法の説明を続ける。図10は、鋳造方法の一部工程を模式的に示す説明図である。鋳造方法は、ステップS1で鋳型を作製したら、鋳型の予熱を行う(ステップS2)。例えば、鋳型を炉(真空炉、焼成炉)内に配置し、800℃以上900℃以下まで加熱する。予熱を行うことで、鋳物の製造時に鋳型に溶湯(溶けた金属)を注入した際に鋳型が損傷することを抑制することができる。 The description of the casting method will be continued with reference to FIGS. FIG. 10 is an explanatory view schematically showing a part of the casting method. In the casting method, when the mold is produced in step S1, the mold is preheated (step S2). For example, the mold is placed in a furnace (vacuum furnace, firing furnace) and heated to 800 ° C. or higher and 900 ° C. or lower. By performing preheating, it is possible to prevent the mold from being damaged when molten metal (melted metal) is injected into the mold at the time of casting production.
鋳造方法は、鋳型を予熱したら、注湯を行う(ステップS3)。つまり、図10のステップS140に示すように、溶湯80、つまり溶解した鋳物の原料(例えば鋼)を鋳型72の開口から外側鋳型61と中子18との間に注入する。
In the casting method, when the mold is preheated, pouring is performed (step S3). That is, as shown in step S <b> 140 of FIG. 10, a
鋳造方法は、鋳型72に注いだ溶湯80を固化させたら、外側鋳型61を除去する(ステップS4)。つまり、図10のステップS141に示すように、鋳型72の内部で溶湯が固まって鋳物90となったら、外側鋳型61を粉砕して破片61aとして、鋳物90から取り外す。
In the casting method, after the
鋳造方法は、外側鋳型61を鋳物90から除去したら、脱中子処理を行う(ステップS5)。つまり、図10のステップS142に示すように、オートクレーブ92の内部に鋳物90を入れ、脱中子処理を行うことで、鋳物90の内部の中子18を溶解し、溶解した溶解中子94を鋳物90の内部から排出する。具体的にはオートクレーブ92の内部で鋳物90をアルカリ溶液に投入し、加圧、減圧を繰り返すことで、鋳物90から溶解中子94を排出する。
In the casting method, when the
鋳造方法は、脱中子処理を行ったら、仕上げ処理を行う(ステップS6)。つまり、鋳物90の表面や内部に仕上げ処理を行う。また、鋳造方法では、仕上げ処理と共に鋳物の検品を行う。これにより、図10のステップS143に示すように、鋳物100を製造することができる。 In the casting method, after the core removal process is performed, a finishing process is performed (step S6). That is, a finishing process is performed on the surface and inside of the casting 90. In the casting method, the casting is inspected together with the finishing process. Thereby, as shown to step S143 of FIG. 10, the casting 100 can be manufactured.
本実施形態の鋳造方法は、以上のように、WAX(ワックス)を用いたロストワックス鋳造法を用いて鋳型を作製し、鋳物を作製する。ここで、本実施形態の鋳型製造方法、鋳造方法及び鋳型は、鋳型の外側の部分である外側鋳型を、スラリーとしてアルミナ超微粒子を用いて内周面となるプライム層(初層である第1乾燥膜)101Aを形成し、このプライム層101Aの外部に複数層のバックアップ層105Aを形成しての多層構造としている。
As described above, the casting method of the present embodiment produces a casting by using a lost wax casting method using WAX (wax) to produce a casting. Here, the mold manufacturing method, the casting method, and the mold according to the present embodiment include an outer mold that is an outer portion of the mold, and a prime layer (first layer that is the first layer) that forms an inner peripheral surface using alumina ultrafine particles as a slurry. (Dry film) 101A is formed, and a plurality of
本実施形態の鋳造方法の際、中子の表面に被覆層が形成されているので、寸法精度が向上し、鋳込み温度が高温であっても耐久性が向上する。
また、鋳込みプロセス時間が長時間となった場合でも、高強度の中子であるので、鋳込み設計の自由度(例えば引き下げ速度を低く設定すること等)が向上する。
さらに、製品の薄肉化を図り、熱効率の良好なタービン動翼等の精密鋳造品を製造することができる。
In the casting method of this embodiment, since the coating layer is formed on the surface of the core, the dimensional accuracy is improved, and the durability is improved even when the casting temperature is high.
Even when the casting process takes a long time, since it is a high-strength core, the degree of freedom in casting design (for example, setting the pulling speed low) is improved.
Furthermore, it is possible to reduce the thickness of the product and manufacture a precision casting such as a turbine rotor blade having good thermal efficiency.
本発明に係る精密鋳造品としては、ガスタービン動翼以外に、例えばガスタービン静翼、ガスタービン燃焼器、ガスタービン分割環等を挙げることができる。 Examples of precision castings according to the present invention include gas turbine stationary blades, gas turbine combustors, gas turbine split rings, and the like in addition to gas turbine rotor blades.
12、22a、22b 金型
12a 凸部
14、26 矢印
16 セラミックスラリー
18 中子(コア)
18a 中子本体
18b 表面
18c 孔
19 スラリー
19a 被覆層
20、70 焼成炉
24、64 空間
28 WAX(ろう)
30 ろう型
32 湯口
40 スラリー
60、92 オートクレーブ
61 外側鋳型
61a 破片
62 溶融WAX
72 鋳型
80 溶湯
90、100 鋳物
94 溶解中子
101A、101B プライム層
12, 22a,
30
72
Claims (5)
シリカ質材料とアルミナ質材料とシリカフュームとからなる被覆層を形成してなることを特徴とする精密鋳造用中子。 On the surface of a sintered precision casting core body mainly composed of siliceous particles,
A precision casting core comprising a coating layer comprising a siliceous material, an alumina material and silica fume.
前記シリカ質材料がシリカゾルであり、前記アルミナ質材料がアルミナゾルであることを特徴とする精密鋳造用中子。 In claim 1,
The core for precision casting, wherein the siliceous material is silica sol and the alumina material is alumina sol.
前記鋳物の内部の空洞部分に対応する形状の請求項1又は2の精密鋳造用中子と、
前記鋳物の外周面の形状に対応する外側鋳型と、を有することを特徴とする精密鋳造用鋳型。 A mold for precision casting used in the manufacture of castings,
The core for precision casting according to claim 1 or 2 having a shape corresponding to a hollow portion inside the casting,
A precision casting mold comprising: an outer mold corresponding to a shape of an outer peripheral surface of the casting.
シリカ質材料とアルミナ質材料とシリカフュームとからなる被覆材料に浸漬し、
次いで乾燥し、その後熱処理をし、精密鋳造用中子本体の表面に被覆層を形成することを特徴とする精密鋳造用中子の製造方法。 A sintered body of a core body for precision casting mainly composed of siliceous particles,
Immerse in a coating material consisting of siliceous material, alumina material and silica fume,
A method for producing a core for precision casting, which is then dried and then heat-treated to form a coating layer on the surface of the core body for precision casting.
前記シリカ質材料がシリカゾルであり、前記アルミナ質材料がアルミナゾルであることを特徴とする精密鋳造用中子の製造方法。 In claim 4,
A method for producing a core for precision casting, wherein the siliceous material is silica sol and the alumina material is alumina sol.
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