JPH11320026A - Manufacture of mold for precision casting of ti and ti alloy - Google Patents
Manufacture of mold for precision casting of ti and ti alloyInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ＴｉおよびＴｉ合
金の精密鋳造を行う際に使用する精密鋳造用鋳型を製造
するのに好適なＴｉおよびＴｉ合金精密鋳造用鋳型の製
造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a Ti and Ti alloy precision casting mold suitable for producing a precision casting mold used for precision casting of Ti and a Ti alloy. .
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＴｉおよびＴｉ合金は、密度に対する強
度の比、つまり比強度が大きく、耐食性にも優れている
ため、宇宙航空機器分野においてかなり古くから使用さ
れており、また、発電プラントや化学反応プラントなど
に使用されたり、自動車部品に使用されたりしており、
さらには、生体適合性にも優れているため人工骨や人工
歯根などの素材としても使用され、趣味ないしはスポー
ツの分野ではゴルフクラブのヘッドやスポーツカーのコ
ネクティングロッドなどにも使用されている。2. Description of the Related Art Ti and Ti alloys have been used for a long time in the field of aerospace equipment because of their high ratio of strength to density, that is, high specific strength and excellent corrosion resistance. Used in reaction plants, etc., and used in automotive parts,
Furthermore, since it is excellent in biocompatibility, it is also used as a material for artificial bones and artificial tooth roots, and in the field of hobbies or sports, it is also used for golf club heads and connecting rods of sports cars.
【０００３】ＴｉおよびＴｉ合金は、このような幅広い
用途に適しているものの、切削性や溶接性があまり良好
でないため、鋳造品として製造されることも多く、この
場合に、材料の加工代を小さくして歩留りのより一層の
向上をはかることができるように、最終製品の形状に近
い形状の鋳造品とするニヤネットシェイプの技術を採用
することが多い。[0003] Although Ti and Ti alloys are suitable for such a wide range of uses, they are often produced as castings because of their poor machinability and weldability. In order to further improve the yield by reducing the size, a near-net-shape technique of casting a product having a shape close to the shape of the final product is often adopted.
【０００４】このようなニヤネットシェイプの技術に適
合するもののひとつとして、ワックスを消失性材料とし
て用いた消失性模型を用いるロストワックス鋳造法（イ
ンベストメント鋳造法ともいう）が広く普及している。[0004] As one of the techniques applicable to the near net shape technology, a lost wax casting method (also referred to as an investment casting method) using a vanishing model using wax as a vanishing material is widely used.
【０００５】このようなワックスに代表される消失性材
料を用いて鋳造品と同一ないしは近似の形状に成形した
消失性模型により精密鋳造用鋳型を製造するに際して
は、消失性模型の表面に、初層スラリーの付着と初層ス
タッコの付着（スタッコイングないしはサンディングと
もいう）を行ったのち、バックアップスラリーの付着と
バックアップスタッコの付着と適宜の乾燥を所要回数繰
り返し実施して耐火物の積層体を形成し、消失性材料の
溶融ないしは昇華温度に加熱して消失性材料を除去し、
その後耐火物の積層体を焼成することによって、内部に
製品形状と同一ないしは近似の形状を有する鋳造用キャ
ビティが形成された精密鋳造用鋳型を製造するようにし
ていた。[0005] When a precision casting mold is manufactured from a vanishing model molded into the same or similar shape to a casting using such a vanishing material represented by wax, the surface of the vanishing model is firstly applied. After depositing the layer slurry and depositing the first layer stucco (also referred to as stuccoing or sanding), repeating the required number of times of depositing the backup slurry, depositing the backup stucco, and appropriately drying, forming a refractory laminate. Then, the fugitive material is melted or heated to a sublimation temperature to remove the fugitive material,
Thereafter, the refractory laminate is fired to produce a precision casting mold in which a casting cavity having the same or similar shape as the product is formed.
【０００６】そして、ＴｉおよびＴｉ合金精密鋳造用鋳
型を製造する場合に、初層スラリー中に配合される耐火
物粉末としてジルコニア（ＺｒＯ２）を用い、バインダ
ーとしてジルコニアゾル（ＺｒＯ２・ＸＨ２Ｏ）を用い
ることもあった。When producing a mold for precision casting of Ti and a Ti alloy, zirconia (ZrO 2 ) is used as a refractory powder to be mixed into the initial layer slurry, and zirconia sol (ZrO 2 .XH 2 O) is used as a binder. ) Was sometimes used.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のＴｉおよびＴｉ合金精密鋳造用鋳型を用いてＴ
ｉやＴｉ合金の精密鋳造を行った場合に、ＴｉやＴｉ合
金の溶湯と鋳造用キャビティの鋳型壁面との間で生じる
反応を避けることができがたく、Ｔｉに対するα相安定
化元素である炭素や酸素がＴｉやＴｉ合金溶湯中に侵入
するため、凝固後の鋳造品表面にαケースと称される変
質層（反応層）が形成されることがあった。However, using the above-mentioned conventional mold for precision casting of Ti and Ti alloys,
When precision casting of i or Ti alloy is performed, it is difficult to avoid a reaction occurring between the molten metal of Ti or Ti alloy and the mold wall surface of the casting cavity. Since oxygen and oxygen enter the molten Ti or Ti alloy, an altered layer (reaction layer) called an α case may be formed on the surface of the cast product after solidification.
【０００８】そのため、表面性状に優れていることが要
求される鋳造品の場合には、この表面の変質層（反応
層）を化学的手段や機械的手段によって除去する必要が
あることから、作業性や生産性等を低下させることにな
りうるという問題点があった。[0008] Therefore, in the case of a cast product which is required to have excellent surface properties, it is necessary to remove the altered layer (reactive layer) on the surface by chemical means or mechanical means. There is a problem that productivity and productivity may be reduced.
【０００９】[0009]
【発明の目的】本発明は、このような従来の問題点にか
んがみてなされたものであって、ＴｉおよびＴｉ合金か
らなる鋳造品の表面に発生する変質層（反応層）が軽微
であり、したがって、化学的手段や機械的手段などによ
る表面変質層の除去を軽減ないしは不要とすることが可
能であり、後工程の省略も可能である表面品質の優れた
鋳造品を得ることが可能であるＴｉおよびＴｉ合金の精
密鋳造用鋳型を製造できるようにすることを目的として
いる。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and an altered layer (reactive layer) generated on the surface of a cast product made of Ti and a Ti alloy is slight. Therefore, it is possible to reduce or eliminate the removal of the deteriorated layer by chemical means or mechanical means, and it is possible to obtain a cast product having excellent surface quality, which can omit the post-process. It is an object of the present invention to be able to manufacture a mold for precision casting of Ti and a Ti alloy.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明に係わるＴｉおよ
びＴｉ合金精密鋳造用鋳型の製造方法は、請求項１に記
載しているように、消失性模型の表面に、初層スラリー
の付着と初層スタッコの付着を行ったのち、バックアッ
プスラリーの付着とバックアップスタッコの付着と適宜
の乾燥を所要回数実施して耐火物の積層体を形成し、消
失性模型の除去および耐火物積層体の焼成を経て内部に
鋳造用キャビティが形成されたＴｉおよびＴｉ合金精密
鋳造用鋳型を製造するに際し、初層スラリーとしてジル
コン酸カルシウム（ＣａＺｒＯ３）を含む耐火物粉末を
配合したスラリーを用いるようにしたことを特徴として
いる。According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for producing a casting mold for precision casting of Ti and a Ti alloy. After the first layer of stucco has been deposited, the backup slurry is deposited, the backup stucco is deposited, and drying is performed as required, forming a refractory laminate, removing the vanishing model and firing the refractory laminate. When manufacturing a Ti and Ti alloy precision casting mold in which a casting cavity is formed inside through the process, a slurry containing a refractory powder containing calcium zirconate (CaZrO 3 ) is used as an initial layer slurry. It is characterized by.
【００１１】そして、本発明に係わるＴｉおよびＴｉ合
金精密鋳造用鋳型の製造方法の実施態様においては、請
求項２に記載しているように、ジルコン酸カルシウム
（ＣａＺｒＯ３）を含む耐火物粉末は、カルシア（Ｃａ
Ｏ）とジルコニア（ＺｒＯ２）を含む配合原料を溶融粉
化して得たものとすることができる。In the embodiment of the method for producing a mold for precision casting of Ti and a Ti alloy according to the present invention, the refractory powder containing calcium zirconate (CaZrO 3 ) , Calcia (Ca
O) and zirconia (ZrO 2 ) can be obtained by melt-pulverizing a compounding raw material.
【００１２】同じく、本発明に係わるＴｉおよびＴｉ合
金精密鋳造用鋳型の製造方法の実施態様においては、請
求項３に記載しているように、カルシア（ＣａＯ）とジ
ルコニア（ＺｒＯ２）の配合比は、ジルコニア（ＺｒＯ
２）を基準とした場合のカルシア（ＣａＯ）の配合モル
比が０．７〜１．４の範囲内であるものとすることがで
きる。Similarly, in an embodiment of the method for producing a mold for precision casting of Ti and a Ti alloy according to the present invention, the mixing ratio of calcia (CaO) and zirconia (ZrO 2 ) is set forth in claim 3. Is zirconia (ZrO
The compounding molar ratio of calcia (CaO) based on 2 ) can be in the range of 0.7 to 1.4.
【００１３】同じく、本発明に係わるＴｉおよびＴｉ合
金精密鋳造用鋳型の製造方法の実施態様においては、請
求項４に記載しているように、耐火物粉末中におけるジ
ルコン酸カルシウム（ＣａＺｒＯ３）の含有量が５０重
量％以上であり、その他、カルシア（ＣａＯ），ジルコ
ニア（ＺｒＯ２），シリケート（ＳｉＯ２），フェライ
ト（Ｆｅ２Ｏ３），チタニア（ＴｉＯ２），マグネシア
（ＭｇＯ），アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等よりなるものと
することができる。[0013] Similarly, in an embodiment of the method for producing a mold for precision casting of Ti and Ti alloy according to the present invention, as described in claim 4, calcium zirconate (CaZrO 3 ) in refractory powder is used. The content is 50% by weight or more. In addition, calcia (CaO), zirconia (ZrO 2 ), silicate (SiO 2 ), ferrite (Fe 2 O 3 ), titania (TiO 2 ), magnesia (MgO), alumina ( Al 2 O 3 ) or the like.
【００１４】同じく、本発明に係わるＴｉおよびＴｉ合
金精密鋳造用鋳型の製造方法の実施態様においては、請
求項５に記載しているように、初層スラリー中に酢酸ジ
ルコニル（ＺｒＯ（ＣＨ３ＣＯＯ）２），酢酸ジルコニ
ウム（Ｚｒ（ＣＨ３ＣＯＯ）４），酢酸カルシウム（Ｃ
ａ（ＣＨ３ＣＯＯ）２），炭酸ジルコニウム・アンモニ
ウム（ＮＨ４・ＺｒＣＯ４・ＺｒＯ２・８Ｈ２Ｏ）のう
ちから選ばれるバインダーを配合したスラリーを用いる
ようになすことができる。Similarly, in an embodiment of the method for producing a mold for precision casting of Ti and a Ti alloy according to the present invention, as described in claim 5, zirconyl acetate (ZrO (CH 3 COO) ) 2 ), zirconium acetate (Zr (CH 3 COO) 4 ), calcium acetate (C
a (CH 3 COO) 2 ) and a slurry containing a binder selected from zirconium ammonium carbonate (NH 4 .ZrCO 4 .ZrO 2 .8H 2 O) can be used.
【００１５】同じく、本発明に係わるＴｉおよびＴｉ合
金精密鋳造用鋳型の製造方法の実施態様においては、請
求項６に記載しているように、初層スラリー中に界面活
性剤などの助剤を配合したスラリーを用いるようになす
ことができる。[0015] Similarly, in an embodiment of the method for producing a mold for precision casting of Ti and Ti alloy according to the present invention, an auxiliary agent such as a surfactant is added to the initial layer slurry. A blended slurry can be used.
【００１６】同じく、本発明に係わるＴｉおよびＴｉ合
金精密鋳造用鋳型の製造方法の実施態様においては、請
求項７に記載しているように、初層スタッコとしてジル
コン酸カルシウム（ＣａＺｒＯ３）を含む耐火物粉末を
用いるようになすことができる。Similarly, in the embodiment of the method for producing a mold for precision casting of Ti and a Ti alloy according to the present invention, the first layer stucco contains calcium zirconate (CaZrO 3 ). A refractory powder may be used.
【００１７】[0017]
【発明の作用】本発明によるＴｉおよびＴｉ合金精密鋳
造用鋳型の製造方法は、上述した構成を有するものであ
って、ＴｉおよびＴｉ合金の精密鋳造に適用されるもの
であり、この場合のＴｉ合金としては、α型，α＋β
型，β型の合金に適用されるものである。The method for producing a mold for precision casting of Ti and Ti alloy according to the present invention has the above-mentioned structure and is applied to precision casting of Ti and Ti alloy. Α-type, α + β
And β-type alloys.
【００１８】そして、消失性模型の表面に、初層スラリ
ーの付着と初層スタッコの付着をまず行うのであるが、
この場合に用いられる製品形状ないしは製品近似形状に
成形した消失性模型の素材としては、低温溶融性のワッ
クスが一般的であるが、その他の昇温溶融性または昇華
性や溶媒溶解性等の消失性材料を使用することも可能で
ある。Then, the first layer slurry and the first layer stucco are first adhered to the surface of the vanishing model.
In this case, a low-melting wax is generally used as the material of the vanishing model molded into a product shape or a product approximation shape, but other heat-melting or sublimability or solvent solubility is lost. It is also possible to use conductive materials.
【００１９】また、この消失性模型に対しては、初層ス
ラリーの付着性を高めるために、表面の脱脂やエッチン
グ（表面の粗面化）などの前処理を施しておくことも場
合によっては望ましい。In order to enhance the adhesion of the initial layer slurry, a pretreatment such as surface degreasing or etching (surface roughening) may be applied to the vanishing model in some cases. desirable.
【００２０】そして、この消失性模型の表面に付着させ
る初層スラリーとしては、ジルコン酸カルシウム（Ｃａ
ＺｒＯ３）を含む耐火物粉末を配合したスラリーを用い
る。The initial layer slurry adhered to the surface of the vanishing model is calcium zirconate (Ca
A slurry containing a refractory powder containing ZrO 3 ) is used.
【００２１】このジルコン酸カルシウム（ＣａＺｒ
Ｏ３）を含む耐火物粉末は、カルシア（ＣａＯ）とジル
コニア（ＺｒＯ２）を含む配合原料を電気溶融法などに
よって溶融したのち粉化してなるものが用いられる。This calcium zirconate (CaZr)
As the refractory powder containing O 3 ), a powder obtained by melting a compounding material containing calcia (CaO) and zirconia (ZrO 2 ) by an electric melting method or the like and then pulverizing the same is used.
【００２２】この溶融・粉化に際しては、機械的な粉化
手法のほか、適宜の手法を採用することができる。At the time of melting and pulverization, an appropriate method can be adopted in addition to a mechanical pulverization method.
【００２３】この場合、カルシア（ＣａＯ）とジルコニ
ア（ＺｒＯ２）の配合比は、ジルコニア（ＺｒＯ２）を
基準とした場合のカルシア（ＣａＯ）の配合モル比が
０．７〜１．４の範囲内のものとすることがより望まし
い。すなわち、ジルコニア（ＺｒＯ２）に対するカルシ
ア（ＣａＯ）の配合モル比が０．７よりも小さいと、耐
火物粉末中におけるジルコニア（ＺｒＯ２）の相対比率
が多くなってジルコン酸カルシウム（ＣａＺｒＯ３）の
相対比率が少なくなり、鋳造品表面での変質層（反応
層）の発生を抑制しがたくなる傾向となるので好ましく
ない。In this case, the mixing ratio of calcia (CaO) to zirconia (ZrO 2 ) is such that the mixing molar ratio of calcia (CaO) based on zirconia (ZrO 2 ) is in the range of 0.7 to 1.4. It is more preferable that That is, when the blending molar ratio of calcia (CaO) to zirconia (ZrO 2 ) is smaller than 0.7, the relative ratio of zirconia (ZrO 2 ) in the refractory powder increases and calcium zirconate (CaZrO 3 ) It is not preferable because the relative ratio becomes small and it becomes difficult to suppress the formation of the altered layer (reactive layer) on the surface of the casting.
【００２４】他方、ジルコニア（ＺｒＯ２）に対するカ
ルシア（ＣａＯ）の配合モル比が１．４よりも大きい
と、耐火物粉末中におけるカルシア（ＣａＯ）の相対比
率が多くなってジルコン酸カルシウム（ＣａＺｒＯ３）
の相対比率が少なくなり、吸湿性が増大したり、鋳型強
度が低下して内面剥離を生じたり、鋳造品の表面に気孔
が発生したりする傾向となることもありうるので好まし
くない。On the other hand, if the molar ratio of calcia (CaO) to zirconia (ZrO 2 ) is greater than 1.4, the relative proportion of calcia (CaO) in the refractory powder increases, and calcium zirconate (CaZrO 3) )
, The moisture absorption may increase, the strength of the mold may decrease, the inner surface may peel off, and pores may be generated on the surface of the casting, which is not preferable.
【００２５】そして、より好ましいカルシア（ＣａＯ）
とジルコニア（ＺｒＯ２）の配合モル比は１：１であ
り、重量比ではＣａＯが３１重量％の場合であって、こ
の場合には耐火物粉末のほとんどがジルコン酸カルシウ
ム（ＣａＺｒＯ３）となり、残部（例えば、２重量％以
下）は微量のＳｉＯ２，ＴｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，Ｆｅ２
Ｏ３，ＣａＯ，ＺｒＯ２等の不純物となる。Further, more preferable calcia (CaO)
And zirconia (ZrO 2 ) in a molar ratio of 1: 1 and a weight ratio of CaO of 31% by weight. In this case, most of the refractory powder was calcium zirconate (CaZrO 3 ), The remainder (for example, 2% by weight or less) is trace amounts of SiO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2
It becomes impurities such as O 3 , CaO, and ZrO 2 .
【００２６】そして、初層スラリー中に配合される耐火
物粉末に含まれるジルコン酸カルシウム（ＣａＺｒ
Ｏ３）は５０重量％以上であるようにすることが望まし
く、これよりも含有量が少ないと鋳造品表面における変
質層形成の抑制作用が小さい傾向となる。Then, calcium zirconate (CaZr) contained in the refractory powder blended in the first layer slurry is used.
O 3 ) is desirably 50% by weight or more, and if the content is less than this, the effect of suppressing the formation of an altered layer on the surface of the casting tends to be small.
【００２７】初層スラリー中には、上記した耐火物粉末
のほかに、バインダーを含むものとすることが望まし
く、この場合のバインダーとしては、酢酸ジルコニル
（ＺｒＯ（ＣＨ３ＣＯＯ）２），酢酸ジルコニウム（Ｚ
ｒ（ＣＨ３ＣＯＯ）４），酢酸カルシウム（Ｃａ（ＣＨ
３ＣＯＯ）２），炭酸ジルコニウム・アンモニウム（Ｎ
Ｈ４・ＺｒＣＯ４・ＺｒＯ２・８Ｈ２Ｏ）のうちから選
ばれる１種または２種以上からなるものを用いることが
可能である。The initial layer slurry desirably contains a binder in addition to the refractory powder described above. In this case, the binder may be zirconyl acetate (ZrO (CH 3 COO) 2 ) or zirconium acetate (Z
r (CH 3 COO) 4 ), calcium acetate (Ca (CH
3 COO) 2 ), zirconium ammonium carbonate (N
H 4 .ZrCO 4 .ZrO 2 .8H 2 O) can be used.
【００２８】そのほか、初層スラリー中には、界面活性
剤などの助剤を配合したものとすることも場合によって
は望ましい。In addition, it is sometimes desirable to add an auxiliary agent such as a surfactant to the initial layer slurry.
【００２９】必要に応じて脱脂処理やエッチング処理な
どの前処理を施した消失性模型の表面に上記した初層ス
ラリーを該スラリー槽中への浸漬等により付着したのち
には、初層スタッコを該スタッコの流動によるまぶし等
によって付着させることとなるが、この初層スタッコと
しては、初層スラリー中に配合した耐火物粉末とは異な
るものを用いることも可能ではあるが、必要に応じて、
上記初層スラリー中に配合した耐火物粉末と同一ないし
は同一系のものを使用することもでき、この場合に、ジ
ルコン酸カルシウム（ＣａＺｒＯ３）を含む耐火物粉末
を初層スタッコとして用いることもできる。After the above-mentioned initial layer slurry is adhered to the surface of the vanishing model which has been subjected to a pretreatment such as a degreasing process or an etching process as required by dipping or the like in the slurry tank, the initial layer stucco is removed. It will be adhered by the dazzling or the like due to the flow of the stucco, but as the first layer stucco, it is also possible to use a different refractory powder blended in the first layer slurry, but if necessary,
The same or the same refractory powder as the refractory powder blended in the initial layer slurry can be used. In this case, a refractory powder containing calcium zirconate (CaZrO 3 ) can be used as the initial layer stucco. .
【００３０】このようにして、消失性模型の表面に、初
層スラリーの付着と初層スタッコの付着を行ったのち、
バックアップスラリーの付着とバックアップスタッコの
付着とバックアップスタッコ付着後の適宜の乾燥とを所
要回数実施して耐火物の積層体を形成することとなる
が、この場合のバックアップスラリー中に配合される耐
火物粉末やバックアップスタッコとして用いられる耐火
物粉末としては、初層スラリー中に配合される耐火物粉
末のごとくＴｉやＴｉ合金と接触することにより要求さ
れる特性を必要としないため、主に耐火物積層体の強度
や作業性やコストなどの観点から選択することが望まし
く、シリケート（ＳｉＯ２）系のもの、例えば、ムライ
ト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２〜２Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ
２）やジルコンサンド（ＺｒＯ２・ＳｉＯ２）などを用
いることができ、あるいは酸化物系のものとしてアルミ
ナ（Ａｌ２Ｏ３）などを用いることができ、あるいはま
たこれらの複合系であるシャモット（Ａｌ２Ｏ３−Ｓｉ
Ｏ２系耐火物）などを用いることもできる。In this way, after the first layer slurry and the first layer stucco have been deposited on the surface of the vanishing model,
The adherence of the backup slurry, the adhesion of the backup stucco, and the appropriate drying after the adhesion of the backup stucco are performed a required number of times to form a refractory laminate, and in this case, the refractory compounded in the backup slurry Refractory powders used as powders and backup stucco do not require the properties required by contact with Ti or Ti alloy, as do the refractory powders blended in the first layer slurry. It is desirable to select from the viewpoints of body strength, workability, cost, etc., and silicate (SiO 2 ) -based ones, for example, mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 to 2Al 2 O 3 .SiO)
2 ) or zircon sand (ZrO 2 · SiO 2 ) or the like, or alumina (Al 2 O 3 ) or the like as an oxide-based material, or a chamotte (a composite material thereof) Al 2 O 3 —Si
O 2 -based refractories) and the like can also be used.
【００３１】このようにして、消失性模型の表面に耐火
物の積層体を形成したのち、消失性模型材料の特性に対
応させて、例えば、加熱により溶融して消失性模型を除
去したり、同じく加熱により昇華して消失性模型を除去
したり、水等の溶剤により溶解して消失性模型を除去し
たりしたあと、耐火物の積層体を焼成することによっ
て、内部に鋳造用キャビティが形成されたＴｉおよびＴ
ｉ合金のための精密鋳造用鋳型とする。After the refractory laminate is formed on the surface of the extinguishing model in this manner, the extinguishing model is removed by melting, for example, by heating in accordance with the characteristics of the extinguishing model material. Similarly, after sublimation by heating to remove the disappearing model, or by dissolving with a solvent such as water to remove the disappearing model, the refractory laminate is fired to form a casting cavity inside. Ti and T
A precision casting mold for i-alloy.
【００３２】[0032]
【実施例】以下、本発明の実施例を参考例および比較例
と共に詳細に説明するが、本発明はこのような実施例の
みに限定されないことはいうまでもない。EXAMPLES Examples of the present invention will be described in detail below with reference examples and comparative examples, but it goes without saying that the present invention is not limited to only these examples.
【００３３】まず、製作しようとする鋳造品の形状（こ
の実施例では、小判形状の鋳造品）と同一形状をなす成
形空間を有するワックス成形型内に、溶融ワックスを注
入して、小判形状のワックス模型を多数成形したのち、
幹（湯道）となる同じくワックスよりなる棒状部材に前
記多数の小判形状ワックス模型を部分溶融して固定する
ことによって、ツリー形状の消失模型を製作した。First, molten wax is poured into a wax mold having a molding space having the same shape as the shape of a casting to be manufactured (in this embodiment, an oval shaped casting), and the oval shape is formed. After molding many wax models,
A tree-shaped vanishing model was manufactured by partially melting and fixing the large number of oval-shaped wax models to a rod-shaped member, also made of wax, serving as a trunk (runner).
【００３４】他方、カルシア（ＣａＯ）とジルコニア
（ＺｒＯ２）を原料としてこれらを等モル比（すなわ
ち、カルシア（ＣａＯ）の割合が３１重量％に相当す
る。）で配合し、電気アーク炉によって溶解したのち凝
固させ、この凝固ブロックをジョークラッシャにより破
砕したのちボールミルにより微粉砕して初層スラリー用
および初層スタッコ用の耐火物粉末を得た。On the other hand, calcia (CaO) and zirconia (ZrO 2 ) are used as raw materials, and they are blended in an equimolar ratio (that is, the ratio of calcia (CaO) corresponds to 31% by weight) and melted by an electric arc furnace. Thereafter, the solidified block was crushed by a jaw crusher and then finely pulverized by a ball mill to obtain a refractory powder for an initial layer slurry and an initial layer stucco.
【００３５】この耐火物粉末においては、ジルコン酸カ
ルシウム（ＣａＺｒＯ３）の含有量が約９９重量％であ
り、その他の約１重量％はＳｉＯ２，ＭｇＯ，Ａｌ２Ｏ
３，Ｆｅ２Ｏ３，ＴｉＯ２等の不純物酸化物であった。In this refractory powder, the content of calcium zirconate (CaZrO 3 ) is about 99% by weight, and about 1% by weight is SiO 2 , MgO, Al 2 O.
3 , impurity oxides such as Fe 2 O 3 and TiO 2 .
【００３６】次に、消失性模型の表面に、脱脂およびエ
ッチング処理を施したのち、表１に示す成分の初層スラ
リー（粘度は約４５００ｃＰｓに調整したもの）をこの
スラリー槽中への浸漬によって付着したのち、同じく表
１に示す成分の初層スタッコを流動状にまぶして付着
し、さらには、シリケート（ＳｉＯ２）を含むバックア
ップスラリーの浸漬付着とムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２
ＳｉＯ２）を含むバックアップスタッコの流動状での付
着とバックアップスタッコ付着後の乾燥を５回くりかえ
し、最後にシリケート（ＳｉＯ２）を含むバックアップ
スラリーの浸漬付着を行うことによって、消失性模型の
表面に耐火物の積層体を形成した。Next, after the surface of the vanishing model was subjected to degreasing and etching treatments, an initial layer slurry (having a viscosity adjusted to about 4500 cPs) of the components shown in Table 1 was immersed in the slurry tank. After adhering, the first layer stucco of the same components shown in Table 1 was also applied in a fluid state, followed by immersion adhesion of a backup slurry containing silicate (SiO 2 ) and mullite (3Al 2 O 3 .2).
The adhesion of the backup stucco containing SiO 2 ) in a fluid state and the drying after the adhesion of the backup stucco are repeated five times, and finally the backup slurry containing silicate (SiO 2 ) is immersed and adhered to the surface of the vanishing model. A refractory laminate was formed.
【００３７】次に、上記耐火物の積層体を約３００℃に
加熱することによって消失性模型の素材であるワックス
を溶融除去（すなわち、脱ろう）したのち、約１１００
℃に加熱して焼成することによって、内部に、小判形状
をなす多数の鋳造用キャビティを有し且つこれらの鋳造
用キャビティが湯道に接続された精密鋳造用鋳型を得
た。Next, the wax which is the material of the vanishing model is melted and removed (that is, dewaxed) by heating the refractory laminate to about 300 ° C.
By heating to ℃ and firing, there was obtained a precision casting mold having a large number of oval-shaped casting cavities inside and connecting these casting cavities to a runner.
【００３８】次に、上記精密鋳造用鋳型の湯道先端の湯
口部より、α型の工業用純チタン（ＣＰ−Ｔｉ）と、α
＋β型のＴｉ−６Ａｌ−４Ｖチタン合金と、β型のＴｉ
−１０Ｖ−３Ａｌ−２Ｆｅチタン合金の溶湯（いずれも
オーバーヒート約５０℃）をそれぞれ個別に注入し、凝
固後に型ばらしを行ったのちショットブラスティングを
実施して、小判形状をなす鋳造品を得たのち、各鋳造品
について表面肌の観察を行った。この結果も同じく表１
に示す。Next, α-type industrial pure titanium (CP-Ti), α-type industrial pure titanium (CP-Ti),
+ Β-type Ti-6Al-4V titanium alloy and β-type Ti
A molten metal of -10V-3Al-2Fe titanium alloy (each overheated at about 50 ° C.) was individually poured, and after solidification, the mold was separated and shot blasting was performed to obtain an oval-shaped cast product. Thereafter, the surface skin of each casting was observed. This result is also shown in Table 1.
Shown in
【００３９】[0039]
【表１】 [Table 1]
【００４０】表１に示すように、参考例１の精密鋳造用
鋳型を用いた場合には、ジルコン酸カルシウム（ＣａＺ
ｒＯ３）よりなる耐火物粉末のバインダーとしてジルコ
ニアゾル（ＺｒＯ２・ＸＨ２Ｏ）を使用していることか
ら、バインダーによる結合力が弱いため、鋳造品には耐
火物粉末のかみ込みが見られた。As shown in Table 1, when the precision casting mold of Reference Example 1 was used, calcium zirconate (CaZ
Since zirconia sol (ZrO 2 · XH 2 O) is used as a binder for the refractory powder composed of rO 3 ), the binding strength of the binder is weak, so that the refractory powder is entangled in the cast product. Was.
【００４１】一方、比較例１の精密鋳造用鋳型を用いた
場合には、耐火物粉末としてジルコニア（ＺｒＯ２）を
使用していることから、表面変質層が形成されて、鋳造
品の表面にまらだら模様の生成がみとめられた。On the other hand, when the precision casting mold of Comparative Example 1 was used, since zirconia (ZrO 2 ) was used as the refractory powder, a surface altered layer was formed, and the surface of the cast product was formed. The generation of mottling patterns was observed.
【００４２】これに対して、実施例１のごとく、初晶ス
ラリー中に配合される耐火物粉末としてジルコン酸カル
シウム（ＣａＺｒＯ３）を用い、バインダーとして酢酸
ジルコニル（ＺｒＯ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）を用いた精密
鋳造用鋳型を使用した場合、および、実施例２のごと
く、初晶スラリー中に配合される耐火物粉末としてジル
コン酸カルシウム（ＣａＺｒＯ３）を用い、バインダー
として炭酸ジルコニウム・アンモニウム（ＮＨ４・Ｚｒ
ＣＯ４・ＺｒＯ２・８Ｈ２Ｏ）を用いた精密鋳造用鋳型
を使用した場合には、比較例１ほどの初層スラリーによ
る初層の抗折強度は得られないものの、鋳造品の表面肌
は、α型Ｔｉ，α＋β型Ｔｉおよびβ型Ｔｉ合金のいず
れを素材としたときにも鋳造品の表面に発生する変質層
（反応層）が軽微であり、場合によっては仕上げ加工を
必要としないほどの美麗な表面肌をもつ小判形状の鋳造
品を製造することが可能であった。On the other hand, as in Example 1, calcium zirconate (CaZrO 3 ) was used as the refractory powder mixed in the primary crystal slurry, and zirconyl acetate (ZrO (CH 3 COO) 2 ) was used as the binder. When the precision casting mold used was used, and as in Example 2, calcium zirconate (CaZrO 3 ) was used as the refractory powder to be blended into the primary crystal slurry, and zirconium ammonium carbonate (NH 4 ) was used as the binder.・ Zr
When a precision casting mold using (CO 4 .ZrO 2 .8H 2 O) is used, the initial layer stiffness of the initial layer with the initial layer slurry as in Comparative Example 1 cannot be obtained, but the surface texture of the cast product In any case, when any of α-type Ti, α + β-type Ti and β-type Ti alloy is used as a material, a deteriorated layer (reaction layer) generated on the surface of the cast product is slight, and in some cases, finishing is not required. It was possible to produce an oval-shaped casting having such a beautiful surface.
【００４３】[0043]
【発明の効果】本発明によるＴｉおよびＴｉ合金精密鋳
造用鋳型の製造方法では、請求項１に記載しているよう
に、消失性模型の表面に、初層スラリーの付着と初層ス
タッコの付着を行ったのち、バックアップスラリーの付
着とバックアップスタッコの付着を所要回数実施して耐
火物の積層体を形成し、消失性模型の除去および耐火物
積層体の焼成を経て内部に鋳造用キャビティが形成され
たＴｉおよびＴｉ合金精密鋳造用鋳型を製造するに際
し、初層スラリーとしてジルコン酸カルシウム（ＣａＺ
ｒＯ３）を含む耐火物粉末を配合したスラリーを用いる
ようにしたから、ＴｉおよびＴｉ合金からなる鋳造品の
表面に発生する変質層（反応層）が軽微であり、したが
って、化学的手段や機械的手段などによる表面変質層の
除去を軽減ないしは不要とすることが可能であり、場合
によっては後工程の省略も可能である表面品質の優れた
鋳造品を得ることが可能であるＴｉおよびＴｉ合金精密
鋳造用鋳型を製造することができるという著大なる効果
がもたらされる。According to the method for producing a mold for precision casting of Ti and a Ti alloy according to the present invention, as described in claim 1, the adhesion of the initial layer slurry and the adhesion of the initial layer stucco to the surface of the vanishing model. After performing the above steps, the backup slurry and the backup stucco are deposited a required number of times to form a refractory laminate, and after removing the vanishing model and firing the refractory laminate, a casting cavity is formed inside. In producing the cast mold for precision casting of Ti and Ti alloy, calcium zirconate (CaZ
Since a slurry containing a refractory powder containing rO 3 ) is used, an altered layer (reaction layer) generated on the surface of a cast product made of Ti and a Ti alloy is slight, and therefore, chemical means and mechanical Ti and Ti alloys that can reduce or eliminate the removal of a surface-altered layer by mechanical means or the like, and can obtain a cast product with excellent surface quality that can omit a post-process in some cases. The great effect that a precision casting mold can be manufactured is brought about.
【００４４】そして、請求項２に記載しているように、
ジルコン酸カルシウム（ＣａＺｒＯ３）を含む耐火物粉
末は、カルシア（ＣａＯ）とジルコニア（ＺｒＯ２）を
含む配合原料を溶融粉化して得たものとすることによっ
て、ジルコン酸カルシウム（ＣａＺｒＯ３）を容易に低
コストで得ることが可能であるという著大なる効果がも
たらされる。And, as described in claim 2,
Refractory powder comprising calcium zirconate (CaZrO 3), by which shall be obtained by melt powdering the mixed material containing calcia (CaO) and zirconia (ZrO 2), ease of calcium zirconate (CaZrO 3) A great effect that it can be obtained at a low cost.
【００４５】また、請求項３に記載しているように、カ
ルシア（ＣａＯ）とジルコニア（ＺｒＯ２）の配合比
は、ジルコニア（ＺｒＯ２）を基準とした場合のカルシ
ア（ＣａＯ）の配合モル比が０．７〜１．４の範囲内の
ものとすることによって、耐火物粉末中のジルコン酸カ
ルシウム（ＣａＺｒＯ３）比率を高めることが可能であ
るという著しく優れた効果がもたらされる。Further, as described in claim 3, the mixing ratio of calcia (CaO) and zirconia (ZrO 2 ) is based on the mixing molar ratio of calcia (CaO) based on zirconia (ZrO 2 ). There by those within the range of 0.7 to 1.4, results in significantly better effect refractory calcium zirconate powder (CaZrO 3) ratio can be enhanced.
【００４６】さらにまた、請求項４に記載しているよう
に、耐火物粉末中におけるジルコン酸カルシウム（Ｃａ
ＺｒＯ３）の含有量が５０重量％以上であるものとする
ことによって、ＴｉおよびＴｉ合金からなる鋳造品表面
のαケース変質層の発生が軽微であるものとすることが
可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。Further, as described in claim 4, calcium zirconate (Ca) in the refractory powder is used.
By setting the content of ZrO 3 ) to be 50% by weight or more, the occurrence of an α-case altered layer on the surface of a casting made of Ti and a Ti alloy can be significantly reduced. The effect is brought about.
【００４７】さらにまた、請求項５に記載しているよう
に、初層スラリー中に酢酸ジルコニル（ＺｒＯ（ＣＨ３
ＣＯＯ）２），酢酸ジルコニウム（Ｚｒ（ＣＨ３ＣＯ
Ｏ）４），酢酸カルシウム（Ｃａ（ＣＨ３ＣＯ
Ｏ）２），炭酸ジルコニウム・アンモニウム（ＮＨ４・
ＺｒＣＯ４・ＺｒＯ２・８Ｈ２Ｏ）のうちから選ばれる
バインダーを配合したスラリーを用いるようになすこと
によって、初層の強度をより一層向上させたものとする
ことが可能であり、ＴｉおよびＴｉ合金溶湯の注入時に
初層に剥離を生じたり耐火物粉末が溶湯中に混入したり
するのを防止することが可能であるという著しく優れた
効果がもたらされる。Further, as described in claim 5, zirconyl acetate (ZrO (CH 3
COO) 2 ), zirconium acetate (Zr (CH 3 CO
O) 4 ), calcium acetate (Ca (CH 3 CO
O) 2 ), zirconium ammonium carbonate (NH 4.
ZrCO 4 .ZrO 2 .8H 2 O) by using a slurry containing a binder selected from the group consisting of ZrCO 4 .ZrO 2 .8H 2 O), it is possible to further improve the strength of the initial layer, and to use Ti and Ti A remarkably excellent effect is obtained in that it is possible to prevent the initial layer from being peeled off or the refractory powder from being mixed into the molten metal when the molten alloy is poured.
【００４８】さらにまた、請求項６に記載しているよう
に、初層スラリー中に界面活性剤などの助剤を配合した
スラリーを用いるようになすことによって、初層スラリ
ーの性状をさらに改善したり、消失性模型との間での濡
れ性をより一層向上させたものとすることが可能である
という著しく優れた効果がもたらされる。Further, as described in claim 6, by using a slurry in which an auxiliary agent such as a surfactant is blended in the initial layer slurry, the properties of the initial layer slurry can be further improved. And an excellent effect of being able to further improve the wettability with the vanishing model.
【００４９】さらにまた、請求項７に記載しているよう
に、初層スタッコとしてジルコン酸カルシウム（ＣａＺ
ｒＯ３）を含む耐火物粉末を用いるようになすことによ
って、初層の性状をより一層良好なものとすることが可
能であり、ＴｉおよびＴｉ合金からなる鋳造品の表面状
態をさらに優れたものとすることが可能であるという著
しく優れた効果がもたらされる。Further, as described in claim 7, calcium zirconate (CaZ) is used as the initial stucco.
By using the refractory powder containing rO 3 ), the properties of the first layer can be further improved, and the surface condition of a cast product made of Ti and a Ti alloy can be further improved. A remarkably excellent effect is obtained.
Claims (7)
着と初層スタッコの付着を行ったのち、バックアップス
ラリーの付着とバックアップスタッコの付着を所要回数
実施して耐火物の積層体を形成し、消失性模型の除去お
よび耐火物積層体の焼成を経て内部に鋳造用キャビティ
が形成されたＴｉおよびＴｉ合金精密鋳造用鋳型を製造
するに際し、初層スラリーとしてジルコン酸カルシウム
（ＣａＺｒＯ３）を含む耐火物粉末を配合したスラリー
を用いることを特徴とするＴｉおよびＴｉ合金精密鋳造
用鋳型の製造方法。1. After the initial layer slurry and the first layer stucco are adhered to the surface of the vanishing model, the backup slurry and the backup stucco are adhered a required number of times to form a refractory laminate. Then, when manufacturing a mold for precision casting of Ti and a Ti alloy in which a casting cavity is formed through removal of the disappearing model and firing of the refractory laminate, calcium zirconate (CaZrO 3 ) is used as an initial layer slurry. A method for producing a mold for precision casting of Ti and a Ti alloy, comprising using a slurry containing a refractory powder containing the same.
を含む耐火物粉末は、カルシア（ＣａＯ）とジルコニア
（ＺｒＯ２）を含む配合原料を溶融粉化して得たもので
ある請求項１に記載のＴｉおよびＴｉ合金精密鋳造用鋳
型の製造方法。2. Calcium zirconate (CaZrO 3 )
Refractory powder containing the calcia (CaO) and zirconia manufacturing method of Ti and Ti alloy precision casting mold according to mixed material to claim 1 in which obtained by melting powdered containing (ZrO 2).
Ｏ２）の配合比は、ジルコニア（ＺｒＯ２）を基準とし
た場合のカルシア（ＣａＯ）の配合モル比が０．７〜
１．４の範囲内であるものとする請求項１または２に記
載のＴｉおよびＴｉ合金精密鋳造用鋳型の製造方法。3. Calcia (CaO) and zirconia (Zr)
Mixing ratio of O 2), the mixing molar ratio of zirconia (in the case relative to the ZrO 2) calcia (CaO) is 0.7
The method for producing a mold for precision casting of Ti and a Ti alloy according to claim 1 or 2, wherein the mold is within a range of 1.4.
ウム（ＣａＺｒＯ３）の含有量が５０重量％以上である
ものとする請求項１ないし３のいずれかに記載のＴｉお
よびＴｉ合金精密鋳造用鋳型の製造方法。4. The mold for precision casting of Ti and Ti alloy according to claim 1, wherein the content of calcium zirconate (CaZrO 3 ) in the refractory powder is 50% by weight or more. Production method.
Ｏ（ＣＨ３ＣＯＯ）２），酢酸ジルコニウム（Ｚｒ（Ｃ
Ｈ３ＣＯＯ）４），酢酸カルシウム（Ｃａ（ＣＨ３ＣＯ
Ｏ）２），炭酸ジルコニウム・アンモニウム（ＮＨ４・
ＺｒＣＯ４・ＺｒＯ２・８Ｈ２Ｏ）のうちから選ばれる
バインダーを配合したスラリーを用いる請求項１ないし
４のいずれかに記載のＴｉおよびＴｉ合金精密鋳造用鋳
型の製造方法。5. Zirconyl acetate (Zr) is contained in the slurry of the first layer.
O (CH 3 COO) 2 ), zirconium acetate (Zr (C
H 3 COO) 4 ), calcium acetate (Ca (CH 3 CO
O) 2 ), zirconium ammonium carbonate (NH 4.
The method for producing a mold for precision casting of Ti and a Ti alloy according to any one of claims 1 to 4, wherein a slurry containing a binder selected from ZrCO 4 · ZrO 2 · 8H 2 O) is used.
を配合したスラリーを用いる請求項１ないし５のいずれ
かに記載のＴｉおよびＴｉ合金精密鋳造用鋳型の製造方
法。6. The method for producing a mold for precision casting of Ti and a Ti alloy according to claim 1, wherein a slurry in which an auxiliary agent such as a surfactant is blended into the initial layer slurry is used.
ム（ＣａＺｒＯ３）を含む耐火物粉末を用いる請求項１
ないし６のいずれかに記載のＴｉおよびＴｉ合金精密鋳
造用鋳型の製造方法。7. The refractory powder containing calcium zirconate (CaZrO 3 ) as the first layer stucco.
7. The method for producing a mold for precision casting of Ti and a Ti alloy according to any one of claims 1 to 6.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12359398A JPH11320026A (en) | 1998-05-06 | 1998-05-06 | Manufacture of mold for precision casting of ti and ti alloy |
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|---|---|---|---|
| JP12359398A JPH11320026A (en) | 1998-05-06 | 1998-05-06 | Manufacture of mold for precision casting of ti and ti alloy |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12359398A Pending JPH11320026A (en) | 1998-05-06 | 1998-05-06 | Manufacture of mold for precision casting of ti and ti alloy |
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|---|---|
| JP (1) | JPH11320026A (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN103071764A (en) * | 2012-11-30 | 2013-05-01 | 上海大学 | A kind of CaZrO3 shell for precision casting of titanium and titanium alloy and its preparation method |
| CN104001856A (en) * | 2014-05-30 | 2014-08-27 | 张勇弢 | Preparation method of oxide ceramic composite shell for precision casting of titanium alloy |
| CN104070132A (en) * | 2013-03-26 | 2014-10-01 | 通用电气公司 | Foam pattern coated with castable refractory and used for casting evanescent mode as well as production and application methods thereof |
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-
1998
- 1998-05-06 JP JP12359398A patent/JPH11320026A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103071764A (en) * | 2012-11-30 | 2013-05-01 | 上海大学 | A kind of CaZrO3 shell for precision casting of titanium and titanium alloy and its preparation method |
| CN102974761A (en) * | 2012-12-04 | 2013-03-20 | 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 | Preparation method for calcium zirconate formwork through titanium and titanium aluminium alloy fired mould precision casting |
| CN104070132A (en) * | 2013-03-26 | 2014-10-01 | 通用电气公司 | Foam pattern coated with castable refractory and used for casting evanescent mode as well as production and application methods thereof |
| JP2014188590A (en) * | 2013-03-26 | 2014-10-06 | General Electric Co <Ge> | Refractory slurry reducing carbon pickup in lost foam casting, foam pattern and processes for manufacturing and using the same |
| CN104001856A (en) * | 2014-05-30 | 2014-08-27 | 张勇弢 | Preparation method of oxide ceramic composite shell for precision casting of titanium alloy |
| CN104907495A (en) * | 2015-07-14 | 2015-09-16 | 哈尔滨工业大学 | Preparation method of TiAl alloy investment casting shell |
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