JP4164851B2 - Arc casting equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はアーク鋳造装置に関する。具体的には、鋳型が目的とする形状を忠実に作製することができるとともに、良質の鋳造品・鋳造材が得られるアーク鋳造装置を提供せんとするものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より用いられているアーク鋳造装置の一構成例を、図10(a)に示し説明する(従来例1)。ここで、図10(a)は、密閉されたチャンバー内に収容され、不活性ガス雰囲気の中でアーク溶解を行なう方式のアーク鋳造装置の概略的な構成を示している。
【0003】
図10(a)において、101は、溶解対象の材料を収容するとともに、アークの熱によって材料が溶解して得られた溶湯が溜まる、破線で示す溶湯溜部102を有する炉床であり、アースされている。この炉床101の素材には一般に銅が用いられ、その内部には冷却用の水が流通するようになっている。また、炉床101は、支軸103により支持されて傾動可能となっている。
【0004】
炉床101の上方には、アークを発生するための電極棒201が配置され、下方には、溶湯を鋳込むためのテーパ状に開口した鋳込口112が設けられた鋳型111が配置されている。
【0005】
以上の各構成要素は、図示されてはいない密閉されたチャンバー内に収容され、チャンバー内は、アークと空気との接触による溶融金属の酸化・窒化を防ぐため、アルゴン・ガスなどの不活性ガスが充填された雰囲気となっている。
【0006】
そこで、このような構成の装置により鋳造を行なう場合は、まず、ブロック状あるいは粒状などの形態の材料を、炉床101の溶湯溜部102に収容する。ついで、電極棒201と炉床101との間でアークを発生させ、その発熱により材料を溶解する。このアークの熱により得られた溶湯は、図10(b)に示すように、支軸103を回動して炉床101を傾動させることにより、炉床101から排出して落下し、下方に配置された鋳型111の内部に鋳込口112を介して鋳込まれることになる。
【0007】
図11(a)は、他の従来例の構成を示すものであり、図10(a)に示した従来例1と同じく、密閉されたチャンバー内に収容され、不活性ガス雰囲気の中でアーク溶解を行なう方式のアーク鋳造装置である(従来例2)。
【0008】
図11(a)において、ここに示したアーク鋳造装置では、アースされた鋳型121が炉床として用いられる(内部には冷却用の水が流通するようになっている)。すなわち、鋳型121の上面に設けられた所定形状の凹部122に、溶解対象材料を収容したうえで、電極棒201と鋳型121との間でアークを発生させて溶湯Mを得るものである。そして、アークの熱により溶湯Mが得られたならば、図11(b)に示すように、鋳型121の上方に配置された押し型131を、その下面が鋳型121の上面に密着する位置まで下降させて、その押圧力により溶湯Mを圧延し、鋳造製品を作製するようにしている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図10により説明した従来例1によると、つぎのような解決すべき課題がある。すなわち、炉床101と鋳型111とが所定の距離をおいて分離して配置されているため、溶解により得られた溶湯が雰囲気ガス中を落下し、ガスを巻き込んでしまう。この溶湯へのガスの巻き込みは、溶湯を急速に落下させた場合は、炉床101から鋳型111に向けての落下中のみならず、鋳型111の鋳込口112のテーパ状面に溶湯が衝突して飛散する際にも生じる。溶湯にガスが巻き込まれれば、小さな気泡である巣の発生の原因となり、鋳造品・鋳造材の機械的性質の劣化の要因となる。
【0010】
また、鋳型111が炉床101から離れた位置にある結果、注湯の際に溶湯が雰囲気ガス中を一定の距離移動し、その間に溶湯の温度が下がってしまう。とくに、溶湯の量が少ない場合は、熱量がより失われて温度が下がる。溶湯温度が下がれば、溶湯の流動性が低下して粘性が高くなり、鋳型111が目的とする形状が精緻精細なものである場合は、チャンバー内を加圧しても鋳型111内の細部まで溶湯が十分には充填されない。したがって、鋳型111の転写性すなわち鋳型111の目的形状の忠実な再現性を確保することができないことになる。
【0011】
そのうえ、炉床101から排出された溶湯の鋳型111への注湯速度は、溶湯の自然落下の速度に規制される。すなわち、溶湯の注湯速度を適度に制御することができない。そのため、溶湯の注湯速度を抑制して鋳型111に鋳込む必要がある場合には、この従来例1によることができないことになる。
【0012】
さらに、アーク溶解においては、アークによる加熱と、内部に水が流通する炉床101による冷却とを同時に行なっている。そのため、異種の金属を融合して合金を生成する場合、溶融合金の均一な溶解が得難い、という問題がある。すなわち、溶融した合金の内部で不均一な結晶核が発生し、溶融合金の内部に組成的な相違が生じる。この不均一な結晶核の多くは、アーク炎により溶解した金属が、アーク炎から受けた電流を炉床に流すために生じた、溶解した金属が炉床に付着して凝結する部分(以下、「コールド・スポット」という。)の近傍で発生する。
【0013】
その原因は、コールド・スポットにおいて溶湯が急激に冷やされることにより、コールド・スポットから溶湯内部に向かって樹枝状の結晶が急速に成長し、溶湯の対流によって枝の部分が溶断されて、幹の部分からつぎつぎと遊離した結晶核が形成されることにある。この遊離結晶核は、金属材料の疲労特性および衝撃特性を低下させることが知られており、良質の鋳造品・鋳造材を得るうえでの障害要因となっている。
【0014】
このような鋳造品・鋳造材の欠陥の原因となる遊離結晶核についての対策が講じられていないという課題も、図10により説明した従来例1にはあった。
【0015】
また、この溶融合金内部における遊離結晶核の形成は、図11により説明した従来例2においても同様である。すなわち、図12は、従来例2により得られた試料(合金組成:Zr55Cu30Ni5Al10 )について、光学顕微鏡により観察した内部組織を示すものである。図示するように、黒点状に看取される多数の遊離結晶核が金属組織に含まれている。
【0016】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記課題を解決するために、本発明はなされたものである。そのために、本発明では、溶湯が溜まる溶湯溜部が設けられ、かつ、支軸により支持されて傾動可能な炉床に鋳型を固定して、炉床と鋳型とを一体的な構造にするとともに、溶湯溜部に収容された溶解対象材料を溶解するアークを発生するための電極棒を配設し、あるいは、この電極棒に加えて、炉床の溶湯溜部から流出して湯道を通る溶湯を加熱するアークを発生するための電極棒を配設するようにした。
【0017】
また、溶解対象材料を溶解するアークを発生するための電極棒に加えて、炉床の溶湯溜部から流出して湯道を通る溶湯を加熱するアークを発生するための電極棒を配設する場合に、絶縁部材を介して鋳型を炉床に固定するとともに、溶湯が通る湯道を絶縁するようにもした。
【0018】
さらに、鋳型に注入された溶湯に押し型による押圧力を加えて鋳造するアーク鋳造装置において、鋳型の近傍に傾動可能な炉床を配置するとともに、その溶湯溜部に収容された溶解対象材料を溶解するアークを発生するための電極棒と、溶湯溜部から流出して鋳型に注入される溶湯を加熱するアークを発生するための電極棒とを配設するようにした。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明の1つの実施の形態(第1の実施の形態)を、図1に示し説明する。ここで、図1は、本実施の形態におけるアーク鋳造装置の構成を示す斜視図である。
【0020】
図1において、炉床11は方形体状に形成され、その上面部には、溶解により得られた溶湯が溜まる凹部である溶湯溜部12が設けられている。この溶湯溜部12の内壁は垂直に形成されているが、部分的に傾斜面に形成されて、この部分が鋳型21に溶湯を注ぎ込む湯口13となっている。この湯口13となる傾斜面は、図2(図1のA−A線に沿う断面図)に示すように、溶湯溜部12の底面から炉床11の側面上端部に至るように形成されている。
【0021】
図1において、炉床11は、その一側面に固定された円柱状の支軸31によって支持され、支軸31は、図示されてはいない駆動機構により回動する。すなわち、炉床11は、支軸31に支持されて傾動し、その傾斜角度は自在に調整することができる。
【0022】
このように傾動する炉床11には、ここに設けられた湯口13に、鋳型21の鋳込口25が臨むように鋳型21が固定されて、炉床11と鋳型21とが一体的な構造となっている。ここにおける鋳型21は、2分された各半型22,23からなり、各半型22,23は重なり合うようにボルトにより緊結されている。
【0023】
一方の半型23は、鋳込口25として湯口13に臨む開口部を有するとともに、この鋳込口25を挟むようにして、断面形状が凹字状となるように各延設部24a,24bが設けられている。これらの延設部24a,24bにより囲まれた空隙部は、炉床11の湯口13と連通し、ここから流出した溶湯が、鋳型21の鋳込口25に注ぎ込むように導く湯道26となっている。
【0024】
なお、湯口13となる傾斜面は、良好な湯流れを得るためのものであって、本発明にとっては必須の構成要件ではない。したがって、溶湯溜部12の内壁全体を垂直に形成し、鋳型21に設けられた湯道26の端部が溶湯溜部12の内壁の上端部に位置するようにしてもよい。
【0025】
また、炉床11に鋳型21を固定する方法としては、炉床11と鋳型21とが当接する部分を溶着してもよく、あるいは、一方の半型23に設けられた各延設部24a,24bを貫通するボルトにより、炉床11に固定してもよい。
【0026】
このように鋳型21が固定された炉床11の上方には、2つの電極棒201,201Bが配設されている。一方の電極棒201は、図2に示すように、炉床11の溶湯溜部12の中央部を指向するように配設され、他方の電極棒201Bは、半型23に設けられた湯道26を指向するように配設されている。
【0027】
溶湯溜部12中央部を指向する電極棒201は、溶湯溜部12内に収容された溶解対象材料を溶解するアークを発生するためのものである。他方、湯道26を指向する電極棒201Bは、炉床11の湯口13から流出して湯道26を通る溶湯を加熱するアークを発生するためのものである。この湯道26を指向する電極棒201Bは、必要に応じて複数配設するようにしてもよい。
【0028】
以上の各構成要素は、図10により説明した従来例1と同様に、密閉されたチャンバー内に収容され、チャンバー内は不活性ガス雰囲気となっている。
【0029】
つぎに、以上のように構成された本装置を用いての鋳造方法を、図3により説明する。
【0030】
まず、炉床11を水平にした状態で、炉床11の溶湯溜部12内に溶解対象である材料を収容する。ついで、一方の電極棒201と炉床11との間でアークを発生させて材料を溶解すると、得られた溶湯Mは、図3(a)に示すように、溶湯溜部12内に溜まる。そこで、炉床11を支持している支軸31(図1)を回動させて炉床11を傾動させると、図3(b)に示すように、溶湯溜部12内の溶湯Mは、炉床11の湯口13から鋳型21に設けられた湯道26を通り、鋳込口25を介して鋳型21の内部に流入する。
【0031】
このとき、もう一方の電極棒201Bによりアークを発生させ、湯道26を通る溶湯Mを加熱する。これにより、溶湯温度が高温に維持されるとともに、炉床11に誘起されたコールド・スポットの近傍に発生して溶湯Mの内部に含まれる遊離結晶核が溶解される。
【0032】
このように傾動する炉床11を、図3(c)に示すように、さらに傾斜させると、鋳型21内に溶湯Mが充填され、完全に充填されれば、溶湯Mの鋳込みが完了することになる。
【0033】
以上の過程において、各電極棒201,201Bを用いてのアークによる加熱は、鋳型21への溶湯Mの鋳込みが完了するまで行なう。本発明によるアーク鋳造装置では、溶湯溜部12と鋳型21の鋳込口25とが近接している。しかも、湯道26を通る溶湯Mは、アークにより加熱される。したがって、溶解により得られた溶湯Mに対するアークによる加熱を継続することによって、溶湯温度を下げることなく粘性が低いままの状態で、遊離結晶核が溶解された溶湯Mを鋳型21内に鋳込むことが可能である。
【0034】
また、炉床11の溶湯溜部12から溶湯Mが直ちに鋳型21の内部に鋳込まれるので、周囲のガスの巻き込みを抑制することができる。その結果、鋳造品・鋳造材の機械的性質の劣化の原因となるガスによる巣の発生を抑えることが可能となる。
【0035】
さらに、鋳型21への溶湯Mの注湯速度を抑制する必要がある場合は、炉床11の傾動速度を遅くし、炉床11が緩やかに傾斜するようにすればよい。溶湯Mの注湯速度は、溶湯Mの自然落下の速度に規制されないので、自在に制御することができる。
【0036】
なお、図1では、溶解対象材料を溶解するアークを発生するための電極棒201の他に、湯道26を通る溶湯を加熱するアークを発生するための電極棒201Bを配設したアーク鋳造装置について図示した。しかし、遊離結晶核の発生がさほど問題とされない鋳造品・鋳造材を作製するような場合は、湯道26を通る溶湯の加熱用の電極棒201Bの配設は、省略してもよい。その場合は、鋳型には湯道26を設けずに、鋳込口25が炉床11の溶湯溜部12の湯口13と直接連通するような構成の鋳型を用いるとよい。
【0037】
図4は、本発明の第2の実施の形態を示す斜視図であり、図1における構成要素と同一の構成要素については、同じ符号を付して説明する。
【0038】
図4において、図1に示した第1の実施の形態と異なるところは、鋳型21が、絶縁部材41を介して炉床11に固定されていること、および鋳型21に設けられた湯道26を絶縁していることである。その他の構成は、図1に示した第1の実施の形態と同じである。
【0039】
本発明によるアーク鋳造装置では、炉床11と鋳型21とが一体的な構造となっている。したがって、鋳型21が導体からなる場合は、アーク炎から受けた電流が鋳型21に流れるため、鋳型21の内部においてコールド・スポットが誘起される可能性がある。鋳型21の内部においてコールド・スポットが誘起されれば、その近傍で遊離結晶核が発生し、鋳造品・鋳造材の質を低下させることになる。
【0040】
そこで、本実施の形態では、アーク炎からの電流が鋳型21に流れて、その内部においてコールド・スポットが誘起されないようにするために、絶縁部材41を介して鋳型21を炉床11に固定するとともに、鋳型21に設けられた湯道26を絶縁している。
【0041】
絶縁部材41は、図5(a)(側面図)に示すように、鋳型21の一方の半型23が炉床11に当接する部分に介装されている。また、図5(a)の破線で示す円の部分を拡大した断面図である図5(b)に示すように、半型23の各延設部24b(a)を貫通し、この貫通する部分の軸を絶縁体からなるカーラー43b(a)により包まれた各ボルト42b(a)を用いて、半型23は炉床11に固定されている。また、鋳型21における湯道26となる部分は、絶縁材(図示せず)により他の部分とは絶縁されている。
【0042】
このように、絶縁部材41を介して鋳型21を炉床11に固定し、かつ、湯道26となる部分を絶縁すれば、アーク炎からの電流は鋳型21には流れないので、鋳型21の内部においてコールド・スポットが誘起されることが抑制され、良質の鋳造品・鋳造材を得ることができることになる。
【0043】
なお、本実施の形態におけるアーク鋳造装置を用いての鋳造方法は、図1に示した第1の実施の形態について図3により説明したところと同じである。
【0044】
図6は、本発明の第3の実施の形態を示すものである。ここに示したアーク鋳造装置は、図11により説明した従来例2と同様に、鋳型内の溶湯に対して押し型による押圧力を加えて鋳造製品を作製するものである。そこで、図11における構成要素と同一の構成要素については同じ符号を付して説明する。
【0045】
図6において、図11により説明した従来例2の構成と異なるところは、第1に、溶解対象である材料を溶解するための、支軸53により支持された炉床51を、鋳型61とは別個にその近傍に配置していること、第2に、材料を溶解するアークを発生するための電極棒201とは別に、炉床51から鋳型61に注入される溶湯を加熱するアークを発生するための電極棒201Bを、さらに配設していることである。その他の構成は、図11により説明した従来例2と同じである。
【0046】
このように構成された本装置により鋳造を行なう場合は、炉床51を水平にした状態で、炉床51の溶湯溜部52に溶解対象材料を収容したうえで、一方の電極棒201と炉床51との間でアークを発生させて材料を溶解する。材料が溶解すると、図7(a)に示すように、溶湯溜部52内に溶湯Mが溜まる。そこで、図7(b)に示すように、炉床51を支持している支軸53を回動させて炉床51を傾動させると、溶湯Mは鋳型61内に流入する。
【0047】
このとき、もう一方の電極棒201Bによりアークを発生させ、炉床51から鋳型61に流入する溶湯Mを加熱する。その結果、溶湯温度が高温に維持されるとともに、炉床51に誘起されたコールド・スポットの近傍に発生して溶湯Mの内部に含まれる遊離結晶核が溶解されることになる。
【0048】
そこで、炉床51をさらに傾斜させて鋳型61内に溶湯Mが充分に注入されたならば、図7(c)に示すように、鋳型61の上方に配置された押し型131を下降させて、その押圧力により溶湯Mを圧延する。
【0049】
なお、各電極棒201,201Bを用いてのアークによる加熱は、鋳型61への溶湯Mの注入が完了するまで行なう。その結果、溶湯温度を下げることなく粘性が低いままの状態で、しかも、遊離結晶核が溶解された溶湯Mを鋳型51内に注入することができる。
【0050】
図8は、本実施の形態におけるアーク鋳造装置により作製された試料(合金組成:Zr50Cu30Ni10Al10 )について、光学顕微鏡により観察した内部組 織を示すものである。図11の従来例2について示した図12と比較して、遊離結晶核はほとんど発生していない。
【0051】
下記表1は、本実施の形態におけるアーク鋳造装置により作製された試料と、従来例2により作製された試料の双方について行なった引張試験の結果を整理したものである
【表1】
このように、本実施の形態におけるアーク鋳造装置によれば、従来例2による場合よりも良好な結果が得られる。
【0052】
また、図9は、本実施の形態におけるアーク鋳造装置により作製された試料と、従来例2により作製された試料のそれぞれについて、引張応力によるひずみ挙動を調べるために行なった実験の結果を示す応力−ひずみ線図である。図中、実線で示す応力−ひずみ線Aは、本実施の形態におけるアーク鋳造装置により作製された試料を示し、破線Bは従来例2により作製された試料を示している。この図から明らかなように、本実施の形態におけるアーク鋳造装置によれば、同一の応力に対してひずみが著しく減少している。
【0053】
なお、図6では、炉床51から鋳型61に注入される溶湯を加熱するアークを発生するための電極棒201Bを1つ配設する構成を示したが、必要に応じて複数の電極棒を配設するようにしてもよい。
【0054】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によるならば、炉床と鋳型とを一体的な構造にして、炉床の溶湯溜部と鋳型の鋳込口とが近接するようにしたので、溶湯は、溶湯溜部から直ちに鋳型内に流入する。しかも、溶解により得られた溶湯に対するアークによる加熱を継続しながら、鋳型に溶湯を鋳込むことが可能である。
【0055】
その結果、溶湯温度を下げることなく粘性が低い状態で、溶湯を鋳型に鋳込むことができる。したがって、鋳型が目的とする形状が精緻精細であっても、鋳型内の細部にまで溶湯を十分に充填することができる。すなわち、微細な形状を作製する場合であっても、鋳型の転写性を確保し、鋳型の目的形状を忠実に再現することが可能である。
【0056】
また、湯道が著しく短く、炉床から溶湯が直ちに鋳型の内部に鋳込まれることから、周囲のガスの巻き込みを抑制することができる。したがって、鋳造品・鋳造材の機械的性質の劣化を招く、ガスによる巣の発生を抑えることができる。
【0057】
さらに、従来例1におけるように溶湯が鋳型に向けて空間内を落下しないので、鋳型への溶湯の注湯速度が、溶湯の自然落下の速度に規制されない。炉床の傾動速度や傾斜角度を適宜調整することにより、鋳型への溶湯の注湯速度を自在に制御することが可能である。このことは、とくに注湯速度を抑制する必要がある場合に有益である。
【0058】
そのうえ、湯道を通る溶湯に対してもアークにより加熱するようにした結果、炉床に誘起されたコールド・スポットの近傍に発生して溶湯の内部に含まれる、鋳造品・鋳造材の欠陥の原因となる遊離結晶核が溶解される。
【0059】
加えて、アーク炎からの電流が鋳型に流れないように、炉床と鋳型とを絶縁部材を介して一体的な構造とするとともに、湯道を絶縁するようにもしたので、鋳型内部でのコールド・スポットの誘起が抑えられ、良質の鋳造品・鋳造材を実現することができる。
【0060】
また、鋳型に注入された溶湯に押し型による押圧力を加えて鋳造するアーク鋳造装置において、鋳型の近傍に傾動可能な炉床を配置し、その溶湯溜部から流出して鋳型に注入される溶湯を、アークにより加熱するようにしたことから、遊離結晶核を含まない鋳造製品を得ることができる。したがって、アーク鋳造において本発明によりもたらされる効果は、極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示す斜視図である。
【図2】図1のA−A線に沿う断面図である。
【図3】図1に示した装置による鋳造方法を説明するための説明図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態を示す斜視図である。
【図5】図4に示した炉床と鋳型との絶縁部材を介しての一体化の構成を示す構成図である。
【図6】本発明の第3の実施の形態を示す構成図である。
【図7】図6に示した装置による鋳造方法を説明するための説明図である。
【図8】図6に示した装置により作製された試料の内部組織を示す表示図である。
【図9】図6に示した装置により作製された試料の応力−ひずみ線図である。
【図10】従来例1を説明するための説明図である。
【図11】従来例2を説明するための説明図である。
【図12】図11に示した従来例2により作製された試料の内部組織を示す表示図である。
【符号の説明】
11 炉床
12 溶湯溜部
13 湯口
21 鋳型
22,23 半型
24a,24b 延設部
25 鋳込口
26 湯道
31 支軸
41 絶縁部材
42a,42b ボルト
43a,43b カーラー
51 炉床
52 溶湯溜部
53 支軸
61 鋳型
101 炉床
102 溶湯溜部
103 支軸
111 鋳型
112 鋳込口
121 鋳型
122 凹部
131 押し型
201,201B 電極棒
M 溶湯[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an arc casting apparatus. Specifically, it is an object of the present invention to provide an arc casting apparatus capable of faithfully producing a target shape of a mold and obtaining a high-quality cast product / cast material.
[0002]
[Prior art]
A configuration example of an arc casting apparatus conventionally used will be described with reference to FIG. 10A (conventional example 1). Here, FIG. 10A shows a schematic configuration of an arc casting apparatus that is accommodated in a sealed chamber and performs arc melting in an inert gas atmosphere.
[0003]
In FIG. 10A,
[0004]
An
[0005]
Each of the above components is housed in a hermetically sealed chamber (not shown), and the inside of the chamber is an inert gas such as argon gas in order to prevent oxidation and nitridation of the molten metal due to contact between the arc and air. The atmosphere is filled.
[0006]
Therefore, when casting is performed by the apparatus having such a configuration, first, a material in a block form or a granular form is accommodated in the
[0007]
FIG. 11 (a) shows the configuration of another conventional example, which is housed in a hermetically sealed chamber and arced in an inert gas atmosphere as in the conventional example 1 shown in FIG. 10 (a). This is an arc casting apparatus of a melting type (conventional example 2).
[0008]
In FIG. 11A, in the arc casting apparatus shown here, a grounded
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to Conventional Example 1 described with reference to FIG. 10, there are the following problems to be solved. That is, since the
[0010]
Further, as a result of the mold 111 being away from the
[0011]
In addition, the rate of pouring of the molten metal discharged from the
[0012]
Furthermore, in the arc melting, heating by the arc and cooling by the
[0013]
The cause is that the molten metal is rapidly cooled at the cold spot, so that dendritic crystals grow rapidly from the cold spot toward the inside of the molten metal, and the convection of the molten metal melts off the branch part. It is that crystal nuclei that are liberated one after another are formed. The free crystal nuclei are known to deteriorate the fatigue characteristics and impact characteristics of metal materials, and are an obstacle to obtaining high-quality castings and cast materials.
[0014]
The conventional example 1 described with reference to FIG. 10 also has a problem that no measures are taken for free crystal nuclei that cause defects in such cast products and cast materials.
[0015]
The formation of free crystal nuclei in the molten alloy is the same as in the conventional example 2 described with reference to FIG. That is, FIG. 12 shows the internal structure of the sample (alloy composition: Zr 55 Cu 30 Ni 5 Al 10 ) obtained by Conventional Example 2 as observed with an optical microscope. As shown in the figure, the metal structure contains a large number of free crystal nuclei observed as black spots.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems. For this purpose, in the present invention, a molten metal reservoir is provided in which the molten metal is accumulated, and the mold is fixed to a tiltable hearth supported by a support shaft, so that the hearth and the mold are integrated. An electrode rod for generating an arc for melting the material to be melted contained in the molten metal reservoir is disposed, or in addition to this electrode rod, it flows out of the molten metal reservoir of the hearth and passes through the runway. An electrode rod for generating an arc for heating the molten metal was provided.
[0017]
In addition to the electrode rod for generating an arc for melting the material to be melted, an electrode rod for generating an arc for heating the molten metal flowing out of the molten metal reservoir of the hearth and passing through the runner is provided. In some cases, the mold was fixed to the hearth via an insulating member, and the runway through which the molten metal passed was also insulated.
[0018]
Further, in an arc casting apparatus for casting by applying a pressing force to a molten metal injected into a mold, a tiltable hearth is disposed in the vicinity of the mold, and a material to be melted accommodated in the molten metal reservoir is disposed. An electrode bar for generating an arc for melting and an electrode bar for generating an arc for heating the molten metal that flows out of the molten metal reservoir and is poured into the mold are arranged.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
One embodiment (first embodiment) of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the arc casting apparatus in the present embodiment.
[0020]
In FIG. 1, the
[0021]
In FIG. 1, the
[0022]
In the tilted
[0023]
One
[0024]
In addition, the inclined surface used as the pouring
[0025]
Further, as a method of fixing the
[0026]
Two
[0027]
The
[0028]
Each component described above is housed in a hermetically sealed chamber, as in Conventional Example 1 described with reference to FIG. 10, and the inside of the chamber is an inert gas atmosphere.
[0029]
Next, a casting method using the present apparatus configured as described above will be described with reference to FIG.
[0030]
First, in a state where the
[0031]
At this time, an arc is generated by the
[0032]
When the
[0033]
In the above process, the heating by the arc using the
[0034]
Further, since the molten metal M is immediately cast into the
[0035]
Furthermore, when it is necessary to suppress the pouring speed of the molten metal M into the
[0036]
1, in addition to the
[0037]
FIG. 4 is a perspective view showing a second embodiment of the present invention, and the same components as those in FIG. 1 will be described with the same reference numerals.
[0038]
In FIG. 4, the difference from the first embodiment shown in FIG. 1 is that the
[0039]
In the arc casting apparatus according to the present invention, the
[0040]
Therefore, in the present embodiment, the
[0041]
As shown in FIG. 5A (side view), the insulating
[0042]
In this way, if the
[0043]
The casting method using the arc casting apparatus in the present embodiment is the same as that described with reference to FIG. 3 for the first embodiment shown in FIG.
[0044]
FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention. The arc casting apparatus shown here produces a cast product by applying a pressing force by a pressing die to the molten metal in the mold, as in the conventional example 2 described with reference to FIG. Therefore, the same components as those in FIG. 11 will be described with the same reference numerals.
[0045]
In FIG. 6, the difference from the configuration of the conventional example 2 described with reference to FIG. 11 is that a hearth 51 supported by a
[0046]
When casting is performed by the present apparatus configured as described above, the material to be melted is accommodated in the
[0047]
At this time, an arc is generated by the
[0048]
Therefore, if the furnace floor 51 is further tilted and the molten metal M is sufficiently injected into the mold 61, the
[0049]
In addition, the heating by the arc using each
[0050]
FIG. 8 shows an internal structure of a sample (alloy composition: Zr 50 Cu 30 Ni 10 Al 10 ) produced by the arc casting apparatus in the present embodiment, which is observed with an optical microscope. Compared to FIG. 12 showing the conventional example 2 in FIG. 11, almost no free crystal nuclei are generated.
[0051]
Table 1 below summarizes the results of tensile tests performed on both the sample produced by the arc casting apparatus in the present embodiment and the sample produced by Conventional Example 2 [Table 1].
Thus, according to the arc casting apparatus in the present embodiment, a better result can be obtained than in the case of Conventional Example 2.
[0052]
Further, FIG. 9 shows the stress indicating the result of the experiment conducted for examining the strain behavior due to the tensile stress for each of the sample produced by the arc casting apparatus in the present embodiment and the sample produced by the conventional example 2. -Strain diagram. In the drawing, a stress-strain line A indicated by a solid line indicates a sample manufactured by the arc casting apparatus in the present embodiment, and a broken line B indicates a sample manufactured by Conventional Example 2. As is apparent from this figure, according to the arc casting apparatus in the present embodiment, the strain is remarkably reduced with respect to the same stress.
[0053]
6 shows a configuration in which one
[0054]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, the hearth and the mold are integrated, and the molten metal reservoir of the hearth and the casting port of the mold are close to each other. Immediately flows into the mold from the molten metal reservoir. Moreover, it is possible to cast the molten metal into the mold while continuing to heat the molten metal obtained by melting by arc.
[0055]
As a result, the molten metal can be cast into the mold with a low viscosity without lowering the molten metal temperature. Therefore, even if the target shape of the mold is fine, the molten metal can be sufficiently filled to the details in the mold. That is, even when a fine shape is produced, it is possible to ensure the transferability of the mold and faithfully reproduce the target shape of the mold.
[0056]
Moreover, since the runner is remarkably short and the molten metal is immediately cast into the mold from the hearth, the entrainment of surrounding gas can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress the formation of a nest due to gas, which causes deterioration of the mechanical properties of the cast product / cast material.
[0057]
Further, since the molten metal does not fall in the space toward the mold as in the conventional example 1, the molten metal pouring speed into the mold is not restricted by the rate of the natural falling of the molten metal. By appropriately adjusting the tilting speed and tilting angle of the hearth, it is possible to freely control the pouring speed of the molten metal into the mold. This is beneficial especially when it is necessary to control the pouring rate.
[0058]
In addition, as a result of heating the molten metal passing through the runner with an arc, defects in the cast and cast material that are generated in the vicinity of the cold spot induced in the hearth and contained in the molten metal are detected. The causal free crystal nuclei are dissolved.
[0059]
In addition, the furnace floor and the mold are integrated with an insulating member so that the electric current from the arc flame does not flow into the mold, and the runner is also insulated. Induction of cold spots is suppressed, and high-quality castings and cast materials can be realized.
[0060]
Also, in an arc casting apparatus for casting by applying a pressing force to a molten metal injected into a mold, a tiltable hearth is disposed in the vicinity of the mold and flows out of the molten metal reservoir and injected into the mold. Since the molten metal is heated by an arc, a cast product that does not contain free crystal nuclei can be obtained. Therefore, the effect brought about by the present invention in arc casting is extremely large.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a casting method by the apparatus shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a perspective view showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram showing an integrated configuration of the hearth and the mold shown in FIG. 4 through an insulating member.
FIG. 6 is a configuration diagram showing a third embodiment of the present invention.
7 is an explanatory diagram for explaining a casting method by the apparatus shown in FIG. 6. FIG.
8 is a display diagram showing an internal structure of a sample manufactured by the apparatus shown in FIG.
FIG. 9 is a stress-strain diagram of a sample manufactured by the apparatus shown in FIG.
FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining a first conventional example.
FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining a second conventional example.
12 is a display diagram showing an internal structure of a sample manufactured according to Conventional Example 2 shown in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記炉床を傾動させるための、前記炉床に固定された支軸(31)と、
鋳込口(25)が前記溶湯溜部の内壁の上端部に位置する、前記炉床に固定された鋳型(21)と、
前記溶湯溜部に収容された溶解対象材料を溶解するアークを発生するための電極棒(201)とを
具備したアーク鋳造装置。A hearth (11) having a molten metal reservoir (12) in which the molten metal (M) formed in the recess is accumulated;
A pivot (31) fixed to the hearth for tilting the hearth ;
A mold (21) fixed to the hearth , wherein the casting port (25) is located at the upper end of the inner wall of the molten metal reservoir,
An arc casting apparatus comprising: an electrode rod (201) for generating an arc for melting a material to be melted contained in the molten metal reservoir.
前記炉床を傾動させるための、前記炉床に固定された支軸(31)と、
前記溶湯溜部と連通して前記溶湯を鋳込口(25)に導く湯道(26)を有する前記炉床に固定された鋳型(21)と、
前記溶湯溜部に収容された溶解対象材料を溶解するアークを発生するための第1の電極棒(201)と、
前記湯道を通る前記溶湯を加熱するアークを発生するための少なくとも1つの第2の電極棒(201B)とを
具備したアーク鋳造装置。A hearth (11) having a molten metal reservoir (12) in which the molten metal (M) formed in the recess is accumulated;
A pivot (31) fixed to the hearth for tilting the hearth ;
A mold (21) fixed to the hearth having a runway (26) communicating with the molten metal reservoir and guiding the molten metal to a casting port (25);
A first electrode rod (201) for generating an arc for melting the material to be melted contained in the molten metal reservoir,
An arc casting apparatus comprising: at least one second electrode rod (201B) for generating an arc for heating the molten metal passing through the runner.
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