JP5430342B2 - Foundry sand and casting mold - Google Patents
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Description
本発明は、砂型鋳造に用いられる鋳物砂及び鋳造用鋳型に関する。 The present invention relates to foundry sand and a casting mold used for sand mold casting.
砂鋳型を用いた鋳造方法で鋳造品を鋳造する場合、鋳造品が厚肉部を備えたものであったり凹凸部や中子部などを備えたものであったりすると、鋳型のキャビティ面から離れた鋳造品の内部で凝固が遅れやすくなることが知られている。このように凝固が遅れた部分では、キャビティ面との間で冷却速度の差が大きくなって引巣などの鋳造欠陥が起こり易くなる。また、鋳造品の内部に過剰に熱がこもると、鋳造組織の結晶粒が成長し過ぎて機械強度が低下したり、鋳造品に鋳型が焼き付いたりする虞がある。 When casting a casting by a casting method using a sand mold, if the casting has a thick part, or has a concavo-convex part or a core part, it will be separated from the cavity surface of the mold. It is known that solidification tends to be delayed within a cast product. In such a portion where solidification is delayed, a difference in cooling rate between the cavity surface and a casting defect such as a shrinkage is likely to occur. Further, if the heat is excessively accumulated in the cast product, the crystal grains of the cast structure grow too much and the mechanical strength may be lowered, or the mold may be burned into the cast product.
そこで、砂鋳型（鋳造用鋳型）を用いて厚肉の鋳造品を鋳造する際は、冷し金もしくはチルと呼ばれる金属製の板やブロックを砂鋳型に埋設して、この冷し金やチルで溶湯の熱を吸収させて、引巣などの鋳造欠陥を防止したり、鋳造品の組織を微細化するなどの手段が講じられる。
しかしながら、冷却効果の大きい板形状やブロック形状の冷し金を砂鋳型に埋設すると、埋め込まれた冷し金と鋳物砂との境界部で冷却能力の差が大きくなり過ぎて、凝固速度が不均一となり鋳造品の表面に割れが発生する可能性が高くなる。また冷し金を中子に埋め込んだ場合は、金属製の冷し金は鋳物砂に比べて変形しにくく鋳造品の熱収縮を規制するため、かえって鋳造品の表面に割れが発生する可能性がある。
Therefore, when casting a thick cast product using a sand mold (casting mold), a metal plate or block called chilled metal or chill is embedded in the sand mold, and this chilled metal or chill is cast. Thus, measures are taken such as absorbing the heat of the molten metal to prevent casting defects such as shrinkage and refining the structure of the cast product.
However, if a plate-shaped or block-shaped cooling metal having a large cooling effect is embedded in a sand mold, the difference in cooling capacity at the boundary between the embedded cooling metal and the foundry sand becomes too large, resulting in a low solidification rate. It becomes uniform and there is a high possibility that cracks will occur on the surface of the cast product. In addition, when the chill metal is embedded in the core, the metal chill metal is less deformable than the foundry sand and regulates the heat shrinkage of the cast product, which may cause cracks on the surface of the cast product. There is.
そこで、例えば特許文献１や特許文献２には、冷し金を板形状やブロック形状に代えて金属小片に加工して鋳造砂に混ぜ合わせることが提案されている。具体的には、特許文献１では砂鋳型の中に鋼材の切断片や鋼球からなる金属小片を混ぜて鋳造品を製造しており、また特許文献２では砂鋳型の中に金属チップを１．４〜３．０ｗｔ％配合して鋳造を行っている。
Therefore, for example,
ところで、上述の特許文献１や特許文献２の方法のように金属小片や金属チップを配合した鋳物砂では、鋳造時に砂鋳型の内部の金属小片や金属チップが溶解して鋳物砂に焼着する虞がある。なお、以降の説明では、このような鋳型の焼きつきの生じにくさを鋳型の耐熱性と呼び、焼きつきが起こりにくい鋳型を耐熱性に優れた鋳型と呼ぶ。
例えば、特許文献１の鋳造方法では、冷却能を考慮して鋳物砂と金属小片とを４０：６０の配合割合にすることが推奨されているが、どのような材質の鋳物砂にどのような形状の金属小片を配合すれば鋳造の際に最も良好な耐熱性が発揮できるかという点は明らかにされていない。それゆえ、この鋳物砂では、鋳造品の厚肉部や凹凸部あるいは中子に接する部分のように高温に加熱される部分で鋳物砂と金属小片とが焼結して耐熱性が損なわれる虞がある。
By the way, in the casting sand which mix | blended the metal piece and the metal chip | tip like the method of the above-mentioned
For example, in the casting method of
また、特許文献２に記載の砂鋳型は、薄肉の鋳造品の製造に用いられるものであり、金属チップの配合率も薄肉の鋳造品に合わせて１．４〜３．０ｗｔ％に規定されている。それゆえ、厚肉部や凹凸部を備えた鋳造品を鋳造する際や中子などを用いて鋳造する際には十分な冷却能や耐熱性を発揮させることは期待できない。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は鋳型の冷却能と耐熱性とを両立させて、厚肉部や凹凸部を備えた鋳造品の鋳造や中子などを用いた鋳造を良好に行うことができる鋳物砂及び鋳造用鋳型を提供することにある。
In addition, the sand mold described in
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to achieve both the cooling ability and heat resistance of the mold, such as casting of a cast product having a thick part or an uneven part, a core, etc. It is an object of the present invention to provide a foundry sand and a casting mold that can perform the casting used.
前記目的を達成するため、本発明は次の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の鋳物砂は、原料砂と金属粉とバインダとが配合された鋳物砂であって、前記金属粉は、１００〜５００メッシュに粒度調整されると共に前記鋳物砂に対して３０〜５０ｍａｓｓ％配合されていることを特徴とするものである。
また、本発明の鋳物砂は、原料砂と金属球とバインダとが配合された鋳物砂であって、前記金属球は、直径０．５〜２．５ｍｍφに形成されると共に前記鋳物砂に対して３０〜８０ｍａｓｓ％配合されていることを特徴とするものである。
In order to achieve the object, the present invention takes the following technical means.
That is, the foundry sand of the present invention is a foundry sand in which raw material sand, metal powder, and a binder are blended, and the metal powder is adjusted to a particle size of 100 to 500 mesh and 30 to 50 mass% is mix | blended, It is characterized by the above-mentioned.
The foundry sand of the present invention is a foundry sand in which raw material sand, metal balls, and a binder are blended, and the metal balls are formed to have a diameter of 0.5 to 2.5 mmφ and 30 to 80 mass% is blended.
本発明者は、例えば原料砂と金属材とを配合する場合でも、原料砂の砂粒子に比べて金属材がはるかに大きなブロックのようなものであったり小さな金属微粒子のようなものであったりすると、鋳型内において砂粒子を伝播してきた熱が金属材に効率良く伝播されずに、金属材と砂粒子との焼き付きが起こったり冷却能が低下したりするのではないかと考えた。そして、金属材を原料砂に配合する場合は、金属材が金属粉のような砂粒子より小さいものである場合と金属球のように大きいものである場合とのそれぞれに対して、金属粉や金属球のサイズや配合率を所定の範囲に調整することで、鋳型中に熱がこもることなく、鋳型に加わった熱を効率的に逃がすことができることを知見して本発明を完成させたのである。 The present inventor, for example, even when blending raw material sand and a metal material, the metal material is much like a block or small metal particles compared to the sand particles of the raw material sand. Then, it was thought that the heat which propagated the sand particles in the mold was not efficiently propagated to the metal material, and the metal material and the sand particles were seized or the cooling ability was lowered. And when mix | blending a metal material with raw material sand, with respect to each of the case where a metal material is smaller than sand particles like a metal powder, and the case where it is large like a metal ball, The present invention has been completed by knowing that the heat applied to the mold can be efficiently released by adjusting the size and mixing ratio of the metal spheres to a predetermined range, so that heat does not stay in the mold. is there.
それゆえ、本発明の鋳物砂では、鋳造品から鋳型に加わった熱が鋳型中の砂粒子と金属粉や金属球との間を停滞することなく伝播して効率的に冷却が行われるため、鋳型の冷却能と耐熱性とを両立させることができ、厚肉部や凹凸部を備えた難冷却性の鋳造品であっても、また中子などを用いた鋳造品であっても良好に鋳造することができる。
なお、前記原料砂は、Ａｌ2Ｏ3が５０ｍａｓｓ％以上で且つＳｉＯ2が３０ｍａｓｓ％以上となるように成分調整されているか、Ａｌ2Ｏ3が４０ｍａｓｓ％以上、ＺｒＯ2が１０ｍａｓｓ％以上、ＳｉＯ2が４ｍａｓｓ％以上となるように成分調整されているのが良い。
Therefore, in the foundry sand of the present invention, the heat applied to the mold from the cast product propagates without stagnation between the sand particles in the mold and the metal powder or metal sphere, so that cooling is performed efficiently. It is possible to achieve both the cooling ability and heat resistance of the mold, and it is good whether it is a difficult-to-cool cast product with thick or uneven parts, or a cast product using a core or the like. Can be cast.
The raw material sand is adjusted so that Al 2 O 3 is 50 mass% or more and SiO 2 is 30 mass% or more, Al 2 O 3 is 40 mass% or more, ZrO 2 is 10 mass% or more,
このような組成の砂であれば、鋳型に加わる熱に対して砂粒子が良好な耐熱性を発揮することができ、鋳型の耐熱性をさらに向上させることが可能となる。
なお、好ましくは、前記原料砂は、熱伝導度が０．５〜０．９Ｗ／ｍＫで耐火度がＳＫ３０以上であるのが好ましい。
さらに、本発明の鋳造用鋳型は、上述した鋳物砂から造型されていることを特徴とするものであり、厚肉部や凹凸部を備えた難冷却性の鋳造品や中子などを用いた鋳造品に好適に用いることができる。
With sand having such a composition, the sand particles can exhibit good heat resistance against heat applied to the mold, and the heat resistance of the mold can be further improved.
The raw material sand preferably has a thermal conductivity of 0.5 to 0.9 W / mK and a fire resistance of SK30 or more.
Furthermore, the casting mold of the present invention is characterized in that it is formed from the above-mentioned casting sand, and uses a hard-to-cool cast product or a core having a thick part or an uneven part. It can be suitably used for castings.
本発明の鋳物砂及び鋳造用鋳型では、鋳型の冷却能と耐熱性とを両立させて、厚肉部や凹凸部を備えた鋳造品の鋳造や中子などを用いた鋳造を良好に行うことができる。 In the foundry sand and casting mold of the present invention, it is possible to perform casting of a cast product having a thick-walled portion or an uneven portion and a casting using a core, etc., while achieving both the cooling ability and heat resistance of the mold. Can do.
以下、本発明の鋳物砂を以下に説明する。
図１は、本発明の鋳物砂を用いて形成した鋳造用鋳型１（以下、単に鋳型１と呼ぶことがある）の一例である。この鋳型１は、砂型鋳造法に用いられる砂鋳型であり、内部に鋳造を行う鋳造部２を備えた上鋳型３と、この上鋳型３の鋳造部２を塞ぐように上鋳型３の下面に重合可能な下鋳型４とを備えている。
Hereinafter, the foundry sand of the present invention will be described below.
FIG. 1 is an example of a casting mold 1 (hereinafter, simply referred to as a mold 1) formed using the foundry sand of the present invention. This
上鋳型３は、外観視で上下に厚みをもった角柱状に形成されている。上鋳型３の内部には中空な鋳造部２が形成されている。この鋳造部２は下方に向かって開口した円筒状に形成されており、この鋳造部２に溶湯を流し込むことで鋳造部２の形状に合わせた鋳造品５の鋳造が可能となっている。上鋳型３には溶湯が流れ込む立て湯口６が上鋳型３のコーナの近くを上下方向に貫通して穿孔されている。この立て湯口６の上端は上鋳型３の上面に形成された湯口７に繋がっており、湯口７に流し込まれた溶湯を立て湯口６に導けるようになっている。
The
下鋳型４は、上鋳型３より上下方向の厚みが薄い四角形の板状に形成されており、上鋳型３の下面に重合して下方に向かって開口した鋳造部２の下端開口を閉鎖可能となっている。下鋳型４の上面には円柱状の中子８が６つ配置されている。これらの中子８は、下鋳型４の上面に鋳造部２の軸心を中心として互いに同心円状に並ぶように配備されており、上鋳型３に下鋳型４を重ね合わせると鋳造部２の中で中子８が起立するように配備されている。
The
中子８の外周面には、アルミナ粉末、フェノール樹脂、アルコールからなる塗型層９が形成されており、中子８の表面に接触する鋳造品５の鋳肌を平滑に形成できるようになっている。
下鋳型４には、上鋳型３の立て湯口６の下端に対応した位置から一旦下方に伸び、そこから下鋳型４の内部を鋳造部２の軸心に向かって径方向に貫通して伸び、下鋳型４の上面の中央に繋がる湯道１０が設けられている。
A coating layer 9 made of alumina powder, phenol resin, and alcohol is formed on the outer peripheral surface of the
The
上述の鋳型１を用いて鋳造された鋳造品５の外形を図２に示す。鋳造品５は、鋳造部２に対応して円柱状に形成されており、その上面には鋳造品５の軸心回りに等しい距離をあけて並んだ有底円筒状の凹部１１が中子８に対応して６つ形成されている。
このようにして鋳造される鋳造品５は、上下方向及び径方向に肉厚に形成されており、鋳造品５の内部と表面との間が離れているため、鋳造後の冷却では即座に冷却が開始される鋳造品５の表面に比べて鋳造品５の内部の冷却が相当遅れやすくなり、鋳造品５の内部に引巣などの鋳造欠陥が生じやすくなる。
FIG. 2 shows the outer shape of a
The
鋳型１の冷却能を上げるため鋳型１や中子８の内部に金属ブロックなどの冷やし金を埋め込んで鋳造を行うこともできるが、中子８を備えた鋳型１では冷やし金により鋳造品５の熱収縮が規制されるため、かえって中子８に接する鋳造品５の表面に割れが発生する虞がある。
そこで、本発明の鋳型１では、金属粉や金属球が配合された鋳物砂１２を用いて鋳型１を造型することで鋳造品５の内部の冷却を促進できるようにしている。
In order to increase the cooling ability of the
Therefore, in the
具体的には、第１実施形態の鋳物砂１２は原料砂と金属粉とバインダとが配合されたものである。そして、この金属粉は、１００〜５００メッシュに粒度調整されると共に鋳物砂１２に対して３０〜５０ｍａｓｓ％配合されている。また、第２実施形態の鋳物砂１２は、原料砂と金属球とバインダとが配合されたものである。そして、この金属球は、直径０．５〜２．５ｍｍφに形成されると共に鋳物砂１２に対して３０〜８０ｍａｓｓ％配合されたものである。
Specifically, the
次に、第１実施形態及び第２実施形態の鋳物砂について詳しく説明する。
第１実施形態の鋳物砂１２は、原料砂に金属粉とバインダとを配合したものである。
原料砂は、鋳物用の砂の中でも熱伝導度が高く且つ耐火度の大きいものを用いて形成されている。具体的には、この原料砂は熱伝導度が０．５〜０．９Ｗ／ｍＫで耐火度がＳＫ３０以上となるような砂であり、本実施形態ではＡｌ2Ｏ3が５０ｍａｓｓ％以上で且つＳｉＯ2が３０ｍａｓｓ％以上となるように成分調整されたムライト砂（アルミナ−シリカ系の砂）か、又はＡｌ2Ｏ3が４０ｍａｓｓ％以上、ＺｒＯ2が１０ｍａｓｓ％以上、ＳｉＯ2が４ｍａｓｓ％以上となるように成分調整されたジルコン砂（アルミナ−ジルコニア系の砂）が用いられている。なお、原料砂としては、上述のムライト砂やジルコン砂以外にもクロマイト砂やシリカ砂などの人工砂や天然砂を用いることもできるし、適宜これらの砂をブレンドして用いることもできる。
Next, the foundry sand of the first embodiment and the second embodiment will be described in detail.
The
The raw material sand is formed using sand having high thermal conductivity and high fire resistance among sands for casting. Specifically, this raw material sand is a sand having a thermal conductivity of 0.5 to 0.9 W / mK and a fire resistance of SK30 or more. In this embodiment, Al 2 O 3 is 50 mass% or more and Mullite sand (alumina-silica-based sand) whose components are adjusted so that SiO 2 is 30 mass% or more, or Al 2 O 3 is 40 mass% or more, ZrO 2 is 10 mass% or more, and SiO 2 is 4 mass% or more. Zircon sand (alumina-zirconia-based sand) whose components are adjusted so as to be used is used. In addition to the mullite sand and zircon sand described above, artificial sand and natural sand such as chromite sand and silica sand can be used as the raw material sand, and these sands can be appropriately blended and used.
原料砂は、その粒度が２０メッシュ〜８５０メッシュになるように上述の鋳物用の砂の中から選択されるか複数の鋳物用の砂をブレンドして粒度調整されている。
なお、原料砂の粒子形状は、特に限定されない。例えば、原料砂として形状の定まっていない無定形の砂粒子からなる砂を用いても良いし、研磨などの手段によって粒子形状が球形に調整された砂粒子からなる砂を用いても良い。
The raw material sand is selected from the above-mentioned casting sands so that the particle size thereof is 20 mesh to 850 mesh, or the particle size is adjusted by blending a plurality of casting sands.
The particle shape of the raw material sand is not particularly limited. For example, sand made of amorphous sand particles whose shape is not fixed may be used as raw material sand, or sand made of sand particles whose particle shape is adjusted to a spherical shape by means such as polishing may be used.
金属粉は、金属の微粒子であり、鋳造時の熱に耐えられる金属であればどのような金属の粒子でも良いが、本実施形態では鉄粉が用いられている。金属粉は、アトマイズ法や還元法などの生成方法を用いて製造されており、適宜粉砕・分級選別等を行って１００〜５００メッシュ（粒径３０〜１５０μｍ）に粒度調整されている。なお、粒径は、（粒径）＝２５．４÷（メッシュ数）×０．６×１０００という関係式に基づいてメッシュ数から概算として計算することもできる。 The metal powder is a metal fine particle, and any metal particle may be used as long as it can withstand the heat during casting. In this embodiment, iron powder is used. The metal powder is manufactured using a production method such as an atomization method or a reduction method, and the particle size is adjusted to 100 to 500 mesh (particle size 30 to 150 μm) by appropriately performing pulverization and classification and the like. The particle size can also be calculated as an approximation from the number of meshes based on a relational expression of (particle size) = 25.4 ÷ (number of meshes) × 0.6 × 1000.
金属粉に１００メッシュ（粒径３０μｍ）以上の粒度を備えた金属粒子を用いることで、鋳型１に加わった熱が金属粒子にこもりにくくなり、鋳型１の耐熱性を良好にすることが可能となる。また、金属粉に５００メッシュ（粒径１５０μｍ）以下の粒度を備えた金属粒子を用いることで、鋳型１に加わった熱が金属粒子を経由して伝播し易くなり、鋳型１の冷却能を良好にすることが可能となる。
By using metal particles having a particle size of 100 mesh (particle size 30 μm) or more for the metal powder, heat applied to the
金属粉は、鋳物砂１２に対する配合率が３０〜５０ｍａｓｓ％となるように配合されるのが好ましい。鋳物砂１２に対する金属粉の配合率を５０ｍａｓｓ％以下にすることで、原料砂と金属粉との焼き付きを抑制して鋳型１の耐熱性を良好にすることが可能となる。一方、鋳物砂１２に対する金属粉の配合率を３０ｍａｓｓ以上にすることで、鋳型１の冷却能を良好にすることが可能となる。
The metal powder is preferably blended so that the blending ratio with respect to the
バインダは、アルカリフェノール樹脂（レゾール樹脂）やフラン樹脂からなる粘結剤（接着剤）であり、所定の硬化剤を配合したものが鋳物砂に配合されている。本実施形態のバインダはアルカリフェノール樹脂であり、例えば有機エステル系などの硬化剤を用いて硬化されることにより鋳物砂１２を結着できるようになっている。
一方、第２実施形態の鋳物砂１２は、原料砂と金属球とバインダとが配合されたものである。そして、この金属球は、直径０．５〜２．５ｍｍφに形成されると共に後述する粘結剤及び硬化剤を除く鋳物砂１２に対して３０〜８０ｍａｓｓ％配合されている。なお、原料砂やバインダについては第１実施形態のものと同じであるため、その説明は省略する。
The binder is a binder (adhesive) made of an alkali phenol resin (resole resin) or a furan resin, and a blend of a predetermined curing agent is blended in the foundry sand. The binder of the present embodiment is an alkali phenol resin, and is capable of binding the
On the other hand, the
金属球は、粒子形状が球状又は楕球状の鋼球であり、本実施形態ではショットブラスト法で用いられる直径０．５ｍｍ〜２．５ｍｍのショット球（ショットボール）が用いられている。なお、金属球には、鋼製のショット球以外にも粒子形状が球状となっていない鋼材の切断片や切削片、又は金属粉末のものを用いることもできる。
金属球の直径を２．５ｍｍ以下にすることで、鋳型１に加わった熱が金属球にこもることが抑制でき、鋳型１の耐熱性を良好にすることが可能になる。また、金属球の直径を０．５ｍｍ以上にすることで、鋳型１に加わった熱が金属球を経由して伝播し易くなり、鋳型１の冷却能を良好にすることが可能になる。
The metal sphere is a steel sphere having a spherical or elliptical particle shape. In the present embodiment, a shot sphere (shot ball) having a diameter of 0.5 mm to 2.5 mm used in the shot blast method is used. In addition to the steel shot ball, the metal ball may be a cut piece or cut piece of steel material whose particle shape is not spherical, or a metal powder.
By setting the diameter of the metal sphere to 2.5 mm or less, the heat applied to the
金属球は、後述する粘結剤及び硬化剤を除く鋳物砂１２に対して配合量（以降、単に配合量という）が３０〜８０ｍａｓｓ％となるように配合されるのが好ましい。鋳物砂１２に対する金属球の配合量を８０ｍａｓｓ％以下にすることで、原料砂に対する金属球の焼き付きを抑制することが可能となり、鋳型１の耐熱性を良好にすることが可能になる。一方、鋳物砂１２に対する金属球の配合量を３０ｍａｓｓ％以上にすることで、鋳型１の冷却能を良好にすることが可能になる。
The metal spheres are preferably blended so that the blending amount (hereinafter simply referred to as blending amount) is 30 to 80 mass% with respect to the
以下に、本発明の鋳造用鋳型１について、実施例を用いてさらに詳しく説明する。
実施例は、原料砂に金属粉又は金属球をさまざまな配合量で配合した鋳物砂１２を用いて鋳型１を造型し、この鋳型１について冷却能や耐熱性を評価したものである。
鋳物砂を構成する原料砂は、ムライト砂又はジルコン砂である。表１に示されるように、ムライト砂は、６１．００ｍａｓｓ％のＡｌ2Ｏ3と３７．００ｍａｓｓ％のＳｉＯ2とで構成されており、Ａｌ2Ｏ3が５０ｍａｓｓ％以上で且つＳｉＯ2が３０ｍａｓｓ％以上となるように成分調整されている。また、ジルコン砂は、３５．００ｍａｓｓ％のＺｒＯ2と４９．５０ｍａｓｓ％のＡｌ2Ｏ3と１２．００ｍａｓｓ％のＳｉＯ2で構成されたジルコン砂１と、３８．５０ｍａｓｓ％のＺｒＯ2と５１．４０ｍａｓｓ％のＡｌ2Ｏ3と７．００ｍａｓｓ％のＳｉＯ2で構成されたジルコン砂２とであり、これらのジルコン砂はいずれもＡｌ2Ｏ3が４０ｍａｓｓ％以上、ＺｒＯ2が１０ｍａｓｓ％以上、ＳｉＯ2が４ｍａｓｓ％以上となるように成分調整されている。
Hereinafter, the casting
In the examples, the
The raw material sand constituting the foundry sand is mullite sand or zircon sand. As shown in Table 1, mullite sand is composed of 61.00 mass% Al 2 O 3 and 37.00 mass% SiO 2 , Al 2 O 3 is 50 mass% or more, and SiO 2 is 30 mass. The ingredients are adjusted to be at least%. The zircon sand is composed of 35.00 mass% ZrO 2 , 49.50 mass% Al 2 O 3 and 12.00 mass% SiO 2 , 38.50 mass% ZrO 2 and 51.
一方、金属粉は、鉄の微粒子（鉄粉）である。金属粉にはさまざまな製造方法があるが、本実施例ではアトマイズ法により製造された鉄粉と還元法によって製造された鉄粉とを用いている。これらの金属粉は、いずれも１００メッシュ〜５００メッシュに粒度調整されている。また、金属球には０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの直径に形成されたショット球（鋼球）を用いた。 On the other hand, the metal powder is iron fine particles (iron powder). There are various production methods for metal powder, but in this embodiment, iron powder produced by the atomizing method and iron powder produced by the reduction method are used. These metal powders are all adjusted in particle size to 100 mesh to 500 mesh. Moreover, the shot ball (steel ball) formed in the diameter of 0.5 mm-2.5 mm was used for the metal ball.
バインダにはアルカリフェノール樹脂（レゾール樹脂）の粘結剤を、また硬化剤には有機エステル系の硬化剤を用いた。
上述の原料砂、金属粉や金属球、及びバインダを用いて鋳型１を造型する際は、原料砂に金属粉又は金属球を鋳物砂１２に対する配合率が３０ｍａｓｓ％〜１００ｍａｓｓ％になるように配合し、次にバインダと硬化剤を加えてこれらを混練して鋳物砂１２を形成する。次に、金枠内に鋳型１を型取った木型を設置し、この木型の上部より混練した鋳物砂１２を充填する。このとき、鋳物砂１２を木型内に振動を加えてながら供給することで、鋳物砂１２の充填密度を安定的に確保しながら造型を行うことができる。
An alkaline phenolic resin (resole resin) binder was used for the binder, and an organic ester curing agent was used for the curing agent.
When molding the
このようにして造型された砂鋳型１に対して、溶解保持炉で溶融された鋳鋼（０．２５％Ｃ）の溶湯を流し込み、鋳込み温度１５５０℃で鋳造を実施した。このように製造された鋳造品５については、ショットブラストによりバリ取りを行った後に冷却能や耐熱性などの評価を行った。
鋳型１の耐熱性（焼きつきの起こりにくさ）の評価は、鋳造後に除去されずに残っている鋳型１の大きさで示している。具体的には、原料砂と金属粉又は金属球との焼き付きが起こると、鋳造品５との境界面に近い鋳型１の一部が鋳造品５に焼着してしまうため、鋳造品５に付着して鋳型１が原形より小さくなってしまうことがある。そこで、除去されずに残っている鋳型１の大きさを計測することで、鋳型１の耐熱性を評価することができる。
A cast metal (0.25% C) melted in a melting and holding furnace was poured into the
The evaluation of the heat resistance (hardness of seizure) of the
なお、本実施形態では鋳型１のなかでも中子８に着目し、鋳造前後での中子８の径の変化から鋳型１の耐熱性を評価している。すなわち、鋳造後に残った中子８の径を測定し、この残った中子８の径を元の径に対する百分率で示して鋳型１の「耐熱性の評価指標Ｄ」としている。例えば、耐熱性がよい場合には中子８が元の径のまま残っているためこの耐熱性の評価指標Ｄは１００％となり、耐熱性が悪い場合には中子８の径が小さくなるため評価指標Ｄも小さい値となる。
In the present embodiment, attention is paid to the
鋳型１の冷却能は、熱拡散率と鋳造品５の柱状晶（デンドライト）の長さとで評価した。
熱拡散率は、熱伝導率、比熱、密度の３つの熱物性値から導かれるものであり、熱拡散率を評価するにはこれら３つの熱伝導率、比熱、密度を先に求める必要がある。これら３つの物性値は以下に示した方法で測定を行った。
The cooling ability of the
The thermal diffusivity is derived from three thermophysical values of thermal conductivity, specific heat, and density. In order to evaluate the thermal diffusivity, it is necessary to obtain these three thermal conductivities, specific heat, and density first. . These three physical property values were measured by the methods shown below.
熱伝導率については、鋳型１を２５℃、５００℃、８００℃、１０００℃にしたときの熱伝導度を熱線法(レーザーフラッシュ法)により測定した。
比熱については、熱分析装置（セイコーインスツルメンツ製 ＤＳＣ３２０）の振動温度モードで、鋳型１から切り出された重量３０ｇの試料を白金るつぼに収容し、この白金るつぼに５０ｍｌ／ｍｉｎで空気を供給しながら、試料を１００℃〜１３００℃の温度にして、比熱の測定を行った。
About thermal conductivity, the heat conductivity when the casting_mold |
As for the specific heat, in a vibration temperature mode of a thermal analyzer (DSC320 manufactured by Seiko Instruments Inc.), a sample of 30 g weight cut out from the
密度については、５０ｍｍφの試料を作製し、試料の中心部を切り出してそのまま水銀置換型アルキメデス法でみかけ密度を測定した。また、真密度については試料を乳鉢ですり潰してから粉末化した試料に対してヘリウムガス置換型アルキメデス法で測定した。
鋳型１の熱拡散率については、上述の方法で求められた鋳型１の熱伝導度、比熱及び密度を用いて式（１）から計算することができる。
Regarding the density, a sample of 50 mmφ was prepared, the center part of the sample was cut out, and the apparent density was measured as it was by the mercury-substituted Archimedes method. In addition, the true density was measured by a helium gas substitution type Archimedes method for a sample obtained by grinding a sample with a mortar and then pulverizing the sample.
About the thermal diffusivity of the casting_mold |
柱状晶の長さについては、鋳型１に加わる熱が効率良く冷却されるほど鋳造品５の表層に柱状晶が長く形成されるため、このような柱状晶の長さを実測することで冷却能を評価することができる。具体的には、鋳造品５の凹部１１を中子８の軸心に沿って切断し、切断面を研磨・エッチングして切断面の金属組織を観察することにより柱状晶の長さを測定した。
As for the length of the columnar crystal, the longer the columnar crystal is formed on the surface layer of the
上述のようにして計測された物性値を、金属粉を鋳物砂に配合した第１実施形態について表２にまとめると共に、金属球を鋳物砂に配合した第２実施形態について表３にまとめた。 The physical property values measured as described above are summarized in Table 2 for the first embodiment in which metal powder is blended with foundry sand, and in Table 3 for the second embodiment in which metal balls are blended in foundry sand.
表２の実験例１〜４は、ムライト砂にアトマイズ法で生成された金属粉を３０ｍａｓｓ％〜１００ｍａｓｓ％となるように配合したものである。実験例１〜４を見ると、金属粉の配合率が３０ｍａｓｓ％〜１００ｍａｓｓ％に増加するほど、どの温度の熱拡散率ｂも増加することが分かる。また、鋳造品５の断面組織から観察した柱状晶長さも同様に、金属粉の配合率が３０ｍａｓｓ％〜１００ｍａｓｓ％に増加するほど柱状晶長さが９．６ｃｍ〜１１．３ｃｍと増加し、金属粉の配合率と熱拡散率ｂとの間及び金属粉の配合率と柱状晶長さとの間には比例関係が成立することがわかる。
In Experimental Examples 1 to 4 in Table 2, metal powder produced by the atomization method is blended with mullite sand so as to be 30 mass% to 100 mass%. When Experimental Examples 1-4 are seen, it turns out that the thermal diffusivity b of any temperature increases, so that the compounding rate of metal powder increases to 30 mass%-100 mass%. Similarly, the columnar crystal length observed from the cross-sectional structure of the
また、この金属粉の配合率と熱拡散率や柱状晶長さとの間に成立する比例関係は、原料砂の製法が還元法である実験例５〜１２についても、原料砂の種類がジルコン砂１である実験例１３〜１５についても、同様に成立していることがわかる。
一方、金属粉ではなく金属球を鋳物砂に配合した場合では、ムライト砂に金属球（ショット球）を鋳物砂に対する配合率が５０ｍａｓｓ％〜１００ｍａｓｓ％となるように配合した表３の実験例１〜８を見ると、この実験例においても表２の結果と同様に金属球の配合率が５０ｍａｓｓ％〜１００ｍａｓｓ％に増加するほど、各温度の熱拡散率ｂや鋳造後の柱状晶長さが増加する傾向があることがわかる。また、表３の実験例９〜１２はムライト砂に変えてジルコン砂２にショット球を配合したものであるが、この実験例においても実験例１〜８と同様に金属球の配合率が３０ｍａｓｓ％〜１００ｍａｓｓ％に増加するほど熱拡散率ｂや柱状晶長さが増加している。
In addition, the proportional relationship established between the blending ratio of the metal powder, the thermal diffusivity, and the columnar crystal length is the same as in Examples 5 to 12 in which the raw material sand production method is a reduction method. It can be seen that Experimental Examples 13 to 15, which are 1, are also established.
On the other hand, in the case where metal balls instead of metal powder were blended with foundry sand, Experimental Example 1 of Table 3 was formulated so that the blending ratio of metal balls (shot spheres) to mullite sand with respect to the foundry sand was 50 mass% to 100 mass%. When -8 is seen, also in this experimental example, the thermal diffusivity b at each temperature and the columnar crystal length after casting increase as the compounding ratio of the metal spheres increases to 50 mass% to 100 mass% as in the results of Table 2. It can be seen that there is a tendency to increase. Moreover, although Experimental Examples 9-12 of Table 3 changed into mullite sand and mix | blended the shot sphere with the
これらのことから、鋳物砂に金属粉を配合した表２の結果においても、鋳物砂に金属球を配合した表３の結果においても、鋳型１の冷却能を示す熱拡散率ｂや柱状晶長さは金属粉や金属球の配合率を大きくするにつれて増加する傾向があることが分かる。
一方、耐熱性の評価については、表２に示される耐熱性の評価指標Ｄの結果を見ると、実験例１〜４において金属粉の配合率が３０ｍａｓｓ％〜１００ｍａｓｓ％に増加するほど、耐熱性の評価指標Ｄが１００％〜１０％と小さくなり耐熱性が低下したことが示されている。このように金属粉の配合率に反比例して耐熱性の評価指標Ｄが小さくなる傾向は、原料砂の製法が還元法である実験例５〜１２についても、原料砂の種類がジルコン砂１である実験例１３〜１５についても、同様に成立している。また、ムライト砂にショット球を配合率５０ｍａｓｓ％〜１００ｍａｓｓ％で配合した表３の実験例１〜８についても、ジルコン砂２にショット球を配合率３０ｍａｓｓ％〜１００ｍａｓｓ％で配合した表３の実験例１〜８についても、金属球の配合率が増加するほど耐熱性の評価指標Ｄが小さくなり耐熱性が低下する。
From these results, the thermal diffusivity b and the columnar crystal length indicating the cooling ability of the
On the other hand, regarding the heat resistance evaluation, looking at the results of the heat resistance evaluation index D shown in Table 2, the heat resistance increases as the blending ratio of the metal powder increases from 30 mass% to 100 mass% in Experimental Examples 1-4. It has been shown that the evaluation index D is as small as 100% to 10% and the heat resistance is lowered. Thus, the tendency for the heat resistance evaluation index D to decrease in inverse proportion to the blending ratio of the metal powder is such that the types of raw material sand are
これらのことから、鋳型１の耐熱性に関しては、金属粉や金属球の配合率を上げると、逆に鋳型１の耐熱性の評価指標Ｄは小さくなって耐熱性は低下することがわかる。
つまり、金属粉や金属球の配合率に対する冷却能の変化傾向と耐熱性の変化傾向とは逆の相関性を示しており、冷却能と耐熱性とを両方とも合わせて評価できる指標が必要になる。そこで、本発明では、鋳型１の冷却能を示す２５℃のときの熱拡散率ｂと鋳型１の耐熱性を示す鋳型１の耐熱性の評価指標Ｄとを掛け合わせた値を総合評価指数として規定している。すなわち、この総合評価指数は、鋳型１の冷却能又は鋳型１の耐熱性のいずれかが大きくなればこの総合評価指数も大きくなるため、総合評価指数の大小で冷却能と耐熱性の両立が為されているかどうかが判断できる。本実施例では総合評価指数が１５０００以上のときに冷却能と耐熱性とが両立されるものと判断した。図３及び図４に、総合評価指数に及ぼす金属粉又は金属球の配合率の影響に示す。
From these, it can be seen that regarding the heat resistance of the
In other words, the change tendency of the cooling capacity and the change tendency of the heat resistance with respect to the mixing ratio of the metal powder and the metal sphere show an inverse correlation, and an index that can evaluate both the cooling capacity and the heat resistance is necessary. Become. Therefore, in the present invention, a value obtained by multiplying the thermal diffusivity b at 25 ° C. indicating the cooling ability of the
図３におけるムライト砂とアトマイズ法で生成された金属粉とを配合した実験例１〜４の結果（各水準が菱形で示される線）を見ると、金属粉の配合率が３０ｍａｓｓ％〜５０ｍａｓｓ％のときには総合評価指数が１５０００を超えており、冷却能と耐熱性とが両立されていることが分かる。これに対して、配合率が５０ｍａｓｓ％より大きくなると総合評価指数は低下し始め、配合率が５５ｍａｓｓ％前後で１５０００未満まで低下する。 Looking at the results of Experimental Examples 1 to 4 in which the mullite sand in FIG. 3 and the metal powder produced by the atomizing method were blended (lines each level is indicated by a rhombus), the blending ratio of the metal powder was 30 mass% to 50 mass%. In this case, the overall evaluation index exceeds 15000, and it can be seen that both cooling ability and heat resistance are compatible. On the other hand, when the blending ratio is greater than 50 mass%, the comprehensive evaluation index starts to decrease, and the blending ratio is decreased to less than 15000 around 55 mass%.
このことは、ムライト砂と還元法で生成された金属粉とを配合した実験例５〜１２の結果（各水準が四角形で示される線）においても、同様の傾向となっている。
一方、ジルコン砂１と金属粉とを配合した実験例１３〜１５の結果（各水準が三角形で示される線）については、金属粉の配合率が５０ｍａｓｓ％〜１００ｍａｓｓ％のときには実験例１〜４の結果や実験例５〜１２の結果と同様の変化傾向を示し、金属粉の配合率が５０ｍａｓｓ％のときには総合評価指数がこれらの結果より大きな値を示すことから、金属粉の配合率が３０ｍａｓｓ％のときにも総合評価指数が１５０００以上となるものと予測される。
This also has the same tendency in the results of Experimental Examples 5 to 12 (each level is indicated by a square) in which mullite sand and metal powder generated by the reduction method are blended.
On the other hand, as for the results of Experimental Examples 13 to 15 in which the
以上の結果を総合的に勘案すると、金属粉を鋳物砂に配合する場合においては、少なくとも金属粉の配合率を３０ｍａｓｓ％〜５０ｍａｓｓ％にすれば、総合評価指数が１５０００以上となり、冷却能と耐熱性との両立が可能となると考えられる。
また、図４におけるムライト砂と金属球とを配合した実験例１〜８の結果（各水準が丸形で示される線）を見ると、金属球の配合率が３０ｍａｓｓ％〜８０ｍａｓｓ％のときには総合評価指数が１５０００を超えており、冷却能と耐熱性とが両立されていることが分かる。これに対して、配合率が８０ｍａｓｓ％より大きくなると総合評価指数は１５０００未満に低下する。
Considering the above results comprehensively, in the case of blending metal powder into foundry sand, if the blending ratio of metal powder is at least 30 mass% to 50 mass%, the overall evaluation index becomes 15000 or more, and cooling capacity and heat resistance It is thought that compatibility with sex will be possible.
In addition, when the results of Experimental Examples 1 to 8 in which mullite sand and metal spheres are blended in FIG. 4 (lines each level is indicated by a round shape) are seen, when the blending ratio of metal spheres is 30 mass% to 80 mass%, it is comprehensive. The evaluation index exceeds 15000, and it can be seen that both cooling ability and heat resistance are compatible. On the other hand, when the blending ratio is greater than 80 mass%, the overall evaluation index decreases to less than 15000.
一方、ジルコン砂２と金属球とを配合した実験例９〜１２の結果（各水準が四角形で示される線）については、配合率が３０ｍａｓｓ％のときの実測データはないものの、配合率が５０ｍａｓｓ％〜１００ｍａｓｓ％のときの変化傾向に鑑みると実験例１〜８の結果と同様な変化傾向を示しているため、配合率が３０ｍａｓｓ％のときに総合評価指数が１５０００を超える可能性が高いと考えられる。
On the other hand, as for the results of Experimental Examples 9 to 12 in which
これらのことから金属球を鋳物砂に配合する場合においては、少なくとも金属球の配合率を３０ｍａｓｓ％〜８０ｍａｓｓ％にすれば、総合評価指数が１５０００以上となり、冷却能と耐熱性との両立が可能となると考えられる。
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。
Therefore, when blending metal balls into foundry sand, if the blending ratio of metal balls is at least 30 mass% to 80 mass%, the overall evaluation index is 15000 or more, and both cooling ability and heat resistance are possible. It is thought that it becomes.
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the shape, structure, material, combination, and the like of each member can be appropriately changed without changing the essence of the invention.
上記実施形態では中子８に対応して凹部１１が６箇所形成された円柱状の鋳造品５の鋳造を行う鋳型１を例示したが、本発明の鋳物砂１２はどんな鋳造品を鋳造する際にも用いることができる。例えば、クランクスローのような鋳造品に対しても本発明の鋳物砂１２や鋳型１を用いても良い。
In the above embodiment, the
１ 鋳造用鋳型（鋳型）
２ 鋳造部
３ 上鋳型
４ 下鋳型
５ 鋳造品
６ 立て湯口
７ 湯口
８ 中子
９ 塗型層
１０ 湯道
１１ 凹部
１２ 鋳物砂
Ｄ 耐熱性の評価指標
ｂ 熱拡散率
1 Casting mold (mold)
2
Claims (6)
前記金属粉は、１００〜５００メッシュに粒度調整されると共に前記鋳物砂に対して３０〜５０ｍａｓｓ％配合されていることを特徴とする鋳物砂。 Cast sand containing raw material sand, metal powder and binder,
The metal powder is adjusted to a particle size of 100 to 500 mesh and mixed with 30 to 50 mass% with respect to the foundry sand.
前記金属球は、直径０．５〜２．５ｍｍφに形成されると共に前記鋳物砂に対して３０〜８０ｍａｓｓ％配合されていることを特徴とする鋳物砂。 Cast sand containing raw material sand, metal balls and binder,
The said metal ball | bowl is formed with a diameter of 0.5-2.5 mmphi, and 30-80 mass% is mix | blended with respect to the said casting sand, The casting sand characterized by the above-mentioned.
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