JP7122977B2 - 鋳型材料組成物及びこれを用いた鋳型の製造方法 - Google Patents
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Description
(b)水ガラスを必須成分とする粘結材と、
(c)硝酸のアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩からなる群よ
り選ばれた少なくとも一つの硝酸塩と
を少なくとも含むことを特徴とする鋳型材料組成物。
(2) 前記硝酸塩が、鋳型材料組成物における水ガラスの固形分の100
質量部に対して、0.5~30質量部の割合において含有せしめられ
ていることを特徴とする前記態様(1)に記載の鋳型材料組成物。
(3) 前記硝酸塩が、硝酸カリウム、硝酸ナトリウム、硝酸カルシウム及
び硝酸マグネシウムからなる群から選択されることを特徴とする前記
態様(1)又は前記態様(2)に記載の鋳型材料組成物。
(4) 炭化水素含有化合物が、更に含有せしめられていることを特徴とす
る前記態様(1)乃至前記態様(3)の何れか1つに記載の鋳型材料
組成物。
(5) 前記炭化水素含有化合物が、界面活性剤であることを特徴とする前
記態様(4)に記載の鋳型材料組成物。
(6) 前記界面活性剤が、鋳型材料組成物における水ガラスの固形分の1
00質量部に対して、0.1~20質量部の割合において含有せしめ
られていることを特徴とする前記態様(5)に記載の鋳型材料組成物
。
(7) 前記炭化水素含有化合物が、滑剤であることを特徴とする前記態様
(4)に記載の鋳型材料組成物。
(8) 前記滑剤が、鋳型材料組成物における水ガラスの固形分の100質
量部に対して、0.1~10質量部の割合において含有せしめられて
いることを特徴とする前記態様(7)に記載の鋳型材料組成物。
(9) 炭酸塩及び/又はホウ酸塩が、更に含有せしめられていることを特
徴とする前記態様(1)乃至前記態様(8)の何れか1つに記載の鋳
型材料組成物。
(10) 前記炭酸塩及び/又はホウ酸塩が、鋳型材料組成物における水ガ
ラスの固形分の100質量部に対して、0.5~50質量部の割合に
おいて含有せしめられていることを特徴とする前記態様(9)に記載
の鋳型材料組成物。
(11) 前記耐火性骨材が、球状である前記態様(1)乃至前記態様(1
0)の何れか1つに記載の鋳型材料組成物。
(12) 前記鋳型材料組成物が、前記耐火性骨材の表面を前記水ガラスを
含む被覆層にて覆ってなる、常温流動性を有する乾態の混合物であり
、且つ該混合物における含水分量が、前記水ガラスの固形分量の5~
55質量%であることを特徴とする前記態様(1)乃至前記態様(1
1)の何れか1つに記載の鋳型材料組成物。
(13) 予め加熱された耐火性骨材に対して、水ガラスを必須成分とする
粘結材と、硝酸のアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩からなる群
より選ばれた少なくとも一つの硝酸塩とを混和せしめ、水分を蒸発さ
せることにより、かかる耐火性骨材の表面に該粘結材の被覆層を形成
すると共に、その含水分量が水ガラスの固形分量の5~55質量%と
なる、常温流動性を有する乾態の混合物として、取り出すようにした
ことを特徴とする鋳型材料組成物の製造方法。
(14) 前記態様(13)に記載の製造方法で得られた乾態の鋳型材料組
成物を用い、これを、成形型内に充填した後、水蒸気を通気させて、
かかる成形型内で保持し、固化乃至は硬化せしめることにより、目的
とする鋳型を得ることを特徴とする鋳型の製造方法。
(15) 前記成形型が、80℃~200℃の温度に加熱されていることを
特徴とする前記態様(14)に記載の鋳型の製造方法。
(16) 前記態様(13)に記載の製造方法で得られた乾態の鋳型材料組
成物を用い、これに水を添加して湿態化させ、その湿態状のコーテッ
ドサンドを成形型内に充填した後、かかる成形型内で保持し、固化乃
至は硬化せしめることにより、目的とする鋳型を得ることを特徴とす
る鋳型の製造方法。
(17) 前記成形型が、80℃~300℃の温度に加熱されていることを
特徴とする前記態様(16)に記載の鋳型の製造方法。
(18) 前記鋳型材料組成物の前記成形型での保持中に、かかる成形型内
に、熱風または過熱水蒸気が通気せしめられることを特徴とする前記
態様(14)乃至前記態様(17)の何れか1つに記載の鋳型の製造
方法。
(19) (a)耐火性骨材と、(b)水ガラスを必須成分とする粘結材と
、(c)硝酸のアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩からなる群よ
り選ばれた少なくとも一つの硝酸塩とを、混和せしめることにより、
湿態の混合物として取り出すようにしたことを特徴とする鋳型材料組
成物の製造方法。
(20) 前記態様(19)に記載の製造方法で形成されてなる湿態の鋳型
材料組成物を用い、これを、加熱された成形型内に充填した後、かか
る成形型内で保持し、固化乃至は硬化せしめることにより、目的とす
る鋳型を得ることを特徴とする鋳型の製造方法。
(21) 前記成形型が、80℃~300℃の温度に加熱されていることを
特徴とする前記態様(20)に記載の鋳型の製造方法。
(22) 前記態様(1)乃至前記態様(12)の何れか1つに記載の鋳型
材料組成物を用いて積層造形して、目的とする鋳型を形成することを
特徴とする鋳型の製造方法。
固形分(質量%)=
{[乾燥後の試料皿の質量(g)-試料皿の質量(g)]
/[乾燥前の試料皿の質量(g)-試料皿の質量(g)]}×100
空焼して秤量したるつぼに、各CSを10g秤量して収容し、900℃の温度にて1時間曝熱した後の質量減少量(%)を用いて、CS中の水分量と硝酸塩熱分解分量と有機分量の合計量(以下、「(水分+硝酸塩分解分+有機分)量」として示し、「W1」とする)を、下記の式(1)より算出する。ここで、硝酸塩熱分解分量とは、硝酸塩が分解して重量減少した量であり、有機分量とは、界面活性剤及びその他の有機添加剤(以下、有機分という)の合計量である。なお、秤量は、小数点以下第4位まで計測する。次に、CSにおける水ガラスの固形分量(B1)を、下記の式(2)を用いて算出する。そして、CS中の(水分+硝酸塩分解分量+有機分)量(W1)と、CSにおける水ガラスの固形分量(B1)と、水ガラス固形分の100部に対する硝酸塩の添加量(A)と、後述する手法に従って測定される硝酸塩分解時の重量減少率(C)と、水ガラスの固形分の100部に対する有機分の添加量(D)と、乾態CSの場合に必要な後述する手法に従って測定される有機分における固形分率(E)より、水ガラスの固形分量に対する水分量(被覆層における水ガラスの固形分量に対するCSの水分量:W2)を、下記の式(3a)又は(3b)を用いて算出する。以上の如くして算出されたW2を、下記表1及び表2において「含水分量(質量%)」として示す。
W1=[(M1-M2)/M3]×100 ・・・(1)
[W1:CS中の(水分+硝酸塩分解分+有機分)量(%)、M1:焼
成前のるつぼとCSの合計質量(g)、M2:焼成後のるつぼとCS
の合計質量(g)、M3:焼成前のCSの質量(g)]
B1=[B2/(100+B2)]×(100-W1) ・・・(2)
[B1:CSにおける水ガラスの固形分量(%)、B2:砂の100部
に対して添加した水ガラスの固形分量(部)、W1:CS中の(水分
+硝酸塩分解分+有機分)量(%)]
乾態の場合:
W2=[(W1/B1)×100]-(A×C)/100
-(D×E)/100 ・・・(3a)
[W2:被覆層における水ガラスの固形分量に対するCSの水分量(%
)、W1:CS中の(水分+有機分)量(%)、B1:CSにおける
水ガラスの固形分量(%)、A:水ガラスの固形分の100部に対す
る硝酸塩の添加量(部)、C:硝酸塩分解重量減少率(混練温度~9
00℃)(%)、D:水ガラスの固形分の100部に対する有機分の
添加量(部)、E:CS中の有機分における固形分率(%)]
湿態の場合:
W2=[(W1/B1)×100]-(A×F)/100-D
・・・(3b)
[W2:被覆層における水ガラスの固形分量に対するCSの水分量(%
)、W1:CS中の(水分+有機分)量(%)、B1:CSにおける
水ガラスの固形分量(%)、A:水ガラスの固形分の100部に対す
る硝酸塩の添加量(部)、F:硝酸塩分解重量減少率(常温~900
℃)(%)、D:水ガラスの固形分の100部に対する有機分の添加
量(部)]
差動型示差熱天秤(株式会社リガク製TG-DTA Thermoplus2 TG8120;air流量:500ml/min、昇温速度:10℃/min、Ptパン:φ5mm×5mm使用)を用いて、硝酸塩サンプルを室温から930℃まで加熱昇温を行う。この時の混練温度~900℃までの重量減少率を求めて、硝酸塩の熱分解重量減少率(混練温度~900℃)(C)が算出される一方、室温~900℃までの重量減少率を求めて、硝酸塩の熱分解重量減少率(常温~900℃)(F)が算出される。
先ず、界面活性剤及びその他の有機添加剤からなり、それらの配合割合が、砂(耐火性骨材)に対する添加割合と同様である試料を調製する。次いで、アルミ箔製皿(縦:9cm、横:9cm、高さ:1.5cm)内に、先に調製した試料の10gを収容して秤量し、100±1℃に保持した加熱板上にアルミ箔製皿を載置し、20分間放置した後、デシケータ中で放冷する。そして、かかる放冷後のアルミ箔製皿の秤量を行ない、下記の式(4)より、有機分における固形分率(E)を算出する。
E=[{乾燥後のアルミ箔製皿の質量(g)-アルミ箔製皿の質量(g
)}/{乾燥前のアルミ箔製皿の質量(g)-アルミ箔製皿の質量(g)}
]×100 ・・・(4)
先ず、図1に示されるように、予め常温自硬性砂で作製された、上部に溶湯注入口2と下部に中子の幅木固定部4(この部分は鋳物からの廃中子の排出口となる)を有する半割れ中空主型6(キャビティ直径:6cm、高さ:6cm)内に、各々のCSを用いて作製した幅木部8を有する円形無空中子10(直径:5cm、高さ:5cm)を、幅木固定部4で接着固定した後、更に半割れ中空主型6を相互に接着固定して、鋳造試験用砂型12を作製する。次に、この鋳造試験用砂型12の溶湯注入口2からアルミニウム合金溶湯(温度:710±5℃)を注湯し、凝固せしめた後、主型6を壊して、図2に示す円形の廃中子排出口14(直径:1.6cm)を有する鋳物16を取り出す。そして、所定の温度となったところで、かかる得られた鋳物16に対して、圧力:0.2MPaにて、エアーハンマーにより1回に3秒間の衝撃を与え、排出口14から排出する。中子が100%排砂された場合は回数を記載し、10回までに排出されない場合は排砂率を求める。10回までに排出された砂質量を測定し、更にエアーハンマー等で中子砂を完全に排出させて中子砂の総質量を測定する。排砂率は排出された中子砂質量を排出中子砂の総質量で除した質量%で表示し、その数値が大きくなる程、中子の崩壊性は良いと判断する。
上記中子鋳造試験において得られた鋳物を切断して、その中子側表面の鋳肌の状態を、目視評価した。評価基準は、以下の通りである。
◎:良好
○:若干の鋳肌の荒れはあるが使用には問題なし
△:後加工による修正の必要あり
×:鋳肌不良
耐火性骨材として、市販の鋳造用人工砂であるルナモス#60(商品名:花王クエーカー株式会社製)を準備すると共に、粘結材たる水ガラスとして、市販品:2号ケイ酸ナトリウム(商品名:富士化学株式会社製、SiO2 /Na2O のモル比:2.5、固形成分:41.3%)を準備した。そして、上記のルナモス#60を約120℃の温度に加熱した後、ワールミキサー(遠州鉄工株式会社製)に投入し、更に、前記水ガラスを、ルナモス#60の100部に対して2.4部(固形成分:1.0部)の割合で、また硝酸カリウムを、ルナモス#60の100部に対して0.03部(水ガラスの固形分100部に対して3部)の割合でそれぞれ添加して、3分間の混練を行ない、水分を蒸発せしめる一方、砂粒塊が崩壊するまで攪拌混合せしめ、更にステアリン酸カルシウムをルナモス#60の100部に対して0.01部(水ガラスの固形分100部に対して1部)の割合で加えて、攪拌混合せしめた後に取り出すことにより、常温流動性を有する乾態の鋳型材料組成物:CS1aを得た。かかる混練後のCS1aの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の30質量%に相当する量であった。
硝酸カリウムの添加量を0.1部(水ガラスの固形分100部に対して10部の割合)としたこと以外は、上記製造例1aと同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS2aを得た。この得られたCS2aの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の30質量%に相当する量であった。
硝酸カリウムの添加量を0.3部(水ガラスの固形分100部に対して30部の割合)としたこと以外は、上記製造例1aと同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS3aを得た。この得られたCS3aの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の30質量%に相当する量であった。
硝酸カリウムを、硝酸ナトリウムの0.1部(水ガラスの固形分100部に対して10部の割合)に代えたこと以外は、上記製造例1aと同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS4aを得た。この得られたCS4aの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の30質量%に相当する量であった。
硝酸カリウムを、硝酸カルシウムの0.03部(水ガラスの固形分100部に対して3部の割合)に代えたこと以外は、上記製造例1aと同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS5aを得た。この得られたCS5aの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の30質量%に相当する量であった。
硝酸カリウムを、硝酸マグネシウムの0.03部(水ガラスの固形分100部に対して3部の割合)に代えたこと以外は、上記製造例1aと同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS6aを得た。この得られたCS6aの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の30質量%に相当する量であった。
粘結材の水ガラスとして、市販品:1号ケイ酸ナトリウム(商品名:富士化学株式会社製、SiO2 /Na2O のモル比:2.1、固形成分:48.5%)を用い、また、その添加量を、耐火性骨材(ルナモス#60)の100部に対して2.1部(固形成分:1.0部)としたこと以外は、上記製造例2aと同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS7aを得た。この得られたCS7aの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の30質量%に相当する量であった。
粘結材の水ガラスとして、市販品:3号ケイ酸ナトリウム(商品名:富士化学株式会社製、SiO2 /Na2O のモル比:3.2、固形成分:38%)を用い、また、その添加量を、耐火性骨材(ルナモス#60)の100部に対して2.6部(固形成分:1.0部)としたこと以外は、上記製造例2aと同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS8aを得た。この得られたCS8aの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の30質量%に相当する量であった。
界面活性剤である陰イオン性界面活性剤(アニオン性界面活性剤)市販品:オルフィンPD-301(商品名:日信化学工業株式会社製)を用い、それを、ルナモス#60の100部に対して0.12部(水ガラスの固形分100部に対して12部)の割合で更に添加したこと以外は、上記製造例2aと同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS9aを得た。この得られたCS9aの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の30質量%に相当する量であった。
硝酸塩(硝酸カリウム)を添加しないこと以外は、上記製造例1aと同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS10aを得た。この得られたCS10aの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の30質量%に相当する量であった。
硝酸塩を添加しないこと以外は、上記製造例7aと同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS11aを得た。その得られたCS11aの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の30質量%に相当する量であった。
硝酸塩を添加しないこと以外は、上記製造例8aと同様の手順に従って、乾態のCS12aを得た。その得られたCS12aの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の30質量%に相当する量であった。
炭酸塩として、塩基性炭酸亜鉛を用い、それを、ルナモス#60の100部に対して0.05部(水ガラスの固形分100部に対して5部)の割合において、更に添加したこと以外は、上記製造例2aと同様の手順に従って、乾態のCS13aを得た。その得られたCS13aの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の30質量%に相当する量であった。
ホウ酸塩として、四ホウ酸ナトリウム十水和物を用い、それを、ルナモス#60の100部に対して0.05部(水ガラスの固形分100部に対して5部)の割合において、更に添加したこと以外は、上記製造例2aと同様の手順に従って、乾態のCS14aを得た。その得られたCS14aの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の30質量%に相当する量であった。
耐火性骨材として、市販の鋳造用人工砂であるルナモス#80(商品名:花王クエーカー株式会社製)を準備すると共に、粘結材たる水ガラスとして、市販品:2号ケイ酸ナトリウム(商品名:富士化学株式会社製、SiO2 /Na2O のモル比:2.5、固形成分:41.3%)を準備した。そして、上記のルナモス#80を常温のまま品川式万能攪拌機(5DM-r型)(株式会社ダルトン製)に投入し、更に、前記水ガラスを、ルナモス#80の100部に対して2.4部(固形成分:1.0部)の割合で、硝酸カリウムを、ルナモス#80の100部に対して0.03部(水ガラスの固形分100部に対して3部)の割合で、それぞれ添加して、3分間の混練を行ない、均一になるまで攪拌混合せしめた後に取り出すことにより、湿態の鋳型材料組成物:CS1bを得た。かかる混練後のCS1bの含水分量を算出したところ、水ガラスの固形分量の140質量%に相当する量であった。
硝酸カリウムの添加量を、ルナモス#80の100部に対して0.1部(水ガラスの固形分100部に対して10部)の割合としたこと以外は、上記製造例1bと同様の手順に従って、湿態のCS2bを得た。その得られたCS2bの含水分量を算出したところ、水ガラスの固形分量の140質量%に相当する量であった。
硝酸カリウムの添加量を、ルナモス#80の100部に対して0.3部(水ガラスの固形分100部に対して30部)の割合としたこと以外は、上記製造例1bと同様の手順に従って、湿態のCS3bを得た。その得られたCS3bの含水分量を算出したところ、水ガラスの固形分量の140質量%に相当する量であった。
硝酸カリウムを、硝酸ナトリウムの0.1部(水ガラスの固形分100部に対して10部の割合)に代えたこと以外は、上記製造例1bと同様の手順に従って、湿態のCS4bを得た。その得られたCS4bの含水分量を算出したところ、水ガラスの固形分量の140質量%に相当する量であった。
硝酸カリウムを、硝酸カルシウムの0.03部(水ガラスの固形分100部に対して3部の割合)に代えたこと以外は、上記製造例1bと同様の手順に従って、湿態のCS5bを得た。その得られたCS5bの含水分量を算出したところ、水ガラスの固形分量の140質量%に相当する量であった。
硝酸カリウムを、硝酸マグネシウムの0.03部(水ガラスの固形分100部に対して3部の割合)に代えたこと以外は、上記製造例1bと同様の手順に従って、湿態のCS6bを得た。その得られたCS6bの含水分量を算出したところ、水ガラスの固形分量の140質量%に相当する量であった。
粘結材の水ガラスとして、市販品:1号ケイ酸ナトリウム(商品名:富士化学株式会社製、SiO2 /Na2O のモル比:2.1、固形成分:48.5%)を用い、また、その添加量を、耐火性骨材(ルナモス#80)の100部に対して2.1部(固形成分:1.0部)の割合としたこと以外は、上記製造例2bと同様の手順に従って、湿態のCS7bを得た。その得られたCS7bの含水分量を算出したところ、水ガラスの固形分量の110質量%に相当する量であった。
粘結材の水ガラスとして、市販品:3号ケイ酸ナトリウム(商品名:富士化学株式会社製、SiO2 /Na2O のモル比:3.2、固形成分:38%)を用い、また、その添加量を、耐火性骨材(ルナモス#80)の100部に対して2.6部(固形成分:1.0部)の割合としたこと以外は、上記製造例2bと同様の手順に従って、湿態のCS8bを得た。その得られたCS8bの含水分量を算出したところ、水ガラスの固形分量の160質量%に相当する量であった。
界面活性剤である陰イオン性界面活性剤(アニオン性界面活性剤)市販品:オルフィンPD-301(商品名:日信化学工業株式会社製)を用い、その添加量を、ルナモス#80の100部に対して0.12部(水ガラスの固形分100部に対して12部)の割合としたこと以外は、上記製造例2bと同様の手順に従って、常温流動性を有する乾態のCS9bを得た。その得られたCS9bの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の140質量%に相当する量であった。
硝酸塩を添加しないこと以外は、上記製造例1bと同様の手順に従って、湿態のCS10bを得た。その得られたCS10bの含水分量を算出したところ、水ガラスの固形分量の140質量%に相当する量であった。
硝酸塩を添加しないこと以外は、上記製造例7bと同様の手順に従って、湿態のCS11bを得た。その得られたCS11bの含水分量を算出したところ、水ガラスの固形分量の110質量%に相当する量であった。
硝酸塩を添加しないこと以外は、上記製造例8bと同様の手順に従って、湿態のCS11bを得た。その得られたCS12bの含水分量を算出したところ、水ガラスの固形分量の160質量%に相当する量であった。
炭酸塩として、塩基性炭酸亜鉛を用い、それを、ルナモス#80の100部に対して0.05部(水ガラスの固形分100部に対して5部)の割合において、更に添加したこと以外は、上記製造例2bと同様の手順に従って、乾態のCS13bを得た。その得られたCS13bの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の140質量%に相当する量であった。
ホウ酸塩として、四ホウ酸ナトリウム十水和物を用い、それを、ルナモス#80の100部に対して0.05部(水ガラスの固形分100部に対して5部)の割合において、更に添加したこと以外は、上記製造例2bと同様の手順に従って、乾態のCS14bを得た。その得られたCS14bの含水分量を算出したところ、被覆層における水ガラスの固形分量の140質量%に相当する量であった。
上記した各手順に従って製造されたCS1a~12a(温度:20℃)を、それぞれ、110℃に加熱された成形金型内に、圧力:0.3MPaのゲージ圧にて吹き込んで、充填した後、更に0.05MPaのゲージ圧力の下で、温度:99℃の水蒸気を4秒間吹き込み、成形金型内に充填した鋳型材料組成物相に通気せしめた。次いで、そのような水蒸気の通気が終了した後、0.03MPaのゲージ圧力の下で、150℃の温度の熱風を2分間吹き込み、成形金型内に充填されたCSをそれぞれ固化乃至硬化させることにより、試験片[φ5cm×5cm]として用いられる鋳型を、それぞれ作製した。このような鋳型作製工程において、水蒸気通気開始から熱風通気終了に至るまでの成形時間は、何れも125秒とした。なお、実施例1~9、比較例1~3の各々に係る鋳型(試験片)を作製する際に使用したCSの構成及び成形条件は、下記表1に示す通りである。また、それら実施例1~9や比較例1~3の各々で用いたCSから製造された円形無空中子(10)について、先の中子鋳造試験を実施し、中子の崩壊性と得られた鋳物の鋳肌の評価を実施し、その結果を、下記表1に併せ示した。
上記した各手順に従って製造されたCS1a~14a(温度:20℃)を、常温のまま、品川式万能撹拌機(5DM-r型、株式会社ダルトン製)に投入し、更に、水を、CSの100部に対して1.0部の割合にて、撹拌機内に添加し、撹拌することにより、それぞれ湿態化させたCS(鋳型材料)を準備した。次いで、撹拌機内より取り出した湿態状の各種CSを、150℃に加熱された成形金型内に、圧力:0.3MPaのゲージ圧にて吹き込んで、充填した後、成形金型内で保持しながら、0.03MPaのゲージ圧力の下で、150℃の温度の熱風を2分間吹き込み、成形金型内に充填されたCSをそれぞれ固化乃至硬化させることにより、試験片[φ5cm×5cm]として用いられる鋳型を、それぞれ作製した。ここで、成形金型内保持開始から熱風通気終了に至るまでの成形時間は、何れも、180秒とした。なお、実施例10~20、比較例4~6の各々に係る鋳型(試験体)を作製する際に使用したCSの構成及び成形条件は、下記表2に示す通りである。また、それら実施例10~20や比較例4~6の各々で用いたCSから製造された円形無空中子(10)について、先の中子鋳造試験を実施し、中子の崩壊性と得られた鋳物の鋳肌の評価を実施し、その結果を、下記表2に併せ示した。
上記した各手順に従って製造されたCS1b~14b(温度:20℃)を、それぞれ、150℃に加熱された成形金型内に、充填した後、かかる成形金型内でそのまま保持することにより、充填されたCSをそれぞれ固化乃至硬化させることによって、試験片[φ5cm×5cm]として用いられる鋳型を、それぞれ作製した。ここで、成形金型内での保持開始から終了に至るまでの成形時間は、何れも、180秒とした。なお、実施例21~31、比較例7~9の各々に係る鋳型(試験片)を作製する際に使用したCSの構成及び成形条件は、下記表3に示す通りである。また、それら実施例21~31や比較例7~9の各々で用いたCSから製造された円形無空中子(10)について、先の中子鋳造試験を実施し、中子の崩壊性と得られた鋳物の鋳肌の評価を実施し、その結果を、下記表3に併せ示した。
各CSを用いて得られた試験片について、その破壊荷重を、測定器(高千穂精機株式会社製、デジタル鋳物砂強度試験機)を用いて測定して、この測定された破壊荷重を用いて、抗折強度を、下記の式により算出した。なお、かかる破壊荷重の測定には、成形後1時間経過後の常温の試験片を用いた。
抗折強度(N/cm2 )=1.5×LW/ab2
[但し、L:支点間距離(cm)、W:破壊荷重(N)、a:試験片の
幅(cm)、b:試験片の厚み(cm)、である。]
次いで、容器に、水とグリセロールの混合溶液及び4点の下駄付き金網を入れ、各試験片を金網上に載置して、試験片が水及びグリセロール混合溶液(20%グリセロール濃度)に触れない状態として、かかる容器ごと温調器に入れて、40℃で24時間保持して、各試験片を吸湿劣化させた。その吸湿劣化後の各試験片について、その抗折強度を、上記と同様にして求めた。そして、吸湿前の抗折強度と、吸湿後の抗折強度から、下記式に基づいて、吸湿強度保持率を算出した。
吸湿強度保持率(%)=(吸湿後抗折強度/吸湿前抗折強度)×100
6 主型 8 幅木部
10 円形無空中子 12 鋳造試験用砂型
14 廃中子排出口 16 鋳物
Claims (19)
- (a)耐火性骨材と、
(b)水ガラスを必須成分とする粘結材と、
(c)硝酸のアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩からなる群より選ばれた少なくとも一つの硝酸塩と
を少なくとも含み、且つ動的安息角が80°以下である、常温で流動性を有する乾態の混合物として構成されていることを特徴とする鋳型材料組成物。 - 前記硝酸塩が、鋳型材料組成物における水ガラスの固形分の100質量部に対して、0.5~30質量部の割合において含有せしめられていることを特徴とする請求項1に記載の鋳型材料組成物。
- 前記硝酸塩が、硝酸カリウム、硝酸ナトリウム、硝酸カルシウム及び硝酸マグネシウムからなる群から選択されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の鋳型材料組成物。
- 炭化水素含有化合物が、更に含有せしめられていることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の鋳型材料組成物。
- 前記炭化水素含有化合物が、界面活性剤であることを特徴とする請求項4に記載の鋳型材料組成物。
- 前記界面活性剤が、鋳型材料組成物における水ガラスの固形分の100質量部に対して、0.1~20質量部の割合において含有せしめられていることを特徴とする請求項5に記載の鋳型材料組成物。
- 前記炭化水素含有化合物が、滑剤であることを特徴とする請求項4に記載の鋳型材料組成物。
- 前記滑剤が、鋳型材料組成物における水ガラスの固形分の100質量部に対して、0.1~10質量部の割合において含有せしめられていることを特徴とする請求項7に記載の鋳型材料組成物。
- 炭酸塩及び/又はホウ酸塩が、更に含有せしめられていることを特徴とする請求項1乃至請求項8の何れか1項に記載の鋳型材料組成物。
- 前記炭酸塩及び/又はホウ酸塩が、鋳型材料組成物における水ガラスの固形分の100質量部に対して、0.5~50質量部の割合において含有せしめられていることを特徴とする請求項9に記載の鋳型材料組成物。
- 前記耐火性骨材が、球状である請求項1乃至請求項10の何れか1項に記載の鋳型材料組成物。
- 前記鋳型材料組成物が、前記耐火性骨材の表面を前記水ガラスを含む被覆層にて覆ってなる、常温流動性を有する乾態の混合物であり、且つ該混合物における含水分量が、前記水ガラスの固形分量の5~55質量%であることを特徴とする請求項1乃至請求項11の何れか1項に記載の鋳型材料組成物。
- 請求項1乃至請求項12の何れか1項に記載の鋳型材料組成物を製造する方法にして、予め加熱された耐火性骨材に対して、水ガラスを必須成分とする粘結材と、硝酸のアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩からなる群より選ばれた少なくとも一つの硝酸塩とを混和せしめ、水分を蒸発させることにより、かかる耐火性骨材の表面に該粘結材の被覆層を形成すると共に、動的安息角が80°以下である、常温流動性を有する乾態の混合物として、取り出すようにしたことを特徴とする鋳型材料組成物の製造方法。
- 請求項13に記載の製造方法で得られた乾態の鋳型材料組成物を用い、これを、成形型内に充填した後、水蒸気を通気させて、かかる成形型内で保持し、固化乃至は硬化せしめることにより、目的とする鋳型を得ることを特徴とする鋳型の製造方法。
- 前記成形型が、80℃~200℃の温度に加熱されていることを特徴とする請求項14に記載の鋳型の製造方法。
- 請求項13に記載の製造方法で得られた乾態の鋳型材料組成物を用い、これに水を添加して湿態化させ、その湿態状のコーテッドサンドを成形型内に充填した後、かかる成形型内で保持し、固化乃至は硬化せしめることにより、目的とする鋳型を得ることを特徴とする鋳型の製造方法。
- 前記成形型が、80℃~300℃の温度に加熱されていることを特徴とする請求項16に記載の鋳型の製造方法。
- 前記鋳型材料組成物の前記成形型での保持中に、かかる成形型内に、熱風または過熱水蒸気が通気せしめられることを特徴とする請求項14乃至請求項17の何れか1項に記載の鋳型の製造方法。
- 請求項1乃至請求項12の何れか1項に記載の鋳型材料組成物を用いて積層造形して、目的とする鋳型を形成することを特徴とする鋳型の製造方法。
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