JPS6239212B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の利用分野〕 本発明は、金属或いはプラスチツクの鋳物を製
造するのに用いる金型に関する。 本発明は、２つ以上の型を組合せ機械的に結合
することによつて内部に鋳物品形状を有する空隙
を形成し、前記空隙へ金属或いはプラスチツクの
溶湯を鋳込んでそのまま凝固させる鋳造方法に適
用するのに好適である。 本発明の金型は、一例として鋳鉄、銅合金、ア
ルミニウム合金などの鋳物の製造に用いることが
できる。 〔従来技術〕 金属溶湯の鋳造に当たつて銅合金金型を用いる
ことは、知られている。 たとえば特開昭57−91839号公報には、クロム
とジルコニウムとカドミウムの少なくとも１つを
含み、残部銅の合金からなる金属鋳造用耐久鋳型
が記載されている。そして前記銅合金からなる耐
久鋳型は、熱伝導性がよく、このため鋳型に高温
度勾配が生じるのを防止できることが記載されて
いる。 他方、特公昭57−45816号公報には、クロムと
ジルコニウムおよび残部銅からなる鉄鋼連続鋳造
用鋳型材が記載されている。この公報には銅−ク
ロム合金および銅−ジルコニウム合金よりなる鋳
型材も示されており、これらは銅−クロム−ジル
コニウム合金の鋳型材にくらべて鋳型寿命の点で
劣ることが記載されている。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、前記銅合金金型よりも変形が
生じにくく、長寿命の金型を提供するにある。 〔発明の概要〕 本発明の金型は、ジルコニウムとチタンを含
み、残部が銅と不可避不純物からなる銅合金或い
はジルコニウムとチタンとクロムを含み、残部が
銅と不可避不純物からなる銅合金よりなる。 本発明の金型は、最終的にジルコニウムとチタ
ンとクロムの少なくとも１つと銅との化合物より
なる析出相が存在する組織を有し、ブリネル硬さ
Ｈ_B100以上及び導電率20％以上（IACS）を有す
る。 本発明において、ジルコニウムとチタン、或い
はジルコニウムとチタンとクロムを除く残りの成
分は銅と不可避不純物からなる。 本発明の金型は、連続鋳造用鋳型としても用い
ることができるが、そのほかに金型内で溶湯の鋳
込みから凝固終了までを行つて１つの鋳物を作る
方法に適用することができる。 連続鋳造法における鋳型の主要な役割は、溶湯
が鋳型内を通過しているうちに鋳型内面と接触す
る近傍の溶湯を凝固させることにある。従つて、
鋳型に要求される最も重要な性質は熱伝導性がよ
いことである。熱伝導性を満たしたうえで、次い
で機械的性質や加工性が要求されることになる。 一方、金型内に溶湯を保持してそのまま凝固を
終了させる鋳造法においては、金型の熱伝導性が
よいことは最重要要件ではない。熱伝導性が良す
ぎるとかえつて湯まわりが悪くなり、型のすみず
みまで湯がいきわたらない或いは型から鋳物を取
り出すときに鋳物が割れやすくなる。この種の金
型は、２つ以上の型を組合せ、ボルト或いはピン
などを使用して型を固定し、型の内部に鋳物品の
形状を有する空隙を形成するのが一般的である。
従つて、金型を組立てたときに型の合せ面に隙間
が生じたり或いは鋳造作業中に型が変形して合せ
面に隙間が生じてしまうことの方が問題である。
隙間から溶湯が洩れ、湯もれ或いは鋳ばりが生じ
る。湯もれ或いは鋳ばりが生じた鋳物は、鋳造
後、湯もれ或いは鋳ばりを修理するための加工を
必要とする。 本発明の金型は、金型を組立てたときに隙間が
生じたり或いは鋳造作業中に型が変形して型の合
せ面から溶湯が洩れることはない。従つて、鋳造
後に修理のための加工を必要としないか或いは修
理のための工数を大幅に低減することができる。
更に本発明の金型は、導電率と硬さとが適度に保
たれているので、湯まわり不良が生りないし且つ
型の摩耗が少なく耐久性もすぐれている。金型の
導電率を高めるには合金成分を入れないか或いは
合金成分の含有量を少なくして純銅に近づければ
よい。一方、金型の機械的強さ及び硬さを高める
には、ジルコニウムやチタン、クロムなどの合金
成分を添加する必要がある。本発明の金型は、ジ
ルコニウム、チタン、クロムの量を制御すること
によつて或いは製造条件を選ぶことによつて、導
電率20％以上（IACS）とブリネル硬さＨ_B100以
上を併有する。湯まわり不良を起こさないために
金型の導電率は望ましくは80％（IACS）未満に
おさえられるべきである。 金型の導電率が20％（IACS）よりも低いと、
溶湯の冷却速度が遅いために鋳物の組織が粗くな
る。更に鋳造後、鋳物を金型から取り出すまでの
所要時間が長くかかり、鋳物を生産する速度が遅
くなる。金型の表面に亀裂が入るまでの使用回数
も短くなる。 金型の硬さが小さいとくり返して使用している
うちに型が摩耗し合せ面に隙間が生じて湯もれ或
いは鋳ばりをもたらすようになる。金型の摩耗を
少なく抑えて耐久性を高めるには型のブリネル硬
さをＨ_B100以上にする必要がある。金型の硬さが
大きすぎると加工性たとえば鍛造性、切削性が悪
くなり金型を製造しにくくなる。従つて、金型の
硬さはＨ_B500以下におさえることが望ましい。 本発明の金型は、ジルコニウムととチタンの少
なくとも１つと銅との化合物或いはジルコニウム
とチタンとクロムの少なくとも１つと銅との化合
物よりなる析出相が分散した組織を有する。これ
らの析出相が存在した銅−ジルコニウム−チタン
合金金型或いは銅−ジルコニウム−チタン−クロ
ム合金金型は、組立て時或いは鋳造作業中におけ
る変形がきわめて少ない。 前記析出相が存在する組織とするために、金型
はその製造過程で溶体化処理及び時効処理を施す
必要がある。 本発明の金型の成分組成は、ジルコニウム0.01
〜３重量％とチタン0.03〜５重量％及び残部銅、
或いはジルコニウム0.01〜３重量％とチタン0.03
〜５重量％とクロム0.03〜２重量％及び残部銅で
ある。 銅−ジルコニウム−チタン合金金型は、ブリネ
ル硬さをＨ_B100以上とするためにその製造過程で
溶体化処理後、時効処理の前に冷間加工を施すこ
とが望ましい。銅−ジルコニウム−チタン−クロ
ム合金金型は、溶体化処理と時効処理だけでもブ
リネル硬さをＨ_B100以上にできる。ただし時効処
理の前に冷間加工を施すことが望ましいことはい
うまでもない。 本発明の金型は、鋳放し材を溶体化処理し、必
要に応じて冷間加工を行つたあとで時効処理を施
して製造することができる。溶体化処理は、銅−
ジルコニウム−チタン合金では950℃±20℃の温
度、銅−ジルコニウム−チタン−クロム合金では
1020℃±20℃の温度に加熱してから水焼入れを施
すことが望ましい。時効処理は500℃近傍の温
度、好適には450〜480℃の温度で行うことが望ま
しい。時効処理の前に施す冷間加工は、常温で行
うことができる。 溶体化処理の前の段階で熱間加工を施すように
してもよい。この熱間加工を施すことにより金型
の機械的強さ、硬さを更に高めることができる。 本発明の金型において、ジルコニウム、チタ
ン、及びクロムの組成範囲を前述のように定めた
理由は、下記のとおりである。 ジルコニウム0.01〜３重量％： ジルコニウムの銅への固溶量は、450℃でおよ
そ0.01〜0.02重量％である。時効処理によつてジ
ルコニウムと銅の化合物を析出させるには時効処
理温度における固溶量以上のジルコニウムが銅中
に含有されている必要がある。故にジルコニウム
は0.01重量％以上含有されることが望ましい。一
方、ジルコニウム量が３重量％よりも多くなると
導電率が著しく低下し且つ硬さ、引張強さの増加
も期待できなくなる。更に冷間加工性がきわめて
悪くなる。ジルコニウムの特に好適な範囲は、
0.03〜0.5重量％である。 チタン0.03〜５重量％： チタンは、機械的強さと硬さを高めるために必
要である。しかし、そのためには0.03重量％以上
含有することが望まれる。５重量％よりも多量に
含むと冷間加工或いは熱間加工したときに材料の
脆化が生じ、金型に鋳物形状のくぼみを形成する
のが難しくなる。更に導電率が著しく低下し20％
（IACS）を維持できなくなるおそれがある。チタ
ンの特に好適な範囲は0.05〜２重量％である。 クロム0.03〜２重量％： 450℃におけるクロムの銅への固溶量は、0.03
〜0.04重量％であるので、クロムの最低量は0.03
重量％以上とすることが望ましい。２重量％まで
はクロム量が増加するにつれて高温引張り強さ、
硬さが増加するが、２重量％を超えると引張強さ
及び硬さの増加が殆ど望めなくなり、かえつて導
電率の急激な低下が生じるようになる。クロムの
特に好適な範囲は0.5〜1.5重量％である。 本発明の金型は、連続鋳造用鋳型として使用す
るときでも或いは１つの金型内で鋳込みから凝固
終了までを行わせる鋳造法に使用するときでも水
冷却製造とすることが望ましい。すなわち金型内
に水が流れる通路を設けて冷却水によつて金型を
冷却することが望ましい。これによつて、鋳造時
における金型の膨張、変形を一層少なくできる。
金型を内部から水冷却することによつて、鋳造作
業のくり返しに基づく熱応力の発生によつて金型
に亀裂が生じるのを抑えることもできる。 金型は、連続鋳造用鋳型として使用するときに
は必ずしも塗型を必要としないが、型内に鋳物形
状の空隙部を設けて溶湯の鋳込みから凝固終了ま
でを一貫して行う鋳造法に使用するときには、少
なくとも溶湯と接触する面に塗型を施すことが望
ましい。塗型を施すことによつて、(イ)鋳型の型離
れを良くすることがきる、(ロ)溶湯が金型表面に溶
着して金型表面が溶けるのを防止できる、(ハ)溶湯
中のガスが抜けやすくなる、などの効果が得られ
る。塗型剤には、一般に市販されているものをす
べて使用できる。たとえば市販のシリコン系の塗
型剤を使用できる。塗型を施すときには、予め金
型表面をブラシでこすつたり或いはシヨツトブラ
ストによつて粗面化することが望ましい。本発明
の金型は、金型表面を機械加工して粗面化したと
きに、くぼみの縁が欠け落ちたりせず、塗型のの
りが非常によい。なお、塗型は、スプレーによつ
て施すことが望ましい。塗型層は一般に多孔質で
あるので、その孔を通つて溶湯中のガスが抜ける
ようになつている。 純銅、銅−ジルコニウム合金、銅−クロム合金
及び銅−クロム−ジルコニウム合金よりなる金型
は、次の理由によつて本発明の金型にくらべて劣
つている。 (1) 純銅或いは前記銅合金は、いずれも熱伝導性
が良すぎるために溶湯の冷却が早く、湯まわり
不良が生じやすい。 (2) 純銅および銅−ジルコニウム合金の金型は、
熱膨張係数が大きく且つ機械的強度が小さいた
めに鋳造中に金型が変形しやすい。このため湯
もれや鋳ばりが生じやすい。 (3) 銅−ジルコニウム−クロム合金の金型も本発
明の金型にくらべて変形が生じやすい。 第１図は、本発明による金型の一実施例を示す
斜視図である。第１図では２つの型２ａと２ｂと
によつて１つの金型１が構成される。３は湯口、
４は湯道、５は鋳物品の形状を有する空隙部であ
る。この空隙部５には図示してないが押湯部を設
けることが望ましい。型２ａと２ｂはボルト６及
びナツト７によつて一体的に結合される。鋳造に
当たつては空隙部５の内面、湯道４及び湯口３に
塗型が施される。符号８は冷却水の供給口、９は
排出口である。 〔発明の実施例〕 実施例 １ 銅−ジルコニウム0.1重量％−チタン0.03重量
％合金よりなる鋳放し材を溶体化処理し、更に冷
間鍛造を施したのち480℃で４時間加熱の時効処
理を施した。溶体化処理は950℃で1.5時間加熱し
たのち水中に入れて冷却することにより行つた。
冷間鍛造の加工度は15％とした。 このようにして製造した部材について常温の引
張試験、硬さ試験及び導電率の測定を行つた。引
張り強さは34.8Kg/mm²、ブリネル硬さはＨ_B104、
導電率は77％（IACB）であつた。 上記部材から機械加工によつて第１図に示すよ
うに円柱状の空隙部５を有する型２ａ，２ｂを製
造し、溶湯との接触面を金属ブラシでこすつて粗
面化したのちそこへ市販のシリコン系の塗型剤を
スプレーによつて被覆した。２つの型をボルト及
びナツトを用いて一体的に結合したのち、鋳鉄溶
湯を鋳込み温度1340〜1390℃で鋳込んだ。なお、
金型は水冷却した。鋳鉄溶湯の成分組成は炭素
3.7重量％、シリコン1.9重量％、マンガン0.6重量
％、りん0.3重量％、硫黄0.02重量％及び残部鉄
である。溶湯が凝固し終つたのち、ナツトをゆる
め型２ａと２ｂを離して鋳物を取り出した。鋳物
の型離れはきわめて良好であり、湯まわり不良も
生じていなかつた。 以上の操作を3000回くり返し行つたが、金型に
は変形が見られず、型２ａと２ｂの合せ面から湯
がもれたり或いは鋳ばりが生ずることはなかつ
た。 実施例 ２ 銅−ジルコニウム0.18重量％−チタン0.26重量
％合金よりなる鋳放し材を760〜870℃の温度で熱
間鍛造したのち溶体化処理し、更に冷間鍛造を施
してから時効処理した。溶体化処理、冷間鍛造及
び時効処理の条件は、実施例１のときと同一であ
る。熱間鍛造の加工度は30％とした。 この部材の常温における引張強さは34.0Kg/
mm²、ブリネル硬さはＨ_B114及び導電率は30％
（IACS）であつた。 この部材から実施例１と同じ形状の金型を作
り、実施例１と同じように鋳鉄溶湯の注湯を1000
回くり返し行つたが、湯もれ或いは鋳ばりの発生
は全くなかつた。熱応力に基づく金型の割れも勿
論なかつた。 実施例 ３ 銅−ジルコニウム0.05重量％−チタン0.12重量
％−クロム0.74重量％合金の溶体化処理−時効処
理材（試料No.１）、溶体化処理−冷間鍛造−時効
処理材（試料No.２）及び熱間鍛造−溶体化処理−
冷間鍛造−時効処理材（試料No.３）について、常
温の引張強さ、硬さ及び導電率を測定した。 溶体化処理は、いずれの試料とも1020℃で1.5
時間加熱したのち水中に入れて冷却するようにし
た。時効処理は、いずれの試料とも450℃で４時
間加熱保持後、空冷することにより行つた。冷間
鍛造は、いずれの試料とも常温で行い且つ加工度
は15％とした。熱間鍛造は760〜870℃で行い且つ
加工度は30％とした。 第１表に測定結果を示す。

【表】 各試料から第１図に示す形状の空隙部を有する
金型を作製し、実施例１と同様にして鋳鉄溶湯の
注湯を行つた。注湯を1000回くり返し行つたが、
いずれも金型の変形は生せず、湯もれ及び鋳張り
の発生はなかつた。 実施例 ４ 銅−ジルコニウム0.3重量％−チタン1.0重量％
−クロム0.55重量％合金の鋳放し材を1020℃で
1.5時間加熱後、水中に入れて冷却する溶体化処
理を施し、更に450℃で４時間加熱後空冷する時
効処理を施した。 この試料について、常温から600℃の試験温度
において引張り試験を行つた。結果を第２図に示
す。金型は水冷却構造にしていても溶湯と接触す
る表面近傍はかなり高い温度に加熱される。鋳鉄
溶湯の鋳造においては最高でおよそ500℃に加熱
される。鋳造中に金型が変形しないためには金型
の高温強度が高いことも必要である。この実施例
の銅合金は、他の比較例にくらべて著しく高い高
温引張強さを有しており、高温で変形しにくいこ
とが明らかである。 比較例 純銅及び銅−ジルコニウム0.3重量％合金につ
いて常温の引張り強さ、硬さを測定した。銅−ジ
ルコニウム合金については導電率の測定も行つ
た。試験結果を第２表に示す。純銅の特性は鋳放
し材のものである。銅−ジルコニウム合金は950
℃で1.5時間加熱後水冷する溶体化処理を施して
から常温で加工度15％の冷間加工を施し、その後
450℃で４時間加熱後空冷する時効処理を施した
ものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の鋳造用金型は従
来の銅合金金型或いは純銅金型にくらべて鋳造時
の変形が少ない。従つて、湯もれ或いは鋳ばりが
発生しにくい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例による金型の斜視
図である。第２図は、純銅及び各種銅合金の引張
強さと試験温度の関係を示すグラフである。 １…金型、３…湯口、４…湯道、５…空隙部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ジルコニウム0.01〜３重量％およびチタン
   0.03〜５重量％を含有し、残部が銅および不可避
   不純物からなり、ジルコニウムおよびチタンの少
   なくとも１つと銅との化合物よりなる析出相が存
   在する組織を有する銅合金からなり、常温のブリ
   ネル硬さＨ_B100以上と導電率20％以上（IACS）
   を有することを特徴とする鋳造用金型。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記銅合金
   よりなる２つ以上の型が機械的に結合され、内部
   に鋳物品の形状を有する空隙を有することを特徴
   とする鋳造用金型。 ３ 特許請求の範囲第２項において、前記空隙の
   内面に塗型層を有することを特徴とする鋳造用金
   型。 ４ 特許請求の範囲第１項において、前記金型は
   水冷却構造を有することを特徴とする鋳造用金
   型。 ５ ジルコニウム0.01〜３重量％とチタン0.03〜
   ５重量％およびクロム0.03〜２重量％を含有し、
   残部が銅および不可避不純物からなり、ジルコニ
   ウムとチタンとクロムの少なくとも１つと銅との
   化合物よりなる析出相が存在する組織を有する銅
   合金からなり、常温のブリネル硬さＨ_B100以上と
   導電率20％以上（IACS）を有することを特徴と
   する鋳造用金型。 ６ 特許請求の範囲第５項において、前記銅合金
   よりなる２つ以上の型が機械的に結合され、内部
   に鋳物品の形状を有する空隙を有することを特徴
   とする鋳造用金型。 ７ 特許請求の範囲第６項において、前記空隙の
   内面に塗型層を有することを特徴とする鋳造用金
   型。 ８ 特許請求の範囲第５項において、前記金型は
   水冷却構造を有することを特徴とする鋳造用金
   型。