JP5756643B2 - Low temperature casting method and low temperature casting apparatus for spheroidal graphite cast iron - Google Patents
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Description
本発明は、球状黒鉛鋳鉄の低温鋳造方法及び低温鋳造装置に関する。詳しくは、金型を使用した精密鋳造であって、半凝固状態を含む低温域で鋳造することにより高強度で且つ欠陥を生じない球状黒鉛鋳鉄の低温鋳造方法及び低温鋳造装置に関する。 The present invention relates to a low temperature casting method and a low temperature casting apparatus for spheroidal graphite cast iron. More specifically, the present invention relates to a low-temperature casting method and a low-temperature casting apparatus for spheroidal graphite cast iron that is high-strength and does not cause defects by precision casting using a mold and casting in a low-temperature region including a semi-solidified state.
鋳鉄は黒鉛が含まれるために鋳造性、耐摩耗性等に優れるものの、その機械的強度は黒鉛の量や形状、分布状態等に支配される。従来、鋳鉄に含まれる黒鉛を微細化し、均一に分布させるために攪拌、合金の添加等の処理が行われ、鋳鉄の機械的強度の改善が図られてきた。
例えば、亜共晶鋳鉄よりなる溶湯の冷却・凝固過程における半凝固状態で攪拌を加え、その際に晶出する初晶黒鉛および共晶組織を粉砕、分散させるとともに、この攪拌を、溶湯のFe−C−Si3元共晶温度域又はそれより若干高い温度まで継続して行い、その後ただちに冷却する鋳鉄の製造方法が開示されている(特許文献1を参照)。この製造方法によって、機械的強度、耐摩耗性に優れた亜共晶鋳鉄が得られるとされている。
Since cast iron contains graphite, it is excellent in castability, wear resistance, etc., but its mechanical strength is governed by the amount, shape, distribution, etc. of graphite. Conventionally, in order to refine and uniformly distribute graphite contained in cast iron, processing such as stirring and addition of an alloy has been performed to improve the mechanical strength of cast iron.
For example, stirring is performed in a semi-solid state in the cooling and solidification process of a melt made of hypoeutectic cast iron, and primary graphite and eutectic structure crystallized at that time are pulverized and dispersed. A method for producing cast iron is disclosed in which it is continuously carried out to a temperature range of -C-Si ternary eutectic or slightly higher, and then immediately cooled (see Patent Document 1). According to this manufacturing method, hypoeutectic cast iron excellent in mechanical strength and wear resistance is said to be obtained.
また、マグネシウム等の金属溶湯を攪拌しつつ冷却し、半凝固状態で鋳造する方法は、溶解状態から鋳造するよりも均一な微細組織が得られるため、レオキャスト法をはじめ種々の処理技術が提案されている。そのような半凝固鋳造法を鋳鉄に適用した例として、溶解鋳鉄を傾斜冷却板上に流して半凝固状態まで冷却し、それを金型に直接流し込んで鋳造することにより、引張強度に優れ、伸びのある鋳鉄鋳物を得る鋳造方法が開示されている(特許文献2を参照)。この鋳造方法によれば、傾斜冷却板による冷却と湯流れ運動により、微細な初晶の晶出核が多数発生して結晶の微細化が図られるとされている。そして、鋳込み直後に加圧することによって、冷却が促進されるとともに凝固中の結晶組織が破壊され、更に結晶の微細化を図ることができるとされている。 In addition, cooling a molten metal such as magnesium while stirring and casting in a semi-solid state yields a more uniform microstructure than casting from a molten state, so various processing technologies including the rheocast method have been proposed. Has been. As an example of applying such a semi-solid casting method to cast iron, molten cast iron is poured onto an inclined cooling plate, cooled to a semi-solid state, cast directly by casting it into a mold, and excellent in tensile strength. A casting method for obtaining an elongated cast iron casting is disclosed (see Patent Document 2). According to this casting method, it is said that a large number of fine primary crystal crystallization nuclei are generated by the cooling by the inclined cooling plate and the hot water flow movement, and the crystal is refined. And it is said that by applying pressure immediately after casting, cooling is promoted and the crystal structure being solidified is destroyed, and further refinement of the crystal can be achieved.
また、鋳鉄を半凝固状態で鋳型に注湯すれば、冷却の際の熱膨張による体積の収縮量を低減させ、ひけ等の欠陥の発生を抑制することが可能になることが知られている。しかし、低温の鋳鉄溶湯を使用する場合、鋳込み時に湯流れ性が低下するという問題がある。さらに、従来行われている消失模型を使用した鋳造方法の場合には、鋳込み時に消失模型の発泡樹脂が分解されて発生するガスにより、湯流れ性が損なわれるという問題もあった。これを解決するために、低温(1250℃〜1330℃)の溶湯を砂鋳型に注湯し、鋳型を減圧する製造方法が開示されている(特許文献3を参照)。減圧によって分解ガスが吸引されるとともに湯流れ性がよくなるため、消失模型鋳造法において注湯温度を下げ、欠陥のない鋳物を製造することができるとされている。また、鋳型を減圧した後に加圧することによって、加圧された空気が鋳型内部を流れるため、冷却速度を上げることができるとされている。 It is also known that casting cast iron into a mold in a semi-solid state can reduce the volume shrinkage due to thermal expansion during cooling and suppress the occurrence of defects such as sink marks. . However, when using a low-temperature cast iron melt, there is a problem that the flowability of the molten metal decreases during casting. Furthermore, in the case of a conventional casting method using a vanishing model, there is a problem that the hot metal flowability is impaired by the gas generated by the decomposition of the foamed resin of the vanishing model during casting. In order to solve this, a manufacturing method is disclosed in which a low temperature (1250 ° C. to 1330 ° C.) molten metal is poured into a sand mold and the mold is decompressed (see Patent Document 3). It is said that the cracked gas is sucked by the reduced pressure and the flowability of the molten metal is improved, so that the molten metal casting temperature can be lowered in the disappearance model casting method to produce a casting having no defect. In addition, it is said that the cooling rate can be increased because pressurized air flows inside the mold by pressurizing the mold after depressurizing.
前記のように、従来、鋳鉄の溶湯に金属等の添加や接種処理を行い、攪拌等を行うことによって鋳鉄溶湯を粒状化させる処理は多く行われている。また、鋳鉄の溶湯を凝固温度に近い液相線温度付近に保ち、半凝固状態で粒状化された均一な凝固核を均一に分散させることは、均一な当軸晶の生成につながり、鋳鉄の強度を増すことが学問的には知られている。
鋳鉄のうち、鋳鉄組織中に黒鉛を球状に析出させるようにする球状黒鉛鋳鉄(ダクタイル鋳鉄)は、引張り強さや伸びに優れ、鋼に匹敵する強度及び靱性を実現することができるため、自動車部品などに使用されている。この球状黒鉛鋳鉄は、よく知られているように、鋳鉄の溶湯中にマグネシウムMg又はMg合金を添加する等の処理(以下、「球状化処理」という。)によって製造され、添加されたMg等によって球状黒鉛の生成が促進される。
しかし、この球状黒鉛鋳鉄の高強度化を目的に、鋳鉄に特殊な金属等を添加(合金化)することは、省資源・省コストとならない。また、合金化するためには高温で溶解させる必要があり、そのエネルギー原単位も高い。したがって、特殊な金属等を使用することなく、球状黒鉛及び基地組織を微細化し、均一な分布を得ることが求められている。
As described above, conventionally, many processes have been performed in which a cast iron melt is granulated by adding a metal or the like to a cast iron melt or inoculating the mixture and stirring. Moreover, keeping the cast iron melt close to the liquidus temperature close to the solidification temperature and uniformly dispersing the uniform solidification nuclei that are granulated in a semi-solid state leads to the formation of uniform axis crystals, It is known academically to increase strength.
Among cast iron, spheroidal graphite cast iron (ductile cast iron) that deposits graphite in a spherical shape in the cast iron structure is excellent in tensile strength and elongation, and can realize strength and toughness comparable to steel. It is used for such as. As is well known, this spheroidal graphite cast iron is manufactured by adding magnesium Mg or a Mg alloy into the molten cast iron (hereinafter referred to as “spheroidizing treatment”), and the added Mg, etc. This promotes the formation of spheroidal graphite.
However, adding a special metal or the like to the cast iron (alloying) for the purpose of increasing the strength of the spheroidal graphite cast iron does not save resources and costs. Moreover, in order to alloy, it is necessary to melt | dissolve at high temperature, and the energy basic unit is also high. Therefore, it is required to refine the spherical graphite and the matrix structure and obtain a uniform distribution without using a special metal or the like.
球状黒鉛鋳鉄の鋳造に際して、前記従来例のように、溶解状態から半凝固状態に至るまでの溶湯を攪拌(機械的攪拌又は電磁的攪拌等)する処理により微細化・均一化を図ることが可能となるが、そのまま連続して鋳造するためには、注湯時及び造形加工時の組織や温度の分布を制御する必要があった。また、傾斜冷却板を使用した処理を行おうとする場合であっても、鋳造ラインにおいて、鋳込みから造形加工時までの実用的な制御・管理は困難であった。球状黒鉛鋳鉄の高強度化のためには、鋳鉄の溶湯状態はもとより、鋳込みから冷却に至るまでの組織状態及び温度分布の総合的な制御が課題となる。
とくに、鋳鉄は、半凝固温度範囲(固液共存域)が狭く、高い温度域での処理であるので、温度の制御及び半凝固状態での固相の均一な分散の制御が困難である。したがって、鋳型の素材及び構造を含み、造形加工時の温度及び粒状化が均一な分布となるように制御することが、安定した鋳物作りには重要な課題であった。
When casting spheroidal graphite cast iron, it is possible to refine and homogenize the molten metal from the melted state to the semi-solidified state (mechanical stirring or electromagnetic stirring) as in the previous example. However, in order to continuously cast as it is, it is necessary to control the structure and temperature distribution during pouring and molding. Further, even when processing using an inclined cooling plate is to be performed, practical control and management from casting to molding processing is difficult in the casting line. In order to increase the strength of spheroidal graphite cast iron, it is necessary to comprehensively control not only the molten state of cast iron but also the structure state and temperature distribution from casting to cooling.
In particular, cast iron has a narrow semi-solid temperature range (solid-liquid coexistence range) and is a treatment in a high temperature range, so it is difficult to control the temperature and the uniform dispersion of the solid phase in the semi-solid state. Therefore, it was an important issue for making stable castings to control the temperature and granulation at the time of molding processing to have a uniform distribution, including the material and structure of the mold.
また、鋳造は通常大気圧下で行われるので、巣の抑制や転写性にはおのずと限界がある。鋳鉄を低温で鋳型に注湯すれば、前記のとおり、ひけ等の欠陥の発生を抑制することができる。しかし、球状黒鉛鋳鉄の溶湯を低温度(例えば、1300℃以下)で鋳造しようとすると、湯流れ性の悪さから、湯回り不良やガス巣など、鋳物の外部・内部に欠陥が生じるという問題があった。このため、球状黒鉛鋳鉄を、半凝固状態を含む低温域で鋳造するには、湯流れ性の改善が重要な課題であった。
なお、砂型を使用し、低温注湯と減圧を行う前記従来例の消失模型鋳造法(特許文献3を参照)では、加圧により強制冷却しても解枠まで長時間を要するという問題がある。また、砂型を用いた鋳造と同様の解決手段を、本発明が目指す金型を用いた精密鋳造に適用することはできない。砂型の場合に比べて、金型に注湯した溶湯の冷却速度は数十倍速く、半凝固状態にある時間は著しく短い等という相違があるからである。
In addition, since casting is usually performed under atmospheric pressure, there is a natural limit to nest suppression and transferability. If cast iron is poured into the mold at a low temperature, the occurrence of defects such as sink marks can be suppressed as described above. However, when trying to cast a spheroidal graphite cast iron melt at a low temperature (for example, 1300 ° C. or less), there is a problem that defects in the outside and inside of the casting occur due to poor molten metal flow and poor gas flow. there were. For this reason, in order to cast the spheroidal graphite cast iron in a low-temperature region including a semi-solid state, improvement of hot metal flowability has been an important issue.
Note that the conventional disappearance model casting method (see Patent Document 3) that uses a sand mold to perform low-temperature pouring and decompression has a problem that it takes a long time to open the frame even if forced cooling is performed by pressurization. . Further, the same solution means as in casting using a sand mold cannot be applied to precision casting using a mold aimed by the present invention. This is because the cooling rate of the molten metal poured into the mold is several tens of times faster than that of the sand mold, and the time in the semi-solid state is remarkably short.
本発明は、前記現状に鑑みてなされたものであり、金型を使用した精密鋳造により、鍛造に匹敵する高強度をもち、欠陥を生じない球状黒鉛鋳鉄の低温鋳造方法及び低温鋳造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described situation, and provides a low-temperature casting method and a low-temperature casting apparatus for spheroidal graphite cast iron having high strength comparable to forging and causing no defects by precision casting using a mold. The purpose is to do.
本発明は以下の通りである。
1.黒鉛球状化処理を行った後の鋳鉄の溶湯を所定の真空度に所定時間保つ真空処理工程と、前記真空処理工程を行った後に、前記鋳鉄の液相温度〜1350°Cの温度範囲の前記溶湯を所定時間内に金型に注入する注湯工程と、前記溶湯の注入後に、前記金型内の前記溶湯が所定の固相率となる温度を基準として前記金型のキャビティに充填された鋳鉄溶湯の全体を加圧する加圧工程と、を備えることを特徴とする球状黒鉛鋳鉄の低温鋳造方法。
2.前記加圧工程は、前記キャビティの内面に接する前記溶湯の温度が液相温度以下の所定温度となったときに加圧を開始する前記1.記載の球状黒鉛鋳鉄の低温鋳造方法。
3.前記真空処理工程は、前記溶湯を10−3MPa〜10−1MPaの真空度において30秒〜150秒間保つ前記1.又は2.に記載の球状黒鉛鋳鉄の低温鋳造方法。
4.前記真空処理工程を行った後、前記溶湯に接種材を0.001〜0.05質量%付加する接種工程を更に備える前記1.乃至3.のいずれかに記載の球状黒鉛鋳鉄の低温鋳造方法。
5.前記加圧工程において前記金型の可動部の押圧による変位量を計測し、該変位量に対応して該押圧の荷重を変化させる前記1.乃至4.のいずれかに記載の球状黒鉛鋳鉄の低温鋳造方法。
6.前記加圧工程において、前記キャビティ内の溶湯を半凝固状態において20°C/秒以上の冷却速度で高速急冷させる前記1.乃至5.のいずれかに記載の球状黒鉛鋳鉄の低温鋳造方法。
The present invention is as follows.
1. A vacuum treatment step for maintaining the molten cast iron after the graphite spheroidization treatment at a predetermined degree of vacuum for a predetermined time, and after performing the vacuum treatment step, the liquid phase temperature of the cast iron to the temperature range of 1350 ° C. A pouring step of injecting the molten metal into the mold within a predetermined time, and after the injection of the molten metal, the molten metal in the mold was filled in the cavity of the mold with reference to a temperature at which the predetermined solid fraction is reached . And a pressurizing step of pressurizing the entire cast iron melt . A low-temperature casting method for spheroidal graphite cast iron, comprising:
2. The pressurizing step starts pressurization when the temperature of the molten metal in contact with the inner surface of the cavity reaches a predetermined temperature equal to or lower than a liquidus temperature. A low-temperature casting method of the described spheroidal graphite cast iron .
3 . In the vacuum treatment step, the molten metal is maintained for 30 seconds to 150 seconds at a vacuum degree of 10 −3 MPa to 10 −1 MPa. Or 2. Cold casting method of spheroidal graphite cast iron according to.
4 . 1. The inoculation step of adding 0.001 to 0.05% by mass of an inoculum to the molten metal after performing the vacuum treatment step. To 3. A low-temperature casting method for spheroidal graphite cast iron according to any one of the above.
5. In the pressurizing step, a displacement amount due to pressing of the movable part of the mold is measured, and the load of the pressing is changed in accordance with the displacement amount. To 4. A low-temperature casting method for spheroidal graphite cast iron according to any one of the above.
6). Wherein the pressurizing step, the at high speed quenching the molten metal in the cavity 20 ° C / sec or more cooling rate in a semi-solidified state 1. To 5. A low-temperature casting method for spheroidal graphite cast iron according to any one of the above.
7.黒鉛球状化処理を行った後の鋳鉄の溶湯を所定の真空度に所定時間保つ真空処理装置と、前記真空処理装置から前記溶湯を受湯し、前記鋳鉄の液相温度〜1350°Cの温度範囲の前記溶湯を所定時間内に金型に注入する注湯装置と、前記溶湯の注入後に、前記金型内の前記溶湯が所定の固相率となる温度を基準として前記金型のキャビティに充填された鋳鉄溶湯の全体を加圧する加圧装置と、を備えることを特徴とする球状黒鉛鋳鉄の低温鋳造装置。
8.前記加圧装置は、前記キャビティの内面に接する前記溶湯の温度が液相温度以下の所定温度となったときに加圧を開始する前記7.記載の球状黒鉛鋳鉄の低温鋳造装置。
9.前記真空処理装置は、前記溶湯を10−3MPa〜10−1MPaの真空度において30秒〜150秒間保つ前記7.又は8.に記載の球状黒鉛鋳鉄の低温鋳造装置。
10.前記加圧装置は、前記金型の可動部の押圧による変位量を計測し、該変位量に対応して該押圧の荷重を変化させる前記7.乃至9.のいずれかに記載の球状黒鉛鋳鉄の低温鋳造装置。
11.前記金型の前記キャビティを構成する部位に銅又は銅合金を用い、前記キャビティ内の溶湯を半凝固状態において20°C/秒以上の冷却速度で高速急冷させる前記7.乃至10.のいずれかに記載の球状黒鉛鋳鉄の低温鋳造装置。
7). A vacuum processing apparatus for maintaining the molten cast iron after performing the spheroidizing process at a predetermined degree of vacuum for a predetermined time, and the molten metal is received from the vacuum processing apparatus, and a liquid phase temperature of the cast iron to a temperature of 1350 ° C. A pouring device for injecting the molten metal in a range into the mold within a predetermined time; and after the molten metal is injected into the cavity of the mold on the basis of a temperature at which the molten metal in the mold has a predetermined solid phase ratio And a pressurizing device that pressurizes the entire molten cast iron filled, and a low-temperature casting device for spheroidal graphite cast iron.
8). 6. The pressurizing device starts pressurization when the temperature of the molten metal in contact with the inner surface of the cavity reaches a predetermined temperature equal to or lower than a liquidus temperature. The low-temperature casting apparatus for spheroidal graphite cast iron as described.
9 . The said vacuum processing apparatus hold | maintains the said molten metal for 30 second-150 second in the vacuum degree of 10 < -3 > MPa-10 < -1 > MPa. Or 8. Cold casting apparatus spheroidal graphite cast iron according to.
10. The pressure device measures the amount of displacement caused by the pressing of the movable part of the mold, and changes the pressure load according to the amount of displacement. Thru 9. The low-temperature casting apparatus for spheroidal graphite cast iron according to any one of the above.
11. 6. Copper or copper alloy is used for a portion constituting the cavity of the mold , and the molten metal in the cavity is rapidly quenched at a cooling rate of 20 ° C./second or more in a semi-solid state . To 10. The low-temperature casting apparatus for spheroidal graphite cast iron according to any one of the above.
本発明の球状黒鉛鋳鉄の低温鋳造方法によれば、黒鉛球状化処理を行った後の鋳鉄の溶湯を所定の真空度に所定時間保つ真空処理工程を備えるため、溶湯中の球状黒鉛を均一に微細化することができ、溶湯を脱酸するとともに酸化物を除去することができる。これらによって、湯流れ性を高めることが可能になる。そして、真空処理工程を行った球状黒鉛鋳鉄の溶湯を、1350°C以下かつ液相温度以上の状態で所定時間内に金型に注入する注湯工程を備えるため、低温域の広い温度範囲に対応することができる。また、真空処理により湯流れ性が改善された溶湯が金型内に瞬間注湯されるため、キャビティ(鋳型空間)に充填された鋳鉄溶湯を、好ましい固相率で均一な分布とすることができる。更に、前記溶湯の注入後、前記金型内の前記溶湯が所定の固相率となる温度を基準として前記金型のキャビティに充填された鋳鉄溶湯の全体を加圧する加圧工程を備えるため、キャビティ内で半凝固状態となった溶湯は加圧とともに急冷され、加圧及び高速急冷効果によって球状黒鉛鋳鉄組織を微細化させることができる。本低温鋳造方法は、以上の真空処理、瞬間注湯及び全体加圧プロセスを結合させているため、低温の球状黒鉛鋳鉄の溶湯を用いて、高強度で、外部欠陥や引け巣等内部欠陥がない鋳造品を形成することが可能になる。本発明により行う低温鋳造は、鋳鉄の鋳造を鍛造の技術分野につなげる精密鋳造である。 According to the low-temperature casting method of spheroidal graphite cast iron of the present invention, the method comprises a vacuum treatment step for maintaining the molten cast iron after performing the spheroidizing treatment at a predetermined degree of vacuum for a predetermined time, so that the spherical graphite in the molten metal is uniformly distributed. It can be made finer, and the molten metal can be deoxidized and the oxide can be removed. These make it possible to increase the hot water flowability. And since it has a pouring process of pouring molten metal of spheroidal graphite cast iron that has been subjected to a vacuum treatment process into a mold within a predetermined time in a state of 1350 ° C. or lower and a liquid phase temperature or higher, in a wide temperature range in a low temperature range. Can respond. In addition, since the molten metal whose flowability is improved by vacuum treatment is instantaneously poured into the mold, the molten cast iron filled in the cavity (mold space) can be uniformly distributed with a preferable solid phase ratio. it can. Furthermore, after the injection of the molten metal, to provide a pressurizing step of pressurizing the entire cast iron molten metal filled in the cavity of the mold on the basis of the temperature at which the molten metal in the mold has a predetermined solid phase ratio , The molten metal that has become a semi-solid state in the cavity is rapidly cooled together with pressurization, and the spheroidal graphite cast iron structure can be refined by pressurization and rapid quenching effects. This low-temperature casting method combines the above vacuum processing, instantaneous pouring, and the entire pressurization process. Therefore, using low-temperature spheroidal graphite cast iron melt, it has high strength and has internal defects such as external defects and shrinkage cavities. It becomes possible to form no castings. The low temperature casting performed in accordance with the present invention is a precision casting that links cast iron casting to the technical field of forging.
前記真空処理工程は、前記溶湯を10−3MPa〜10−1MPaの真空度において30秒〜150秒間保つ場合には、生産性を損なうことなく、鋳鉄溶湯の改質(粒状黒鉛の微細化・均一化、脱酸、酸化物の除去、湯流れ性の改善)を充分に達成することができる。 In the vacuum treatment step, when the molten metal is maintained at a vacuum degree of 10 −3 MPa to 10 −1 MPa for 30 seconds to 150 seconds, the cast iron molten metal is reformed (refined granular graphite) without impairing productivity. -Uniformity, deoxidation, removal of oxides, improvement of hot water flow) can be sufficiently achieved.
前記真空処理工程を行った後、前記溶湯に接種材を0.001〜0.05質量%付加する接種工程を更に備える場合には、前記真空処理により溶湯の改質がされているため、従来行われている接種よりも大幅に少ない接種材(1/10〜1/100程度)を用いるだけで、鋳鉄溶湯の組織の微細化・均一化を達成することができ、鋳造品の高強度化を図ることができる。 After performing the vacuum treatment step, when further comprising an inoculation step of adding 0.001 to 0.05 mass% of the inoculum to the molten metal, since the molten metal is modified by the vacuum treatment, By using much less inoculum (about 1/10 to 1/100) than the current inoculation, the structure of the cast iron melt can be made finer and uniform, and the strength of the cast product is increased. Can be achieved.
前記加圧工程は、前記キャビティの内面に接する前記溶湯の温度が液相温度以下の所定温度となったときに加圧を開始する場合には、キャビティ内の溶湯の冷却特性に応じて、好ましい固相率の状態となるタイミングで加圧することができる。
前記加圧工程において前記金型の可動部の押圧による変位量を計測し、該変位量に対応して該押圧の荷重を変化させる場合には、キャビティ内の溶湯の凝固が進んだときには押圧荷重を減少させるように制御をすることができるため、加圧装置の負担を減らし、小型・低荷重の加圧装置を使用することができる。
前記加圧工程において、前記キャビティ内の溶湯を半凝固状態において20°C/秒以上の冷却速度で高速急冷させる場合には、その高速急冷効果により、従来の半凝固鋳造法に匹敵する高強度化を図ることが可能になる。前記金型のキャビティを構成する部位に銅又は銅合金を用いることにより、充分な高速急冷効果を得ることができる。
The pressurizing step is preferably performed in accordance with the cooling characteristics of the molten metal in the cavity when the pressurization is started when the temperature of the molten metal in contact with the inner surface of the cavity reaches a predetermined temperature equal to or lower than the liquidus temperature. Pressurization can be performed at the timing when the solid phase ratio is reached.
In the pressurizing step, when the amount of displacement due to pressing of the movable part of the mold is measured and the load of the pressure is changed in accordance with the amount of displacement, the pressure load is increased when the molten metal in the cavity is solidified. Therefore, the load on the pressurizing device can be reduced, and a compact and low-load pressurizing device can be used.
In the pressurizing step, when the molten metal in the cavity is rapidly quenched at a cooling rate of 20 ° C./second or more in a semi-solid state, the high-strength effect comparable to the conventional semi-solid casting method due to the rapid quenching effect. It becomes possible to plan. A sufficient rapid quenching effect can be obtained by using copper or a copper alloy in the portion constituting the cavity of the mold.
本発明の球状黒鉛鋳鉄の低温鋳造装置によれば、上記の低温鋳造方法の効果を発揮させるに好適かつ実用的な低温鋳造装置を実現することができる。 According to the low-temperature casting apparatus for spheroidal graphite cast iron of the present invention, it is possible to realize a low-temperature casting apparatus that is suitable and practical for exhibiting the effects of the low-temperature casting method.
ここで示される事項は例示的なもの及び本発明の実施形態を例示的に説明するためのものであり、本発明の原理と概念的な特徴とを最も有効に且つ難なく理解できる説明であると思われるものを提供する目的で述べたものである。この点で、本発明の根本的な理解のために必要である程度以上に本発明の構造的な詳細を示すことを意図してはおらず、図面と合わせた説明によって本発明の幾つかの形態が実際にどのように具現化されるかを当業者に明らかにするものである。 The items shown here are for illustrative purposes and exemplary embodiments of the present invention, and are the most effective and easy-to-understand explanations of the principles and conceptual features of the present invention. It is stated for the purpose of providing what seems to be. In this respect, it is not intended to illustrate the structural details of the present invention beyond what is necessary for a fundamental understanding of the present invention. It will be clear to those skilled in the art how it is actually implemented.
本発明の球状黒鉛鋳鉄の低温鋳造方法及び低温鋳造装置は、球状黒鉛鋳鉄溶湯の真空処理と、その真空処理後を行った低温度域の溶湯の金型への瞬間的な注湯と、金型のキャビティ内に充填された溶湯の加圧と、を結合させたプロセスにより、半凝固域を含む低温域の球状黒鉛鋳鉄の溶湯を使用して、高強度で、引け巣等欠陥がない鋳造品を製造するものである。 The low-temperature casting method and low-temperature casting apparatus for spheroidal graphite cast iron according to the present invention include a vacuum treatment of a spheroidal graphite cast iron melt, an instantaneous pouring of a molten metal in a low temperature range after the vacuum treatment, Casting with high strength and no defects such as shrinkage cavities using a melt of low-temperature spheroidal graphite cast iron, including semi-solidified zone, through a process that combines the pressurization of the molten metal filled in the mold cavity Product.
前記「球状黒鉛鋳鉄」は、鋳鉄組織中に黒鉛が球状になっているものであり、その球状化処理の方法は特に問わない。例えば、鋳鉄溶湯にマグネシウム(Mg)等を添加する公知の方法を用いることができる。本低温鋳造においては、この黒鉛球状化処理済みの鋳鉄溶湯に真空処理を施す。
黒鉛球状化処理済みの鋳鉄溶湯に真空処理を施すことによって、溶湯の改質を図ることができる。すなわち、溶湯が脱酸されるとともに酸化物が除去され、球状黒鉛と基地組織が均一化及び微細化される。このように真空処理された球状黒鉛鋳鉄の溶湯は、液相温度付近まで湯流れ性が良好なので、低温度域での鋳造が可能になる。
The “spherical graphite cast iron” is one in which graphite is spherical in the cast iron structure, and the spheroidizing method is not particularly limited. For example, a known method of adding magnesium (Mg) or the like to the molten cast iron can be used. In this low-temperature casting, the cast iron melt that has been subjected to the spheroidizing treatment is subjected to vacuum treatment.
The molten metal can be modified by subjecting the cast iron melt that has been subjected to the spheroidizing treatment to a vacuum. That is, the molten metal is deoxidized and the oxide is removed, and the spherical graphite and the matrix structure are made uniform and refined. Since the melt of the spheroidal graphite cast iron that has been vacuum-treated in this way has good hot-water flow up to the vicinity of the liquidus temperature, casting in a low temperature range is possible.
前記「低温鋳造」とは、液相温度以上で液相温度に近い温域域(例えば、1350℃以下かつ液相温度以上)の溶湯を金型に注入し、液相温度から共晶温度までの温度範囲にある球状黒鉛鋳鉄の成型を行うことを意図する。すなわち、ここでいう低温鋳造は、半凝固状態の温度範囲における鋳造(半凝固鋳造)を含む。半凝固状態とは、凝固相(固相)と液相との共存状態をいう。
半凝固鋳造を行うための球状黒鉛鋳鉄の温度域は、鉄−炭素−珪素系金属状態図の上で、液相温度から共晶凝固完了温度(共晶温度)までで推定される。実測例では、液相温度1185℃、共晶温度1111℃であり、その間の74℃の温度域で固液共存状態となる。その液相温度から共晶温度に向かって、凝固相の割合(固相率)は0%から100%へ増えていく。
一般に凝固相の割合はシャイル式に基づいて近似計算することができる。上記の例では、固相率30%となる温度は1141℃と計算される。そうすると、目標固相率を30%として半凝固鋳造を行うためには、液相温度1185℃から1141℃までの44℃の狭い温度域で、均一な温度に制御することが求められることとなり、従来その制御が極めて困難であった。
The “low temperature casting” means that a molten metal having a temperature range higher than the liquid phase temperature and close to the liquid phase temperature (for example, 1350 ° C. or lower and higher than the liquid phase temperature) is poured into the mold, from the liquid phase temperature to the eutectic temperature. It is intended to mold spheroidal graphite cast iron in the temperature range. That is, the low temperature casting here includes casting in a temperature range in a semi-solid state (semi-solid casting). The semi-solid state means a coexistence state of a solid phase (solid phase) and a liquid phase.
The temperature range of spheroidal graphite cast iron for performing semi-solid casting is estimated from the liquid phase temperature to the eutectic solidification completion temperature (eutectic temperature) on the iron-carbon-silicon based metal phase diagram. In the actual measurement example, the liquid phase temperature is 1185 ° C. and the eutectic temperature is 1111 ° C., and a solid-liquid coexistence state is obtained in the temperature range of 74 ° C. therebetween. From the liquid phase temperature to the eutectic temperature, the ratio of solidified phase (solid phase ratio) increases from 0% to 100%.
In general, the ratio of the solidified phase can be approximately calculated based on the Sile equation. In the above example, the temperature at which the solid fraction is 30% is calculated as 1141 ° C. Then, in order to perform semi-solid casting with a target solid phase ratio of 30%, it is required to control to a uniform temperature in a narrow temperature range of 44 ° C. from a liquidus temperature of 1185 ° C. to 1141 ° C., Conventionally, the control has been extremely difficult.
本低温鋳造においては、前記真空処理により球状黒鉛と基地組織が均一化及び微細化され、湯流れ性が改善されているため、比較的高い温度(例えば、1350℃)から液相温度付近までの広い温度範囲で、金型に瞬間注湯することによってキャビティ(鋳型空間)内に溶湯の均一な分布を得ることができる。そして、液相温度付近から固相率の高い共晶温度付近までの範囲の所定温度で、キャビティ内に充填された溶湯を加圧して成型することができる。例えば、目標固相率(例えば30%)となる状態を基準として加圧することにより、鋳鉄溶湯の液相中に、固液共存状態で粒状化された当軸晶と初晶デンドライトを細かく分断させた状態で晶出させることができる。この半凝固溶湯により、細かい当軸晶の分布と、分断された細かいデンドライトによって組織された高強度な鋳物が鋳造される。 In this low temperature casting, the spherical graphite and the matrix structure are made uniform and refined by the vacuum treatment, and the flowability of the molten metal is improved. Therefore, from a relatively high temperature (for example, 1350 ° C.) to the liquid phase temperature. A uniform distribution of the molten metal can be obtained in the cavity (mold space) by instantaneously pouring the mold in a wide temperature range. Then, the molten metal filled in the cavity can be pressed and molded at a predetermined temperature ranging from around the liquidus temperature to around the eutectic temperature where the solid phase ratio is high. For example, pressurization based on a state where a target solid phase ratio (for example, 30%) is used as a reference causes the axial phase and primary dendrite, which are granulated in a solid-liquid coexisting state, to be finely divided in the liquid phase of the cast iron melt. It can be crystallized in a wet state. With this semi-solid molten metal, a high-strength casting formed by the distribution of fine axons and finely divided dendrites is cast.
金型のキャビティに充填された鋳鉄は、加圧と、熱伝導率の大きい金型とによって、急速に冷却されて凝固する。急速に冷却(例えば、冷却速度20℃/秒以上)することによって、通常の半凝固鋳造法に匹敵する鋳鉄の高強度化を図ることが可能であり、これを「高速急冷」効果と呼ぶ。したがって、本低温鋳造は、低温域の鋳鉄溶湯を使用し、加圧及び急速冷却により成型を行う高速急冷鋳造である。
また、以上の鋳造方法により、従来の半凝固温度域の溶湯を用いる半凝固鋳造よりもはるかに広い温度範囲で球状黒鉛鋳鉄の鋳造を行うことが可能になるため、鋳造時の溶湯の温度制御・管理を容易化することができる。
The cast iron filled in the mold cavity is rapidly cooled and solidified by pressurization and a mold having high thermal conductivity. By rapidly cooling (for example, at a cooling rate of 20 ° C./second or more), it is possible to increase the strength of cast iron comparable to that of a normal semi-solid casting method, and this is called a “high-speed quenching” effect. Therefore, the present low-temperature casting is a high-speed quench casting in which a low-temperature cast iron melt is used and molding is performed by pressurization and rapid cooling.
In addition, the above casting method makes it possible to cast spheroidal graphite cast iron in a much wider temperature range than conventional semi-solid casting using molten metal in the semi-solid temperature range, so the temperature control of the molten metal during casting is possible. -Management can be facilitated.
次に、本球状黒鉛鋳鉄の低温鋳造方法の工程を具体的に説明する。本低温鋳造方法を行うための低温鋳造装置の概略構成を図1に示す。本低温鋳造装置1は、真空処理装置2、注湯装置3、金型5及び加圧装置4を備える。
(真空処理工程)
既に黒鉛の球状化処理がされた球状黒鉛鋳鉄の高温(例えば、1400°C以上)の溶湯12は、取鍋21に入れられている。真空処理工程は、その取鍋21を真空容器22内に収容し、真空容器22内の空気を排出(A)して減圧する。真空処理工程は、上記球状黒鉛鋳鉄の溶湯12を所定の真空度に所定時間保つ工程である。真空容器22内の到達真空度は、10−3MPa〜10−1MPaの範囲とすることが好ましい(更に好ましくは、10−3MPa〜10−2MPa)。到達真空度を10−3MPaよりも高い真空度とすることは装置が大がかりとなるばかりでなく生産性を損なうこととなる。一方、10−1MPaよりも低い真空度とすると、目的とする溶湯の改質が十分に達成されないからである。真空度はとくに厳密である必要はない。
上記到達真空度において、鋳鉄溶湯12を30秒〜150秒間保つ。例えば、真空度が10−3MPaの場合には30〜60秒間(好ましくは、60秒間)、真空度が10−1MPaの場合には150秒間程度保つようにすればよい。
Next, the process of the low-temperature casting method of the present spheroidal graphite cast iron will be specifically described. A schematic configuration of a low temperature casting apparatus for performing the present low temperature casting method is shown in FIG. The low-temperature casting apparatus 1 includes a vacuum processing apparatus 2, a pouring apparatus 3, a mold 5 and a pressurizing apparatus 4.
(Vacuum treatment process)
A high-temperature (for example, 1400 ° C. or higher) molten metal 12 of spheroidal graphite cast iron that has already been spheroidized with graphite is placed in a ladle 21. In the vacuum processing step, the ladle 21 is accommodated in the vacuum vessel 22, and the air in the vacuum vessel 22 is discharged (A) to reduce the pressure. The vacuum processing step is a step of keeping the molten graphite 12 of the spheroidal graphite cast iron at a predetermined degree of vacuum for a predetermined time. The ultimate vacuum in the vacuum vessel 22 is preferably in the range of 10 −3 MPa to 10 −1 MPa (more preferably 10 −3 MPa to 10 −2 MPa). Setting the ultimate vacuum to a level higher than 10 −3 MPa not only makes the apparatus large, but also impairs productivity. On the other hand, if the degree of vacuum is lower than 10 −1 MPa, the modification of the target molten metal cannot be sufficiently achieved. The degree of vacuum need not be particularly strict.
At the ultimate vacuum, the molten cast iron 12 is maintained for 30 seconds to 150 seconds. For example, when the degree of vacuum is 10 −3 MPa, it may be maintained for 30 to 60 seconds (preferably 60 seconds), and when the degree of vacuum is 10 −1 MPa, it may be maintained for about 150 seconds.
従来、半凝固鋳造に供される溶湯は、組織を微細化・粒状化させるために機械攪拌や電磁攪拌等の処理がなされる場合があった。しかし、本低温鋳造方法では、上記真空処理において溶湯12にバブリングが発生するため、機械攪拌等を要しない。このバブリングは鋳鉄溶湯12中のガスが除去される際に発生するものであり、機械攪拌等をしなくても、バブリングによって溶湯12の攪拌、脱酸、及び酸化膜(SiO2)の除去等がされる。また、鋳鉄溶湯12中の球状黒鉛の粒径が微細化され、低温(半凝固)鋳造に適した改質が促進される。
上記バブリングを発生させるガスは、主として、1100°Cで気化するMgの気体と考えられる。このバブリングを効果的に発生させるため、真空処理工程に導入される球状黒鉛鋳鉄の溶湯には、Mgが0.035質量%以上含まれていることが好ましい。その場合、バブリングにより、真空処理後の溶湯に含まれるMgは、0.030質量%以下とすることができる。
Conventionally, molten metal used for semi-solid casting has sometimes been subjected to processing such as mechanical stirring and electromagnetic stirring in order to refine and granulate the structure. However, in this low temperature casting method, bubbling occurs in the molten metal 12 in the above vacuum processing, so that mechanical stirring or the like is not required. This bubbling is generated when the gas in the cast iron melt 12 is removed. Even without mechanical stirring, the bubbling agitates the molten metal 12, deoxidizes, removes the oxide film (SiO 2 ), etc. Is done. In addition, the particle size of the spherical graphite in the cast iron melt 12 is reduced, and the modification suitable for low-temperature (semi-solidified) casting is promoted.
The gas that generates the bubbling is considered to be an Mg gas that vaporizes at 1100 ° C. In order to effectively generate this bubbling, it is preferable that 0.035% by mass or more of Mg is contained in the melt of spheroidal graphite cast iron introduced into the vacuum processing step. In that case, Mg contained in the molten metal after vacuum processing can be made 0.030 mass% or less by bubbling.
従来、鋳鉄組織の均一化・微細化を図るために、溶湯には公知の接種材(FeSi、CaSi等)が付加されている。通常、2回の接種を行う場合、1回目(取鍋接種)には0.1〜0.3質量%程度の接種材が投与され、2回目(湯口接種)には0.01〜0.05質量%程度の接種材が投与される。
本低温鋳造方法においても、上記真空処理後の溶湯に接種材を付加する接種工程を備えることにより、鋳鉄組織の均一化・微細化を図ることができる。ここで、本鋳造方法の場合には前記真空処理によって溶湯の性状が改善されているため、接種工程で使用する接種材の量を0.001〜0.05質量%とすることができる。すなわち、接種量を従来に比べて1/10〜1/100程度に減らすことができる。例えば、取鍋接種において0.01〜0.05質量%、湯口接種において0.001〜0.005質量%の接種材を使用するだけでよい。また、この接種の回数は2回に限らず、1回とすることもできる。
Conventionally, a known inoculum (FeSi, CaSi, etc.) is added to the molten metal in order to make the cast iron structure uniform and fine. Usually, when inoculating twice, about 0.1 to 0.3% by mass of the inoculum is administered for the first time (ladder inoculation), and 0.01 to 0.00 for the second time (pouring inoculation). An inoculum of about 05% by mass is administered.
Also in this low temperature casting method, the cast iron structure can be made uniform and refined by providing an inoculation step of adding an inoculum to the molten metal after the vacuum treatment. Here, in the case of this casting method, since the property of the molten metal is improved by the vacuum treatment, the amount of the inoculum used in the inoculation step can be 0.001 to 0.05% by mass. That is, the inoculation amount can be reduced to about 1/10 to 1/100 compared with the conventional case. For example, it is only necessary to use 0.01 to 0.05 mass% inoculum for ladle inoculation and 0.001 to 0.005 mass% inoculum for gate injection. In addition, the number of inoculations is not limited to two, but can be one.
(注湯工程)
上記真空処理後の球状黒鉛鋳鉄の溶湯13は、小型取鍋31に受湯される。注湯工程は、上記真空処理後の鋳鉄溶湯13を液相温度に近い低温度で、金型5のキャビティ内に瞬間的に注入する工程である。鋳鉄溶湯13は真空処理を経ているため、通常の球状黒鉛鋳鉄の溶湯に見られる酸化膜が少なくなるとともに、湯流れ性がよくなっている。この湯流れ性の改善によって、金型への注湯時の溶湯温度を低くすることができる(例えば、1350℃以下)。また、注湯工程における金型への注湯時間をより短くし、キャビティ内で鋳鉄溶湯の均一な分布を得ることができ、鋳造品の外部欠陥及び内部欠陥の発生を防止することが可能になる。
(Pouring process)
The molten graphite 13 of the spheroidal graphite cast iron after the vacuum treatment is received by a small ladle 31. The pouring step is a step of instantaneously pouring the cast iron melt 13 after the vacuum treatment into the cavity of the mold 5 at a low temperature close to the liquidus temperature. Since the cast iron melt 13 has been subjected to a vacuum treatment, an oxide film seen in a normal spheroidal graphite cast iron melt is reduced and the molten metal flowability is improved. By improving the hot water flowability, the temperature of the molten metal when pouring into the mold can be lowered (for example, 1350 ° C. or lower). In addition, the pouring time to the mold in the pouring process can be shortened, a uniform distribution of the cast iron melt can be obtained in the cavity, and the occurrence of external defects and internal defects in the cast product can be prevented. Become.
真空処理の後、鋳鉄溶湯13は、1350°C以下かつ液相温度(例えば、1185℃)以上の温度範囲内において、所定温度とされる。この温度範囲は、半凝固温度域よりも広い温度範囲である。
具体的には、例えば、高温(1000℃程度)に予熱した小型取鍋31に、真空容器22内に収容されていた取鍋21から金型1枠分の溶湯を計量して受湯し、温度計により鋳鉄溶湯13の温度を計測する。上記所定温度は、溶湯量、金型の素材や予熱温度、鋳造方案、鋳造条件等によって適宜に設定することができる(例えば、1300±10℃)。
After the vacuum treatment, the cast iron melt 13 is set to a predetermined temperature within a temperature range of 1350 ° C. or lower and a liquidus temperature (eg, 1185 ° C.) or higher. This temperature range is a wider temperature range than the semi-solidification temperature range.
Specifically, for example, in a small ladle 31 preheated to a high temperature (about 1000 ° C.), the molten metal for one frame of the mold is measured and received from the ladle 21 accommodated in the vacuum vessel 22, The temperature of the cast iron melt 13 is measured with a thermometer. The predetermined temperature can be appropriately set according to the amount of molten metal, the mold material and preheating temperature, the casting method, the casting conditions, etc. (for example, 1300 ± 10 ° C.).
小型取鍋31の鋳鉄溶湯13は、上記所定温度となったときに金型5に注入される。このため、注湯装置3は、例えば湯口型54の湯口に向かって小型取鍋31を傾動可能な構造としておくことができる。鋳鉄溶湯13の金型5への注入は、所定時間内に行う。この注入時間は可能な限り短く、いわゆる瞬間注湯とすることが好ましい。鋳鉄溶湯13は、低温であっても、先の真空処理によって湯流れ性が改善されているため、瞬間注湯に好適である。上記注入時間は、溶湯量や金型構造など鋳造条件に合わせて、最短となるように設定することができる。例えば、2kg程度の湯量の場合、上記所定時間は0.5〜1秒(好ましくは、0.5〜0.6秒)程度とすることができる。 The cast iron melt 13 in the small ladle 31 is poured into the mold 5 when the predetermined temperature is reached. For this reason, the pouring apparatus 3 can be made into the structure which can tilt the small ladle 31 toward the pouring gate of the pouring gate type | mold 54, for example. The cast iron melt 13 is injected into the mold 5 within a predetermined time. This injection time is as short as possible, and so-called instantaneous pouring is preferable. The cast iron melt 13 is suitable for instantaneous pouring because the molten metal flow is improved by the previous vacuum treatment even at a low temperature. The injection time can be set to be the shortest according to casting conditions such as the amount of molten metal and the mold structure. For example, when the amount of hot water is about 2 kg, the predetermined time can be about 0.5 to 1 second (preferably 0.5 to 0.6 second).
図1には、金型5が模式的に表わされている。金型5は、連絡部41を介して駆動装置(図示せず)によって互いに近接・離反可能とされる上型51及び下型52を備え、その間にキャビティCが形成される。そして、キャビティC内に充填された鋳鉄溶湯の全体を加圧することができるように、上型51と下型52との間で上下方向に移動可能とされる中間型53を備えている。
注湯時の溶湯の温度降下を防ぐため、金型5の湯口型54は、断熱砂型等で構成されることが好ましい。また、加圧時の急冷効果を高めるために、金型5のキャビティを構成する部位は、とくに熱伝導率の高い金属素材(例えば、銅又は銅合金等)を用いて形成されることが好ましい。
FIG. 1 schematically shows a mold 5. The mold 5 includes an upper mold 51 and a lower mold 52 that can be moved toward and away from each other by a driving device (not shown) via a connecting portion 41, and a cavity C is formed therebetween. An intermediate die 53 that is movable in the vertical direction between the upper die 51 and the lower die 52 is provided so that the entire cast iron melt filled in the cavity C can be pressurized.
In order to prevent a temperature drop of the molten metal at the time of pouring, the gate mold 54 of the mold 5 is preferably composed of a heat insulating sand mold or the like. Further, in order to enhance the rapid cooling effect at the time of pressurization, the part constituting the cavity of the mold 5 is preferably formed using a metal material having a particularly high thermal conductivity (for example, copper or copper alloy). .
湯口から注入されキャビティCに充填された鋳鉄溶湯の温度及び組織の分布は、均一に近いことが好ましい。本注湯工程で注入される球状黒鉛鋳鉄の溶湯は、前記真空処理によって球状黒鉛及び組織の微細化・均一化が図られており、湯流れ性が向上している。そして、その溶湯が、所定温度で短時間に注湯されるため、キャビティCに充填された溶湯の温度及び組織の分布を均一に近付けることができ、均一な黒鉛粒径と均一なミクロ組織を得ることができる。 It is preferable that the temperature and structure distribution of the molten cast iron injected from the gate and filled into the cavity C are nearly uniform. The melt of spheroidal graphite cast iron injected in this pouring step has been refined and homogenized with spheroidal graphite and structure by the vacuum treatment, and the flowability of the hot metal is improved. Then, since the molten metal is poured at a predetermined temperature in a short time, the temperature and structure distribution of the molten metal filled in the cavity C can be made closer to each other, and a uniform graphite particle size and a uniform microstructure can be obtained. Can be obtained.
(加圧工程)
加圧工程は、前記注湯工程により金型5に球状黒鉛鋳鉄の溶湯が注入された後、金型5のキャビティCに充填された鋳鉄溶湯の全体を加圧する工程である。
従来、鋳造品の引け巣等の欠陥が生じるのを防止するため、湯口部をピンで押圧する等の方法が用いられている。しかし、比較的高温である湯口部を押圧しても、圧力は押圧面から浅い範囲(数mm程度)にしか作用しない。また、固相率が高くなる(30%程度を超える)と、一部を押圧しても溶湯は動かなくなる。その結果、加圧が不均一となり、鋳物に巣が生じるという問題があった。
本鋳造方法では、前記注湯工程により湯流れ性のよい低温の鋳鉄溶湯が注入されるため、キャビティC内の鋳鉄は均一性の高い半凝固組織となる。そして、本加圧工程では、キャビティCの全面、すなわちキャビティC内に充填された半凝固状態の鋳鉄全体に対して圧力を加える。この加圧によって、球状黒鉛鋳鉄の基地組織が更に微細化されるとともに、金型によって冷却される。通常、鋳鉄の凝固相は長く方向性を持つデンドライトを形成するが、前記のとおり、半凝固状態における加圧及び高速急冷効果によって、デンドライトは破壊され短くなる。これによって、高強度で、且つ巣等の欠陥のない鋳造品を形成することができる。
(Pressure process)
The pressurizing step is a step of pressurizing the entire cast iron melt filled in the cavity C of the mold 5 after the molten graphite iron is injected into the mold 5 by the pouring step.
Conventionally, a method such as pressing a gate with a pin has been used in order to prevent the occurrence of defects such as a shrinkage cavity of a cast product. However, even if the gate having a relatively high temperature is pressed, the pressure acts only in a shallow range (about several mm) from the pressing surface. In addition, when the solid phase ratio is high (exceeding about 30%), the molten metal does not move even if a part is pressed. As a result, there is a problem that the pressurization becomes uneven and a nest is formed in the casting.
In the present casting method, the cast iron in the cavity C has a highly uniform semi-solid structure because a low-temperature cast iron melt with good melt flow is injected by the pouring step. In this pressurizing step, pressure is applied to the entire surface of the cavity C, that is, the entire semi-solid cast iron filled in the cavity C. By this pressurization, the base structure of the spheroidal graphite cast iron is further refined and cooled by the mold. Normally, the solidified phase of cast iron forms long and directional dendrites, but as mentioned above, the dendrites are destroyed and shortened by the pressurization and rapid quenching effects in the semi-solid state. As a result, a cast product having high strength and no defects such as nests can be formed.
言うまでもなく、鋳鉄は液相温度(例えば1185℃)以上であれば圧力に応じて流動するが、共晶温度(例えば1111℃)まで下がると流動しない。このため、例えば、1300℃の鋳鉄溶湯がキャビティC内に注入された後、充填された鋳鉄溶湯が液相温度以下となったとき、すなわち半凝固状態となる温度範囲(例えば1185〜1111℃)の所定温度となったとき、キャビティ全体の加圧を開始するようにする。ここで、所定温度は、例えば固相率が30%となる温度を基準とし、鋳造方案や実測等に基づいて定めることができる。キャビティC内の溶湯の温度は、溶湯がキャビティ面に接する部位に温度センサを備えて計測するようにすることができる。 Needless to say, cast iron flows according to pressure when it is higher than the liquidus temperature (for example, 1185 ° C.), but does not flow when it falls to the eutectic temperature (for example, 1111 ° C.). For this reason, for example, after a molten cast iron of 1300 ° C. is injected into the cavity C, the temperature range in which the filled cast iron melt becomes lower than the liquidus temperature, that is, a semi-solid state (eg, 1185 to 1111 ° C.) When the predetermined temperature is reached, pressurization of the entire cavity is started. Here, the predetermined temperature can be determined based on, for example, a casting method or actual measurement with reference to a temperature at which the solid phase ratio becomes 30%. The temperature of the molten metal in the cavity C can be measured by providing a temperature sensor at a site where the molten metal contacts the cavity surface.
図2は、約1200℃の溶湯を、銅を使用して形成されたキャビティC内に注入したときの温度変化(冷却曲線)を測定した例を示している。グラフにおいて横軸は時間を表わし、縦軸はキャビティ内の鋳鉄の中心部の温度を表わしている。この冷却曲線から明らかなように、金型のキャビティに瞬間注入(注入時間0.6秒)された鋳鉄溶湯は、極めて短時間で温度が降下する。図2の場合、液相温度TLは1162℃、共晶温度TEは1096℃であり、半凝固状態にある時間thは2.7秒と著しく短い。
したがって、加圧は、上記半凝固状態に応じたタイミングにより行う必要がある。この半凝固温度域において均一に加圧するために最適なタイミングは、前記注湯工程における瞬間注湯の開始時からの時間等に基づいて制御が可能である。最適な加圧タイミングは、溶湯量、金型の素材や予熱温度、鋳造方案、鋳造条件等によって異なるが、試作鋳造品の欠陥や組織の分析等により決定することができる。例えば、注湯開始後0.3〜2.5秒の範囲であらかじめ定めたタイミングにより、加圧を開始するように制御することが可能である。
なお、砂型を使用した場合には、半凝固状態にある時間(th)は、金型を使用する場合に比べて大幅に長い(実測例では、70〜160秒程度)。
FIG. 2 shows an example in which a temperature change (cooling curve) is measured when a molten metal of about 1200 ° C. is injected into a cavity C formed using copper. In the graph, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the temperature at the center of cast iron in the cavity. As is apparent from this cooling curve, the temperature of the cast iron melt that is instantaneously injected into the mold cavity (injection time 0.6 seconds) drops in a very short time. For Figure 2, the liquidus temperature T L is 1162 ° C., eutectic temperature T E is 1096 ° C., the time t h in semi-solid state is much shorter and 2.7 seconds.
Therefore, it is necessary to pressurize at a timing according to the semi-solid state. The optimum timing for uniformly pressurizing in this semi-solidifying temperature range can be controlled based on the time from the start of instantaneous pouring in the pouring step. The optimum pressurization timing varies depending on the amount of molten metal, the material of the mold, the preheating temperature, the casting method, the casting conditions, etc., but can be determined by analyzing the defects and structure of the prototype casting. For example, the pressurization can be controlled to start at a predetermined timing within a range of 0.3 to 2.5 seconds after the start of pouring.
When the sand mold is used, the time (t h ) in the semi-solidified state is significantly longer than when the mold is used (in the actual measurement example, about 70 to 160 seconds).
キャビティC内に充填された半凝固状態の鋳鉄全体に対する加圧は、例えば、図1に表わされた上型51を下型52方向に押圧(P)することによって行うことができる。加圧力は、18MPa未満とすることができる。この加圧のために上型51を押圧する構造は、特に限定されない。例えば、後述するように湯口型54を押圧し、その湯口型54を介して上型51を下型52方向に押圧する構造が挙げられる。この押圧をするための最適な荷重は、上記の加圧タイミングと同様、鋳造条件等によって決定することができる。例えば、後述の実施例の場合には、荷重を45tとしている。
上記押圧のために加える荷重は、金型の可動部の荷重による変位量(例えば、上型51の下方への変位量)を計測し、その変位量又は変位速度に応じて変化させるようにしてもよい。図3は、金型の可動部の変位量(横軸)に対して押圧荷重(縦軸)を変化させる例を示す。変位量は、荷重を加える前の位置を基準として計測することができる。このように押圧荷重を制御すれば、キャビティ内の鋳鉄の固相率が低い状態で最大荷重をかけ、固相率の上昇に伴って荷重を減少させることができるため、小型の加圧装置を使用し、小さな最大荷重により効果的に加圧することが可能となる。
Pressurization of the entire semi-solid cast iron filled in the cavity C can be performed, for example, by pressing (P) the upper mold 51 shown in FIG. 1 toward the lower mold 52. The applied pressure can be less than 18 MPa. The structure for pressing the upper mold 51 for this pressurization is not particularly limited. For example, as will be described later, there is a structure in which the gate mold 54 is pressed and the upper mold 51 is pressed in the direction of the lower mold 52 through the gate mold 54. The optimal load for this pressing can be determined by the casting conditions and the like, as with the above-mentioned pressing timing. For example, in the example described later, the load is 45 t.
The load applied for the pressing is measured by measuring the amount of displacement due to the load of the movable part of the mold (for example, the amount of downward displacement of the upper mold 51), and changing it according to the amount of displacement or the displacement speed. Also good. FIG. 3 shows an example in which the pressing load (vertical axis) is changed with respect to the displacement amount (horizontal axis) of the movable part of the mold. The amount of displacement can be measured based on the position before the load is applied. By controlling the pressing load in this way, the maximum load can be applied in a state where the solid phase rate of the cast iron in the cavity is low, and the load can be reduced as the solid phase rate increases. It can be used and effectively pressurized with a small maximum load.
また、キャビティ部は熱伝導性に優れた金属素材で形成されているため、キャビティの全面を加圧することによって半凝固状態の鋳鉄が急速に冷却され、高速急冷効果を得ることができる。図2に示した冷却曲線では、約20°C/秒の冷却速度である。半凝固状態の鋳鉄の凝固相は、長く方向性を持つデンドライトを形成するが、加圧及び高速急冷効果によってデンドライトは破壊されて短くなり、球状黒鉛鋳鉄組織はさらに微細化される。組織の微細化は、球状黒鉛鋳鉄の鋳物の高強度化につながる。
また、加圧により、球状黒鉛鋳鉄に特有なマッシイ(かゆ状)凝固に対してはマスフィーディング(質量補給)作用が生じ、その引け巣防止効果で、鋳物の内部欠陥の発生を抑制することができる。
以上のように、加圧工程における加圧及び急冷の効果として、高強度でかつ欠陥のない球状黒鉛鋳鉄の鋳物製造が可能になる。
Moreover, since the cavity part is formed with the metal raw material excellent in thermal conductivity, the semi-solid cast iron is rapidly cooled by pressurizing the entire surface of the cavity, and a high-speed quenching effect can be obtained. In the cooling curve shown in FIG. 2, the cooling rate is about 20 ° C./second. The solidified phase of semi-solid cast iron forms a long directional dendrite, but the dendrite is destroyed and shortened by pressurization and rapid quenching effects, and the spheroidal graphite cast iron structure is further refined. The refinement of the structure leads to an increase in strength of the spheroidal graphite cast iron casting.
In addition, pressurization causes mass feeding (mass replenishment) action for massi (solid) solidification peculiar to spheroidal graphite cast iron, and suppresses the occurrence of internal defects in the casting with its shrinkage prevention effect. Can do.
As described above, as an effect of pressurization and rapid cooling in the pressurization step, it is possible to produce a cast iron of high strength and no defects.
(低温鋳造装置)
本発明の低温鋳造装置は、以上に説明した低温鋳造方法を行うために好適かつ実用的な装置を実現するものである。本低温鋳造装置は、例えば図1に示すように、球状黒鉛鋳鉄の溶湯を所定の真空度に所定時間保つ真空処理装置2と、真空処理装置2から受湯した鋳鉄溶湯を、1350°C以下かつ液相温度以上の温度範囲で所定時間内に金型5に注入する注湯装置3と、鋳鉄溶湯の注入後、金型5のキャビティC全体を加圧する加圧装置4と、を備える。
(Low temperature casting equipment)
The low-temperature casting apparatus of the present invention realizes a suitable and practical apparatus for performing the low-temperature casting method described above. For example, as shown in FIG. 1, the low-temperature casting apparatus includes a vacuum processing apparatus 2 that maintains a molten spheroidal graphite cast iron at a predetermined degree of vacuum for a predetermined time, and a cast iron molten metal received from the vacuum processing apparatus 2 at 1350 ° C. or less. In addition, a pouring device 3 for pouring into the mold 5 within a predetermined time in a temperature range equal to or higher than the liquid phase temperature, and a pressurizing device 4 for pressurizing the entire cavity C of the mold 5 after pouring the cast iron melt are provided.
真空処理装置2は、真空容器22内に断熱構造の取鍋21を収容するように構成される。真空処理装置2は、前記溶湯を好ましくは10−3MPa〜10−1MPa(更に好ましくは、10−3MPa〜10−2MPa)の真空度において30秒〜150秒間保つように制御される。真空処理装置2により、前記真空処理工程が行われる。
注湯装置3は、例えば金型1枠分の溶湯を計量して真空処理用取鍋21から小型取鍋31に受湯し、その溶湯13が所定の温度となったことが計測されたとき、所定時間内に金型5のキャビティC内に注入(瞬間注湯)するように構成される。このため、注湯装置3は、所定時間内に金型に溶湯を注入するように、小型取鍋31を金型の湯口に向かって傾動させる構造とすることができる。この注湯装置3により、前記注湯工程が行われる。
加圧装置4は、上記注湯の開始時からの時間に基づいて、金型5のキャビティ内に充填された鋳鉄溶湯の全体に所定の圧力を加えるように構成される。加圧装置4により、前記加圧工程が行われる。
The vacuum processing apparatus 2 is configured to accommodate a ladle 21 having a heat insulating structure in a vacuum vessel 22. The vacuum processing apparatus 2 is controlled to keep the molten metal for 30 seconds to 150 seconds at a vacuum degree of preferably 10 −3 MPa to 10 −1 MPa (more preferably 10 −3 MPa to 10 −2 MPa). . The vacuum processing step is performed by the vacuum processing apparatus 2.
The pouring device 3 measures the molten metal for one frame of the mold, for example, receives the molten metal from the vacuum processing ladle 21 to the small ladle 31, and when it is measured that the molten metal 13 has reached a predetermined temperature. In addition, it is configured to inject (instantaneous pouring) into the cavity C of the mold 5 within a predetermined time. For this reason, the pouring device 3 can be configured to tilt the small ladle 31 toward the pouring gate of the mold so that the molten metal is poured into the mold within a predetermined time. The pouring process is performed by the pouring device 3.
The pressurizing device 4 is configured to apply a predetermined pressure to the entire cast iron melt filled in the cavity of the mold 5 based on the time from the start of the pouring. The pressurizing step is performed by the pressurizing device 4.
上記金型及び加圧装置は、例えば、図4〜6に示すような構造とすることができる。図4は、金型及び加圧装置の要部の構造を説明する断面図であり、図5は、金型の構成を説明する分解斜視図である。金型50は、上型510、下型520及び中間型530を備えており、これらの間にキャビティCが形成される。上型510は、連絡部41を介して図示しない駆動機構(例えば、流体圧シリンダ等)に連絡され、その駆動機構により下型520に対して近接・離反し得るようにされている。また、中間型530を下型520に対して浮上させる浮上用シリンダ44を備えている。この他、金型を予熱するためのヒータ等(図示せず)を備えることができる。 The said metal mold | die and a pressurization apparatus can be made into a structure as shown to FIGS. FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the structure of the main part of the mold and the pressure device, and FIG. 5 is an exploded perspective view illustrating the structure of the mold. The mold 50 includes an upper mold 510, a lower mold 520, and an intermediate mold 530, and a cavity C is formed therebetween. The upper die 510 is connected to a driving mechanism (not shown) (for example, a fluid pressure cylinder) via the connecting portion 41 so that the upper die 510 can approach and separate from the lower die 520 by the driving mechanism. In addition, a floating cylinder 44 that floats the intermediate mold 530 relative to the lower mold 520 is provided. In addition, a heater or the like (not shown) for preheating the mold can be provided.
上型510は、剛性に優れた熱間工具鋼製(例えば、SDK61製等)とすることができる。
下型520は、台座43上に配置される熱間工具鋼製(例えば、SDK61製等)の本体型520aと、この本体型520a上に設けられた複数の入れ子型520bとから構成されている。更に、入れ子型520bは、図5に示すように、銅合金製(例えば、クロム鋼製等)の内側分割型521と、この内側分割型521に上下方向に嵌合される熱間工具鋼製(例えば、SDK61製等)の外側分割型522とから構成されている。内側分割型521と外側分割型522との嵌合部位の間には、ガス抜き用に0.2mm程度の隙間(図示せず)を設けておくことができる。
中間型530は、熱間工具鋼製(例えば、SDK61製等)とすることができる。中間型530は、図4及び図5に示すように、下型520の入れ子型520bに上下方向に嵌合される孔部531を有している。この中間型530と下型520の入れ子型520bとの嵌合部位には、ガス抜き用に隙間を設けておくことができる。また、中間型530は、キャビティC内に充填された鋳鉄溶湯を加圧し得るように、上型510及び下型520の間で上下方向に移動可能とされている。中間型530は、台座43に支持される浮上用シリンダ44によって、下型520に対して0.3〜2mm程度浮上される。この中間型530と下型520の入れ子型520bとの嵌合部位には、ガス抜き用に隙間を設けておくことができる。
The upper mold 510 can be made of hot tool steel (eg, made of SDK61) having excellent rigidity.
The lower mold 520 includes a main body mold 520a made of hot tool steel (for example, made of SDK61) disposed on the pedestal 43, and a plurality of nested molds 520b provided on the main body mold 520a. . Further, as shown in FIG. 5, the insert mold 520 b is made of a copper alloy (for example, chromium steel) inner divided mold 521 and a hot tool steel fitted in the inner divided mold 521 in the vertical direction. The outer divided type 522 (for example, made of SDK61) is used. A gap (not shown) of about 0.2 mm can be provided for degassing between the fitting portions of the inner split mold 521 and the outer split mold 522.
The intermediate mold 530 can be made of hot tool steel (for example, made of SDK61). As shown in FIGS. 4 and 5, the intermediate die 530 has a hole portion 531 that is fitted in the nested die 520 b of the lower die 520 in the vertical direction. A gap for degassing can be provided in a fitting portion between the intermediate mold 530 and the nested mold 520b of the lower mold 520. Further, the intermediate die 530 is movable in the vertical direction between the upper die 510 and the lower die 520 so that the cast iron melt filled in the cavity C can be pressurized. The intermediate die 530 is levitated about 0.3 to 2 mm from the lower die 520 by the levitating cylinder 44 supported by the pedestal 43. A gap for degassing can be provided in a fitting portion between the intermediate mold 530 and the nested mold 520b of the lower mold 520.
前記加圧工程を中心に、上記金型及び加圧装置の作用を以下に説明する。図4に示した型開き状態において、上型510、下型520及び中間型530が前記ヒータによって予熱される。次に、下型520に対して上型510を近接させて上型510、下型520及び浮上用シリンダ44により浮上状態の中間型530の間にキャビティCを形成する。この状態で、図6に示すように、上型510の中心孔を介して中間型530上に湯口型540を載置し、湯口型540を押圧用シリンダ45で上型510に押圧して浮き上がりを防止する。押圧用シリンダ45は、加圧装置4の固定側(例えば、枠体等)に設けられており、湯口型540を下方に押圧するように荷重を加える。
次いで、小型取鍋(31)を用いて鋳鉄溶湯をキャビティC内に所定時間内(例えば、0.6秒以内)に注湯する前記注湯工程を行う。図6は、鋳鉄溶湯がキャビティC内に充填された状態を表わしている。
The operation of the mold and the pressure device will be described below with a focus on the pressure step. In the mold open state shown in FIG. 4, the upper mold 510, the lower mold 520, and the intermediate mold 530 are preheated by the heater. Next, the upper die 510 is brought close to the lower die 520, and the cavity C is formed between the upper die 510, the lower die 520, and the floating cylinder 44 between the floating intermediate die 530. In this state, as shown in FIG. 6, the gate mold 540 is placed on the intermediate mold 530 through the center hole of the upper mold 510, and the gate mold 540 is pressed against the upper mold 510 by the pressing cylinder 45 to float. To prevent. The pressing cylinder 45 is provided on the fixed side (for example, a frame body) of the pressurizing device 4 and applies a load so as to press the gate mold 540 downward.
Subsequently, the said pouring process which pours cast iron molten metal in the cavity C within predetermined time (for example, within 0.6 second) using a small ladle (31) is performed. FIG. 6 shows a state in which the molten cast iron is filled in the cavity C.
その後、図6に示すように、上記注湯開始後又は注湯完了後の所定のタイミング(例えば、注湯開始後0.5秒)で押圧用シリンダ45により荷重(例えば、45t)を加え、浮上用シリンダ44の浮上力に抗して下型520に対して上型510を更に近接させる。すると、上型510とともに中間型530が下方に移動して、キャビティC内の鋳鉄溶湯の全体が所定の圧力で加圧され、複数の鋳造品Dが成型される。前記のとおり、上型510の変位量を計測し、その変位量又は変位速度に応じて上記押圧の荷重を変化させるように制御してもよい。
その後、押圧用シリンダ45による湯口型540の押圧を解除してから、下型520に対して上型510を離間させて型開き状態とし、上型510に付いた鋳造品Dを取り外す。加圧後、鋳造品取り出しまでの時間は、20〜60秒程度とすることができる。
なお、上型510及び下型520を型開き状態とすると、浮上用シリンダ44の作用で中間型530が再び浮上される。以降、上述の作用が繰り返されて鋳造品Dが量産されることとなる。
Thereafter, as shown in FIG. 6, a load (for example, 45 t) is applied by the pressing cylinder 45 at a predetermined timing (for example, 0.5 seconds after the start of pouring) after the start of pouring or after the completion of pouring, The upper die 510 is brought closer to the lower die 520 against the levitation force of the levitation cylinder 44. Then, the intermediate mold 530 moves downward together with the upper mold 510, the entire cast iron melt in the cavity C is pressurized with a predetermined pressure, and a plurality of cast products D are molded. As described above, the displacement amount of the upper mold 510 may be measured, and control may be performed so that the pressing load is changed according to the displacement amount or the displacement speed.
Thereafter, after the pressing of the gate mold 540 by the pressing cylinder 45 is released, the upper mold 510 is separated from the lower mold 520 to open the mold, and the casting D attached to the upper mold 510 is removed. The time from the pressurization to the removal of the cast product can be about 20 to 60 seconds.
When the upper mold 510 and the lower mold 520 are in the mold open state, the intermediate mold 530 is lifted again by the action of the flying cylinder 44. Thereafter, the above-described operation is repeated, and the cast product D is mass-produced.
以下に、本発明の実施例を説明する。本実施例の低温鋳造装置の全体は図1に示したように構成されており、図4〜6に示した金型及び加圧装置を使用した。実施例の鋳造は、図7に示すような外観のキャップ部品を2個取りするものである。1個のキャップ部品は、底面(図7において下方)が約73mm×73mm、高さが約46mmであり、底面に凹部が設けられている。質量は約1.0kgである。
使用した球状黒鉛鋳鉄の溶湯は、1510℃でMgを添加することにより、予め黒鉛球状化処理が施されている。真空処理は、上記球状化処理がされた温度1400℃以上の鋳鉄溶湯約110kgを取鍋21に受湯し、真空容器22に収容した。そして真空ポンプにより真空容器22内を減圧し、真空度9.6×10−3MPaにおいて90秒間保持した。
上記真空処理後の鋳鉄の成分を、表1に示す。CEメータによる分析から、上記鋳鉄の液相温度(初晶温度)は1185℃、共晶温度は1111℃と推定された。
Examples of the present invention will be described below. The entire low-temperature casting apparatus of this example is configured as shown in FIG. 1, and the mold and pressure device shown in FIGS. In the casting of the example, two cap parts having an appearance as shown in FIG. 7 are taken. One cap component has a bottom surface (downward in FIG. 7) of about 73 mm × 73 mm and a height of about 46 mm, and is provided with a recess on the bottom surface. The mass is about 1.0 kg.
The molten spheroidal graphite cast iron used was preliminarily subjected to graphite spheroidization treatment by adding Mg at 1510 ° C. In the vacuum treatment, about 110 kg of molten cast iron having a spheroidizing temperature of 1400 ° C. or higher was received in a ladle 21 and stored in a vacuum vessel 22. And the inside of the vacuum vessel 22 was pressure-reduced with the vacuum pump, and it hold | maintained for 90 second in the degree of vacuum 9.6 * 10 < -3 > MPa.
Table 1 shows the components of the cast iron after the vacuum treatment. From the analysis by a CE meter, it was estimated that the liquid phase temperature (primary crystal temperature) of the cast iron was 1185 ° C. and the eutectic temperature was 1111 ° C.
次に、上記真空処理がされた鋳鉄溶湯1枠分(約2kg)を、約1000℃に保温された小型取鍋31に受湯し、溶湯が1300℃となったとき接種(0.05質量%)を行い、200℃程度に予熱された金型に瞬時に注入した。注湯時間は0.5秒である。
注湯を開始してから0.6秒後に、金型を45tの荷重で押圧し、キャビティ内に充填されている鋳鉄溶湯の全体を加圧した。そして、加圧開始から25〜35秒経過後、上型を上昇させた。
Next, 1 frame (about 2 kg) of the cast iron melt that has been vacuum-treated is received in a small ladle 31 that is kept at about 1000 ° C., and inoculated when the melt reaches 1300 ° C. (0.05 mass). %) And immediately injected into a mold preheated to about 200 ° C. The pouring time is 0.5 seconds.
0.6 seconds after the start of pouring, the mold was pressed with a load of 45 t, and the entire cast iron melt filled in the cavity was pressurized. And the upper mold | type was raised after 25-35 second progress from pressurization start.
図8に、上記工程によって鋳造されたキャップ部品の断面のマクロ組織画像を示す。これから明らかなように、鋳造品の内部及び外部に欠陥は発見されない。真空処理による湯流れ性の改善、真空処理・瞬間注湯・加圧成型による組織の微細化及び均一化によって、鋳造品の外観不良や割れ、内部巣等の欠陥の発生を抑えることができた。 FIG. 8 shows a macro structure image of a cross section of the cap part cast by the above process. As is clear from this, no defects are found inside and outside the casting. Improvements in the flow of molten metal by vacuum treatment, and refinement and homogenization of the structure by vacuum treatment, instantaneous pouring, and pressure molding have prevented the occurrence of defects such as defects in appearance, cracks, and internal nests of cast products. .
図9は、上記工程によって鋳造されたキャップ部品のミクロ組織の画像である。同図(a)は組織中に分布する球状黒鉛を表わし、(b)はエッチング処理後の組織を表わしている。この組織の球状化率は約90%、チル組織は約20%、デンドライト長は約100μであり、均一かつ微細な組織構造が実現されている。
比較例として、真空処理をしなかった場合の鋳造品のミクロ組織を図10に示す。前図と同様に、(a)は組織中に分布する球状黒鉛を表わし、(b)はエッチング処理後の組織を表わしている。図9と比べると、球状黒鉛及び基地組織が微細化されておらず、且つ不均一となっている。図9及び図10に示された結果から、主として真空処理による球状黒鉛鋳鉄組織の微細化の効果が大きいことが分かる。
FIG. 9 is an image of the microstructure of the cap part cast by the above process. FIG. 4A shows spheroidal graphite distributed in the structure, and FIG. 4B shows the structure after the etching process. The spheroidization rate of this structure is about 90%, the chill structure is about 20%, and the dendrite length is about 100 μm, and a uniform and fine structure is realized.
As a comparative example, FIG. 10 shows a microstructure of a cast product when no vacuum treatment is performed. As in the previous figure, (a) represents spheroidal graphite distributed in the structure, and (b) represents the structure after the etching treatment. Compared to FIG. 9, the spherical graphite and the matrix structure are not refined and are not uniform. From the results shown in FIGS. 9 and 10, it can be seen that the effect of refining the spheroidal graphite cast iron structure mainly by vacuum treatment is large.
上記鋳造品の強度を測定した結果は、表2に示すようになった。比較例として、砂型を使用して鋳造した従来の球状黒鉛鋳鉄の強度測定例を挙げる。いずれも、オーステンパー処理(恒温変態処理)後の強度を示している。従来の球状黒鉛鋳鉄と比較して、実施例の鋳造品は、伸びが約1.7倍となっており、靱性に優れていることが分かる。また、比較例に比べて硬度が7%程度低く、加工性において優れている。これらから、本球状黒鉛鋳鉄の低温鋳造方法によって得られた鋳造品は、従来の球状黒鉛鋳鉄に比べて靱性に優れ、低合金鋼と同等の高い靱性を有しているといえる。また、硬度も低合金鋼と同等であるが、鋳鉄の特性を生かした切削性に優れた高強度材料であるといえる。
以上のように、本低温鋳造方法における真空処理、低温溶湯を用いた瞬間注湯、及び加圧・高速急冷の総合的な効果によって、欠陥がなく、微細な組織で高強度な鋳造品を製造することができた。
The results of measuring the strength of the cast product are as shown in Table 2. As a comparative example, a strength measurement example of conventional spheroidal graphite cast iron cast using a sand mold will be given. All show the strength after austempering treatment (constant temperature transformation treatment). Compared with the conventional spheroidal graphite cast iron, it can be seen that the cast product of the example has an elongation of about 1.7 times and is excellent in toughness. Further, the hardness is about 7% lower than that of the comparative example, and the processability is excellent. From these, it can be said that the cast product obtained by the low-temperature casting method of the present spheroidal graphite cast iron is superior in toughness compared to conventional spheroidal graphite cast iron and has the same high toughness as low alloy steel. Moreover, although it is equivalent in hardness to low alloy steel, it can be said that it is a high-strength material excellent in machinability utilizing the characteristics of cast iron.
As described above, high-strength castings with a fine structure without defects are produced by the overall effects of vacuum treatment, instantaneous pouring using low-temperature molten metal, and pressurization and rapid quenching in this low-temperature casting method. We were able to.
尚、本発明においては、上記実施例に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。 In the present invention, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the scope of the present invention depending on the purpose and application.
1;低温鋳造装置、2;真空処理装置、21;取鍋、22:真空容器、3;注湯装置、31;小型取鍋、4;加圧装置、5;金型、51、510;上型、52、520;下型、53、530;中間金型、54;湯口型、C;キャビティ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Low temperature casting apparatus, 2; Vacuum processing apparatus, 21; Ladle, 22: Vacuum container, 3; Pouring apparatus, 31; Small ladle, 4; Pressurization apparatus, 5; Mold, 52, 520; Lower mold, 53, 530; Intermediate mold, 54;
Claims (11)
前記真空処理工程を行った後に、前記鋳鉄の液相温度〜1350°Cの温度範囲の前記溶湯を所定時間内に金型に注入する注湯工程と、
前記溶湯の注入後に、前記金型内の前記溶湯が所定の固相率となる温度を基準として前記金型のキャビティに充填された鋳鉄溶湯の全体を加圧する加圧工程と、
を備えることを特徴とする球状黒鉛鋳鉄の低温鋳造方法。 A vacuum treatment step of maintaining the molten cast iron after performing the spheroidizing treatment at a predetermined degree of vacuum for a predetermined time;
After performing the vacuum processing step, a pouring step of pouring the molten metal in a temperature range of the cast iron from a liquid phase temperature to 1350 ° C into a mold within a predetermined time;
A pressurizing step of pressurizing the entire cast iron melt filled in the cavity of the mold with reference to a temperature at which the melt in the mold has a predetermined solid phase ratio after the injection of the melt;
A low-temperature casting method for spheroidal graphite cast iron, comprising:
前記真空処理装置から前記溶湯を受湯し、前記鋳鉄の液相温度〜1350°Cの温度範囲の前記溶湯を所定時間内に金型に注入する注湯装置と、
前記溶湯の注入後に、前記金型内の前記溶湯が所定の固相率となる温度を基準として前記金型のキャビティに充填された鋳鉄溶湯の全体を加圧する加圧装置と、
を備えることを特徴とする球状黒鉛鋳鉄の低温鋳造装置。 A vacuum processing apparatus for maintaining the molten cast iron after performing the spheroidizing treatment at a predetermined degree of vacuum for a predetermined time;
A molten metal pouring apparatus that receives the molten metal from the vacuum processing apparatus and injects the molten metal in a temperature range from the liquid phase temperature of the cast iron to 1350 ° C into a mold within a predetermined time;
A pressure device that pressurizes the entire cast iron melt filled in the cavity of the mold with reference to a temperature at which the melt in the mold has a predetermined solid phase ratio after the injection of the melt;
A low-temperature casting apparatus for spheroidal graphite cast iron, comprising:
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