專(zhuān)利名稱(chēng)：鑄模及其制造方法、以及使用鑄模得到的鑄件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造鈦鋁合金或鈦合金制的鑄件的鑄模及其制造 方法、以及使用該鑄模得到的鑄件。
背景技術(shù)：
由作為T(mén)i和Al的金屬間化合物的鋁化鈦(TiAl)構(gòu)成的鈦鋁合金 具有輕量、高強(qiáng)度等特性。因此，鈦鋁合金有望成用于汽車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的 渦輪增壓器、燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)或飛機(jī)用噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件等。另外，由于鈦合金的耐腐蝕性良好，輕量并且具有生物相容性，因 此，廣泛使用在汽車(chē)、摩托車(chē)、體育休閑用品、人造骨、人造牙齒等中。為了使鈦鋁合金或鈦合金適用于這些部件、特別是這些部件的市售 品，由于成本上的問(wèn)題，要求這些部件是鑄件。需要鑄模來(lái)制造鑄件， 并提出了各種鑄模(參見(jiàn)例如專(zhuān)利文獻(xiàn)1~4)。專(zhuān)利文獻(xiàn)1:特開(kāi)平5-123820號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2:特開(kāi)2003-225738號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3:特開(kāi)平5-277624號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)4:特開(kāi)平6-292940號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容可是，由于鈦合金的活性高，有時(shí)會(huì)在得到的鑄件的表層部生成被 稱(chēng)為a-金屬件表面硬化層的針狀變質(zhì)層(富氧層、表面固化層)。該a-金屬件表面硬化層與母相的a相相比，硬度高，是難以切削的材料。因 此，如果a-金屬件表面硬化層的層厚太厚，則化學(xué)研磨或機(jī)械切削等需 要長(zhǎng)時(shí)間，導(dǎo)致制品成本的上升和生產(chǎn)性的降低的問(wèn)題。另外，上述專(zhuān)利文獻(xiàn)1~4所述的鑄模是鈦合金用的鑄模，并且這 些鑄模大多被挪用作鈦鋁合金用鑄模。由于鈦鋁合金和鈦合金的活性高，因此有必要考慮合金熔液與鑄模 的反應(yīng)。特別是，由于鈦鋁合金與鈦合金相比，對(duì)鑄模的反應(yīng)性更高， 因此，控制反應(yīng)變得很重要。這是因?yàn)?，Ti和Al雖然都是活性金屬，但Al的活性比Ti高，并且通常來(lái)說(shuō)鈦鋁合金的熔點(diǎn)也比鈦合金高。因此，在鈦鋁合金用和鈦合金用的鑄模中，其構(gòu)成材料的選擇成為 重要的要素。鑄模由陶瓷構(gòu)成，并主要由骨料(填料)和提高骨料彼此 結(jié)合的粘合劑構(gòu)成。作為反應(yīng)性低的構(gòu)成材料，骨料可列舉氧化鋯(二 氧化鋯)、氧化釔(三氧化二釔)、氧化鈣等；粘合劑可列舉二氧化鋯 溶膠、有機(jī)類(lèi)粘合劑(例如樹(shù)脂)等。可是，二氧化鋯或三氧化二釔作為骨料在工業(yè)上使用是昂貴的。另 外，由于氧化鈣與水反應(yīng)而分解，因此操作困難。二氧化鋯溶膠作為粘合劑在工業(yè)上使用是昂貴的，并且在室溫附近 的強(qiáng)度弱，因此，為了保持室溫強(qiáng)度，需要其它種類(lèi)的粘合劑。另外， 由于有機(jī)類(lèi)粘合劑在高溫下發(fā)生分解，因此，為了保持高溫強(qiáng)度，需要 其它種類(lèi)的粘合劑，結(jié)果導(dǎo)致鑄模成本增加。鑒于上述情況而創(chuàng)立的本發(fā)明的目的在于提供與合金熔液的反應(yīng) 少、并且廉價(jià)的鑄模及其制造方法、以及使用該鑄模得到的鑄件。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的鑄模是用于制造鈦鋁合金或鈦合 金制的鑄件的鑄模，其中，至少鑄模本體的腔體表面的初始層由漿料的 燒結(jié)物形成，所述漿料由以氧化鈰為主成分的骨料和以硅溶膠為主成分 的粘合劑構(gòu)成。其中，優(yōu)選鑄模本體的腔體表面的初始層和第2層由漿料的燒結(jié)物 形成。另外，鑄模是殼型鑄?；?qū)嵭?乂 ，少K)鑄模。另 一方面，本發(fā)明涉及的鑄模的制造方法是用于制造鈦鋁合金或鈦 合金制的鑄件的鑄模的制造方法，其包括如下步驟在作為消失模的蠟?zāi)５谋砻娓街梢匝趸嫗橹鞒煞值墓橇虾鸵?硅溶膠為主成分的粘合劑構(gòu)成的初始層漿料并使之干燥，形成初始層漿 料膜的步驟；在該初始層漿料膜的表面依次形成第2層以后的漿料膜的步驟； 對(duì)涂覆了至少2層漿料膜的蠟?zāi)?shí)施脫蠟處理，形成在初始層漿料 膜的內(nèi)部具有空腔的鑄模前體的步驟；和對(duì)該鑄模前體進(jìn)行燒結(jié)處理，將各漿料膜燒固而形成殼型鑄^f莫的步驟。這里，優(yōu)選再次重復(fù)形成初始層漿料膜的步驟作為形成第2層的漿料膜的步驟。本發(fā)明涉及的鑄模的制造方法是用于制造鈦鋁合金或鈦合金制的鑄件的鑄模的制造方法，其包括如下步驟在作為消失模的蠟?zāi)５谋砻娓街梢匝趸嫗橹鞒煞值墓橇虾鸵?硅溶膠為主成分的粘合劑構(gòu)成的初始層漿料并使之干燥，形成初始層漿 料的塊狀物(:/口少夕體)的步驟；對(duì)具有該塊狀物的蠟?zāi)?shí)施脫蠟處理，形成在塊狀物的內(nèi)部具有空 腔的鑄模前體的步驟；和對(duì)該鑄模前體進(jìn)行燒結(jié)處理，將塊狀物燒固而形成實(shí)心鑄模的步驟。另外，本發(fā)明涉及的鑄模的制造方法是用于制造鈦鋁合金或鈦合金 制的鑄件的鑄模的制造方法，其包括如下步驟在作為消失模的蠟?zāi)５谋砻娓街梢匝趸嫗橹鞒煞值墓橇虾鸵?硅溶膠為主成分的粘合劑構(gòu)成的初始層漿料并使之干燥，形成初始層漿 料膜的步驟；在該初始層漿料膜的周?chē)纬珊髮訚{料的塊狀物的步驟； 對(duì)具有初始層漿料膜和塊狀物的蠟?zāi)?shí)施脫蠟處理，形成在初始層 漿料膜的內(nèi)部具有空腔的鑄模前體的步驟；對(duì)該鑄模前體進(jìn)行燒結(jié)處理，將初始層漿料膜和塊狀物燒固而形成實(shí)心鑄模的步驟。這里，優(yōu)選在形成初始層漿料膜的步驟之后，再次重復(fù)形成初始層 漿料膜的步驟，在2層結(jié)構(gòu)的初始層漿料膜的周?chē)纬珊髮訚{料的塊狀物。本發(fā)明涉及的鈦鋁合金鑄件是使用上述的殼型鑄?；?qū)嵭蔫T模進(jìn) 行鑄造而形成的。另外，本發(fā)明涉及的鈦合金鑄件是使用上述的殼型鑄模或?qū)嵭蔫T模 進(jìn)行鑄造而形成的鈦合金鑄件，未加工鑄件的表層部中的a-金屬件表面 硬化層的層厚不到300pm。按照本發(fā)明的鑄才莫，可發(fā)揮如下的優(yōu)異的效果可以獲得即使未加 工鑄件材料其表面性狀也良好的鈦鋁合金制的鑄件、或者還可以獲得產(chǎn) 生表層部的a-金屬件表面硬化層少的鈦合金制的鑄件。


[圖l]是制造本發(fā)明優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施方式涉及的鑄模所使用的蠟?zāi)５钠拭鎴D。[圖2]是示出本發(fā)明優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施方式涉及的鑄模的制造工序中在蠟?zāi)５闹車(chē)纬蓾{料膜之后的狀態(tài)的圖。[圖3]是示出本發(fā)明優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施方式涉及的鑄模的制造工序中脫蠟后的狀態(tài)的圖。[圖4]是本發(fā)明優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施方式涉及的鑄模的橫截面圖。[圖5]是示出向圖4的鑄模的腔體內(nèi)澆注金屬熔液的狀態(tài)的圖。[圖6]是使用圖4的鑄模進(jìn)行鑄造形成的鑄件的橫截面圖。[圖7]是制造本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式涉及的鑄模所使用的蠟?zāi)５钠拭鎴D。[圖8]是示出本發(fā)明另 一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式涉及的鑄模的制造工序中在蠟?zāi)５闹車(chē)纬蓾{料膜之后的狀態(tài)的圖。[圖9]是本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式涉及的鑄模的制造工序中在漿料膜的周?chē)纬蓾{料塊狀物時(shí)的圖。[圖IO]是示出本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式涉及的鑄模的制造工序中形成漿料塊狀物之后的狀態(tài)的圖。[圖1 l]是示出本發(fā)明另 一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式涉及的鑄模的制造工序中脫蠟后的狀態(tài)的圖。[圖12]是本發(fā)明另 一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式涉及的鑄模的橫截面圖。 [圖13]是示出向圖12的鑄模的腔體內(nèi)澆注金屬熔液的狀態(tài)的圖。 [圖14]是使用圖12的鑄模進(jìn)行鑄造而形成的鑄件的橫截面圖。 [圖15]是使用本發(fā)明優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施方式涉及的鑄模進(jìn)行鑄造而形成的鈦鋁合金鑄件的 一 部分的平面觀察圖。 [圖16]是圖15的主要部分16的放大圖。[圖17]是使用以往的鑄模進(jìn)行鑄造而形成的鈦鋁合金鑄件的一部分 的平面觀察圖。[圖18]是圖17的主要部分18的放大圖。[圖19]是示出初始層漿料的填料/粘合劑之比為1.8時(shí)蠟?zāi)：统跏紝?漿料的附著狀態(tài)的剖面圖。[圖20]是示出初始層漿料的填料/粘合劑之比為2.0時(shí)蠟?zāi)：统跏紝?漿料的附著狀態(tài)的剖面圖。[圖21]是示出初始層漿料的填料/粘合劑之比為3.0時(shí)蠟?zāi)：统跏紝?漿料的附著狀態(tài)的剖面圖。[圖22]是使用本發(fā)明優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施方式涉及的殼型鑄模進(jìn)行鑄造 而形成的鈦合金鑄件的截面觀察圖。[圖23]是使用以往的殼型鑄模進(jìn)行鑄造而形成的鈦合金鑄件的截面 觀察圖?！紙D24]是使用本發(fā)明優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施方式涉及的實(shí)心鑄模進(jìn)行鑄造 而形成的鈦合金鑄件的截面觀察圖。[圖25]是使用以往的實(shí)心鑄模進(jìn)行鑄造而形成的鈦合金鑄件的截面觀察圖。符號(hào)說(shuō)明40殼型鑄模(鑄模) 41 鑄模本體 43 腔體表面 44a 4刀士臺(tái)/i: 60 鑄件具體實(shí)施方式
在Ni基合金、Co基合金、和Fe基合金用的鑄造鑄模中，使用膠體 二氧化硅(硅溶膠)作為粘合劑。硅溶膠具有化學(xué)穩(wěn)定(活性低)、在 工業(yè)上是廉價(jià)的、并且在室溫到高溫下其強(qiáng)度都很高的優(yōu)點(diǎn)?？墒?，該 硅溶膠具有與鈦鋁合金或鈦合金劇烈反應(yīng)的性質(zhì)。因此，以往人們一直 認(rèn)為，不能使用硅溶膠作為鈦鋁合金或鈦合金用鑄模的粘合劑。但是，本發(fā)明人等進(jìn)行深入研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)節(jié)鈦鋁合金或 鈦合金用鑄模的骨料的構(gòu)成材料，即使使用硅溶膠作為粘合劑，也不會(huì) 發(fā)生硅溶膠與鈦鋁合金或鈦合金的劇烈反應(yīng)。下面，基于

本發(fā)明優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施方式。 本發(fā)明優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施方式涉及的鑄模的橫截面圖如圖4所示。 如圖4所示，本實(shí)施方式涉及的鑄模(殼型鑄模)40中，鑄模本體 41的與腔體32鄰接的面(以下稱(chēng)為腔體表面)43的至少初始層(在圖 4中為腔體表面43的初始層44a和第2層44b這2層)由漿料的燒結(jié)物(以下稱(chēng)為氧化鈰-硅溶膠燒結(jié)物)形成，所迷漿料由以氧化鈰為主成分 的骨料和以硅溶膠為主成分的粘合劑構(gòu)成。鑄模本體41是初始層(最表層)44a、第2層44b、和第3層44c… 的多層結(jié)構(gòu)。構(gòu)成第3層44c及其以后的層的漿料燒結(jié)物可以與構(gòu)成初 始層44a和第2層44b的氧化鈰-硅溶膠燒結(jié)物相同，也可以不同。作為 與氧化鈰-硅溶膠燒結(jié)物不同的漿料燒結(jié)物，第3層44c及其以后的層可 以使用與通常的鑄模相同的(例如，由選自二氧化鋯、氧化鋁、二氧化 硅、富鋁紅柱石、鋯石或三氧化二釔中的至少一種作為主成分的骨料以 及以二氧化鋯溶膠為主成分的粘合劑構(gòu)成的漿料的燒結(jié)物)。初始層的骨料的大部分，例如75重量％以上、優(yōu)選為80重量％以 上為氧化鈰，剩余部分由選自二氧化鋯、氧化鋁、二氧化硅、富鋁紅柱 石、鋯石和三氧化二釔中的至少一種氧化物構(gòu)成。當(dāng)然，骨料也可以只 由氧化鈰構(gòu)成(氧化鈰為100重量％的骨料)。另外，粘合劑例如由硅溶膠(20~50%的硅溶膠水溶液)為總體的 10 ~ 100重量％、優(yōu)選為50 ~ 100重量％，剩余部分由二氧化鋯溶膠、三 氧化二釔溶膠、氧化鋁溶膠或有機(jī)粘合劑等構(gòu)成。至少初始層漿料的粘性可由填料(克)/粘合劑(克)之比來(lái)調(diào)節(jié)， 其范圍為2~4,優(yōu)選為2.5~3.5。如果漿料的粘性低，則漿料不會(huì)殘留 在鑄模(后述的蠟?zāi)O)中，或引起剝離。如圖19所示，可知填料/粘 合劑之比為1.8時(shí)引起剝離，另外，如圖20所示，填料/粘合劑之比為 2.0時(shí)，即將開(kāi)始剝離。如圖21所示，可確認(rèn)填料/粘合劑之比為3.0時(shí) 不引起剝離，形成均勻的膜。另外，如果漿料的粘性過(guò)高，則漿料的膜 變得過(guò)厚，干燥需要時(shí)間，由于不均勻地干燥而產(chǎn)生"不均勻"，因此 填料/粘合劑之比采取4.0以上。在本實(shí)施方式涉及的殼型鑄模40中，對(duì)鑄模本體41為3層結(jié)構(gòu)的 情況進(jìn)行了說(shuō)明，但并不限定于該情況。例如，鑄模本體41還可以是2 層結(jié)構(gòu)或4層以上的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施方式涉及的殼型鑄模40中，對(duì)由氧化鈰-硅溶膠燒結(jié)物(同 種材料)構(gòu)成初始層44a和第2層44b的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但并不限定 于該情況。例如，在初始層44a的層厚足夠厚的情況(例如，初始層44a 的層厚為500)im以上的情況)下，優(yōu)選只是初始層44a由氧化姉-硅溶 膠燒結(jié)物形成，第2層以后為與通常的鑄模相同的材質(zhì)(例如，由以氧化鋯為主成分的骨料和以二氧化鋯溶膠為主成分的粘合劑構(gòu)成的漿料 的燒結(jié)物)，但如果考慮涂布的操作性，則可以使用填料/粘合劑之比比 初始層降低，并且降低了粘性的漿料。接著，基于附圖對(duì)本實(shí)施方式涉及的鑄模的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。首先，如圖1所示，預(yù)先制作與目標(biāo)的精密鑄件(參照后述的圖6) 同形狀、同尺寸的蠟?zāi)O。接著，在蠟?zāi)?0的周?chē)坎汲跏紝訚{料后，進(jìn)行初始層撒砂(義 少7-)的涂布，然后使之干燥，如圖2所示，形成初始層漿料膜24a。 接著，在初始層漿料膜24a的周?chē)坎嫉?層漿料，然后進(jìn)行第2層撒 砂的涂布，然后使之干燥，形成第2層漿料膜24b。初始層漿料和第2 層漿料是同種漿料。換言之，初始層漿料膜24a和第2層漿料膜24b是 初始層漿料膜24a的2層結(jié)構(gòu)。這里，初始層漿料和第2層漿料如下制備，例如，相對(duì)于lkg以硅 溶膠為主成分的粘合劑，以2~4kg的比例混合以氧化鈰為主成分的骨 料。另外，作為初始層和第2層的撒砂(撒在漿料表面而附著的耐火物 粒子)，例如可以使用大約#60~ 160目的選自二氧化鋯、氧化鋁、二氧 化硅、富鋁紅柱石、或三氧化二釔中的至少一種，其粒度、材質(zhì)沒(méi)有特 別限定。作為漿料的附著方法，可列舉浸漬法、吹噴法、涂布法，但優(yōu) 選浸漬法。接著，在第2層漿料膜24b的周?chē)坎嫉?層漿料后，進(jìn)行第3層 撒砂的涂布，然后使之干燥，形成第3層漿料膜24c。這里，笫3層以 后的漿料膜的形成工序可根椐需要適當(dāng)反復(fù)進(jìn)行，由此，整個(gè)漿料膜的 膜厚被控制為期望的厚度。第3層漿料和第3層以后的漿料、以及第3 層撒砂和第3層以后的撒砂的構(gòu)成材料沒(méi)有特別限定，只要是通常作為 殼型鑄模用的漿料和撒砂使用的材料，則均可以使用。接著，如圖3所示，通過(guò)使用蒸氣進(jìn)行蠟沖莫10的脫蠟，可以得到 鑄模前體30。鑄模前體30在由漿料膜24a、 24b、 24c這3層構(gòu)成的前 體本體31的內(nèi)部具有空腔(腔體)32。接著，如圖4所示，通過(guò)對(duì)該鑄模前體30實(shí)施燒結(jié)處理，可得到 本實(shí)施方式涉及的鑄模(殼型鑄模)40。殼型鑄模40在由初始層44a、 第2層44b、和第3層44c這3層構(gòu)成的鑄才莫本體41的內(nèi)部具有腔體32。接著，如圖5所示，在該殼型鑄模40的腔體32內(nèi)澆注鈦鋁合金或鈦合金的金屬熔液50，進(jìn)行澆鑄。然后，冷卻殼型鑄模40,金屬熔液 50凝固，完成鑄造。由此，在殼型鑄模40內(nèi)形成鑄件。然后，將殼型鑄模40浸漬在高溫的堿浴等中，溶解除去殼體即鑄 模本體41,如圖6所示，進(jìn)行落砂得到鈦鋁合金或鈦合金制的鑄件60。 作為落砂，可使用物理方法(例如噴砂清潔理)。作為噴砂清潔理，可 以是噴砂、噴丸清理、或噴水(吹入高壓水)的任意一種。另外，作為 噴砂清潔理以外的物理方法，還可以使用震動(dòng)落砂法。接著，說(shuō)明本實(shí)施方式涉及的鑄模40的作用。在本實(shí)施方式涉及的鑄模(殼型鑄模)40中，由氧化鈰-硅溶膠燒 結(jié)物形成與鈦鋁合金的金屬熔液50直接接觸的鑄模本體41的腔體表面 43的初始層44a和第2層44b。這里，作為殼型鑄模40的骨料的主成分使用的氧化鈰與二氧化鋯 或三氧化二釔相比，并不是特別穩(wěn)定的氧化物。這也可以從自由能的比 較得知?？墒?，氧化鈰對(duì)Ti顯示優(yōu)異的穩(wěn)定性，幾乎不會(huì)與Ti直接反應(yīng)， 也幾乎不會(huì)被澆注到殼型鑄模40的腔體32內(nèi)的鈦鋁合金的金屬熔液50 還原。本發(fā)明人等注意到氧化鈰的該特性。即，通過(guò)使用氧化鈰作為鑄 模本體41的骨料的主成分，在腔體32內(nèi)幾乎不會(huì)有鈦鋁合金的金屬熔 液50與鑄模本體41發(fā)生反應(yīng)、或者被氧化的可能。另外，作為鑄模本體41的粘合劑的主成分使用的硅溶膠通常與鈦 鋁合金的金屬熔液50劇烈反應(yīng)?？墒牵绫緦?shí)施方式涉及的殼型鑄模 40那樣，通過(guò)使用氧化鈰作為骨料的主成分，即使使用硅溶膠作為粘合 劑，也不用擔(dān)心硅溶膠和鈦鋁合金劇烈反應(yīng)。另外，由于硅溶膠化學(xué)穩(wěn) 定(活性低)，在工業(yè)上是廉價(jià)的，并且在室溫到高溫的范圍下強(qiáng)度都 很高，因此，通過(guò)使用硅溶膠，只是單一的溶膠就可以保持強(qiáng)度，沒(méi)有 必要使用其它的溶膠或有機(jī)類(lèi)粘合劑等作為粘合劑。另外，由于氧化鈰比二氧化鋯或三氧化二釔廉價(jià)，通過(guò)使用氧化鈰 作為殼型鑄模40的骨料的主成分，可以謀求降低鑄模的原料成本。另 一方面，硅溶膠由于是作為通常的鑄模(例如，Ni基合金用鑄模等)的 粘合劑使用的，因此，通過(guò)使用硅溶膠作為殼型鑄模40的粘合劑的主 成分，還可以期待由于粘合劑的通用化而大幅度降低成本。由此，可以 得到廉價(jià)的殼型鑄模40。如上，通過(guò)由氧化鈰-硅溶膠燒結(jié)物形成鑄模本體41的腔體表面43 的初始層44a和第2層44b,可以確實(shí)地(或幾乎確實(shí)地)抑制鈦鋁合 金的氧化以及硅溶膠和鈦鋁合金的反應(yīng)，并抑制在鑄件60的表面形成 含有大量氧的層，同時(shí)還可以抑制鑄模本體41對(duì)鑄件60的表面的附著 (粘砂(焼付S ))。
例如，如圖15、圖16所示，使用本實(shí)施方式涉及的殼型鑄模40進(jìn) 行鑄造而形成的鈦鋁合金鑄件150在其表面幾乎沒(méi)有鑄模本體的粘砂。 即，鈦鋁合金鑄件50的表面外觀美觀，并且表面光滑。與此相反，如 圖17、圖18所示，使用二氧化鋯作為鑄模的骨料的主成分、并使用硅 溶膠作為粘合劑的主成分進(jìn)行鑄造而形成的鈦鋁合金鑄件160在其表面 產(chǎn)生大量鑄模本體的粘砂161。即，鈦鋁合金鑄件160的表面外觀差， 并且表面相4造，表面性狀不良。
因此，使用本實(shí)施方式涉及的殼型鑄模40進(jìn)行鑄造而形成的鈦鋁 合金鑄件150由于在其表面幾乎沒(méi)有鑄模本體的粘砂，因此可以通過(guò)簡(jiǎn) 單的噴砂清理而獲得良好的表面性狀。例如，鈦鋁合金鑄件150的未加 工鑄件材料的平均表面粗糙度為200nm以下，優(yōu)選為50)am以下。因此， 鈦鋁合金鑄件150即使是未加工鑄件材料的形態(tài)，其表面性狀也足夠良 好，沒(méi)有必要實(shí)施化學(xué)研磨或機(jī)械切削等表面加工處理(或者稍微進(jìn)行 表面加工即可)。因此，鈦鋁合金鑄件150與以往的鈦鋁合金鑄件160
相比，可以減少制造工序數(shù)，從而可以謀求降低制品成本和提高生產(chǎn)性。 本實(shí)施方式涉及的殼型鑄模40可以?xún)H僅通過(guò)改變初始層漿料膜24a 和第2層漿料膜24b (或只是初始層漿料膜24a)的形成工序來(lái)制造。 因此，本實(shí)施方式涉及的殼型鑄模40可以不用大幅度改變已經(jīng)設(shè)置的 現(xiàn)有殼型鑄模的生產(chǎn)線來(lái)進(jìn)行制造，進(jìn)而可以抑制制造成本的上升。
通過(guò)在本實(shí)施方式涉及的殼型鑄模40中使用鈦合金的金屬熔液50 來(lái)進(jìn)行鑄造，可抑制在鑄件60的表層部生成含有大量氧的固化層(a-金屬件表面硬化層)。得到的鑄件60的表層部生成的a-金屬件表面硬 化層的層厚薄至低于300nm,優(yōu)選薄至低于250pm。
例如，如圖22所示，使用本實(shí)施方式涉及的殼型鑄模40進(jìn)行鑄造 而形成的鈦合金鑄件220在表層部生成的a-金屬件表面硬化層的層厚約 為220(am。與此相反，如圖23所示，使用二氧化鋯作為鑄模的骨料的 主成分、并使用硅溶膠作為粘合劑的主成分進(jìn)行鑄造而形成的鈦合金鑄件230在表層部生成的a-金屬件表面硬化層的層厚約為500nm。由此可 知，鈦合金鑄件220的a-金屬件表面硬化層的層厚為鈦合金鑄件230的
一半以下。
因此，使用本實(shí)施方式涉及的殼型鑄模40進(jìn)行鑄造而形成的鈦合 金鑄件220由于在表層部生成的a-金屬件表面硬化層少，因此與以往的 鈦合金制鑄件230相比，表面處理(化學(xué)研磨或機(jī)械切削等)所需要的 時(shí)間縮短。進(jìn)而可以提高鈦合金鑄件220的生產(chǎn)性并降低鈦合金鑄件 220的制品成本。另外，為了獲得最終制品，不怎么須要對(duì)鈦合金鑄件 220實(shí)施表面處理，而且鈦合金鑄件220與最終制品的尺寸差較小，因 此材料成品率良好，并可以降低鈦合金鑄件220的原料成本。
本實(shí)施方式涉及的殼型鑄模40適合于精密鑄件用的鑄模，例如， 作為鈦鋁合金精密鑄件，可列舉汽車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器、燃?xì)鉁u輪 發(fā)動(dòng)機(jī)或飛機(jī)用噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件、耐熱夾具等。另外，作為鈦合 金精密鑄件，可列舉汽車(chē)和摩托車(chē)部件、體育和休閑用品、人造骨、人 造牙齒、熱交換器等。
接著，基于

本發(fā)明其它的實(shí)施方式。
圖12示出本發(fā)明另 一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式涉及的鑄模的橫截面圖。
如圖12所示，本實(shí)施方式涉及的鑄模(實(shí)心鑄模)120中，至少鑄 模本體121的腔體表面123的初始層(在圖12中為腔體表面123的初 始層44a和第2層44b這2層)由氧化鈰-硅溶膠燒結(jié)物形成。
鑄模本體121由塊狀的本體部124和鄰接于腔體112的層部125構(gòu) 成。層部125為初始層44a和第2層44b的2層結(jié)構(gòu)。構(gòu)成本體部124 的漿料燒結(jié)物可以與構(gòu)成初始層44a和第2層44b的氧化鈰-硅溶膠燒結(jié) 物相同，也可以不同。作為與氧化鈰-硅溶膠燒結(jié)物不同的漿料燒結(jié)物， 本體部124可以使用與通常的鑄沖莫相同的(例如，由以選自二氧化鋯、 氧化鋁、二氧化硅、富鋁紅柱石、鋯石、或三氧化二釔中的至少一種作 為主成分的骨料，以及以二氧化鋯溶膠為主成分的粘合劑構(gòu)成的漿料的 燒結(jié)物)。
本實(shí)施方式涉及的殼型鑄模120中，鑄模本體121的腔體表面123 可以為l層結(jié)構(gòu)，或也可以為3層以上的結(jié)構(gòu)。
另外，本實(shí)施方式涉及的實(shí)心鑄模120中，初始層44a的層厚足夠 厚時(shí)，可以只是初始層44a由氧化鈰-硅溶膠燒結(jié)物形成，并且第2層44b為與本體部124相同的材質(zhì)。
接著，基于圖7~圖14說(shuō)明本實(shí)施方式涉及的鑄模的制造方法。另 外，與圖1~圖6同樣的部件使用同樣的符號(hào)，并省略對(duì)于這些部件的說(shuō)明。
首先，如圖7所示，預(yù)先制作與目標(biāo)的精密鑄件(參照后述的圖14) 同形狀、同尺寸的蠟?zāi)！?br> 接著，在蠟?zāi)?0的周?chē)坎汲跏紝訚{料后，進(jìn)行初始層撒砂的涂 布，然后使之干燥，如圖8所示，形成初始層漿料膜24a。接著，在初 始層漿料膜24a的周?chē)坎嫉?層漿料，然后進(jìn)行第2層撒砂的涂布， 然后使之干燥，形成第2層漿料膜24b。初始層漿料和第2層漿料是同 種漿料。換言之，初始層漿料膜24a和第2層漿料膜24b是初始層漿料 膜24a的2層結(jié)構(gòu)。
接著，如圖9所示，將設(shè)置有各漿料膜24a、 24b的蠟?zāi)?0配置在 ?？?1的空間部92內(nèi)，然后向其空間部92注入后層漿料93。該后層 漿料93經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后自然固化，并且還可以適當(dāng)含有有機(jī)化合物(例 如酚醛樹(shù)脂)、固化劑以及耐火材料等。通過(guò)該后層漿料93的自然固 化，如圖IO所示，在設(shè)置有各漿料膜24a、 24b的蠟?zāi)?0的周?chē)纬?后層漿料93的塊狀物103。
接著，如圖11所示，通過(guò)使用蒸氣進(jìn)行蠟沖莫70的脫蠟，可以得到 鑄模前體110。鑄模前體IIO在前體本體111的內(nèi)部具有腔體112。前 體本體111由作為本體部的塊狀體103和鄰接于腔體112的漿料膜24a、 24b構(gòu)成。
接著，如圖12所示，通過(guò)對(duì)該鑄模前體110實(shí)施燒結(jié)處理，可得 到本實(shí)施方式涉及的鑄模(實(shí)心鑄模)120。實(shí)心鑄模120在由本體部 124和層部125構(gòu)成的鑄模本體121的內(nèi)部具有腔體112。
接著，如圖13所示，在該實(shí)心鑄模120的腔體112內(nèi)澆注鈦鋁合 金或鈦合金的金屬熔液50，進(jìn)行澆鑄。然后，冷卻實(shí)心鑄模120，金屬 熔液50凝固，完成鑄造。由此，在實(shí)心鑄模120內(nèi)形成鑄件。
然后，如圖M所示，從實(shí)心鑄模120中取出鑄件，得到鈦鋁合金 或鈦合金制的鑄件140。
在本實(shí)施方式涉及的鑄模120的制造方法中，對(duì)于在2層結(jié)構(gòu)的漿 料膜24a、24b的周?chē)纬珊髮訚{料93的塊狀物103的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但并不特別限定于該情況。例如，在一個(gè)制造工序中，可以在蠟?zāi)?0 的周?chē)苯有纬蓧K狀物。即，將蠟?zāi)?0配置在才莫框91的空間部92內(nèi) 之后，向其空間部92中注入后層漿料93，在蠟才莫70的周?chē)苯有纬芍?是由后層漿料單體構(gòu)成的塊狀物。該后層漿料93與初始層漿料相同。
在本實(shí)施方式涉及的鑄模120中，可得到與前面的實(shí)施方式涉及的 鑄模40同樣的作用效果。
另外，通過(guò)在本實(shí)施方式涉及的實(shí)心鑄模120中使用鈦合金的金屬 熔液50進(jìn)行鑄造，在鑄件140中，可抑制在其表層部生成含有大量氧 的固化層(a-金屬件表面硬化層)，a-金屬件表面硬化層的層厚薄至低 于300)am。例如，如圖24所示，使用本實(shí)施方式涉及的實(shí)心鑄才莫120 進(jìn)行鑄造而形成的鈦合金鑄件240在表層部生成的a-金屬件表面硬化層 的層厚約為280pm。與此相反，如圖25所示，使用二氧化鋯作為鑄模 的骨料的主成分、并使用硅溶膠作為粘合劑的主成分進(jìn)行鑄造而形成的 鈦合金鑄件250在表層部生成的a-金屬件表面硬化層的層厚約為 500)am。由此可知，鈦合金鑄件240的a-金屬件表面硬化層的層厚約為 鈦合金鑄件250的一半。
另外，與精密鑄件用的鑄模相比，本實(shí)施方式涉及的鑄模120更適 用于超大物品的鑄件、裝飾品、人造牙齒、人造骨等的鑄模。該鑄模120 具有耐久性，并且疊層少，因此可使制造工序簡(jiǎn)單化，性?xún)r(jià)比優(yōu)異。
應(yīng)該說(shuō)明的是，本發(fā)明并不限定于上迷的實(shí)施方式，當(dāng)然還可以進(jìn) 行各種變更。
權(quán)利要求
1.鑄模，其是用于制造鈦鋁合金或鈦合金制的鑄件的鑄模，其特征在于，鑄模本體的腔體表面的至少初始層由漿料的燒結(jié)物形成，所述漿料由以氧化鈰為主成分的骨料和以硅溶膠為主成分的粘合劑構(gòu)成。
2. 權(quán)利要求1所述的鑄模，其中，由上述漿料的燒結(jié)物形成上述 鑄模本體的腔體表面的初始層和第2層。
3. 權(quán)利要求1或2所述的鑄模，其中，上述鑄模是殼型鑄模。
4. 權(quán)利要求l或2所述的鑄模，其中，上述鑄模是實(shí)心鑄模。
5. 鑄模的制造方法，其是用于制造鈦鋁合金或鈦合金制的鑄件的 鑄模的制造方法，其特征在于，包括在作為消失模的蠟?zāi)５谋砻嫔细街梢匝趸嫗橹鞒煞值墓橇虾?以硅溶膠為主成分的粘合劑構(gòu)成的初始層漿料并使之干燥，形成初始層 漿料膜的步驟；在該初始層漿料膜的表面依次形成第2層以后的漿料膜的步驟； 對(duì)涂覆了至少2層漿料膜的蠟?zāi)?shí)施脫蠟處理，形成在初始層漿料 膜的內(nèi)部具有空腔的鑄模前體的步驟；和對(duì)該鑄模前體實(shí)施燒結(jié)處理，將各漿料膜燒固而形成殼型鑄模的步驟。
6. 權(quán)利要求5所述的鑄模的制造方法，其中，再次重復(fù)形成初始 層漿料膜的步驟，作為形成第2層的漿料膜的步驟。
7. 鑄模的制造方法，其是用于制造鈦鋁合金或鈦合金制的鑄件的 鑄模的制造方法，其特征在于，包括在作為消失模的蠟?zāi)５谋砻娓街梢匝趸嫗橹鞒煞值墓橇虾鸵?硅溶膠為主成分的粘合劑構(gòu)成的初始層漿料并使之干燥，形成初始層漿 料的塊狀物的步驟；對(duì)具有該塊狀物的蠟?zāi)?shí)施脫蠟處理，形成在塊狀物的內(nèi)部具有空 腔的鑄才莫前體的步驟；和對(duì)該鑄模前體進(jìn)行燒結(jié)處理，將塊狀物燒固而形成實(shí)心鑄模的步驟。
8. 鑄模的制造方法，其是用于制造鈦鋁合金或鈦合金制的鑄件的 鑄模的制造方法，其特征在于，包括在作為消失模的蠟?zāi)５谋砻娓街梢匝趸嫗橹鞒煞值墓橇虾鸵?硅溶膠為主成分的粘合劑構(gòu)成的初始層漿料并使之干燥，形成初始層漿料膜的步驟；在該初始層漿料膜的周?chē)纬珊髮訚{料的塊狀物的步驟； 對(duì)具有初始層漿料膜和塊狀物的蠟^f莫實(shí)施脫蠟處理，形成在初始層漿料膜的內(nèi)部具有空腔的鑄模前體的步驟；和對(duì)該鑄模前體進(jìn)行燒結(jié)處理，將初始層漿料膜和塊狀物燒固而形成實(shí)心鑄沖莫的步驟。
9. 權(quán)利要求8所述的鑄模的制造方法，其中，在初始層漿料膜的 形成步驟之后，再次重復(fù)進(jìn)行初始漿料膜的形成步驟，在2層結(jié)構(gòu)的初 始層漿料膜的周?chē)纬珊髮訚{料的塊狀物。
10. 鈦鋁合金鑄件，其是使用權(quán)利要求3或4所迷的鑄模進(jìn)行鑄造 而形成的。
11. 鈦合金鑄件，其是使用權(quán)利要求3或4所述的鑄^t進(jìn)行鑄造而 形成的，其中，未加工鑄件材料的表層部中的a-金屬件表面硬化層的層 厚不到300|am。
全文摘要
本發(fā)明提供與合金熔液的反應(yīng)少，并且廉價(jià)的鑄模及其制造方法、以及使用該鑄模得到的鑄件。本發(fā)明的鑄模(40)是用于制造鈦鋁合金或鈦合金制的鑄件(60)的鑄模，并且至少構(gòu)成鑄模(40)的鑄模本體(41)的腔體表面(43)的初始層(44a)由漿料的燒結(jié)物形成，所述漿料由以氧化鈰為主成分的骨料和以硅溶膠為主成分的粘合劑構(gòu)成。
文檔編號(hào)B22C1/00GK101257985SQ200680032949
公開(kāi)日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2006年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月7日
發(fā)明者佐藤茂征, 筑后一義 申請(qǐng)人:株式會(huì)社Ihi;石川島精密鑄造株式會(huì)社