インベストメント鋳造におけるポロシティを解決する方法

概要: シングルゲート、トップインジェクションフロー鋳造では、中温鋳型材料を繰り返し使用し、二次脱蝋を使用してシェル内のすべてのワックスが除去されるようにし、鋳造時に侵入ガスが生成されるのを防ぎます。

キーワード：中温鋳型材料、二次脱蝋、空気孔

鋳造ポロシティは、内包ポロシティ、析出ポロシティ、貫入ポロシティに分けられます。析出ポロシティは、溶融金属がガスに浸食されることによって形成されます。内包ポロシティは、鋳造・注湯システムが注湯前に大気中にある場合に発生し、注湯時の金属流動がスムーズでなく、キャビティ内にガスが浸食されやすい状態です。貫入ポロシティは、フローインジェクション鋳造時に、溶融金属の熱効果による水分蒸発や有機物（鋳型材）の燃焼によって大量のガスが発生し、ガス圧力が溶融金属圧力よりも高い場合、ガスが溶融金属に浸食され、ポロシティが形成されます。ガス圧力が溶融金属圧力よりも高い場合、ガスが溶融金属に浸食され、ポロシティが形成されます。本稿では、溶融鋳型鋳造品において中温鋳型材料の残留物により侵入性多孔性が生じる原因と防止策を分析します。

I. 多孔性の原因と分析

1. 多孔性の原因

弊社のシングルゲート、トップインジェクション鋳造システムを採用した鋳物の中には、鋳造工程でポロシティ欠陥がよく発生するものがあります（図1参照）。この問題が発生した場合、まず溶鋼の酸化とシェルのガス透過性が不良でポロシティが発生したためと考え、以下の対策を講じました。1. 戻り鋼がきれいで、油や錆がないことを確認します。2. 溶鋼のガス透過性を確保するために、バーンアウト温度とバーンアウト時間を改善します。3. 鋳込み速度を下げてシェルを傾斜させて鋳込み、鋼内のガスが浮上するようにします。4. 高温溶解時間を短縮して鋼を十分に脱酸し、酸化を防ぎ、鋼内のガス含有量を減らします。テスト鋳造後もポロシティ欠陥は依然として存在し、明らかな改善は見られず、最終的に焙焼シェルで問題を発見しました。焙焼シェルを破壊したところ、シェル内部に大量の炭素ダストがあることがわかりました（図2参照）。

2. 原因分析

トップキャスティングの主な目的は、鋳物の充填容量を確保し、鋳物の収縮問題を軽減し、シェルが中温の鋳型材料に残留する現象が発生しないようにすることです。たとえわずかに焙焼が存在しても、図2に示すように大きな炭化灰色領域は現れません。鋳造はシングルゲートを使用し、トップキャスティング鋳造システムを使用し、鋳造は高圧蒸気脱蝋を使用します。 図3に示すように、ワックス残留物はシェルの内口の高さと一致し、少量の鋳型材料を排除することはできません（グループの数が整っていないことが原因）、シェルは焙焼後にシェル内部に炭化灰（水素化合物）を出現させます。シェルに注がれた高温の鋼と炭化灰が大量のガスと接触すると、侵入気孔が形成されます。