本發(fā)明涉及適于鑄造特別是作為難切削材為人所知的不銹鋼系鑄鋼件的濕砂型及其制造方法，以及使用了該濕砂型的鑄鋼件的制造方法。

背景技術(shù)：

形成鑄鋼件的鑄造用濕砂型的型砂通常含有骨料(砂)、膨潤(rùn)土等粘結(jié)材料、作為二次添加物的碳成分(煤料、淀粉等)、以及水。型砂中的骨料、粘結(jié)材料等的比例被恰當(dāng)?shù)卦O(shè)定使得經(jīng)成型的濕砂型具有所期望的物性[透氣度、強(qiáng)度、型腔表面的穩(wěn)定性和緊實(shí)率(CB值)等]。添加到型砂中的煤粉、焦炭粉、石墨粉、瀝青粉等碳成分抑制骨料(砂)向鑄件上的附著(粘砂)，使鑄態(tài)狀態(tài)下的鑄鋼件的鑄件表面品質(zhì)穩(wěn)定。關(guān)于煤料的技術(shù)公開(kāi)于日本特開(kāi)昭63-177939號(hào)和日本特開(kāi)2009-291801號(hào)中。

日本特開(kāi)昭63-177939號(hào)公開(kāi)有如下的方法，即，將含有礦物油10～90重量％和碳質(zhì)原料90～10重量％的鑄件砂模用添加劑1～2份、骨料100份、膨潤(rùn)土(粘結(jié)材料)10份、淀粉1份、以及水3份混煉，將所得的型砂成型，由此來(lái)制造鑄造用濕砂型。另外，日本特開(kāi)2009-291801號(hào)公開(kāi)有如下的濕砂型用型砂，即，包含以含有甘油的食用植物油為主成分的碳質(zhì)添加劑、膨潤(rùn)土(粘結(jié)材料)、根據(jù)需要的淀粉等添加劑、以及一定量的水。

但是，日本特開(kāi)昭63-177939號(hào)和日本特開(kāi)2009-291801號(hào)中公開(kāi)的添加劑都含有礦物油、碳質(zhì)原料或植物油，若使用通過(guò)添加有它們的型砂而形成的濕砂型來(lái)鑄造含有0.05～0.60質(zhì)量％左右的碳的亞共析組成的鑄鋼件，則有可能因濕砂型中所含的碳成分而在鑄件表面產(chǎn)生滲碳。一旦在鑄件表層有滲碳，則鑄鋼件就會(huì)變得難以切削。例如在作為內(nèi)燃機(jī)用排氣部件使用的要求耐熱特性和耐腐蝕特性的不銹鋼系鑄鋼件的情況下，該問(wèn)題尤其嚴(yán)重。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的問(wèn)題

因而，本發(fā)明的目的在于，提供在抑制粘砂的發(fā)生而維持媲美以往的鑄件表面品質(zhì)的同時(shí)、抑制鑄件表層的滲碳的鑄鋼件的鑄造用濕砂型及其制造方法、以及使用了該濕砂型的鑄鋼件的制造方法。

用于解決問(wèn)題的方法

為了兼顧在維持媲美以往的鑄件表面品質(zhì)(粘砂)的同時(shí)抑制鑄件表層的滲碳這樣相互矛盾的兩個(gè)目的，進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，(1)將構(gòu)成濕砂型的型砂中的碳成分的比例降低到不會(huì)產(chǎn)生滲碳的程度，并且(2)將形成于濕砂型的凹部的熱固性樹(shù)脂的覆蓋層的厚度設(shè)定為如下的厚度，即，在進(jìn)入型腔的熔液的凝固開(kāi)始之前用熱固性樹(shù)脂的分解氣體覆蓋型腔表面從而防止粘砂，并且當(dāng)熔液凝固時(shí)立即使分解氣體消失，則可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)鑄件表面品質(zhì)的維持和鑄件表層的滲碳的抑制，從而想到了本發(fā)明。

即，用于鑄造鑄鋼件的本發(fā)明的濕砂型的特征在于，

由含有砂、粘結(jié)材料、和相對(duì)于砂100質(zhì)量份為3質(zhì)量份以下的碳成分的型砂構(gòu)成，

至少在包含鑄造鑄鋼件的型腔的凹部形成有熱固性樹(shù)脂的覆蓋層，

所述覆蓋層具有50～95的平均硬度(用自硬性硬度計(jì)測(cè)定)和0.5～2.5mm的厚度。

構(gòu)成所述覆蓋層的熱固性樹(shù)脂的涂布量以固體成分為基準(zhǔn)計(jì)優(yōu)選為100～500g/m²。

在大氣中以10℃/分鐘的速度升溫到800℃后的所述覆蓋層的每單位體積的碳?xì)埩袅績(jī)?yōu)選為20～200mg/cm³。

制造上述濕砂型的本發(fā)明的方法的特征在于，

通過(guò)將含有砂、粘結(jié)材料、和相對(duì)于砂100質(zhì)量份為3質(zhì)量份以下的碳成分的型砂成型，制作具有包含用于鑄造鑄鋼件的型腔的凹部的至少一對(duì)濕砂型部(例如上模具和下模具)，

將含有熱固性樹(shù)脂和有機(jī)溶劑的涂布液至少涂布于所述凹部，

將涂布于所述凹部的熱固性樹(shù)脂加熱固化，形成具有50～95的平均硬度(用自硬性硬度計(jì)測(cè)定)的覆蓋層。

所述熱固性樹(shù)脂的加熱固化可以在合模之前和/或之后進(jìn)行。第一實(shí)施方式中，在將所述熱固性樹(shù)脂加熱固化后將至少一對(duì)濕砂型部合模。第二實(shí)施方式中，通過(guò)第一固化工序和第二固化工序來(lái)進(jìn)行使涂布的涂布液干燥而成的覆蓋層的固化，所述第一固化工序加熱至平均硬度(用自硬性硬度計(jì)測(cè)定)為30～45，所述第二固化工序進(jìn)一步加熱進(jìn)行了一次固化的覆蓋層而使平均硬度(用自硬性硬度計(jì)測(cè)定)變?yōu)?0～95。

所述涂布液的粘度優(yōu)選為15～100mPa·s。

本發(fā)明的鑄鋼件的制造方法的特征在于，使用上述濕砂型。

發(fā)明效果

本發(fā)明的濕砂型由于在由相對(duì)于砂100質(zhì)量份含有3質(zhì)量份以下的碳成分的型砂構(gòu)成的濕砂型的凹部形成有熱固性樹(shù)脂的覆蓋層，并且所述覆蓋層具有50～95的平均硬度(用自硬性硬度計(jì)測(cè)定)和0.5～2.5mm的厚度，因此可以制造在維持媲美以往的鑄件表面品質(zhì)的同時(shí)抑制鑄件表層的滲碳的鑄鋼件。

附圖說(shuō)明

圖1是表示本發(fā)明的濕砂型的構(gòu)成的剖面圖。

圖2是表示圖1的A部的放大部分剖面圖。

圖3(a)是表示圖1的濕砂型的制造工序的第一例的成型工序的剖面圖。

圖3(b)是表示圖1的濕砂型的制造工序的第一例的涂布液的涂布工序的剖面圖。

圖3(c)是表示圖1的濕砂型的制造工序的第一例的熱固性樹(shù)脂的固化工序的剖面圖。

圖3(d)是表示圖1的濕砂型的制造工序的第一例的合模工序的剖面圖。

圖4(a)是表示圖1的濕砂型的制造工序的第二例的成型工序的剖面圖。

圖4(b)是表示圖1的濕砂型的制造工序的第二例的涂布液的涂布工序的剖面圖。

圖4(c)是表示圖1的濕砂型的制造工序的第二例的熱固性樹(shù)脂的第一固化工序的剖面圖。

圖4(d)是表示圖1的濕砂型的制造工序的第二例的合模工序的剖面圖。

圖4(e)是表示圖1的濕砂型的制造工序的第二例的熱固性樹(shù)脂的第二固化工序的剖面圖。

圖5(a)是表示構(gòu)成濕砂型的型砂(覆蓋熱固性樹(shù)脂之前)的放大概略圖。

圖5(b)是表示在構(gòu)成濕砂型的型砂上覆蓋有熱固性樹(shù)脂的狀態(tài)的放大概略圖。

圖6是表示使用了圖1的濕砂型的鑄鋼件的制造方法的剖面圖。

圖7是表示圖6的B部的放大部分剖面圖。

圖8(a)是表示構(gòu)成實(shí)施例1的濕砂型的型砂的SEM照片(100倍)。

圖8(b)是表示在構(gòu)成實(shí)施例1的濕砂型的型砂上覆蓋有酚醛樹(shù)脂的狀態(tài)的SEM照片(100倍)。

具體實(shí)施方式

參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式詳細(xì)說(shuō)明如下，然而本發(fā)明并不限定于此。關(guān)于一個(gè)實(shí)施方式的說(shuō)明只要沒(méi)有特別指出，則也適用于其他的實(shí)施方式。

圖1表示本發(fā)明的濕砂型的構(gòu)成，圖2放大表示圖1的A部，圖3和圖4表示圖1的濕砂型的制造工序，圖6表示使用了圖1的濕砂型的鑄鋼件的制造工序。此處所謂“鑄鋼件”，是指含有0.05～0.6質(zhì)量％的C和其他的元素(Ni、Cr、Si、W、Mo、Nb等)，余部由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的亞共析組成的鑄件，然而當(dāng)然并非限定性的。

[1]濕砂型的構(gòu)成

如圖1所示，由實(shí)質(zhì)上不含有碳成分的型砂構(gòu)成的濕砂型1由以分型面(合模面)1e合模的上模具1a和下模具1b構(gòu)成。將上模具1a與下模具1b合模而得的濕砂型1具有用于在內(nèi)部形成制品的型腔(制品型腔)1c、以及橫澆道1d。制品型腔1c和橫澆道1d由上模具1a和下模具1b各自當(dāng)中的凹部形成。當(dāng)然，也可以在濕砂型1的周圍配置型板。另外，也可以在制品型腔1c和橫澆道1d以外，還在濕砂型1中設(shè)置冒口、澆口、直澆道等。

(A)型砂

型砂含有砂、粘結(jié)材料、和碳成分。

(1)砂

作為構(gòu)成型砂的骨料的砂本身可以是通常所用的砂，例如可以使用山砂、半合成砂或合成砂。山砂只要是天然產(chǎn)出的成分至少為2％的山砂即可，例如除了愛(ài)知縣產(chǎn)的野間砂、大阪府產(chǎn)的河內(nèi)砂、三重縣產(chǎn)的志摩砂、島根縣產(chǎn)的松江砂、福島縣產(chǎn)的大田砂等以外，還可以舉出遠(yuǎn)州砂、玄海砂等。作為半合成砂，可以舉出在山砂中適當(dāng)?shù)嘏浜狭斯枭?、粘結(jié)劑以及添加劑的砂。作為合成砂，可以舉出完全不使用山砂而在硅砂等原料砂中配合粘結(jié)劑和添加劑而成的砂。作為合成砂中使用的原料砂，可以舉出蛙目硅砂、海灘砂和河砂等天然硅砂、人造硅砂、硅酸鋯、橄欖石砂、鉻鐵礦砂等。

(2)粘結(jié)材料

作為粘結(jié)材料，可以舉出膨潤(rùn)土、粘土、蒙脫石、高嶺土等。粘結(jié)材料的量可以考慮濕砂型的特性適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，然而一般相對(duì)于砂100質(zhì)量份為5～12質(zhì)量份。

(3)碳成分

作為碳成分，可以舉出煤、石墨、焦炭、瀝青焦炭、柏油等碳質(zhì)原料，糊精、淀粉等淀粉質(zhì)添加劑，礦物油、植物油等液態(tài)油等。碳成分不包含砂或粘結(jié)材料中所含有的碳化合物。碳成分既可以單獨(dú)使用，也可以2種以上組合使用。

為了防止鑄鋼件的滲碳，本發(fā)明中相對(duì)于砂100質(zhì)量份將碳成分設(shè)為3質(zhì)量份以下。如果使用由碳成分大于3質(zhì)量份的型砂構(gòu)成的濕砂型進(jìn)行鑄造，則鑄件表層的滲碳就會(huì)發(fā)生。碳成分的配合量更優(yōu)選為1質(zhì)量份，最優(yōu)選為0.7質(zhì)量份以下。

(B)覆蓋層

如圖1和圖2所示，至少在制品型腔1c的表層，形成有由熱固性樹(shù)脂構(gòu)成的具有50～95的平均硬度(用自硬性硬度計(jì)測(cè)定)的覆蓋層1f。從維持媲美以往的鑄件表面品質(zhì)的同時(shí)抑制鑄件表層的滲碳的本發(fā)明的目的考慮，只要在制品型腔1c形成有覆蓋層1f即可，但如果在熔液流通的橫澆道1d也形成覆蓋層1f，則對(duì)于滲碳的抑制有效。因而，本發(fā)明中至少在包括型腔1c和橫澆道1d的凹部形成覆蓋層1f。此外，如果在分型面1e也形成覆蓋層1f，則可以提高其表面的強(qiáng)度，并且可以抑制供給熔液時(shí)的模具破損等。

熱固性樹(shù)脂只要是在接觸到鑄鋼的熔液時(shí)容易分解而氣化，并且具有合模時(shí)不會(huì)破損的高強(qiáng)度和高硬度的熱固性樹(shù)脂，就沒(méi)有特別限定，例如可以舉出酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、三聚氰胺樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂(urea resin)、不飽和聚酯樹(shù)脂、醇酸樹(shù)脂、聚氨酯、熱固性聚酰亞胺等。由熱固性樹(shù)脂構(gòu)成的覆蓋層1f的平均硬度為50～95的范圍內(nèi)。覆蓋層1f的硬度使用自硬性硬度計(jì)(株式會(huì)社Nakayama制、型號(hào)：NK-009)求出。如果覆蓋層1f的平均硬度過(guò)低，則無(wú)法抑制粘砂，另外如果過(guò)高，則無(wú)法確保透氣度，有可能產(chǎn)生氣體缺陷。

構(gòu)成覆蓋層1f的熱固性樹(shù)脂在接觸到高溫的熔液時(shí)分解，變?yōu)闅怏w而消失，然而有可能一部分發(fā)生碳化從而在制品型腔1c的表層殘留碳成分。為了有效地抑制鑄件表層的滲碳，在大氣中以10℃/分鐘的速度從室溫升溫到800℃時(shí)的覆蓋層1f的每單位體積的碳的殘留量?jī)?yōu)選為200mg/cm³以下。如果碳的殘留量過(guò)少，則氣體的產(chǎn)生少，因此容易發(fā)生粘砂。因而，碳的殘留量?jī)?yōu)選為20mg/cm³以上。另外，如果碳的殘留量過(guò)多，則無(wú)法充分地防止鑄件表層的滲碳，因此優(yōu)選將碳的殘留量的上限設(shè)為200mg/cm³。碳的殘留量更優(yōu)選為20～100mg/cm³。還有，碳?xì)埩袅靠梢酝ㄟ^(guò)熱固性樹(shù)脂的熱重分析(Thermogravimetric Analysis：TGA)來(lái)測(cè)定。

如圖2所示，由砂1j和粘結(jié)材料(未圖示)等構(gòu)成的濕砂型1為了確保透氣性在砂1j之間具有很多空隙(氣孔)1i。由于在有機(jī)溶劑中溶解有熱固性樹(shù)脂的涂布液滲透到存在于制品型腔1c的表層的氣孔1i，因此在涂布液干燥后，會(huì)在存在于表層的砂1j的表面殘留熱固性樹(shù)脂。其結(jié)果是，在制品型腔1c的表層形成砂1j的表面被熱固性樹(shù)脂所覆蓋的區(qū)域。將該區(qū)域稱作覆蓋層1f。在覆蓋層1f中，砂1j的表面只是被熱固性樹(shù)脂所覆蓋，殘留有空隙(氣孔)1i。如圖2所示熱固性樹(shù)脂的深度并不恒定，因此通過(guò)平均值來(lái)表示覆蓋層1f的厚度T。只要對(duì)形成有覆蓋層1f的制品型腔1c的剖面測(cè)定多處(例如3處)并加以平均，就可以求出覆蓋層1f的厚度T的平均值。

如果覆蓋層1f的厚度T過(guò)大，則未被分解的熱固性樹(shù)脂就會(huì)發(fā)生碳化，有可能因殘留的碳成分而使鑄件表層滲碳。為了有效地抑制鑄件表層的滲碳，覆蓋層1f的厚度T優(yōu)選為2.5mm以下，更優(yōu)選為2.0mm以下，最優(yōu)選為1.5mm以下。另外，如果覆蓋層1f的厚度T過(guò)小，則鑄造操作中覆蓋層1f容易發(fā)生剝離。如果覆蓋層1f發(fā)生剝離，則熔液就會(huì)侵入剝離部與濕砂型的砂直接接觸，因此會(huì)發(fā)生粘砂。因而，覆蓋層1f的厚度T優(yōu)選為0.5mm以上。

覆蓋層1f不僅厚度T重要，熱固性樹(shù)脂的涂布量也很重要。熱固性樹(shù)脂的涂布量通過(guò)每單位面積的熱固性樹(shù)脂的干燥重量(g/m²)表示。熱固性樹(shù)脂的涂布量?jī)?yōu)選為100～500g/m²。如果熱固性樹(shù)脂的涂布量小于100g/m²，則無(wú)法抑制粘砂。另外，如果熱固性樹(shù)脂的涂布量大于500g/m²，則不僅濕砂型的透氣度過(guò)小而有可能產(chǎn)生氣體缺陷，而且未被分解的熱固性樹(shù)脂發(fā)生碳化，有可能因殘留的碳成分而使鑄件表層滲碳。為了在維持良好的鑄件表面品質(zhì)的同時(shí)，有效地抑制鑄件表層的滲碳，覆蓋層1f中的固化性樹(shù)脂的涂布量更優(yōu)選為220～380g/m²。熱固性樹(shù)脂的涂布量可以通過(guò)將涂布液干燥后的濕砂型的重量增加量ΔD(g)除以熱固性樹(shù)脂的涂布面積(m²)而求出。

覆蓋層1f的透氣度優(yōu)選為70～150。如果覆蓋層1f的透氣度過(guò)小，則所產(chǎn)生的氣體被熔液捕獲，在所得的鑄鋼件中容易產(chǎn)生針孔等缺陷。另外如果覆蓋層1f的透氣度過(guò)大，則會(huì)因覆蓋層1f的剝離而使鑄鋼件的外觀惡化或發(fā)生掉砂。透氣度可以通過(guò)記載于JIS Z 2601的附錄3中的迅速法進(jìn)行測(cè)定。

[2]濕砂型的制造方法

(A)第一例

(1)成型工序

由通過(guò)將給定量的砂、粘結(jié)材料、碳成分以及水混煉而制備出的型砂，如圖3(a)所示地成型出具有形成制品型腔1c和橫澆道1d的凹部1g-1、1g-2的上模具1a和下模具1b。為了使成型容易，并且確保濕砂型的強(qiáng)度，要考慮濕砂型的特性地適當(dāng)?shù)卣{(diào)整添加到型砂中的粘結(jié)材料和水的量，一般相對(duì)于砂100質(zhì)量份，粘結(jié)材料為5～12質(zhì)量份并且水為1～5質(zhì)量份。

上模具1a和下模具1b可以通過(guò)例如向收納有形成了制品型腔、橫澆道等的模型的型箱內(nèi)投入型砂后，利用搗振壓實(shí)法等進(jìn)行壓縮，最后脫除模型而形成。

(2)涂布工序

如圖3(b)所示，向上模具1a和下模具1b的包含型腔1c和橫澆道1d的凹部1g-1、1g-2的表面和合模面1e，涂布含有用于形成覆蓋層1f的熱固性樹(shù)脂和有機(jī)溶劑的涂布液1k。圖示的例中不僅在凹部1g-1、1g-2，而且在合模面1e也涂布了涂布液1k，但只要至少涂布于凹部1g-1、1g-2即可。為了涂布量的穩(wěn)定化和覆蓋層1f的膜厚均勻化，優(yōu)選如圖3(b)所示通過(guò)水平移動(dòng)的噴霧噴嘴10噴涂涂布液1k。

為了從凹部1g-1、1g-2的表面向砂粒1j的空隙1i內(nèi)適量地滲透，涂布液1k優(yōu)選具有15～100mPa·s的粘度(用JIS K6910的Brookfield粘度計(jì)測(cè)定)。其結(jié)果是，在凹部1g-1、1g-2的表層形成0.5～2.5mm的厚度T的覆蓋層1f。如果涂布液1k的粘度過(guò)大，則涂布液1k難以滲透到凹部1g-1、1g-2的表層，僅在凹部1g-1、1g-2的表面附近容易形成覆蓋層1f。由此，覆蓋層1f容易剝離，所得的鑄鋼件的外觀會(huì)惡化或發(fā)生掉砂。另一方面，如果涂布液1k的粘度過(guò)小，則涂布液1k過(guò)多地滲透，覆蓋層1f變得過(guò)厚。涂布液1k的涂布量隨著熱固性樹(shù)脂的濃度而不同，但優(yōu)選將如上所述涂布于凹部1g-1、1g-2的熱固性樹(shù)脂的量以固體成分為基準(zhǔn)計(jì)設(shè)定為100～500g/m²。

(3)覆蓋層形成工序

如圖3(c)所示，對(duì)涂布于上模具1a和下模具1b的凹部1g-1、1g-2的涂布液進(jìn)行加熱，使熱固性樹(shù)脂固化。加熱可以在使有機(jī)溶劑蒸發(fā)的同時(shí)進(jìn)行，也可以在有機(jī)溶劑的蒸發(fā)后進(jìn)行。由此，可以形成用自硬性硬度計(jì)測(cè)定的平均硬度為50～95的范圍內(nèi)的覆蓋層1f。涂布液1k的加熱方法沒(méi)有特別限定，例如可以如圖3(c)所示從水平移動(dòng)的吹風(fēng)機(jī)11吹送熱風(fēng)，或通過(guò)排列于水平面上的加熱器進(jìn)行加熱。

(4)合模工序

如圖3(d)所示，將在凹部1g-1、1g-2形成有覆蓋層1f的上模具1a與下模具1b合模，形成圖1所示的一體化的濕砂型1。

(B)第二例

參照?qǐng)D4對(duì)濕砂型1的制造方法的第二例進(jìn)行說(shuō)明。還有，圖4中與圖3相同的部位使用了相同的符號(hào)，省略了詳細(xì)的說(shuō)明。濕砂型1的制造方法的第二例除了具有圖4(c)和圖4(e)所示的第一和第二固化工序以外，與第一例相同。

第二例中，在通過(guò)圖4(b)所示的涂布工序向圖4(a)所示的成型工序中形成的上模具1a和下模具1b的凹部1g-1、1g-2涂布上涂布液1k后，在圖4(c)所示的第一固化工序中從吹風(fēng)機(jī)11吹送熱風(fēng)，對(duì)涂布液1k進(jìn)行加熱，由此形成半固化層1L。在圖4(d)所示的合模工序中將形成有半固化層1L的上模具1a與下模具1b合模后，在圖4(e)所示的第二固化工序中，將從鼓風(fēng)機(jī)12噴出的熱風(fēng)通過(guò)橫澆道1d吹入型腔1c，使半固化層1L加熱固化形成覆蓋層1f。

通過(guò)像這樣在形成覆蓋層1f的第二固化工序之前，在第一固化工序中使之預(yù)固化而形成半固化層1L，可以防止由急劇的固化造成的覆蓋層1f的裂紋等，由此可以抑制鑄鋼件的外觀不良。從該觀點(diǎn)考慮，半固化層1L的用自硬性硬度計(jì)測(cè)定的平均硬度優(yōu)選為30～45。第二例中，覆蓋層1f的平均硬度(用自硬性硬度計(jì)測(cè)定)也優(yōu)選為50～95的范圍內(nèi)。

通過(guò)本發(fā)明的方法，在用粘結(jié)材料結(jié)合的砂1j的表面[圖5(a)]形成薄的熱固性樹(shù)脂層。其結(jié)果是，至少在濕砂型1的凹部1g-1、1g-2形成殘留有空隙1i的覆蓋層1f[圖5(b)]。

[3]鑄鋼件的制造方法

如圖6所示，通過(guò)橫澆道1d向由形成有覆蓋層1f的上模具1a和下模具1b構(gòu)成的濕砂型1的制品型腔1c中澆入熔液，從而制造出在粘砂方面維持媲美以往的鑄件表面品質(zhì)的同時(shí)抑制了鑄件表層的滲碳的鑄鋼件。其理由雖然尚不明確，但可以推定如下。即，(a)當(dāng)如圖7所示制品型腔1c的覆蓋層1f接觸到高溫的熔液M時(shí)，覆蓋層1f的熱固性樹(shù)脂就會(huì)幾乎完全地氣化，因此通過(guò)熱固性樹(shù)脂的分解氣體(以箭頭表示)抑制了粘砂，并且(b)0.5～2.5mm這樣較薄的覆蓋層1f在接觸到熔液M后立即消失，而且構(gòu)成濕砂型1的型砂的碳成分也低至3質(zhì)量份以下，因此凝固中的熔液M與碳接觸的時(shí)間短，抑制了鑄件表層的滲碳。滲碳層的形成得到抑制的鑄鋼件具有優(yōu)異的切削性。還有，由于存在于覆蓋層1f的深的區(qū)域的熱固性樹(shù)脂比存在于淺的區(qū)域的熱固性樹(shù)脂略晚氣化，因此有助于在熔液M凝固之前阻止其與制品型腔1c的型砂直接接觸。

以下通過(guò)實(shí)驗(yàn)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明，然而本發(fā)明并不受它們限定。

實(shí)施例1

(1)配砂工序

相對(duì)于硅砂100質(zhì)量份，混合膨潤(rùn)土8.1質(zhì)量份、水3.0質(zhì)量份、以及碳粉3質(zhì)量份，制備出型砂。

(2)成型工序

向安放有鑄造方案模型的型箱中投入型砂后，用搗振壓實(shí)法進(jìn)行壓縮，形成上模具和下模具。用自硬性硬度計(jì)(株式會(huì)社Nakayama制的NK-009)測(cè)定了上模具和下模具的凹部的5處，平均硬度為20。將成型的濕砂型的凹部表面的SEM照片(100倍)示于圖8(a)中。從圖8(a)可以清楚地看到，在由粘結(jié)材料覆蓋的砂之間存在很多空隙。

(3)涂布工序

如表2所示，將由酚醛樹(shù)脂40質(zhì)量％和乙醇60質(zhì)量％構(gòu)成的涂布液(粘度：20mPa·s)涂布于上模具和下模具的凹部和合模面。涂布液的涂布量以固體成分為基準(zhǔn)計(jì)為300g/m²。

(4)覆蓋層形成工序

通過(guò)白熾燈加熱固化涂布于上模具和下模具的凹部和合模面的涂布液，形成覆蓋層。將形成有覆蓋層的濕砂型的凹部表面的SEM照片(100倍)示于圖8(b)中。從圖8(b)中可以清楚地知道，在由覆蓋層覆蓋的砂之間也殘留有足夠的空隙，足以將熱固性樹(shù)脂的分解氣體排出。

(a)厚度T的測(cè)定

用勺子從形成有覆蓋層的上模具和下模具的凹部的表面切出5個(gè)縱×橫×深為3cm×3cm×3cm的方塊，不損壞覆蓋層地用毛刷從方塊中除去型砂，用游標(biāo)卡尺測(cè)定僅由固化覆蓋層構(gòu)成的試樣的厚度。對(duì)全部的方塊進(jìn)行該測(cè)定，將所得的測(cè)定值平均，作為覆蓋層的厚度T。其結(jié)果是，固化了的覆蓋層的厚度T為1.1mm。

(b)碳?xì)埩袅康臏y(cè)定

對(duì)測(cè)定了所述覆蓋層的厚度的1個(gè)試樣[覆蓋層的表面積：3×3cm²、覆蓋層的厚度：T、試樣的體積：3×3×T cm³]，在大氣中進(jìn)行以10℃/分鐘的速度從室溫升溫到800℃的熱重分析(TGA)，測(cè)定出每單位體積的碳?xì)埩袅俊Ｆ浣Y(jié)果，覆蓋層的碳?xì)埩袅繛?00mg/cm³。

(c)硬度的測(cè)定

覆蓋層的硬度是用自硬性硬度計(jì)(株式會(huì)社Nakayama制的NK-009)測(cè)定5處并通過(guò)平均而求出。其結(jié)果是，凹部的覆蓋層的硬度為67。

(5)合模工序

將在凹部和合模面形成有覆蓋層的上模具和下模具通過(guò)通常的方法合模，制成濕砂型。

向上述濕砂型的型腔中，以1620～1630℃注入含有0.45質(zhì)量％的C、1.30質(zhì)量％的Si、1.02質(zhì)量％的Mn、10.1質(zhì)量％的Ni、19.9質(zhì)量％的Cr、10.0質(zhì)量％的Nb、0.15質(zhì)量％的S、以及0.18質(zhì)量％的N、余部由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成的熔液。在熔液凝固后，進(jìn)行拆模而取出鑄鋼件，進(jìn)行15分鐘的使用了平均直徑為2.4mm的鋼球的噴丸處理而除去附著于鑄件表面的型砂。同樣地制造出全部100個(gè)鑄鋼件。

(a)粘砂發(fā)生率的測(cè)定

目視觀察噴丸處理后的鑄件表面的粘砂，將發(fā)生了粘砂的鑄鋼件的個(gè)數(shù)除以鑄鋼件的總數(shù)(100個(gè))，求出粘砂發(fā)生率(％)。其結(jié)果是，粘砂發(fā)生率為1％。

(b)表面缺陷發(fā)生率的測(cè)定

目視觀察伴隨著排氣不良產(chǎn)生的針孔、伴隨著凹部覆蓋層的裂紋或破損產(chǎn)生的毛刺等鑄鋼件的表面缺陷，將產(chǎn)生了表面缺陷的鑄鋼件的個(gè)數(shù)除以鑄鋼件的總數(shù)(100個(gè))，求出表面缺陷發(fā)生率(％)。其結(jié)果是，表面缺陷發(fā)生率為2％。

(c)切削性的評(píng)價(jià)

為了評(píng)價(jià)鑄鋼件的鑄件表面的切削性，使用以PVD涂覆了TiAlN的硬質(zhì)合金刀具，在下述的條件下進(jìn)行了鑄鋼件的表層(包括鑄件表面的深度1.0mm的范圍)銑刀切削。

切削速度：150m/分鐘

切入深度：1.0mm

每刀進(jìn)給量：0.2mm/刀

進(jìn)給速度：381mm/分鐘

轉(zhuǎn)速：76rpm

切削液：無(wú)(干式)

在硬質(zhì)合金刀具的后刀面的磨損量為0.2mm以上時(shí)判定為到達(dá)工具壽命，將到達(dá)工具壽命之前的切削時(shí)間設(shè)為切削性的參數(shù)。在將比較例1的工具壽命(切削性)設(shè)為100時(shí)，實(shí)施例1的切削性為126。

實(shí)施例2

(a)將涂布液中的酚醛的比例設(shè)為30質(zhì)量％，(b)將涂布液的粘度和涂布量分別設(shè)為17mPa·s和100g/m²，(c)變更覆蓋層形成工序的條件，由此在凹部形成了硬度為50、厚度T為2.3mm、以及碳?xì)埩袅繛?2mg/cm³的覆蓋層，除此以外，與實(shí)施例1相同地制造了100個(gè)鑄鋼件。與實(shí)施例1相同地測(cè)定了切削性、粘砂發(fā)生率和表面缺陷發(fā)生率，其結(jié)果是，切削性為133，粘砂發(fā)生率為3％，表面缺陷發(fā)生率為3％。

實(shí)施例3

(a)將涂布液中的酚醛的比例設(shè)為20質(zhì)量％，(b)將涂布液的粘度分別設(shè)為13mPa·s，(c)以兩個(gè)階段進(jìn)行覆蓋層的固化，在凹部形成硬度為50、厚度T為1.7mm、以及碳?xì)埩袅繛?0mg/cm³的覆蓋層，除此以外，與實(shí)施例1相同地制造了100個(gè)鑄鋼件。兩個(gè)階段的固化中，在第一固化工序形成硬度為36的半固化層，合模后，在第二固化工序中進(jìn)一步加熱半固化層而使之完全固化。與實(shí)施例1相同地測(cè)定了切削性、粘砂發(fā)生率和表面缺陷發(fā)生率，其結(jié)果是，切削性為130，粘砂發(fā)生率為2％，表面缺陷發(fā)生率為4％。

實(shí)施例4～6

除了將涂布液中的酚醛的比例、以及涂布液的涂布量如表2所示地改變以外，與實(shí)施例1相同地制造了100個(gè)鑄鋼件。與實(shí)施例1相同地測(cè)定了各實(shí)施例的鑄鋼件的切削性、粘砂發(fā)生率和表面缺陷發(fā)生率。實(shí)施例4中，切削性為113，粘砂發(fā)生率為1％，表面缺陷發(fā)生率為4％。實(shí)施例5中，切削性為109，粘砂發(fā)生率為1％，表面缺陷發(fā)生率為3％。實(shí)施例6中，切削性為118，粘砂發(fā)生率為2％，表面缺陷發(fā)生率為2％。

比較例1

除了將型砂中的碳粉的比例設(shè)為4.0質(zhì)量份以外，與實(shí)施例1相同地制造了100個(gè)鑄鋼件。與實(shí)施例1相同地測(cè)定了切削性、粘砂發(fā)生率和表面缺陷發(fā)生率，其結(jié)果是，切削性為100，粘砂發(fā)生率為3％，表面缺陷發(fā)生率為11％。

比較例2

除了將涂布液中的酚醛的比例、以及涂布液的涂布量如表2所示地改變以外，與比較例1相同地制造了100個(gè)鑄鋼件。與實(shí)施例1相同地測(cè)定了切削性、粘砂發(fā)生率和表面缺陷發(fā)生率，其結(jié)果是，切削性為92，粘砂發(fā)生率為1％，表面缺陷發(fā)生率為35％。

比較例3

除了將涂布液中的酚醛的比例、以及涂布液的涂布量如表2所示地改變以外，與實(shí)施例1相同地制造了100個(gè)鑄鋼件。與實(shí)施例1相同地測(cè)定了切削性、粘砂發(fā)生率和表面缺陷發(fā)生率，其結(jié)果是，切削性為72，粘砂發(fā)生率為23％，表面缺陷發(fā)生率為10％?？梢哉J(rèn)為，切削性的惡化是由鑄件表面的粘砂所致。

將實(shí)施例1～6和比較例1～3的濕砂型的制造條件表示于表1中，將涂布于濕砂型上的涂布液的組成、粘度和涂布量、以及覆蓋層的硬度、厚度和碳?xì)埩袅勘硎居诒?中。另外，將實(shí)施例1～6和比較例1～3的鑄鋼件的切削性、粘砂發(fā)生率和表面缺陷發(fā)生率、以及綜合判定以如下所示的三級(jí)評(píng)價(jià)表示于表3中。

切削性(將比較例1設(shè)為100而以相對(duì)值表示。)

◎：120以上。

○：大于100且小于120。

×：100以下。

粘砂發(fā)生率

◎：2％以下。

○：大于2％且小于10％。

×：10％以上。

表面缺陷發(fā)生率

◎：2％以下。

○：大于2％且小于10％。

×：10％以上。

綜合判定

◎：切削性、粘砂發(fā)生率和表面缺陷發(fā)生率的評(píng)價(jià)全都為◎時(shí)。

○：切削性、粘砂發(fā)生率和表面缺陷發(fā)生率的任意一個(gè)評(píng)價(jià)為○時(shí)。

×：切削性、粘砂發(fā)生率和表面缺陷發(fā)生率的任意一個(gè)評(píng)價(jià)為×?xí)r。

[表1]

注：(1)成型了的上模具和下模具的凹部(未形成覆蓋層)的平均硬度。

[表2]

注：(1)凹部的表面硬度。

(2)酚醛。

(3)通過(guò)第一和第二固化工序進(jìn)行熱固性樹(shù)脂的加熱固化，第一固化工序后的凹部表面硬度為36。

[表3]

實(shí)施例1～6中，通過(guò)如上所述地調(diào)整濕砂型中所含的碳成分的比例、覆蓋層的表面硬度，可以得到如表3所示切削性為優(yōu)異的○或◎判定、粘砂和表面缺陷的發(fā)生被抑制為○或◎判定的鑄鋼件。另一方面，濕砂型中所含的碳成分的比例、覆蓋層的表面硬度脫離本發(fā)明所規(guī)定的范圍的比較例1～3中，切削性、粘砂和表面缺陷的任意一項(xiàng)、或全部為×判定。

符號(hào)的說(shuō)明

1：濕砂型，1a：上模具，1b：下模具，1c：制品型腔，1d：橫澆道，1e：分型面，1f：覆蓋層，1g-1、1g-2：凹部，1i：空隙，1j：砂，1k：涂布液，1L：半固化層，M：熔液。