[发明专利]铸铁铸件的缩孔的预测及防止方法

说明书

技术领域

本发明涉及铸铁铸件的缩孔的预测及防止方法。

背景技术

关于缩孔的预测，从很早以前就提出过各种方法。作为有代表性的方法，有俄罗斯的齐波里诺夫提出的利用将铸件的体积除以表面积得到的值、即模数进行评价的方法、新山提出的利用将温度梯度G除以冷却速度的平方根得到的值进行评价的方法等。

但是，上述缩孔预测方法，对于未伴有因石墨的生成而产生的膨胀的铸钢和有色金属等能够成为有效的手段，但对于伴有石墨生成的铸铁未必是有效的手段。

因此，作为球墨铸铁的发生缩孔的判定方法，吉田等人提出了专利文献1的技术方案。该方法是如下的方法：即测定铸件内部和表面的共晶凝固时间，并由该共晶凝固时间的重叠程度、即重合度判断缩孔的有无。此外，在专利文献2中，提出了由石墨的粒数和石墨半径求出固相率，并用于缩孔的判定的方法。

上述吉田等人的判定方法，在判定球墨铸铁的缩孔倾向时一定程度上是有益的，但难以利用这些方法进行缩孔的预测。这是因为，在这些方法中，铸件越大越容易发生缩孔，这与本发明人发现的在铸型强度足够高的情况下，缩孔和产品的大小无关这一事实是相反的。

通常，作为缩孔的预测方法，使用基于凝固模拟的“热节法”。该方法是着眼于如下现象的方法：在凝固过程中在铸件内部形成与其它部分隔绝的熔融金属的岛、即温度等温线或凝固线封闭的环(周围由凝固的金属包围的未凝固金属的岛，称为“热节”)后，熔融金属则无法向未凝固金属部补给，因而在该部分容易发生缩孔。对于未伴有因石墨的析出而产生的膨胀的铸钢和有色金属而言，在该“热节”部发生缩孔的概率非常高，因而“热节法”作为精度高的判定方法得以广泛应用。但是，对于伴有因石墨的析出而产生的膨胀的铸铁而言，不能说因为形成了“热节”，则该部分必然产生缩孔。

专利文献1：日本特开平10-296385号公报

专利文献2：日本特开平5-96343号公报

作为缩孔的防止方法，有冒口和冷铁等。关于冒口，一般计算产品的模数，设置模数大于产品的模数的冒口。因此，冒口的尺寸和产品的尺寸为同等的程度，有工艺出品率极端变差的问题。而且，由于铸铁与铸钢相比不容易发生缩孔，所以若减少冒口的量则会发生缩孔，结果是很多情况下如果不和铸钢设置相同的冒口则会发生缩孔。关于利用冷铁防止缩孔的方法，虽然通过设置冷铁，能够使缩孔的位置发生移动，但不能消除缩孔。这是由于，因铸铁的缩孔发生机理很复杂，尚未充分弄清楚。

如现有技术中所述的那样，虽然提出了各种缩孔预测方法，但目前的现状是，至今仍未确立一种与铸铁的特性相符的高精度的缩孔预测方法。而且，即使能够进行缩孔的预测，仍未提出一种用于防止缩孔的有效的与铸铁的特性相符的防止方法。

发明内容

本发明提供一种手段，对各种形状的铸件或铸件的各部分，高精度地预测有无缩孔发生，对预测到将发生缩孔的铸件或铸件的各部分，改变铸造方案或产品形状，以得到健全的铸件。

本发明人对大小、材质或形状不同的各种铸件产品，进行了有无缩孔发生和凝固模拟及温度测定等各种实验，对哪种形状的铸件产品会产生缩孔进行了深入研究。用长方体的块的例子来说明该手段，发现了在将长方体的较长的两个边的合计值除以剩余的短边的长度得到的值(在此称为“形状系数”)为某数值以下的情况下，与铸件的大小无关而不会发生缩孔的现象。发现了在此所说的某数值，在不包含Cr或Mo等助长缩孔的元素的通常的球墨铸铁中约为8。还发现了随着Cr或Mo增加，该值变化的现象。

此外，发现了在非长方体块的形状的铸件产品的情况下，也可以将形状近似地看作长方体。例如在球状产品的情况下，看作球所内接的一个边和球的直径相等的长方体即可，在圆柱形状的产品的情况下，看作两个边和圆的直径相等的长方体即可。在内部形成有孔的圆环状的圆柱的情况下，看作将圆柱展开得到的长方体即可。发现了对各种形状组合得到的产品，将该产品的各部分分割考虑即可。

如上所述，发现了虽然仅由产品形状就能够判定缩孔的有无，但通过进行凝固分析等，在由铸件产品凝固时的温度分布或凝固时间分布得到的凝固分布图中，求出闭塞的各椭圆环的形状系数，确认该值是否为8以下，能够预测在闭塞的各椭圆环中是否发生缩孔。

通过利用这种方法，能够判定在凝固过程中在铸件内部与其它部分隔绝的熔融金属的岛、即作为温度等温线或凝固线封闭的环的“热节”处是否发生缩孔。当然，可以作为椭圆球求出形状系数，但也可以将闭塞的橄榄球状的椭圆球近似为长方体来求出形状系数。