304 & 316 ステンレス鋼およびシリカゾルプロセスに関するインベストメント鋳造の知識
インベストメント鋳造の分野では、304 ステンレス鋼と 316 ステンレス鋼は、優れた耐食性、良好な機械的特性、全体的な費用対効果の高さにより、最も広く使用されているオーステナイト系ステンレス鋼の 1 つです。-これらは通常、インベストメント鋳造におけるシリカ ゾル シェル-構築プロセスを介して、複雑な形状で滑らかな表面の精密鋳造品を製造するために使用され、化学ポンプ バルブ、食品機械、医療機器、建築ハードウェアなどに用途が見出されています。
I. 304 および 316 ステンレス鋼の鋳造特性
304 と 316 は両方とも優れた耐食性で知られていますが、その組成の違いは鋳造性能と最終用途に直接影響します。
· 304 ステンレス鋼: その典型的な組成は、C 0.08% 以下、Cr 18-20%、Ni 8-10.5% です。これはベンチマークとなる「エントリーレベル」のステンレス鋼であり、優れた耐食性 (大気、淡水、およびほとんどの有機酸に対する) と鋳造性を備えています。鋳造時の凝固温度範囲が比較的広いため、「どろどろ凝固」する傾向があり、樹枝状収縮気孔が発生しやすくなります。その結果、プロセス設計に対してより高い要求が課せられます。
· 316 ステンレス鋼: 304 へのアップグレードとしての最も重要な違いは、2 ～ 3% のモリブデン (Mo) が添加されていることです。この元素は、塩化物環境 (海水、塩水など) における孔食や隙間腐食に対する耐性を大幅に高めます。その典型的な組成は、C 0.08% 以下、Cr 16 ～ 18%、Ni 10 ～ 14%、Mo 2 ～ 3% です。モリブデンを添加すると溶融粘度がわずかに増加し、鋳造中のミクロ偏析が悪化する可能性があります。ただし、優れた耐食性により、過酷な環境での好ましい選択肢となります。
鋳造に関する一般的な課題とその対策:
1. 酸化とスラグ介在物: 溶融鋼中のクロムは容易に酸化して Cr₂O₃ 膜を形成し、鋳物内にスラグ介在物として閉じ込められる可能性があります。対策には、急速溶解、アルゴン保護、ゲート システム設計への効果的なスラグ トラップの組み込みなどが含まれます。
2. 高温引裂の傾向: オーステナイト系ステンレス鋼は熱伝導率が低く、線収縮が大きいため、厚い部分と薄い部分の間の接合部またはホット スポットで高温の引裂が発生しやすくなります。これには、合理的なゲートとライザーの設計と、熱応力を軽減するための制御された冷却速度が必要です。
3. 収縮気孔率：凝固温度範囲が広いため、供給が困難です。方向性凝固の原理を遵守し、チルまたは断熱ライザーを使用して鋳物の最も遠い点からライザーに向かって金属凝固を順次誘導し、開いた供給チャネルを確保することが重要です。
II.シリカ ゾル シェル-構築プロセス: 精密な表面を実現する鍵
シリカゾルプロセスは、現在、高品質の 304/316 ステンレス鋼鋳物を製造するための最も主流の鋳型製造方法です。{0}{1}{1}その核心は、高い強度、安定性、複製精度を備えたセラミック シェルを構築することにあります。
詳細なプロセス フロー:
1. パターンの組み立て:
・最終部品形状と同じワックスパターンをアルミ金型を用いて射出成形。
· これらのパターンは中央のワックス ゲート システム (注ぐカップ、スプルー、ランナー) 上に組み立てられ、バッチ生産のための「クラスター」または「ツリー」を形成します。
2. 一次（表面）コートスタッコ塗装（最も重要なステップ）：
· シリカ ゾル: 結合剤として使用され、ナノサイズの SiO₂ 粒子を水または溶媒に溶かしたコロイド状の懸濁液です。-毒性がなく、環境に優しいことで知られています。
· 耐火材料: プライマリコートには通常、非常に細かいジルコン粉 (ZrSiO₄) またはアルミナ粉 (Al₂O₃) が使用されます。これらは高耐火性、低熱膨張を実現し、非常に滑らかな鋳造表面を再現します。
· 操作: クラスターを準備されたシリカ ゾル-ジルコン粉スラリーに浸し、完全にカバーされるようにします。余分なスラリーを排出した後、すぐにスタッコ塗装が行われます。通常、プライマリ コートは粒子の細かいジルコン砂または溶融シリカ砂でスタッコ加工され、コーティングを強化し、細かい表面テクスチャを実現します。-
3. 乾燥と硬化:
・シリカゾルの硬化は物理的な乾燥プロセスです。制御された環境 (例: 温度 23±2 度、湿度 40-60%) では、水はコーティングからゆっくりと均一に蒸発します。水が蒸発すると、ナノ-SiO₂粒子が接近し、シラノール基（-SiOH）の縮合によって強力なシロキサン（Si-O-Si）ネットワークを形成し、それによって耐火骨材をしっかりと結合します。プライマリコートは、亀裂のない完全な硬化を保証するために、十分に長い乾燥時間 (通常は数時間) を必要とします。
4. バックアップ-スタッコ塗装:
・下塗りが完全に硬化した後、浸漬とスタッコ塗装を繰り返します。バックアップコートでは引き続きバインダーとしてシリカゾルが使用されていますが、ムライトやシャモットの小麦粉や砂など、よりコスト効率の高い耐火物に切り替えられています。-砂粒度別
