2023 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of thermal oxidative decomposition of foamed pattern in evaporatibe pattern casting and verification by in-situ observation of molten metal flow
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21K04742
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| Research Institution | Kansai University |
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Principal Investigator |
丸山 徹 関西大学, 化学生命工学部, 教授 (80330174)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | スチレン / 鋳鉄 / 熱分解 / 湯流れ / 発泡ポリマ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
消失模型鋳造法は、鋳物製造における環境負荷や製品軽量化などの利点を有することから本法による製造技術の向上に期待されている。本研究では、従前から考慮されているポリマの解重合に加えて燃焼・爆発を考慮した湯流れ試験により欠陥発生のメカニズムを明らかにすることを目的とした。
令和５年度は模型内ガス置換に要する時間が比較的短い窒素ガスを用いて模型内ガス置換を行った。その模型を用いて鋳鉄の鋳造実験を行い、模型分解速度と湯流れ速度に及ぼす模型内ガス置換条件の影響を検討した。 その結果、模型内ガス置換における減圧時間と窒素ガス雰囲気保持時間の増加に伴い、鋳造時の模型分解時間は小さくなる傾向が明らかとなった。また、湯流れ中の熱分解ガス層厚さは、減圧時間が長くなると大きくなることが明らかになった。
研究期間全体を通じて行った実験結果より、発泡模型内のガス置換に関する知見とその模型を用いた鋳造時の模型分解・湯流れ挙動について知見が得られた。
発泡ポリスチレン模型内を不活性ガスに置換するためには、発泡模型を差圧にして約－0.1MPaの減圧雰囲気で保持した後、不活性ガス雰囲気で保持することが有効であるが、ガス置換に要する時間はアルゴンよりも窒素ガスの方が短い傾向にあることが明らかとなった。減圧雰囲気における模型重量の経時変化より、発泡模型のセル境界のポリスチレン膜からのガス透過によって発泡模型内の気体（空気）が系外に排出されると考えられた。同様に不活性ガス雰囲気におけるガス置換でもガス透過による物質移動であることが考えられ、ガス置換の駆動力は模型内外の差圧であることが示唆された。
発泡模型内ガスを不活性ガスで置換した模型を用いた鋳鉄の鋳造では、模型の分解速度の増加が速くなる場合と遅くなる場合が認められ、鋳型内の空洞中の空気との混合の影響が示唆された。
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