金属鏡の鋳造 #1 石膏型を用いた鋳造金属鏡の鋳造 #2 砂型を用いた鋳造金属鏡の鋳造 #3 鋳造の探求金属鏡の鋳造 #4 高錫青銅の鋳造 に引き続き、金属鏡の鋳造をやっていきます。 #4 で鋳造技術が確立したと判断し、今回から色々な錫の割合で割合で金属鏡を作っていきます。

電気炉のるつぼ

#34:錫 25.5%青銅の鋳造

ハーシェルの40フィート望遠鏡を意図して錫 25.5%で鋳造しました。 #10 で石膏型でほぼ同じ錫の割合で鋳造していますが #15 で調べたように今回はよりハーシェルの割合により近づけて錫 25.5%で鋳造することにしました。

まず錫 37.7%青銅376 gと純銅192 gの湯口と銅36 g、錫16 gを合わせて620 gの錫 25.5%の青銅のインゴットを作りました。 温度は特に断りのない限り以降すべて放射温度計の値としました。

次にこれまでと同じように砂型を作って鋳込みました。 錫 25.5%青銅の融点は800℃程度なので電気炉の設定温度は830℃としました。

1時間程度冷却して砂型を壊しました。 少し裏面に「外びけ」が生じてしまいましたが概ね成功です。

この後湯口を金ノコで切断しようとしたところ非常に硬くて大変でした。 そういえば #10 で非常に硬かったのを思い出しました。 錫 25.5%青銅、ほとんどステンレスのような硬さです。

錫 25.5%青銅の鋳造 錫 25.5%青銅の鋳造

ページの先頭に 戻る

#35:錫 18.0%青銅の鋳造

次に思いきって錫の割合を18%と少なくしてどのような色・反射率が得られるか実験することにしました。 今回もまず錫 18.0%の青銅のインゴットを作りました。 色々な錫の割合の青銅を混ぜて目的の割合の青銅を得るため Excel の計算シートを用意しました。

錫 18.0%青銅の鋳造

これまでと同じような砂型を作り鋳込みました。 錫 18.0%青銅の融点は900℃程度なので電気炉の設定温度は930℃としました。

錫 18.0%青銅の鋳造 錫 18.0%青銅の鋳造

1時間程度冷却して砂型を壊しました。 目立った欠陥は見当たりません。 今回も成功です。

湯口の切断では軟鉄か真鍮を切断するような硬さで、粘ることもなければ脆くもなく、加工性は良いように感じました。 一方で「割れない」ので最後までノコを入れないと切断できず、これはこれで大変でした。 錫 18.0%だとガラス質な金属間化合物と言うよりも金属のような感触でした。

ページの先頭に 戻る

#36:錫 22.2%青銅の鋳造 #2

さらにニュートンの反射望遠鏡を意図して錫 22.2%で鋳造しました。 #17 でも一度鋳造していますがピンホールの問題を解消するため再度鋳造することにしました。 今回もまず錫 22.2%でインゴットを鋳造しました。

錫 22.2%青銅の鋳造

次にこれまでと同じような砂型を作り鋳込みました。 錫 22.2%青銅の融点は850℃程度なので電気炉の設定温度は880℃としました。

錫 22.2%青銅の鋳造 錫 22.2%青銅の鋳造

1時間程度冷却して砂型を壊しました。 今回も特に目立った欠陥は見当たりません。 成功です。

湯口の切断では加工性は金属とガラスの中間のような感触でした。 ある程度までは金属のようにノコで綺麗に切断できたのですが、最後のあたりはポキッと折れてしまいしました。 錫 22.2%だとガラスのように脆い感触もありつつ、金属のように切削できる加工性もまだあり、不思議な感覚でした。

ここで湯口(揚がり、押し湯)の「ひけ」を比較しました。 写真左から錫 18.0%22.2%25.5% です。 錫 18.0%ではほとんど「ひけ」は認められませんが22.2%では僅かに「ひけ」が生じています。 さらに25.5%になると「ひけ」は数mmの凹みとなって現れています。 錫の割合が多くと鋳造時の収縮も大きくなるような傾向があるようです。

湯口の比較

ページの先頭に 戻る

#37:るつぼの消耗

「るつぼ」が消耗してきました。 全体的に少し痩せてきたのと電気炉に載る部分がちびてきて据わりが悪くなってきました。 これまでの使用回数は23回。 重量も新品のるつぼ405 gに対して使用済みのものは224 gしかありませんでした。 比較してみると一目瞭然。 そろそろ寿命と判断して交換することにしました。

電気炉のるつぼ 電気炉のるつぼ 電気炉のるつぼ

ページの先頭に 戻る

#38:錫 29.4%青銅の鋳造 #2

今回はハーシェルの7フィート望遠鏡、大20フィート望遠鏡を意図して錫 29.4%で鋳造です。 #18 でも一度鋳造していますがピンホールの問題を解消するため再度鋳造することにしました。

まず錫 29.4%の青銅のインゴットを作りました。 合計で625 g溶かしました。

錫 29.4%青銅の鋳造

型枠に流し込んだ後に数分して固まったところを見計らって型枠から出し、トングで掴んでバケツに入れた水に入れて急冷しました。 すると今回は水中で一部が欠けてしまいました。 さらにバケツから取り出した後、トングで掴んでいると空中で砕け散りました。 温度は常温で問題ありませんでしたが砕け散った青銅の塊が脚に当たって痛かったです。 今まで何度も水冷は行ってきましたが砕けたのは今回が初めてです。 今回は冷却が早すぎたのが原因だと思います。 大事には至りませんでしたがかなり危ない状況でした。 これは大反省です。

錫 29.4%青銅の鋳造 錫 29.4%青銅の鋳造

砕け散った錫 29.4%青銅は結局377 g回収することが出来ました。 これに他の材料も加えて溶解し、今回二度目のインゴット鋳造を行いました。 今回は600 g溶かすことにしました。

今回は型枠に流し込んだ後も水冷せず空冷で自然冷却としました。

錫 29.4%青銅の鋳造

これまでと同様、砂型を作り、鋳込みました。 錫 29.4%青銅の融点は770℃程度なので電気炉の設定温度は800℃としました。

1時間程度冷却して砂型を壊しました。 裏面に僅かに「外びけ」が生じていますが、概ね成功と言えるでしょう。 今回はこれで満足です。

錫 29.4%青銅の鋳造

反省点

ページの先頭に 戻る

#39:錫 30.0%青銅の鋳造

#15 で調べたようにロス卿の作った(口径)6フィート望遠鏡の組成は錫 31.8%と思われます。 一方で文献によっては錫 30.0%ともあります。 そこで今回は錫 30.0%で鋳造することにしました。

まず錫 30.0%の青銅のインゴットを作ります。 今回も600 g溶かすことにしました。

今回の砂型では中央部の上下に「冷し金」を埋め込みました。 これは文献を当たったところロス卿もどうも「冷し金」を入れて鋳込んでいたためです。 錫 30.0%青銅の融点は760℃程度なので電気炉の設定温度は790℃としました。

錫 30.0%青銅の鋳造 錫 30.0%青銅の鋳造

1時間程度冷却し、砂型を壊しました。 裏面には「冷し金」と円周の間にドーナツ状の「外びけ」が生じてしまいました。 一方で表面側は問題なく、概ね成功と言えそうです。

錫 30.0%青銅の鋳造

ページの先頭に 戻る

#40:研削について #3

#21, #22, #23 で研削を楽に早く行うための自作のツールを作りましたが、220番以降の研削からは手作業のため依然として重労働です。 そこで市販のベルトサンダーを購入して1000番研磨ぐらいまでを電動で行えないか試してみることにしました。

ベルトサンダー ベルトサンダー ベルトサンダー

やってみたところ、一見上手くいくのですが、どうやっても平面が得られません。 色々と試しましたがどうやっても僅かに凸面になるようで、中央が高く周辺ばかり削れてしまいます。 順に番手を上げて1000番で研削するとかなり綺麗になるのですが、この凸面を平面に戻すためには手研削で80番まで戻らないとダメでした。

色々と試行錯誤した結果、一箇所で削るよりベルトサンダーの色々な場所に鏡を動かして削る方が平面が得られやすいこと、 手研削でないと平面は得られないためベルトサンダーでは80番の研削で十分なことが判りました。

私の場合、ベルトサンダーではどうやっても平面は得られませんでしたが、早く楽に荒研削ができることは事実です。 ディスクグラインダーで削るよりも無理な力は加わらないようで割れやすい「金属間化合物」も安心して加工できます。

というわけでベルトサンダーを入手して以降、まずベルトサンダーで80番で荒削りし、その後手研削で80番(場合によっては60番)から順に番手を上げて仕上げることにしました。

ページの先頭に 戻る

#41:錫 31.8%青銅の鋳造

今回は #15 で調べたロス卿の(口径)6フィート望遠鏡の組成、錫 31.8%で鋳造します。 まず錫 31.8%の青銅のインゴットを作ります。 今回は612 g溶かすことにしました。

ちなみに今回の鋳造では #29 で作った錫 37.7%青銅を鋳つぶして材料にしました。 鋳つぶした錫 37.7%青銅ですが裏面の中央に出来ていたクラックは割ってみると結構深く驚きました。

割ってみた錫 37.7%青銅 割ってみた錫 37.7%青銅

今回の砂型では下面(鏡面側)のみに全体を覆う「冷し金」を埋め込みました。 #39 でも書きましたが文献によるとロス卿も「冷し金」を当てて鋳込んでいたようです。 錫 31.8%青銅の融点は750℃程度なので電気炉の設定温度は780℃としました。

錫 35.1%青銅の鋳造 錫 35.1%青銅の鋳造

1時間程度冷却して砂型を壊しました。 脆く、砂型から取りしてワイヤーブラシで砂を落とす際に不注意で「湯口」部分を折ってしまい、製品に欠けが生じてしまいました。 しかし鏡面側はうまく出来ており、一応はうまく行ったと判断しました。

ただし後にグラインダー研削中に 割れて しまいました。 これは失敗でした

ページの先頭に 戻る

#42:錫 32.6%青銅の鋳造

#25 にまとめたように銅 Cu と錫 Sn の合金のδ相は金属間化合物で Cu31Sn8 という組成のようで、この組成が最も金属鏡に適しているようです。 そこで Cu31Sn8 を狙って錫 32.6%で鋳造することにしました。 まず錫 32.6%の青銅のインゴットを作ります。 今回は601 g溶かすことにしました。

今回の砂型も下面(鏡面側)のみに全体を覆う「冷し金」を埋め込みました。 錫 32.6%青銅の融点も750℃程度なので電気炉の設定温度は780℃としました。

1時間程度冷却し砂型を壊しました。 これも非常に脆く、砂型から出すときに片側の堰が割れており、反対側は金ノコで切断する際に折れてしまい、今回も製品に食い込むように欠けが生じてしまいました。 さらに側面の「クラック」が表面まで成長しており、これは研削・研磨してもダメだと思われます。 今回は失敗でした。

ページの先頭に 戻る

#43:錫 33.4%青銅の鋳造 #2

本日3回目、国友一貫斎の金属鏡を意図して錫 33.4%で鋳造します。 #14 でも一度鋳造していますがピンホールの問題を解消するため再度鋳造することにしました。 まず錫 33.4%の青銅のインゴットを作ります。 今回は601 g溶かすことにしました。

今回の砂型も下面(鏡面側)のみに全体を覆う「冷し金」を埋め込みました。 錫 33.4%青銅の融点も750℃程度なので電気炉の設定温度は780℃としました。

1時間程度冷却し砂型を壊しました。 これも非常に脆く、砂型から出すときに両側とも割れてしまいました。 が、今回は製品には食い込まず良い具合に折れてくれました。 鏡面側もうまく出来ました。 しかしやはり側面の「クラック」が表面にまで僅かに達していました。 これは失敗でした。

ページの先頭に 戻る

#44:錫 35.1%青銅の鋳造

本日4回目、だいぶ疲れましたが充実した一日です。 今回は国友一貫斎の金属鏡を意図して錫 35.1%で鋳造します。 まず錫 35.1%の青銅のインゴットを作ります。 今回は604 g溶かすことにしました。

ちなみに今回の鋳造では #14 で作った錫 33.4%青銅を鋳潰して材料にしました。 裏面の中央の鋳巣は深いものの意外と表面側はしっかり鋳造出来ていました。

割ってみた錫 33.4%青銅

今回の砂型も下面(鏡面側)のみに全体を覆う「冷し金」を埋め込みました。 錫 35.1%青銅の融点も750℃程度なので電気炉の設定温度は780℃としました。 今回は作業開始が遅く、夜になってしまいました。 日中の作業では判らなかったのですが夜だと高温の金属が赤く光っていて、美しいと感じました。

錫 35.1%青銅の鋳造 錫 35.1%青銅の鋳造 錫 35.1%青銅の鋳造

1時間程度冷却して砂型を壊しました。 これも非常に脆く、砂型から出すときに片側の「堰」は割れており、反対側もしばらくすると折れてしまい、製品に食い込むように欠けが生じてしまいました。 ただ今回も鏡面側はうまく出来ており、これは成功と言えそうです。

しかし後に研削中に「クラック」「内引け」が見つかってしまい、これは失敗でした。

ページの先頭に 戻る

#45:錫 38.2%青銅の鋳造

昨日に続き今日もひたすら鋳造です。 #25 で調べたように銅 Cu と錫 Sn の合金のε相は金属間化合物で Cu3Sn という組成のようです。 そこで Cu3Sn を狙って錫 38.2%で鋳造することにしました。 まず錫 38.2%の青銅のインゴットを作ります。 今回は608 g溶かすことにしました。

今回の砂型では下面(鏡面側)の全体を覆う「冷し金」に加えて上面(裏面側)の中央にも冷やし金を当てました。 錫 38.2%青銅の融点は740℃程度なので電気炉の設定温度は770℃としました。

錫 38.2%青銅の鋳造

1時間程度冷却して砂型を壊しました。 これも非常に脆いものの、湯口は繋がった状態で取り出せました。 金ノコで切断中にポキッと折れました。 鏡面側もうまく出来ており、これは成功です。

ここで錫 38.2%青銅、よく見るとこれまで鋳造してきた金属鏡の中で最も「青っぽい」色をしています。 これは研磨後にきちんと検証したいと思います。

ページの先頭に 戻る

#46:錫 40.0%青銅の鋳造

ε層を超えて錫の割合を増やした高錫青銅はどんなものか、錫 40.0%で鋳造して確かめることにしました。 まず錫 40.0%の青銅のインゴットを作ります。 今回は602 g溶かすことにしました。

錫 40.0%青銅の鋳造

今回の砂型でも下面(鏡面側)の全体を覆う「冷し金」に加えて上面(裏面側)の中央にも冷やし金を当てました。 錫 40.0%青銅の融点は730℃程度なので電気炉の設定温度は760℃としました。

1時間程度冷却した後砂型を壊しました。 これも非常に脆く、砂型から出すときに両側の「堰」が折れてしまいました。 が、今回は運良く製品には食い込みませんでした。 今回も鏡面側はうまく出来ており、これも成功と判断しました。

錫 40.0%青銅、他の青銅と比べて少しザラザラした手触りです。 少し硬いのでしょうか。 研削するとサクサク削れる感触です。 表面張力も大きいのか、収縮のため「揚がり」で5 mm程度の湯面の低下は生じたものの陥没やクラックは生じませんでした。

ページの先頭に 戻る

#47:金属鏡の「割れ」

錫 31.8%青銅はグラインダー研削中に割れてしまいました。 断面を見ると綺麗に割れていました。 さらに鋳つぶして材料にしようと大きい塊を2つに割ろうと金槌で叩いたところ裂けるように砕けてしまいました。 このような砕け方は他の青銅では見られず、初めての経験です。 「金属間化合物」というのはこういったものなのでしょうか。

金属鏡の「割れ」 金属鏡の「割れ」 金属鏡の「割れ」

ちなみに錫 32.6%青銅を鋳潰すために割ったときも以下のように綺麗に割れました。 これも他の割合の青銅だとこんなに綺麗に割れないため、新鮮に感じました。

金属鏡の「割れ」

ページの先頭に 戻る

#48:錫 35.1%青銅の鋳造 #2

#44 で作った錫 35.1%青銅はグラインダー研削中に表面側に大きな「クラック」「内引け」があったため鋳直すことにしました。 まず錫 35.1%の青銅のインゴットを作ります。 今回は601 g溶かすことにしました。

錫 35.1%青銅のクラック

今回の砂型では下面(鏡面側)の全体を覆う「冷し金」に加えて上面(裏面側)の中央にも冷やし金を当てました。 錫 35.1%青銅の融点は740℃程度なので電気炉の設定温度は770℃としました。

1時間程度冷却した後砂型を壊しました。 「揚がり」は10 mm近く陥没し、収縮も大きいです。 が、今回はうまくいきました。 研削してみたところも問題なさそうです。

ページの先頭に 戻る

#49:錫 33.4%青銅の鋳造 #3

#43 で作った錫 33.4%青銅は側面に「クラック」があり表面までつながっているようなので鋳直すことにしました。 錫 33.4%青銅は #14 でも作っているのでこれが3回目の鋳造です。

まず錫 33.4%の青銅のインゴットを作ります。 今回は605 g溶かしました。

今回の砂型では下面(鏡面側)の全体を覆う「冷し金」に加えて上面(裏面側)の中央にも冷やし金を当てました。 錫 33.4%青銅の融点も750℃程度なので電気炉の設定温度は780℃としました。

1時間程度冷却して砂型を壊しました。 しかし今回は砂型を開けた時点で鏡が割れていました。 断面は綺麗に2つに割れており、滑らかな感じです。 「堰」から割れているようなので「押し湯」が大きすぎたのが原因かもしれません。 また注湯時の温度も高温すぎたかもしれません。 いずれにしてもこれは失敗、鋳つぶしてインゴットにしてこの日の作業は終了としました。

割れた錫 33.4%青銅 割れた錫 33.4%青銅

ページの先頭に 戻る

#50:錫 33.4%青銅の鋳造 #4

#49 で作った錫 33.4%青銅は砂型から取り出す時点で割れていました。 そこで4回目の鋳造です。 今回は「押し湯」を小さくし、また「冷し金」も下面(鏡面側)のみ全体を覆うものを当てました。 電気炉の設定温度は780℃としました。

今回は少し長め、1時間30分程度冷却してから砂型を壊しました。 今回は割れておらず、大丈夫そうです。 しかし取り出してワイヤーブラシで表面の砂を落としていると二つに割れてしまいました。 今回も失敗です。 今回のやり方では錫 33.4%青銅はダメなようです。

割れた錫 33.4%青銅 割れた錫 33.4%青銅

しっかり原因を考える必要がありそうです。

ページの先頭に 戻る