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 高錫青銅の鋳造金属鏡の鋳造 #5 様々な組成の金属鏡 に引き続き、金属鏡の鋳造をやっていきます。 #5 では錫 33.4%青銅で立て続けに失敗しました。 錫 33.4%は「金属間化合物」でこの比率だとどうも割れやすいようです。 そこで #6 では「金属間化合物」でも鋳造できるよう、その方法を探っていくことにします。

研削中に割れた金属鏡

#51:錫 33.4%青銅の鋳造 #5

#48, #49 と立て続けに失敗した錫 33.4%青銅に今回も挑戦です。 一週間考えたところ失敗の原因として以下2つを考えました。

そこでまずは「冷し金」無しでの鋳造で試してみます。 まず錫 33.4%の青銅のインゴットを作ります。 今回は602 g作りました。 今回も温度は特に断りのない限りすべて放射温度計の値としました。

錫 33.4%青銅の鋳造 錫 33.4%青銅の鋳造 錫 33.4%青銅の鋳造

前述の通り今回の砂型では「冷し金」は入れずに作りました。 錫 33.4%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。 「押し湯」はこれまでよりも大きく、「堰」は短く幅広く作ることで「引け巣」対策としました。

錫 33.4%青銅の鋳造 錫 33.4%青銅の鋳造 錫 33.4%青銅の鋳造 錫 33.4%青銅の鋳造 錫 33.4%青銅の鋳造

昼食を挟んで約2時間程度冷却し、砂型を壊しました。 今回は上手くいったようです。

錫 33.4%青銅の鋳造 錫 33.4%青銅の鋳造 錫 33.4%青銅の鋳造

#48, #49 で鋳造した錫 33.4%青銅は脆く砂型の中で既に割れていたのですが今回は割れておらず、また取り出しても十分な強度がありました。 今回のような高錫青銅の場合、錫の割合よりも熱処理が重要なのだと思いました。 今回は冷やし金を入れていないため比較的ゆっくりと冷却が進み、その為に割れにくく鋳造出来たように思います。

一方「押し湯」には深い穴が開いていました。 鋳造欠陥が「押し湯」に出来たのは狙い通りで、これは成功です。 ノギスで深さを測ったところ約40 mmありました。

錫 33.4%青銅の鋳造

しかしベルトサンダー研削中にうっすらとクラックが入ってしまいました。 今回も失敗です。

研削中に割れた金属鏡

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#52:錫 32.6%青銅の鋳造 #2

#42 で鋳造した錫 32.6%青銅は側面のクラックが表面にも回り込んだため作り直すことにしました。 #51 と同様に「冷し金」無し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602 g作りました。 「るつぼ」がだいぶ消耗してきたので今回から新しいもの(3個目)に交換しました。

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。

錫 32.6%青銅の鋳造 錫 32.6%青銅の鋳造 錫 32.6%青銅の鋳造

今回は慌てて注ぎすぎてだいぶ湯をこぼしてしまい、木枠を焦がしてしまったり、下のバットに垂らしてしまいました。 「湯口」は少し太くした方が良さそうです。

約1時間程度冷却して砂型を壊しました。 今回も上手くいったようです。

錫 32.6%青銅の鋳造 錫 32.6%青銅の鋳造 錫 32.6%青銅の鋳造

しかし今回もベルトサンダー研削中にクラックが入ってしまいました。 今回も失敗です。

研削中に割れた金属鏡

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#53:錫 31.8%青銅の鋳造 #2

#41 で鋳造した錫 31.8%青銅は側面のクラックが表面にも回り込んだため作り直すことにしました。 #51#52 と同様に「冷し金」無しで鋳造することにしました。 まず錫 31.8%の青銅のインゴットを作ります。 今回は604 g作りました。

錫 31.8%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 31.8%青銅の鋳造 錫 31.8%青銅の鋳造 錫 31.8%青銅の鋳造

約1時間程度冷却して砂型を壊しました。 今回は上手くいったようです。

錫 31.8%青銅の鋳造 錫 31.8%青銅の鋳造 錫 31.8%青銅の鋳造 錫 31.8%青銅の鋳造

「堰」を金ノコで切断しようとすると錫 33.4%や32.6%と違って非常に硬くなかなか進みませんでした。 意外な性質に驚きました。 今回は研削中もクラックが入ることなく上手く出来ています。

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#54:金属鏡の「割れ」 #2

#51 で作った錫 33.4%青銅、#52 で作った錫 32.6%青銅ですがベルトサンダーで研削中にクラックが入ってしまいました。 一方で同様に研削した錫 31.8%青銅 では問題なく削れました。 研削した感触では錫 31.8%青銅は錫 32.6%や錫 33.4%と明らかに硬さや脆さが違いました。 「金属間化合物」「δ相」は錫 33%前後と言うことなのだと思います。 非常に脆く、鋳造が難しいです。

これらの鋳造では「冷し金」を無くして「押し湯」を大きくとり、「堰」を短く幅広く作りました。 砂型から取り出した感じでは十分な硬さがありましたが、しかし研削には耐えなかったようです。

研削中に割れた金属鏡 研削中に割れた金属鏡 研削中に割れた金属鏡 研削中に割れた金属鏡

何が原因か。 考えられる2つめの原因は「不純物の多さ」。 これまで何回も鋳造を繰り返した後の材料で作ったため不純物が多くなりすぎ、それを原因として割れ・クラックが生じたと考えられます。

また第3の可能性としては鋳造時の「残留応力」。 研削といった外力を加えることで簡単に割れてしまった可能性が考えられます。

そこで第2の可能性「不純物の多さ」を探るため、新しい材料で錫 33.4%青銅を鋳込むことにしました。 銅 400g、錫 200gを用意し、インゴットを作りました。 このように新地金だけを配合して溶解することを「更合せ」というようです。

インゴットの鋳造 インゴットの鋳造 インゴットの鋳造

また第3の可能性「残留応力」については焼き鈍し(焼鈍、アニール)で除去できるようです。 #25 に書いた平衡状態図を見る限り、金属間化合物であるδ相は580℃~350℃で生じるようです。 そこで研削加工する前にいったん550℃程度まで製品を加熱してしばらく保温して残留応力を開放することを考えます。 電気炉から「るつぼ」を取り出すとφ60 mmの開口があるので電気炉の中に直接製品を入れて焼き鈍しに使えそうです。

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