焼入れ炉の温度は単一の値ではなく、注意深く制御された多段階サイクルです。この温度スケジュールは、元のパターン（ワックスまたは樹脂）を完全に除去し、ひび割れや反りを引き起こすことなく、投資型を完璧に硬化させるように設計されています。
成功する焼入れは、特定の温度に達することではありません。それは、投資材、パターンタイプ、フラスコサイズに合わせて特別に調整された、制御された加熱速度（ランプ）と保持時間（ソーク）を伴う正確な温度スケジュールを実行することです。
多段階サイクルが不可欠な理由
焼入れサイクルの主な目的は、2つの異なる目標を連続して達成することです。まず、パターン材を溶融・蒸発させる必要があります。次に、溶融金属を受け入れる準備のために、投資型を最大限の強度に硬化させる必要があります。
ステージ1：初期ランプとパターン除去
最初のステージは、低温で大部分のワックスまたは樹脂パターンを除去することに焦点を当てます。炉の温度は、通常1時間あたり100〜150°C（200〜300°F/時）の速度でゆっくりと上昇させます。
この遅いランプにより、パターンが速く膨張して、比較的脆い投資材にひびが入るのを防ぎます。また、閉じ込められた水分が爆発的な力なしに蒸気として逃げることを可能にします。このフェーズでは、通常、150°Cから300°C（300°Fから575°F）の間の温度で数時間保持します。
ステージ2：高温焼入れ
パターンの大部分が除去されたら、温度はより積極的に、はるかに高いピークまで上昇させます。これが真の「焼入れ」フェーズです。
ここでの目標は、金型を通常730°Cから760°C（1350°Fから1400°F）の高温で数時間保持することです。この延長された保持により、パターンからの残留炭素が完全に酸化・除去され、完璧にきれいな金型キャビティが残ります。
ステージ3：鋳造温度への冷却
重要なことに、ピークの焼入れ温度が最終的な鋳造温度になることはほとんどありません。高温保持の後、炉は溶融金属を受け入れるのに最適な温度まで金型を冷却するようにプログラムされます。
この鋳造温度は、使用する金属と部品の複雑さによって決まります。例えば、銀の部品は480°C（900°F）の金型に鋳造されるかもしれませんが、プラチナははるかに高温の金型、おそらく870°C（1600°F）を必要とします。
焼入れスケジュールを決定する主要因
万能の焼入れスケジュールはありません。正しい温度プロファイルは、使用する特定の材料と装置の直接的な関数です。
投資材
すべてのブランドと種類の投資材粉末には、独自の化学組成と熱膨張曲線があります。石膏系投資材（低温金属用）とリン酸塩系投資材（高温合金用）では、必要条件が大きく異なります。出発点として、常に投資材メーカーが提供するスケジュールを使用してください。
パターン材（ワックス対樹脂）
従来の射出ワックスは低温でクリーンに溶けます。しかし、3Dプリントされたフォトレジスト樹脂は挙動が大きく異なります。樹脂は分解する前に大きく膨張する傾向があり、より除去しにくい灰を残す可能性があります。クリーンな焼入れを達成するためには、初期ランプを遅くし、ピーク温度での保持時間を長く、高温にする必要があることがよくあります。
フラスコサイズと炉の積載量
より大きく、より重いフラスコは、均一に加熱されるためにより多くの時間を必要とします。大きなフラスコで速いランプ速度を使用すると、金型の外側と内側の間に大きな温度差が生じ、これがひび割れの主な原因となります。積載量が満杯の場合やフラスコが非常に大きい場合は、ランプ速度を遅くする必要があります。
避けるべき一般的な落とし穴
何がうまくいかなくなるかを理解することは、正しい温度スケジュールがなぜそれほど重要なのかについての洞察を与えてくれます。
加熱が速すぎる
これは金型がひび割れる最も一般的な原因です。パターンの急速な膨張、または水分が蒸気に急速に変化することが、投資材の壁に大きな圧力をかけ、破損を引き起こします。
焼入れ不足
ピーク温度が低すぎるか、保持時間が短すぎると、炭素残留物が金型キャビティ内に残ります。この残留物は、鋳造品の気孔率、表面仕上げの悪さ、汚染の原因となります。
不適切な鋳造温度
鋳造時に金型が冷たすぎると、金属がキャビティを完全に満たす前に凝固し、不完全な部品になる可能性があります。金型が熱すぎると、投資材の破壊、表面の粗さ、最終的な鋳造品のガス気孔率につながる可能性があります。
プロジェクトに最適な選択をする
一貫した高品質の鋳造を実現するには、「焼入れ温度」という単一の考え方から、「焼入れスケジュール」全体の設計へと移行する必要があります。
- 標準的なワックスと市販の投資材での鋳造が主な焦点の場合： 常に投資材メーカーが提供する詳細な焼入れスケジュールから始めてください。これが最も信頼できるガイドです。
- 3Dプリントされた樹脂パターンの鋳造が主な焦点の場合： 樹脂メーカーがクリーンに燃焼するように特別に配合しているため、樹脂メーカーが推奨する焼入れスケジュールを使用してください。
- 欠陥が発生している場合： 金型のひび割れは、初期ランプ速度が速すぎることを示唆しています。気孔率や表面の粗さは、ピーク温度での保持時間を長くするか、温度を高くする必要があることを示唆しています。
結局のところ、焼入れスケジュールを習得することが、パターンを完璧な鋳造品に変える鍵となります。
要約表：
| 焼入れステージ | 主要温度範囲 | 目的 |
|---|---|---|
| 初期ランプとパターン除去 | 150°C～300°C（300°F～575°F） | 大部分のパターンを溶融・蒸発させ、水分の排出を許容する |
| 高温焼入れ | 730°C～760°C（1350°F～1400°F） | 残留炭素を酸化させ、クリーンな金型キャビティを確保する |
| 鋳造への冷却 | 金属により異なる（例：銀の場合は480°C） | 金属の注湯に最適な温度で金型を準備する |
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