BR112018072004B1 - Processos para fabricação de produtos de metal e para intensificar e para controlar propriedades mecânicas de um produto de metal - Google Patents

Abstract

Um processo para a fabricação de produtos de metal inclui as etapas de prover um molde que inclui uma primeira porção feita de um agregado e um ligante, dispensar um metal fundido no molde, remover uma primeira porção do molde com um fluido e solidificar pelo menos uma porção alvejada do metal fundido que formará o produto de metal com o fluido. Um fluxo de fluido para o molde é parado por um período de tempo. Subsequentemente, uma porção remanescente do metal fundido é solidificada para formar o produto de metal. A pelo menos uma porção alvejada do produto de metal tem propriedades mecânicas melhores do que uma porção remanescente do produto de metal. Um componente unitário de liga de alumínio de peça única com propriedades mecânicas diferenciadas também é descrito.

Description

FUNDAMENTOS DA DESCRIÇÃO PROCESSO DE FUNDIÇÃO CONVENCIONAL

[001] Nos processos de fundição tradicionais, um metal fundido é vertido em um molde e solidifica, ou congela, através de uma perda de calor para o molde. Para moldes de agregado relativamente isolantes termicamente (tais como aqueles produzidos de areia de sílica) esse processo é lento, reduzindo significativamente as propriedades mecânicas da peça fundida. Embora a taxa possa ser aumentada por blocos de refrigeração metálicos locais colocados no molde, isso é dispendioso e inconveniente em muitas linhas de moldagem. Por esse motivo a fundição de ligas à base de Alumínio (Al) e Magnésio (Mg) é frequentemente realizada em um molde de metal permanente, com benefícios significativos para as propriedades. A direção de congelamento, no entanto, não é facilmente controlada em moldes agregados ou permanentes, de modo que porosidade por encolhimento permanece um defeito comum para ambos os tipos de fundições, embora um tipo tenha menos porosidade do que o outro.

[002] Além disso, a taxa de extração de calor a partir de todos esses moldes é limitada pela presença do chamado “interstício de ar“. Esse é o espaço que se abre entre a peça fundida que resfria e contrai e o molde que aquece e expande. A taxa de transferência de calor da peça fundida é fortemente limitada por essa camada isolante de ar. Independentemente, esses processos de fundição convencionais extraem ou removem calor por meio do resfriamento da superfície do componente, em que o componente é solidificado pelo molde ou por ferramental.

[003] Quando calor suficiente tiver sido perdido do metal fundido de modo que o mesmo tenha congelado e resfriado suficientemente para ganhar resistência adequada para que o mesmo possa suportar seu próprio peso o produto resultante, isto é, uma peça fundida, pode, então, ser removida do molde. A separação da peça fundida do molde pode ser um tanto enérgica, que frequentemente envolve cair sobre grades e/ou rolar para extrair a peça fundida de moldes areia verde. Para areias duras ligadas quimicamente, remoção de molde usualmente exige uma agitação em uma grade vibratória. Tais processos são quentes, empoeirados e ruidosos, que envolve a provisão de ar limpo e frio para operadores, sistemas de extração de poeira significativos, e contenção de ruído. Para peças fundidas duras e fortes de ferro e aço tais técnicas de separação usualmente não são danosas para a peça fundida, mas ligas à base de Al e Mg são relativamente macias e facilmente danificadas por tais técnicas mecânicas brutais. Essas técnicas mecânicas também podem provocar distorção.

[004] Seguindo essa separação inicial, limpeza final e possível remoção de núcleos, ainda exigem processos enérgicos adicionais tais como jateamento com granalha, ou mesmo energia significativa na forma de tratamento térmico para esgotar resíduos de núcleo.

[005] Recentemente uma nova abordagem para solucionar a maior parte dos problemas acima foi desenvolvida. A mesma é denominada o processo de solidificação por ablação e é descrita no documento no U.S. 7.216.691 cuja descrição é incorporada ao presente documento em sua totalidade a título de referência.

[006] “Ablação“ é o termo usado nesse pedido para se referir à remoção de um molde de agregado por um processo de erosão no qual a aplicação de um meio de ablação, tal como um fluido faz com que o agregado desintegre até tamanho de grão e os grãos sejam escoados no fluxo do fluido. Dessa forma, a superfície do componente de metal que solidifica pode ser revelada, permitindo contato direto entre o meio de ablação e o metal da peça fundida que solidifica sem a formação de qualquer interstício de ar. O contato direto maximiza o fluxo de calor a partir do metal, aumentando consideravelmente a taxa de solidificação e resfriamento do metal. O momento da aplicação do meio pode ser antes de completar congelamento do metal no molde para maximizar as propriedades mecânicas do metal solidificado, ou pode ser atrasado para minimizar propriedades. Um exemplo específico importante de ablação inclui o uso de um molde de agregado ligado com um ligante solúvel e o uso de um soluto, tal como um que contenha água, como o meio de ablação e resfriamento.

[007] Embora o processo de ablação seja uma melhoria significativa em relação aos métodos de fundição conhecidos ou convencionais, seria desejável intensificar o processo de ablação a fim de prover produtividade mais alta para produtos de metal tais como peças forjadas, soldagens e peças fundidas e intensificar as propriedades de tais produtos.

[008] Seria particularmente desejável desenvolver um processo que permitisse um componente ou produto único ablacionado unitário formado de um metal fundido (ou mesmo outro tipo de material tal como um plástico) para ter propriedades mecânicas diferentes em várias porções da peça. Um componente com uma porção da peça que tem propriedades mecânicas ou propriedades metalúrgicas melhores do que outra porção da mesma peça tem vantagens em vários campos, que incluem transporte, construção, manufatura e similares.

BREVE SUMÁRIO DA DESCRIÇÃO

[009] De acordo com uma modalidade da presente descrição, um processo para a fabricação de produtos de metal compreende as etapas de prover um molde, que inclui uma primeira porção que compreende um agregado e um ligante, dispensar um metal fundido no molde e remover a primeira porção do molde com um fluido. Pelo menos uma porção alvejada do metal fundido é solidificada. Subsequentemente, uma segunda porção do molde é removida e uma porção remanescente do metal fundido é solidificada para formar o produto de metal. Pelo menos a porção alvejada do produto de metal tem propriedades mecânicas melhores, que incluem pelo menos um dentre um limite elástico mais alto, uma resistência à tração final mais alta e um alongamento até falha intensificado em relação às propriedades mecânicas de uma porção remanescente do produto de metal.

[0010] De acordo com outra modalidade da presente descrição, um processo para intensificar as propriedades mecânicas de produto de metal compreende prover um molde, que inclui um agregado e um ligante, fornecer um metal fundido para o molde e decompor uma primeira porção do molde com um fluido. Uma primeira porção do metal fundido no molde é resfriada e solidificada para formar uma primeira porção do produto de metal. Um fluxo de fluido para uma segunda porção do molde é parado por um período de tempo predeterminado. Subsequentemente, a segunda porção do molde é decomposta com o fluido. Uma segunda porção do metal fundido é, então, resfriada e solidificada para formar uma segunda porção do produto de metal, em que a primeira porção do produto de metal tem propriedades mecânicas intensificadas em relação às propriedades mecânicas da segunda porção do produto de metal.

[0011] De acordo com uma modalidade adicional da presente descrição, é provido um processo para controlar as propriedades mecânicas de um produto de metal. O processo compreende prover um molde, fornecer um metal fundido para o molde, sendo que o metal fundido quando solidificado forma o produto de metal. Uma porção selecionada do molde é removida com um fluido e um primeiro componente do metal fundido é resfriado e solidificado. Uma solidificação de um segundo componente no metal fundido é contida por um período de tempo predeterminado. Subsequentemente, a solidificação do segundo componente no metal fundido é permitida. Uma porção remanescente do metal fundido é resfriada e solidificada e um produto de metal é formado.

[0012] De acordo com ainda outra modalidade da presente descrição, é provido um componente unitário de liga de alumínio de peça única que tem valores de fase α uniformes. O componente inclui um corpo que inclui uma primeira seção que tem um primeiro conjunto de propriedades mecânicas, uma segunda seção que tem um segundo conjunto de propriedades mecânicas, em que as propriedades mecânicas incluem pelo menos um dentre limite elástico convencional, resistência à tração e alongamento e em que o primeiro conjunto de propriedades mecânicas é diferente do segundo conjunto de propriedades mecânicas.

[0013] De acordo com mais uma modalidade adicional da presente descrição, um processo para a fabricação de produtos de metal compreende as etapas de prover um molde que inclui um agregado e um ligante, em que o molde inclui uma seção relativamente fina e uma seção relativamente espessa. Metal fundido é dispensado para o molde. O metal fundido é solidificado na seção relativamente espessa do molde enquanto se continua a dispensar metal fundido na seção relativamente espessa do molde através da seção relativamente fina do molde.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0014] A descrição pode assumir forma física em certas peças e disposições de peças ou certas etapas de processo, diversas modalidades das quais serão descritas em detalhes nesse relatório descritivo e ilustradas nos desenhos anexos os quais formam uma parte do presente e em que: a Figura 1 é um fluxograma das etapas associadas com uma modalidade da presente descrição; a Figura 2 é uma vista lateral esquemática de uma disposição de um aparelho para uma modalidade da presente descrição; a Figura 3 é uma vista lateral esquemática de uma disposição de um aparelho para outra modalidade da presente descrição; a Figura 4 é uma vista lateral esquemática de uma peça de metal tratada conforme um método da técnica anterior; a Figura 5 é uma vista lateral de uma peça de metal tratada de acordo com o método descrito na Patente no U.S. 7.216.691; a Figura 6 é uma vista lateral de uma peça de metal tratada conforme o método de acordo com uma modalidade da presente descrição; a Figura 7 é uma vista lateral de uma amostra de teste tratada conforme um método da presente descrição; a Figura 8 é uma representação gráfica de uma curva de resfriamento da amostra de teste da Figura 7 que ilustra como a amostra resfria ao longo do tempo; a Figura 9 é uma vista em elevação lateral de um braço oscilante para uma motocicleta fabricado de acordo com a presente descrição; a Figura 10 é uma vista plana de topo do braço oscilante; a Figura é uma vista plana de topo de um suporte de popa para uma embarcação motor de popa fabricado de acordo com a presente descrição; a Figura 12 é uma vista em elevação lateral do suporte de popa; a Figura 13 é um fluxograma das etapas associadas com outra modalidade de um método de acordo com a presente descrição; a Figura 14 é um fluxograma das etapas associadas com ainda outra modalidade de um método de acordo com a presente descrição; a Figura 15 é uma vista em perspectiva de uma roda de veículo tratada conforme um método de acordo com uma modalidade da presente descrição; a Figura 16 é uma vista lateral de outra amostra de teste tratada conforme um método da presente descrição; e a Figura 17 é uma representação gráfica de uma curva de resfriamento da amostra de teste da Figura 16 que ilustra como a amostra resfria ao longo do tempo;

O PROCESSO DE ABLAÇÃO

[0015] Após ou durante o preenchimento de um molde que é pelo menos parcialmente feito de um material agregado, o metal fundido é submetido a algum resfriamento inicial que pode ser induzido pela extração de calor natural do molde, ou pode ser um tanto intensificada localmente por refrigeração (com resfriadores metálicos integrados no molde, ou misturados com o agregado tal como pela adição de partículas de granalha metálica) ou por aletas de resfriamento.

[0016] Subsequentemente, essa taxa natural de extração de calor pode ser complementada pela aplicação de resfriamento ablativo, de modo a alcançar resfriamento e solidificação rápidos por pulverizações de um refrigerante/solvente ou por imersão em um refrigerante/solvente.

[0017] Em solidificação por ablação, o molde meramente define o formato do produto final, mas não se destina a atuar como um dissipador principal de calor. O processo de solidificação não depende mais do molde para a extração de calor. A extração de calor e consequente solidificação do componente é feita sob controle separado e independente.

[0018] A dissolução do ligante reduz o agregado para tamanho de grão, o que facilita sua remoção no fluxo de um solvente tal como água, que arrasta os grãos soltos e separados da peça ou componente de metal e transfere os mesmos da estação de ablação. O processo de remoção de molde é suave, não envolve distorção mecânica ou dano por impacto à peça de metal, tal como uma peça fundida. A pasta fluida de agregado pode ser submetida a um ciclo de recuperação úmida. O processamento úmido tem a vantagem de suprimir toda a fumaça, emanação e poeira (os quais são desvantagens importantes normais de processo de fundição convencional, uma vez que sistemas de extração de poeira e emanação grandes e dispendiosos são usualmente recursos principais da maior parte das instalações de fundição). Após a remoção de molde, peças de metal são produzidas com um acabamento brilhante, livre de manchas de queima, limpas e lavadas, e em temperaturas de manuseio convenientemente frias.

FABRICAÇÃO DE MOLDE E NÚCLEO

[0019] O molde pode ser feito de um agregado(s) mineral(is) ou cerâmico(s) ligado(s) com um ligante. Mais do que um tipo de agregado pode ser empregado. Além disso, mais do que um tipo de ligante pode ser empregado. O agregado e ligante são misturados e usados para produzir um molde ou preencher uma caixa de macho. Preferencialmente, a mistura é curada em contato com o ferramental (o padrão ou caixa de macho) para que seu formato seja tão preciso quanto possível. As peças do molde, juntamente com núcleos internos caso necessário, são, então, montadas para produzir um molde completo. Algumas vezes isso é conhecido como um processo de núcleo de precisão como um resultado da precisão que pode ser alcançada.

[0020] Um processo de cura de ligante alternativo pode ser considerado no qual o molde ou núcleo é parcialmente curado no ferramental, ganhando resistência suficiente para ser ejetado e manuseado. O mesmo é, subsequentemente, totalmente curado por tratamento de micro-ondas ou por métodos de cura convencionais convertendo-se com um gás e/ou de gás e purga de tratamento térmico ou combinações dos mesmos. Esse tratamento também pode, naturalmente, ser realizado acima de exigências de cura para efetuar secagem completa do agregado, tal como uma areia, ou mesmo para pré-aquecer a areia antes da fundição para reduzir refrigeração e aumentar fluidez para o preenchimento do molde.

[0021] Alternativamente, para um processo de moldagem de revestimento, o agregado é ligado com uma pasta fluida cerâmica ou refratária, que, usualmente, cobre um padrão de cera. Camadas de pasta fluida e agregado são acumuladas para formar uma carcaça de espessura exigida. A cera é derretida e a carcaça, então, cozida para alcançar resistência e estabilidade suficientes para fundição.

[0022] Novamente, o molde de revestimento poderia ser curado, seco e pré-aquecido de modo útil por aquecimento de micro-ondas ou por métodos de cura tais como convertendo-se com um gás e/ou de gás e purga de tratamento térmico ou combinações dos mesmos.

O LIGANTE

[0023] Em uma modalidade, o ligante é um material inorgânico que dispensará coleta de hidrogênio zero ou próximo a zero para o metal líquido. Assim, o ligante pode conter pouca ou nenhuma água ou hidrocarbonetos. A ausência de hidrocarbonetos garantirá que produtos de combustão e pirólise não serão desenvolvidos quando submetidos ao calor de fundição, desse modo, desgaseificação para produzir bolhas de gás na fusão será minimizada, e emanações nocivas, principalmente, evitadas. Qualquer água livre ou ligada pode ser reduzida ou eliminada caso necessário por secagem em temperatura alta, bem acima do ponto de ebulição de água, e, possivelmente, tão alto quanto a temperatura de fundição do metal líquido. Esse material também pode ser distinguido por baixa evolução de gás em fundição que reduzirá a necessidade de permeabilidade significativa de núcleos permitindo, desse modo, o uso de um agregado mais fino para maximizar o acabamento de superfície das peças fundidas. O uso de uma temperatura de molde alta para uma parte ou o molde inteiro auxiliará adicionalmente o preenchimento de produtos de parede fina extensos.

[0024] Esse ligante pode ser um ligante inorgânico à base de um vidro fosfatado. Um ligante como esse é disponível comercialmente a partir de J. B. DeVenne Inc., 1060 West Bagley Road, Berea, Ohio 44017 sob o Número de Produto G411-25-25. Outros fornecedores também são conhecidos incluindo HA International LLC, 630 Oakmont Lane, Westmont, Illinois 60559. Esse ligante foi desenvolvido e introduzido apenas nos últimos anos na indústria de fundição. O vidro fosfatado é um material solúvel em água amorfo que inclui óxido fosfórico, P2O5, como o constituinte principal com outros compostos tais como alumina e magnésia ou óxido de sódio e óxido de cálcio. Outros ligantes inorgânicos exemplificativos incluem silicatos, tais como silicato de sódio, sulfatos de magnésio e outros sais e boratos.

[0025] Outros sistemas ligantes solúveis em água, novamente à base de silicato de sódio, mas curáveis pela ação de micro-ondas ou outros métodos de tratamento, são candidatos atraentes ao processo de ablação. Esses podem desenvolver uma resistência em verde dentro de poucos segundos para permitir que o núcleo ou molde seja extraído da caixa de macho ou padrão. Cura e secagem final é realizada em um forno de microondas. A alta secura de tais núcleos torna os mesmos valiosos como núcleos internos com potencial de desgaseificação praticamente zero, e, desse modo, adequados para aquelas situações nas quais o núcleo interno não pode ser ventilado colocando, desse modo, uma ameaça para a integridade da peça fundida criando-se bolhas de desgaseificação através da fusão.

[0026] O uso dos sistemas ligantes inorgânicos à base de silicato de sódio tem os grandes benefícios de custo relativamente baixo comparado a outros sistemas ligantes orgânicos, e nenhuma toxidade ou ameaça ambiental conhecida, que confere problemas de descarte ou reciclagem mínimos.

[0027] Núcleos internos são, de forma mais conveniente, ligados com um ligante solúvel em água igual ou similar ao que é usado para os moldes. Assim, durante a ablação, peças do núcleo interno podem ser removidas pelas pulverizações de água. No entanto, espera-se que a maior parte do material de núcleos internos permaneça após a ablação ser concluída e a peça fundida ter solidificado completamente. Os núcleos são, então, simplesmente lavados em uma estação de lavagem adicional. Esse é um processo rápido e completo (diferente de retirada do macho para ligantes de resina em que bolsos de material de núcleo que tiverem recebido oxigênio insuficiente não terão sido esgotados, e permanecem para ameaçar o desempenho da peça fundida em serviço. Essa é uma preocupação particular com tais peças fundidas como cabeçotes e blocos de cilindro, em que areia residual pode danificar bombas, rolamentos e vedações).

[0028] O uso de núcleos na fabricação de componentes destinados a ablação é valioso. O núcleo serve ao valioso propósito de assegurar a retenção da precisão do componente, que reduz, mas não impede distorções que podem algumas vezes ocorrer com taxas não uniformes de resfriamento de partes diferentes do componente.

AGREGADOS

[0029] Em uma modalidade, o agregado é um mineral tal como areia de sílica. Um agregado de sílica pode ser, preferencialmente, composto de grãos arredondados, os quais transmitem um bom acabamento de superfície para a peça fundida e minimizam desgaste de ferramenta e instalação. O tamanho de grão deve ser fino para conferir um bom acabamento de superfície à peça fundida. No entanto, particularmente para núcleos, o tamanho de grão pode ter que ser aumentado caso seja exigido que o núcleo seja permeável para ventilar gases durante um preenchimento do molde e solidificação. Areia de sílica possui muitas características desejáveis como um agregado, que inclui boa disponibilidade, baixo custo e boas propriedades térmicas até sua temperatura de transição de alfa/beta de quartzo. Sua desvantagem significativa do perigo de sua poeira respirável, normalmente um problema significativo na maior parte das fundições, é praticamente eliminada pelo processamento úmido envolvido no processo de ablação.

[0030] Outros minerais tais como olivina, cromita ou zircão também são usados amplamente, particularmente por suas propriedades de refrigeração, e podem ser usados para componentes ablacionados, mas o resfriamento rápido faz com que a fluidez de ligas fundidas seja ruim em tais moldes, e ablação seja mais difícil de aplicar antes de algum congelamento do componente. A limitação a fluidez limita, em particular, a geometria do preenchimento a peças robustas menores.

[0031] Alternativamente, o agregado poderia beneficamente ter baixa difusividade térmica, que extrai pouco calor do metal fundido, permitindo, portanto, distâncias de fluxo longas antes do metal fundido ser contido por congelamento, ou permitir muito tempo para a aplicação de resfriamento de ablação de modo que o processo descrito no presente documento possa operar com eficácia máxima. Assim componentes “esguios“ grandes são possíveis com tais materiais de molde. Um produto de gases de combustão a partir de centrais elétricas alimentadas a combustível é particularmente útil. O mesmo assume a forma de minúsculas esferas de cerâmica ocas que têm baixa densidade, baixa capacidade térmica, baixa condutividade térmica e baixa difusividade térmica. Tais agregados têm diversos nomes comerciais tais como “Cenospheres“. Materiais “adiabáticos“ de baixa difusividade térmica similares incluem “perlita“, que é uma variedade de argila esfoliada (expandida). Uma descrição mais completa de tais materiais “adiabáticos“ é encontrada no Documento de Patente no U.S. 7.165.600 datado de 23 de janeiro de 2007 o qual é incorporado ao presente documento em sua totalidade a título de referência.

[0032] Um potencialmente atraente material de moldagem de poder de refrigeração intermediário é comercializado sob o nome de “Green Diamond“. Esse subproduto de produção de cromo é um agregado fino de cor verde de grãos arredondados que inclui uma mistura de óxidos estáveis mecanicamente duros tais como cromia, etc. O mesmo não contém nenhuma sílica livre e, portanto, é livre de riscos para a saúde. O mesmo tem um ponto de fusão acima de 1.200 C. Outros agregados artificiais, que incluem diversos agregados aglomerados à base de alumina ou alumino-silicatos de vários tipos, são potencialmente atraentes. Esses consistem em grãos esféricos duros que fluem e moldam bem, para formar moldes embalados uniformemente, atrativamente duros com alta permeabilidade os quais auxiliam a produtividade de produção de molde.

[0033] Moldes podem, naturalmente, ser preenchidos e ablacionados individualmente, mas é constatado facilmente que múltiplos moldes e/ou moldes com múltiplas impressões podem ser ablacionados simultaneamente para intensificar taxas de produção. Além disso, moldes podem ser preenchidos e ablacionados sequencialmente, como, por exemplo, em um transportador horizontal. A automação de tais linhas de produção por robô ou outros meios é bem conhecida.

[0034] Um tipo muito diferente de molde de agregado é apresentado pelo processo de fundição com revestimento (cera perdida), no qual um agregado cerâmico é ligado com uma pasta fluida cerâmica e cozido em temperatura alta. O molde não é particularmente solúvel em água de modo que o uso de pulverizações de ablação não é especialmente eficaz para remover o molde de carcaça revestido. Apesar disso, devido ao molde poder ser produzido para ter um grau de permeabilidade, o fluido ou solvente de ablação pode penetrar a carcaça e, portanto, pode eficazmente resfriar e solidificar o componente de metal líquido, permitindo um grau de controle proveitosamente alto sobre o congelamento da peça.

[0035] Recentemente, houve desenvolvimentos em carcaças de revestimento degradáveis por água para ligas de Mg e Al, que poderiam até mesmo ser apropriadas para ligas de ponto de fusão mais alto tais como ligas à base de cobre (Cu) e ferros fundidos. Essas carcaças degradáveis com água são especialmente atraentes pois combinam os benefícios de fundição com revestimento (normalmente distinguida por propriedades indiferentes ou medíocres como um resultado do resfriamento lento nas carcaças relativamente isolantes) com propriedades intensificadas devido às taxas intensificadas de solidificação, somados à solidez intensificada como resultado de congelamento progressivo em direção ao alimentador sob a ação de gradientes de temperatura altos que o processo de ablação pode prover.

[0036] A Figura 1 ilustra as etapas de um processo, de acordo com uma modalidade da presente descrição. A primeira etapa no processo é formar um molde conforme mostrado no bloco 10. O molde compreende um agregado 12 e um ligante 14. Uma vez que o molde seja formado, o mesmo é colocado no lugar de modo que o mesmo possa ser preenchido com um metal fundido na etapa 16. O metal fundido é, então, dispensado no molde na etapa 18. O molde pode ser projetado para permitir que o metal fundido seja dispensado de acordo com qualquer um dos métodos descritos abaixo. O molde é, então, submetido à ação de um solvente fluido ou contatado pelo mesmo, tal como em 20. Subsequentemente, pelo menos porções selecionadas do molde são decompostas como em 22 e porções selecionadas do componente são resfriadas como em 23. Naturalmente, o molde inteiro pode ser decomposto de uma vez, caso desejado, o que torna o mesmo um componente formado pelo conhecido processo de ablação conforme ensinado no Documento de Patente no U.S. 7.216.691 o qual é incorporado ao presente documento em sua totalidade a título de referência.

[0037] No entanto, é desejável, de acordo com uma modalidade da presente descrição, que apenas uma porção selecionada ou diversas porções selecionadas afastadas do molde sejam contatadas inicialmente com um fluido ou solvente para decompor tais porções selecionadas do molde. O propósito de fazer isso é para intensificar as propriedades mecânicas daquela porção do componente unitário ou peça de metal que está sendo formada dentro do molde em comparação com outras porções do componente. Uma peça de metal unitária ou componente único que tem propriedades mecânicas diferentes para porções diferentes da peça de metal formada pode ser particularmente vantajoso em diversos ambientes diferentes. Por exemplo, essa peça de metal pode ser benéfica para usar para componentes estruturais de edificações ou pontes ou vários componentes estruturais para maquinário. Em um exemplo particular, um componente de metal que tem propriedades mecânicas diferenciadas pode ser útil em veículos de modo que uma seção desejada do componente deformará mais rapidamente do que outras seções do componente. Isso pode ser particularmente útil para zonas de compressão de veículos, tais como motocicletas, aviões, caminhões, embarcações ou automóveis.

[0038] Embora uma porção do molde esteja sendo decomposta de modo que um fluido ou solvente contate o metal fundido subjacente para resfriar e dar ao mesmo propriedades mecânicas ou metalúrgicas diferenciadas do restante do componente que deve ser formado no molde, as outras porções do metal fundido contidas no molde podem ser resfriadas em uma ou mais taxas diferentes oferecendo, desse modo, propriedades diferentes para as porções remanescentes do componente que é eventualmente formado no molde.

[0039] Também deve ser avaliado que não a totalidade do molde precisa ser produzida a partir de um agregado e ligante. Em outras palavras, algumas porções do molde poderiam ser feitas de metal ou outra substância permanente de modo que o metal fundido que contata aquelas porções do molde possa resfriar em uma taxa diferente da que o metal fundido que está localizado adjacente à porção de agregado do molde.

[0040] Subsequentemente, o componente inteiro é formado como em 24. Quaisquer porções remanescentes do molde são, então, removidas como em 25. Conforme mencionado, as porções remanescentes do molde podem não ser todas feitas da mesma combinação de agregado e ligante que a seção de molde que é contatada com um fluido ou solvente. Uma etapa de recuperação 26 pode, então, ser realizada de modo que pelo menos um dentre um agregado 28 (o qual pode ser pelo menos uma porção do agregado 12) do molde e, caso o fluido contenha um solvente 30, e o solvente sejam recuperados.

[0041] Passando agora para a Figura 2, nessa modalidade, um cadinho ou panela de fundição 32 foi usado para derramar metal fundido 33 em uma cavidade de molde 34 que é definida por um molde 36 da composição de agregado e ligante descrita acima. Uma coluna 38 é projetada para ser suficientemente grande para assegurar que a mesma seja a última porção a congelar. Um bocal de pulverização 40 dirige um jato de solvente A, que pode ser um fluido ou soluto tal como água, para o molde 36. O jato A pode ser dispensado em qualquer configuração adequada a partir de fluxo estreito a leque amplo e pode ser um fluxo constante ou fluxo pulsante conforme determinado pela aplicação particular.

[0042] Agora com referência à Figura 3, a aplicação de solvente não é limitada a uma direção única ou a partir de um bocal único. Por exemplo, dois ou mais bocais 42, 44, 46, 48 e 50 podem estar presentes para remover o molde 36 a partir de múltiplas direções. Cada bocal pode pulverizar um respectivo jato de fluido B, C, D, E e F no molde 36. Dessa maneira, o molde 36 pode ser decomposto como desejado, por exemplo, em uma maneira rápida e uniforme ou em seções faseadas em intervalos como pode ser desejado para que um componente particular seja formado. Por exemplo, a dispensação do solvente pode ser por meio de um ou mais dos jatos C, E e F na base do molde. Alternativamente, a dispensação do solvente pode começar na parte central do molde por um ou mais jatos B e D. Qualquer outra alternativa também pode ser empregada.

PREENCHIMENTO DO MOLDE (FUNDIÇÃO)

[0043] Uma vez que o molde é formado o mesmo pode ser armazenado temporariamente, ou preenchido imediatamente com um metal fundido. O preenchimento do molde pode ser realizado de diversas formas: 1. O metal fundido pode ser vertido no molde; uma técnica comum conhecida como “derramamento por gravidade“. 2. O molde pode ser preenchido mais suavemente mudando-se gradualmente o ângulo de inclinação do molde, conhecido amplamente como “fundição de inclinação“. 3. O metal fundido pode ser transferido para o molde através de um sistema de dispensação “contra gravidade“ tal como é descrito no Documento de Patente no U.S. 6.103.182 e no Documento de Patente no U.S. 6.841.120 os quais são incorporados ao presente documento em sua totalidade a título de referência.

[0044] Após dispensar o metal fundido, ou fusão, no molde, o molde é submetido à ação de um fluido ou contatado pelo mesmo, conforme descrito abaixo.

O FLUIDO DE ABLAÇÃO

[0045] O meio ou solvente de erosão ou decomposição pode ser água caso o ligante de agregado seja solúvel em água. Esse é, possivelmente, o meio de ablação mais atraente. Suas propriedades ambientalmente benignas, baixo custo, disponibilidade e eficácia como um meio de resfriamento são recursos poderosos.

[0046] A água é especialmente apropriada uma vez que atua tanto como o solvente de ligante quanto como o meio de resfriamento. A água tem alta capacidade térmica e calor latente de evaporação que, consequentemente, solidifica e resfria o componente para efeito máximo.

[0047] Outros meios de erosão podem ser considerados. Por exemplo, a água poderia ser, de forma mais conveniente, um tanto ácida ou alcalina, ou alguma outra composição química aquosa que depende do mecanismo de dissolução para o ligante. Alternativamente, alguns ligantes, particularmente aqueles à base de resinas, poderiam exigir um solvente orgânico. Alternativamente ainda, outros fluidos e misturas podem ser considerados: nitrogênio líquido, ou nitrogênio gasoso resfriado desenvolvido a partir de nitrogênio líquido, poderiam ser valiosos para congelar e fragilizar um ligante, expelir e carregar grãos de agregado ao mesmo tempo em que proveem o resfriamento desejável para o componente após a ablação ou outra remoção do molde. De maneira similar, partículas de gelo seco, dióxido de carbono sólido, podem ser jateadas em direção ao molde para efetuar a remoção de molde por impacto mecânico e as detonações explosivas minúsculas das partículas conforme as mesmas revertem para gás. Esse meio também seria vantajoso para prover resfriamento direto excelente após a remoção de molde. Outras misturas de fluidos que contêm partículas sólidas arrastadas jateadas em direção ao molde podem ser úteis; as partículas sólidas arrastadas no fluido poderiam em princípio ser qualquer tipo de sólido particulado tal como esferas de plástico ou vidro, granalha de alumina ou cascas de noz etc. Mais convenientemente, no entanto, as partículas arrastadas poderiam ser do mesmo material que o agregado do molde de modo a evitar qualquer processo de separação subsequente ou problema de contaminação de material de molde reciclado.

[0048] O fluido de ablação e resfriamento pode ser dispensado por bocais de pulverização. Mecanismos de dispensação alternativos para o solvente de ligante e meio de resfriamento também são contemplados, tal como por meio de um rotor, sobre uma queda d’água ou similares. Para algumas geometrias e tamanhos de componente, simplesmente abaixar o molde progressivamente em um tanque de água (com jatos de pulverização internos, por exemplo) ou outro fluido de ablação podem ser adequados ou desejáveis. Porém, tais mecanismos de dispensação alternativos também podem ser explosivos o que torna os sistemas à base de pulverização do solvente mais bem adequados para o processo de ablação.

[0049] Para aqueles sistemas de dispensação à base de emissão de jatos de água a partir de bocais, a taxa de dispensação de água é ajustada para assegurar que a água chegue à superfície da peça fundida primeiro por percolação através do molde, chegando à peça fundida à frente da chegada dos jatos principais. Dessa forma é permitido que o metal fundido desenvolva uma película suficientemente sólida antes da chegada da força principal dos jatos. Alternativamente, por programação criteriosa do sincronismo e taxa de dispensação de solvente/refrigerante, a superfície do componente pode evitar danos por sua temperatura ser reduzida para ganhar resistência suficiente antes da aplicação da força total do refrigerante aplicado. Assim, o sincronismo e a força do solvente dispensado pelos jatos precisam ser controlados de modo que nenhum dano seja feito para o componente, mas que, simultaneamente, dispensado pressão suficiente no tempo correto para superar a formação de uma camada de vapor que reduziria a taxa de transferência de calor.

[0050] A dispensação de solvente, por exemplo, por bocal de pulverização, pode começar na base do molde. O molde pode ser abaixado para permitir que o bocal dispensado o solvente em uma maneira progressiva para porções intactas do molde de modo que o molde se decomponha inteiramente. Na alternativa, o molde pode permanecer estacionário e o bocal pode ser levado a se mover a fim de dispensar progressivamente um jato de solvente para decompor pelo menos parte do molde. No caso de moldes simétricos giratórios é exigido que a circunferência inteira do molde seja contatada pelo jato para decomposição rápida. O molde pode ser girado ou o bocal de pulverização pode ser movido em uma órbita aproximadamente circular ao redor do molde. Alternativamente, para certos componentes, a pulverização pode começar na parte central do molde, ou em alguma outra localização desejada.

[0051] A taxa e pressão de dispensação do jato são de uma configuração que é alta o suficiente para decompor o molde, contudo baixa o suficiente para permitir que o solvente percole através do molde de modo que solvente percolado chegue ao metal fundido à frente da força total do jato. Por exemplo, para uma peça fundida de liga de Al na faixa de peso de 1 a 50 kg, dispensação de baixa pressão e alto volume em uma faixa de cerca de 0,5 a 50 litros por segundo, lps (10 a 100 galões por minuto, gpm) em uma pressão que varia de 3 a 7.000 kPa (0,03 a 70 bar) (0,5 a cerca de 1.000 libras por polegada quadrada, psi) pode ser vantajoso. Dessa maneira, o solvente percolado provoca a formação de uma película relativamente sólida no componente antes do metal fundido ser contatado pela força do jato impedindo, desse modo, distorção do componente ou explosão a partir de contato direto excessivo do solvente com o metal fundido.

[0052] A adição de um tensoativo, como conhecido na técnica, ao fluido de ablação ou à formulação de ligante pode intensificar a percolação do solvente através do molde. Além disso, pelo menos parte do calor que é absorvida a partir do metal fundido pelo molde pode estabilizar o molde para remoção controlada do molde. Conforme mencionado, uma troca de fase do solvente ou fluido de resfriamento, por exemplo, para vapor, permite a remoção rápida de calor do componente e suas seções.

[0053] Uma consideração adicional para a taxa e pressão da dispensação do fluido é o contato com o componente de metal preenchido uma vez que o molde tenha se decomposto. A taxa e a pressão do fluido têm que ser baixas o suficiente para impedir dano ao componente de metal, mas têm que ser altas o suficiente para superar a formação de uma camada de vapor. Uma camada de vapor é formada pela evaporação do solvente que tiver percolado através do molde para contatar o metal semilíquido ou líquido na formação da película solidificada no componente. A camada de vapor reduz a transferência de calor para longe do componente de metal e é prejudicial ao resfriamento rápido que é necessário para obter as propriedades e efeitos desejáveis que são descritos acima. Assim, é vantajoso ajustar as condições de dispensação para superar a camada de vapor.

[0054] Controle do fluido de ablação pode ser exercido em pelo menos duas formas. A taxa e pressão de dispensação podem ser definidas para alcançar todos os parâmetros acima, ou duas configurações separadas podem ser usadas. Caso duas configurações separadas sejam usadas, uma configuração pode ser estabelecida para decomposição do molde e uma configuração separada pode ser programada para substituir a configuração de decomposição quando o jato de fluido estiver próximo a contatar o componente de metal. Naturalmente, a maneira em que o fluxo é dispensado, isto é, fluxo estreito, leque amplo, fluxo contínuo, pulso intermitente, etc., provavelmente afetará as configurações de taxa e pressão em conformidade.

[0055] É importante observar que a aplicação de fluido ablativo não é limitada a uma direção de pulverização da base para o topo. Dependendo da aplicação, pode ser desejável pulverizar a partir do topo do molde para o fundo, a partir de um ponto central para uma extremidade, ou em algum outro padrão.

[0056] A aplicação de solvente não é limitada a uma única direção ou bocal. Por exemplo, dois ou mais bocais podem estar presentes, para abladar o molde e o componente de múltiplas direções. Dessa maneira, o molde pode ser decomposto mais rápida e uniformemente, caso desejado em uma aplicação particular. Por exemplo, a dispensação do solvente pode ser por meio de um ou mais dos jatos na base do molde e do componente. Alternativamente, a dispensação do solvente pode começar na parte central do molde por um ou mais dos jatos. Configurações alternativas poderiam incluir o uso de jatos em qualquer outra combinação desejada. Qualquer número de bocais pode estar presente, uma vez que um grande número de bocais pode ser vantajoso para moldes grandes ou complexos ou poucos bocais podem prover cobertura ótima para outros moldes. O molde pode ser girado e/ou movido verticalmente para permitir cobertura completa do molde, ou os bocais podem ser movidos enquanto o molde e peça fundida permanece estacionários. Um robô pode ser programado para dirigir um arranjo de bocais de pulverização ou mover o molde e componente em uma maneira controlada através de um arranjo de bocais de pulverização.

[0057] Além disso, quando múltiplos bocais são usados, pode ser vantajoso harmonizar a função dos bocais para complementarem um ao outro. Por exemplo, um arranjo fixo de bocais circundando o molde pode ser coordenado, programado para ligar e desligar para fazer com que uma pulverização se mova através da superfície do molde para criar ablação progressiva do molde e do componente e para prover as características desejadas do componente solidificado. O fluido de ablação fornecido em pressão por uma bomba pode ser controlado por meio de um regulador que, por sua vez, pode ser programado para ativar bocais na sequência desejada e pelo tempo desejado.

[0058] Naturalmente, a taxa de dispensação de solvente pode ser constante ou pode ser variável, como desejado. Por exemplo, para certos metais e certos moldes, pode ser vantajoso variar a taxa de dispensação de solvente, enquanto que para outros tipos de metais ou moldes, uma taxa de dispensação constante seria benéfica. De maneira similar, a pressão de dispensação de solvente pode ser variada ou pode permanecer constante. Podem ser empregadas bombas convencionais que podem ser reguladas adequadamente para alcançar as taxas e pressões de dispensação de fluido desejadas, sejam as mesmas variáveis ou constantes.

[0059] Calor pode, naturalmente, ser extraído por um fluido de resfriamento que pode em outra modalidade ser nitrogênio líquido, gelo seco partículas em um fluxo de ar, etc. Em outras palavras, dois tipos diferentes de fluidos podem ser usados no processo de ablação de modo que um primeiro fluido, tal como água, seja usado inicialmente, e, então, um fluido diferente seja usado depois disso a fim de resfriar adicionalmente a peça de metal em solidificação.

[0060] Embora um meio de aplicar o solvente seja através de um jato pressurizado ou pulverização a partir de um bocal, outros meios também são concebíveis.

CONTROLE DE SOLIDIFICAÇÃO

[0061] Para alguns componentes e algumas ligas, que dependem frequentemente da espessura de seção da peça de metal e da natureza da frente de congelamento desenvolvida pela liga, pode ser desejável permitir que o componente solidifique um pouco, antes da aplicação de ablação. Para outras peças de metal, particularmente peças de parede fina, é mais usual buscar aplicar a ablação tão rapidamente quanto possível, uma vez que resfriamento natural no molde acontece rapidamente. Naturalmente, caso o componente tenha congelado antes da aplicação de ablação os benefícios às propriedades do componente terão sido perdidos, criando uma peça fundida convencional. Mesmo assim, outros benefícios de processamento importantes permanecem, tais como a desmoldagem suave e completa, e ausência de emanação e poeira etc.

[0062] Além disso, a dispensação de um fluido, tal como um solvente, em uma maneira tal como pulverização pode ter um efeito de resfriamento zonal forte no metal fundido, que encoraja a porção ou porções desejadas de um componente a solidificar, enquanto o restante do componente que está sendo formado pode reter pelo menos algum metal líquido. O jato pode ser dispensado em qualquer configuração adequada de um fluxo estreito a um leque amplo e pode ser um fluxo constante ou um fluxo pulsante, conforme determinado pela aplicação particular. A presença do reservatório de metal de liga líquido, enquanto porções adjacentes do componente solidificam, facilita a alimentação do metal fundido para o metal que solidifica, assegurando a solidez do componente.

[0063] Assumindo-se que ablação é aplicada ao molde antes de completar a solidificação da peça fundida, há diversas estratégias de processamento diferentes.

[0064] O aspecto de solidificação unidirecional descrito no Documento de Patente no U.S. 7.216.691 foi influenciado por diversos fatores que estavam no pensamento comum daquele tempo. Por exemplo o processo é similar a outras técnicas de solidificação progressivas tais como o crescimento de cristais únicos por processos tipo Bridgman que adotam unidirecionalidade para o progresso de solidificação e resfriamento. Assim unidirecionalidade foi a norma, e foi básica para o pensamento de engenheiros metalúrgicos e de processo naquele tempo. Em fundições convencionais, todas as reações para a liga líquida que passa a sólida têm o calor latente que é removido da superfície da peça fundida. Um aspecto da presente descrição, por outro lado, é que o calor latente para pelo menos uma das reações de solidificação ocorre por remoção do calor latente pelo corte transversal do componente que é fabricado.

[0065] Há alguns componentes para os quais o processo de ablação unidirecional pode não ser adequado. Esses incluem componentes com seções pesadas isoladas que são não facilmente alimentados. Além disso, para certos componentes pode ser necessário intensificar o processo de congelamento localmente para obter propriedades mecânicas melhores para uma porção altamente tensionada da peça fundida. Além disso, para peças fundidas projetadas para falhar em uma certa localização pode ser necessário reduzir ou evitar ablação para reduzir propriedades nessa localidade.

[0066] A taxa de congelamento que pode ser alcançada por ablação excede a taxa atingível por todos os outros processos de moldagem de agregado, e pode exceder a taxa de resfriamento alcançada em fundições moldadas permanentes, e mesmo fundições sob compressão. Essa taxa superior é a consequência natural da eliminação do interstício de ar que constitui uma limitação importante para fluxo de calor e que afeta todos os outros processos de fundição modelados (que inclui muitas peças de uma fundição sob compressão, uma vez que nem todas as peças da peça fundida tocam o molde mesmo durante a aplicação de pressão máxima). Assim para uma fundição moldada em agregado as estruturas desenvolvidas na liga que solidifica podem ser extraordinariamente finas, conferindo propriedades extraordinariamente atraentes de alta resistência acompanhada por alta ductilidade.

[0067] Os jatos de água são dispostos para serem dirigidos para o molde, para dispensar água em uma pressão suficiente para dissolver o ligante e decompor o molde. O Documento de Patente no U.S. 7.216.691 descreveu o movimento relativo unidirecional progressivo do molde e dos jatos de água, que faz com que a frente de congelamento na peça fundida progrida uniformemente, em uma maneira unidirecional, eventualmente completando o congelamento da peça fundida.

[0068] A ação do refrigerante, e o progresso do refrigerante, levado a avançar sobre a superfície do componente, é para gerar um gradiente de temperatura abrupto no componente ao longo de seu corte transversal. Dessa forma a profundidade da zona pastosa (a região entre as temperaturas liquidus e solidus da liga) é reduzida, o que auxilia o fluxo de líquido de alimentação interdendrítico, de modo que o componente alcance fluxo eutético máximo.

[0069] Agora foi constatado que uma extensão dessa abordagem é necessária. Em certas circunstâncias, é benéfico conduzir solidificação a partir de múltiplas direções em direção a um alimentador único, ou em múltiplas direções em direção a múltiplos alimentadores. Tais alimentadores podem até mesmo ser localizados no fundo do molde com o metal fundido sendo impulsionado contra a gravidade. Essa técnica tem sido denominada ablação direcionada.

[0070] Ablação direcionada é particularmente útil e poderosa para endereçar os problemas de seções pesadas isoladas que não são facilmente alimentadas. Concentrar-se nessas regiões, assegura sua solidificação rápida antes da solidificação do restante do componente, a frente de congelamento pode subsequentemente ser avançada para outras regiões menos problemáticas (que podem ser menos espessas). Assim saliências pesadas podem usualmente ser congeladas profundamente sem o custo e inconveniência de alimentadores ou resfriadores adicionais, uma vez que as relativamente saliências espessas podem ser alimentadas através das seções relativamente finas do componente. Alternativamente, o congelamento de seções de qualquer espessura pode ser intensificado, o que eleva as propriedades mecânicas ou outras propriedades do material localmente. Novamente de modo alternativo, caso o componente seja projetado para falhar em alguma localização particular, ablação pode ser reduzida ou evitada nessa localização para alterar a taxa de resfriamento das várias etapas de reação da liga e reduzir as propriedades localmente. Há diversos componentes de metal que são projetados para falhar em localizações definidas por questões de segurança, particularmente em veículos a motor, por exemplo. Ablação direcionada permite a produção de peças de metal que têm zonas falha definidas.

[0071] Ablação direcionada também provê a possibilidade de taxas de produção consideravelmente intensificadas. O tempo de congelamento de um componente que foi ablacionado unidirecionalmente a partir de uma extremidade para um alimentador em sua extremidade distante pode, naturalmente, ser reduzido à metade ablacionando-se simultaneamente a partir das duas extremidades e finalizando-se em um alimentador central. Claramente, peças fundidas mais complexas que são ablacionadas simultaneamente a partir de múltiplas localizações em múltiplas direções em direção a múltiplos alimentadores podem ser alcançadas com grande rapidez.

[0072] A abordagem de ablação direcionada tem a importante vantagem que a quantidade natural de solidificação que ocorre no molde (como um resultado de extração de calor natural pelo molde) antes da chegada do resfriamento de ablação é reduzida, resultando em taxas de resfriamento melhoradas. Além disso, naturalmente, peças fundidas maiores podem ser resolvidas sem incorrer na penalidade de perda das vantagens de ablação como um resultado de resfriamento anterior pelo molde. Em outra modalidade, o molde inteiro ou uma porção do molde pode ser produzido de um agregado que compreende um material particulado refratário e um ligante solúvel de modo a prover um molde com transferência de calor mínima entre o molde e o metal fundido. Isso reduz o efeito de refrigeração do molde diminuindo, desse modo, o resfriamento da fusão retida no molde e também para seções muito finas que normalmente congelariam rapidamente. Tais materiais de molde são discutidos no Documento de Patente no U.S. 7.165.600, cuja matéria é incorporada ao presente documento em sua totalidade a título de referência.

[0073] Em porcentagens abaixo de cerca de 13 por cento, qualquer silício que seja adicionado ao alumínio dissolve na solução. Quando a liga contém silício em uma porcentagem que é menor do que a porcentagem de saturação, a mesma é chamada hipoeutética, isto é, uma liga hipoeutética. A maior parte das composições de liga de alumínio é hipoeutética. Em cerca de 13 por cento, a liga de alumínio se torna saturada com silício. Uma liga de alumínio que é saturada com silício é conhecida como eutética. Uma vez passado aquele ponto de saturação, qualquer silício adicionado após o ponto de saturação não dissolverá na liga de alumínio final. Tais ligas são conhecidas como ligas hipereutéticas.

[0074] Em relação a ligas de Al, o processo se aplica a ligas de fundição de Al tais como a liga AI-7Si- 0.4Mg (A356), e várias ligas hipoeutéticas. O processo também pode se aplicar a ligas de alto silício que contêm até 17 ou mais % em peso de Si (ligas de alumínio hipereutéticas). O processo também pode se aplicar a ligas à base de Al-4.5Cu de alta resistência tais como liga A206 e A201.

[0075] O processo para intensificar propriedades mecânicas de material de uma porção alvejada de um componente de metal, tal como um componente de liga de alumínio, é benéfico pelo fato de que é provido resfriamento localizado sem um interstício de ar entre o molde e o metal fundido que está resfriando (e, consequentemente, contraindo um tanto para longe do molde). Esse interstício de ar é prejudicial pelo fato de que reduz a taxa de resfriamento devido ao fato de que o ar serve como um isolante. Ter resfriamento localizado sem um interstício de ar agiliza consideravelmente o processo de resfriamento. Assim, uma microestrutura uniforme pode ser alcançada tanto nas seções relativamente espessas quanto nas relativamente finas de um único componente por ablação direcionada, enquanto que uma peça fundida tem dificuldades para alcançar essa microestrutura uniforme. Em uma modalidade, essa microestrutura pode ter um DAS secundário de cerca de 40 a 50 micrômetros ou um tamanho de célula de 10 a 110 μm.

[0076] Ablação direcionada é, portanto, um processo inovador que retém as vantagens de ablação, mas com (i) capacidade para lidar com peças fundidas maiores ou mais complexas; (ii) taxas de produção intensificadas; e (iii) redução de solidificação por extração de calor a partir do molde, e substituindo-se essa pela extração de calor por resfriamento ablativo preferencial que resulta em benefícios de qualidade para a estrutura de liga do componente, e/ou lidando-se componentes mais extensos que não podem ser produzidos por processos de fundição convencionais ou por métodos de forjamento.

METAIS E LIGAS

[0077] O processo de ablação até agora demonstrou ser apropriado para a conversão de fusões líquidas de ligas à base de Mg e Al, mas é esperado que seja adequado para a mesma conversão de fusões líquidas para sólidos de qualquer metal ou liga de metal, que inclui ligas não ferrosas à base de cobre, bem como ligas ferrosas e ligas da alta temperatura tais como ligas à base de níquel e similares.

[0078] Além disso, enquanto que as ligas forjadas tais como as séries 6000 e 7000 são, em geral, consideradas impossíveis para derramar com sucesso como peças fundidas modeladas devido a sua faixa de congelamento excessivamente curta e longa que cria problemas de alimentação, que levam a porosidade por encolhimento e ruptura a quente, fundição por ablação tem mostrado alcançar produtos confiáveis.

RECURSOS METALÚRGICOS

[0079] Após completar a solidificação da peça fundida, a peça fundida pode ser submetida a tratamentos térmicos convencionais que incluem tratamentos tais como (i) envelhecimento apenas para fortalecer aquelas porções da peça fundida que tiverem recebido o benefício de um tratamento de solução em temperatura alta, enquanto dá adicionalmente algum fortalecimento para outras partes da peça fundida que não teriam recebido o benefício do tratamento de solução, mas teriam retido um pouco de soluto em solução; e (ii) tratamento de solução, arrefecimento brusco e envelhecimento, no caso em que aquelas porções da peça fundida que já tinham recebido um tratamento de solução se beneficiariam adicionalmente de um tratamento adicional, e aquelas porções que não tinham recebido o tratamento de solução anterior se beneficiariam convencionalmente de um tratamento térmico completo convencional de solução, arrefecimento brusco e envelhecimento.

[0080] Naturalmente, qualquer tratamento de arrefecimento brusco que seria aplicado à peça fundida relativamente livre de tensão produzida pelo resfriamento e solidificação interrompida se beneficiaria de um arrefecimento brusco que não reintroduza tensão significativa tal como um arrefecimento brusco a ar ou arrefecimento brusco com polímero em vez de um arrefecimento brusco com água.

[0081] Por extração extremamente rápida de calor as propriedades mecânicas da peça fundida são maximizadas. A resposta ao tratamento térmico da liga será intensificada devido ao afastamento mais fino da microestrutura, conferir homogeneização mais rápida devido às distâncias de difusão significativamente encurtadas envolvidas.

[0082] Em algumas circunstâncias as propriedades são suficientemente intensificadas de modo que o tratamento térmico pode ser simplificado, de modo que um tratamento de solução de temperatura alta longo e dispendioso, arrefecimento brusco e envelhecimento à temperatura baixa podem simplesmente ser substituídos por um tratamento de envelhecimento à temperatura baixa. Evitar o tratamento de solução e arrefecimento brusco com água é particularmente vantajoso: não apenas tempo, energia e custos são consideravelmente reduzidos, mas a arrefecimento brusco com água introduz o perigo de peças fundidas tensionadas e/ou distorcidas. É uma grande vantagem evitar um arrefecimento brusco com água de modo a evitar tensão interna residual e reter a precisão da peça fundida, particularmente de modo que uma operação de alisamento separada possa ser evitada e operações de usinagem possam ser reduzidas ou eliminadas.

[0083] Além disso, em alguns casos favoráveis, mesmo envelhecimento pode não ser necessário.

[0084] Conforme mencionado, as propriedades mecânicas intensificadas que podem ser criadas no componente devido à ablação direcionada resultam da remoção do molde de uma área predeterminada de modo que a porção do componente subjacente à área removida do molde possa ser contatada pelo fluido a fim de solidificar aquela porção do metal fundido que está formando o componente. Tais propriedades mecânicas intensificadas podem incluir resistência máxima maior, limite elástico mais alto juntamente com alongamento melhorado. As propriedades mecânicas intensificadas também podem ser que a primeira porção do componente compreenda dendritos que têm um espaçamento de braço de dendrito (DAS) que é menor do que o espaçamento de braço de dendrito do restante do componente. O espaçamento de braço de dendrito pode ser espaçamento de braço de dendrito secundário. O espaçamento de braço de dendrito secundário é uma medida direta da taxa de congelamento de um componente de liga de metal, e é, em geral, recomendado e usado para esse propósito. Embora o uso de DAS primário pudesse ser aberto a algumas críticas, com o fundamento de que essa não é a melhor medida de taxa de solidificação, uma medida prática que evita a escolha entre DAS primário e secundário é o uso de afastamento de célula, em que qualquer fragmento dendrítico, quer o braço ou grão primário ou secundário conte como uma “célula“. Em vista das dificuldades para distinguir entre braços de dendrito primário e secundário em algumas ligas de Al, em que crescimento dendrítico adota preferencialmente formatos irregulares, a medição de afastamento de célula é prática e valiosa e tem demonstrado ser uma boa medida da primeira taxa de congelamento de reação em ligas hipoeutéticas de alumínio. As propriedades mecânicas intensificadas são o resultado do tempo de congelamento acelerado, isto é, o tempo de solidificação do metal fundido. Conforme o tempo de solidificação é reduzido, um espaçamento de braço de dendrito mais fino (ou espaçamento de braço de dendrito secundário) é gerado. O refinamento da estrutura é provocado pela taxa de resfriamento consideravelmente aumentada. Conforme mencionado, o limite elástico é ou pode ser mais alto na primeira porção do componente, a resistência à tração final é ou pode ser mais alta na primeira porção do componente e o alongamento é ou pode ser mais alto na primeira porção do componente.

[0085] Embora os benefícios de propriedade mecânica e material de ablação sejam comumente atribuídos à redução em DAS ou tamanho de célula, ocorre que o DAS ou tamanho de célula mediante congelamento pela ação do molde e a aplicação de ablação possivelmente é o resultado do congelamento de bifilmes de óxido (que parecem rachaduras) em seu estado convoluto compacto. A perda de propriedades sofrida por resfriamento convencional mais lento em processos competitivos surge como um resultado do desenrolar dos bifilmes, que se desdobram para se tornarem rachaduras de engenharia mais sérias de 10 vezes ou mais aumentadas em tamanho comparadas à forma de bifilme compacto. Todas aquelas propriedades mecânicas que se beneficiam de tamanhos reduzidos de defeitos iniciais, portanto, se beneficiam de congelamento mais rápido. Essas propriedades incluem ductilidade e resistência à tração final (UTS). Vale a pena notar que a melhoria simultânea em resistência e ductilidade (alongamento e tenacidade) é um benefício especialmente bem-vindo, uma vez que esforços para aumentar a resistência normalmente resultam em uma redução simultânea em ductilidade. Esse benefício duplo a partir de congelamento rápido pode ser totalmente explicado pela teoria do bifilme. Por outro lado, a redução no DAS (ou afastamento de célula) pode normalmente contribuir apenas com um pequeno benefício para a resistência, mas não pode contribuir nada para a ductilidade, em linha com a predição da Equação de Hall Petch.

[0086] Embora ablação seja na maior parte aplicada usualmente para aumentar as propriedades do componente completo, há casos em que regiões alvejadas da peça fundida exigem exibir propriedades reduzidas. Isso pode ser alcançado durante a ablação assegurando-se que a porção correspondente do molde não seja removida devido à mesma não ser contatada pelo solvente fluido. Quanto àquela porção do molde, a mesma terá propriedades mecânicas reduzidas, isto é, um limite elástico mais baixo, uma resistência à tração final mais baixa e uma porcentagem menor de alongamento. É essa porção remanescente do componente que terá propriedades mecânicas reduzidas. A área selecionada do componente que tem propriedades mecânicas reduzidas pode ser projetada para ser a primeira porção do componente a falhar.

[0087] Está se tornando comum no campo automotivo assegurar que componentes falhem em localizações específicas e em modos geométricos específicos para reduzir desacelerações durante impactos de acidente, absorver energia, e manter a segurança de ocupantes do carro (por exemplo, assegurar o colapso dos componentes de suspensão e direção para assegurar que o volante não impacte o condutor). Deve ser evidente que qualquer número de outras razões pode ser contemplado para prover propriedades mecânicas reduzidas ou propriedades mecânicas intensificadas para uma porção particular de um produto, membro ou componente de metal unitário de peça única. Assim, propriedades mecânicas reduzidas ou propriedades mecânicas intensificadas podem ser providas para uma ou mais porções de um componente de acordo com a presente descrição.

ABLAÇÃO INTEGRADA E TRATAMENTO TÉRMICO DE SOLUÇÃO

[0088] O processo de resfriamento e solidificação rápidos pode ser interrompido por um período de permanência, que permite que aquelas porções solidificadas do componente reaqueçam, ganhando calor daquelas regiões do componente que permanecem líquidas, de modo a prover um tratamento de solução de temperatura alta para aquelas porções do componente que foram solidificadas, e a perda de calor associada daquelas porções do componente que permaneceram líquidas são, desse modo, levadas a solidificar adicionalmente, mas em que o componente inteiro recebe concomitantemente o benefício de resfriar mais lentamente, e mais uniformemente, de modo a reduzir consideravelmente tensão interna e distorção no componente solidificado.

[0089] O processo de resfriamento pode ser reaplicado após um período de permanência adequado. A taxa de resfriamento pode agora, preferencialmente, ser suficientemente alta para reter uma proporção útil de solutos em solução na liga embora suficientemente lento para evitar a geração de alta tensão residual no componente.

MICROESTRUTURA

[0090] As microestruturas de produtos de moldes de agregado solidificados por um processo de ablação são únicas.

[0091] As ligas de Al-Si como fundidas convencionalmente, em geral, exibem uma microestrutura misturada de dendritos de Al primários e a fase eutética de Al-Si. Em componentes ablacionados é típico que alguns dendritos primários se formem por extração de calor do molde nos primeiros poucos segundos ou minutos após verter. Esses têm um espaçamento de braço de dendrito secundário (DAS) que é típico de produtos solidificados convencionalmente uma vez que essa fase de solidificação é controlada pela taxa modesta de extração de calor pelo molde. Após a aplicação de ablação, que resulta em alguma remoção de molde e impacto direto de refrigerante na superfície do componente, a taxa de extração de calor aumenta por um fator entre 100 e 1.000 vezes. Devido à relação de aproximadamente um terço de potência entre DAS e taxa de resfriamento, o DAS reduz correspondentemente por um fator de até 10 vezes aproximadamente. Caso quaisquer dendritos ainda estejam crescendo, seu DAS agora é bruscamente reduzido por esse fator grande. Isso, usualmente, é visto claramente. O outro recurso da microestrutura ablacionada é a fineza extrema da fase eutética, que é tipicamente da ordem de 1 micrômetro de afastamento, e de resolução tão difícil em ampliação de 1.000 X no microscópio óptico, a fase parece ser de uma cor cinza uniforme em vez da forma grossa e pontiaguda não modificada usual de partículas de silício. Assim a estrutura é agora essencialmente modificada, embora nenhum elemento de modificação química adicional fosse necessário para alcançar essa transformação, mas pequenas quantidades de SR ou NA para 20 PPM podem ser úteis.

[0092] Um recurso adicional da microestrutura de peças fundidas ablacionadas é a relativa grosseria da estrutura adjacente à superfície do componente, mas uma estrutura fina no centro. Essa estrutura característica é o oposto daquela esperada em peças fundidas de liga de Al convencionais, as quais exibem o resfriamento mais rápido próximo à superfície do molde, e em que resfriamento diminui a velocidade progressivamente em direção ao centro da peça fundida uma vez que todos os processos de fundição convencionais extraem calor latente de solidificação da superfície da peça fundida.

[0093] Caso a ablação tenha sido aplicada muito tarde, uma estrutura grossa normal pode ter tido tempo para se desenvolver por toda a seção da peça fundida, de modo que a ablação agora atuará apenas naqueles bolsos de líquido remanescentes, resultando em uma estrutura dupla, em geral, grossa, mas com bolsos de estrutura extremamente fina. Isso é novamente exclusivo para ablação em ligas à base de Al e Mg.

RECICLAGEM E RECUPERAÇÃO

[0094] O agregado pode ser recuperado e reciclado. Além disso, a água também pode ser recirculada. O acúmulo de ligante em solução na água pode ser reduzido continuamente por um sistema de remoção e/ou recuperação de ligante.

EXEMPLO I

[0095] A Figura 4 ilustra uma técnica de fundição convencional da técnica anterior, na qual as três saliências pesadas A, B e C, dispostas em uma placa mais fina 110, exigem todas, alimentadores separados (colunas) 112, 114 e 116 respectivamente para assegurar sua solidez. Infelizmente, a adição dos alimentadores retarda ainda mais a taxa de congelamento dessas seções pesadas, com o resultado de que as propriedades das saliências são ruins relativamente.

[0096] A Figura 5 descreve uma peça fundida projetada para ser solidificada por resfriamento de ablação unidirecional convencional de acordo com a técnica anterior. Resfriamento ablativo por pulverizações de água inicia em saliência A, levando tempo para solidificar a saliência A antes de avançar para fazer com que as pulverizações se movam ao longo da placa na direção das setas 106. Ao chegar à saliência central B a taxa de progresso de ablação é novamente diminuída enquanto calor é extraído de B para assegurar sua solidificação completa antes de progredir novamente ao longo da placa na direção das setas 106. O progresso será novamente diminuído em C. A placa de peça fundida remanescente em D será, por fim, solidificada enquanto todo o tempo recebe alimentação de metal a partir do alimentador (coluna) 102, que é, naturalmente, a última porção do conjunto peça fundida/alimentador a congelar. O tempo despendido para progredir ao longo do comprimento completo da peça fundida placa mais o tempo adicional exigido para congelar as saliências pesadas algumas vezes cria problemas devido à perda natural de calor para o molde durante esse período estendido faz com que os itens distantes do início, tais como C e D e o alimentador, congelem todos, pelo menos parcialmente, sem os benefícios de resfriamento de ablação. Em alguns casos, congelamento prematuro completo do alimentador impedirá a obtenção de uma peça fundida confiável.

[0097] Agora com referência à Figura 6, um método de acordo com a presente descrição é ilustrado. A ablação é agora alvejada para assegurar propriedades excelentes que são especificadas para as saliências A e C, e propriedades intermediárias para saliência a B. Solidez é exigida para todas as saliências, mas por razões estéticas não é permitido que alimentadores sejam situados na placa 120. Assim ablação é alvejada em seções pesadas 130 e 132. O progresso de resfriamento de ablação é mostrado pelas setas 126 e 128, iniciando simultaneamente nas extremidades A e D. As frentes de solidificação convergem na saliência central B na qual é plantado um alimentador 124. A solidificação da peça fundida é agora metade daquela para a técnica anterior mostrada na Figura 5. Devido a esse tempo encurtado, o alimentador 124 é especialmente pequeno e eficiente devido à perda natural de calor não ter ocorrido em uma dimensão tal que qualquer solidificação significativa tenha ocorrido no alimentador. Assim todo o líquido no alimentador está disponível para a alimentação da peça fundida. O alimentador 124 pode, portanto, ser significativamente menor e mais econômico do que o alimentador 102 da técnica anterior. (Mesmo assim, naturalmente, ambos 124 e 102 são melhorias consideráveis no total dos três alimentadores exigidos para a peça fundida mostrada na Figura 4.) Deve ser evidente que uma vasta variedade de outros formatos ou projetos geométricos de peça fundida são contemplados. Para muitos desses, ablação direcionada é preferencial a fim de alcançar características, taxas de produção e propriedades metalúrgicas desejadas para a peça fundida.

[0098] Deve ser evidente que uma vasta variedade formatos ou projetos geométricos de peça fundida são contemplados. Pode haver qualquer número de seções pesadas de uma peça fundida de metal ou liga de metal e mais do que um alimentador pode, algumas vezes, ser exigido dependendo da geometria da fundição ou peça de metal. Para muitos desses formatos, componentes ou peças de fundição, ablação direcionada é preferencial a fim de alcançar características, taxas de produção e propriedades metalúrgicas desejadas para a peça fundida.

[0099] As propriedades mecânicas intensificadas que podem ser criadas na peça fundida devido à ablação direcionada resultam da remoção do molde de uma área predeterminada de modo que a porção da peça fundida subjacente à área removida do molde possa ser contatada pelo solvente ou fluido a fim de solidificar aquela porção do metal fundido que está formando a peça fundida. Tais propriedades mecânicas intensificadas podem incluir resistência máxima maior, limite elástico mais alto, ou uma porcentagem de alongamento maior antes de rompimento ou fratura e similares. As propriedades mecânicas intensificadas também podem ser que a primeira porção da peça fundida compreenda dendritos que tenham um espaçamento de braço de dendrito que seja menor do que o espaçamento de braço de dendrito do restante da peça fundida. As propriedades mecânicas intensificadas são o resultado do tempo de congelamento acelerado, isto é, o tempo de solidificação do metal fundido. Como o tempo de solidificação é reduzido, um espaçamento de braço de dendrito mais fino acontece com o refinamento da estrutura que é provocado aumentando-se consideravelmente a taxa de resfriamento. Conforme mencionado, com ablação direcionada, um limite elástico mais alto na primeira porção de uma peça fundida ou uma resistência à tração final mais alta na primeira porção da peça fundida ou uma maior porcentagem de alongamento na primeira porção da peça fundida pode ser alcançado.

[00100] É concebível que uma grande proporção do molde seja contatada com o fluido de modo a remover aquela porção do molde e permitir que o fluido ou solvente contate a peça fundida que solidifica em todas as porções em que o molde foi removido. No entanto, há pelo menos uma porção do molde que não é removida devido à mesma não ser contatada pelo fluido ou devido ao fluido ou solvente não servir para dissolver aquela porção do molde (uma porção de metal do molde, por exemplo). Quanto |àquela porção do molde, a peça fundida terá propriedades mecânicas reduzidas, isto é, um limite elástico mais baixo, uma resistência à tração final mais baixa ou uma porcentagem de alongamento menor. É essa porção remanescente da peça fundida que terá propriedades mecânicas reduzidas. A área selecionada da peça fundida que tem propriedades mecânicas reduzidas pode ser projetada para ser a primeira porção da peça fundida a falhar.

[00101] Deve ser avaliado, no entanto, que a porção da peça fundida que é ablacionada ou solidificada por último não precisa ter propriedades mecânicas mais baixas do que a porção que é ablacionada ou solidificada primeiro. Isso em grande parte depende do formato da peça fundida. Isso ocorre devido às propriedades da peça fundida dependerem da taxa de congelamento. Assim, caso as partes da peça fundida que foram solidificadas depois tenham muitas seções de aleta ou sejam resfriadas com resfriadores de metal, as mesmas, muito provavelmente, terão propriedades mecânicas respeitáveis, se não excelentes. No entanto, esse é o caso em que a uma ou mais porções ou seções ablacionadas da peça fundida processadas de acordo com a presente descrição terá sempre propriedades superiores quando comparada às propriedades produzidas por peças fundidas solidificadas convencionalmente, isto é, por perda de calor por meio de condução para o molde em um molde convencional.

[00102] Peças fundidas que têm propriedades mecânicas ou metalúrgicas diferentes na mesma peça seriam úteis em várias circunstâncias. Tais peças poderiam incluir, por exemplo, rodas de veículo, componentes estruturais para veículos, tais como aeronaves ou caminhões ou automóveis, bem como, por exemplo, componentes ou peças de máquina, bem como peças estruturais para pontes, edificações, reboques e várias estruturas de suporte de carga grandes de vários tipos. Para tais peças, pode ser desejável projetar a peça fundida de modo a ter uma porção da peça que é mais forte do que outra porção da peça de uma maneira que, se a peça falhar, a falha é iniciada em uma porção particular da peça, mesmo se a peça tiver a mesma área em corte transversal na porção da peça projetada para falhar primeiro que em outra porção da peça que é projetada para resistir à falha mais do que a primeira porção da peça. Peças ou componentes fundidos que têm propriedades mecânicas ou metalúrgicas diferentes podem ser formadas com o uso do processo de ablação direcionado discutido acima.

[00103] Diversas ligas de alumínio podem ser empregadas para as peças fundidas discutidas no presente documento. Essas incluem as séries 100 a 900 de ligas de alumínio, bem como as séries 1000 a 8000 de ligas de alumínio. Conforme mencionado, a liga pode ser uma liga A356. A mesma também pode ser a liga 6061.

[00104] Diversos tratamentos térmicos também podem ser administrados para a peça fundida após o processo de fundição ser concluído. Por exemplo, para peças fundidas de alumínio A356, os tratamentos térmicos T5 e T6 são possíveis. No processo de tratamento térmico T5, as peças fundidas são deixadas para resfriar naturalmente e são, então, artificialmente envelhecidas em uma temperatura elevada em um forno de baixa temperatura. O processo de tratamento térmico T6 constitui duas etapas. As peças fundidas primeiro são deixadas para resfriar naturalmente e, então, aquecidas à uma temperatura elevada em um forno de alta temperatura. Após um período definido de tempo, as peças fundidas são arrefecidas bruscamente de forma rápida. Subsequentemente, as fundições são movidas para um forno de baixa temperatura para a segunda etapa do processo de tratamento térmico T6.

[00105] É evidente que, com outros tipos de ligas de alumínio, outros processos de tratamento térmico são conhecidos na técnica.

EXEMPLO II

[00106] Como um exemplo da presente descrição, a fabricação de um cabeçote de cilindro automotivo de 4 cilindros fundido em liga de Al A356 (nominalmente AI-7Si-0.4Mg em % em peso), é descrita. Um molde foi produzido de um agregado de areia de sílica ligado com um ligante solúvel em água tal como foi descrito acima.

[00107] O cabeçote de cilindro foi fundido com a face de chama para baixo, de modo que a face de chama foi formada pela porção de arrasto do molde.

[00108] Esse material voltado do molde de arrasto incluía granalha de aço inoxidável ou outras partículas preferencialmente resistentes à corrosão tais como granalha de bronze ou alumínio puro ou grãos de SiC. Esses materiais de indução de resfriamento foram ligados com um ligante solúvel em água. Uma alternativa preferencial foi uma granalha metálica ou SiC como acima (doravante denominada convenientemente apenas como “granalha“), mas misturada com areia de sílica ou outro agregado de moldagem granular para diluir e controlar eficazmente o poder de refrigeração do aditivo, mas todos ligados como antes com um ligante solúvel em água.

[00109] Em uma modalidade, a granalha (preferencialmente misturada com a areia ou outro agregado de moldagem) consiste apenas em uma camada entre 5 e 10 mm de espessura na superfície do molde, de modo a resfriar a face de chama da peça fundida de cabeçote de cilindro. Dessa forma uma película sólida de liga solidificado é formada rapidamente na importante face de trabalho da peça fundida. Dentro de 15 a 30 segundos essa película é fortalecida o suficiente para prover uma superfície contra a qual é seguro aplicar água de ablação diretamente. O uso de uma camada superficial de resfriadores tem um benefício incidental adicional, uma vez que muitos clientes de cabeçotes de cilindro especificam um espaçamento de braço de dendrito fino entre as portas de escape de um motor de combustão interna de 4 válvulas por cilindro, particularmente os motores à diesel de alto nível de tensão.

[00110] Embora fosse possível produzir o molde de arrasto com uma dispersão uniforme de granalha de aço, ou outro material de indução de resfriamento adequado, isso, usualmente, não é útil. Uma grande quantidade de tal material de resfriamento criará um efeito de resfriamento que é tão grande que não pode ser facilmente revertido posteriormente de modo a obter o benefício de uma fase de reaquecimento necessária para efetuar um tratamento térmico de solução.

[00111] A liga de Al (A356) foi derramada no molde e deixada permanecer por um período de tempo (na região de 30 a 60 segundos que depende da temperatura de derramamento) enquanto a face de chama começou a solidificar por extração de calor da granalha metálica.

[00112] Subsequentemente, pulverizações de água foram aplicadas à base do molde por aproximadamente 40 segundos para ablacionar o molde de arrasto, que inclui a camada que contém a granalha metálica permitindo, desse modo, resfriamento direto da face de chama da peça fundida. Esse congelamento acelerado do restante da liga parcialmente solidificada em contato com o arrasto cria uma microestrutura desejada particularmente fina da peça fundida nessa região.

[00113] Subsequentemente, esse resfriamento rápido por pulverizações de água foi interrompido por aproximadamente 75 a 150 segundos para permitir que o material solidificado reaqueça, tirando calor daquelas porções da peça fundida ainda não solidificadas. A temperatura da face de chama aumentou novamente para alcançar aproximadamente 550 C, temperatura em que a solução ocorre rapidamente, particularmente se a microestrutura for fina. Devido à fineza extrema da microestrutura, o tratamento de solução é extremamente rápido, exigindo apenas segundos ou minutos para um grau útil de tratamento de solução.

[00114] A temperatura precisa para a qual a peça fundida reaquece é controlada por (i) a quantidade de conteúdo de resfriamento do material de molde voltado para o arrasto, (ii) as condições de ablação, e (iii) o período de interrupção de ablação (embora deva-se ter em mente que apenas na última parte do período de reaquecimento a temperatura alcança um nível eficaz para tratamento de solução). Deve-se ter cuidado, naturalmente, para evitar excesso de reaquecimento que poderia fazer com que a face de chama fosse refundida, e desse modo, ficasse vulnerável a dano a partir de ação subsequente de pulverizações de água após o fim do período de interrupção de resfriamento.

[00115] As pulverizações de resfriamento são, então, reaplicadas às porções tanto de arrasto quanto de cobertura da peça fundida para resfriar e solidificar toda a peça fundida, e para remover o molde dissolvendo-se o ligante solúvel em água do agregado.

[00116] A peça fundida foi subsequentemente submetida a um tratamento térmico apenas de envelhecimento por 30 minutos a 175 C no qual a face de chama aumentou consideravelmente em resistência e dureza, e o restante da peça fundida aumentou suficientemente para atender a especificação do cliente.

[00117] Durante a primeira avaliação as condições exigidas para desempenho ótimo, a avaliação da porcentagem de material de resfriamento no material voltado para o arrasto, das condições de ablação e do período de interrupção, é mais útil usar uma série de peças fundidas de sacrifício nos moldes das quais foram perfurados furos para permitir o posicionamento estratégico de termopares finos para monitorar as fases resfriamento e reaquecimento, e testar a sensibilidade do processo a mudanças nas variáveis chave.

[00118] A Figura 7 é uma vista lateral de uma amostra fundida 150 que pode ser feita de liga de alumínio 6061. A mesma inclui uma coluna 152 na qual um termopar foi colocado no ponto M. Uma seção média superior 154 da amostra tem um termopar colocado no ponto N, com uma seção média inferior 156 que tem um termopar colocado no ponto O. Por fim, uma seção de fundo 158 tem um termopar colocado no ponto P. A amostra 150 foi formada aquecendo-se a liga de alumínio para uma temperatura de cerca de 732 °C (1.350 °F) em um cadinho aquecido elétrico. A liga foi derramada em um molde alimentado por gravidade que foi pré-aquecido para cerca de 65 °C (150 °F) e era composto de um agregado de areia de sílica que tem um tamanho de grão médio de cerca de 250 μm e um ligante de vidro fosfatado. O metal fundido para a amostra 150 foi vertido dentro de dez segundos de remoção do cadinho do calor. O tempo de preenchimento do molde foi cerca de dois segundos. O diâmetro da seção média dessa amostra foi aproximadamente 20 mm e o comprimento da amostra foi cerca de 120 mm. Durante o derramamento, o molde foi mantido a uma temperatura de cerca de 30 °C (86 °F). Imediatamente após o metal fundido ser vertido, isto é, dentro de dois segundos após o molde ser preenchido com o metal fundido, um solvente foi dirigido na base 158 do molde a fim de começar a remover ou ablacionar o molde.

[00119] A Figura 8 mostra as curvas de resfriamento geradas pelos termopares nos pontos M, N, O e P na amostra 150. A curva de resfriamento no ponto M na coluna 152 é designada como Mcc, enquanto a curva no ponto N na seção média superior 154 da amostra 150 é designada uma Ncc, a curva no ponto O na seção média inferior 156 é designada em Occ e a curva no ponto B no fundo 158 da amostra é designada como Pec. As curvas de temperatura mostram que a região Pec resfria primeiro e que o resfriamento é contido após alcançar um ponto abaixo da linha T, isto é, uma temperatura de cerca de 600 °C (1.100 °F). Então, a região Pec é reaquecida pela área adjacente do metal fundido em Occ. Um atraso em resfriamento, em tempo e temperatura é mostrado para a curva Occ, uma vez que essa região resfria de forma mais lenta inicialmente. No entanto, a célula ou espaçamento de braço de dendrito não mudará significativamente de tamanho entre a localização de Pec e a localização de Occ. Poderia haver apenas cerca de um 5 μm de diferença. A região Pec aquece rapidamente de volta para o nível de temperatura T e, desse modo, uma solução curta ocorre na região Pec.

[00120] Resfriamento por ablação direcionada ocorre novamente na localização Occ após o dado atraso entre as duas curvas. O resfriamento para a região Ncc tem a maior queda devido ao conteúdo de fração sólida mais alto que foi criado pelo atraso e cai através do nível T mais rápido do que todas as outras áreas. Em consequência de a queda passar a temperatura T novamente, o resfriamento é contido para a localização Ncc. As localizações Ncc e Occ, no entanto, se sobrepõem abaixo da temperatura T conforme à região adjacente a Ncc é aquecida pela capacidade térmica superior da região Mcc e ultrapassa a temperatura da região Occ e alcança uma temperatura ligeiramente mais alta.

[00121] Por fim, em torno de 1,3 minuto, ablação direcionada ocorre novamente, dessa vez entre as regiões Ncc e Occ descendo o resfriamento rapidamente. Nesse momento, a região Mcc resfria através da adjacente cruzada da região Ncc até, por fim, a região Mcc ser resfriada pelo fluido em um tempo de 1,8 minuto. A coluna é resfriada apenas antes desse ponto a partir da área adjacente Ncc que foi resfriada pelo fluido de ablação.

[00122] Pode ser visto que parar um fluxo do fluido de ablação para uma porção da amostra de teste 150 fará com que aquela porção reaqueça devido à presença de porções ainda fundidas em regiões adjacentes da amostra. Assim, pelo menos uma porção do componente é reaquecida antes da etapa de remover uma porção adjacente do molde que ainda contém metal fundido em uma temperatura relativamente alta.

[00123] Deve ser evidente a partir da Figura 8 que não apenas a região do fundo 158 é reaquecida, mas também são as regiões intermediárias inferior e superior 156 e 154. Nessa modalidade, no entanto, a região superior 152 não é reaquecida nessa modalidade do processo de ablação direcionado.

[00124] É importante observar que a linha T na Figura 8 é definida para um número particular. Nesse caso, aquele número é 575 °C (1.067 °F) que é a temperatura de fusão para uma liga de alumínio 6061 genérica. Assim, é permitido que o metal que solidificou aqueça, mas não funda. Pode ser visto é permitido que o metal agora solidificado nas seções Pec, Occ e Ncc na Figura 7 da amostra de teste 250 aqueça, mas não ao ponto em que a temperatura passaria a temperatura de fusão T do metal. O resfriamento do metal em cada uma das seções Pec, Occ e Ncc é contido por um período de tempo predeterminado. Aquele período de tempo pode ser da ordem de 15 segundos ou mais. Para a seção Pec, o resfriamento é contido em aproximadamente 30 segundos. Durante aquele período de tempo, o metal em aquelas seções é aquecido. Depois disso, resfriamento é aplicado novamente por meio do contato do molde com o fluido. Dessa forma, áreas alvejadas do componente são resfriadas em taxas predeterminadas e deixadas aquecer, abaixo da temperatura de fusão do metal do componente, mas não passar aquela temperatura. Colocado de outra forma, um resfriamento indireto da seção Occ acontece devido à seção Pec retirar calor da seção Occ conforme a seção Pec aquece novamente. De maneira similar, a seção Occ retira calor indiretamente da seção Ncc conforme a seção Occ aquece novamente.

[00125] A linha T representa uma temperatura na qual todas as reações de soluto ocorreram e os elementos de soluto são congelados para um dado metal ou liga de metal. É compreendido na técnica que a linha T representa a temperatura mais alta que uma liga pode alcançar através de um tratamento térmico antes de fusão incipiente acontecer na liga, o que pode levar a propriedades mecânicas reduzidas. Tais propriedades reduzidas devem ser evitadas. Também deve ser observado que a temperatura representada pela linha T não é uma temperatura fixa ou exata para o dado metal que está sendo solidificado, uma vez que a linha T representa uma temperatura que é um ponto de fusão de uma liga de metal e é dependente da microestrutura, concentração de liga e elementos de soluto dentro das regiões do metal solidificado. Também deve ser avaliado que conforme o metal solidificado se aproxima da temperatura T e permanece próximo àquela temperatura por um dado tempo, o tratamento térmico começa para a maior parte dos metais.

[00126] O gráfico de temperatura da Figura 8 é alcançado por uma configuração de bocais de fluido, que inclui um que é dirigido para a seção Ncc e liga em cerca de 0,1 minuto (6 segundos). Inicialmente, um bocal dirigido para a seção Pec liga. O bocal em Pec é desligado subsequentemente e o resfriamento da seção Pec é contido em cerca de 0,5 minuto, isto é, 30 segundos. Quando o bocal em Ncc é ligado, pode ser visto que a temperatura das seções Ncc e Occ começa a diminuir e as temperaturas dessas seções cruza a temperatura da seção Pec, que foi aquecida nesse meio tempo. Então, o bocal em Ncc é desligado e as seções Ncc e Occ são aquecidas subsequentemente. No entanto, durante esse período de tempo, o bocal na seção Pec é novamente ligado e como pode ser visto, a temperatura na seção Pec começa a diminuir novamente e cruza as linhas de temperatura para as seções Ncc e Occ como um resultado. Caso desejado, o bocal em Ncc pode ser ligado novamente.

[00127] Agora com referência às Figuras 9 e 10, é ilustrada um braço oscilante de motocicleta 200 que inclui primeira e segunda pernas 202 e 204 que se estendem axialmente em uma primeira direção a partir de uma seção de corpo 206 e terceira e quarta pernas 208 e 210 que se estendem axialmente em uma segunda direção a partir da seção de corpo. Deve ser avaliado que pelo menos as pernas 202 e 204 são ocas. De fato, o braço oscilante inteiro pode ser oco para economizar peso. As paredes do braço oscilante oco são de 2,5 a 3 mm de espessura. Uma saliência sólida 220 se projeta para cima a partir da seção de corpo 206. Pode ser visto que uma saliência relativamente espessa é plantada na parte central do braço oscilante. Em uma modalidade, a saliência não tem seu próprio alimentador para alimentar a mesma com metal fundido. Apesar disso, a seção espessa na região da saliência é solidificada ou congelada primeiro. Isso é feito por meio de alimentação de um metal fundido a partir das seções relativamente mais finas do braço oscilante para a saliência relativamente mais espessa. Ablação direcionada permite que esse componente seja fabricado a partir de metal fundido. Nessa modalidade, a saliência é projetada para ter as propriedades de material mais altas. Mais particularmente, o braço oscilante como fabricado a partir de uma liga de alumínio 6061 tem na região da saliência uma resistência à tração final de cerca de 344,74 MPa (50 KSI), um limite elástico convencional de 0,2% de cerca de 310,26 MPa (45 KSI), e um alongamento de cerca de 15 por cento. As seções remanescentes do braço oscilante têm propriedades mais baixas, por exemplo, cerca de 3 a 4 por cento menos alongamento, isto é, cerca de 11 por cento de alongamento aproximadamente para o restante do braço oscilante e um limite elástico convencional de 0,2% de cerca de 289,58 MPa (42 KSI).

[00128] Quanto ao braço oscilante, o mesmo não poderia ser fabricado ou produzido por meio de ablação regular. O motivo para isso é que as paredes no braço oscilante oco são de apenas 2,5 a 3 mm de espessura e a saliência foi alimentada com metal fundido através das seções de aleta. Em ablação convencional, o metal fundido nunca alcançaria a saliência, localizada na parte central do braço oscilante, a tempo. A saliência tinha que solidificar em menos do que 16 segundos ou as áreas de parede fina adjacentes poderiam não alimentar a saliência. Assim, o braço oscilante não poderia ser fabricado empregando o processo da Patente ’691.

[00129] Agora com referência à Figura 11, é descrito um suporte de popa 250 para um motor de popa para uma embarcação ou similares. O suporte de popa foi produzido de uma liga de alumínio 6061 e inclui uma seção de base 252, um braço 254 que se estende em uma direção aproximadamente normal à direção longitudinal da base e uma seção de conexão ou rebordo 256. A seção de conexão ou rebordo é espessa, com cerca de 7,5 centímetros (3 polegadas) de espessura. O rebordo é uma região dobrada 90 graus 256 que tem acima de 75mm ou 3 polegadas de espessura. É altamente desejável que o suporte de popa não falhe nessa região. Fabricação da técnica anterior da região estreitada fundida em liga A356 tem um alongamento de não mais do que 2 por cento e leva acima de 10 minutos para solidificar em uma matriz de molde permanente de baixa pressão. Para a técnica anterior, o limite elástico convencional de 0,2% é por volta de 172,37 MPa (25 KSI) e a resistência à tração final é por volta de 234,42 MPa (34 KSI).

[00130] Por outro lado, o uso de ablação direcionada para fabricação desse componente resulta em propriedades mecânicas que incluem um alongamento de cerca de 10 por cento na região de rebordo do suporte de popa com o limite elástico convencional de 0,2% que está em 248,21 MPa (36 KSI) e a resistência à tração final que está em 303,37 MPa (44 KSI) nessa região. Outras regiões ao longo da base 252 do alojamento são projetadas para ter propriedades de material que podem ser inferiores de modo que, caso falha esteja para ocorrer, o componente mostre rachadura ao longo de uma ranhura traseira 258. No entanto, é desejável que nenhuma falha ocorra nesse produto. A região mais espessa 256 tem limite elástico final mais alto em comparação às outras regiões do suporte de popa 250 devido ao fato de ser projetada para ser a última região a falhar. O suporte de popa pode ser fabricado a partir de uma liga de alumínio 6061 ou de uma liga de alumínio A356 e ambas as ligas proveem limites de elasticidade finais e resistências à tração finais similares, bem como um por cento de alongamento quando produzido por ablação direcionada.

[00131] Em ablação convencional, as seções de aleta têm propriedades materiais melhores devido às mesmas serem alimentadas a partir de regiões mais espessas do metal fundido alojado no molde devido à fração sólida a alimentar levar mais tempo para alcançar um ponto de não alimentação crítico. A fase alfa líquida remanescente nas regiões mais espessas flui para as áreas que são mais finas. Para o suporte de popa em particular, a região no rebordo é de 75 mm ou 3 polegadas de espessura e a área de superfície para remover energia por outros processos de fundição não pode ocorrer. Na ablação, a área de corte transversal remove a energia que processos de fundição, os quais convencionalmente removem energia da superfície, não podem obter a taxa de resfriamento para superar essa região espessa apesar de todas as tentativas de fazê-lo por um resfriamento de metal, refrigeração com água do ferramental, fundição injetada da peça, e outros tais processos de fundição conhecidos. Essas propriedades de material podem ser alcançadas apenas na região de rebordo por um componente forjado.

[00132] A ablação regular ensinada na Patente ’691 poderia não ser empregada para fabricar esse suporte de popa. Em outras palavras, ablação direcionada conforme descrito no presente documento tinha que ser implantada de modo que a região espessa do rebordo 256 pudesse ser formada à frente das regiões mais finas. Deve ser avaliado que o rebordo 256 não tinha um alimentador ou coluna conectado diretamente ao mesmo. Em vez disso, um alimentador ou coluna foi plantado na ranhura traseira 258 conforme a mesma afunila para a seção reduzida oposta à região de rebordo de 90 graus.

[00133] Agora em referência à Figura 13, essa Figura ilustra as etapas de um processo de acordo com outra modalidade da presente descrição. A primeira etapa no processo é formar um molde conforme mostrado no bloco 310. O molde compreende um ou mais agregados 312 e um ou mais ligantes 314. Uma vez que o molde é formado, o mesmo é colocado no lugar como na etapa 316 de modo que o mesmo possa ser preenchido com um metal fundido. O metal fundido é, então, dispensado no molde na etapa 318. O molde pode ser projetado para permitir que o metal fundido seja dispensado de acordo com qualquer um dos métodos descritos no presente documento. O molde é, então, submetido à ação de um solvente fluido ou contatado pelo mesmo, tal como em 320. Durante esse processo, uma ou mais porções selecionadas do molde são decompostas como em 322 e uma ou mais porções selecionadas do metal fundido são resfriadas como em 324. Embora uma porção ou porções selecionadas do molde estejam sendo decompostas de modo que o fluido ou solvente contate o metal fundido subjacente para resfriar e solidificar o mesmo proporcionando, desse modo, ao mesmo propriedades mecânicas ou metalúrgicas diferentes do restante do metal fundido que é para ser formado no molde, as outras porções do metal fundido contidas no molde podem ser resfriadas em uma taxa diferente ou não resfriadas, isto é, o resfriamento pode ser contido proporcionando, desse modo, propriedades diferentes para as porções remanescentes do componente que devem ser, eventualmente, formadas no molde.

[00134] Nessa modalidade, o fluxo de fluido para outra porção do molde é parado por um período de tempo como em 326. Conforme observado acima, a porção (ou porções) selecionada do molde poderia, então, ser, de fato, aquecida novamente. Subsequentemente, ou em um ponto posterior no tempo, a outra porção ou porções do molde são novamente contatadas com um fluido e uma ou mais outras porções do molde são, então, decompostas como em 330. As outras porções do metal fundido são, então, resfriadas como em 332. Depois disso, o componente inteiro é formado como em 334 e o componente é subsequentemente removido de quaisquer porções remanescentes do molde como em 336.

[00135] Agora com referência à Figura 14, ainda outra modalidade da presente descrição compreende um método para formar um molde no qual um molde é formado como no bloco 410 sendo que o molde inclui um ou mais tipos de agregados como no bloco 412 e um ou mais tipos de ligantes como no bloco 414. O molde é, então, colocado no lugar como no bloco 416 e um metal fundido é dispensado para o molde como no bloco 418. Depois disso, um primeiro componente no metal fundido é solidificado como no bloco 420. Uma solidificação de um segundo componente no metal fundido é, no entanto, contida como no bloco 422. Subsequentemente, isto é, depois no tempo por algum período de tempo predeterminado, é permitida uma solidificação do segundo componente no metal fundido como em 424. Depois disso, um produto ou componente de metal é formado como em 426.

[00136] Em mais uma modalidade adicional, o componente pode ser formado como uma roda de veículo de metal, tal como, por exemplo, de uma liga de alumínio. Com referência à Figura 15, uma roda de veículo 500 tem um cubo interno 502, um aro externo 504 e um ou mais raios 506 que conectam o cubo 502 e o aro 504 entre si. O aro 504 pode incluir um par de assentos de talão afastados 508 e 510 os quais são adaptados ou configurados para cooperar com um pneu a fim de facilitar uma vedação hermética eficaz para o pneu. Ablação direcionada pode ser útil para a fabricação de tais rodas de veículo. Em uma modalidade, os raios 506 são ocos e ablação direcionada se mostrou particularmente útil na fabricação de tais rodas de raios ocos.

[00137] Agora com referência à Figura 16, a mesma é uma vista lateral de uma amostra fundida 550 que pode ser feita de uma liga de alumínio 6061. A mesma inclui uma coluna 558 na qual um termopar foi colocado no ponto M, uma seção média superior 560 que tem um termopar colocado no ponto N e uma seção média inferior 562 na qual um termopar foi colocado no ponto O. Por fim, uma seção de fundo 564 tem um termopar colocado no ponto P. Como mostrado na Figura 17, nessa modalidade, o resfriamento começa na seção Pec e aquela seção é solidificada. O resfriamento na seção Pec é subsequentemente contido em cerca de 30 segundos. A seção Occ é influenciada pela seção adjacente Pec a qual serve como um resfriador sólido e tem uma capacidade térmica não diferente de um resfriador de metal usado convencionalmente em um molde de núcleo de fundição de areia. No entanto, o resfriamento exercido pela seção Pec ou pela seção Occ é contínuo pelo fato de que o mesmo é um resfriador sólido sem um interstício de ar, uma vez que metalurgicamente, o mesmo é ligado atomicamente na interface de sólido para líquido. As taxas de resfriamento variam através do comprimento da amostra 550, conforme a seção resfriada Pec aquece (note-se a elevação na temperatura da seção Pec) e exerce uma ação de resfriamento com um gradiente de temperatura que se estende para as seções Occ, Nee e até mesmo Mcc. O gradiente de temperatura pode ser visto como a saída das seções da eutética e cada localização sucessiva tem uma taxa de resfriamento mais lenta conforme a distância daquela seção aumenta a partir da seção Pec. Em aproximadamente 1,2 minuto, resfriamento é aplicado novamente na seção Pec. As localizações nas seções Occ, Nee e Mcc são, então, resfriadas com um gradiente de temperatura que acontece de iniciar após todas as seções serem solidificadas. Esse resfriamento poderia ser denominado como um arrefecimento brusco em um tratamento térmico. Dependendo da liga, vários pós-tratamentos térmicos podem ocorrer e o arrefecimento brusco é representado pelas linhas tracejadas.

[00138] O processo de ablação direcionado descrito no presente documento é aplicável à fabricação de muitos sistemas de liga, mas, em particular, é esperado que seja especialmente adequado para ligas não ferrosas à base de magnésio, alumínio e cobre. No entanto, ficará claro que o processo também é aplicável a ligas ferrosas e outras ligas de alta temperatura tais como sistemas à base de níquel e ligas similares. Essa descrição descreve uma aplicação particular para ligas de alumínio. Deve ser avaliado, no entanto, que vários metais podem ser empregados, de acordo com a presente descrição. Esses incluem uma grande variedade de metais e ligas, tais como aqueles descritos acima.

[00139] A técnica de ablação é um processo atraente e de custo relativamente baixo para a fabricação de peças fundidas modeladas de solidez exclusiva e propriedades altas, por um processo que é ambientalmente amigável, que não envolve nenhuma emanação tampouco odor, e no qual todos os materiais de produção (agregado, ligante, e um solvente, tal como água) podem ser descartados de forma benigna ou podem ser reciclados internamente.

[00140] A presente descrição foi descrita com referência a diversas modalidades preferenciais. Obviamente, modificações e alterações ocorrerão a outros mediante a leitura e compreensão da descrição detalhada precedente. Pretende-se que a presente descrição seja interpretada como incluindo todas essas modificações e alterações na medida em que as mesmas estejam dentro do escopo das reivindicações anexas ou dos equivalentes das mesmas.

Claims (17)

1. Processo para fabricação de produtos de metal compreendendo as etapas de: prover (10, 310, 410) um molde que inclui uma primeira porção que compreende um agregado (12, 312, 412) e um ligante (14, 314, 414); dispensar (18, 318, 418) uma liga de metal fundida no molde; remover (22, 322) a primeira porção do molde com um fluido (A, B, C, D, E, F); solidificar pelo menos uma porção alvejada da liga de metal fundida em uma primeira porção de metal sólido; caracterizado pelo fato de que o processo adicionalmente compreende as etapas de: parar um fluxo de fluido para o molde por um período de tempo; conter um resfriamento da primeira porção de metal sólido por um período de tempo predeterminado; e subsequentemente retomar o fluxo de fluido e solidificar uma porção remanescente da liga de metal fundida para formar o produto de metal.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as etapas de remover pelo menos uma porção do molde e solidificar a pelo menos uma porção alvejada do metal fundido são realizadas de modo simultâneo.

3. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de continuar a dispensar metal fundido no molde durante a etapa de solidificar a pelo menos uma porção alvejada do metal fundido.

4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que inclui adicionalmente a etapa de reaquecer a primeira porção de metal sólido antes da etapa de solidificar subsequentemente uma porção remanescente do metal fundido.

5. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que inclui a etapa de reduzir pelo menos uma dentre tensão interna e distorção no produto de metal.

6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente prover uma seção de metal para o molde e resfriar o metal fundido com a seção de metal do molde.

7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a etapa de remover a primeira porção do molde com um fluido inclui a etapa de pulverizar o molde com um solvente.

8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o molde inclui uma seção fina e uma seção espessa e compreende adicionalmente a etapa de alimentar metal fundido através da seção fina do molde para a seção espessa do molde.

9. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente solidificar o metal fundido na seção espessa do molde enquanto continua a alimentar metal fundido para a seção espessa do molde através da seção fina do molde.

10. Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o metal fundido na seção fina do molde é solidificado após o metal fundido na seção espessa do molde ter sido solidificado.

11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente remover subsequentemente uma segunda porção do molde com o fluido.

12. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente solidificar um primeiro componente selecionado do metal fundido e conter uma solidificação de um segundo componente do metal fundido.

13. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o fluido inclui pelo menos um dentre um líquido e um gás.

14. Processo para intensificar propriedades mecânicas de um produto de metal compreendendo: prover (10, 310, 410) um molde (36), que inclui um agregado (12, 312, 412) e um ligante (14, 314, 414); fornecer (18, 318, 418) uma liga de metal fundida para o molde; decompor uma primeira porção do molde com um fluido (A, B, C, D, E, F); resfriar e solidificar (23, 324) uma primeira porção do metal fundido no molde para formar uma primeira porção de metal sólido do produto de metal; caracterizado pelo fato de que o processo adicionalmente compreende: parar um fluxo de fluido para o molde por um período de tempo predeterminado; subsequentemente retomar o fluxo de fluido e decompor (22, 322) uma segunda porção do molde com o fluido; e resfriar e solidificar uma segunda porção da liga de metal fundida no molde para formar uma segunda porção do produto de metal.

15. Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a etapa de decompor a primeira porção do molde com o fluido começa antes de a primeira porção do metal fundido ter solidificado completamente.

16. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 ou 17, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente, antes da etapa de decompor a segunda porção do molde, conter o resfriamento da primeira porção de metal sólido pelo período de tempo predeterminado.

17. Processo para controlar propriedades mecânicas de um produto de metal compreendendo: prover um molde (36); fornecer uma liga de metal fundida para o molde, sendo que a liga de metal fundida quando solidificado forma o produto de metal; remover uma porção selecionada do molde com um fluido (A, B, C, D, E, F); caracterizado pelo fato de que o processo adicionalmente compreende: resfriar e solidificar um primeiro componente na liga de metal fundida; conter uma solidificação de um segundo componente na liga de metal fundida por um período de tempo predeterminado; subsequentemente permitir solidificação do segundo componente na liga de metal fundida; resfriar e solidificar uma porção remanescente da liga de metal fundida; e formar o produto de metal.

Images