JP2018537290A - Methods for improving the heat treatment of castings. - Google Patents

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Abstract

所与の設計の複数の未処理鋳物を取得することと、未処理鋳物の3次元表面測定寸法を捕捉し、基準形状を決定することと、熱処理中に鋳物を支持するように構成されている第1の支持外形を有する第1の支持固定具を取得することと、次いで、第1の支持固定具上で支持されている間に熱処理プロトコルを第1の鋳物に適用することとを含む鋳物の熱処理を改良する方法。方法は、第1の鋳物の3次元表面測定寸法を捕捉し、その処理後形状を決定することと、基準形状を第1の鋳物の処理後形状と比較することと、熱処理プロトコル中の不十分な支持または位置付けの結果である寸法歪みを識別することとをさらに含む。Configured to acquire multiple raw castings of a given design, capture the 3D surface measurement dimensions of the raw casting, determine a reference shape, and support the casting during heat treatment Obtaining a first support fixture having a first support profile, and then applying a heat treatment protocol to the first cast while being supported on the first support fixture. To improve the heat treatment. The method captures the three-dimensional surface measurement dimension of the first casting, determines its post-processing shape, compares the reference shape with the post-processing shape of the first casting, and is insufficient in the heat treatment protocol. Identifying dimensional distortion that is a result of proper support or positioning.

Description

本発明は、概して、溶液加熱処理、急冷、および時効等の熱処理サイクル中の鋳物の熱処理を改良する方法に関し、具体的には、HPDCプロセスで形成される鋳物の熱処理を改良する方法に関する。   The present invention relates generally to methods for improving the heat treatment of castings during heat treatment cycles such as solution heat treatment, quenching, and aging, and in particular to methods for improving the heat treatment of castings formed in the HPDC process.

歴史的に、高需要用途においてそれらの冶金性質および性能を改良するように、高圧ダイカスト(HPDC)プロセスで形成された薄壁アルミニウム合金鋳物の熱処理は、問題があり、多くの場合、欠陥部品および高い廃棄率をもたらす。例えば、これらのタイプの鋳物は、多くの場合、複雑な形状、表面特徴、開口、およびそれらの断面厚さの変動を有し、それらは、典型的大量生産プロセス中に一様な様式で熱処理を鋳物に適用することを困難にする。不均一に適用された熱処理は、多くの場合、熱処理中に合金材料の厚さを通して、またはその一面全体に渡り大きな温度勾配を生成し、熱処理が完了して鋳物が周囲平衡温度に戻った後、鋳造材料内で設定されたままである寸法歪みをもたらし得ることが見出されている。加えて、鋳物はまた、溶液加熱処理サイクル等の熱処理中に適切に支持されていない場合、特に歪みを生じやすくあり得、熱処理は、合金材料を軟化させる上昇したレベルまでその温度を上昇させ、薄壁部分がそれら自体の重量の下で垂れ下がること、またはより重い上を覆う部分の重量の下でたわむこと、もしくは座屈することを可能にする。温度勾配によって引き起こされるか、垂れ下がりもしくは座屈によって引き起こされるかにかかわらず、熱処理後の鋳物の寸法歪みが所定の公差を超える場合、鋳物は、概して、廃棄される。   Historically, heat treatment of thin-walled aluminum alloy castings formed by the high pressure die casting (HPDC) process has been problematic, and in many cases defective components and so as to improve their metallurgical properties and performance in high demand applications. High waste rate. For example, these types of castings often have complex shapes, surface features, openings, and variations in their cross-sectional thickness, which can be heat treated in a uniform manner during typical mass production processes. Is difficult to apply to castings. A non-uniformly applied heat treatment often creates a large temperature gradient through the thickness of the alloy material during or throughout the heat treatment, after the heat treatment is complete and the casting returns to ambient equilibrium temperature. It has been found that this can result in dimensional distortion that remains set in the casting material. In addition, castings can also be prone to distortion, especially if not properly supported during a heat treatment such as a solution heat treatment cycle, which increases its temperature to an elevated level that softens the alloy material, Allows thin wall portions to hang down under their own weight, or to deflect or buckle under the weight of the heavier overlying portion. Regardless of whether caused by a temperature gradient or by drooping or buckling, if the dimensional distortion of the casting after heat treatment exceeds a predetermined tolerance, the casting is generally discarded.

改良された鋳物支持システムを通した溶液加熱処理中に生成される垂れ下がり、たわみ、または座屈を制御する以前の試行は、当業者に公知であるが、示されていない完全位置固定具を含み、完全位置固定具は、金型からのそれらの除去の直後、鋳物の周囲に緊密もしくは極めて精密に締め付けられ、そして、寸法公差から金属部品を引き出し得る垂れ下がりおよび他の歪みを低減させるように、鋳物を堅く支持して拘束するように熱処理の全体を通して鋳物とともに移動する。しかしながら、完全位置固定具は、鋳物の複雑性および変動の増加とともに、かつそれらの存在そのものによって作成することがより困難になり、それらの存在は、多くの場合、鋳造材料の部分への熱流体流を妨害または遮断し、それによって、部品内の温度勾配を悪化させ得る。これは、熱処理が完了した後に完全位置固定具が除去されるとき、鋳物に形を崩させる内部応力の形成につながり得る。   Previous attempts to control sagging, deflection, or buckling generated during solution heat treatment through an improved casting support system are known to those skilled in the art, but include full position fixtures not shown. Perfect position fixtures are tightened tightly or very precisely around the casting immediately after their removal from the mold and reduce drooping and other distortions that can pull metal parts out of dimensional tolerances, It moves with the casting throughout the heat treatment to support and restrain the casting firmly. However, perfect position fixtures become more difficult to create with increasing casting complexity and variability and due to their presence itself, which often results in thermal fluids to parts of the casting material. The flow may be interrupted or blocked, thereby exacerbating the temperature gradient within the part. This can lead to the formation of internal stresses that cause the casting to lose shape when the full position fixture is removed after the heat treatment is complete.

加えて、部品内で、かつ部品全体に渡る大きな温度勾配の生成を低減もしくは回避するように、大きなおよび/または急速な温度変化を部品に適用する熱処理(例えば、溶液加熱処理ならびに急冷)中の鋳物への熱流体(例えば、加熱空気、冷却空気、水、油、グリコール、および同等物)の適用を制御する以前の試行も、限定された成功をもたらしている。   In addition, during heat treatments (eg, solution heat treatment and quenching) that apply large and / or rapid temperature changes to the part to reduce or avoid the creation of large temperature gradients within the part and throughout the part. Previous attempts to control the application of hot fluids (eg, heated air, cooling air, water, oil, glycol, and the like) to castings have also yielded limited success.

簡潔に説明すると、本開示の一実施形態は、増進した冶金性質のために、特に大量生産鋳物としての鋳物の熱処理を改良する方法を含む。方法は、所与の鋳物設計の複数の未処理鋳物を取得することを含み、その後、未処理鋳物の3次元表面測定寸法を捕捉し、鋳物のための基準3次元形状を決定することが続く。方法は、少なくとも1つの熱処理ゾーン内で、鋳物を支持するように構成されている第1の支持外形を有する第1の支持固定具を取得することと、次いで、1つ以上の熱処理ゾーン内で、熱処理プロトコルを第1の支持固定具上で支持されている第1の鋳物に適用することとも含む。方法は、第1の鋳物の3次元表面測定寸法を捕捉し、その処理後3次元形状を決定することと、基準形状を第1の鋳物の処理後形状と比較することと、次いで、熱処理プロトコル中の不十分な支持または位置付けの結果である、第1の鋳物における1つ以上の補正可能な寸法歪みを識別することとをさらに含む。方法は、次いで、第1の支持外形と異なる第2の支持外形を用いて、鋳物を支持するように構成されている第2の支持固定具を取得することと、熱処理プロトコルを第2の支持固定具上で支持されている第2の鋳物に適用することとを続ける。方法は、第2の鋳物の3次元表面測定寸法を捕捉し、その処理後3次元形状を決定することと、基準形状を第2の鋳物の処理後形状と比較することと、次いで、寸法歪みの低減を識別することにより、寸法歪みが少なくとも部分的に熱処理プロトコル中の不十分な支持または位置付けに起因することを検証することとをさらに含む。   Briefly described, one embodiment of the present disclosure includes a method for improving the heat treatment of a casting, particularly as a mass production casting, due to enhanced metallurgical properties. The method includes obtaining a plurality of raw castings of a given casting design, followed by capturing a three-dimensional surface measurement dimension of the raw casting and determining a reference three-dimensional shape for the casting. . The method includes obtaining a first support fixture having a first support profile configured to support a casting in at least one heat treatment zone, and then in one or more heat treatment zones. Applying the heat treatment protocol to the first casting supported on the first support fixture. The method captures a three-dimensional surface measurement dimension of a first casting, determines its post-processing three-dimensional shape, compares the reference shape with the post-processing shape of the first casting, and then a heat treatment protocol. Further identifying one or more correctable dimensional distortions in the first casting that are a result of poor support or positioning therein. The method then obtains a second support fixture configured to support the casting using a second support profile that is different from the first support profile and a second support protocol for the heat treatment. Continue to apply to the second casting supported on the fixture. The method captures a three-dimensional surface measurement dimension of a second casting, determines its post-processing three-dimensional shape, compares the reference shape to the post-processing shape of the second casting, and then dimensional distortion. Further verifying that the dimensional distortion is due, at least in part, to poor support or positioning during the heat treatment protocol.

本開示の別の実施形態は、所与の鋳物設計の複数の未処理鋳物を取得することを含み、その後、鋳物の3次元表面測定寸法を捕捉し、鋳物のための基準3次元形状を決定することが続く増進した冶金性質のために鋳物の熱処理を改良する方法を含む。方法は、鋳物の下側表面と実質的に補完的であり、格子の上に鋳物を緩く支持し、支持固定具の上方の空間に鋳物を向けるように構成されている開放支持表面を一緒に画定する複数の上縁を伴う開放格子構造を有する支持固定具を取得することも含む。方法は、熱処理プロトコルを支持固定具上で支持されている第1の鋳物に適用することと、第1の鋳物の3次元表面測定寸法を捕捉し、その処理後3次元形状を決定することと、基準形状を第1の鋳物の処理後形状と比較することと、次いで、第1の鋳物における寸法歪みを識別することとをさらに含む。   Another embodiment of the present disclosure includes obtaining a plurality of raw castings for a given casting design, after which the casting 3D surface measurement dimensions are captured and a reference 3D shape for the casting is determined. Including a method for improving the heat treatment of the casting due to the enhanced metallurgical properties to be followed. The method is substantially complementary to the lower surface of the casting, together with an open support surface configured to loosely support the casting over the grid and direct the casting into the space above the support fixture. It also includes obtaining a support fixture having an open grid structure with a plurality of upper edges defining. The method includes applying a heat treatment protocol to a first casting supported on a support fixture, capturing a three-dimensional surface measurement dimension of the first casting, and determining a three-dimensional shape after the processing. Comparing the reference shape with the post-process shape of the first casting and then identifying dimensional distortion in the first casting.

第1の鋳物における補正可能な寸法歪みが、熱処理プロトコル中の不十分な支持または位置付けの結果であるとき、方法は、第1の支持固定具と異なる第2の開放支持表面を一緒に画定する複数の上縁を有する開放格子を含む第2の支持固定具を取得することと、熱処理プロトコルを第2の支持固定具上で支持されている第2の鋳物に適用することと、第2の鋳物の3次元表面測定寸法を捕捉し、その処理後3次元形状を決定することと、第2の鋳物の基準形状を処理後形状と比較することと、第2の鋳物における寸法歪みの低減を識別することにより、寸法歪みが少なくとも部分的に熱処理プロトコル中の不十分な支持または位置付けに起因することを検証することとを継続することができる。   When the correctable dimensional distortion in the first casting is the result of insufficient support or positioning during the heat treatment protocol, the method together defines a second open support surface that is different from the first support fixture. Obtaining a second support fixture comprising an open grid having a plurality of upper edges, applying a heat treatment protocol to a second casting supported on the second support fixture, Capturing the three-dimensional surface measurement dimensions of the casting, determining its post-processing three-dimensional shape, comparing the reference shape of the second casting with the post-processing shape, and reducing dimensional distortion in the second casting By identifying, one can continue to verify that the dimensional distortion is due at least in part to insufficient support or positioning during the heat treatment protocol.

代替として、第1の鋳物における補正可能な寸法歪みが、合金材料中の高いガス含有量の結果であるとき、方法は、第2の熱処理プロトコルを支持固定具上で支持されている第2の鋳物に適用することと、第2の鋳物の3次元表面測定寸法を捕捉し、その処理後3次元形状を決定することと、第2の鋳物の基準形状を処理後形状と比較することと、第2の鋳物における寸法歪みの低減を識別することにより、寸法歪みが少なくとも部分的に合金材料中の高いガス含有量に起因することを検証することとを継続することができる。一側面では、第2の熱処理プロトコルは、第2の鋳物が合金材料の所定のシリコン溶液温度を上回る温度を受ける期間を短縮することをさらに含む。   Alternatively, when the correctable dimensional distortion in the first casting is a result of the high gas content in the alloy material, the method uses a second heat treatment protocol supported on the support fixture. Applying to the casting; capturing the three-dimensional surface measurement dimensions of the second casting; determining the post-processing three-dimensional shape; comparing the second casting reference shape to the post-processing shape; By identifying the reduction in dimensional distortion in the second casting, it can continue to verify that the dimensional distortion is at least partially due to the high gas content in the alloy material. In one aspect, the second heat treatment protocol further includes reducing the time period during which the second casting is subjected to a temperature above a predetermined silicon solution temperature of the alloy material.

本開示の方法のこれらおよび他の側面、特徴、ならびに利点は、以下のように簡潔に説明される、付随の図面と併せて解釈される、以下に記載される詳細な説明を精査することによって当業者に明白となるであろう。   These and other aspects, features, and advantages of the disclosed methods will be reviewed by reviewing the detailed description set forth below, taken in conjunction with the accompanying drawings, briefly described as follows: It will be apparent to those skilled in the art.

図1は、当技術分野で公知であるような薄壁アルミニウム合金鋳物の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a thin wall aluminum alloy casting as is known in the art. 図2は、当技術分野で公知であるような平坦な鋳物支持トレイの上面図である。FIG. 2 is a top view of a flat casting support tray as is known in the art. 図3は、本開示の種々の熱処理方法または実施形態が適用され得る、代表的なHPDCアルミニウム合金鋳物の斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a representative HPDC aluminum alloy casting to which various heat treatment methods or embodiments of the present disclosure may be applied. 図4は、本開示の代表的実施形態による、鋳物支持システムの上に支持された図3の複数の鋳物の斜視図である。4 is a perspective view of the plurality of castings of FIG. 3 supported on a casting support system in accordance with an exemplary embodiment of the present disclosure. 図5は、別の代表的実施形態による、鋳物支持システムおよび輪郭で示される鋳物の斜視図である。FIG. 5 is a perspective view of a casting support system and contoured casting, according to another representative embodiment. 図6は、切断線A−Aから視認されるような、図5の鋳物支持システムおよび鋳物の断面側面図である。6 is a cross-sectional side view of the casting support system and casting of FIG. 5, as viewed from section line AA. 図7は、反対側から視認されるような、図5の鋳物支持システムの斜視図である。FIG. 7 is a perspective view of the casting support system of FIG. 5 as viewed from the opposite side. 図8は、図6の断面側面図の1つの端部の拡大図である。8 is an enlarged view of one end of the cross-sectional side view of FIG. 図9は、別の代表的実施形態による、鋳物支持システムの上面図である。FIG. 9 is a top view of a casting support system, according to another representative embodiment. 図10は、切断線B−Bから視認されるような、図9の鋳物支持システムの概略断面側面図である。10 is a schematic cross-sectional side view of the casting support system of FIG. 9 as viewed from section line BB. 図11は、切断線C−Cから視認されるような、図9の鋳物支持システムの概略断面側面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional side view of the casting support system of FIG. 9 as viewed from section line CC. 図12は、本開示の別の代表的実施形態による、熱処理プロトコル中にアルミニウム合金鋳物によって受けられる温度の温度対時間グラフである。FIG. 12 is a temperature versus time graph of the temperature experienced by an aluminum alloy casting during a heat treatment protocol, according to another exemplary embodiment of the present disclosure. 図13は、寸法変位輪郭マップが、種々の熱処理誘発寸法歪みの場所および程度を示すように外面上に重ね合わせられている、熱処理プロトコルを通過した後の図3の鋳物の側面図である。FIG. 13 is a side view of the casting of FIG. 3 after passing through a heat treatment protocol with a dimension displacement contour map superimposed on the outer surface to indicate the location and extent of various heat treatment induced dimensional strains. 図14は、寸法変位マップが、種々の熱処理誘発寸法歪みの場所および程度を示すように内面上に重ね合わせられている、熱処理プロトコルを通過した後の図13の鋳物の切断側面図である。FIG. 14 is a cut-away side view of the casting of FIG. 13 after passing through a heat treatment protocol in which a dimensional displacement map is overlaid on the inner surface to show the location and extent of various heat treatment induced dimensional strains. 図15は、本開示のさらに別の代表的実施形態による、図12の熱処理プロトコルの一部を実装するための熱処理システムの概略図である。15 is a schematic diagram of a thermal processing system for implementing a portion of the thermal processing protocol of FIG. 12, according to yet another exemplary embodiment of the present disclosure. 図16は、本開示の別の代表的実施形態による、図12の熱処理プロトコルの一部を実装するための別の熱処理システムの概略図である。FIG. 16 is a schematic diagram of another thermal processing system for implementing a portion of the thermal processing protocol of FIG. 12, according to another exemplary embodiment of the present disclosure. 図17は、本開示のさらに別の代表的実施形態による、図12の熱処理プロトコルの一部を実装するための別の熱処理システムの概略図である。FIG. 17 is a schematic diagram of another thermal processing system for implementing a portion of the thermal processing protocol of FIG. 12, in accordance with yet another exemplary embodiment of the present disclosure. 図18は、本開示の別の代表的実施形態による、熱処理プロトコルの一部を実装するための多段急冷システムの概略図である。FIG. 18 is a schematic diagram of a multi-stage quench system for implementing a portion of a heat treatment protocol, according to another exemplary embodiment of the present disclosure. 図19は、図18の多段急冷プロセスの全体を通した鋳物の温度変化を表す、温度対時間グラフである。FIG. 19 is a temperature versus time graph representing the temperature change of the casting throughout the multi-stage quench process of FIG. 図20は、さらに本開示の別の代表的実施形態による、熱処理プロトコルの一部を実装するための別の多段急冷システムの概略図である。FIG. 20 is a schematic diagram of another multi-stage quench system for implementing a portion of a thermal treatment protocol, according to yet another exemplary embodiment of the present disclosure. 図21は、本開示の別の代表的実施形態による、熱処理プロトコルの一部を実装するための強制空気急冷システムの概略側面図である。FIG. 21 is a schematic side view of a forced air quench system for implementing a portion of a thermal treatment protocol, according to another exemplary embodiment of the present disclosure. 図22は、本開示のさらに別の代表的実施形態による、熱処理プロトコルの一部を実装するための別の強制空気急冷システムの概略側面図である。FIG. 22 is a schematic side view of another forced air quench system for implementing a portion of a thermal processing protocol, according to yet another exemplary embodiment of the present disclosure. 図23は、さらに別の代表的実施形態による、熱処理の一部中に図6の鋳物支持システムによって搬送された鋳物に衝突する熱流体流の断面概略図である。23 is a cross-sectional schematic diagram of a thermal fluid stream impinging on a casting conveyed by the casting support system of FIG. 6 during a portion of a heat treatment, according to yet another exemplary embodiment.

当業者は、一般的な実践によると、以下で議論される図面の種々の特徴は、必ずしも一定の縮尺で描かれておらず、図面の種々の特徴および要素の寸法は、本明細書に説明される本開示の実施形態をより明確に図示するように拡大または縮小され得ることを認識して理解するであろう。   One skilled in the art, according to common practice, does not necessarily depict the various features of the drawings discussed below to scale, and the various features of the drawings and the dimensions of the elements are described herein. It will be appreciated and understood that embodiments of the present disclosure that may be scaled up or down to more clearly illustrate.

以下の説明は、増進した冶金性質のために鋳物の熱処理を改良する方法およびシステムの例示的実施形態の教示を可能にするように提供される。当業者は、有益な結果を依然として取得しながら、変更が説明される実施形態に行われ得ることを認識するであろう。説明される実施形態の所望の利益のうちのいくつかは、他の特徴を利用することなく、実施形態の特徴のうちのいくつかを選択することによって、取得され得ることも明白となるであろう。換言すると、一実施形態または側面からの特徴は、任意の適切な組み合わせで、他の実施形態または側面からの特徴と組み合わせられ得る。例えば、方法の側面または実施形態の任意の個々のもしくは集合的な特徴が、装置、製品、または構成要素の側面もしくは実施形態に適用され得、逆も同様である。故に、当業者は、説明される実施形態への多くの修正および適合が可能であり、ある状況では望ましくさえあり得、本発明の一部であることを認識するであろう。したがって、以下の説明は、本発明の範囲が請求項によって定義されるので、その限定ではなく、実施形態の原理の例証として提供される。   The following description is provided to enable teaching of exemplary embodiments of methods and systems for improving the heat treatment of castings due to enhanced metallurgical properties. Those skilled in the art will recognize that changes can be made to the described embodiments while still obtaining beneficial results. It will also be apparent that some of the desired benefits of the described embodiments can be obtained by selecting some of the features of the embodiment without utilizing other features. Let's go. In other words, features from one embodiment or aspect can be combined with features from other embodiments or aspects in any suitable combination. For example, any individual or collective feature of a method aspect or embodiment may be applied to an apparatus, product, or component aspect or embodiment, and vice versa. Thus, those skilled in the art will recognize that many modifications and adaptations to the described embodiments are possible and may even be desirable in certain situations and are part of the present invention. Accordingly, the following description is provided as illustrative of the principles of an embodiment rather than a limitation thereof, as the scope of the invention is defined by the claims.

図1−23では、鋳物の熱処理(例えば、溶液加熱処理、急冷、および時効等)を改良するために、具体的には、廃棄率を低減させながら増進した冶金性質を提供するために、高圧ダイカスト(HPDC)プロセスで形成される薄壁アルミニウム合金鋳物の熱処理を改良する方法およびシステムのいくつかの代表的実施形態が図示されている。以下に説明されるように、本開示の方法およびシステムは、鋳物、特に、HPDC鋳物のための他の熱処理方法およびシステムと比べて、いくつかの有意な利点ならびに利益を提供することができる。しかしながら、記載される利点は、本開示を実践することに応じて他の利点も実現され得ることを当業者が理解するであろうため、いかようにも限定的であるように意図されていない。   In FIG. 1-23, to improve the heat treatment (eg, solution heat treatment, quenching, aging, etc.) of the casting, specifically, to provide enhanced metallurgical properties while reducing the waste rate, Several exemplary embodiments of methods and systems for improving the heat treatment of thin wall aluminum alloy castings formed by a die casting (HPDC) process are illustrated. As described below, the disclosed methods and systems can provide several significant advantages and benefits over other heat treatment methods and systems for castings, particularly HPDC castings. However, the advantages described are not intended to be limiting in any way as those skilled in the art will appreciate that other advantages may be realized in accordance with practicing the present disclosure. .

図1では、例示的薄壁アルミニウム合金鋳物10、具体的には、近年、ますます一般的になっている、複雑な形状を伴う鋳物のタイプを代表する、自動車のサスペンションシステムのためのショックタワー12が図示されている。例えば、鋳造システム設計およびプロセスの近年の進歩は、複数の打抜き加工されたシート金属部品および留め具の統合を可能にし、それらは、前もって別個に製造され、単一の複雑なショックタワー鋳物12の中へショックタワーアセンブリとして一緒に組み立てら、単一の複雑なショックタワー鋳物12は、同等または改良された構造性能を提供しながら、重量において実質的により軽い。減量は、バッテリ寿命を改良するために、電気自動車では特に魅力的である。しかしながら、これらの複雑な薄壁アルミニウム合金鋳物10はまた、それらのより多数のプロセスステップ、増加した設定および機器費用、ならびに限定された製造率に起因して、砂型鋳物、低圧ダイカスト、および高真空ダイカスト等のより従来的で高価な鋳造プロセスを使用して製造するために高価でもあり得る。   In FIG. 1, an exemplary thin-walled aluminum alloy casting 10, specifically, a shock tower for an automotive suspension system, which represents a type of casting with a complex shape that has become increasingly common in recent years. 12 is shown. For example, recent advances in casting system design and processes have enabled the integration of multiple stamped sheet metal parts and fasteners, which are manufactured separately in advance, and can be combined into a single complex shock tower casting 12. When assembled together as a shock tower assembly in, a single complex shock tower casting 12 is substantially lighter in weight while providing equal or improved structural performance. Weight loss is particularly attractive in electric vehicles to improve battery life. However, these complex thin-walled aluminum alloy castings 10 are also subject to sand casting, low pressure die casting, and high vacuum due to their greater number of process steps, increased setup and equipment costs, and limited manufacturing rates. It can also be expensive to manufacture using a more conventional and expensive casting process such as die casting.

あまり機器集約的ではない高圧ダイカスト(HPDC)プロセスは、より高い速度および削減された鋳造費用で、これらの同じ複雑な鋳物を提供する可能性をもっている。しかしながら、HPDCプロセスは、それ自身の特性および欠点を有する。例えば、溶融金属が高い圧力および速度の下で導入されるとき、型穴内に存在するガスならびに蒸発した液体が、多くの場合、合金材料によって取り込まれ、他の鋳造方法を使用して形成されるそれらよりも大量の溶解ガスを含む固化鋳物をもたらし得る。これらの溶解ガスは、多くの場合、部品の全体を通して不均一または不規則的に分配され、増加した濃度の領域を形成し得る。溶解ガスは、熱処理中に溶液から外へ移動し、低い濃度において比較的無害である微小気泡を合金材料内で形成する傾向がある。しかしながら、増加した濃度の領域では、微小気泡は、上昇した温度で長期間中に合体し得、特定の鋳物の構造内のそれらの場所に応じて、その仕上げを損なう表面の近傍の積層亀裂欠陥およびブリスタを形成し、かつ、外側表面においてより遠隔の一般化された寸法歪みとして発現し得る、鋳物の内部のより大きい気泡または多孔性を形成する。表面欠陥は、概して、視認して識別することが容易であるが、内部多孔性に起因する寸法歪みを、上で説明される熱処理プロトコル中の不十分な支持または位置付けに起因する寸法歪みとを区別することは困難であり得る。これは、図1に示されるショックタワー12等の複雑な形状を有する薄壁鋳物に対して、特に問題であり得る。   The less equipment intensive high pressure die casting (HPDC) process has the potential to provide these same complex castings at higher speeds and reduced casting costs. However, the HPDC process has its own characteristics and drawbacks. For example, when molten metal is introduced under high pressure and speed, the gas present in the mold cavity and the evaporated liquid are often taken up by the alloy material and formed using other casting methods It can result in solidified castings containing higher amounts of dissolved gas. These dissolved gases are often distributed unevenly or irregularly throughout the part and can form regions of increased concentration. The dissolved gas tends to move out of solution during the heat treatment and form microbubbles in the alloy material that are relatively harmless at low concentrations. However, in the region of increased concentration, microbubbles can coalesce over time at elevated temperatures and depending on their location within the structure of a particular casting, stacking crack defects near the surface that impair its finish And forms larger bubbles or porosity inside the casting that can form blisters and manifest as remoter generalized dimensional strains on the outer surface. Although surface defects are generally easy to visually identify, dimensional distortion due to internal porosity is reduced by dimensional distortion due to insufficient support or positioning in the heat treatment protocol described above. It can be difficult to distinguish. This can be particularly problematic for thin wall castings with complex shapes such as the shock tower 12 shown in FIG.

図2は、熱処理炉を通して、かつおそらく後続の急冷および時効段階も通して搬送される場合に鋳物を支持するための当技術分野で一般的に公知であるタイプの汎用鋳物トレイ20の説明図である。そのような鋳物トレイ20は、典型的には、鋳物が一度だけ受ける同じ熱サイクルを繰り返し受けながら、一度に1つ以上の鋳物を支持するように計画および設計される。分かり得るように、これらの鋳物トレイ20は、概して、鋳鉄、炭素鋼、およびその合金、セラミック、黒鉛等を含む種々の材料から作製された複数の厚壁リブ22を備え、リブ22は、間隔を置かれて相互接続され、開口24を形成し、開口24は、支持された鋳物に接触する前または後に熱流体がトレイを容易に通過することを可能にする。鋳物トレイ20は、多くの場合、経時的に、かつ使用にわたってトレイの寸法歪みを低減させる、リブの交差点における厚壁円23等の追加の構造特徴を含むことができる。汎用鋳物トレイ20は、多くの場合、それらの耐用年数を通して種々の異なるタイプの鋳物を搬送することを意図しており、リブ22および円23の上縁26は、熱処理プロセスへの導入に先立って、その上に鋳物が設置されることができる平面的な非連続上部支持表面28を画定することが理解される。   FIG. 2 is an illustration of a universal casting tray 20 of the type generally known in the art for supporting castings when transported through a heat treatment furnace and possibly through subsequent quenching and aging stages. is there. Such a casting tray 20 is typically planned and designed to support one or more castings at a time while repeatedly undergoing the same thermal cycle that the casting undergoes only once. As can be seen, these casting trays 20 generally comprise a plurality of thick wall ribs 22 made from a variety of materials including cast iron, carbon steel, and alloys thereof, ceramics, graphite and the like, wherein the ribs 22 are spaced apart. Are placed and interconnected to form an opening 24 that allows the thermal fluid to easily pass through the tray before or after contacting the supported casting. The casting tray 20 can often include additional structural features such as thick wall circles 23 at rib intersections that reduce the dimensional distortion of the tray over time and over use. Universal casting trays 20 are often intended to carry a variety of different types of castings throughout their service life, with ribs 22 and upper edges 26 of circles 23 prior to introduction into the heat treatment process. It is understood that it defines a planar non-continuous upper support surface 28 on which a casting can be placed.

一般的な実践によると、落下した鋳物を回収するために、生産工程中に熱処理炉を動作停止し、それが冷却することを可能にすることは、非常に高価であり得るので、鋳物は、概して、熱処理炉を通過しながら、支持トレイから外れてシフト、転がり、またはスライドを生じないように、それらの最も安定した向きで鋳物トレイ20の支持表面28上に設置されるであろう。このタイプの鋳物支持システム20は、自己支持式であり、上部支持表面28の上に容易に露出されるエンジンブロック、ヘッドカバー、およびトランスミッションケーシング等の重いまたは厚壁鋳物を含む多くのタイプの鋳物に対して、経時的に効果的であることが証明されている。しかしながら、図1に示されるショックタワー12等の複雑な薄壁鋳物に対して、部品が軟化温度を上回って上昇され、それによって、部品の部分がそれ自身の重量の下で垂れ下がりまたはシフトすることを可能にするので、最も安定した向きは、鋳物の全ての部分のために十分な支持を提供しないこともある。加えて、最も安定した向きは、適用される熱流体が鋳物のある部分に到達することを妨げる方法、または防止する方法で部品を位置付けることもあり、熱処理中、合金材料の厚さを通して、またはその一面全体に渡る大きな温度勾配をもたらし得る。上で説明されるように、いずれの状況も、部品を廃棄させ得る寸法歪みをもたらすことが可能である。   According to general practice, it can be very expensive to shut down the heat treatment furnace during the production process and allow it to cool down in order to recover the falling casting, Generally, they will be placed on the support surface 28 of the casting tray 20 in their most stable orientation so that they do not shift, roll or slide out of the support tray while passing through the heat treatment furnace. This type of casting support system 20 is self-supporting and is suitable for many types of castings including heavy or thick wall castings such as engine blocks, head covers, and transmission casings that are easily exposed on the upper support surface 28. On the other hand, it has proven effective over time. However, for complex thin wall castings such as the shock tower 12 shown in FIG. 1, the part is raised above the softening temperature, thereby causing the part of the part to hang or shift under its own weight. The most stable orientation may not provide sufficient support for all parts of the casting. In addition, the most stable orientation may position the part in a way that prevents or prevents the applied thermal fluid from reaching certain parts of the casting, during heat treatment, through the thickness of the alloy material, or It can result in a large temperature gradient across the entire surface. As explained above, either situation can result in dimensional distortion that can cause the part to be discarded.

図3は、例示的薄壁アルミニウム合金鋳物100の斜視図であり、それに対して、増進した冶金性質のために、鋳物100の熱処理を改良するように本開示の種々の方法または実施形態が適用され得る。この代表的高性能生産鋳物100は、高圧ダイカスト(HPDC)プロセスで形成されることができ、いくつかの薄壁部分103、厚壁部分105、開口107、ならびに補強リブ109等の種々の複雑な表面特徴を含むことができる。図3に示される向きでは、鋳物100は、外側または上側表面104と、内部または下側表面106とをさらに含むことができる。   FIG. 3 is a perspective view of an exemplary thin wall aluminum alloy casting 100 to which various methods or embodiments of the present disclosure may be applied to improve the heat treatment of the casting 100 due to enhanced metallurgical properties. Can be done. This exemplary high performance production casting 100 can be formed by a high pressure die casting (HPDC) process and includes various thin wall portions 103, thick wall portions 105, openings 107, and reinforcing ribs 109, as well as various complexities. Surface features can be included. In the orientation shown in FIG. 3, the casting 100 can further include an outer or upper surface 104 and an inner or lower surface 106.

一側面では、図3の鋳物100は、車両サスペンションシステムにおけるショックタワー102として使用するために設計および構成されることができる。しかしながら、本開示の方法は、用途において、ショックタワー、自動車業界のために意図されるHPDC構成要素、またはさらにHPDCプロセスで形成される鋳物に限定されない。代わりに、本開示の方法は、自動車、航空宇宙、鉄道、および船舶等の輸送ベースの業界、油およびガス、化学ならびに製紙等のプロセスベースの業界、コイル、油、天然ガス、風、太陽、原子力、および地熱等の発電業界等を含むがそれらに限定されない多種多様な業界で使用するために意図される多種多様な高鋳造部品に適用され得ることが理解されるであろう。   In one aspect, the casting 100 of FIG. 3 can be designed and configured for use as a shock tower 102 in a vehicle suspension system. However, the method of the present disclosure is not limited in application to shock towers, HPDC components intended for the automotive industry, or even castings formed with the HPDC process. Instead, the disclosed method can be applied to transportation-based industries such as automobiles, aerospace, railroads, and ships, process-based industries such as oil and gas, chemical and paper, coils, oil, natural gas, wind, solar, It will be appreciated that it can be applied to a wide variety of high cast parts intended for use in a wide variety of industries including, but not limited to, the nuclear power and power generation industries such as geothermal.

一般に、鋳物100は、HPDCプロセスにおける初期形成を含み、その後、特定の用途における構造性能のために必要な所望の範囲の冶金性質を部品に提供するように、1つ以上の熱処理が続く製造プロセスを使用する大量生産のために意図されるタイプであることができる。しかしながら、本格的な生産の開始に先立って、HPDCプロセスに関する上記の問題を低減または軽減し、それによって、低減した廃棄率において、改良された収率および効率で増進した冶金性質を伴う鋳造部品を生産するであろう、鋳物100のための熱処理プロトコルと鋳物支持構成との両方を決定することが望ましくあり得る。代替として、同じ理由のために、鋳物100の既存の大量生産工程を改良または更新することが望ましくあり得る。   In general, casting 100 includes an initial formation in the HPDC process, followed by a manufacturing process followed by one or more heat treatments to provide the part with the desired range of metallurgical properties necessary for structural performance in a particular application. Can be the type intended for mass production. However, prior to the start of full-scale production, the above-mentioned problems associated with the HPDC process are reduced or mitigated, thereby producing cast parts with improved metallurgy properties with improved yield and efficiency at reduced waste rates. It may be desirable to determine both the heat treatment protocol for the casting 100 and the casting support configuration that will be produced. Alternatively, it may be desirable to improve or update an existing mass production process for casting 100 for the same reason.

これらの目標に向かって、本開示の1つの方法は、所与の生産鋳造設計の未処理試験鋳物100(すなわち、ショックタワー102)の複数またはサンプル組を取得することで始めることができる。一側面では、これは、本格的な生産中に使用されるであろう金型の開発中に形成されるプロトタイプ鋳物の組であり得る一方で、別の側面では、試験鋳物100のサンプル組は、熱処理段階の前に既存の製造プロセスから引き出された生産鋳物であることができる。いずれの場合も、鋳物100は、温度が制御された環境内である期間にわたって冷却または静置されること、および周囲温度または室温の略近傍であるかもしくはその温度にある所定の測定温度において、熱平衡の状態に達することを可能にされる。   Toward these goals, one method of the present disclosure can begin by obtaining multiple or sample sets of raw test castings 100 (ie, shock tower 102) for a given production casting design. In one aspect, this can be a set of prototype castings formed during the development of a mold that will be used during full-scale production, while in another aspect, a sample set of test castings 100 is It can be a production casting drawn from an existing manufacturing process before the heat treatment stage. In either case, the casting 100 is allowed to cool or stand for a period of time in a temperature controlled environment and at a predetermined measurement temperature that is approximately at or at ambient or room temperature. It is possible to reach a state of thermal equilibrium.

測定温度において熱平衡に達すると、試験鋳物100の外面の全表面幾何学形状のデジタル3次元(3D)測定値が捕捉され、電子プロセッサベースのコンピュータシステムのメモリの中にデジタル形式で記憶されることができる。3D表面測定値を捕捉するための1つのそのような測定システムは、Braunschweig(Germany)に本部を置いているGOM mbHTMによって提供されるATOS Triple ScanTM表面測定システムである。概して、試験鋳物100の上側外面104および下側外面106の両方の3D測定が、サンプル組の中の鋳物のデジタル化された3次元基準外部形状を決定するために、捕捉、処理、および記憶されることができる。いくつかの側面では、測定システムの感知ヘッドを受け取るために十分なサイズであり、十分なアクセスを伴う任意の内部空洞または容積も、捕捉され、コンピュータシステムの中に記憶されることができる。さらに、一側面では、未処理試験鋳物100の各々の3次元表面測定寸法が、鋳物プロセスにおける任意の不一致を識別し、それを補償するために比較されることもできる。 When thermal equilibrium is reached at the measurement temperature, digital three-dimensional (3D) measurements of the entire surface geometry of the outer surface of the test casting 100 are captured and stored in digital form in the memory of an electronic processor-based computer system. Can do. One such measurement system for capturing 3D surface measurements is the ATOS Triple Scan surface measurement system provided by GOM mbH headquartered in Braunschweig (Germany). In general, 3D measurements of both the upper outer surface 104 and the lower outer surface 106 of the test casting 100 are captured, processed, and stored to determine a digitized three-dimensional reference external shape of the casting in the sample set. Can. In some aspects, any internal cavity or volume that is large enough to receive the sensing head of the measurement system and with sufficient access can be captured and stored in the computer system. Further, in one aspect, the three-dimensional surface measurement dimensions of each of the raw test castings 100 can be compared to identify and compensate for any discrepancies in the casting process.

方法は、1つ以上の熱処理ゾーンもしくはシステム内で、第1の支持外形で鋳物100を支持するように構成されているカスタマイズ可能な支持固定具を取得することをさらに含む。カスタマイズ可能な支持固定具140を含む鋳物支持システム110の一実施形態が、図4に図示されている。鋳物支持システム110は、概して、厚さと、水平基準平面124を画定する頂面122とを有する基礎フレームまたはトレイ120を含む。トレイ120は、加熱空気、冷却空気、水、油等の熱流体がトレイの基準平面124を邪魔されずに通過し、基準平面124の上方で支持される1つ以上の鋳物100に衝突することを可能にする、トレイの厚さ128を通した複数の垂直に整列させられたトレイ開口もしくは開口部126も含む。熱流体が、鋳物の下方から適用されるか、上方から適用されるか、またはそれの側面に向かって側方に内向きに適用されるかに応じて、熱流体は、鋳物100に遭遇する前もしくは後、トレイ開口部126を通過することができる。一側面では、トレイ120は、一対の端部バー134によって一緒に接合される一対または複数対の側辺バー132を有する周辺フレーム130と、端部バー134の中間で側辺バーの間に延びている1つ以上のクロスバー36とを備えていることができ、クロスバー36は、周辺フレーム130の内部にトレイ開口部126を一緒に画定する。トレイ120を形成する種々の構成要素は、構造用鋼材料から製造されることができる。   The method further includes obtaining a customizable support fixture configured to support the casting 100 with a first support profile in one or more heat treatment zones or systems. One embodiment of a casting support system 110 that includes a customizable support fixture 140 is illustrated in FIG. The casting support system 110 generally includes a base frame or tray 120 having a thickness and a top surface 122 that defines a horizontal reference plane 124. The tray 120 allows heated fluid such as heated air, cooling air, water, oil, etc. to pass unobstructed by the reference plane 124 of the tray and collide with one or more castings 100 supported above the reference plane 124. It also includes a plurality of vertically aligned tray openings or apertures 126 through the tray thickness 128 that allow for. Depending on whether the thermal fluid is applied from below the casting, from above, or applied laterally inward toward its side, the thermal fluid encounters the casting 100. The tray opening 126 can be passed before or after. In one aspect, the tray 120 extends between a peripheral frame 130 having a pair or pairs of side bars 132 joined together by a pair of end bars 134 and between the side bars in the middle of the end bars 134. One or more crossbars 36 that together define a tray opening 126 within the peripheral frame 130. The various components forming the tray 120 can be manufactured from structural steel materials.

トレイ120は、概して、鋳物を熱処理にさらすために、炉、急冷システム、オーブン等の1つ以上の熱処理ゾーンを通して鋳物100を搬送する間、チェーン、ローラコンベヤ、または類似移送機構の上に乗っているように構成されることが理解されるであろう。いくつかの実施形態では、トレイ120は、各々が鋳物100のグループを支持する複数のトレイ120が、熱処理ゾーンを通して順に搬送される連続プロセス内で使用されることができる。いくつかの側面では、トレイ120が、ローラまたはチェーンの上に直接乗っていることができる一方で、他の側面では、トレイは、移送機構とトレイ120との間に界面を提供する下層支持構造(図示せず)を含むことができる。熱処理が個別的バッチ型炉または急冷システムの中で適用される他の実施形態では、トレイ120は、熱処理の合間にトレイおよび鋳物のグループを移動させるロボットアーム、フォークリフトトラック、シャトルカート、または類似マニピュレータによる運搬のために適合され得る。   The tray 120 generally rides on a chain, roller conveyor, or similar transport mechanism while transporting the casting 100 through one or more thermal treatment zones such as a furnace, quench system, oven, etc., to subject the casting to heat treatment. It will be understood that they are configured as such. In some embodiments, the trays 120 can be used in a continuous process in which a plurality of trays 120, each supporting a group of castings 100, are sequentially conveyed through a heat treatment zone. In some aspects, the tray 120 can ride directly on a roller or chain, while in other aspects, the tray provides an interface between the transfer mechanism and the tray 120 that provides an interface. (Not shown). In other embodiments where the heat treatment is applied in a separate batch furnace or quenching system, the tray 120 is a robot arm, forklift truck, shuttle cart, or similar manipulator that moves the tray and casting group between heat treatments. Can be adapted for transport by.

鋳物支持システム110は、1つ以上のトレイ開口部126の上方の空間において、図3に示される例示的自動車車両ショックタワー102等の鋳物100を支持して整列させる、トレイ120に取り付けられた1つ以上のカスタマイズ可能な支持固定具140をさらに含む。各支持固定具140は、概して、トレイ開口部126を横断して延びている下部分144と、トレイ開口部126の上方に延びている上縁146とを伴う垂直に向けられた複数の支持プレート142を備え、支持プレート142の上縁146は、支持プレートの長さに沿って延びている成形外形を有する。一側面では、支持プレート142の各々は、少なくとも1つの他の支持プレートと交差し、複数の上縁を有する開放格子150を形成することができ、複数の上縁は、図面に示されるように、鋳物100の下側表面と実質的に補完的であるか、またはそれと一致する開放支持表面もしくは支持外形を一緒に画定する。しかしながら、他の側面(図示せず)では、支持プレートは、互いに交差しないこともあり、代わりに、開放支持表面を画定するためにビームまたはブラケットを用いて結合され、平行な交差しない列等の別の構成で整列させられることができる。支持固定具140、特に、鋳物100に接触する支持プレート142の上縁を形成する種々の構成要素は、ステンレス鋼材料から作製されることができる。   The casting support system 110 is attached to a tray 120 that supports and aligns a casting 100 such as the exemplary automotive vehicle shock tower 102 shown in FIG. 3 in the space above one or more tray openings 126. One or more customizable support fixtures 140 are further included. Each support fixture 140 generally includes a plurality of vertically oriented support plates with a lower portion 144 extending across the tray opening 126 and an upper edge 146 extending above the tray opening 126. 142 and the upper edge 146 of the support plate 142 has a shaped profile extending along the length of the support plate. In one aspect, each of the support plates 142 can intersect at least one other support plate to form an open grid 150 having a plurality of top edges, the plurality of top edges as shown in the drawings. Together defining an open support surface or support profile that is substantially complementary to or consistent with the lower surface of the casting 100. However, in other aspects (not shown), the support plates may not intersect each other, and instead are joined using beams or brackets to define an open support surface, such as parallel non-intersecting rows, etc. It can be aligned in another configuration. The various components forming the upper edge of the support fixture 140, in particular the support plate 142 in contact with the casting 100, can be made from stainless steel material.

いかなる特定のタイプの鋳物にも限定されないが、鋳物支持システム110は、上で説明されるこれらの部品の熱処理に関連付けられる問題の多くを低減させることによって、HPDCプロセスで形成された薄壁アルミニウム合金鋳物を支持するために特に好適であり得る。例えば、カスタマイズ可能な支持固定具140は、鋳物の表面のほぼ全体への熱流体による直接アクセスを依然として提供しながら、高温溶液加熱処理中に主要な場所で各鋳物100を支持するように構成されていることができる。この方法において、鋳物支持システム110は、垂れ下がりを防止しながら、一様な均一に適用される熱処理を促進することができ、一様な均一に適用される熱処理は、部品の全体的温度が上昇または下降させられるので、処理される部品全体にわたる内部温度勾配を低減させる。   While not limited to any particular type of casting, the casting support system 110 is a thin walled aluminum alloy formed by the HPDC process by reducing many of the problems associated with the heat treatment of these parts described above. It may be particularly suitable for supporting castings. For example, the customizable support fixture 140 is configured to support each casting 100 at a primary location during a high temperature solution heating process while still providing direct thermal fluid access to substantially the entire casting surface. Can be. In this manner, the casting support system 110 can promote a uniform and uniformly applied heat treatment while preventing sagging, which uniformly increases the overall temperature of the part. Or, as it is lowered, it reduces the internal temperature gradient across the part being processed.

鋳物支持システム210の追加の側面は、図5−8で見られることができ、図において、別のカスタマイズ可能な支持固定具240が、トレイ開口部226の上方の空間において、異なる固有に成形された鋳物200(図5に輪郭で示される、別の車両のための薄壁アルミニウム合金HPDCショックタワー202等)としっかりと係合し、それを支持するように個々に構成されている。上で示されるように、支持固定具240は、熱流体が、鋳物200の表面のほぼ全体、特に、トレイ220または支持固定具240によって、そうでなければ遮断され得る下側表面206への直接アクセスを有することを可能にする様式で、鋳物200を支持することができる。加えて、固定具240は、一様な様式で鋳物200の合金材料の中へ熱をより良好に付与するように、もしくはそこから離して熱を抽出するように、トレイ開口部226の上方の空間において、鋳物の上側表面204および/または下側表面206の部分を衝突熱流体流と整列させるように、鋳物200を向けることもできる。   Additional aspects of the casting support system 210 can be seen in FIGS. 5-8, where another customizable support fixture 240 is uniquely shaped in the space above the tray opening 226. Individually configured to securely engage and support a cast 200 (such as a thin wall aluminum alloy HPDC shock tower 202 for another vehicle, outlined in FIG. 5). As indicated above, the support fixture 240 provides direct access to the lower surface 206 where thermal fluid can be otherwise blocked by substantially the entire surface of the casting 200, in particular, the tray 220 or the support fixture 240. The casting 200 can be supported in a manner that makes it possible to have In addition, the fixture 240 is located above the tray opening 226 so as to better impart heat into the alloy material of the casting 200 in a uniform manner or to extract heat away from it. The casting 200 can also be oriented in space to align portions of the upper surface 204 and / or the lower surface 206 of the casting with the impinging thermal fluid flow.

図6で提供される鋳物支持システム210および鋳物200の断面側面図に図示されるように、いくつかの用途では、鋳物200は、断面の長さに沿った上側表面204および下側表面206の不規則な外形によって示されるように、高度に不規則で複雑な形状を含むことができる。加えて、上側表面と下側表面との間の鋳物200の厚さはまた、断面に沿って著しく変動し、急速に加熱または冷却されることができる薄壁部分203と、温度の標的変化を達成するためにさらなる熱入力もしくは抽出を要求する、比較的厚い壁の部分205または構造的に高密度で重い部分207とをもたらし得る。同様の部品が、単純に、汎用ケーシングトレイ(図2に示される鋳物トレイ20等)の平坦な頂面上に設置された場合、鋳物のより重い厚壁部分が、上昇させられ、薄壁部分によって支持されそうであることが理解されるであろう。結果的に、合金材料の降伏強度が溶液温度における軟化により熱処理プロセスにおいて低減させられた場合、薄壁部分が、たわみおよび変形を伴わずに鋳物のより重い部分の重量を支持するために十分に頑丈ではないこともある。   As illustrated in the cross-sectional side view of the casting support system 210 and the casting 200 provided in FIG. 6, in some applications, the casting 200 may include an upper surface 204 and a lower surface 206 along the length of the cross-section. It can contain highly irregular and complex shapes, as indicated by the irregular outline. In addition, the thickness of the casting 200 between the upper and lower surfaces also varies significantly along the cross-section, and the thin wall portion 203 that can be rapidly heated or cooled, and the target change in temperature. It can result in a relatively thick wall portion 205 or a structurally dense and heavy portion 207 that requires additional heat input or extraction to achieve. If similar parts are simply installed on the flat top surface of a universal casing tray (such as the casting tray 20 shown in FIG. 2), the heavier thick wall portion of the casting is raised and the thin wall portion Will be understood to be supported by. As a result, if the yield strength of the alloy material is reduced in the heat treatment process by softening at the solution temperature, the thin-walled part is sufficient to support the weight of the heavier part of the casting without deflection and deformation. It may not be sturdy.

本開示の鋳物支持システム210は、鋳物200の下側全体に渡り主要な場所248で、重い部分207または厚壁部分205と、薄壁部分203との各々を含む鋳物の各区分を独立して支持することによって、この困難を克服することができる。これは、鋳物の不規則な下側表面206と少なくとも部分的に補完的である、それらの長さに沿った不規則形状外形を支持プレート242の上縁246に提供することによって、達成されることができる。支持プレートが、格子250を形成するように、組み立てられ、随意に、一緒に相互接続されると、格子250の複数の上縁246は、必ずしも鋳物の下側表面206に一致しないが、実質的にそれと補完的である開放支持表面または支持外形を画定する。当業者に理解されるであろうように、支持表面は、連続的ではなく、代わりに、鋳物の下で狭い接触線のパターンまたはグリッドを形成する支持プレート242の上縁246のみによって画定されるので、「開放」している。「表面」の残りの大部分は、仮想的であり、多角形の流動エリアまたはチャネルに対して開放しており、多角形の流動エリアまたはチャネルは、垂直支持プレートによって画定され、トレイ開口部226から鋳物200の下側表面206まで、別個の熱流体流を上向きに誘導することができる。   The casting support system 210 of the present disclosure independently separates each section of the casting including each of the heavy portion 207 or thick wall portion 205 and the thin wall portion 203 at a major location 248 across the entire underside of the casting 200. By supporting it, this difficulty can be overcome. This is accomplished by providing the upper edge 246 of the support plate 242 with an irregularly shaped profile along their length that is at least partially complementary to the irregular lower surface 206 of the casting. be able to. When the support plate is assembled and optionally interconnected together to form the grid 250, the plurality of upper edges 246 of the grid 250 do not necessarily coincide with the lower surface 206 of the casting, but substantially Defines an open support surface or support profile that is complementary thereto. As will be appreciated by those skilled in the art, the support surface is not continuous, but instead is defined only by the upper edge 246 of the support plate 242 that forms a narrow contact line pattern or grid under the casting. So it is “open”. The remaining majority of the “surface” is virtual and open to the polygonal flow area or channel, which is defined by the vertical support plate and the tray opening 226. To the lower surface 206 of the casting 200, a separate thermal fluid flow can be directed upward.

支持プレート242の複数の上縁246によって画定される支持表面は、鋳物が格子250の上のみに適合し得るという点、または単一の位置で格子によってしっかりと係合され得るという点で、鋳物200の下側表面206を実質的に補完的であることができる。格子とのこの係合は、鋳物の重量に耐える垂直構成要素と、鋳物が側方に移動またはシフトすることを防止する水平構成要素との両方を有する複数の接触場所248を含むことができる。したがって、鋳物200が支持固定具240の上で定位置に置かれると、それは、鋳物トレイ220が、1つ以上の熱処理区分を通して移動させられ、衝突熱流体による種々の加えられる負荷を受けた場合、その位置でしっかりと維持されることができる。例えば、鋳物支持システム210は、鋳物トレイ上であまりしっかりと支持されない部品を別の場所に移す、またはシフトさせる傾向があろう熱処理(急冷サイクル中の高圧空気もしくは水の噴射を含むが、それに限定されない)中の高速熱流体の有向流の使用を促進することができる。   The support surface defined by the plurality of upper edges 246 of the support plate 242 is such that the casting can only fit over the grid 250 or can be securely engaged by the grid at a single location. The lower surface 206 of the 200 can be substantially complementary. This engagement with the grid can include a plurality of contact locations 248 having both vertical components that can withstand the weight of the casting and horizontal components that prevent the casting from moving or shifting laterally. Thus, when the casting 200 is put in place on the support fixture 240, it is when the casting tray 220 is moved through one or more heat treatment sections and is subjected to various applied loads by impinging thermal fluid. Can be maintained firmly in its position. For example, the casting support system 210 includes heat treatment (including, but not limited to, high pressure air or water injection during a quench cycle) that will tend to move or shift parts that are not very well supported on the casting tray to another location. Can be used) to facilitate the use of a directed flow of high speed thermal fluid.

それにもかかわらず、たとえ支持プレート242の複数の上縁246によって画定される支持表面が、鋳物200の下側を実質的に補完的であり得ても、それは、支持プレート242の長さに沿って下側表面206に正確に一致する必要はない。支持表面は、代わりに、熱流体が2つの表面間で流動することを可能にするために十分である距離によって、上縁246が下側表面206から間隔を置かれた、間隙247によって分離された個別的接触場所248を含むことができる。一側面では、格子250と鋳物200の下側206との間の接触場所248は、支持固定具240によって直接支持されていない場合、そうでなければ垂れ下がりまたは歪みを受けやすいであろう、下側表面の一面全体に渡り所定の主要な場所にうまく配置されることができる。このように、鋳物200は、鋳物表面の残りの部分を熱流体によって直接アクセス可能にしたまま、削減された数の主要な接触場所248を使用して、開口部226の上方の空間において支持されることができる。   Nevertheless, even though the support surface defined by the plurality of upper edges 246 of the support plate 242 can be substantially complementary to the underside of the casting 200, it is along the length of the support plate 242. Need not exactly match the lower surface 206. The support surface is instead separated by a gap 247 in which the upper edge 246 is spaced from the lower surface 206 by a distance that is sufficient to allow thermal fluid to flow between the two surfaces. Individual contact locations 248 may be included. In one aspect, the contact location 248 between the grid 250 and the lower side 206 of the casting 200 may be susceptible to sagging or distortion if not directly supported by the support fixture 240. It can be well placed at a given primary location over the entire surface. In this way, the casting 200 is supported in the space above the opening 226 using a reduced number of primary contact locations 248 while leaving the rest of the casting surface directly accessible by thermal fluid. be able to.

図6では、静止熱処理ゾーン290も示されており、静止熱処理ゾーン290は、鋳物200の露出された上側表面204に衝突する熱流体(例えば、熱処理ゾーン内の加熱空気または急冷ゾーン内の冷却空気)の1つ以上の下方に向けられた流動296を生成するための下方に向けられたノズル295もしくは出口を有する上部プレナム294と、鋳物200の露出された下側表面206に衝突する熱流体の1つ以上の上方に向けられた流動299を生成するための上方に向けられたノズル298もしくは出口を有する下部プレナム297とを有する。加えて、鋳物200を支持するカスタマイズ可能な固定具240は、それ自体、熱処理ゾーン290を通してローラ運搬システムのローラ292上で搬送されるトレイ220に結合されている。一側面では、下方に向けられた流動296および上方に向けられた流動299の両方は、鋳物200の厚壁部分205および構造的に高密度の部分207と実質的に整列させられることができ、それによって、温度の同じ変化を達成するためにより少ない熱伝達を要求する直接隣接する薄壁部分より多くの熱が、ケーシングのこれらの部分の中へ付与され、またはそこから抽出され得る。さらに、一側面では、支持プレート242の複数の上縁246によって画定される支持表面は、厚壁部分205および構造的に高密度の部分207をノズル295、298の両方の組と整列させるように、空間内に鋳物200を位置付けて向けることができる。加えて、熱流体の上方に向けられた流動299は、鋳物200の下側表面206に対して衝突するように、トレイ開口部226および交差支持プレート242の格子250の両方を実質的に邪魔されずに通過することができる。   In FIG. 6, a static heat treatment zone 290 is also shown, which is a thermal fluid that impinges on the exposed upper surface 204 of the casting 200 (eg, heated air in the heat treatment zone or cooling air in the quench zone). ) Of an upper plenum 294 having a downwardly directed nozzle 295 or outlet to produce one or more downwardly directed flows 296, and a thermal fluid impinging on the exposed lower surface 206 of the casting 200. And a lower plenum 297 having an upwardly directed nozzle 298 or outlet for generating one or more upwardly directed flows 299. In addition, the customizable fixture 240 that supports the casting 200 is itself coupled to a tray 220 that is transported over the rollers 292 of the roller transport system through the heat treatment zone 290. In one aspect, both the downward directed flow 296 and the upward directed flow 299 can be substantially aligned with the thick wall portion 205 and the structurally dense portion 207 of the casting 200; Thereby, more heat can be applied to or extracted from these portions of the casing than directly adjacent thin-walled portions that require less heat transfer to achieve the same change in temperature. Further, in one aspect, the support surface defined by the plurality of upper edges 246 of the support plate 242 aligns the thick wall portion 205 and the structurally dense portion 207 with both sets of nozzles 295,298. The casting 200 can be positioned and directed in the space. In addition, the upwardly directed flow 299 of the thermal fluid is substantially disturbed by both the tray opening 226 and the grid 250 of the cross support plate 242 so as to impinge on the lower surface 206 of the casting 200. Can pass without.

図7は、鋳物を伴わない図5−6の鋳物支持システム210の斜視図であり、この場合、トレイ開口部226の上方でトレイ220に搭載された4つの交差垂直支持プレート242によって形成される、カスタマイズ可能な固定具240を図示する。分かり得るように、本実施形態では、トレイ220の周辺フレーム230は、円筒断面を伴う複数対の側辺バー232を含むことができ、側辺バー232は、それらの端部において長方形断面を伴う端部バー234またはクロスバー236に結合され、それらは、周辺フレーム230の内部に複数のトレイ開口部226を一緒に画定する。一側面では、側辺バー232、端部バー234、およびクロスバー236は、標準化寸法を伴う基礎フレームとしての役割を果たし得る標準化トレイ220を形成するように一緒にサイズを決定され、構成されることができ、それによって、種々の異なって構成された固定具240が、トレイ開口部226の上に除去可能かつ交換可能に搭載され得る。加えて、周辺フレーム230およびクロスバー236の下側表面は、運搬システム(図6)のローラ292の上に直接乗っていることができ、一側面では、所望の用途に従って延長もしくは短縮され得るモジュール式トレイ220を形成するように互いに除去可能に結合されることができ、モジュール式トレイ220において、損傷した側辺バーまたは端部バー/クロスバーは、トレイ220全体を交換する必要なく、個別に除去され、損傷していない構成要素と交換され得る。   FIG. 7 is a perspective view of the casting support system 210 of FIGS. 5-6 without casting, in this case formed by four intersecting vertical support plates 242 mounted on the tray 220 above the tray opening 226. A customizable fixture 240 is illustrated. As can be seen, in this embodiment, the peripheral frame 230 of the tray 220 can include multiple pairs of side bars 232 with cylindrical cross sections, which side bars 232 have rectangular cross sections at their ends. Coupled to end bars 234 or crossbars 236, they together define a plurality of tray openings 226 within the peripheral frame 230. In one aspect, side bars 232, end bars 234, and crossbar 236 are sized and configured together to form a standardized tray 220 that can serve as a base frame with standardized dimensions. A variety of differently configured fixtures 240 can be removably and interchangeably mounted on the tray opening 226. In addition, the peripheral frame 230 and the lower surface of the crossbar 236 can ride directly on the rollers 292 of the transport system (FIG. 6), and in one aspect can be extended or shortened according to the desired application. In the modular tray 220, damaged side bars or end bars / crossbars can be individually connected without the need to replace the entire tray 220. It can be removed and replaced with an undamaged component.

代表的な支持システム210のカスタマイズ可能な固定具240は、垂直に向けられた4つの支持プレート242を備えていることができ、支持プレート242は、トレイ開口部226を横断して延びている下部分244と、トレイ開口部226の上方に延びている格子構造250を一緒に形成する上縁246とを有し、上縁246は、格子構造250において、鋳物のための開放支持表面または支持外形を画定する。一側面では、支持プレート242は、周辺フレーム230の主要水平軸212、216と実質的に整列させられることができ、下縁244は、トレイ開口部226の長さまたは幅を横断して延びる。別の側面(図示せず)では、支持プレートは、周辺フレーム230の主要水平軸に対して対角線に、または別の角度で整列させられることができる。周辺フレーム230の縦軸212と平行に整列させられる代表的な固定具240の2つの支持プレート252に対して、下端は、長方形端部バー234およびクロスバー236の内縁に係合する切り欠き253を伴って終端することができ、隣接トレイ開口部の上を覆う固定具に干渉しないように、クロスバー236の中心線を横断して延びていないこともある。周辺フレーム230の幅軸216と平行に整列させられる2つの支持プレート256に対して、下端は、側辺バー232を通り過ぎて外向きに延びていることができ、それらの下縁に形成された切り欠き257を含むことができ、切り欠き257は、円筒側辺バー232の上面から上向きに延びている搭載バー238と係合する。   The customizable fixture 240 of the exemplary support system 210 can include four support plates 242 oriented vertically, with the support plates 242 extending below the tray opening 226. A portion 244 and an upper edge 246 that together form a grid structure 250 extending above the tray opening 226, the upper edge 246 having an open support surface or support profile for castings in the grid structure 250. Is defined. In one aspect, the support plate 242 can be substantially aligned with the main horizontal axes 212, 216 of the peripheral frame 230, and the lower edge 244 extends across the length or width of the tray opening 226. In another aspect (not shown), the support plate can be aligned diagonally with respect to the main horizontal axis of the peripheral frame 230 or at another angle. With respect to the two support plates 252 of the exemplary fixture 240 aligned parallel to the longitudinal axis 212 of the peripheral frame 230, the lower ends are notched 253 that engage the inner edges of the rectangular end bar 234 and the cross bar 236. And may not extend across the centerline of the crossbar 236 so as not to interfere with fixtures overlying adjacent tray openings. For the two support plates 256 aligned parallel to the width axis 216 of the peripheral frame 230, the lower ends can extend outward past the side bars 232 and are formed at their lower edges A notch 257 can be included, and the notch 257 engages a mounting bar 238 that extends upward from the top surface of the cylindrical side bar 232.

一側面では、支持プレート242は、所定の場所で互いに交差し、接続することができ、当技術分野で公知であるように、上の一対の支持プレート256に形成された下向きに開放する半スロットと嵌め合う、下の一対の支持プレート252に形成された上向きに開放する半スロットによって画定される。このようにして、支持固定具240の支持プレート242は、トレイ220への取り付けに先立って、格子250を形成するように一緒に相互係止されることができる。さらに、以下でさらに詳細に説明されるように、格子250内の相互係止支持プレート252、256の位置は、最大の支持を要求する鋳物の部分の下に上縁246の接触場所248を再配置するために、互いに、およびトレイ220の周辺構造に対して修正されることができる。図示される実施形態では、これは、支持プレートの長さに沿って半スロットの場所を調節することによって達成されることができ、支持プレートの端部は、端部バー234またはクロスバー236に沿って、もしくは側辺バー232の上で搭載バー238に沿って、対応する距離を移動させられる。それでもなお、支持プレート242を互いに、およびトレイ220に接続するための他の接続方法または機構も可能であり、本開示の範囲内に入ると見なされることが理解されるであろう。   In one aspect, the support plates 242 can cross and connect to each other in place and are downwardly open half slots formed in the upper pair of support plates 256, as is known in the art. Defined by an upwardly opening half-slot formed in a pair of lower support plates 252 that fit together. In this manner, the support plates 242 of the support fixture 240 can be interlocked together to form the grid 250 prior to attachment to the tray 220. Further, as described in more detail below, the position of the interlocking support plates 252, 256 within the grid 250 repositions the contact location 248 of the upper edge 246 under the portion of the casting that requires maximum support. It can be modified relative to each other and to the peripheral structure of the tray 220 for placement. In the illustrated embodiment, this can be accomplished by adjusting the location of the half-slot along the length of the support plate, with the end of the support plate extending to the end bar 234 or the crossbar 236. Along the mounting bar 238 on the side bar 232 or along the side bar 232. Nevertheless, it will be understood that other connection methods or mechanisms for connecting the support plates 242 to each other and to the tray 220 are possible and are considered to fall within the scope of this disclosure.

図5−7では、熱流体が支持プレートを通って横に流動することを可能にする、支持プレート242の厚さを通して形成されることができる複数の開口245も見えている。図5および7に示されるように、一側面では、開口245は、支持システム210の垂直軸218の方向に細長であることができる。これは、その通過を妨害し、その速度を減退させ得る、熱流体の経路と垂直に向けられた最小量の平坦表面積および角に起因して、熱流体の上方に向けられた流動に対して大部分が「透過性」である格子支持構造250をもたらし得る。しかしながら、図6に示される支持固定具240の別の側面では、垂直に整列させられた支持プレート内の開口245は、支持システム210の主要水平軸212、216の方向に細長であることができる。これは、熱流体の経路と垂直に向けられた、はるかに大量の平坦表面積および角を伴う支持構造250をもたらし、それによって、その乱流および混合を増加させながら、その速度を低減させ得る、熱流体の上方に向けられた流動へのより大きい程度の妨害を生成し得る。用途に応じて、両方のオプションが、鋳物の下側表面の中へ、またはそこから離れて、改良された熱伝達を提供するために使用され得ることが理解されるであろう。   Also visible in FIGS. 5-7 are a plurality of openings 245 that can be formed through the thickness of the support plate 242 that allows thermal fluid to flow laterally through the support plate. As shown in FIGS. 5 and 7, in one aspect, the opening 245 can be elongated in the direction of the vertical axis 218 of the support system 210. This is due to the flow directed upwards of the thermal fluid due to the minimal amount of flat surface area and corners oriented perpendicular to the path of the thermal fluid, which can impede its passage and reduce its velocity. A grid support structure 250 that is largely “permeable” may be provided. However, in another aspect of the support fixture 240 shown in FIG. 6, the openings 245 in the vertically aligned support plate can be elongated in the direction of the main horizontal axes 212, 216 of the support system 210. . This results in a support structure 250 with a much larger amount of flat surface area and corners oriented perpendicular to the path of the thermal fluid, thereby reducing its velocity while increasing its turbulence and mixing. A greater degree of disturbance to the upwardly directed flow of the thermal fluid can be generated. It will be appreciated that depending on the application, both options may be used to provide improved heat transfer into or away from the lower surface of the casting.

図5−6に示される薄壁アルミニウム合金HPDCショックタワー202に類似する鋳物200は、多くの場合、外縁209またはフランジ(図5)を画定するように外向きに突出する合金材料の薄壁突起を含むことができる。1つの側面に沿って支持されていないこれらの薄壁構造は、多くの場合、熱処理中にたわみまたは変形の影響をより受けやすくあり得、したがって、合金材料によって実質的に包囲される鋳物の他の薄壁内部区分よりも大きい程度の支持または拘束を要求し得る。この特別な支持を提供するために、一側面では、支持プレート242の端部は、鋳物の外縁209を抑制する上向きに延びている突起249を含むことができる。   The casting 200, similar to the thin wall aluminum alloy HPDC shock tower 202 shown in FIGS. 5-6, often has a thin wall projection of alloy material that protrudes outward to define an outer edge 209 or flange (FIG. 5). Can be included. These thin-walled structures that are not supported along one side can often be more susceptible to deflection or deformation during heat treatment and thus other castings that are substantially surrounded by the alloy material. May require a greater degree of support or restraint than the thin wall interior section. In order to provide this extra support, in one aspect, the end of the support plate 242 can include an upwardly extending protrusion 249 that restrains the outer edge 209 of the casting.

図8は、図6の支持プレート242の左側端部の拡大図であり、鋳物200の1つの外縁209を抑制する上向きに延びている突起249を図示する。一側面では、突起249の下内縁は、熱処理中の鋳物および支持プレートの両方の熱成長を考慮した後、鋳物の外縁209を受け取るようにサイズを決定される切り欠き255を含むことができる。加えて、支持プレート242の上縁246は、外縁209に近接する鋳物の薄壁部分203の下側表面206に沿った接触場所248で延長した接触線を提供することができる。薄壁部分203の適切な位置を画定する延長した接触線および/または熱処理中に外縁209が上向きに引っ張ることを抑止する切り欠き255の両方は、複数の熱処理中に整列を維持し、鋳物の外縁部分の変形を防止する役割を果たし得ることが理解されるであろう。   FIG. 8 is an enlarged view of the left end of the support plate 242 of FIG. 6 and illustrates an upwardly extending protrusion 249 that restrains one outer edge 209 of the casting 200. In one aspect, the lower inner edge of the protrusion 249 can include a notch 255 that is sized to receive the outer edge 209 of the casting after considering thermal growth of both the casting and the support plate during heat treatment. In addition, the upper edge 246 of the support plate 242 can provide a contact line extending at a contact location 248 along the lower surface 206 of the cast thin wall portion 203 proximate the outer edge 209. Both the extended contact line defining the proper location of the thin wall portion 203 and / or the notch 255 that prevents the outer edge 209 from pulling upward during heat treatment maintain alignment during multiple heat treatments, It will be appreciated that it may serve to prevent deformation of the outer edge portion.

図5−7に図示される支持固定具240は、単一の位置で鋳物200をしっかりと支持するように、かつ熱処理中にそれが固定具から偶発的に取り除かれることを防止するように、下側表面206および外縁209の両方に沿って鋳物200と係合することができる。図4に図示される鋳物支持システム110等の他の実施形態では、支持固定具140は、必ずしも外縁に係合することなく、単一の位置で鋳物をしっかりと支持するように、主にその下側表面に沿って鋳物100と係合することができる。   The support fixture 240 illustrated in FIGS. 5-7 provides a firm support for the casting 200 at a single location and prevents it from being accidentally removed from the fixture during heat treatment. The casting 200 can be engaged along both the lower surface 206 and the outer edge 209. In other embodiments, such as the casting support system 110 illustrated in FIG. 4, the support fixture 140 primarily has its main feature to securely support the casting in a single position without necessarily engaging the outer edge. The casting 100 can be engaged along the lower surface.

図9は、支持プレート352のうちの2つが、基礎トレイ320の縦軸312と平行に延び、2つの支持プレート356が、基礎トレイ320の幅軸316と平行に延びている4つの垂直に整列した交差支持プレートを備えている固定具340も含む鋳物支持システム310の別の代表的実施形態の上面図である。組み立てられたとき、支持プレート352、356は、トレイ開口部326から鋳物の下側表面(図示せず)まで熱流体流を上向きに誘導することができる9つの多角形の流動チャネル360を一緒に画定する。本実施形態では、1つ以上の支持プレートは、対向支持プレートに向かって熱流体流を向け直すようにチャネルの中へ外向きに延びている偏向器362、366も含むこともできる。一側面では、偏向器362は、図10の断面概略図に示されるように、同一のチャネルの反対側に向かって流動を向け直すように、外向きかつ流動方向363に上向きに延びていることができる。別の側面では、偏向器366は、図11の断面概略図に示されるように、支持プレート内の開口368を通して、かつ隣接チャネルの反対側に向かって流動を向け直すように、外向きかつ流動方向367に抗して下向きに延びていることができる。   FIG. 9 shows that four of the support plates 352 extend in parallel with the longitudinal axis 312 of the base tray 320, and four support plates 356 extend in parallel with the width axis 316 of the base tray 320. FIG. 6 is a top view of another exemplary embodiment of a casting support system 310 that also includes a fixture 340 with a crossed support plate. When assembled, the support plates 352, 356 together have nine polygonal flow channels 360 that can guide the thermal fluid flow upward from the tray opening 326 to the lower surface of the casting (not shown). Define. In this embodiment, the one or more support plates may also include deflectors 362, 366 that extend outward into the channel to redirect the thermal fluid flow toward the opposing support plate. In one aspect, the deflector 362 extends outward and upward in the flow direction 363 to redirect flow toward the opposite side of the same channel, as shown in the cross-sectional schematic of FIG. Can do. In another aspect, the deflector 366 is outwardly and flowable to redirect flow through an opening 368 in the support plate and toward the opposite side of the adjacent channel, as shown in the cross-sectional schematic of FIG. It can extend downward against the direction 367.

上で開示される鋳物支持システムに関する追加の詳細および情報は、その出願が参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、2015年9月23日に出願され、SYSTEM FOR SUPPORTING CASTINGS DURING THERMAL TREATMENTと題された、共同所有された同時係属米国仮特許出願第62/222,407号で見出されることができる。   Additional details and information regarding the casting support system disclosed above may be found in SYSTEM FOR SUPPORTING CASTINGS DURING THERMAL TREATMENT, filed September 23, 2015, which is hereby incorporated by reference in its entirety. Co-owned copending US Provisional Patent Application No. 62 / 222,407.

図3−4を参照して上で説明されるように、本開示の方法は、概して、1つ以上の熱処理ゾーンもしくはシステム内で、鋳物100を最初に支持するように構成されている支持外形を有する1つ以上の支持固定具140を取得することを含む。一側面では、各初期支持外形は、複数の支持プレート142から形成される支持固定具140の開放格子150によって画定され、支持プレートの上縁は、鋳物100の下側表面106と実質的に補完的であり、トレイ開口部126の上方の空間に初期位置および向きにおいて格子150の上に鋳物100を緩く支持するように構成されている開放支持表面を一緒に画定する。加えて、開放支持表面は、下側表面106のほぼ全体への熱流体による直接アクセスを可能にするように、支持プレート142の上縁が鋳物100の下側表面106から間隔を置かれた間隙によって分離される複数の個別的な所定の接触場所をさらに含むことができる。単一の鋳物トレイ120上で4つの試験鋳物100を支持する4つの支持固定具140のグループとして示されているが、所望の試験は、より経済的な様式で試験サイクルを行うように、より少ない支持固定具140および鋳物100を用いて行われ得ることが理解されるであろう。アルミニウム合金鋳物100の基準表面測定が3次元で捕捉され、初期または第1の支持固定具が取得されると、初期または第1の熱処理プロトコルが、支持固定具140上で支持される1つ以上の試験鋳物100に適用されることができる。   As described above with reference to FIGS. 3-4, the method of the present disclosure generally includes a support profile that is configured to initially support the casting 100 within one or more heat treatment zones or systems. Obtaining one or more support fixtures 140 having In one aspect, each initial support profile is defined by an open grid 150 of a support fixture 140 formed from a plurality of support plates 142, and the upper edge of the support plate is substantially complementary to the lower surface 106 of the casting 100. Together defining an open support surface configured to loosely support the casting 100 on the grid 150 in an initial position and orientation in the space above the tray opening 126. In addition, the open support surface is provided by a gap in which the upper edge of the support plate 142 is spaced from the lower surface 106 of the casting 100 to allow direct thermal fluid access to substantially the entire lower surface 106. It may further include a plurality of individual predetermined contact locations that are separated. Although shown as a group of four support fixtures 140 that support four test castings 100 on a single casting tray 120, the desired test is more like performing a test cycle in a more economical manner. It will be appreciated that this can be done with fewer support fixtures 140 and casting 100. Once the reference surface measurement of the aluminum alloy casting 100 is captured in three dimensions and the initial or first support fixture is acquired, the initial or first heat treatment protocol is supported on the support fixture 140 by one or more. The test casting 100 can be applied.

図12の温度対時間グラフに示される本開示の一側面では、熱処理プロトコル400は、3つの別個の熱処理段階、すなわち、第1の加熱段階420、第2の加熱段階430、および急冷段階440を含むことができる。第1の加熱段階420は、鋳物が炉に進入し、初期温度421から、その上、所定のシリコン溶液温度414に達することまたはそれを超えることなく、アルミニウム合金のシリコン成分の所定の溶液温度414未満である第1の鋳造温度425まで加熱される第1の期間(t1)424を備えている。例えば、いかなる特定の理論にも拘束されないが、鋳物内の内部細孔または気泡の形成および膨張につながる内部「細孔作製」プロセスは、鋳物がシリコン溶液温度に達するにつれて、アルミニウム合金のシリコン成分が固溶体に取り込まれることとともに開始することが、本発明者らによって考慮される。シリコンが溶液に取り込まれると、シリコン粒子のサイズは、シリコン粒子の全体的な数が増大するように見えるにつれて縮小するように見え、それによって、鋳物内の同伴ガスが材料の全体を通って移動することを可能にする。しかしながら、最終的に、より小さいシリコン粒子がより大きい粒子に一緒に成長するので、それがガスの移動を妨げ、またはせき止める、動向が逆転する。閉じ込められたガスは、次いで、気泡または細孔に一緒に合体し、それは、鋳物が高温で維持される限り成長し続けるであろう。チェックされないままにされた場合、表面の近傍の拡大した気泡または細孔が、ブリスタとして表面を突破し得る一方で、鋳物の内部の拡大した気泡または細孔は、寸法歪みを引き起こし得る。   In one aspect of the present disclosure shown in the temperature vs. time graph of FIG. 12, the heat treatment protocol 400 includes three separate heat treatment stages: a first heating stage 420, a second heating stage 430, and a quenching stage 440. Can be included. The first heating stage 420 includes a predetermined solution temperature 414 of the silicon component of the aluminum alloy without the casting entering the furnace and reaching or exceeding the predetermined silicon solution temperature 414 from the initial temperature 421. A first time period (t1) 424 that is heated to a first casting temperature 425 that is less than. For example, without being bound by any particular theory, the internal “pore making” process, which leads to the formation and expansion of internal pores or bubbles in the casting, the silicon component of the aluminum alloy as the casting reaches the silicon solution temperature. It is considered by the inventors to start with being taken up by the solid solution. As silicon is incorporated into the solution, the size of the silicon particles appears to shrink as the overall number of silicon particles appears to increase, thereby causing the entrained gas in the casting to move through the material. Make it possible to do. Eventually, however, the trend is reversed as smaller silicon particles grow together into larger particles, which prevents or impedes gas movement. The trapped gas then coalesces together into the bubbles or pores, which will continue to grow as long as the casting is maintained at an elevated temperature. If left unchecked, enlarged bubbles or pores near the surface can break through the surface as blisters, while enlarged bubbles or pores inside the casting can cause dimensional distortion.

シリコン成分の溶液温度が、1つ以上の金属合金化成分の溶液温度と区別可能であり、かつそれ未満であるので、機械的性質の所望の改良を最終的にもたらすアルミニウム合金の溶液化熱処理は、鋳物がそれらの合金化金属溶液温度に加熱されるまで、始まらないであろうことが理論化される。したがって、シリコン溶液温度と合金化金属溶液温度との間の差を認識し、考慮することによって、急冷に先立って、シリコン成分の溶液温度414および金属合金化成分の溶液温度418の両方において、またはそれを上回って、鋳物によって費やされる時間(t3)436は、低減した廃棄率で優れた機械的性質を有するアルミニウム合金鋳物を生産するように制御されることができ、鋳物は、そうでなければ閉じ込められたガスの拡大した気泡の形成に起因するであろう、寸法歪みの実質的な低減を有することがさらに考慮される。   Since the solution temperature of the silicon component is distinguishable from and less than the solution temperature of the one or more metal alloying components, the solution heat treatment of the aluminum alloy ultimately results in the desired improvement in mechanical properties. It is theorized that the castings will not begin until the castings are heated to their alloying metal solution temperature. Thus, by recognizing and taking into account the difference between the silicon solution temperature and the alloying metal solution temperature, prior to quenching, both at the silicon component solution temperature 414 and the metal alloying component solution temperature 418, or Beyond that, the time spent by the casting (t3) 436 can be controlled to produce an aluminum alloy casting with excellent mechanical properties with reduced waste rate, the casting otherwise It is further considered to have a substantial reduction in dimensional distortion that would be due to the formation of enlarged bubbles of trapped gas.

第1の加熱段階420における鋳物の持続時間(t1)424および第1の加熱速度422の両方は、熱処理プロトコル400の異なる実施形態の間で実質的に変動し得ることが理解されるであろう。参照目的のために、第1の加熱速度422の上昇/時間は、℃/分として定義され、瞬間加熱速度として、または、例えば、第1の加熱段階420全体もしくは第1の加熱段階420の一部のみ等の規定期間中の平均加熱速度として、適用されることができる。持続時間(t1)および/または第1の加熱速度422に影響を及ぼす要因は、炉のタイプおよび構成、鋳物が最初に炉に進入するときの鋳物の初期温度421、鋳物の厚さならびに/もしくは表面積露出等を含むことができる。   It will be appreciated that both the casting duration (t1) 424 and the first heating rate 422 in the first heating phase 420 may vary substantially between different embodiments of the heat treatment protocol 400. . For reference purposes, the rise / time of the first heating rate 422 is defined as ° C./min, as the instantaneous heating rate or, for example, the entire first heating stage 420 or one of the first heating stages 420. It can be applied as an average heating rate during a specified period such as only parts. Factors affecting duration (t1) and / or first heating rate 422 include furnace type and configuration, initial casting temperature 421 when the casting first enters the furnace, casting thickness and / or Surface area exposure and the like can be included.

例えば、いくつかの実施形態では、エンジンブロックのための鋳物等の鋳物は、極めて厚くあり得る。厚い鋳物の材料の実質的に全体が、第2の加熱段階430に入ることに先立って、第1の鋳造温度425に達することも好ましくあり得る。そのような実施形態では、標的加熱プロファイルは、より遅い速度で鋳物を加熱し、次いで、第1の加熱段階420の終了に向かって数分間(例えば、2〜5分または類似する長期間)、鋳物が第1の鋳造温度425で浸漬することを可能にし、熱が鋳物の全体を通して均一に分配されるために十分な時間を提供することによって、達成され得る。他の実施形態では、鋳物は、はるかに短い期間内で、第1の鋳造温度425において熱平衡に達するように、加えられた熱を容易に受け取って分配する、より大きい割合の露出表面積を伴う薄壁構造であり得、その場合、熱浸漬期間は、短縮または排除され得る。   For example, in some embodiments, a casting, such as a casting for an engine block, can be very thick. It may also be preferred that substantially the entire thick casting material reaches the first casting temperature 425 prior to entering the second heating stage 430. In such an embodiment, the target heating profile heats the casting at a slower rate, then several minutes toward the end of the first heating phase 420 (eg, 2-5 minutes or a similar long period), This can be accomplished by allowing the casting to be immersed at a first casting temperature 425 and providing sufficient time for heat to be evenly distributed throughout the casting. In other embodiments, the casting is thin with a higher proportion of exposed surface area that readily receives and distributes the applied heat to reach thermal equilibrium at the first casting temperature 425 within a much shorter period of time. It can be a wall structure, in which case the thermal immersion period can be shortened or eliminated.

図12に示される実施形態等の他の側面では、鋳物は、第1の加熱段階420の大部分の全体を通して、実質的に一定の第1の加熱速度422で加熱され得、その後、鋳物が意図された第1の鋳造温度425に接近するにつれて、第1の加熱段階の終了に向かって加熱速度の漸減が続く。この技法は、熱処理プロトコルのより良好な制御を提供し、鋳物が第1の加熱段階420に留まっている間、鋳物の温度が第1の鋳造温度425を不注意に超えて、所定のシリコン溶液温度414を侵害しない、またはそれに達しない、それによって、上で説明される細孔作製プロセスを時期尚早にトリガしないことを確実にすることができる。   In other aspects, such as the embodiment shown in FIG. 12, the casting can be heated at a substantially constant first heating rate 422 throughout most of the first heating stage 420, after which the casting is As the intended first casting temperature 425 is approached, the heating rate gradually decreases towards the end of the first heating stage. This technique provides better control of the heat treatment protocol such that the casting temperature inadvertently exceeds the first casting temperature 425 while the casting remains in the first heating stage 420, and the predetermined silicon solution. It can be ensured that the temperature 414 is not violated or reached, thereby not prematurely triggering the pore making process described above.

本開示のさらに他の側面では、炉の第1の加熱段階は、第1の加熱段階420の全体を通して鋳物の中への熱流を維持するように、第1の鋳造温度425を上回る実質的に一定の第1の段階温度で維持されることができる。第1の段階温度が、シリコン成分が固体金属溶液の中へ急速に進入する所定のシリコン溶液温度414を上回る、実施形態では、炉を通した鋳物の移動は、鋳物が第1の鋳造温度425に達し、所定のシリコン溶液温度414または第1の段階温度との熱平衡に達することに先立って第1の加熱段階420を終了するように、時期を決定されることができる。第1の段階温度が所定のシリコン溶液温度414未満である実施形態では、第1の加熱段階420内の鋳物の持続時間(t1)424は、鋳物が第1の鋳造温度425に達することと同時に第1の段階温度との熱平衡に接近するように、延長されることができる。   In yet another aspect of the present disclosure, the first heating stage of the furnace is substantially above the first casting temperature 425 to maintain heat flow into the casting throughout the first heating stage 420. It can be maintained at a constant first stage temperature. In an embodiment, the first stage temperature is above a predetermined silicon solution temperature 414 at which the silicon component rapidly enters the solid metal solution. In an embodiment, the movement of the casting through the furnace causes the casting to have a first casting temperature 425. Can be determined to terminate the first heating stage 420 prior to reaching a thermal equilibrium with a predetermined silicon solution temperature 414 or first stage temperature. In an embodiment where the first stage temperature is less than the predetermined silicon solution temperature 414, the casting duration (t1) 424 in the first heating stage 420 coincides with the casting reaching the first casting temperature 425. It can be extended to approach thermal equilibrium with the first stage temperature.

故に、一側面では、第1の加熱段階の第1の段階温度は、所定のシリコン溶液温度414の±約10℃以内で維持されることができる。別の側面では、第1の加熱段階420の第1の段階温度は、第1の加熱段階の持続時間(t1)424の対応する減少とともに、第1の加熱段階420の全体を通して第1の加熱速度422の増加を提供するように、所定のシリコン溶液温度414を10℃上回る温度で維持されることができ、さらに、所定のシリコン溶液温度414に達することに先立って、鋳物が第1の加熱段階420を終了することを確実にするように、第1の加熱段階420を通して鋳物の移動の正確な制御を含むことができる。   Thus, in one aspect, the first stage temperature of the first heating stage can be maintained within ± about 10 ° C. of the predetermined silicon solution temperature 414. In another aspect, the first stage temperature of the first heating stage 420 is the first heating stage throughout the first heating stage 420, with a corresponding decrease in the duration (t1) 424 of the first heating stage. A predetermined silicon solution temperature 414 can be maintained at a temperature 10 ° C. above to provide an increase in rate 422, and prior to reaching the predetermined silicon solution temperature 414, the casting is first heated Accurate control of casting movement through the first heating stage 420 can be included to ensure that stage 420 is finished.

第1の加熱段階420の終了時に第1の鋳造温度425に達すると、鋳物は、次いで、熱処理プロトコル400の第2の加熱段階430に遷移または移行することができ、第2の加熱段階430は、概して、鋳物の第2の加熱段階430の中への進入から、それらの終了および急冷段階440への移行まで延びている第2の期間(t2)434を備えている。第2の加熱段階430に入ると、鋳物は、第1の鋳造温度425から、所定の合金化金属溶液温度418を上回るかまたはそれと実質的に等しい第2の鋳造温度435まで、急速に加熱される。鋳物は、次いで、プロトコル400の実質的に等温の(すなわち、一定温度)部分437において第2の加熱段階430の残りの期間(t2)434にわたって、第2の鋳造温度435で維持されることができる。第2の加熱段階430に入った後、第1の鋳造温度425から第2の鋳造温度435まで鋳物を加熱するために要する時間に応じて、第2の鋳造温度435における熱処理プロトコル400の実質的に等温の部分437は、典型的には、約10分〜約20分に及ぶことができる。それでもなお、持続時間において5分〜10分等、持続時間において10分未満である実質的に等温部分437も可能であり、本開示の範囲内に入ると見なされる。   When the first casting temperature 425 is reached at the end of the first heating phase 420, the casting can then transition or transition to the second heating phase 430 of the heat treatment protocol 400, where the second heating phase 430 is In general, a second time period (t 2) 434 extends from entering the casting into the second heating stage 430, to their termination and transition to the quenching stage 440. Upon entering the second heating stage 430, the casting is rapidly heated from the first casting temperature 425 to a second casting temperature 435 that is above or substantially equal to the predetermined alloying metal solution temperature 418. The The casting may then be maintained at the second casting temperature 435 for the remaining period (t2) 434 of the second heating phase 430 in the substantially isothermal (ie, constant temperature) portion 437 of the protocol 400. it can. After entering the second heating stage 430, the substantiality of the heat treatment protocol 400 at the second casting temperature 435 depends on the time required to heat the casting from the first casting temperature 425 to the second casting temperature 435. The isothermal portion 437 can typically range from about 10 minutes to about 20 minutes. Nevertheless, substantially isothermal portions 437 that are less than 10 minutes in duration, such as 5-10 minutes in duration, are possible and are considered to be within the scope of this disclosure.

一側面では、第2の鋳造温度435は、有害な副作用につながり得る方法で合金化金属溶液温度を過剰に超えることなく、鋳物の全ての部分の中の金属合金化成分が合金化金属溶液温度に達し、またはそれを超え、固溶体に進入することを確実にするために、金属合金化成分の所定の溶液温度418を約5℃〜10℃上回り得る。合金化金属溶液温度が精密に把握され、熱処理プロトコル400が厳密に制御されることができるとき等の他の側面では、第2の鋳造温度435は、金属合金化成分の所定の溶液温度418を5℃またはそれより少なく上回り得る。   In one aspect, the second casting temperature 435 does not excessively exceed the alloying metal solution temperature in a manner that can lead to harmful side effects, and the metal alloying components in all parts of the casting are alloyed metal solution temperature. The predetermined solution temperature 418 of the metal alloying component can be above about 5 ° C. to 10 ° C. to ensure that it reaches or exceeds and enters the solid solution. In other aspects, such as when the alloying metal solution temperature is precisely known and the heat treatment protocol 400 can be tightly controlled, the second casting temperature 435 can be a predetermined solution temperature 418 of the metal alloying component. May exceed 5 ° C or less.

図12に図示されるように、一側面では、第2の加熱段階430における鋳物の加熱は、第2の加熱段階430に入る直前の第1の加熱段階420における鋳物の加熱速度を超えて急激に増加させられる初期または第2の加熱速度432を伴うことができる。これは、短縮した期間内で第2の鋳造温度435までの鋳物の温度の段階的上昇をもたらし得、鋳物の温度412は、第2の加熱段階430に入る数秒以内に所定のシリコン溶液温度414に達する。例えば、典型的には、鋳物が所定の合金化金属溶液温度418に達するために、初期または第2の加熱速度432で3〜5分を要し得るが、鋳物の温度は、それでもなお、第2の加熱段階430に入った直後に所定のシリコン溶液温度414に達し、それを超えることができる。実際に、特に、第1の加熱段階420の終了時の第1の鋳造温度425が所定のシリコン溶液温度414の数度以内である場合において、鋳物の温度は、第2の加熱段階430に入る60秒またはそれ未満以内で、所定のシリコン溶液温度414に達し、それを超えることができる。したがって、一側面では、鋳物が所定のシリコン溶液温度414を上回って費やす時間は、第2の加熱段階430内で費やされる時間(t2)434と実質的に等しくあり得、その特徴は、後続の計算を単純化するために使用されることができる。   As shown in FIG. 12, in one aspect, the heating of the casting in the second heating stage 430 suddenly exceeds the casting heating rate in the first heating stage 420 just prior to entering the second heating stage 430. Can be accompanied by an initial or a second heating rate 432 that is increased. This may result in a step increase in casting temperature up to a second casting temperature 435 within a shortened period, where the casting temperature 412 is within a given silicon solution temperature 414 within a few seconds of entering the second heating phase 430. To reach. For example, typically, it may take 3-5 minutes at the initial or second heating rate 432 for the casting to reach a predetermined alloyed metal solution temperature 418, although the temperature of the casting is nevertheless The predetermined silicon solution temperature 414 can be reached and exceeded immediately after entering the second heating stage 430. Indeed, the casting temperature enters the second heating phase 430, particularly when the first casting temperature 425 at the end of the first heating phase 420 is within a few degrees of the predetermined silicon solution temperature 414. Within 60 seconds or less, the predetermined silicon solution temperature 414 can be reached and exceeded. Thus, in one aspect, the time that the casting spends above the predetermined silicon solution temperature 414 can be substantially equal to the time (t2) 434 spent in the second heating stage 430, the characteristics of which are Can be used to simplify calculations.

加えて、炉の第2の加熱段階430は、少なくとも第2の加熱段階430の第1の部分中に鋳物の中への熱流を維持するように、第1の段階温度を上回る実質的に一定の第2の段階温度で維持されることができる。一側面では、鋳物の温度を第2の鋳造温度435まで迅速に上昇させるために必要とされる追加の熱入力は、鋳物の上に追加の熱を向かわせ、初期の第2の加熱速度432に増進を提供し得る有向加熱器または高流量温風ノズル等の追加の加熱装置によって提供されることができる。さらに、追加の加熱装置は、炉の第2の加熱段階部分において第2の段階温度を上昇させることなく、短縮した期間内で鋳物の温度を第2の鋳造温度435まで上昇させるように構成されることができる。   In addition, the second heating stage 430 of the furnace is substantially constant above the first stage temperature so as to maintain heat flow into the casting at least during the first portion of the second heating stage 430. The second stage temperature can be maintained. In one aspect, the additional heat input required to rapidly raise the casting temperature to the second casting temperature 435 directs additional heat over the casting, and the initial second heating rate 432. Can be provided by additional heating devices such as directed heaters or high flow hot air nozzles that can provide enhancements. Further, the additional heating device is configured to increase the casting temperature to the second casting temperature 435 within a shortened period without increasing the second stage temperature in the second heating stage portion of the furnace. Can.

鋳物がプロトコル400の実質的に等温の部分437に関連付けられる第2の鋳造温度435に達すると、第2の段階温度は、第2の加熱段階430の期間(t2)434の残りの間、鋳物から離れる熱流を防止することができる。一側面では、第2の段階温度が、第2の鋳造温度435と実質的に等しくあり得る一方で、他の側面では、第2の段階温度は、鋳物の温度が残りの第2の加熱器段階中にわずかに上昇し続けるように、第2の鋳造温度435よりも少し高くあり得る(典型的には、第2の加熱段階において残っている時間が比較的短いため少量だけであるが)。一実施形態では、第2の段階温度は、少なくとも1つの金属合金化成分が固体金属溶液の中へ急速に進入する所定の合金化金属溶液温度418を約10℃未満上回り得る。   When the casting reaches a second casting temperature 435 associated with the substantially isothermal portion 437 of the protocol 400, the second stage temperature is reduced during the remainder of the period (t2) 434 of the second heating stage 430. It is possible to prevent the heat flow away from the. In one aspect, the second stage temperature can be substantially equal to the second casting temperature 435, while in the other aspect, the second stage temperature is the second heater with the casting temperature remaining. May be slightly higher than the second casting temperature 435 so that it continues to rise slightly during the phase (typically only a small amount due to the relatively short time remaining in the second heating phase). . In one embodiment, the second stage temperature may be less than about 10 ° C. above a predetermined alloying metal solution temperature 418 at which at least one metal alloying component rapidly enters the solid metal solution.

鋳物が金属合金化成分の所定の溶液温度418において、またはそれを上回って費やす期間(t3)436を、第2の加熱段階430に入ることから急冷段階440に入ることまで測定されるような第2の加熱段階30の全体的持続時間(t2)434と比較することにおいて、合金化金属溶液温度418における鋳物の(t3)/(t2)タイミング比は、50%またはそれを上回り得る。このタイミング比はまた、処置中時間比としても公知であり得る。当業者によって理解されるであろうように、処置中時間比は、シリコン成分が固体金属溶液の中へ急速に進入するシリコン溶液温度にあるか、またはそれを上回ることに加えて、金属合金化成分が固体金属溶液の中へ急速に進入する合金化金属溶液温度において、もしくはそれを上回って、鋳物が溶液化熱処理で費やす時間の実際の割合の良好な近似値であることができる。本開示によって提供される処置中時間比が、当技術分野で現在公知であり実践されているHPDC鋳物のための溶液加熱処理方法を超えて実質的に増加させられ得ることも理解されるであろう。   The time period (t3) 436 in which the casting spends at or above the predetermined solution temperature 418 of the metal alloying component is measured from entering the second heating stage 430 to entering the quenching stage 440. Compared to the overall duration (t2) 434 of the two heating stages 30, the (t3) / (t2) timing ratio of the casting at the alloying metal solution temperature 418 can be 50% or more. This timing ratio may also be known as the time ratio during the procedure. As will be appreciated by those skilled in the art, the time ratio during the treatment is in addition to or exceeding the silicon solution temperature at which the silicon component rapidly enters the solid metal solution, as well as metal alloying. At or above the alloying metal solution temperature at which the components rapidly enter the solid metal solution, or above, it can be a good approximation of the actual percentage of time the casting spends in the solution heat treatment. It is also understood that the in-treatment time ratio provided by the present disclosure can be substantially increased over solution heat treatment methods for HPDC castings currently known and practiced in the art. Let's go.

実際に、所定のシリコン溶液温度414と所定の合金化金属溶液温度418との間の差、および第1の鋳造温度425と所定のシリコン溶液温度414との間の差、ならびに炉の構成に応じて、いくつかの実施形態では、所定の合金化金属溶液温度418における、またはそれを上回る鋳物の(t3)/(t2)処置中時間比は、60%を上回り、70%を上回り、またはさらに80%もしくはそれを上回り得ることが考えられる。例えば、鋳物の高い割合に基づくブリスタ形成および/または寸法歪みの発現を回避するために、特定の合金の(t2)値が418分に限定されることが決定された場合、75%の(t3)/(t2)処置中時間比は、鋳物が約13.5分にわたって所定の合金化金属溶液温度で、もしくはそれを上回って維持されることを確実にすることができる。このようにして、鋳物は、シリコン溶液温度で、またはそれを上回って費やされる時間を限定することによって、細孔ベースの欠陥の悪影響を回避しながら、合金化金属溶液化熱処理の有益な影響の実質的な増加を取得することができる。   Indeed, depending on the difference between the predetermined silicon solution temperature 414 and the predetermined alloying metal solution temperature 418, and the difference between the first casting temperature 425 and the predetermined silicon solution temperature 414, and the furnace configuration. In some embodiments, the (t3) / (t2) in-treatment time ratio for castings at or above a given alloying metal solution temperature 418 is greater than 60%, greater than 70%, or even It is conceivable that it can be 80% or more. For example, if it is determined that the (t2) value of a particular alloy is limited to 418 minutes in order to avoid blister formation and / or the development of dimensional distortion based on a high proportion of castings, 75% (t3 ) / (T2) In-treatment time ratio can ensure that the casting is maintained at or above a predetermined alloyed metal solution temperature for about 13.5 minutes. In this way, the casting can be used to limit the time spent at or above the silicon solution temperature, thereby avoiding the negative effects of pore-based defects while reducing the beneficial effects of alloying metal solution heat treatment. A substantial increase can be obtained.

したがって、所定のシリコン溶液温度414の近傍である第1の鋳造温度425までの第1の加熱段階420における鋳物の加熱は、第2の加熱段階430における加熱要件を低減させること、および鋳物が第2の加熱段階430において第2の鋳造温度435まで加熱される場合に所定の合金化金属溶液温度418に達するために必要とされる時間を短縮することの両方のために有利であり得ることが理解されるであろう。   Accordingly, heating the casting in the first heating stage 420 to the first casting temperature 425 that is in the vicinity of the predetermined silicon solution temperature 414 reduces the heating requirements in the second heating stage 430 and the casting is first It may be advantageous both for reducing the time required to reach a predetermined alloying metal solution temperature 418 when heated to the second casting temperature 435 in the second heating stage 430. Will be understood.

第2の加熱段階430の終了に達すると、鋳物は、第2の鋳造温度435から、概して、250℃未満であるが、依然として周囲温度を十分に上回る急冷温度445まで、鋳物が迅速に冷却される、熱処理プロトコル400の急冷段階440に遷移または移行することができる。急冷段階440は、概して、液体噴霧冷却システム、強制空気もしくはガス冷却システム、液体浸漬冷却システム、または上記の組み合わせを備えている。急冷段階440中、鋳物は、概して、1分〜約5分に及ぶ期間(t4)444にわたって、冷却速度442で冷却されることができる。急冷段階440の完了後、鋳物は、雰囲気に除去され、T4調質度のために冷却して自然に時効が進むことを可能にされる、またはT6調質度を達成するように所定の期間にわたる高温での人工時効のために別個の温度制御チャンバ(示されていないが当業者には公知である)に除去されることができる。当業者によって理解されるであろうように、他の急冷および時効プロトコルも可能であり、本開示の範囲内に入ると見なされる。   Upon reaching the end of the second heating phase 430, the casting is rapidly cooled from the second casting temperature 435 to a quench temperature 445 that is generally less than 250 ° C. but still well above ambient temperature. Transition to or transition to the quench phase 440 of the heat treatment protocol 400. The quench stage 440 generally comprises a liquid spray cooling system, a forced air or gas cooling system, a liquid immersion cooling system, or a combination of the above. During the quench phase 440, the casting can be cooled at a cooling rate 442 over a period (t4) 444 that generally ranges from 1 minute to about 5 minutes. After completion of the quench phase 440, the casting is removed to the atmosphere and allowed to cool for T4 temper and allow aging to proceed naturally, or to achieve a T6 temper for a predetermined period of time. Can be removed to a separate temperature control chamber (not shown but known to those skilled in the art) for artificial aging at high temperatures. Other quenching and aging protocols are possible and would be considered within the scope of this disclosure, as will be appreciated by those skilled in the art.

図12に開示される熱処理プロトコル400に関する追加の詳細および情報は、その出願が参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、2015年4月28日に出願され、SYSTEM AND METHOD FOR THERMAL TREATING ALUMINUM ALLOY CASTINGSと題された、共同所有された同時係属米国仮特許出願第62/153,724号で見出されることができる。しかしながら、上で説明される熱処理プロトコル400は、本開示の一例示的実施形態にすぎず、他の異なる熱処理プロトコルも、支持固定具140(図4)上で支持される試験鋳物100に適用され得、それらも本開示の範囲内に入ると見なされることが理解される。   Additional details and information regarding the heat treatment protocol 400 disclosed in FIG. 12 are filed on Apr. 28, 2015, SYSTEM AND METHOD FOR THERMAL TREATING, which is hereby incorporated by reference in its entirety. It can be found in co-owned co-pending US provisional patent application 62 / 153,724, entitled ALUMINUM ALLOY CASTINGS. However, the heat treatment protocol 400 described above is only one exemplary embodiment of the present disclosure, and other different heat treatment protocols are also applied to the test casting 100 supported on the support fixture 140 (FIG. 4). It is understood that they are also considered to fall within the scope of this disclosure.

初期または第1の熱処理プロトコルの完了時、(熱処理に先立った、もしくは熱処理中の未処理鋳物100とは対照的な)1つ以上の処理された試験鋳物101は、再度、温度が制御された環境内で、ある期間にわたって冷却または静置すること、および所定の測定温度で熱平衡の状態に達することを可能にされ得る。この時点で、方法は、その処理後3次元形状を決定するために、試験鋳物101の第2のデジタル化された3次元表面測定寸法を捕捉することを進めることができ、その後、部品の形状が熱処理プロトコル中に変化したかどうか、および該当する場合、場所ならび量を決定するために、処理後形状は、基準形状と比較されることができる。例えば、図13の側面図および図14の切断側面図に示されるように、一側面では、これは、鋳物101のデジタル化された基準形状およびデジタル化された処理後形状を電子的に組み合わせ、実質的な寸法歪みの1つ以上の領域182、184を図示し得る鋳物101の3次元輪郭マップもしくはモデル180を形成することによって、達成されることができる。これらの寸法変化が所定の公差を超える場合、本開示の方法は、次いで、寸法歪み182、184が、熱処理プロトコル中の不十分な支持、熱処理ゾーン内の鋳物101の位置および向きに対する熱流体の不適切な適用、または合金材料内の溶解ガスの過剰な量を示す鋳物の内部の有意な多孔性の発現の結果であるかどうかを識別することを進めることができる。上記の歪みの原因の組み合わせも可能であり、ある場合には、歪みを軽減するための複数の方法も要求され得ることが理解される。   Upon completion of the initial or first heat treatment protocol, one or more treated test castings 101 (as opposed to the untreated casting 100 prior to or during the heat treatment) were again temperature controlled. Within the environment, it may be possible to cool or stand for a period of time and reach a state of thermal equilibrium at a predetermined measured temperature. At this point, the method can proceed to capture the second digitized three-dimensional surface measurement dimension of the test casting 101 to determine the post-processing three-dimensional shape, after which the part shape The post-treatment shape can be compared to a reference shape to determine if and during the heat treatment protocol and, if applicable, the location and amount. For example, as shown in the side view of FIG. 13 and the cut side view of FIG. 14, in one aspect, this electronically combines the digitized reference shape and the digitized post-process shape of the casting 101, This can be accomplished by creating a three-dimensional contour map or model 180 of the casting 101 that can illustrate one or more regions 182, 184 of substantial dimensional distortion. If these dimensional changes exceed a predetermined tolerance, then the disclosed method may then cause the dimensional distortion 182, 184 to cause thermal fluid flow with respect to poor support during the heat treatment protocol, the position and orientation of the casting 101 within the heat treatment zone. It can proceed to identify whether it is the result of improper application or the development of significant porosity inside the casting that indicates an excessive amount of dissolved gas in the alloy material. It will be appreciated that combinations of the above causes of distortion are possible, and in some cases, multiple methods for reducing distortion may also be required.

鋳物の内部の大量の溶解ガスおよび多孔性の一般的指示は、処理された鋳物101の外面上のブリスタであり、一側面では、寸法歪みに近接する処理された試験鋳物の表面が、合金材料中の溶解ガスの増加した濃度に関連する表面多孔性を識別するために点検されることができる。しかしながら、有意な付随する表面ブリスタ形成または欠陥を伴わずに、外部寸法歪みを引き起こす高いガス含有量の内部局所的領域を有することが可能である。この場合、鋳物は、合金材料中の高いガス含有量に関連する内部多孔性を識別するために、寸法歪みに近接して切断されることもできる。   A general indication of a large amount of dissolved gas and porosity inside the casting is a blister on the outer surface of the treated casting 101, and in one aspect, the surface of the treated test casting close to dimensional distortion is the alloy material. It can be checked to identify the surface porosity associated with the increased concentration of dissolved gas in it. However, it is possible to have a high gas content internal local region that causes external dimensional distortion without significant accompanying surface blistering or defects. In this case, the casting can also be cut close to the dimensional strain to identify the internal porosity associated with the high gas content in the alloy material.

処理された試験鋳物101における寸法歪み182、184が合金材料中の高いガス含有量の結果であることが決定された場合、一実施形態では、方法は、他の未処理試験鋳物内の内部多孔性関連歪みの発生を排除または実質的に低減させることを意図した第2の異なる熱処理プロトコルの適用を継続することができる。例えば、寸法歪みの原因の少なくとも一部が合金材料内の高いガス含有量であることを検証するために、未処理鋳物100のための初期または提案された熱処理プロトコルは、図12を参照して上で説明されるように、鋳物が合金材料の所定のシリコン溶液温度414を上回る温度を受ける期間を短縮することによって、改変されることができる。これは、熱処理プロトコルにおいて第1および第2の加熱段階を適用するために使用される熱処理ゾーンまたはシステム(すなわち、炉)のタイプに応じて、種々の方法で達成されることができる。   If it is determined that the dimensional strain 182, 184 in the treated test casting 101 is a result of high gas content in the alloy material, in one embodiment, the method includes internal porosity in other untreated test castings. The application of a second different heat treatment protocol intended to eliminate or substantially reduce the occurrence of gender related distortions can continue. For example, to verify that at least part of the cause of dimensional distortion is the high gas content in the alloy material, the initial or proposed heat treatment protocol for the green casting 100 can be seen with reference to FIG. As explained above, it can be modified by reducing the time period during which the casting is subjected to a temperature above the predetermined silicon solution temperature 414 of the alloy material. This can be accomplished in a variety of ways, depending on the type of heat treatment zone or system (ie, furnace) used to apply the first and second heating stages in the heat treatment protocol.

例えば、図12の温度対時間プロットに示されるように、鋳物100は、第1の加熱段階420と第2の加熱段階430との間で遷移するとき、第1の遷移ゾーン429を通過し、次いで、再度、第2の加熱段階430と急冷段階440との間の第2の遷移ゾーン439を通過することができる。第2の遷移ゾーン439は、典型的には、炉の出口端における放出ドアを通して等、炉内から炉の外側に位置する急冷ステーションまでの鋳物の物理的移動を含むであろう。しかしながら、第1の加熱段階420と第2の加熱段階430との間の第1の遷移ゾーン429は、典型的には、熱処理を行うために使用される炉のタイプに応じて、物理的障壁を通した移動または加熱速度の増加のいずれかを含むことができる。以下でさらに詳細に説明されるように、例えば、コンベヤシステム上で加熱内部容積を通して鋳物を連続的に移動させるプロセス炉は、2つの段階の間の境界を画定する内部ドアを含み得る。代替として、定位置で鋳物を加熱するバッチ炉は、加熱速度を増加させ、第1の鋳造温度425から第2の鋳造温度435まで鋳物の温度412を迅速に上昇させるように、第1の遷移ゾーンにおいてアクティブになり得る追加の加熱器、高流量温風ノズル、または類似加熱装置を含むことができる。   For example, as shown in the temperature versus time plot of FIG. 12, the casting 100 passes through the first transition zone 429 as it transitions between the first heating stage 420 and the second heating stage 430, It can then pass again through the second transition zone 439 between the second heating phase 430 and the quenching phase 440. The second transition zone 439 will typically include physical movement of the casting from inside the furnace to a quenching station located outside the furnace, such as through a discharge door at the exit end of the furnace. However, the first transition zone 429 between the first heating stage 420 and the second heating stage 430 typically has a physical barrier, depending on the type of furnace used to perform the heat treatment. Either moving through or increasing the heating rate. As described in more detail below, for example, a process furnace that continuously moves castings through a heated interior volume on a conveyor system may include an interior door that defines a boundary between the two stages. Alternatively, a batch furnace that heats the casting in place increases the heating rate and quickly increases the casting temperature 412 from the first casting temperature 425 to the second casting temperature 435. Additional heaters that can be active in the zone, high flow hot air nozzles, or similar heating devices can be included.

図15は、入口端における取り込みドア456および出口端における放出ドア458を伴って、断熱エンクロージャ454を通って走行するエンドレスコンベヤチェーン452(すなわち、平行な同期した一対のチェーン)を含む連続プロセス炉450の一実施形態の概略図である。炉450は、炉450の長さに沿って直列に整列させられたいくつかの加熱セル460をさらに含むことができ、各加熱セル460は、セルの中へ延びている(例えば、エンクロージャ454の天井を通って下向きに延びている)加熱器アセンブリ462を含み、各加熱セル460は、例えば、加熱器ユニットと、モータ駆動送風機とを備え、モータ駆動送風機は、コンベヤチェーン452における個々のチェーン間の距離に跨がるトレイ上で炉を通って減速して乗っている鋳物405を横断し、かつその周囲に流動するようにエンクロージャ454の中へ下向きに加熱空気を駆動する。プロセス炉450は、炉の長さに沿って配列され、各加熱セル460がそれ自身の送風機ベースの加熱器アセンブリ462を有する7つの加熱セル460を示すが、図15は、図12の熱処理プロトコル400の一部を実装するためのプロセス炉450またはシステムの1つの可能な構成の概略的表現にすぎず、多種多様な加熱セル数および配列、ならびに種々の異なるタイプの加熱器アセンブリおよび技術も可能であり、それらも本開示の範囲内に入ると見なされることが理解されるであろう。   FIG. 15 illustrates a continuous process furnace 450 that includes an endless conveyor chain 452 (ie, a pair of parallel synchronized chains) that travels through an insulated enclosure 454 with an intake door 456 at the inlet end and a discharge door 458 at the outlet end. FIG. The furnace 450 can further include a number of heating cells 460 aligned in series along the length of the furnace 450, each heating cell 460 extending into the cell (eg, of the enclosure 454). Each heater cell 460 includes, for example, a heater unit and a motor driven blower, the motor driven blowers between individual chains in the conveyor chain 452 The heated air is driven downward into the enclosure 454 to flow across and around the casting 405 riding at a reduced speed through the furnace on a tray spanning the distance of The process furnace 450 shows seven heating cells 460 arranged along the length of the furnace, each heating cell 460 having its own blower-based heater assembly 462, while FIG. 15 shows the heat treatment protocol of FIG. It is only a schematic representation of one possible configuration of a process furnace 450 or system for implementing a portion of 400, and allows for a wide variety of heating cell numbers and arrangements, as well as a variety of different types of heater assemblies and techniques It will be understood that they are also considered to fall within the scope of this disclosure.

プロセス炉450は、断熱エンクロージャ454の内部を、図12で描写される第1の加熱段階420および第2の加熱段階430と一致する、第1の加熱段階420と第2の加熱段階430とに分割するゲートまたは中間ドア464を伴う内部障壁を含むことができる。単一のコンベヤチェーン452が一定の速度で炉450を通して鋳物405を搬送するように両方の段階を通過すると、コンベヤチェーン452の速度、炉エンクロージャ454の全長、およびエンクロージャの長さに沿った中間ドア464の位置は、第1の加熱段階420の持続時間(t1)424および第2の加熱段階430の持続時間(t2)434を決定し得ることが理解されるであろう。一側面では、第2の加熱段階430の持続時間(t2)434は、任意の細孔ベースの欠陥の発生の前に鋳物405が炉450から退出することを確実にするように、25分またはそれ未満、好ましくは、20分またはそれ未満に限定されることができる。結果として、第1の加熱段階420において加熱セル460によって生成される熱出力は、次いで、鋳物405が中間ドア464に達することに先立って、またはそれと実質的に同時に、鋳物405の温度412が第1の鋳造温度425に達するように、所望の第1の加熱速度422で鋳物405を加熱するように調節されることができる。   The process furnace 450 passes the interior of the insulating enclosure 454 into a first heating stage 420 and a second heating stage 430 that are consistent with the first heating stage 420 and the second heating stage 430 depicted in FIG. An internal barrier with a dividing gate or intermediate door 464 can be included. When both stages are passed so that a single conveyor chain 452 transports casting 405 through furnace 450 at a constant speed, the speed of conveyor chain 452, the overall length of furnace enclosure 454, and the intermediate door along the length of the enclosure It will be appreciated that the position of 464 may determine the duration (t1) 424 of the first heating phase 420 and the duration (t2) 434 of the second heating phase 430. In one aspect, the duration (t2) 434 of the second heating phase 430 is 25 minutes or so to ensure that the casting 405 exits the furnace 450 prior to the occurrence of any pore-based defects. It can be limited to less than that, preferably 20 minutes or less. As a result, the heat output generated by the heating cell 460 in the first heating stage 420 then causes the temperature 412 of the casting 405 to be the first prior to or substantially simultaneously with the casting 405 reaching the intermediate door 464. The casting 405 can be adjusted to be heated at a desired first heating rate 422 to reach a casting temperature 425 of one.

一側面では、第1の加熱段階420の温度は、第1の鋳造温度425で維持されることができ、持続時間(t1)424は、熱平衡が第1の加熱段階420において鋳物405と加熱空気との間で徐々に確立されるまで、延長されることができる。第2の加熱段階430の温度は、同様に、鋳物を第2の加熱段階430において鋳物405と加熱空気との間の熱平衡に迅速に至らせるように第2の加熱段階430の開始時に追加の熱入力を伴うが、第2の鋳造温度435で維持されることができる。   In one aspect, the temperature of the first heating stage 420 can be maintained at the first casting temperature 425, and the duration (t1) 424 is a thermal equilibrium between the casting 405 and the heated air in the first heating stage 420. Can be extended until gradually established between. The temperature of the second heating stage 430 is also increased at the beginning of the second heating stage 430 so that the casting quickly reaches a thermal equilibrium between the casting 405 and the heated air in the second heating stage 430. With heat input, it can be maintained at the second casting temperature 435.

図15でも可視的であり、一側面では、炉エンクロージャ454の長さに沿った中間ドア464の位置は、特定のアルミニウム合金鋳物のための所望の鋳造温度プロファイルにより良好に適応するように変更されることができる。例えば、余白空間466が、炉エンクロージャ454の中心で加熱セル460の各々間に提供され、使用されていないときに断熱スペーサ467で充填される場合、中間ドア464は、第2の加熱段階430または第1の加熱段階420へ隣接加熱セルを再び割り当てるように、それぞれ、所望に応じて上流もしくは下流に移動させられることができる。この特徴は、第2の加熱段階において(t3)/(t2)時間比を最適化するために、コンベヤチェーン452の速度および加熱器アセンブリ462の出力を超える追加の変数をユーザに提供することによって、固定位置に中間ドアを有する炉よりも有利であり得る。   Also visible in FIG. 15, in one aspect, the position of the intermediate door 464 along the length of the furnace enclosure 454 has been changed to better accommodate the desired casting temperature profile for a particular aluminum alloy casting. Can be. For example, if a blank space 466 is provided between each of the heating cells 460 in the center of the furnace enclosure 454 and is filled with insulating spacers 467 when not in use, the intermediate door 464 can be a second heating stage 430 or Each can be moved upstream or downstream as desired to reassign adjacent heating cells to the first heating stage 420, respectively. This feature is provided by providing the user with additional variables beyond the speed of the conveyor chain 452 and the output of the heater assembly 462 to optimize the (t3) / (t2) time ratio in the second heating stage. It may be advantageous over a furnace having an intermediate door in a fixed position.

さらに、第2の加熱段階430の第1の加熱セル内の加熱器アセンブリの出力は、初期または第2の加熱速度432を所望の値まで上昇させるために十分ではない場合があることが理解されるであろう。この場合、追加の加熱器もしくは温風ノズル等の1つ以上の追加の加熱装置468が、影響を受けた加熱セルに追加されることができ、鋳物405上に追加の熱を向かわせ、短縮された期間内で鋳物の温度を第2の鋳造温度435まで上昇させるであろう初期または第2の加熱速度432の増進を提供する。調節可能な中間ドア464を有する炉450に対して、断熱プラグ469で充填された空の支持固定具が、各追加の随意の場所において提供されることもでき、それによって、追加の加熱装置468は、中間ドア464とともに再配置可能であり得る。   Further, it is understood that the output of the heater assembly in the first heating cell of the second heating stage 430 may not be sufficient to increase the initial or second heating rate 432 to a desired value. It will be. In this case, one or more additional heating devices 468 such as additional heaters or hot air nozzles can be added to the affected heating cell, directing additional heat on the casting 405 and shortening. Provide an initial or second heating rate 432 enhancement that would raise the casting temperature to the second casting temperature 435 within a given period of time. For furnace 450 with adjustable intermediate door 464, an empty support fixture filled with an insulating plug 469 can also be provided at each additional optional location, thereby providing additional heating device 468. May be repositionable with the intermediate door 464.

図16で概略的に図示されるプロセス炉470は、特定のHPDCアルミニウム合金鋳物のための所望の鋳造温度プロファイルに適応するための別のオプションを図示する。前のプロセス炉実施形態と同様に、プロセス炉470は、概して、入口端における取り込みドア476、エンクロージャを第1の加熱段階420および第2の加熱段階430に分離する中間ドア484、ならびに出口端における放出ドア478とともに、断熱エンクロージャ474を含む。炉450は、炉470の長さに沿って直列に整列させられたいくつかの加熱セル480も含み、各加熱セル480は、コンベヤシステム上で炉を通って減速して乗っている下方の鋳物405に衝突するように、天井を通って下向きに延びてエンクロージャ454の中へ下向きに加熱空気を向かわせる加熱器アセンブリ482を備えている。追加の加熱装置488も、第2の加熱段階430の初期または第2の加熱速度432における増進を提供するように、中間ドア484の直接下流に追加されることができる。   The process furnace 470 schematically illustrated in FIG. 16 illustrates another option to accommodate a desired casting temperature profile for a particular HPDC aluminum alloy casting. Similar to the previous process furnace embodiment, the process furnace 470 generally includes an intake door 476 at the inlet end, an intermediate door 484 that separates the enclosure into a first heating stage 420 and a second heating stage 430, and an outlet end. A thermal enclosure 474 is included along with a discharge door 478. The furnace 450 also includes a number of heating cells 480 aligned in series along the length of the furnace 470, each heating cell 480 being a lower casting that rides at a reduced speed through the furnace on a conveyor system. A heater assembly 482 is provided that extends downward through the ceiling and directs heated air downward into the enclosure 454 so as to impact the 405. An additional heating device 488 can also be added directly downstream of the intermediate door 484 to provide an enhancement at the beginning of the second heating stage 430 or at the second heating rate 432.

しかしながら、プロセス炉470の本実施形態では、エンクロージャ454の長さに沿った中間ドア484の位置は、固定されることができ、コンベヤシステムは、独立して制御可能な動作速度を有するコンベヤチェーン472、473(すなわち、平行な同期した一対のチェーン)を備えていることができる。2つの独立して制御可能なコンベヤチェーン472、473は、第1の加熱段階の持続時間(t1)および第2の加熱段階の持続時間(t2)を独立して制御する能力をユーザに提供することができ、ひいては、第2の加熱段階430における第1の加熱速度422および(t3)/(t2)処置中時間比の両方の最適化を可能にし得る。一側面では、2つのコンベヤチェーン472、473が、図12に図示されるように、第1の遷移ゾーン429(すなわち、中間ドア484)において出合うことができる一方で、他の側面では、コンベヤチェーンは、第2の加熱段階430内で中間ドア484の下流の場所(図示せず)等の炉エンクロージャ474内の別の場所において出合うことができる。   However, in this embodiment of the process furnace 470, the position of the intermediate door 484 along the length of the enclosure 454 can be fixed and the conveyor system has a conveyor chain 472 with an independently controllable operating speed. 473 (ie, a pair of parallel synchronized chains). Two independently controllable conveyor chains 472, 473 provide the user with the ability to independently control the duration of the first heating stage (t1) and the duration of the second heating stage (t2). And thus may allow optimization of both the first heating rate 422 in the second heating stage 430 and the (t3) / (t2) in-treatment time ratio. In one aspect, two conveyor chains 472, 473 can meet in the first transition zone 429 (ie, intermediate door 484) as illustrated in FIG. 12, while in the other aspect, the conveyor chain May meet at another location within the furnace enclosure 474 such as a location downstream of the intermediate door 484 (not shown) within the second heating stage 430.

図17の平面図に図示される溶液加熱処理システム550は、並んで整列させられた複数のバッチ型熱処理炉560を備えていることができる。各炉560は、一側面上にアクセスドア564を伴い、全てのアクセスドア564が同一の方向に対面する断熱エンクロージャ562を含むことができる。炉560の各々は、エンクロージャ562の天井を通って下向きに延びている少なくとも1つの一次加熱器アセンブリ566を含むこともでき、一次加熱器アセンブリ566は、例えば、加熱器ユニットと、エンクロージャ562の中へ下向きに加熱空気を駆動するモータ駆動送風機とを備え、エンクロージャ562は、加熱空気が実質的に一様に各鋳物に適用され得るように、間隔を置かれた関係、および/または積層された関係で、トレイもしくはラックの上に装填されている複数の鋳物505を受け取るように典型的にはサイズを決定されている。一側面では、一次加熱器アセンブリ566は、エンクロージャ562の中への加熱空気流を増加させ得る可変周波数モータ駆動567を用いて等、可変熱出力を提供するように構成されることができる。別の側面では、熱処理炉560は、短縮された期間内で鋳物505の温度を第2の鋳造温度535まで上昇させるであろう初期または第2の加熱速度532の増進を提供するように、追加の加熱器もしくは高流量温風ノズル等の1つ以上の追加の二次加熱器568を提供されることができる。   The solution heat treatment system 550 illustrated in the plan view of FIG. 17 can include a plurality of batch-type heat treatment furnaces 560 aligned side by side. Each furnace 560 can include an insulated enclosure 562 with access doors 564 on one side, with all access doors 564 facing in the same direction. Each of the furnaces 560 can also include at least one primary heater assembly 566 that extends downwardly through the ceiling of the enclosure 562, and the primary heater assembly 566 can include, for example, a heater unit and an enclosure 562. And a motor driven blower that drives the heated air downwardly, and the enclosure 562 is spaced apart and / or laminated so that the heated air can be applied to each casting substantially uniformly. In relation, it is typically sized to receive a plurality of castings 505 loaded on a tray or rack. In one aspect, the primary heater assembly 566 can be configured to provide variable heat output, such as with a variable frequency motor drive 567 that can increase the flow of heated air into the enclosure 562. In another aspect, the heat treatment furnace 560 is added to provide an increase in the initial or second heating rate 532 that will increase the temperature of the casting 505 to the second casting temperature 535 within a shortened period of time. One or more additional secondary heaters 568 can be provided, such as heaters or high flow hot air nozzles.

図17にも示されるように、溶液加熱処理システム550は、鋳物が炉560から引き出された後、加熱された鋳物のラックを受け取って即時に急冷するように、炉560の各々におけるアクセスドア564(すなわち、第2の遷移ゾーン539)の前で前後に平行移動する可動急冷ステーション570をさらに含むことができる。急冷ステーションは、概して、鋳物のラックを受け取るために炉560の方に向いた少なくとも1つの開口部574を伴うエンクロージャ572を含み、そのエンクロージャは、液体噴霧冷却システムまたは強制空気もしくはガス冷却システム等の冷却システム576も支持する。一側面では、可動急冷ステーション570は、レール578上で種々の炉の間を移動させられ得る車輪付きキャリッジ上で支持されることができる。当業者によって理解されるであろうように、急冷ステーション570の移動は、鋳物の各バッチがその第2の加熱段階530の終了に達するとすぐに、急冷ステーションが処理された鋳物を受け取るために準備されているように、各バッチ型タイプ炉560の中で行われている熱処理サイクルと同期させられることができる。   As also shown in FIG. 17, the solution heat treatment system 550 receives an access door 564 in each of the furnaces 560 so that after the casting is withdrawn from the furnace 560, the heated casting rack is received and immediately quenched. A movable quench station 570 that translates back and forth in front of (ie, the second transition zone 539) may further be included. The quench station generally includes an enclosure 572 with at least one opening 574 facing the furnace 560 for receiving a casting rack, such as a liquid spray cooling system or a forced air or gas cooling system. A cooling system 576 is also supported. In one aspect, the movable quench station 570 can be supported on a wheeled carriage that can be moved between various furnaces on rails 578. As will be appreciated by those skilled in the art, the movement of quench station 570 causes the quench station to receive the processed casting as soon as each batch of casting reaches the end of its second heating phase 530. As prepared, it can be synchronized with the heat treatment cycle taking place in each batch type furnace 560.

図17の溶液加熱処理システム550のバッチ型熱処理炉560の場合、第1の加熱段階420と第2の加熱段階430との間の第1の遷移429(図12)は、第1の加熱段階における第1の加熱速度422から第2の加熱段階430における初期または第2の加熱速度432まで鋳物を加熱する速度の増加を備えている「仮想」遷移であることができる。一側面では、加熱速度の増加は、可変周波数モータ駆動567の速度の増加により、または上で説明されるような1つ以上の追加の二次加熱器568の一時的アクティブ化によって等、一次加熱器アセンブリ566からの増加した熱出力を通して達成されることができる。   For the batch heat treatment furnace 560 of the solution heat treatment system 550 of FIG. 17, the first transition 429 (FIG. 12) between the first heating stage 420 and the second heating stage 430 is the first heating stage. Can be a “virtual” transition with an increase in the rate at which the casting is heated from the first heating rate 422 to the initial or second heating rate 432 in the second heating stage 430. In one aspect, the increase in heating rate can be achieved by increasing the primary heating, such as by increasing the speed of the variable frequency motor drive 567 or by temporarily activating one or more additional secondary heaters 568 as described above. Can be achieved through increased heat output from the vessel assembly 566.

炉チャンバ内の反復熱循環に起因するバッチ型熱処理の可能な非効率性にもかかわらず、図17の熱処理炉560によって提供される1つの利点は、第1の加熱段階420の持続時間(t1)424が第1の加熱速度422によって画定され得る一方で、第2の加熱段階430の持続時間(t2)433がアクセスドア564の開放および炉エンクロージャ562からの鋳物505の除去によって画定され得ることである。   Despite possible inefficiencies of batch-type heat treatment due to repeated heat circulation in the furnace chamber, one advantage provided by the heat treatment furnace 560 of FIG. 17 is that the duration of the first heating stage 420 (t1 ) 424 can be defined by the first heating rate 422, while the duration (t 2) 433 of the second heating phase 430 can be defined by opening the access door 564 and removing the casting 505 from the furnace enclosure 562. It is.

上で開示される熱処理システムに関する追加の詳細および情報はまた、上記で参照されて組み込まれる、前述の米国仮特許出願第62/153,724号で見出されることができる。   Additional details and information regarding the heat treatment system disclosed above can also be found in the aforementioned US Provisional Patent Application No. 62 / 153,724, which is incorporated by reference above.

第2の異なる熱処理プロトコルを第2の試験鋳物に適用することにおいて、同じ支持固定具および支持外形が、第2の試験の結果に影響を及ぼし得る変数の数を削減するように、熱処理ゾーン内で鋳物を支持するために使用されることができる。第2の熱処理プロトコルが完了すると、第2の処理された鋳物101も、所定の測定温度における熱平衡の状態に達するまで冷却することを可能にされ得、その時点で、第2の鋳物101の別のデジタル化された3次元表面測定寸法が、その処理後3次元形状を決定するために捕捉されることができる。この後、前に識別された寸法歪みの低減、またはそれの非存在さえも決定し、それによって、前の歪みの一部もしくは全体が合金材料中の高いガス含有量に起因したことを検証するために、図13−14に示されるものと同様に、その基準形状との第2の鋳物の処理後形状の比較が続くことができる。   In applying the second different heat treatment protocol to the second test casting, in the heat treatment zone, the same support fixture and support profile reduce the number of variables that can affect the results of the second test. Can be used to support castings. Upon completion of the second heat treatment protocol, the second processed casting 101 may also be allowed to cool until reaching a state of thermal equilibrium at a predetermined measured temperature, at which point the second casting 101 is separated. The digitized 3D surface measurement dimensions can be captured to determine the 3D shape after processing. After this, determine the reduction of the previously identified dimensional strain, or even the absence thereof, thereby verifying that some or all of the previous strain was due to high gas content in the alloy material Thus, similar to that shown in FIGS. 13-14, a comparison of the post-process shape of the second casting with its reference shape can continue.

HPDC鋳物内の高いガス含有量の肯定的指示は、特に、歪みおよび溶解ガスが鋳物の特定の領域内に局限される場合、HPDC金型の製造業者または設計者のための有用な情報であり得ることが理解されるであろう。この情報を用いて、金型製造業者は、溶融鋳造材料による吸収のために利用可能である、ガスの量を低減させるような方法で、金型またはHPDCプロセスを再設計することが可能であり得る。例えば、一側面では、型穴の中の通気孔は、熱溶解物が高い圧力および速度で導入されるときに型穴内に存在するガスおよび蒸気のためのより良好な逃散経路を提供するように修正または再配置され得る。他の側面では、型穴の中へ溶融金属を向かわせるためのゲートも、鋳造材料が空洞を充填し、通気孔を通してガスおよび蒸気を押し出すように、流動パターンをより良好に制御するように修正または再配置され得る。   A positive indication of high gas content in HPDC castings is useful information for HPDC mold manufacturers or designers, especially when strain and dissolved gases are localized within specific areas of the casting. It will be understood that you get. With this information, the mold manufacturer can redesign the mold or HPDC process in such a way as to reduce the amount of gas available for absorption by the molten casting material. obtain. For example, in one aspect, the vents in the mold cavity provide a better escape path for gases and vapors present in the mold cavity when the hot melt is introduced at high pressure and speed. It can be modified or rearranged. In other aspects, the gate for directing molten metal into the mold cavity is also modified to better control the flow pattern so that the casting material fills the cavity and pushes gas and vapor through the vents Or it can be rearranged.

図4および13−14を再び参照すると、処理された試験鋳物101における寸法歪み182、184が第1の支持固定具140の支持外形によって提供される不十分な支持の結果であることが決定された場合、支持プレート142の相対的位置および/またはそれらの上縁の形状は、第2のもしくは修正された支持固定具の開放支持表面(すなわち、支持外形)と鋳物101の下側または側縁との間の接触場所を調節するように修正されることができる。例えば、歪みが垂れ下がりによって引き起こされているとして識別される場合、支持固定具140は、次いで、支持プレートの上縁と鋳物101との間の追加の接触場所を含み、生産工程中に影響を受けた部分をより良好に支持するように修正されることができる。これは、影響を受けた部分の下に支持プレートを再配置すること、もしくは新しい支持プレートを追加することによって、および/または影響を受けた部分の下にすでに位置していた支持プレートの上縁を再成形することによって、達成され得る。   Referring again to FIGS. 4 and 13-14, it is determined that the dimensional distortion 182, 184 in the treated test casting 101 is the result of insufficient support provided by the support profile of the first support fixture 140. The relative positions of the support plates 142 and / or the shape of their upper edges may be determined by the second or modified support fixture open support surface (ie, support profile) and the lower or side edges of the casting 101. Can be modified to adjust the contact location between the two. For example, if the strain is identified as being caused by sagging, the support fixture 140 then includes an additional contact location between the upper edge of the support plate and the casting 101 and is affected during the production process. Can be modified to better support the part. This can be done by repositioning the support plate under the affected part or by adding a new support plate and / or the upper edge of the support plate already located under the affected part. Can be achieved by reshaping.

初期または第1の熱処理プロトコルは、次いで、第2の試験の結果に影響を及ぼし得る変数の数を低減させるように、第2の固定具上で支持される第2の鋳物に再適用されることができる。第1の熱処理プロトコルを通した第2の工程が完了すると、第2の鋳物も、所定の測定温度における熱平衡の状態に達するまで冷却することを可能にされ得、その時点で、処理された第2の鋳物101の別のデジタル化された3次元表面測定寸法が、その処理後3次元形状を決定するように捕捉されることができる。この後、前に識別された寸法歪みの低減、またはその非存在さえも決定し、それによって、歪みの一部もしくは全体が第1の支持固定具によって提供される不十分な支持に起因することを検証するために、図13−14に示されるものと同様に、その基準形状との第2の鋳物の処理後形状の比較が続くことができる。この時点で、大量生産工程のための支持固定具が、次いで、第2の支持外形を伴って製造されることができる。   The initial or first heat treatment protocol is then re-applied to the second casting supported on the second fixture to reduce the number of variables that can affect the results of the second test. be able to. Upon completion of the second step through the first heat treatment protocol, the second casting may also be allowed to cool until reaching a state of thermal equilibrium at a predetermined measured temperature, at which point the processed second Another digitized three-dimensional surface measurement dimension of the two castings 101 can be captured to determine the post-processing three-dimensional shape. After this, determine the reduction of the previously identified dimensional distortion, or even its absence, so that part or all of the distortion is due to insufficient support provided by the first support fixture. To verify the post-process shape of the second casting with its reference shape, similar to that shown in FIGS. 13-14. At this point, the support fixture for the mass production process can then be manufactured with a second support profile.

上で議論されるように、処理された試験鋳物101における寸法歪み182、184は、具体的には、熱処理が完了して鋳物が周囲平衡温度に戻った後に鋳造材料内で設定されたままである寸法歪みをもたらす合金材料の厚さを通した、またはその一面全体に渡る大きな温度勾配を生成する様式における熱処理ゾーン内の鋳物への熱流体の不完全もしくは不適切な適用の結果である可能性もある。さらに、熱流体の不適切な適用は、概して、むしろ熱処理プロトコル400(図12)の急冷段階440中の問題である。これは、急冷中の冷却速度442が、加熱段階中の加熱速度422、432をはるかに上回り、最終鋳造温度435から急冷温度445までの急速な遷移中に互いに実質的に等しい鋳物の種々の部分の相対温度を維持することを困難にするからである。寸法歪みを低減させる鋳物の熱処理の改良は、鋳物に適用される熱流体のタイプおよび方向、熱流体流に対する鋳物の位置ならびに向き、または両方の制御もしくは修正を通して達成され得ることが、本発明者らによって決定されている。   As discussed above, dimensional distortion 182, 184 in the treated test casting 101 remains specifically set in the casting material after the heat treatment is complete and the casting returns to ambient equilibrium temperature. Can be the result of incomplete or improper application of thermal fluid to castings in heat treatment zones in a manner that creates large temperature gradients through the thickness of the alloy material that leads to dimensional distortion or across its entire surface There is also. Further, improper application of hot fluid is generally a problem during the quench phase 440 of the heat treatment protocol 400 (FIG. 12). This is because the cooling rate 442 during quenching is much higher than the heating rates 422, 432 during the heating phase and the various parts of the casting are substantially equal to each other during the rapid transition from the final casting temperature 435 to the quenching temperature 445. This is because it is difficult to maintain the relative temperature. It is the inventors that improvements in heat treatment of castings that reduce dimensional distortion can be achieved through control or modification of the type and orientation of the thermal fluid applied to the casting, the position and orientation of the casting relative to the thermal fluid flow, or both. Have been determined.

例えば、図18に示される本開示の別の側面では、急冷段階440は、急冷チャンバ626を包囲するエンクロージャ622を備えている、筐体620を概して含む、多段急冷システム600によって行われることができ、その内側で、1つ以上の高温鋳物(図面では単一の試験鋳物100として表される)が、熱プロトコル400の熱処理段階中に鋳物を支持する同一の支持システム110を使用して位置付けられ得る。上で説明されるように、支持システム110は、急冷チャンバ626内の所望の位置ならびに向きで鋳物を緩く維持するように、トレイ120から上向きに延び、その下側表面および/または下縁全体に渡るいくつかの場所で鋳物に接触する支持固定具140を含むことができるが、支持固定具104およびトレイ120の両方は、そうでなければ、種々の冷却流体流が鋳物に到達することを阻止しないように、大部分が開放しているか、もしくは空である。   For example, in another aspect of the present disclosure shown in FIG. 18, the quenching phase 440 can be performed by a multi-stage quenching system 600 that generally includes a housing 620 that includes an enclosure 622 that surrounds the quenching chamber 626. Inside, one or more high temperature castings (represented as a single test casting 100 in the drawing) are positioned using the same support system 110 that supports the castings during the heat treatment phase of the thermal protocol 400. obtain. As explained above, the support system 110 extends upward from the tray 120 to keep the casting loose in the desired position and orientation within the quench chamber 626 and over its lower surface and / or lower edge. Support fixture 140 may be included that contacts the casting at several locations across, but both support fixture 104 and tray 120 otherwise prevent various cooling fluid streams from reaching the casting. Most of them are open or empty so as not to.

多段急冷システム600は、概して、加圧液体噴霧冷却システム630と、バルク空気冷却システム640とも含む。液体噴霧冷却システム630は、1つ以上のマニホールド631を通してノズルヘッド634を伴う複数のノズル632と流体連通する加圧冷却液体源を含むことができる。ノズル632は、急冷サイクルの1つ以上の部分中、高温鋳物100の上に冷却液体636を噴霧して、液体噴霧急冷を提供するように構成される。冷却液体636は、概して、水、または水およびグリコール等の1つ以上の追加の液体成分の混合物を備えていることができる。加えて、ノズルヘッド634は、大きな液滴を伴う高圧/高速流から、100μm未満または約100μmの平均サイズを有する液滴から形成される霧化ミストまで、種々の状態で冷却液体636を提供するように構成されることができる。別の側面では、ノズルからの分散に先立った冷却液体636の温度は、所望の冷却効果を提供するように最適化されている所定の温度で維持され得る。   Multi-stage quench system 600 generally also includes a pressurized liquid spray cooling system 630 and a bulk air cooling system 640. The liquid spray cooling system 630 can include a source of pressurized cooling liquid in fluid communication with a plurality of nozzles 632 with nozzle heads 634 through one or more manifolds 631. The nozzle 632 is configured to spray the cooling liquid 636 onto the hot casting 100 during one or more portions of the quench cycle to provide liquid spray quench. The cooling liquid 636 can generally comprise water or a mixture of one or more additional liquid components, such as water and glycol. In addition, the nozzle head 634 provides the cooling liquid 636 in various states, from high pressure / high velocity flow with large droplets to atomized mist formed from droplets having an average size of less than 100 μm or about 100 μm. Can be configured as follows. In another aspect, the temperature of the cooling liquid 636 prior to dispersion from the nozzle can be maintained at a predetermined temperature that is optimized to provide the desired cooling effect.

液体噴霧冷却システム630のノズル632およびノズルヘッド634は、それから熱を抽出するために、高温鋳物100上への冷却液体636の適用に対する精密御を提供するように、方向および流量の両方において構成可能であり得る。例えば、個々のノズル632およびノズルヘッド634の構成は、鋳物の薄壁部分に適用される冷却液体の量に対して、試験鋳物のより厚い部分に適用される冷却液体636の量を増加させるように、特定の鋳造部品に合うように、手動で、またはプログラム可能な作動によってのいずれかで、カスタマイズ可能であり得る。さらに、冷却液体は、鋳物の全ての側面または露出表面(すなわち、前面、後面、側面、底部、上部、または内部で)同時に適用されることができる。このように、鋳物は、急冷サイクルの液体噴霧冷却部分の全体を通して実質的に一様な様式で冷却され得る。鋳物の種々の部分の相対温度が、急冷サイクルの全体を通して実質的に等しく維持されることができるので、任意の熱的に誘発された内部応力および鋳物の結果として生じる寸法歪みは、実質的に低減させられることができる。   The nozzle 632 and nozzle head 634 of the liquid spray cooling system 630 can be configured in both direction and flow rate to provide precision control for the application of the cooling liquid 636 on the high temperature casting 100 to extract heat therefrom. It can be. For example, the configuration of individual nozzles 632 and nozzle head 634 may increase the amount of cooling liquid 636 applied to the thicker portion of the test casting relative to the amount of cooling liquid applied to the thin wall portion of the casting. Alternatively, it can be customizable either manually or by programmable actuation to suit a particular cast part. Furthermore, the cooling liquid can be applied simultaneously on all sides or exposed surfaces of the casting (ie, front, back, sides, bottom, top, or interior). In this way, the casting can be cooled in a substantially uniform manner throughout the liquid spray cooling portion of the quench cycle. Since the relative temperatures of the various parts of the casting can be maintained substantially equal throughout the quench cycle, any thermally induced internal stress and the resulting dimensional distortion of the casting is substantially Can be reduced.

バルク空気冷却システム640は、入口624を通って急冷チャンバ626に進入し、鋳物から熱を除去するように高温鋳物100の外面を横断し、かつその周囲を通過し、次いで、排気流648として1つ以上の出口628を通ってチャンバ626から逃散する冷却空気644のバルク流を提供するように構成される1つ以上の回転可能冷却ファン642を含むことができる。一側面では、バルク冷却空気644の温度および流速は、所望の冷却特性を提供するように制御されることができる。例えば、回転可能冷却ファン642を駆動するモータは、広範囲の動作速度または周波数にわたって冷却空気の連続的可変バルク流を提供し得る可変周波数駆動(VFD)によって動力供給されることができる。バルク空気冷却システム640およびチャンバ626は、冷却空気644が鋳物の露出外面の実質的に全体を通り越すことを確実にし、急冷サイクルの強制空気冷却部分の全体を通して実質的に一様な様式で鋳物を冷却するようにも構成され得る。   Bulk air cooling system 640 enters quench chamber 626 through inlet 624, traverses the outer surface of hot casting 100 to remove heat from the casting, and passes around it, then 1 as exhaust stream 648. One or more rotatable cooling fans 642 may be included that are configured to provide a bulk flow of cooling air 644 that escapes from the chamber 626 through one or more outlets 628. In one aspect, the temperature and flow rate of the bulk cooling air 644 can be controlled to provide desired cooling characteristics. For example, the motor driving the rotatable cooling fan 642 can be powered by a variable frequency drive (VFD) that can provide a continuously variable bulk flow of cooling air over a wide range of operating speeds or frequencies. Bulk air cooling system 640 and chamber 626 ensure that cooling air 644 passes through substantially the entire exposed outer surface of the casting and allows casting to be cast in a substantially uniform manner throughout the forced air cooling portion of the quench cycle. It can also be configured to cool.

当業者によって理解されるように、さらに、図18で描写されるバルク空気冷却システム640の構成は、鋳物100を包囲する冷却空気644流を提供する一般化されたバルク空気システムを例証するにすぎない。これは、冷却ファン642が、チャンバ626の上方または下方に、もしくはチャンバから遠隔にさえも位置付けられ、チャンバを通して、かつ任意の方向から鋳物を横断して冷却空気を引き込むか、もしくは押し出すように構成され得るからである。実際には、加熱された排気648が、随時、液体噴霧冷却システム630からの流れと混合され得るので、下方からチャンバの中へ冷却空気644を引き込み、図18に図示されるものと反対の方向に、チャンバ626の上部分の中に位置する出口を通して、混合排気648および加熱された水蒸気を放出することが有利であり得る。   Further, as will be appreciated by those skilled in the art, the configuration of the bulk air cooling system 640 depicted in FIG. 18 only illustrates a generalized bulk air system that provides a cooling air 644 flow surrounding the casting 100. Absent. This is configured so that the cooling fan 642 is positioned above or below the chamber 626 or even remotely from the chamber and draws or pushes cooling air through the chamber and across the casting from any direction. Because it can be done. In practice, the heated exhaust 648 can be mixed with the flow from the liquid spray cooling system 630 at any time, thus drawing cooling air 644 into the chamber from below and in the opposite direction as illustrated in FIG. In addition, it may be advantageous to discharge the mixed exhaust 648 and heated water vapor through an outlet located in the upper portion of the chamber 626.

多段急冷システム600は、概して、バルク空気冷却システム40および加圧液体噴霧冷却システム630をアクティブならびに非アクティブにするように構成されるコンピュータまたは類似電子プロセッサベースのデバイス等のプログラマブルコントローラ616も含む。したがって、コントローラ616は、液体噴霧冷却システム630およびバルク空気冷却システム640によって提供される冷却を調節して、各タイプの鋳物100が特定の事前プログラムされた急冷プロセスを受け得ることを確実にするために、使用されることができる。一側面では、コントローラ616は、上で説明されるように、個々のノズル32を通した液体の位置付けおよび流量を自動的に調節するために使用されることもできる。代替として、急冷システム600は、設定された画定された時間スケジュールが、冷却システム630、640の各々を連続的にアクティブおよび非アクティブにするために使用される基本的タイマシステムを利用し得る。   The multistage quench system 600 generally also includes a programmable controller 616, such as a computer or similar electronic processor based device, configured to activate and deactivate the bulk air cooling system 40 and the pressurized liquid spray cooling system 630. Accordingly, the controller 616 adjusts the cooling provided by the liquid spray cooling system 630 and the bulk air cooling system 640 to ensure that each type of casting 100 can undergo a specific pre-programmed quenching process. Can be used. In one aspect, the controller 616 can also be used to automatically adjust the liquid positioning and flow rates through the individual nozzles 32 as described above. Alternatively, the quench system 600 may utilize a basic timer system in which a defined defined time schedule is used to continuously activate and deactivate each of the cooling systems 630, 640.

図18には、1つ以上の温度センサ612の使用を通して鋳物100の表面温度を測定して監視することができる随意の温度感知システム610も示されている。一側面では、温度センサ612は、赤外線センサを用いて等、表面に接触することなく1つ以上の場所における鋳物の表面温度を遠隔で測定することができる。他の側面では、1つ以上の温度センサは、鋳造部品の直接上に、または鋳造部品内に位置し得る。電気通信が、制御配線614を通して温度センサ612とプログラマブルコントローラ616との間に確立されることができ、プログラマブルコントローラ616は、急冷プロセスを受けているときの鋳物の表面温度の低減を監視して記録するために使用される。   Also shown in FIG. 18 is an optional temperature sensing system 610 that can measure and monitor the surface temperature of the casting 100 through the use of one or more temperature sensors 612. In one aspect, the temperature sensor 612 can remotely measure the surface temperature of the casting at one or more locations without touching the surface, such as with an infrared sensor. In other aspects, the one or more temperature sensors may be located directly on or within the cast part. Telecommunication can be established between the temperature sensor 612 and the programmable controller 616 through the control wiring 614, which monitors and records the reduction of the casting surface temperature when undergoing a quenching process. Used to do.

高温鋳物100が急冷チャンバ626内に位置付けられ、または固定されると、バルク空気冷却システム640および液体噴霧冷却システム630は、所定の一連の急冷段階もしくはステップ使用して鋳物を急速に急冷するように、独立して、または一緒に動作させられることができる。例えば、アルミニウム合金鋳物に適用され得るような、本開示の多段急冷システム600を利用することの一例示的実施形態が、以下で表される。特に、アルミニウム合金鋳物を急冷するための代表的なプロセス650の温度対時間グラフが、図19で提供され(急冷プロファイルとしても公知である)、鋳物の温度652は、バルク空気冷却システム640および液体噴霧冷却システム630の交互動作を含む3つ以上の異なる段階もしくは相において、迅速かつ一様に低減させられ得る。上で議論されるように、実質的に一様な様式における鋳物の温度652のこの急速であるが制御された低減は、最小限の寸法歪みを伴う高強度部品をもたらし得る。   Once the high temperature casting 100 is positioned or secured within the quench chamber 626, the bulk air cooling system 640 and the liquid spray cooling system 630 use a predetermined series of quenching stages or steps to rapidly quench the casting. Can be operated independently, or together. For example, one exemplary embodiment of utilizing the multistage quench system 600 of the present disclosure, as may be applied to an aluminum alloy casting, is represented below. In particular, a temperature vs. time graph of an exemplary process 650 for quenching an aluminum alloy casting is provided in FIG. 19 (also known as a quenching profile), where the casting temperature 652 depends on the bulk air cooling system 640 and the liquid. It can be reduced quickly and uniformly in three or more different stages or phases, including alternating operation of the spray cooling system 630. As discussed above, this rapid but controlled reduction in casting temperature 652 in a substantially uniform manner can result in high strength parts with minimal dimensional distortion.

急冷プロセス650の第1の段階(「段階I」)660に入ることに先立って、高温鋳物は、鋳物が溶液炉から退出するときの上昇した熱処理後温度等の初期温度662で急冷システムの中へ設置されることができる。バルク空気冷却システム640は、次いで、初期温度662から第1の中間温度672まで鋳物を冷却する段階I空気急冷664を提供するように、アクティブにされることができる。段階I空気急冷664は、一実施形態では、約5秒〜約20秒持続することができる段階I期間666中に行われる。いくつかの側面では、段階I冷却速度668が、(図19にも示されるように)実質的に線形または一定であり得る一方で、他の側面では、段階I冷却速度668は、非線形または可変であり得る。   Prior to entering the first stage (“stage I”) 660 of the quench process 650, the high temperature casting is placed in the quench system at an initial temperature 662, such as an elevated post-heat treatment temperature as the casting exits the solution furnace. Can be installed. Bulk air cooling system 640 can then be activated to provide stage I air quench 664 for cooling the casting from an initial temperature 662 to a first intermediate temperature 672. Stage I air quench 664 occurs during stage I period 666, which in one embodiment can last from about 5 seconds to about 20 seconds. In some aspects, stage I cooling rate 668 can be substantially linear or constant (as also shown in FIG. 19), while in other aspects, stage I cooling rate 668 is non-linear or variable. It can be.

急冷プロセス600の第1の段階660の終わりに、バルク空気冷却システム640は、非アクティブにされることができ、液体噴霧冷却システム630が、第1の中間温度672から第2の中間温度682まで鋳物をさらに冷却する第2段階(「段階II」)液体(または液体/空気)噴霧急冷674を提供するように、アクティブにされることができる。段階II噴霧急冷674は、一実施形態では、約5秒〜約20秒持続し得る期間676を有することができる。いくつかの側面では、段階II冷却速度678が、実質的に一定であり得る一方で、他の側面では、段階II冷却速度678は、可変であり得る。   At the end of the first phase 660 of the quench process 600, the bulk air cooling system 640 can be deactivated and the liquid spray cooling system 630 is moved from the first intermediate temperature 672 to the second intermediate temperature 682. It can be activated to provide a second stage (“stage II”) liquid (or liquid / air) spray quench 674 that further cools the casting. Stage II spray quench 674 can have a duration 676 that, in one embodiment, can last from about 5 seconds to about 20 seconds. In some aspects, the stage II cooling rate 678 can be substantially constant, while in other aspects, the stage II cooling rate 678 can be variable.

鋳造温度が第2の中間温度682に達した後、液体噴霧冷却システム630は、非アクティブにされることができ、バルク空気冷却システム640が、第2の中間温度682から最終急冷温度692まで鋳物をさらに冷却する第3段階(「段階III」)空気急冷684を提供するように、再びアクティブにされることができる。段階III噴霧急冷684は、一実施形態では、約5秒〜約10秒持続する期間686を有することができる。いくつかの側面では、段階III冷却速度688が、実質的に一定であり得る一方で、他の側面では、段階III冷却速度688は、可変であり得る。段階II冷却液体が水であるとき、段階III空気急冷は、段階II噴霧急冷674後に鋳物の上に残留する、任意の残留湿気を乾燥させるように機能することもできる。最終急冷温度692に達した後、鋳物は、自然時効のために周囲温度まで徐々に冷却すること144を可能にされることができるか、または、自然に冷却することを可能にされる前、高温での人工時効のために、および延長された期間に対して、二次炉に移送され得る。   After the casting temperature reaches the second intermediate temperature 682, the liquid spray cooling system 630 can be deactivated and the bulk air cooling system 640 is cast from the second intermediate temperature 682 to the final quench temperature 692. Can be reactivated to provide a third stage (“stage III”) air quench 684 that further cools the air. Stage III spray quench 684 can have a period 686 that, in one embodiment, lasts from about 5 seconds to about 10 seconds. In some aspects, the stage III cooling rate 688 can be substantially constant, while in other aspects, the stage III cooling rate 688 can be variable. When the Stage II cooling liquid is water, Stage III air quench can also function to dry any residual moisture that remains on the casting after Stage II spray quench 674. After reaching the final quench temperature 692, the casting can be allowed to cool 144 gradually to ambient temperature for natural aging, or before it is allowed to cool naturally, It can be transferred to a secondary furnace for artificial aging at high temperatures and for extended periods of time.

上で議論されるように、空気急冷段階664、684および噴霧急冷段階674の各々は、急冷ことの全体を通して実質的に一様な様式で鋳物を冷却し、部品内で発生し得る熱的に誘発された応力を低減させるように構成されることができる。本開示の本特徴は、別様に急冷プロセス中に生成され、寸法公差外になるため拒否される、いくつかの鋳物をもたらし得る、熱的に誘発された寸法歪みを最小化する、または実質的に低減させるように機能することができる。   As discussed above, each of the air quench stages 664, 684 and the spray quench stage 674 cools the casting in a substantially uniform manner throughout the quenching, and can be thermally generated in the part. It can be configured to reduce the induced stress. This feature of the present disclosure minimizes or substantially reduces thermally induced dimensional distortion, which can result in some castings that are otherwise generated during the quench process and rejected because they are out of dimensional tolerances. Can be functionally reduced.

一実施形態では、初期温度662から最終急冷温度692まで、高温アルミニウム合金鋳物に対して多段急冷プロセス650を行う合計時間は、約15秒〜約50秒に及ぶことができる。多段急冷プロセス650は、当技術分野で現在利用可能であるような水および油中の即時浸漬急冷よりも長くかかり得るが、急冷プロセスの全体を通して鋳物の冷却速度を可変的に制御する能力は、改良された冶金性質および低減させられた寸法歪みを伴って急冷された鋳物をもたらし得る。いくつかの側面では、多段急冷プロセス650は、適切に最適化された溶液加熱処理プロセスを完結するために使用されるとき、二次炉の中で高温において鋳物を人工的に時効を進行させる追加のステップが構造性能要件を満たすために必要ではないこともあるという、そのような改良された冶金性質を伴って、結果として生じる鋳物を提供し得ることが考えられる。   In one embodiment, the total time for performing the multi-stage quench process 650 on the high temperature aluminum alloy casting from the initial temperature 662 to the final quench temperature 692 can range from about 15 seconds to about 50 seconds. Although the multi-stage quench process 650 can take longer than immediate immersion quench in water and oil as currently available in the art, the ability to variably control the cooling rate of the casting throughout the quench process is It can result in a quenched casting with improved metallurgical properties and reduced dimensional distortion. In some aspects, the multi-stage quench process 650 is an additional that artificially ages castings at high temperatures in secondary furnaces when used to complete a properly optimized solution heat treatment process. It is contemplated that this step may be provided with such improved metallurgical properties that may not be necessary to meet structural performance requirements.

図18−19に図示される多段急冷システム600および急冷プロセス1650は、バッチベースまたはセルベースの急冷システムであり、急冷プロセスにおける各段階が、同一の場所で鋳物に対して行われ、鋳物は、空間内で、または少なくともエンクロージャ620のチャンバ626内で実質的に固定されることができることが理解されるであろう。しかしながら、大量生産された鋳物が、例えば、図20に図示される急冷システム700等の連続プロセス急冷システムを通って移動しながら、多段急冷プロセス650を受けるであろうことも可能であり、またはその可能性が高くさえある。   The multistage quench system 600 and quench process 1650 illustrated in FIGS. 18-19 are batch or cell based quench systems where each stage in the quench process is performed on the casting at the same location, It will be appreciated that it can be substantially fixed within the space or at least within the chamber 626 of the enclosure 620. However, it is also possible that a mass-produced casting will undergo a multi-stage quench process 650 while moving through a continuous process quench system, such as the quench system 700 illustrated in FIG. It's even more likely.

多段急冷システム700は、概して、複数の鋳物(図示せず)が、エンクロージャ702の一方の端部における入口開口部704から反対端における出口開口部708まで、実質的に一定の速度701でチャンバ706を通って進行する、急冷チャンバ206を画定する細長いエンクロージャ202を含む。エンクロージャ702は、段階I空気急冷664(図19)を提供するバルク空気冷却システム712を有する第1の区分710を含むことができる。鋳物がエンクロージャ702を通って進行する速度701に応じて、第1のバルク空気冷却システム712は、チャンバ706を通して冷却空気のバルク流を提供する1つ以上の冷却ファン714を含み得る。一側面では、冷却ファン714は、急冷システム700の段階I空気急冷664内で提供される冷却速度が、異なる急冷プロファイルを伴う種々のタイプの鋳物に適応するために調節可能であり得るように、冷却空気のバルク流が広範囲の動作速度にわたって連続的に可変であるように、VFD駆動を提供されることができる。   The multi-stage quench system 700 generally includes a plurality of castings (not shown) in a chamber 706 at a substantially constant rate 701 from an inlet opening 704 at one end of the enclosure 702 to an outlet opening 708 at the opposite end. And an elongate enclosure 202 that defines a quench chamber 206 that travels therethrough. Enclosure 702 can include a first section 710 having a bulk air cooling system 712 that provides stage I air quench 664 (FIG. 19). Depending on the speed 701 at which the casting travels through the enclosure 702, the first bulk air cooling system 712 may include one or more cooling fans 714 that provide a bulk flow of cooling air through the chamber 706. In one aspect, the cooling fan 714 may be adjustable to accommodate the various types of castings with different quench profiles, the cooling rate provided within the stage I air quench 664 of the quench system 700. VFD drive can be provided so that the bulk flow of cooling air is continuously variable over a wide range of operating speeds.

第1の区分710を通過した後、鋳物は、次いで、段階II噴霧急冷674(図19)を提供する液体噴霧冷却システム722を有する第2の区分720に進入することができる。液体噴霧冷却システム722は、急冷プロセスの中間段階II部分中に高温鋳物の上に水または水/グリコール混合物等の冷却液体を噴霧するノズルヘッド726を伴うノズル724の列を含むことができる。   After passing through the first section 710, the casting can then enter a second section 720 having a liquid spray cooling system 722 that provides stage II spray quench 674 (FIG. 19). The liquid spray cooling system 722 may include a row of nozzles 724 with a nozzle head 726 that sprays a cooling liquid, such as water or a water / glycol mixture, onto the hot casting during the intermediate stage II portion of the quench process.

第2の区分720の終端に到達すると、鋳物は、次いで、段階III空気急冷684(図19)を提供する別のバルク空気冷却システム732を有する第3の区分730の中へ入ることができる。エンクロージャ702の入口に近接する第1のバルク空気冷却システム712と同様に、第2のバルク空気冷却システム732も、鋳物がエンクロージャ702を通って進行する速度701に応じて、1つ以上の冷却ファン734を含むことができる。急冷システム700の第3の区分730内の冷却ファン734はまた、段階III空気急冷734内で提供される冷却速度が調節可能であり得るように、VFD駆動を提供されることもできる。   Upon reaching the end of the second section 720, the casting can then enter a third section 730 having another bulk air cooling system 732 that provides stage III air quench 684 (FIG. 19). Similar to the first bulk air cooling system 712 proximate the inlet of the enclosure 702, the second bulk air cooling system 732 also includes one or more cooling fans depending on the speed 701 at which the casting travels through the enclosure 702. 734 may be included. The cooling fan 734 in the third section 730 of the quench system 700 can also be provided with a VFD drive so that the cooling rate provided in the stage III air quench 734 can be adjustable.

図20にも示されるように、多段急冷システム700は、エンクロージャ702の長さに沿って間隔を置かれ得る複数の温度センサ762の使用を通して、鋳物の表面温度を測定し得る随意の温度感知システム760を含むこともできる。他の側面では、1つ以上の温度センサは、鋳造部品の直接上に、または鋳造部品内に位置し得る。示されていないが、温度感知システム760は、急冷システム700を通過するときの鋳物の表面温度の低減を監視、制御、および記録するために使用され得る上で説明されるプログラマブルコントローラを電気通信し得ることが理解される。   As also shown in FIG. 20, the multi-stage quench system 700 is an optional temperature sensing system that can measure the surface temperature of the casting through the use of a plurality of temperature sensors 762 that can be spaced along the length of the enclosure 702. 760 may also be included. In other aspects, the one or more temperature sensors may be located directly on or within the cast part. Although not shown, the temperature sensing system 760 telecommunications a programmable controller as described above that can be used to monitor, control, and record a reduction in casting surface temperature as it passes through the quench system 700. It is understood that you get.

図4および13−14を再び参照すると、処理された試験鋳物101における寸法歪み182、184は、熱処理ゾーン内の鋳物への熱流体の不完全もしくは不適切な適用の結果であることが決定された場合、一側面では、図18−20に開示される多段急冷システム600、700は、急冷段階中に鋳物に適用される熱流体のタイプおよび方向を制御し、実質的に一様な様式で熱勾配を低減させ、鋳物を急速に冷却するために使用されることができる。この多段急冷アプローチは、支持システム110および支持固定具140と組み合わせられたとき、特に効果的であり得、支持固定具140は、急冷チャンバ内の空間の中で鋳物を支持することができる一方で、そうでなければ、種々の冷却流体流が鋳物に到達することを阻止しないように大部分が開放しているか、または空である。   Referring again to FIGS. 4 and 13-14, it is determined that the dimensional distortion 182, 184 in the treated test casting 101 is the result of incomplete or improper application of thermal fluid to the casting in the heat treatment zone. In one aspect, the multi-stage quench system 600, 700 disclosed in FIGS. 18-20 controls the type and direction of thermal fluid applied to the casting during the quench phase, in a substantially uniform manner. It can be used to reduce the thermal gradient and cool the casting rapidly. This multi-stage quench approach can be particularly effective when combined with the support system 110 and the support fixture 140, while the support fixture 140 can support the casting in the space within the quench chamber. Otherwise, it is largely open or empty so as not to prevent the various cooling fluid streams from reaching the casting.

これらの多段急冷システムに関する追加の詳細および情報は、その出願が参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、2015年9月16日に出願され、SYSTEM AND METHOD FOR QUENCHING CASTINGSと題された、共同所有された同時係属米国仮特許出願第14/855,498号で見出されることができる。   Additional details and information regarding these multi-stage quench systems were filed on September 16, 2015 and entitled SYSTEM AND METHOD FOR QUENCHING CASTINGS, which is incorporated herein by reference in its entirety. , Co-owned copending US Provisional Patent Application No. 14 / 855,498.

代替として、図21に示される本開示のさらに別の側面では、熱プロトコルの急冷段階は、概して、急冷筐体820を含み、急冷筐体820の中心部分822を横断して延びている複数の支持ローラ832を有する少なくとも1つのローラコンベヤシステム830を伴う鋳物880を冷却するための単段強制空気急冷システム800によって行われ得る。強制空気ファン(図示せず)が、急冷筐体の上部分の中の1つ以上の開口部(同様に図示せず)を通って退出するように筐体を通って上向きに流動する冷却空気890流を提供するために、急冷筐体820の下部分内に位置することができる。ローラコンベヤシステム830は、強制空気ファンによって提供される冷却空気890に遭遇するであろう急冷筐体820の中心部分822の中へ鋳物880を装填された1つ以上の鋳物トレイ860を移動させるように構成される。   Alternatively, in yet another aspect of the present disclosure shown in FIG. 21, the quench phase of the thermal protocol generally includes a quench housing 820 that includes a plurality of sections extending across the central portion 822 of the quench housing 820. This may be done by a single stage forced air quench system 800 for cooling a casting 880 with at least one roller conveyor system 830 having support rollers 832. Cooling air that flows upward through the housing such that a forced air fan (not shown) exits through one or more openings (also not shown) in the upper portion of the quench housing. To provide 890 flow, it can be located in the lower portion of the quench housing 820. Roller conveyor system 830 moves one or more casting trays 860 loaded with casting 880 into a central portion 822 of quench enclosure 820 that will encounter cooling air 890 provided by a forced air fan. Consists of.

急冷空気システム800は、急冷筐体820の側壁824からローラコンベヤの最外ローラ832の内側まで内向きに延びている複数のノズルバッフル840を含むこともできる。ノズルバッフル840は、急冷筐体820の中心部分に向かって急冷筐体820の側壁824に沿って上向きに流動し、それによって、鋳物トレイ860を通って上向きに流動するにつれて強制冷却空気890の速度を増加させる冷却空気890のこれらの部分892を向け直すように動作することができる。一側面では、ノズルバッフル840は、圧力損失を最小化しながら、冷却空気890の速度の増加を最大化するように、ローラに接触することなく、最外ローラ842の内縁に隣接して上向きに延びている垂直リップ846の中へ空気力学的に曲線を描く固定された上向きおよび内向きに傾斜した部分842を含むことができる。しかしながら、ノズルバッフル840の他の構成および/または形状も可能であり、本開示の範囲内に入ると見なされる。   The quench air system 800 may also include a plurality of nozzle baffles 840 that extend inwardly from the sidewall 824 of the quench housing 820 to the inside of the outermost roller 832 of the roller conveyor. The nozzle baffle 840 flows upward along the side wall 824 of the quench housing 820 toward the central portion of the quench housing 820, thereby the velocity of forced cooling air 890 as it flows upward through the casting tray 860. Can be operated to redirect these portions 892 of the cooling air 890. In one aspect, the nozzle baffle 840 extends upward adjacent to the inner edge of the outermost roller 842 without contacting the roller so as to maximize the increase in cooling air 890 speed while minimizing pressure loss. May include a fixed upward and inwardly inclined portion 842 that curves aerodynamically into the vertical lip 846. However, other configurations and / or shapes of the nozzle baffle 840 are possible and are considered to fall within the scope of this disclosure.

図21の概略側面図に示されていないが、類似ノズルバッフルも、図面に示される側壁824と垂直である急冷エンクロージャ820の側壁から内向きに(すなわち、図面の紙の中または外へ)延び得ることを理解されたい。この場合、ノズルバッフルは、ローラ832の周囲に適合する切り欠きまたは切り抜きを含むことができる。したがって、いくつかの側面では、ノズルバッフル840は、鋳物880を支持する鋳物トレイ860の一部の占有面積に実質的に対応し、概して、急冷エンクロージャ820の全断面積よりもはるかに小さいであろう面積の中へ、強制冷却空気890を向け直して集束させることができる。したがって、ノズルバッフル840は、強制空気流の第1の向け直しまたは集中、および冷却空気890の流速もしくは速度の対応する第1段階増加を提供することができる。   Although not shown in the schematic side view of FIG. 21, a similar nozzle baffle also extends inwardly from the sidewall of the quench enclosure 820 that is perpendicular to the sidewall 824 shown in the drawing (ie, into or out of the drawing paper). Please understand that you get. In this case, the nozzle baffle may include a notch or cutout that fits around the roller 832. Thus, in some aspects, the nozzle baffle 840 substantially corresponds to the area occupied by the portion of the casting tray 860 that supports the casting 880 and is generally much smaller than the overall cross-sectional area of the quench enclosure 820. Forced cooling air 890 can be redirected and focused into the brazing area. Accordingly, the nozzle baffle 840 can provide a first redirecting or concentration of forced air flow and a corresponding first stage increase in the flow rate or speed of the cooling air 890.

図21にも図示されるように、いくつかの実施形態では、空気急冷システム800は、急冷エンクロージャ820の中心部分822における支持ローラ832間の間隙834の中に位置する複数の可動中心バッフル850をさらに含むことができる。図面でそれらの終端から視認されるが、中心バッフル850は、支持ローラの長さに実質的にことができる、細長い翼形状の構造であり得ることを理解されたい。加えて、中心バッフル850は、それらの端部または1つ以上の中間スパン場所において支持されることができ、作動式支持システムが、図21に示される実質的に水平な向きから、実質的に垂直な向き、ならびにその間の任意の所望の角度向きまで、中心バッフル850を移動または回転させ得る。水平または傾斜向きに移動させられたとき、中心バッフルは、上向きに流動する強制冷却空気を中心バッフル850と支持ローラ832の外周表面との間の狭い間隙もしくはチャネル836の中へさらに向け直して集中させ、それによって、鋳物880の周囲で、かつそれを通って流動するとき、所定のチャネルの中への冷却空気890の速度をさらに増加させるように機能することができる。強制空気流のこの第2のより局所的な向け直しまたは集中は、流速の第2段階増加を備え、熱が収集され、加熱された鋳造金属から引き出される速度の対応する増加につながり得る。   As also illustrated in FIG. 21, in some embodiments, the air quench system 800 includes a plurality of movable central baffles 850 that are located in the gap 834 between the support rollers 832 in the central portion 822 of the quench enclosure 820. Further can be included. Although visible from their ends in the drawing, it should be understood that the central baffle 850 can be an elongated wing-shaped structure that can be substantially the length of the support roller. In addition, the central baffles 850 can be supported at their ends or at one or more intermediate span locations so that the actuated support system is substantially from the substantially horizontal orientation shown in FIG. The central baffle 850 can be moved or rotated to a vertical orientation, as well as any desired angular orientation therebetween. When moved horizontally or tilted, the central baffle concentrates the upwardly flowing forced cooling air further back into the narrow gap or channel 836 between the central baffle 850 and the outer peripheral surface of the support roller 832. And thereby function to further increase the speed of the cooling air 890 into a given channel as it flows around and through the casting 880. This second, more local redirecting or concentration of forced air flow may comprise a second step increase in flow rate, leading to a corresponding increase in the rate at which heat is collected and drawn from the heated cast metal.

図面で可視的ではないが、一側面では、中心バッフル850の幅は、冷却空気890流をより良好に画定し、成形するように最適化されることができる変動するサイズおよび形状のチャネルを画定するように、翼形状の構造の長さに沿って(すなわち、図面の平面と垂直に移動しながら)変動し得る。例えば、いくつかの側面では、中心バッフル850の外形は、鋳物880の外面を横断して流動する冷却空気の高速流に加えて、冷却空気の高速流が、鋳物の内部を通って内向きに流動するよう向けられ得るように、鋳物880自体を通して形成された大きい開口部882(例えば、空のシリンダボアまたはクランクシャフトボア)に合致するように成形されることができる。このように、強制空気ファンによって提供される冷却空気のより大きい割合が、鋳物を冷却し、それによって、急冷システム800の有効性、効率、および冷却速度を増加させるために利用されることができる。   Although not visible in the drawings, in one aspect, the width of the central baffle 850 defines channels of varying size and shape that can be optimized to better define and shape the cooling air 890 flow. As such, it can vary along the length of the wing-shaped structure (ie, moving perpendicular to the plane of the drawing). For example, in some aspects, the profile of the central baffle 850 is such that the high velocity flow of cooling air flows inwardly through the interior of the casting in addition to the high velocity flow of cooling air that flows across the outer surface of the casting 880. It can be shaped to fit a large opening 882 (eg, an empty cylinder bore or crankshaft bore) formed through the casting 880 itself so that it can be directed to flow. In this way, a greater percentage of the cooling air provided by the forced air fan can be utilized to cool the casting and thereby increase the effectiveness, efficiency, and cooling rate of the quench system 800. .

図22は、第2または上部ローラコンベヤ935が、急冷エンクロージャ920の中心部分922において第1また下部ローラコンベヤ930の直接上方に位置付けられる2つのローラコンベヤシステム930、935を含む鋳物980を冷却するための単段強制空気急冷システム900の別の代表的実施形態の概略側面図である。しかしながら、本実施形態では、強制空気ファン(図示せず)は、ファンによって提供される冷却空気990流が両方のローラコンベヤシステム930、935を通って下向きに流動するように、急冷ステーションの上方に位置することができる。本実施形態では、上部鋳物トレイ966が、下部急冷ステーションからの下部鋳物トレイ960の同時引き出しに干渉することなく、上部急冷ステーション上の定位置に移動させられることができるので、第2のローラコンベヤ935は、鋳物980の第1のグループを装填された第1の鋳物トレイ960と鋳物の第2のグループを装填された第2の鋳物トレイとの間の切り替え時間を最小化するために有用であり得る。   FIG. 22 illustrates a second or upper roller conveyor 935 for cooling a casting 980 that includes two roller conveyor systems 930, 935 positioned directly above the first or lower roller conveyor 930 in the central portion 922 of the quench enclosure 920. FIG. 6 is a schematic side view of another exemplary embodiment of the single stage forced air quench system 900 of FIG. However, in this embodiment, a forced air fan (not shown) is located above the quench station so that the cooling air 990 flow provided by the fan flows downwardly through both roller conveyor systems 930, 935. Can be located. In this embodiment, since the upper casting tray 966 can be moved to a fixed position on the upper quenching station without interfering with simultaneous withdrawal of the lower casting tray 960 from the lower quenching station, the second roller conveyor 935 is useful for minimizing switching time between a first casting tray 960 loaded with a first group of castings 980 and a second casting tray loaded with a second group of castings. possible.

急冷空気システム900の中の両方の急冷ステーションは、ノズルバッフル940、946と、可動中心バッフル950、956とを含むことができる。ノズルバッフル940、946は、固定されることができ、急冷筐体920の中心部分922に向かって側壁924に沿って下向きに流動し、それによって、鋳物トレイ上で支持される鋳物を通って、かつその周囲で下向きに流動するにつれて強制冷却空気990を集束させて速度を増加させる、冷却空気990のこれらの部分992を向け直す役割を果たすことができる。しかしながら、本実施形態では、ノズルバッフル940、946は、各急冷ステーションのローラコンベヤ930、935の上方の場所で、鋳物を装填された鋳物トレイが、一側面では図示される実施形態に示される下部垂直リップ944、948を含み得る、ノズルバッフルの下で転がることを可能にする、距離926によって、側壁924から内向きに延びていることができる。加えて、ノズルバッフルが急冷ステーションの上方に位置するので、ノズルバッフル940、946のサイズおよび形状は、ローラコンベヤによって制約されない。これは、ノズルバッフルが、そのように所望される場合、それらのそれぞれの鋳物トレイ960の上に搭載される鋳物980の占有面積により正確に一致するように構成またはカスタマイズされることを可能にし得る。これらの流動面積は、概して、急冷エンクロージャ920の全面積よりもはるかに小さいであろうため、ノズルバッフル940、946は、強制空気流の第1の向け直しまたは集中、および流速の対応する第1段階増加を提供することができる。   Both quench stations in the quench air system 900 can include nozzle baffles 940, 946 and movable central baffles 950, 956. The nozzle baffles 940, 946 can be fixed and flow downward along the side wall 924 toward the central portion 922 of the quench housing 920, thereby passing through the casting supported on the casting tray, And it can serve to redirect these portions 992 of the cooling air 990 to focus and increase the velocity of the forced cooling air 990 as it flows downward around it. However, in this embodiment, the nozzle baffles 940, 946 are located at the top of the roller conveyors 930, 935 at each quenching station, where the casting tray loaded with castings is shown on the lower side as shown in the illustrated embodiment. It can include vertical lips 944, 948 that can extend inward from the side wall 924 by a distance 926 that allows it to roll under the nozzle baffle. In addition, since the nozzle baffle is located above the quench station, the size and shape of the nozzle baffles 940, 946 are not constrained by the roller conveyor. This may allow the nozzle baffles to be configured or customized to more closely match the area occupied by the castings 980 mounted on their respective casting trays 960 if so desired. . Since these flow areas will generally be much smaller than the total area of the quench enclosure 920, the nozzle baffles 940, 946 have a first redirection or concentration of forced air flow and a corresponding first of the flow rates. A step increase can be provided.

上で説明される急冷空気システムの実施形態と同様に、ノズルバッフル940、946の口の近傍または中に位置付けられる可動中心バッフル950、956は、強制空気流の第2のより局所的な向け直しまたは集中、および流速の対応する第2段階増加を提供することができる。中心バッフル950、956は、下方の鋳物の中に形成された開口部および/または他の構造と対応するように冷却空気流を画定して成形し得、このように、冷却流を調整して具体的鋳物のための改良された冷却を提供するために使用され得る成形外形を提供されることもできる。しかしながら、可動中心バッフル950、956が急冷ステーションの上方にも位置し、ローラコンベヤ930、935によって制約されないため、中心バッフル950、956の数、サイズ、および形状は、ローラと混合されるこれらの可動バッフル設計と実質的に異なり得る(例えば、図21の実施形態を参照)。   Similar to the embodiment of the quench air system described above, the movable central baffle 950, 956 located near or in the mouth of the nozzle baffle 940, 946 is a second more localized redirect of forced air flow. Or, concentration and a corresponding second stage increase in flow rate can be provided. The central baffles 950, 956 may be defined and shaped to accommodate a cooling air flow to correspond with openings and / or other structures formed in the lower casting, thus adjusting the cooling flow. Molded profiles can also be provided that can be used to provide improved cooling for specific castings. However, because the movable central baffles 950, 956 are also located above the quench station and are not constrained by the roller conveyors 930, 935, the number, size, and shape of the central baffles 950, 956 are those movable mixed with the rollers. It can be substantially different from the baffle design (see, eg, the embodiment of FIG. 21).

鋳物980の第1のグループを装填された第1の鋳物トレイ960が下部急冷ステーション内に位置付けられるとき、第1のステーションに関連付けられる中心バッフル950は、下方の鋳物980の中に形成された開口部または他の構造と対応する、狭い間隙もしくは成形チャネル935の中へ下向きに流動する強制冷却空気を向け直して集中させる、それらのアクティブ向き(描写される場合では水平向き)まで移動または回転されることができる。同時に、(ここでは第1の急冷ステーションの上流にある)第2の急冷ステーションに関連付けられる中心バッフル956は、上を覆う構造によって引き起こされる任意の抗力および圧力損失を低減させるように、それらの垂直または非アクティブ向きまで移動させられることができる。   When a first casting tray 960 loaded with a first group of castings 980 is positioned in the lower quenching station, the central baffle 950 associated with the first station is an opening formed in the lower casting 980. Moved or rotated to their active orientation (horizontal orientation if depicted) that redirects and concentrates the forced cooling air that flows downward into narrow gaps or forming channels 935, corresponding to parts or other structures Can. At the same time, the central baffle 956 associated with the second quenching station (here upstream of the first quenching station) has their vertical so as to reduce any drag and pressure loss caused by the overlying structure. Or it can be moved to the inactive direction.

第1の鋳物トレイ960が下部急冷ステーションから引き出され、鋳物の第2のグループを装填された第2の鋳物トレイが上部急冷ステーション(図示せず)内に位置付けられるとき、第1のステーションに関連付けられる中心バッフル950は、現在、急冷されている鋳物の下流にある構造によって生成される背圧を低減させるように、それらの垂直または非アクティブ向きまで移動させられ得ることが理解されるであろう。同時に、第2の急冷ステーションに関連付けられる中心バッフル956は、直接下方の鋳物986の中に形成された開口部または他の構造と対応する狭い間隙もしくは成形チャネル935の中へ下向きに流動する強制冷却空気を向け直して集中させるそれらのアクティブ向き(例えば、水平向き)まで移動または回転されることができる。   When the first casting tray 960 is withdrawn from the lower quenching station and the second casting tray loaded with the second group of castings is positioned within the upper quenching station (not shown), it is associated with the first station. It will be appreciated that the central baffles 950 that are formed can be moved to their vertical or inactive orientation so as to reduce the back pressure generated by structures downstream of the currently quenched casting. . At the same time, the central baffle 956 associated with the second quench station is forced to flow downward into a narrow gap or forming channel 935 corresponding to an opening or other structure formed directly in the casting 986 below. It can be moved or rotated to their active orientation (eg, horizontal orientation) that redirects and concentrates the air.

これらの強制空気急冷に関する追加の詳細および情報は、その出願が参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、2015年7月27日に出願され、SYSTEM AND METHOD FOR IMPROVING QUENCH AIR FLOWと題された、共同所有された同時係属米国仮特許出願第62/197,199号で見出されることができる。   Additional details and information regarding these forced air quenches are filed on July 27, 2015, which is hereby incorporated by reference in its entirety, and is entitled SYSTEM AND METHOD FOR IMPROVING QUENCH AIR FLOW. And can be found in co-owned copending US Provisional Patent Application No. 62 / 197,199.

図23に図示される本開示のさらに別の側面では、鋳物200の周囲の加熱空気または冷却空気等の熱流体の流動パターン293、および鋳物の表面全体に渡る予測伝熱率を決定するために、熱処理プロトコルの開発中に、鋳物200、鋳物支持システム210、および熱処理ゾーン290(図6)に対して熱有限要素分析等の数値分析を行うことも可能である。伝熱率が、合金材料の厚さを通して、および/またはその一面全体に渡り温度勾配を生成するであろう様式で、薄壁部分203と厚壁部分205との間で不適切に平衡を保たれていることが決定された場合、支持固定具240の支持外形は、流動パターン293内で鋳物200の位置ならびに/もしくは向きを調節するように、または1つ以上の偏向器を使用して鋳物206の下側への流動パターンを改良または向け直すように修正され得る。このように、鋳物支持システム210は、部品の全体的温度が上昇または下降させられるように、処理された鋳物200全体に渡る内部温度勾配を低減させる一様な均一に適用された熱処理を促進するために使用されることができる。   In yet another aspect of the present disclosure illustrated in FIG. 23, to determine a flow pattern 293 of a thermal fluid, such as heated or cooled air, around the casting 200 and an expected heat transfer rate across the entire surface of the casting. During the development of the heat treatment protocol, numerical analysis such as thermal finite element analysis can be performed on the casting 200, the casting support system 210, and the heat treatment zone 290 (FIG. 6). The heat transfer rate is improperly balanced between the thin wall portion 203 and the thick wall portion 205 in a manner that will create a temperature gradient throughout the thickness of the alloy material and / or across its entire surface. If it is determined that the support fixture 240 is tilted, the support profile of the support fixture 240 may be used to adjust the position and / or orientation of the casting 200 within the flow pattern 293, or using one or more deflectors. 206 may be modified to improve or redirect the downward flow pattern. Thus, the casting support system 210 facilitates a uniform and uniformly applied heat treatment that reduces the internal temperature gradient across the treated casting 200 so that the overall temperature of the part is raised or lowered. Can be used for.

要するに、本開示の方法およびシステムは、鋳物の熱処理、具体的には、増進した冶金性質のために、かつ寸法歪みを低減させるために、生産HPDC鋳物の熱処理を改良するように採用されることができる。方法およびシステムは、概して、(HPDC)プロセスで形成された薄壁アルミニウム合金鋳物の大量生産に関連付けられる問題の多くを軽減または回避するように、熱処理プロトコルを調節可能に適用することが可能である熱処理システムと組み合わせて、上で説明されるカスタマイズ可能な鋳物支持システムの見識のある適用を含む。   In essence, the disclosed method and system is employed to improve the heat treatment of casting HPDC castings, specifically for improved metallurgical properties and to reduce dimensional distortion. Can do. The methods and systems can generally adapt heat treatment protocols to reduce or avoid many of the problems associated with mass production of thin wall aluminum alloy castings formed with the (HPDC) process. Inclusive application of the customizable casting support system described above in combination with a heat treatment system.

本発明は、本発明を実施する最良の態様を表すように、本発明者によって考慮される好ましい実施形態および方法論の観点から本明細書に説明されている。しかしながら、微妙および徹底的の両方である、広範囲の追加、削除、ならびに修正が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、図示される例示的実施形態に行われ得ることが、当業者によって理解されるであろう。これらおよび他の改正は、以下の請求項のみによって制約される本発明の精神ならびに範囲から逸脱することなく、当業者によって行われ得る。   The present invention has been described herein in terms of preferred embodiments and methodologies contemplated by the inventors to represent the best mode of carrying out the invention. However, it will be appreciated by those skilled in the art that a wide range of additions, deletions, and modifications, both subtle and exhaustive, can be made to the illustrated exemplary embodiments without departing from the spirit and scope of the present invention. Will be understood. These and other modifications can be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention, which is limited only by the following claims.

Claims (22)

増進した冶金性質のために鋳物の熱処理を改良する方法であって、前記方法は、
所与の鋳物設計の複数の未処理鋳物を取得することと、
前記鋳物の3次元表面測定寸法を捕捉し、前記鋳物のための基準3次元形状を決定することと、
少なくとも1つの熱処理ゾーン内で、第1の支持外形を用いて前記鋳物を支持するように構成されている第1の支持固定具を取得することと、
熱処理プロトコルを前記第1の支持固定具上で支持されている第1の鋳物に適用することと、
前記第1の鋳物の3次元表面測定寸法を捕捉し、その処理後3次元形状を決定することと、
前記基準形状を前記第1の鋳物の前記処理後形状と比較することと、
前記熱処理プロトコル中の不十分な支持または位置付けに起因する前記第1の鋳物における少なくとも1つの寸法歪みを識別することと、
前記第1の支持外形と異なる第2の支持外形を用いて前記鋳物を支持するように構成されている第2の支持固定具を取得することと、
前記熱処理プロトコルを前記第2の支持固定具上で支持されている第2の鋳物に適用することと、
前記第2の鋳物の3次元表面測定寸法を捕捉し、その処理後3次元形状を決定することと、
前記基準形状を前記第2の鋳物の前記処理後形状と比較することと、
寸法歪みの低減を識別することにより、前記寸法歪みが少なくとも部分的に前記熱処理プロトコル中の不十分な支持または位置付けに起因することを検証することと
を含む、方法。
A method for improving the heat treatment of a casting for enhanced metallurgical properties, said method comprising:
Obtaining a plurality of raw castings of a given casting design;
Capturing a three-dimensional surface measurement dimension of the casting and determining a reference three-dimensional shape for the casting;
Obtaining a first support fixture configured to support the casting using a first support profile in at least one heat treatment zone;
Applying a heat treatment protocol to a first casting supported on the first support fixture;
Capturing a three-dimensional surface measurement dimension of the first casting and determining a three-dimensional shape after the processing;
Comparing the reference shape with the treated shape of the first casting;
Identifying at least one dimensional strain in the first casting due to inadequate support or positioning during the heat treatment protocol;
Obtaining a second support fixture configured to support the casting using a second support profile different from the first support profile;
Applying the heat treatment protocol to a second casting supported on the second support fixture;
Capturing a three-dimensional surface measurement dimension of the second casting and determining a three-dimensional shape after the processing;
Comparing the reference shape with the treated shape of the second casting;
Verifying that the dimensional distortion is at least partially due to insufficient support or positioning in the thermal processing protocol by identifying a reduction in dimensional distortion.
前記第1および第2の支持固定具は、それぞれ、前記第1および第2の支持外形を一緒に画定する複数の上縁を有する開放格子をさらに備え、前記複数の上縁は、前記鋳物の下側表面と実質的に補完的であり、前記格子の上に前記鋳物を緩く支持し、前記第1の支持固定具の上方の空間に前記鋳物を向けるように構成されている、請求項1に記載の方法。   Each of the first and second support fixtures further comprises an open grid having a plurality of upper edges that together define the first and second support profiles, wherein the plurality of upper edges are of the casting. 2. Complementary to a lower surface and configured to loosely support the casting over the grid and direct the casting into a space above the first support fixture. The method described in 1. 前記第1および第2の支持外形は、前記上縁が前記鋳物の前記下側表面から間隔を置かれている間隙によって分離された複数の個別的接触場所をさらに備えている、請求項2に記載の方法。   The first and second support profiles further comprise a plurality of individual contact locations separated by a gap in which the upper edge is spaced from the lower surface of the casting. The method described. 前記第2の支持外形の前記複数の個別的接点は、前記第1の支持外形の前記複数の個別的接点と異なる、請求項3に記載の方法。   4. The method of claim 3, wherein the plurality of individual contacts on the second support profile is different from the plurality of individual contacts on the first support profile. 前記第2の支持外形における前記鋳物の位置および向きは、前記第1の支持外形における前記鋳物の前記位置および向きと異なる、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein a position and orientation of the casting in the second support profile is different from the position and orientation of the casting in the first support profile. 前記熱処理プロトコルを前記第2の鋳物に適用することは、前記少なくとも1つの寸法歪みの場所の方に向けられる熱流体流を改変することをさらに含む、請求項5に記載の方法。   6. The method of claim 5, wherein applying the heat treatment protocol to the second casting further comprises modifying a thermal fluid flow directed toward the at least one dimensional strain location. 前記熱流体流は、急冷プロセスにおける冷却流体をさらに備えている、請求項6に記載の方法。   The method of claim 6, wherein the thermal fluid stream further comprises a cooling fluid in a quench process. 前記未処理鋳物は、生産前プロトタイプ鋳物である、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the green casting is a pre-production prototype casting. 前記未処理鋳物の各々の前記3次元表面測定寸法を比較し、鋳造プロセスにおける不一致を識別することをさらに含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, further comprising comparing the three-dimensional surface measurement dimensions of each of the green castings to identify inconsistencies in the casting process. 前記熱処理プロトコル中の前記第1の鋳物の合金材料中の高いガス含有量に起因する少なくとも1つの寸法歪みを識別することをさらに含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, further comprising identifying at least one dimensional strain due to a high gas content in the alloy material of the first casting during the heat treatment protocol. 前記高いガス含有量に起因する前記少なくとも1つの寸法歪みを識別することは、前記少なくとも1つの寸法歪みに近接する前記第1の鋳物の表面を点検し、前記合金材料中の高いガス含有量に関連する表面多孔性を識別することをさらに含む、請求項10に記載の方法。   Identifying the at least one dimensional strain due to the high gas content is to inspect a surface of the first casting that is proximate to the at least one dimensional strain and to a high gas content in the alloy material. The method of claim 10, further comprising identifying an associated surface porosity. 前記高いガス含有量に起因する前記少なくとも1つの寸法歪みを識別することは、前記少なくとも1つの寸法歪みに近接する前記第1の鋳物を切断し、前記合金材料中の高いガス含有量に関連する内部多孔性を識別することをさらに含む、請求項10に記載の方法。   Identifying the at least one dimensional strain due to the high gas content cuts the first casting proximate the at least one dimensional strain and is associated with a high gas content in the alloy material. The method of claim 10, further comprising identifying internal porosity. 改変された熱処理プロトコルを前記第2の支持固定具上で支持されている第3の鋳物に適用することと、
前記第3の鋳物の3次元表面測定寸法を捕捉し、その処理後3次元形状を決定することと、
前記基準形状を前記第3の鋳物の前記処理後形状と比較することと、
別の寸法歪みの低減が生じていることを識別し、前記寸法歪みが少なくとも部分的に前記合金材料中の前記高いガス含有量に起因することを検証することと
さらに含む、請求項10に記載の方法。
Applying a modified heat treatment protocol to a third casting supported on the second support fixture;
Capturing a three-dimensional surface measurement dimension of the third casting and determining a three-dimensional shape after the processing;
Comparing the reference shape with the treated shape of the third casting;
11. Identifying that another dimensional strain reduction is occurring and further verifying that the dimensional strain is at least partially due to the high gas content in the alloy material. the method of.
前記改変された熱処理プロトコルを適用することは、前記鋳物が所定のシリコン溶液温度を上回る温度を受ける期間を短縮することをさらに含む、請求項13に記載の方法。   14. The method of claim 13, wherein applying the modified heat treatment protocol further comprises reducing a time period during which the casting is subjected to a temperature above a predetermined silicon solution temperature. 改良された冶金性質のために鋳物の熱処理を改良する方法であって、前記方法は、
所与の鋳物設計の複数の未処理鋳物を取得することと、
前記鋳物の3次元表面測定寸法を捕捉し、前記鋳物のための基準3次元形状を決定することと、
開放支持表面を一緒に画定する複数の上縁を有する開放格子を含む支持固定具を取得することであって、前記複数の上縁は、前記鋳物の下側表面と実質的に補完的であり、格子の上に前記鋳物を緩く支持し、前記支持固定具の上方の空間に前記鋳物を向けるように構成されている、ことと、
熱処理プロトコルを前記支持固定具上で支持されている第1の鋳物に適用することと、
前記第1の鋳物の3次元表面測定寸法を捕捉し、その処理後3次元形状を決定することと、
前記基準形状を前記第1の鋳物の前記処理後形状と比較することと、
前記第1の鋳物における寸法歪みを識別することと
を含む、方法。
A method of improving the heat treatment of a casting for improved metallurgical properties, said method comprising:
Obtaining a plurality of raw castings of a given casting design;
Capturing a three-dimensional surface measurement dimension of the casting and determining a reference three-dimensional shape for the casting;
Obtaining a support fixture comprising an open grid having a plurality of upper edges defining together an open support surface, wherein the plurality of upper edges are substantially complementary to a lower surface of the casting , Configured to loosely support the casting on a lattice and to direct the casting into a space above the support fixture;
Applying a heat treatment protocol to the first casting supported on the support fixture;
Capturing a three-dimensional surface measurement dimension of the first casting and determining a three-dimensional shape after the processing;
Comparing the reference shape with the treated shape of the first casting;
Identifying dimensional distortion in the first casting.
複数の上縁を有する開放格子を含む第2の支持固定具を取得することであって、前記複数の上縁は、前記第1の支持固定具の前記開放支持表面と異なる第2の開放支持表面を一緒に画定する、ことと、
前記熱処理プロトコルを前記第2の支持固定具上で支持されている第2の鋳物に適用することと、
前記第2の鋳物の3次元表面測定寸法を捕捉し、その処理後3次元形状を決定することと、
前記基準形状を前記第2の鋳物の前記処理後形状と比較することと、
前記第2の鋳物における前記寸法歪みの低減を識別することにより、前記寸法歪みが少なくとも部分的に前記熱処理プロトコル中の不十分な支持または位置付けに起因することを検証することと
をさらに含む、請求項15に記載の方法。
Obtaining a second support fixture including an open grid having a plurality of upper edges, wherein the plurality of upper edges are different from the open support surface of the first support fixture. Defining the surfaces together;
Applying the heat treatment protocol to a second casting supported on the second support fixture;
Capturing a three-dimensional surface measurement dimension of the second casting and determining a three-dimensional shape after the processing;
Comparing the reference shape with the treated shape of the second casting;
Further comprising: verifying that the dimensional distortion is due at least in part to insufficient support or positioning in the heat treatment protocol by identifying a reduction in the dimensional distortion in the second casting. Item 16. The method according to Item 15.
前記第1および第2の開放支持表面は、前記上縁が前記鋳物の前記下側表面から間隔を置かれている間隙によって分離された複数の個別的接触場所をさらに備え、前記第2の開放支持表面の前記複数の個別的接点は、前記第1の開放支持表面の前記複数の個別的接点と異なる、請求項16に記載の方法。   The first and second open support surfaces further comprise a plurality of individual contact locations separated by a gap in which the upper edge is spaced from the lower surface of the casting. The method of claim 16, wherein the plurality of individual contacts on a support surface are different from the plurality of individual contacts on the first open support surface. 前記第2の開放支持表面上の前記鋳物の位置および向きは、前記第1の開放支持表面における前記鋳物の前記位置および向きと異なる、請求項16に記載の方法。   17. The method of claim 16, wherein the position and orientation of the casting on the second open support surface is different from the position and orientation of the casting on the first open support surface. 前記熱処理プロトコルを前記第2の鋳物に適用することは、前記少なくとも1つの寸法歪みの場所の方に向けられる熱流体流を改変することをさらに含む、請求項16に記載の方法。   The method of claim 16, wherein applying the heat treatment protocol to the second casting further comprises modifying a thermal fluid flow directed toward the at least one dimensional strain location. 第2の熱処理プロトコルを前記支持固定具上で支持されている第2の鋳物に適用することと、
前記第2の鋳物の3次元表面測定寸法を捕捉し、その処理後3次元形状を決定することと、
前記基準形状を前記第2の鋳物の前記処理後形状と比較することと、
前記第2の鋳物における前記寸法歪みの低減を識別することにより、前記寸法歪みが少なくとも部分的に合金材料中の高いガス含有量に起因することを検証することと
をさらに含む、請求項15に記載の方法。
Applying a second heat treatment protocol to a second casting supported on the support fixture;
Capturing a three-dimensional surface measurement dimension of the second casting and determining a three-dimensional shape after the processing;
Comparing the reference shape with the treated shape of the second casting;
And further verifying that the dimensional distortion is at least partially due to a high gas content in the alloy material by identifying a reduction in the dimensional distortion in the second casting. The method described.
前記第2の熱処理プロトコルを適用することは、前記第2の鋳物が前記合金材料の所定のシリコン溶液温度を上回る温度を受ける期間を短縮することをさらに含む、請求項20に記載の方法。   21. The method of claim 20, wherein applying the second heat treatment protocol further comprises reducing a time period during which the second casting is subjected to a temperature above a predetermined silicon solution temperature of the alloy material. 増進した冶金性質のために鋳物の熱処理を改良する方法であって、前記方法は、
所与の鋳物設計の複数の未処理鋳物を取得することと、
前記鋳物の3次元表面測定寸法を捕捉し、前記鋳物のための基準3次元形状を決定することと、
少なくとも1つの熱処理ゾーン内で、第1の支持外形を用いて前記鋳物を支持するように構成されている第1の支持固定具を取得することと、
熱処理プロトコルを前記第1の支持固定具上で支持されている第1の鋳物に適用することと、
前記第1の鋳物の3次元表面測定寸法を捕捉し、その処理後3次元形状を決定することと、
前記基準形状を前記第1の鋳物の前記処理後形状と比較することと、
前記第1の鋳物における少なくとも1つの寸法歪みを識別することと
を含む、方法。
A method for improving the heat treatment of a casting for enhanced metallurgical properties, said method comprising:
Obtaining a plurality of raw castings of a given casting design;
Capturing a three-dimensional surface measurement dimension of the casting and determining a reference three-dimensional shape for the casting;
Obtaining a first support fixture configured to support the casting using a first support profile in at least one heat treatment zone;
Applying a heat treatment protocol to a first casting supported on the first support fixture;
Capturing a three-dimensional surface measurement dimension of the first casting and determining a three-dimensional shape after the processing;
Comparing the reference shape with the treated shape of the first casting;
Identifying at least one dimensional strain in the first casting.
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