JP6842472B2 - アブレーション鋳造プロセス - Google Patents
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Description
従来の鋳造プロセス
伝統的な鋳造プロセスでは、溶融金属が、鋳型の中に傾注され、鋳型への熱の損失を通して固化または凝結する。比較的に断熱性の骨材鋳型(硅砂から作製されるもの等)に関して、本プロセスは、緩慢であり、鋳造物の機械的性質を有意に低減させる。速度は、鋳型内に配置される局所的金属チルブロックによって増加され得るが、これは、高価であり、多くの成形ライン上で不便である。この理由から、アルミニウム(Al−)およびマグネシウム(Mg−)系合金の鋳造は、多くの場合、性質への有意な利益を伴う、永久金属鋳型において実行される。しかしながら、凝結の方向は、骨材または永久鋳型のいずれにおいても容易に制御されず、したがって、一方のタイプは他方よりも少ない多孔率を有するが、収縮孔が、両方のタイプの鋳造に関する共通の欠点のままである。
本開示の一実施形態によると、金属製品の製造のためのプロセスは、骨材および結合剤を備える第1の部分を含む、鋳型を提供するステップと、鋳型の中に溶融金属を送達するステップと、流体を用いて鋳型の第1の部分を除去するステップとを含む。溶融金属の少なくとも1つの標的部分は、固化される。続けて、鋳型の第2の部分は、除去され、溶融金属の残りの部分は、固化され、金属製品を形成する。金属製品の少なくとも1つの標的部分は、より高い降伏強度、より高い極限引張強度、および強化された破壊までの伸長のうちの少なくとも1つを含む、金属製品の残りの部分の機械的性質よりも良好な機械的性質を有する。
本発明は、例えば、以下を提供する。
(項目1)
金属製品の製造のためのプロセスであって、
骨材および結合剤を備える第1の部分を含む、鋳型を提供するステップと、
前記鋳型の中に溶融金属を送達するステップと、
流体を用いて前記鋳型の前記第1の部分を除去するステップと、
前記溶融金属の少なくとも1つの標的部分を固化するステップと、
ある期間にわたって前記鋳型への流体の流動を停止するステップと、
前記金属製品を形成するために、前記溶融金属の残りの部分を続けて固化するステップと、
を含み、
前記金属製品の前記少なくとも1つの標的部分は、より高い降伏強度、より高い極限引張強度、および強化された破壊までの伸長のうちの少なくとも1つを含む、前記金属製品の残りの部分の機械的性質よりも良好な機械的性質を有する、
プロセス。
(項目2)
前記鋳型の少なくとも一部を除去するステップおよび前記溶融金属の前記少なくとも1つの標的部分を固化するステップは、ほぼ同時に実施される、項目1に記載のプロセス。(項目3)
前記溶融金属の前記少なくとも1つの標的部分を冷却するステップ中に、前記鋳型に溶融金属を送達し続けるステップをさらに含む、項目1または2に記載のプロセス。
(項目4)
前記溶融金属の残りの部分を続けて固化するステップの前に、前記溶融金属の前記少なくとも1つの標的部分を再加熱するステップをさらに含む、項目1−3のいずれかに記載のプロセス。
(項目5)
前記金属製品における内部応力および歪みのうちの少なくとも1つを低減させるステップを含む、項目4に記載のプロセス。
(項目6)
前記溶融金属の残りの部分を続けて固化するステップは、前記鋳型への流体の流動を再開することを含む、項目1−5のいずれかに記載のプロセス。
(項目7)
前記鋳型のための金属区分を提供するステップと、前記鋳型の前記金属区分を用いて前記溶融金属を冷却するステップとをさらに含む、項目1−6のいずれかに記載のプロセス。
(項目8)
流体を用いて前記鋳型の前記第1の部分を除去するステップは、溶媒を前記鋳型に噴霧するステップを含む、項目1−7のいずれかに記載のプロセス。
(項目9)
前記鋳型は、比較的に薄い区分と、比較的に厚い区分とを含み、前記鋳型の前記比較的に薄い区分を通して前記鋳型の前記比較的に厚い区分に溶融金属を給送するステップをさらに含む、項目1−8のいずれかに記載のプロセス。
(項目10)
前記鋳型の前記比較的に厚い区分内の前記溶融金属を固化する一方、前記鋳型の前記比較的に薄い区分を通して前記鋳型の前記比較的に厚い区分に溶融金属を給送し続けるステップをさらに含む、項目9に記載のプロセス。
(項目11)
前記鋳型の前記比較的に薄い区分内の前記溶融金属は、前記鋳型の前記比較的に厚い区分内の前記溶融金属が固化された後に固化される、項目10に記載のプロセス。
(項目12)
前記流体を用いて前記鋳型の第2の部分を続けて除去するステップをさらに含む、項目1−11のいずれかに記載のプロセス。
(項目13)
事前判定された期間にわたって、前記溶融金属の前記少なくとも1つの標的部分の冷却を阻止するステップをさらに含む、項目1−12のいずれかに記載のプロセス。
(項目14)
前記溶融金属の選択された第1の構成要素を固化するステップと、前記溶融金属の第2の構成要素の固化を阻止するステップとをさらに含む、項目1−13のいずれかに記載のプロセス。
(項目15)
前記流体は、液体およびガスのうちの少なくとも1つを含む、項目1−14のいずれかに記載のプロセス。
(項目16)
金属製品の機械的性質を強化するためのプロセスであって、
骨材および結合剤を含む、鋳型を提供するステップと、
前記鋳型に溶融金属を供給するステップと、
流体を用いて前記鋳型の第1の部分を分解するステップと、
前記金属製品の第1の部分を形成するために、前記鋳型内の前記溶融金属の第1の部分を冷却および固化し、ステップと、
事前判定された期間にわたって前記鋳型への流体の流動を停止するステップと、
前記流体を用いて前記鋳型の第2の部分を続けて分解するステップと、
前記金属製品の第2の部分を形成するために、前記鋳型内の前記溶融金属の第2の部分を冷却および固化するステップであって、前記金属製品の前記第1の部分は、前記金属製品の前記第2の部分の機械的性質との関連で強化された機械的性質を有する、ステップと、
を含む、プロセス。
(項目17)
前記流体を用いて前記鋳型の前記第1の部分を分解するステップは、前記溶融金属の前記第1の部分が完全に固化する前に始まる、項目16に記載のプロセス。
(項目18)
前記鋳型の前記第2の部分を分解するステップの前に、事前判定された期間にわたって前記鋳型内の前記溶融金属の前記第1の部分の固化を阻止するステップをさらに含む、項目16または17に記載のプロセス。
(項目19)
前記流体を用いて前記鋳型の第3の部分を続けて分解するステップと、前記金属製品の第3の部分を冷却および固化するステップとをさらに含み、前記金属製品の前記第1および第2の部分は、前記金属製品の第3の部分の機械的性質との関連で強化された機械的性質を有する、項目18に記載のプロセス。
(項目20)
金属製品の機械的性質を制御するためのプロセスであって、
鋳型を提供するステップと、
前記鋳型に溶融金属を供給するステップであって、前記溶融金属は、固化されると、前記金属製品を形成する、ステップと、
流体を用いて前記鋳型の選択された部分を除去するステップと、
前記溶融金属中の第1の構成要素を冷却および固化するステップと、
事前判定された期間にわたって、前記溶融金属中の第2の構成要素の固化を阻止するステップと、
前記溶融金属中の第2の構成要素の固化を続けて可能にするステップと、
前記溶融金属の残りの部分を冷却および固化するステップと、
前記金属製品を形成するステップと、
を含む、プロセス。
(項目21)
均一なセルサイズまたはデンドライトアーム間隔を有する、一体型単一アルミニウム合金構成要素をであって、
機械的性質の第1のセットを有する第1の区分を含む、本体と、
機械的性質の第2のセットを有する第2の区分と、
を備え、
前記機械的性質は、オフセット降伏強度、引張強度、および伸長のうちの少なくとも1つを含み、
前記機械的性質の第1のセットは、前記機械的性質の第2のセットとは異なる、
構成要素。
(項目22)
前記本体は、自動車、トラック、オートバイ、ボート、または航空機のうちの1つを備える、車両のためのフレーム部材を備える、項目21に記載の構成要素。
(項目23)
前記本体は、車両のためのホイールを備える、項目21に記載の構成要素。
(項目24)
前記本体は、少なくとも1つの中空区分を含む、項目21−23のいずれかに記載の構成要素。
(項目25)
前記機械的性質の第1のセットは、約45KSIの0.2%オフセット降伏強度、約50KSIの極限引張強度、および約15%の伸長を含む、項目21−24のいずれかに記載の構成要素。
(項目26)
前記本体の前記第1の区分内の構成要素の材料は、5またはそれよりも高いAFSレベルを呈する共晶構造を備える、項目21−25のいずれかに記載の構成要素。
(項目27)
金属製品の製造のためのプロセスであって、
骨材および結合剤を含む鋳型を提供するステップであって、前記鋳型は、比較的に薄い区分と、比較的に厚い区分とを含む、ステップと、
前記鋳型に溶融金属を送達するステップと、
前記鋳型の前記比較的に厚い区分内の溶融金属を固化する一方、前記鋳型の前記比較的に薄い区分を通して前記鋳型の前記比較的に厚い区分に溶融金属を送達し続けるステップと、
を含む、プロセス。
(項目28)
前記鋳型の前記比較的に薄い区分を通して前記鋳型の前記比較的に厚い区分に溶融金属を送達し続けるステップ中、前記鋳型の前記比較的に薄い区分内の前記溶融金属の固化を阻止するステップをさらに含む、項目27に記載のプロセス。
(項目29)
前記鋳型の前記比較的に薄い区分内の前記溶融金属を続けて固化するステップをさらに含む、項目28に記載のプロセス。
少なくとも部分的に骨材材料から作製される鋳型の充填後またはその間、溶融金属が、鋳型からの自然熱抽出によって誘発され得るある程度の初期冷却を受けるか、または(鋳型に内蔵されるか、または金属ショット粒子の添加等によって骨材と混合される金属チルを用いて)チル化することによって、もしくは冷却フィンによって局所的に若干強化され得る。
鋳型およびコア製造
結合剤
骨材
鋳型充填(鋳造)
1.溶融金属は、鋳型の中に傾注されることができる(「重力傾注」として公知の一般的技法)。
2.鋳型は、鋳型の傾斜の角度を徐々に変化させることによって、より緩やかに充填され得る(「傾転鋳造」として広く公知である)。
3.溶融金属は、米国特許第6,103,182号および米国特許第6,841,120号(参照することによってそれらの全体として本明細書に組み込まれる)に開示されるような「重力対抗」送達システムを通して、鋳型の中に移送されることができる。
アブレーション流体
固化制御
金属および合金
冶金学的特徴
統合されたアブレーションおよび溶解熱処理
微細構造
再利用および再生利用
Claims (13)
- 金属製品の製造のためのプロセスであって、
骨材および結合剤を備える第1の部分を含む鋳型を提供するステップと、
前記鋳型の中に溶融金属を送達するステップと、
流体を用いて前記鋳型の前記第1の部分を除去するステップと、
前記溶融金属の少なくとも1つの標的部分を固化するステップと、
ある期間にわたって前記鋳型への流体の流動を停止し、事前判定された期間にわたって前記溶融金属の前記少なくとも1つの標的部分の冷却を阻止するステップと、
続いて、前記金属製品を形成するために、前記鋳型への前記流体の前記流動を再開し、前記溶融金属の残りの部分を固化するステップと、
を含み、
前記金属製品の前記少なくとも1つの標的部分は、より高い降伏強度、より高い極限引張強度、および強化された破壊までの伸長のうちの少なくとも1つを含む、前記金属製品の残りの部分の機械的性質よりも良好な機械的性質を有する、
プロセス。 - 前記鋳型の少なくとも一部を除去するステップおよび前記溶融金属の前記少なくとも1つの標的部分を固化するステップは、同時に実施される、請求項1に記載のプロセス。
- 溶融金属を、前記溶融金属の前記少なくとも1つの標的部分を冷却するステップ中に、前記鋳型に送達し続けるステップをさらに含む、請求項1または2に記載のプロセス。
- 続いて前記溶融金属の残りの部分を固化するステップの前に、前記溶融金属の前記少なくとも1つの標的部分を再加熱するステップをさらに含む、請求項1〜3のいずれかに記載のプロセス。
- 前記金属製品における内部応力および歪みのうちの少なくとも1つを低減させるステップを含む、請求項4に記載のプロセス。
- 前記鋳型は、金属を備える第2の部分を含み、前記プロセスは、前記鋳型の前記第2の部分を用いて前記溶融金属を冷却することをさらに含む、請求項1〜5のいずれかに記載のプロセス。
- 流体を用いて前記鋳型の前記第1の部分を除去するステップは、溶媒を前記鋳型に噴霧するステップを含む、請求項1〜6のいずれかに記載のプロセス。
- 前記鋳型は、比較的に薄い区分と、比較的に厚い区分とを含み、前記鋳型の前記比較的に薄い区分を通して前記鋳型の前記比較的に厚い区分に溶融金属を給送するステップをさらに含む、請求項1〜7のいずれかに記載のプロセス。
- 前記鋳型の前記比較的に厚い区分内の前記溶融金属を固化する一方、前記鋳型の前記比較的に薄い区分を通して前記鋳型の前記比較的に厚い区分に溶融金属を給送し続けることをさらに含む、請求項8に記載のプロセス。
- 前記鋳型の前記比較的に薄い区分内の前記溶融金属は、前記鋳型の前記比較的に厚い区分内の前記溶融金属が固化された後に固化される、請求項9に記載のプロセス。
- 続いて、前記流体を用いて前記鋳型の第2の部分を除去することをさらに含む、請求項1〜10のいずれかに記載のプロセス。
- 前記溶融金属の選択された第1の構成要素を固化することと、前記溶融金属の第2の構成要素の固化を阻止することとをさらに含む、請求項1〜11のいずれかに記載のプロセス。
- 前記流体は、液体およびガスのうちの少なくとも1つを含む、請求項1〜12のいずれかに記載のプロセス。
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