KR102076897B1

KR102076897B1 - 알루미늄 합금 주물을 열처리하는 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102076897B1
Application number: KR1020177033885A
Authority: KR
Inventors: 스콧 피. 크래프톤; 샨커 서브라마니암; 폴 파우테욱스
Original assignee: 콘솔리데이티드 엔지니어링 캄파니, 인크.
Priority date: 2015-04-28
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2020-02-12
Also published as: CA2979612A1; US11408062B2; JP6743132B2; CA2979612C; JP2018520267A; EP3289111B1; WO2016176382A1; US20200190648A1; AU2016254028A1; EP3289111A4; CN107532268B; EP3289111A1; CN107532268A; AU2016254028B2; US20160319411A1; KR20170139641A; MX2017013469A

Abstract

실리콘 구성성분 및 적어도 하나의 금속 합금 구성성분을 갖는 알루미늄 합금으로부터 형성되는 주물을 획득하는 단계, 및 주물을 실리콘 구성성분이 고용체로 급속하게 진입하는 미리 결정된 실리콘 용체화 온도보다 낮지만 10℃ 이내에 있는 제1 주조 온도까지 가열하는 단계를 포함하는 주조된 알루미늄 합금 구성요소를 열처리하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 주물 내로의 열 입력의 속도를 증가시켜 주물의 온도를 적어도 하나의 금속 합금 구성성분이 고용체로 급속하게 진입하는 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도보다 높지만 10℃ 이내에 있는 제2 주조 온도까지 상승시키는 단계, 주물을 약 20분 미만인 시간 동안 제2 주조 온도로 유지하는 단계, 및 이어서 주물을 약 250℃ 이하의 온도까지 ?칭하는 단계를 또한 포함한다.

Description

알루미늄 합금 주물을 열처리하는 시스템 및 방법

관련출원에 대한 교차-참조

본원은 본 명세서에 전체적으로, 그리고 실제적으로 참조로 포함되는, 2015년 4월 28일자로 출원되고, 발명의 명칭이 "SYSTEM AND METHOD FOR HEAT TREATING ALUMINUM ALLOY CASTINGS"인, 미국 임시 특허 출원 제62/153,724호의 이익을 주장한다.

본 발명은 일반적으로 주조된 알루미늄 합금 구성요소의 열처리에, 그리고 더 구체적으로 고압 다이 캐스트 제조 공정에서 형성되는 알루미늄 합금 주물의 용체화 열처리(solution heat treatment)에 관한 것이다.

자동차 및 다른 차량을 위한 구조 부품 또는 구성요소로서의 알루미늄 합금에 대한 관심이 강철 합금의 항복 강도 및 신장 성질과 대등하면서 중량을 감소시키는 그 잠재력으로 인해, 최근에 크게 증가하였다. 불행하게도, 알루미늄 합금으로부터 제조되는 구조 구성요소의 제조는 운송 산업에 대한 도전과제를 계속하여 제공하는데, 고품질 및 무결함 부품을 제조하는 전형적인 공정이 여전히 많은 비용 지출을 발생시키고 시간 소모성이기 때문이다.

고압 다이 캐스팅(High Pressure Die Casting)(HPDC)은 양질의 주조된 부품 또는 구성요소를 증가된 제조 속도로 제조하여 비용을 상당히 감소시킬 수 있는 큰 가능성을 보유하는 알루미늄 합금에 사용될 수 있는 하나의 제조 공정이다. 그러나, 이러한 제조 기술은 그 결점을 또한 갖는데, HPDC 공정에서 형성되는 알루미늄 합금 주물이 종종 더 높은 함량의 연행(entrained) 또는 용해 가스를 포함하기 때문이다. 상승된 가스 함량은 주물이 후속적으로 주조된 구성요소에 그 궁극적인 기계적 성질을 부여하는 전형적인 T4, T6, 또는 T7 템퍼링(tempering) 공정에서 그 용체화 온도(종종 그 용체화 열처리 온도로서 불림)까지 열처리될 때에 내부 및 표면 결함의 개수 증가로 이어질 수 있다는 것이 일반적으로 인식된다. 그로 인한 높은 불합격 폐기 부품 비율은 HPDC 공정의 다른 이익을 거의 상쇄시킬 수 있다.

결국, 높은 폐기율을 감소시키면서 그 높은 가스 함량을 더 양호하게 수용할 수 있는 HPDC 구성요소를 열처리하는 시스템 및 방법에 대한 필요성이 존재한다. 본 개시내용이 지향하는 것이 바로 그러한 시스템 및 방법이다.

간략하게 설명하면, 본 개시내용의 일 실시예는 실리콘 구성성분 및 하나 이상의 금속 합금 구성성분을 갖는 주조된 알루미늄 합금 구성요소, 또는 주물을 열처리하는 방법을 포함한다. 실리콘 구성성분은 미리 결정된 실리콘 용체화 온도를 갖고, 그 위에서는 실리콘 구성성분의 실질적인 또는 가속된 용체화(즉, 이때에 실리콘이 고용체로 급속하게 진입함)가 있고, 그 아래에서는 실리콘 구성성분의 실질적인 용체화가 거의 또는 전혀 없다. 하나 이상의 금속 합금 구성성분은 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도를 또한 갖고, 그 위에서는 합금 금속이 고용체로 급속하게 진입한다. 상기 방법은 주물을 미리 결정된 실리콘 용체화 온도보다 낮은, 그리고 바람직하게는 10℃ 미만만큼 낮은 제1 주조 온도까지 가열하는 단계, 및 이어서 주물 내로의 열 입력의 속도를 증가시켜 주물을 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도보다 높은, 그리고 바람직하게는 10℃ 미만만큼 높은 제2 주조 온도까지 가열하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 주물을 약 20분 이하인 시간 동안 제2 주조 온도로 유지하는 단계, 및 이어서 주물을 약 250℃ 이하의 온도까지 ?칭(quenching)하는 단계를 추가로 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 방법은 주물을 적어도 약 2분, 또는 5분, 또는 그 이상, 최대 위에 개시된 20분 동안 제2 주조 온도로 유지하는 단계를 또한 포함한다. 예를 들어, 일 양태에서, 주물은 주물이 50% 초과의 처리-시간 비율(time-in-treatment ratio)을 성취할 때까지 제2 주조 온도로 유지될 수 있고, 이때에 처리-시간 비율은 일반적으로 주물이 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도 위에서 소비한 시간을 주물이 미리 결정된 실리콘 용체화 온도 위에서 소비한 시간으로 나눈 것에 의해 정의된다. 다른 양태에서, 주물은 70% 내지 90%의 처리-시간 비율을 성취할 수 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 본 개시내용은 실리콘 구성성분 및 하나 이상의 금속 합금 구성성분을 갖는 알루미늄 합금 주물을 열처리하는 시스템을 또한 포함한다. 상기 시스템은 주물을 실리콘 구성성분에 대한 미리 결정된 실리콘 용체화 온도보다 낮은, 그리고 바람직하게는 10℃ 미만만큼 낮은 제1 스테이지 온도로 유지되는 제1 가열 스테이지를 갖는 열처리 퍼니스를 포함한다. 제1 가열 스테이지에 이어서 주물 내로의 열 입력의 속도를 증가시켜 주물을 적어도 하나의 금속 합금 구성성분에 대한 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도보다 높은, 그리고 바람직하게는 10℃ 미만만큼 높은 제2 스테이지 온도까지 가열하도록 구성되는 제2 가열 스테이지가 후속된다. 퍼니스는 제1 가열 스테이지의 시작부를 형성하는 유입 도어, 제1 가열 스테이지 및 제2 가열 스테이지를 분리하는 중간 도어, 제2 가열 스테이지의 종료부를 형성하는 유출 도어, 및 복수의 주물을 유입 도어로부터 유출 도어로 퍼니스 포위체를 통해 반송하도록 구성되는 운반 장치를 또한 포함한다. 운반 장치는 주물의 각각을 3분 초과 내지 30분 미만인 시간 동안 제2 가열 스테이지 내에서 유지하도록 구성될 수 있다.

일 양태에서, 운반 장치는 주물을 거의 일정한 속도로 퍼니스를 통해 반송하도록 구성될 수 있고, 퍼니스의 길이를 따른 중간 도어의 위치는 재배치가능하다. 다른 양태에서, 운반 장치는 주물을 제1 속도로 퍼니스의 제1 가열 스테이지를 통해 그리고 제1 속도와 상이한 제2 속도로 퍼니스의 제2 가열 스테이지를 통해 반송하도록 구성될 수 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 본 개시내용은 실리콘 구성성분 및 하나 이상의 금속 합금 구성성분을 갖는 알루미늄 합금 주물을 열처리하는 방법을 또한 포함한다. 상기 방법은 주물을 제1 스테이지 온도로 유지되는 퍼니스의 제1 가열 스테이지 내로 이동시켜 주물을 실리콘 구성성분에 대한 미리 결정된 실리콘 용체화 온도보다 10℃ 미만만큼 낮은 제1 주조 온도까지 가열하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 주물을 퍼니스의 제1 가열 스테이지로부터 제1 가열 스테이지와 별개이고 제1 스테이지 온도보다 높은 제2 스테이지 온도로 유지되는 제2 가열 스테이지 내로 이동시키고, 그에 의해 주물 내로의 열 입력의 속도를 증가시켜 주물을 적어도 하나의 금속 합금 구성성분에 대한 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도보다 10℃ 미만만큼 높은 제2 주조 온도까지 가열하는 단계를 또한 포함한다. 상기 방법은 주물을 약 20분 이하인 시간 동안 제2 주조 온도로 유지하는 단계, 주물을 퍼니스의 제2 가열 스테이지로부터 제거하는 단계, 및 주물을 약 250℃ 이하의 온도까지 ?칭하는 단계를 추가로 포함한다.

본 발명은 하기와 같이 간략하게 설명되는, 첨부 도면과 연계하여 취해지는 아래에 기재되는 상세한 설명의 검토 시에 더 양호하게 이해될 것이다.

도 1은 본 개시내용의 대표적인 실시예에 따른, 열처리 공정 중에 주조된 알루미늄 합금 주물에 의해 경험되는 온도의 그래프이다.
도 2는 본 개시내용의 또 다른 대표적인 실시예에 따른, 열처리 공정 중에 알루미늄 합금 주물에 의해 경험되는 온도의 또 다른 그래프이다.
도 3은 본 개시내용의 또 다른 대표적인 실시예에 따른, 도 2의 열처리 공정을 실시하는 시스템의 개략도이다.
도 4는 본 개시내용의 또 다른 대표적인 실시예에 따른, 도 2의 열처리 공정을 실시하는 시스템의 개략도이다.
도 5는 본 개시내용의 또 다른 대표적인 실시예에 따른, 열처리 공정 중에 알루미늄 합금 주물에 의해 경험되는 온도의 또 다른 그래프이다.
도 6은 본 개시내용의 또 다른 대표적인 실시예에 따른, 도 5의 열처리 공정을 실시하는 시스템의 개략도이다.
도 7a-7d는 본 개시내용의 또 다른 대표적인 실시예에 따른, 주물을 2개의 컨베이어 체인 사이에서 전달하는 시스템의 개략도이다.
본 기술분야의 통상의 기술자라면 통상적인 관례에 따라, 위에 설명된 도면의 다양한 특징부 및 요소가 일정한 비율로 작성되지 않아도 된다는 것, 그리고 다양한 특징부 및 요소의 치수는 본 명세서에 설명된 본 개시내용의 실시예를 더 명확하게 도시하도록 확대 또는 축소될 수 있다는 것을 인식 및 이해할 것이다.

본 개시내용은 고압 다이 캐스트 제조 공정에서 형성되는 알루미늄 합금 구성요소를 포함하지만 그에 제한되지 않는, 주조된 알루미늄 합금 구성요소, 또는 주물을 열처리하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 아래에 설명되는 바와 같이, 상기 시스템 및 방법은 유사한 주조된 알루미늄 합금 구성요소를 열처리하는 다른 시스템 및 방법에 비해 여러 가지의 중요한 이점 및 이익을 제공할 수 있다. 그러나, 언급된 이점은 결코 제한적인 것으로 의도되지 않는데, 본 기술분야의 통상의 기술자라면 다른 이점이 또한 본 개시내용을 실시할 때에 실현될 수 있다는 것을 이해할 것이기 때문이다.

또한, 관련 기술분야의 통상의 기술자라면 변화가 여전히 유리한 결과를 획득하면서 설명된 실시예에 대해 행해질 수 있다는 것을 인식할 것이다. 설명된 실시예의 이점 및 이익 중 일부가 실시예의 특징 중 일부를 다른 특징을 이용하지 않으면서 선택함으로써 획득될 수 있다는 것, 그리고 하나의 실시예로부터의 특징이 임의의 적절한 조합으로 다른 실시예로부터의 특징과 조합될 수 있다는 것이 또한 명백할 것이다. 예를 들어, 방법 실시예의 임의의 개별적인 또는 집합적인 특징이 장치, 제품 또는 시스템 실시예에 적용될 수 있고, 그 역도 또한 같다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 기술자라면 설명된 실시예에 대한 많은 변형 및 변화가 있을 수 있고, 심지어 특정 상황에서는 바람직할 수 있다는 것, 그리고 본 개시내용의 일부라는 것을 인식할 것이다. 따라서, 본 개시내용은 실시예의 제한이 아니라 그 원리의 예시로서 제공되는데, 본 발명의 범주가 청구범위에 의해 한정되어야 하기 때문이다.

동일한 부품이 여러 개의 도면에 걸쳐 동일한 도면 부호로 식별되는, 도면을 이제부터 더 상세하게 참조하면, 도 1은 본 개시내용의 하나의 대표적인 실시예에 따른, 열처리 공정 또는 방법(10) 중에 알루미늄 합금 주물에 의해 경험되는 온도(12)의 온도 대 시간 그래프이다. 주물은 일반적으로 실리콘 구성성분, 구리, 마그네슘, 망간, 니켈, 철, 아연 등과 같은, 하나 이상의 추가의 주요 금속 합금 구성성분, 그리고 납, 주석, 크롬, 및 티타늄을 포함하지만 그에 제한되지 않는, 더 작은 비율의 다양한 다른 금속 합금 구성성분과 결합되는 알루미늄을 포함하는 알루미늄 합금으로부터 형성된다. 예를 들어, 일부의 통상적인 알루미늄 합금에서, 실리콘 구성성분은 알루미늄 합금의 약 6 중량% 내지 약 20 중량%를 차지할 수 있고, 구리 구성성분은 알루미늄 합금의 약 0.5 중량% 내지 약 5 중량%를 차지할 수 있고, 마그네슘 구성성분은 알루미늄 합금의 약 0.4 중량% 내지 약 0.8 중량%를 차지할 수 있다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해되는 바와 같이, 중량이 가볍고, 강도가 높고, 연성인(즉, 양호한 신장 특성을 갖는) 알루미늄 합금을 형성하도록 알루미늄과 결합될 수 있는 위의 금속 합금 구성성분의 광범위한 조합이 존재한다. 결국, 이들 합금은 자동차 및 운송 산업에서 넓은 적용분야를 찾을 수 있는 구조 구성요소를 제조하는 데 유용할 수 있다.

또한, 일 양태에서, 합금 구성성분은 실리콘 및 구리와 같은, 상대적으로 낮은 용체화 온도 범위를 갖는 것, 그리고 마그네슘 및 망간과 같은, 상대적으로 높은 용체화 온도를 갖는 것으로 분할될 수 있다. 구체적으로, 실리콘의 경우에, 실리콘 구성성분에 대한 용체화 온도의 범위는 합금에 따라, 상당히 크고 약간 가변적일 수 있고, 이때에 낮은 수준의 실리콘 용체화는 440℃ 내지 470℃보다 낮은 온도에서 일어나고, 가속 속도의 실리콘 용체화는 470℃ 내지 490℃보다 높은 온도에서 일어난다. 또한, 합금에 따라, 구리 구성성분은 일부 실시예에서 실리콘 용체화 온도의 범위 근처에 있거나 심지어 그에 의해 중첩되는 용체화 온도의 범위(일반적으로, 475℃ 내지 495℃)를 가질 수 있고, 한편 마그네슘 구성성분 및 망간 구성성분은 일반적으로 490℃로부터 540℃까지 연장하는 용체화 온도의 범위를 가질 수 있다.

위에 논의된 바와 같이, 주조된 알루미늄 합금 구성요소는 용융된 금속이 고압으로 그리고 고속 또는 게이트 속도로 몰드 또는 다이 내로 주입되는 고압 다이 캐스팅(HPDC) 공정을 통해 형성될 수 있다. 제조 속도를 증가시키고 비용을 감소시키지만, HPDC 공정은 전형적으로 저압 다이 캐스팅(low pressure die casting)(LPDC), 샌드/SPM 주조, 또는 고진공 다이 캐스팅(high vacuum die casting)(HVDC) 공정으로부터 형성되는 알루미늄 합금 구성요소보다 높은 함량의 용해 또는 연행 가스를 함유하는 주물을 발생시킨다. 본 명세서에 전체적으로 참조로 포함되는, 럼리(Lumley) 등에게 허여된 미국 특허 제8,409,374호는 증가된 가스 함량이 일반적으로 주조 후의 부품에 적용되어 그 기계적 성질을 개선하는 용체화 열처리 중에, 표면 블리스터링(blistering) 및 치수 안정성과 같은, 가스 공극-기반 결함의 발생으로 이어질 수 있는 것으로 가정한다. 주물이 계속하여 긴 시간 동안 더 높은 용체화 온도에 있는 경우에 과도한 폐기율을 발생시킬 수 있는 것이 이러한 바람직하지 않은 가스 공극의 팽창이다.

결국, 가열 시간을 포함하는, HPDC 알루미늄 합금 구성요소를 요구된 [합금] 용체화 처리 온도까지 열처리하는 지속시간이 이전에 고려된 것보다 훨씬 짧아야 한다는 것, 그리고 용체화 처리 상태가 실질적으로 비-등온 상태에(즉, 일정하지 않은 온도로) 있어야 한다는 것이 럼리 특허에서 제시되었다. 등온 용체화 처리에서(즉, 일정한 용체화 처리 온도에서) 주물에 의해 소비되는 시간이 특정 온도 범위 내에서 소비되는 시간 그리고 ?칭 전에 도달한 최종 온도보다 덜 중요하다는 것이 추가로 제시되었다.

특정 온도 범위 내에서 주물에 의해 소비되는 시간을 제한함으로써 높은 폐기율을 피하는 럼리 특허에 기재되는 개념이 실제로 관찰될 수 있지만, 럼리 특허에 의해 제시된 것들을 뛰어넘는, HDPC 알루미늄 합금 부품을 위한 개선된 기계적 성질이 하나 이상의 합금 금속 용체화 온도 근처에 또는 그 위에 있는 하나 이상의 실질적인 등온 부분을 포함하는 용체화 열처리 공정의 더 엄격한 제어를 통해 성취될 수 있다는 것이 본 발명자에 의해 추가로 밝혀졌다.

예를 들어, 그리고 어떤 특정 이론에 구속되지 않으면, 주물 내에서의 내부 공극 또는 가스 기포의 형성 또는 팽창으로 이어지는 내부 "공극-형성(pore-making)" 과정은 주물이 실리콘 용체화 온도에 도달하거나 그를 초과함에 따라 알루미늄 합금의 실리콘 구성성분이 고용체로 진입됨으로써 시작된다는 것이 본 발명자에 의해 고려된다. 실리콘이 용체로 진입됨에 따라, 실리콘 입자의 크기는 실리콘 입자의 전체 숫자가 많아지는 것으로 보임에 따라 수축하는 것으로 보이고, 그에 의해 주물 내의 연행 가스가 재료 전체에 걸쳐 이동하게 한다. 그러나, 결국, 이러한 경향은 더 작은 실리콘 입자가 더 큰 입자로 함께 커져 가스의 이동을 방해 또는 차단함에 따라 역전된다. 연행 공기는 이어서 기포 또는 공극으로 함께 결합하여 주물이 상승된 온도로 유지되기만 하면 계속하여 커질 것이다. 체크되지 않고 방치되면, 표면 근처의 팽창된 기포 또는 공극은 블리스터로서 표면을 통해 파열될 수 있고, 한편 주물 내부의 팽창된 기포 또는 공극은 치수 왜곡을 유발할 수 있다.

실리콘 구성성분의 용체화 온도의 범위가 마그네슘 및 망간과 같은, 금속 합금 구성성분 중 적어도 하나의 용체화 온도의 범위보다 상당히 작기 때문에, 기계적 성질의 요구된 개선을 궁극적으로 발생시키는 알루미늄 합금의 용체화 열처리는 "공극-형성" 과정이 시작되고 나서 한참 후, 주물이 최고 합금 금속 용체화 온도까지 가열된 후에야 시작될 수 있다는 것이 추가로 이론화된다. 더 낮은 범위의 실리콘 용체화 온도와 더 높은 범위의 합금 금속 용체화 온도 사이의 차이를 인식 및 고려함으로써, 본 발명자는 이러한 차이를 인식하지 못한 HPDC 알루미늄 합금 부품을 위한 기존의 열처리에 비해 특히 유리할 수 있는 주조된 알루미늄 합금 구성요소를 열처리하는 방법 및 공정(및 관련 시스템)을 개발하였다. 예를 들어, ?칭 전의, 실리콘 구성성분의 상대적으로 낮은 용체화 온도 및 금속 합금 구성성분의 상대적으로 높은 용체화 온도 둘 모두 위에서 주물에 의해 소비되는 시간은 우수한 기계적 성질을 갖는 주조된 알루미늄 합금 구성요소를 제조할 때에 감소된 폐기율을 갖도록 제어될 수 있고, 이때에 주물은 연행 가스의 팽창된 기포의 형성으로부터 기인할 수 있었던 치수 왜곡의 상당한 감소를 갖는다.

도 1에 도시된 바와 같이, 주조된 알루미늄 합금 구성요소, 또는 주물을 열처리하는 일 실시예의 방법(10)은 일반적으로 실리콘 구성성분에 대한 알려진 용체화 온도, 또는 적어도 실리콘 구성성분의 용체화가 가속되는 실리콘 용체화 온도의 양호한 근사치, 그리고 또한 금속 합금 구성성분의 용체화 온도에 대한 알려진 또는 양호한 근사치를 갖는 알루미늄 합금으로부터 형성되는 주조된 구성요소와 관련된다. 위에 언급된 바와 같이, 용체화 온도는 별개의 용체화 온도 수치로서 또는, 아마도, 용체화 온도 수치의 범위로서 식별될 수 있다. 용체화 온도가 알려진 또는 근사치 범위로서 한정되는 상황에서, 일 양태에서, 식별된 또는 "미리 결정된" 용체화 온도가 잠재적인 사용자에게 최대 관심사인 그 범위에 대한 경계 수치일 수 있다. 예를 들어, 실리콘 구성성분에 대한 용체화 온도의 특정 범위에서, 그 범위에 대한 하부 경계가 최대 관심 수치일 수 있고, 미리 결정된 실리콘 용체화 온도(14)로서 무난하게 식별될 수 있다. 이것은 주조 온도가 미리 결정된 실리콘 용체화 온도(14) 위로 의도적으로 상승된 후에야 실리콘 구성성분의 용체화가 실질적으로 억제되지 않는 것을 보증할 수 있다.

대안으로서, 특정 알루미늄 합금에서의 실리콘 용체화 온도의 범위에 대한 상부 경계가 구리와 같은, 더 낮은 온도의 금속 합금 구성성분의 범위와 중첩한다는 것이 인식되면, 상부 경계가 미리 결정된 실리콘 용체화 온도(14)로서 무난하게 식별될 수 있다. 이것은 여전히 실리콘 구성성분의 가속된 용체화를 제한하면서 적어도 제1 가열 스테이지 내에서의 구리 구성성분의 부분적인 용체화를 가능케 한다는 점에서 유리할 수 있다.

반대로, 하나 이상의 금속 합금 구성성분에 대한 용체화 온도의 특정 범위에 대한 상부 경계가 일반적으로 최대 관심 수치일 것이고, 이러한 경우에 그 범위에 대한 상부 경계가 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도(18)로서 무난하게 식별될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 알루미늄 합금의 구리 합금 구성성분에 대한 용체화 온도의 범위는 약 485℃ 내지 약 495℃의 범위 내에 있을 수 있고, 한편 동일한 합금의 마그네슘 합금 구성성분에 대한 용체화 온도의 범위는 약 510℃ 내지 약 530℃의 범위 내에 있을 수 있다. 따라서, 일 양태에서, 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도(18)는 530℃로서 무난하게 식별되고 그에 따라 금속 합금 구성성분의 모두가 그 용체화 온도에 도달하는 것을 보증할 수 있다.

일부 알루미늄 합금의 실리콘 구성성분은 약 420℃에서 서서히, 그러나 주물 내에서의 연행 공기의 이동을 방해하는 커진 실리콘 입자로 빠르게 이어지지 않는 감소된 속도로 용체화되기 시작될 수 있다는 것이 고려되어야 한다. 실리콘 구성성분의 용체화 속도는 이어서 440℃보다 높은, 예컨대 470℃ 내지 490℃의 주조 온도에서 빠르게 증가할 수 있고 그에 따라 주물이 이러한 주조 온도의 범위 내로 진입하면, 실리콘 구성성분의 상당한 부분이 짧은 시간 내에 고용체로 진입하고, 그에 따라 위에 설명된 실리콘 입자 크기 감소 및 후속적인 성장의 과정을 전면적으로 개시할 것이다. 아래에 기재되는 이유로, 미리 결정된 실리콘 용체화 온도(14)는 일반적으로 실리콘 구성성분의 가속된 용체화 속도와 관련되는 온도의 범위보다 약간 낮은 또는 그 내에 있는 주조 온도(예를 들어, 440℃ 내지 470℃)로 설정될 것이지만, 여전히 감소된 속도로의 실리콘 구성성분의 용체화의 시작과 관련되는 주조 온도 위에 있을 수 있다.

그러나, 야금 기술분야는 실제로 정확한 수치 또는 명확한 측정치에 항상 적합한 것은 아니고, 그에 따라 용체화 온도 중 하나 이상에 대한 온도 수치의 범위라도 높은 정확도로 알려지지 않을 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다. 따라서, 다른 양태에서, 미리 결정된 용체화 온도는 용체화 온도 수치의 그 범위에 대한, 평균 또는 중앙 수치와 같은, 중간 수치일 수 있다. 또한, 특정 알루미늄 합금의 미리 결정된 용체화 온도(14, 18)는 이전의 경험을 통해, 또는 제조 사이클 중의 진행 중인 품질 제어 및 평가를 통해, 그리고 또한 미리 결정된 용체화 온도(14, 18)의 후속적인 조정으로써, 예를 들어, 실험실에서 식별되고 그에 따라 특정 알루미늄 합금을 위한, 특정 타입의 주물을 위한, 또는 둘 모두를 위한 열처리 방법을 추가로 개선할 수 있다는 것이 고려되어야 한다.

실시예에서, 알루미늄 합금이 구리 및 마그네슘 둘 모두와 같은, 상당량의 2개 이상의 금속 합금 구성성분을 가질 때, 금속 합금 구성성분의 조합은 종종 별개로 취해질 때의 각각의 금속 합금 구성성분에 대한 합금 금속 용체화 온도의 범위와 상이한 조합된 합금 금속 용체화 온도의 범위를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 구리 및 마그네슘 합금 구성성분을 갖는 알루미늄 합금의 합금 구성요소에 대한 용체화 온도의 범위는 약 490℃ 내지 약 515℃의 범위 내에 있을 수 있고, 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도(18)는 515℃로서 식별될 수 있다. 다양한 금속 합금 구성성분이 고용체로 진입되는 주조 온도의 범위가 여전히 분명하고 상이한 다른 경우에, 일 양태에서, 합금 금속 용체화 온도의 범위 내의 단일 최대 수치가 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도(18)로서 식별될 수 있다. 대안으로서, 위에 설명된 바와 같이, 합금 금속 용체화 온도의 범위 내의 중간 수치가 또한 사용될 수 있다.

실리콘 용체화 온도 및 합금 금속 용체화 온도 둘 모두에 대한 수치 또는 범위는 알루미늄 합금의 조성 그리고 또한 상이한 다양한 금속 구성성분의 존재 그리고 그 중량%를 포함하지만 그에 제한되지 않는 조건에 따라 변할 수 있다는 것이 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 그에 따라 이해될 것이다. 따라서, 본 개시내용의 열처리 방법(10)은 알루미늄 합금의 실리콘 구성성분이 금속 합금 구성성분보다 낮은 온도에서, 그에 따라 조기에 고용체로 전이한다는 원리에 기초하는 각각의 합금에 대한 맞춤형 주조 온도 프로파일(12)을 포함할 수 있다.

도 1을 계속하여 참조하면, 열처리 방법(10)은 일반적으로 3개의 별개의 가열 세그먼트 또는 스테이지, 즉 제1 가열 스테이지(20), 제2 가열 스테이지(30), 및 ?칭 스테이지(40)를 포함한다. 제1 가열 스테이지(20)는 하나 이상의 주물이 퍼니스 내로 진입할 때로부터 하나 이상의 주물이 초기 주조 온도(21)로부터 미리 결정된 실리콘 용체화 온도(14)(그 위에서 실리콘 구성성분의 실질적인 또는 가속된 용체화가 있음) 근처에 있지만, 미리 결정된 실리콘 용체화 온도(14)에 도달하거나 그를 초과하지 않는 제1 주조 온도(25)까지 가열될 때까지의 제1 시간(t1)(24)을 포함한다. 일 양태에서, 예를 들어, 제1 주조 온도(25)는 미리 결정된 실리콘 용체화 온도(14)보다 약 5℃ 내지 약 10℃만큼 낮고 그에 따라 실리콘 구성성분이 주물의 어떠한 부분에서도 이러한 온도에 도달하지 않는 것을 보증할 수 있지만, 여전히 주물이 제2 가열 스테이지(30) 내로의 진입 시에 미리 결정된 실리콘 용체화 온도(14)를 초과하는 온도까지, 수 초 내에, 빠르게 가열될 수 있을 정도로 미리 결정된 실리콘 용체화 온도(14)에 충분히 가깝다. 다른 양태에서, 예컨대 실리콘 용체화 온도(14)가 정확하게 알려지고 열처리 공정(10)이 엄격하게 제어될 수 있을 때, 제1 주조 온도(25)는 미리 결정된 실리콘 용체화 온도(14)보다 2℃ 내지 5℃만큼 낮을 수 있다. 또한, 제1 주조 온도(25)와 미리 결정된 실리콘 용체화 온도(14) 사이의 온도차는 초기에 약 10℃일 수 있지만, 온도차에 대한 다른 수치가, 10℃보다 높거나 낮은 것과 무관하게, 또한 가능하고, 본 개시내용의 범주의 양태 내에 속하는 것으로 간주된다는 것이 이해되어야 한다.

제1 가열 스테이지(20) 내에서의 시간(t1)(24) 그리고 주물의 가열 속도(22)(또는, 대안으로서, 가열 속도(23)) 둘 모두는 상이한 실시예의 열처리 방법(10) 사이에서 상당히 변할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 참조 목적을 위해, 제1 가열 속도(22)의 상승량/진행시간은 ℃/분으로서 규정되고, 순간 가열 속도로서 또는, 예를 들어, 제1 가열 스테이지(20)의 전체 또는 제1 가열 스테이지(20)의 단지 일부와 같은, 특정 시간 중의 평균 가열 속도로서 적용될 수 있다. 시간(t1) 및/또는 제1 가열 속도(22)에 영향을 미치는 인자는 퍼니스의 타입 및 구성, 주물이 퍼니스 내로 최초로 진입할 때의 주물의 초기 온도(21), 주물의 두께 및/또는 노출된 표면적, 주물의 트레이 내의 주물의 개수 등을 포함할 수 있다.

예를 들어, 일부 실시예에서, 주물은 엔진 블록을 위한 주물과 같이, 상당히 두꺼울 수 있고, 두꺼운 주물의 재료의 모두가 제2 가열 스테이지(30) 내로 진입하기 전에 제1 주조 온도(25)에 도달하는 것이 일반적으로 바람직하다. 다른 실시예에서, 주물의 배치(batch)가 개별 주물에 대한 열 유체의 유동을 생성하기에 충분히 큰 밀도인 구성으로 주물의 트레이 또는 랙(rack) 내로 적재될 수 있고, 배치 내의 주물의 모두가 제2 가열 스테이지(30) 내로 진입하기 전에 제1 주조 온도(25)에 도달하는 것이 또한 바람직하다. 주물의 모든 부분에 대한, 또는 트레이 또는 랙 내에 적재되는 주물의 모두에 대한 제1 주조 온도(25)에 도달할 때의 큰 균일성은 주물이 제1 가열 스테이지(20)의 종료부를 향해 가면서 수 분(예컨대, 2-5분 또는 더 긴 시간) 동안 제1 주조 온도(25)에서 열을 흡수하게 하여 열이 주물 전체에 걸쳐 고르게 분배되게 하기에 충분한 시간을 제공함으로써 성취될 수 있다. 더욱이, 제1 주조 온도(25)가 미리 결정된 실리콘 용체화 온도(14)보다 충분히 낮은 것을 보증함으로써, 이러한 처리의 균일성은 실리콘 구성성분의 실질적인 용체화에 대한 걱정 없이 달성될 수 있다.

도 1의 주조 온도 라인(12)에 의해 도시된 바와 같이, 일 양태에서, 주물은 제1 가열 스테이지(20)의 대부분에 걸쳐 거의 일정한 제1 가열 속도(22)로 가열될 수 있고, 주물이 의도된 제1 주조 온도(25)에 접근함에 따라 제1 가열 스테이지의 종료부를 향해 가면서 가열 속도의 점진적인 감소(tapering)가 이어진다. 이러한 기술은 열처리 공정의 더 양호한 제어를 제공하고 그에 따라 주물이 계속하여 제1 가열 스테이지(20) 내에 있는 동안 주물의 온도가 제1 주조 온도(25)를 의도하지 않게 초과하여 미리 결정된 실리콘 용체화 온도(14)에 침입 또는 도달하고, 그에 의해 위에 설명된 공극-형성 과정을 조기에 촉발하는 일이 없도록 하는 것을 보증할 수 있다.

대안으로서, 대안의 제1 스테이지 온도 라인(13)에 의해 도시된 바와 같이, 다른 양태에서, 퍼니스의 제1 가열 스테이지는 제1 주조 온도(25) 이상인 비교적 일정한 제1 스테이지 온도로 유지될 수 있다. 이러한 방식으로, 주물 내로의 열의 유동, 그리고 그에 따라 제1 가열 속도(23)는 주물이 제1 스테이지 온도와의 열 평형 상태에 서서히 접근함에 따라 제1 가열 스테이지(20) 전체에 걸쳐 연속적으로 감소한다. 제1 스테이지 온도가 제1 주조 온도(25)보다 높은 실시예에서, 퍼니스를 통한 주물의 이동은 주물이 제1 주조 온도(25)에 도달하고 제1 스테이지 온도와의 열 평형 상태에 도달하기 전에 제1 가열 스테이지(20)로부터 유출되도록 시간조정될 수 있다. 제1 스테이지 온도가 제1 주조 온도(25)와 동일한 실시예에서, 제1 가열 스테이지(20) 내에서의 주물의 시간(t1)(24)은 주물이 제1 가열 스테이지(20)로부터 유출되기 전에 제1 주조 온도(25)에서 열 평형 상태에 도달할 수 있도록 연장될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 주물은 부여된 열을 용이하게 수용 및 분배하는 더 큰 비율의 노출된 표면적을 갖고, 그에 따라 각각의 주물은 훨씬 더 짧은 시간 내에 제1 주조 온도(25)에서 열 평형 상태에 도달하고, 이러한 경우에 열 흡수 시간이 감소되거나 없어질 수 있는 이격된 얇은-벽형 구조체일 수 있다.

따라서, 도 1에 도시된 주조 온도 라인(12) 및 대안의 주조 온도 라인(13) 둘 모두의 검토 시, 제1 주조 온도(25)에 도달하는 구체적인 경로는 미리 결정된 실리콘 용체화 온도(14)에 대한 제1 주조 온도(25)의 수치, 또는 주물이 제1 가열 스테이지(20) 내에서 열을 흡수하여 균일한 온도에 도달하여야 하는 시간보다 덜 중요하다.

따라서, 일 양태에서, 제1 가열 스테이지는 미리 결정된 실리콘 용체화 온도(14)보다 10℃ 미만만큼 낮은 제1 스테이지 온도로 유지될 수 있다. 또 다른 양태에서, 제1 가열 스테이지(20)는 미리 결정된 실리콘 용체화 온도(14)보다 높은 제1 스테이지 온도로 유지되고, 그에 따라 제1 가열 스테이지(20) 전체에 걸친 제1 가열 속도(22)의 증가를 제1 가열 스테이지의 시간(t1)(24)의 대응하는 감소와 함께 제공할 수 있고, 제1 가열 스테이지(20)를 통한 주물의 이동의 정확한 제어를 추가로 포함하고 그에 따라 주물이 미리 결정된 실리콘 용체화 온도(14)에 도달하기 전에 제1 가열 스테이지(20)로부터 유출되는 것을 보증할 수 있다.

제1 가열 스테이지(20)의 종료부에서 제1 주조 온도(25)에 도달할 때, 주물은 이어서 일반적으로 제2 가열 스테이지(30) 내로의 주물의 진입으로부터 그 유출 그리고 ?치 스테이지(40) 내로의 이동까지 연장하는 제2 시간(t2)(34)을 포함하는 열처리 공정(10)의 제2 가열 스테이지(30) 내로 전이 또는 이동할 수 있다. 제2 가열 스테이지(30) 내로의 진입 시, 주물 내로의 열 입력이 즉시 또는 예리하게 증가되어 주물의 온도를 제1 주조 온도(25)로부터 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도(18)보다 높거나 그와 거의 동일한 제2 주조 온도(35)까지 빠르게 상승시킬 수 있다. 일 양태에서, 주물은 이어서 공정(10)의 실질적인 등온(즉, 일정한 온도) 부분(37)에서 제2 가열 스테이지(30)의 시간(t2)(34)의 잔여 시간 동안 제2 주조 온도(35)로 유지될 수 있다. 주물을 제2 가열 스테이지(30) 내로의 진입 후에 제1 주조 온도(25)로부터 제2 주조 온도(35)까지 가열하는 데 걸리는 시간에 따라, 제2 주조 온도(35)에서의 열처리 공정(10)의 실질적인 등온 부분(37)은 바람직하게는 약 10분 내지 약 20분의 범위 내에 있을 수 있다. 그럼에도 불구하고, 10분 미만의 시간, 예컨대 5분 내지 2분의 시간인 실질적인 등온 부분(37)이 또한 가능하고, 본 개시내용의 범주 내에 속하는 것으로 간주된다.

본 개시내용의 또 다른 양태(도시되지 않음)에서, 주물은 제2 주조 온도(35)에 도달한 직후에 ?칭될 수 있다. 따라서, 이러한 실시예에서, 주조 온도의 유일한 등온 부분은 제1 가열 스테이지(20)의 종료부 근처의 그리고 제2 가열 스테이지(30) 내로 진입하기 전의 제1 주조 온도(25)에서의 열 흡수 시간이고, 그에 따라 주물의 모두 또는 주물의 일부가 제2 가열 스테이지 내에서의 증가된 열 입력에 노출되기 전에 제1 주조 온도에 도달할 수 있다.

일 양태에서, 제2 주조 온도(35)는 금속 합금 구성성분의 미리 결정된 용체화 온도(18)보다 약 5℃ 내지 10℃만큼 높고, 그에 따라 주물의 모든 부분 내의 금속 합금 구성성분이 합금 금속 용체화 온도에 도달하거나 그를 초과하여 고용체로 진입하지만, 불리한 부작용으로 이어질 수 있는 방식으로 합금 금속 용체화 온도를 과도하게 초과하지 않는 것을 보증할 수 있다. 다른 양태에서, 예컨대 합금 금속 용체화 온도가 정확하게 알려지고 열처리 공정(10)이 엄격하게 제어될 수 있을 때, 제2 주조 온도(35)는 금속 합금 구성성분의 미리 결정된 용체화 온도(18)보다 5℃ 이하만큼 높을 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 제2 가열 스테이지(30) 내에서의 주물의 가열은 제2 가열 스테이지(30) 내로 진입하기 직전에 제1 가열 스테이지(20) 내에서 주물에 부여되는 가열 속도에 비해 예리하게 증가되는 초기의 제2 가열 속도(32), 또는 열 입력의 속도와 관련될 수 있다. 이것은 제2 주조 온도(35)로의 주물의 온도의 계단형 증가를 짧은 시간 내에 발생시킬 수 있고, 이때에 주물의 온도(12)는 제2 가열 스테이지(30) 내로 진입하고 나서 수 초 내에 미리 결정된 실리콘 용체화 온도(14)에 도달한다. 예를 들어, 전형적으로 주물이 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도(18)에 도달하는 데 초기 또는 제2 가열 속도(32)로는 3분 내지 5분이 걸릴 수 있지만, 주물의 온도는 그럼에도 불구하고 제2 가열 스테이지(30) 내로 진입한 직후에 미리 결정된 실리콘 용체화 온도(14)에 도달하여 그를 초과할 수 있다. 실제로, 그리고 특별히, 제1 가열 스테이지(20)의 종료부에서의 제1 주조 온도(25)가 미리 결정된 실리콘 용체화 온도(14)의 몇 도 이내에 있는 경우에, 주물의 온도는 제2 가열 스테이지(30) 내로 진입하고 나서 60초 이하 내에 미리 결정된 실리콘 용체화 온도(14)에 도달하여 그를 초과할 수 있다. 따라서, 일 양태에서, 주물이 미리 결정된 실리콘 용체화 온도(14) 위에서 소비하는 시간은 제2 가열 스테이지(30) 내에서 소비되는 시간(t2)과 거의 동일할 수 있고, 이러한 특징은 후속의 계산을 단순화하는 데 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 퍼니스의 제2 가열 스테이지(30)는 제1 스테이지 온도보다 높은 거의 일정한 제2 스테이지 온도로 유지되고, 그에 의해 제2 가열 스테이지(30)의 적어도 제1 부분 동안 주물 내로의 열 입력의 속도를 증가시킬 수 있다. 따라서, 일 양태에서, 주물의 온도를 제2 주조 온도(35)까지 빠르게 상승시키는 데 필요한 추가의 열 입력은 추가의 열을 주물 상으로 유도하여 초기의 제2 가열 속도(32)에 대한 증가를 제공할 수 있는, 유도식 히터 또는 고유동 고온 공기 노즐과 같은, 추가의 가열 장치에 의해 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 예를 들어, 주물은 제2 스테이지 내로 진입하고 나서 5분 이하 내에 제2 주조 온도의 5℃ 이내까지 가열될 수 있다. 더욱이, 추가의 가열 장치는 주물의 온도를 퍼니스의 제2 가열 스테이지 부분 내에서 전체의 제2 스테이지 온도를 실질적으로 상승시키지 않으면서 짧은 시간 내에 제2 주조 온도(35)까지 상승시키도록 구성될 수 있다.

주물이 공정(10)의 실질적인 등온 부분(37)과 관련되는 제2 주조 온도(35)에 도달하면, 제2 스테이지 온도는 제2 가열 스테이지(30)의 시간(t2)(34)의 잔여 시간 동안 주물로부터 멀어지는 방향으로의 열의 유동을 방지할 수 있다. 일 양태에서, 제2 스테이지 온도는 제2 주조 온도(35)와 거의 동일할 수 있고, 한편 다른 양태에서, 제2 스테이지 온도는 제2 주조 온도(35)보다 약간 높고 그에 따라 주물의 온도는 제2 가열 스테이지의 잔여 시간 중에 약간, 그러나 전형적으로 작은 양으로만 계속하여 상승할 수 있는데, 제2 가열 스테이지의 잔여 시간이 비교적 짧기 때문이다. 일 실시예에서, 제2 스테이지 온도는 적어도 하나의 금속 합금 구성성분이 고용체로 급속하게 진입하는 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도(18)보다 약 10℃ 이하만큼 높을 수 있다.

주물이 금속 합금 구성성분의 미리 결정된 용체화 온도(18) 이상에서 소비하는 시간(t3)(36)을, 제2 가열 스테이지(30) 내로 진입할 때로부터 ?치 스테이지(40) 내로 진입할 때까지 측정될 때의, 제2 가열 스테이지(30)의 전체의 시간(t2)(34)과 비교할 때, 합금 금속 용체화 온도(18)에서의 주물의 (t3)/(t2) 시간 비율은 50% 이상일 수 있다. 이러한 시간 비율은 또한 처리-시간 비율로서 알려져 있을 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해되는 바와 같이, 처리-시간 비율은 실리콘 구성성분이 고용체로 급속하게 진입하는 실리콘 용체화 온도 이상에 있는 것에 추가하여, 금속 합금 구성성분이 고용체로 급속하게 진입하는 합금 금속 용체화 온도 이상에 있는 용체화 열처리에서 주물이 소비하는 시간의 실제 비율의 양호한 근사치일 수 있다. 본 개시내용에 의해 제공되는 처리-시간 비율은 기존에 알려지고 본 기술분야에서 실시되는 HPDC 주물에 대한 용체화 열처리 방법에 비해 상당히 증가될 수 있다는 것이 또한 이해될 것이다.

실제로, 미리 결정된 실리콘 용체화 온도(14)와 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도(18) 사이의 그리고 제1 주조 온도(25)와 미리 결정된 실리콘 용체화 온도(14) 사이의 온도차, 그리고 또한 퍼니스의 구성에 따라, 일부 실시예에서, 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도(18) 이상에서의 주물의 (t3)/(t2) 처리-시간 비율은 60% 초과, 70% 초과, 또는 심지어 80% 초과일 수 있다는 것이 고려되어야 한다. 예를 들어, 특정 합금에 대한 (t2) 수치가 18분으로 제한되고 그에 따라 높은 비율의 주물에서의 블리스터링 및/또는 치수 왜곡의 발현을 피한다는 것이 밝혀졌다면, 75%의 (t3)/(t2) 처리-시간 비율은 주물이 약 13.5분 동안 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도 이상으로 유지되는 것을 보증할 수 있다. 이러한 방식으로, 주물은 실리콘 용체화 온도 이상에서 소비되는 시간을 제한함으로써 공극-기반 결함의 불리한 영향을 피하면서 합금 금속 용체화 열처리의 유리한 영향의 상당한 증가를 회득할 수 있다.

주물을 제1 가열 스테이지(20) 내에서 미리 결정된 실리콘 용체화 온도(14) 근처에 있지만, 미리 결정된 실리콘 용체화 온도(14)에 도달하거나 그를 초과하지 않는 제1 주조 온도(25)까지 가열하는 것은 제2 가열 스테이지(30) 내의 가열 요건을 감소시키는 것, 그리고 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도(18)에 도달하는 데 필요한 시간을 감소시키는 것 둘 모두에 유리할 수 있는데, 주물이 제2 가열 스테이지(30) 내에서 제2 주조 온도(35)까지 가열되기 때문이라는 것이 그에 따라 이해될 것이다.

또한, 그리고 위에 논의된 바와 같이, 주물을 긴 시간 동안 제1 주조 온도(25)로 유지하는 것은 주물의 모두 또는 주물의 일부가 제2 가열 스테이지(30) 내에서의 증가된 열 입력에 노출되기 전에 제1 주조 온도(25)에 도달하는 것을 보증할 수 있다는 점에서 유리하다. 이러한 방식으로, 열 평형 지점이 열처리 공정 내의 중간지점에 성립되어 완성된 주물의 균일성 및 일관성을 개선하도록 동작할 수 있다. 또한, 제1 가열 스테이지(20)에는 제2 가열 스테이지(30)에 있는 것과 같은 시간의 제한이 없으므로, 제1 가열 스테이지(20)의 시간(24)은 필요한 만큼 길게(예를 들어, 15분 내지 20분 이상까지) 연장되고 그에 따라 주물 또는 주물의 배치 내에서의 실질적인 열 평형 상태를 성립시킬 수 있다.

제2 가열 스테이지(30)의 종료부에 도달할 때, 주물은 이어서 주물이 제2 주조 온도(35)로부터 대체로 250℃ 미만이지만 여전히 주변 온도보다 상당히 높은 ?칭된 온도(45)까지 빠르게 냉각되는 열처리 공정(10)의 ?치 스테이지(40) 내로 전이 또는 이동할 수 있다. ?치 스테이지(40)는 일반적으로 액체 분무 냉각 시스템, 강제 공기 또는 가스 냉각 시스템, 액체 침지 냉각 시스템, 또는 위의 시스템의 조합을 포함한다. ?치 스테이지(40) 중, 주물은 일반적으로 1분 내지 약 5분의 범위 내에 있는 시간(t4)(44) 동안 냉각 속도(42)로 냉각될 수 있다. ?치 스테이지(40)의 완료 후, 주물은 주변부로 이동되어 냉각 및 자연 시효처리되게 되고 그에 따라 T4 템퍼를 성취할 수 있거나, 별개의 온도 제어 챔버(도시되지 않지만 본 기술분야의 통상의 기술자에게 공지되어 있음)로 이동되어 미리 결정된 시간 동안 상승된 온도에서 인공 시효처리를 하고 그에 따라 T6 템퍼를 성취할 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해되는 바와 같이, 다른 ?칭 및 시효처리 프로토콜이 또한 가능하고, 본 개시내용의 범주 내에 속하는 것으로 간주된다.

또한 도 1에서 관찰가능한 바와 같이, 주물은 제1 가열 스테이지(20)와 제2 가열 스테이지(30) 사이에서 전이할 때에 제1 전이 영역(29)을 통해, 그리고 이어서 다시 제2 가열 스테이지(30)와 ?치 스테이지(40) 사이에서는 제2 전이 영역(39)을 통해 진행할 수 있다. 제2 전이 영역(39)은 전형적으로 퍼니스 내부측으로부터 퍼니스 외부측에 위치되는 ?치 스테이션으로의, 예컨대 퍼니스의 출구 단부에 있는 유출 도어를 통한 주물의 물리적인 이동을 포함할 것이다. 그러나, 제1 가열 스테이지(20)와 제2 가열 스테이지(30) 사이의 제1 전이 영역(29)은 전형적으로 열처리를 수행하는 데 사용되는 퍼니스의 타입에 따라, 물리적인 배리어를 통한 이동 또는 가열 속도의 증가를 포함할 수 있다. 예를 들어, 주물을 컨베이어 시스템 상에서 가열된 내부 체적부를 통해 연속적으로 이동시키는 공정 퍼니스는 2개의 스테이지 사이의 경계를 형성하는 내부 도어를 포함할 수 있다. 대안으로서, 주물을 제자리에서 가열하는 배치 퍼니스는 추가의 히터, 고유동 고온 공기 노즐, 또는 제1 전이 영역을 한정하고 그에 따라 가열 속도를 증가시켜 주물의 온도(12)를 제1 주조 온도(25)로부터 제2 주조 온도(35)까지 빠르게 상승시키도록 작동할 수 있는 유사한 가열 장치를 포함할 수 있다.

도 2는 복수의 HPDC 알루미늄 합금 구성요소가 하나 이상의 컨베이어 시스템 상에서 연속 공정 퍼니스를 통해, 예컨대 도 3 및 4에 개략적으로 도시된 2개의 연속 공정 퍼니스(150, 170) 중 하나를 통해 반송되는 또 다른 대표적인 실시예의 열처리 공정(110)을 도시한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 개시내용에 따른, 일 실시예의 공정 퍼니스(150)는 일반적으로 단열된 포위체(154)를 통해 돌아가는 무단 컨베이어 체인(152)(즉, 병렬 동기식 체인 쌍) 그리고 또한 입구 단부에 있는 유입 도어(156) 및 출구 단부에 있는 유출 도어(158)를 포함할 수 있다. 퍼니스(150)는 퍼니스(150)의 길이를 따라 직렬로 정렬되는 다수의 가열 셀(cell)(160)을 추가로 포함할 수 있고, 이때에 각각의 가열 셀(160)은 셀 내로 연장하고(예를 들어, 포위체(154)의 천장을 통해 하향으로 연장하고), 예를 들어, 히터 유닛 그리고 가열된 공기를 포위체(154) 내로 하향으로 압박하여 컨베이어 체인(152) 내의 개별 체인 사이의 거리에 걸쳐 있는 트레이를 타고 서서히 퍼니스를 통과하는 주물(105)에 충돌시키는 모터 구동 송풍기를 포함하는 히터 조립체(162)를 포함한다. 공정 퍼니스(150)가 퍼니스의 길이를 따라 배열되는 7개의 가열 셀(160)을 갖고 이때에 각각의 가열 셀(160)이 그 자체의 송풍기-기반 히터 조립체(162)를 갖는 것으로 도시하지만, 도 3은 도 2의 열처리 방법(110)을 실시하는 공정 퍼니스(150) 또는 시스템의 하나의 있을 수 있는 구성의 개략도일 뿐이라는 것, 그리고 광범위한 가열 셀 개수 및 배열, 그리고 또한 다양한 상이한 타입의 히터 조립체 및 기술이 또한 가능하고, 본 개시내용의 범주 내에 속하는 것으로 간주된다는 것이 이해될 것이다.

일 양태에서, 공정 퍼니스(150)는 단열된 포위체(154)의 내부를 도 2에 도시된 제1 가열 스테이지(120) 및 제2 가열 스테이지(130)와 일치하는 제1 가열 스테이지(120) 및 제2 가열 스테이지(130)로 분할하는 게이트 또는 중간 도어(164)를 갖는 내부 배리어를 포함할 수 있다. 단일 컨베이어 체인(152)이 스테이지 둘 모두를 통과하여 주물(105)을 일정한 속도로 퍼니스(150)를 통해 반송하므로, 컨베이어 체인(152)의 속도, 퍼니스 포위체(154)의 총 길이, 및 포위체의 길이를 따른 중간 도어(164)의 위치가 제1 가열 스테이지(120)의 시간(t1)(124) 및 제2 가열 스테이지(130)의 시간(t2)(134)을 결정할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 제2 가열 스테이지(130)의 시간(t2)(134)은 일반적으로 25분 내지 30분 이하, 그리고 바람직하게는 20분 이하로 제한되고, 그에 따라 주물(105)이 임의의 공극-기반 결함의 발생 전에 퍼니스(150)로부터 유출되는 것을 보증한다. 결과적으로, 제1 가열 스테이지(120) 내에서 가열 셀(160)에 의해 생성되는 열 출력은 이어서 주물(105)을 요구된 제1 가열 속도(122)로 연속적으로 가열하고 그에 따라 주물(105)이 중간 도어(164)에 도달하기 전에 또는 그와 거의 동시에 주물(105)의 온도(112)가 제1 주조 온도(125)에 도달하도록 조정될 수 있다.

또 다른 양태에서, 제1 가열 스테이지(120)의 온도는 제1 주조 온도(125)로 유지될 수 있고, 시간(t1)(124)은 열 평형 상태가 제1 가열 스테이지(120) 내에서 주물(105)과 가열된 공기 사이에서 점진적으로 성립될 때까지 연장될 수 있다. 이것은 위의 도 1에 도시된 것과 유사하게, 주물이 제1 스테이지 온도와의 열 평형 상태에 서서히 접근함에 따라 제1 가열 스테이지(120) 전체에 걸쳐 연속적으로 감소하는 대안의 가열 속도(123)에 의해 한정되는 대안의 주조 온도 라인(113)을 생성할 수 있다. 제2 가열 스테이지(130)의 온도가 또한 제2 주조 온도(135)로 유지될 수 있지만, 이때에 제2 가열 스테이지(130)의 시작부에서의 추가의 열 입력은 주물을 제2 가열 스테이지(130) 내에서 주물(105)과 가열된 공기 사이의 열 평형 상태로 빠르게 유도한다.

대표적인 실시예의 도 2에 도시된 용체화 열처리 방법(110) 및 도 3에 도시된 용체화 열처리 시스템(150)에서, 주물(105)을 형성하는 특정 알루미늄 합금에 대한 미리 결정된 실리콘 용체화 온도(114)는 약 445℃일 수 있고, 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도(118)는 약 485℃일 수 있다. 따라서, 제1 주조 온도(125)는 약 440℃일 수 있고, 제2 주조 온도(135)는 약 490℃일 수 있고, 주물이 유입 도어(156)를 통해 퍼니스(150) 내로 진입할 때의 주물(105)의 초기 온도(121)는 약 20℃일 수 있다. 이것은 약 420℃의 제1 가열 스테이지 내에서의 온도 상승 및 약 50℃의 제2 가열 스테이지 내에서의 온도 상승을 발생시킨다. 예시적인 목적을 위해, 제2 가열 스테이지(130)의 시간(t2)(134)은 18분으로 설정될 수 있다.

도 3의 대표적인 공정 퍼니스(150)는 7개의 가열 셀(160)을 포함하고, 이때에 중간 도어(164)가 제4 및 제5 가열 셀 사이에 위치된다. 주물(105)이 제2 가열 스테이지를 18분 내에 중간 도어(164)로부터 유출 도어(158)까지 횡단하도록 컨베이어 체인의 속도가 일정한 속도로 설정되면, 주물(105)이 선행하는 4개의 가열 셀(160)을 통해 제1 가열 스테이지(120)를 전이하는 시간(t1)(124)은 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해되는 계산에 기초하여, 약 24분이 된다. 이것은 제1 가열 스테이지(120)의 대부분 중에 약 20℃/분의 평균 제1 가열 속도(122)로 이어질 수 있고, 이때에 가열 속도는 이어서 도 2에 표시된 바와 같이, 주물(105)이 440℃의 제1 주조 온도(125)에 접근함에 따라 실질적으로 점진적으로 감소한다.

주물(105)이 제1 전이 영역(129), 즉 중간 도어(164)를 통해 이동하여 제2 가열 스테이지(130) 내로 진입하면, 약 25℃/분의 초기의 제2 스테이지 가열 속도(132)가 주물에 부여되어 그 온도를 약 3분 내에 490℃의 제2 주조 온도(135)까지 빠르게 상승시킬 수 있고, 이때에 주물이 제2 주조 온도(135)에 접근함에 따라 가열 속도(132)의 약간의 점진적인 감소가 있다. 주물은 이어서 주물이 유출 도어(158)에 도달하여 제2 전이 영역(139)을 통해 이동하고 그에 따라 퍼니스(150)로부터 유출되어 ?칭 스테이지(140)(이때에 ?칭 스테이션은 도 3에 도시되지 않지만 본 기술분야의 통상의 기술자에게 공지되어 있음) 내로 진입할 때까지 제2 가열 스테이지(130) 내에서 잔여 시간 15분 동안, 공정(110)의 실질적인 등온 부분(137)에서, 제2 주조 온도(135)로 유지될 수 있다. 더욱이, 도 2-3의 대표적인 실시예에서, 위에 정의된 것과 같은, 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도(118) 이상에서의 주물(105)의 (t3)/(t2) 처리-시간 비율은 약 (16분/18분), 또는 약 89%일 수 있는데, 주물이 제2 주조 온도(135) 전에 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도(118)에 도달하기 때문이다.

제2 전이 영역(139)을 통과하여 ?치 스테이지(140) 내로 진입한 후, 주물(105)은 3분 미만 내에, 490℃의 제2 주조 온도(135)로부터 250℃ 미만인 ?치 온도(145)까지 그리고 80℃/분 초과일 수 있는 냉각 속도로 냉각될 수 있다.

또한 도 3에서 관찰가능한 바와 같이, 일 양태에서, 퍼니스 포위체(154)의 길이를 따른 중간 도어(164)의 위치는 특정 알루미늄 합금 주물에 대한 요구된 주조 온도 프로파일을 더 양호하게 수용하도록 변경될 수 있다. 예를 들어, 블랭크 공간(166)이 퍼니스 포위체(154)의 중심의 가열 셀(160)의 각각 사이에 제공되어 사용 중이지 않을 때에 단열된 스페이서(167)로 충전되면, 중간 도어(164)가 요구에 따라 상류로 또는 하류로 이동되어 인접 가열 셀을, 각각, 제2 가열 스테이지(130) 내로 또는 제1 가열 스테이지(120) 내로 재할당할 수 있다. 이러한 특징은 컨베이어 체인(152)의 속도 및 히터 조립체(162)의 출력 이외에 제2 가열 스테이지 내에서의 (t3)/(t2) 시간 비율을 최적화하는 추가의 변수를 사용자에게 제공함으로써 고정된 위치에 있는 중간 도어를 갖는 퍼니스에 비해 유리할 수 있다.

또한, 제2 가열 스테이지(130)의 제1 가열 셀 내의 히터 조립체의 출력이 초기 또는 제2 가열 속도(132)를 요구된 수치까지 상승시키는 데 충분하지 않을 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이러한 경우에, 추가의 히터 또는 고온 공기 노즐과 같은, 하나 이상의 추가의 가열 장치(168)가 관련된 가열 셀에 추가되고 그에 따라 추가의 열을 주물(105) 상으로 유도하여 주물의 온도를 짧은 시간 내에 제2 주조 온도(135)까지 상승시키는 초기 또는 제2 가열 속도(132)의 상승을 제공할 수 있다. 조정가능 중간 도어(164)를 갖는 퍼니스(150)에 대해, 단열 스페이서(169)가 충전되는 빈 지지 고정구가 또한 각각의 추가의 임의적인 위치에 제공될 수 있고, 그에 따라 추가의 가열 장치(168)는 중간 도어(164)와 함께 재배치가능할 수 있다.

도 4에 개략적으로 도시된 공정 퍼니스(170)는 특정 HPDC 알루미늄 합금 주물에 대한 요구된 주조 온도 프로파일을 수용하는 또 다른 선택사항을 도시한다. 이전의 실시예와 유사하게, 공정 퍼니스(170)는 일반적으로 입구 단부에 있는 유입 도어(176)를 갖는 단열된 포위체(174), 포위체를 제1 가열 스테이지(120) 및 제2 가열 스테이지(130)로 분리하는 중간 도어(184), 및 출구 단부에 있는 유출 도어(178)를 포함한다. 퍼니스(170)는 퍼니스(170)의 길이를 따라 직렬로 정렬되는 다수의 가열 셀(180)을 또한 포함하고, 이때에 각각의 가열 셀(180)은 천장을 통해 하향으로 연장하여 가열된 공기를 포위체(174) 내로 하향으로 유도하고 그에 따라 컨베이어 시스템을 타고 서서히 퍼니스를 통과하는 중인 아래의 주물(105)에 충돌시키는 히터 조립체(182)를 포함한다. 추가의 가열 장치(188)가 또한 중간 도어(184)의 바로 하류에 추가되어 제2 가열 스테이지(130)의 초기 또는 제2 가열 속도(132)의 상승을 제공할 수 있다.

그러나, 이러한 실시예의 공정 퍼니스(170)에서, 포위체(174)의 길이를 따른 중간 도어(184)의 위치는 고정될 수 있고, 컨베이어 시스템은 독립적으로 제어가능한 동작 속도를 갖는 컨베이어 체인(172, 173)(즉, 병렬 동기식 체인 쌍)을 포함할 수 있다. 2개의 독립적으로 제어가능한 컨베이어 체인(172, 173)은 사용자에게 제1 가열 스테이지의 시간(t1) 및 제2 가열 스테이지의 시간(t2)을 독립적으로 구성할 수 있는 능력을 제공할 수 있고, 이것은 결국 제1 가열 속도(122) 그리고 제2 가열 스테이지(130) 내에서의 (t3)/(t2) 처리-시간 비율 둘 모두의 최적화를 가능케 할 수 있다. 일 양태에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 2개의 컨베이어 체인(172, 173)은 제1 전이 영역(129)(즉, 중간 도어(184))에서 함께 만날 수 있고, 한편 다른 양태에서, 컨베이어 체인은 퍼니스 포위체(174) 내의 또 다른 위치에서, 예컨대 제2 가열 스테이지(130) 내에 있고 중간 도어(184)(도시되지 않음)의 하류에 있는 위치에서 함께 만날 수 있다.

도 5 및 6은 배치 열처리 공정에 맞게 구성된 추가의 대표적인 실시예의 용체화 열처리 방법(210)(도 5) 및 용체화 열처리 시스템(250)(도 6)을 함께 도시한다. 위에 제공된 예와 유사하게, 용체화 열처리 방법(210)은 약 440℃의 실리콘 용체화 온도(214) 및 약 510℃의 합금 금속 용체화 온도(218)를 갖는 복수의 HDPC로 주조된 알루미늄 합금 구성요소(205)에 대한 요구된 주조 온도 프로파일을 포함할 수 있다. 따라서, 제1 주조 온도(225)는 약 435℃일 수 있고, 제2 주조 온도(235)는 약 515℃일 수 있고, 용체화 열처리 공정의 시작부에서의 주물(205)의 초기 온도(221)는 약 20℃일 수 있다. 이것은 약 415℃의 제1 가열 스테이지 내에서의 온도 상승 및 약 75℃의 제2 가열 스테이지 내에서의 온도 상승을 발생시킨다. 예시적인 목적을 위해, 제2 가열 스테이지(230)의 시간(t2)(234)은 21분으로 설정될 수 있다.

도 6의 평면도로 도시된 용체화 열처리 시스템(250)은 나란히 정렬되는 복수의 배치-타입 열처리 퍼니스(260)를 포함할 수 있다. 각각의 퍼니스(260)는 일측 상에 있는 접근 도어(264)를 갖는 단열된 포위체(262)를 포함할 수 있고, 이때에 모든 접근 도어(264)는 동일한 방향을 향한다. 퍼니스(260)의 각각은 포위체(262)의 천장을 통해 하향으로 연장하고, 예를 들어, 히터 유닛 그리고 가열된 공기를 전형적으로 이격된 및/또는 적층된 관계로 트레이 또는 랙 상으로 적재된 복수의 주물(205)을 수용하는 크기로 형성되는 포위체(262) 내로 하향으로 압박하고, 그에 따라 가열된 공기가 각각의 주물에 실질적으로 균일하게 부여될 수 있는 모터 구동 송풍기를 포함하는 적어도 하나의 1차 히터 조립체(266)를 또한 포함할 수 있다. 일 양태에서, 1차 히터 조립체(266)는 포위체(262) 내로의 가열된 공기의 유동을 증가시킬 수 있는 가변 주파수 모터 구동부(267)에서와 같이, 가변 열 출력을 제공하도록 구성될 수 있다. 또 다른 양태에서, 열처리 퍼니스(260)에는 추가의 히터 또는 고유동 고온 공기 노즐과 같은, 하나 이상의 추가의 2차 히터(268)가 제공되어 주물(205)의 온도를 짧은 시간 내에 제2 주조 온도(235)까지 상승시키는 초기 또는 제2 가열 속도(232)에 대한 상승을 제공할 수 있다.

또한 도 6에 도시된 바와 같이, 용체화 열처리 시스템(250)은 퍼니스(260)의 각각에서 접근 도어(264)(즉, 제2 전이 영역(239)) 앞에서 전후로 병진하고 그에 따라 주물이 퍼니스(260)로부터 인출된 후에 가열된 주물의 랙을 수용하여 즉시 ?칭하는 이동가능 ?치 스테이션(270)을 추가로 포함할 수 있다. ?치 스테이션은 일반적으로 퍼니스(260)를 향해 배향되어 주물의 랙을 수용하는 적어도 하나의 개구(274)를 갖는 포위체(272)를 포함하고, 이러한 포위체는 또한 위에 논의된 액체 분무 냉각 시스템 또는 강제 공기 또는 가스 냉각 시스템과 같은, 냉각 시스템(276)을 지지한다. 일 양태에서, 이동가능 ?치 스테이션(270)은 레일(278) 상에서 다양한 퍼니스 사이에서 이동될 수 있는 휠형 캐리지(wheeled carriage) 상에 지지될 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해되는 바와 같이, ?칭 스테이션(270)의 이동은 각각의 배치-타입 퍼니스(260)에서 일어나는 열처리 사이클과 동기화되고 그에 따라 ?치 스테이션은 각각의 주물의 배치가 그 제2 가열 스테이지(230)의 종료부에 도달하자마자 처리된 주물을 수용할 준비가 되어 있을 수 있다.

도 6의 용체화 열처리 시스템(250)의 배치-타입 열처리 퍼니스(260)에서, 제1 가열 스테이지(220)와 제2 가열 스테이지(230) 사이의 제1 전이부(229)는 주물을 제1 가열 스테이지 내에서의 제1 가열 속도(222)로부터 제2 가열 스테이지(230) 내에서의 초기 또는 제2 가열 속도(232)까지 가열하는 속도의 증가를 포함하는 "가상" 전이부일 수 있다. 일 양태에서, 위에 설명된 바와 같이, 가열하는 속도의 증가는 1차 히터 조립체(266)로부터의 증가된 열 출력을 통해, 예컨대 가변 주파수 모터 구동부(267)의 속도의 증가로써, 또는 하나 이상의 추가의 2차 히터(268)의 일시적인 작동에 의해 성취될 수 있다.

퍼니스 챔버 내에서의 반복된 열 사이클링으로부터 기인하는 배치-타입 열처리의 있을 수 있는 비효율성에도 불구하고, 도 6의 열처리 퍼니스(260)에 의해 제공되는 하나의 이점은 제1 가열 스테이지(220)의 시간(t1)(224)이 제1 가열 속도(222)에 의해 한정될 수 있고, 한편 제2 가열 스테이지(230)의 시간(t2)(234)은 접근 도어(264)의 개방 그리고 퍼니스 포위체(262)로부터의 주물(205)의 이동에 의해 한정될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 도 5에 도시된 주조 온도 프로파일(212)에 대해, 제1 가열 스테이지(220)의 시간(t1)(224)은 약 415℃의 요구된 제1 가열 스테이지 온도 상승을 성취하도록 사용자에 의해 맞춤형으로 한정될 수 있다. 더욱이, 제2 가열 스테이지(230)의 시간(t2)(234)이 21분으로 설정되어 임의의 공극-기반 결함의 발생을 피하면, 제2 가열 스테이지(230) 내에서의 초기 또는 제2 가열 속도(232)가 약 30℃/분으로 설정되어 3분 미만 내에 75℃의 제2 가열 스테이지 온도 상승을 성취할 수 있다. 이것은 약 18분의 제2 주조 온도(235)에서의 공정(210)의 실질적인 등온 부분(237), 및 약 (19분/21분), 또는 약 90%의, 위에 정의된 바와 같은, 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도(218) 이상에서의 주물(205)의 (t3)/(t2) 처리-시간 비율로 이어질 수 있다.

도 7a-7d는 주물(305)을, 도 4에 도시된 2개의 컨베이어 체인과 유사한, 2개의 1차 컨베이어 체인(312, 316)(즉, 2개의 동기식 체인 쌍) 사이에서 이동시키는 데 사용될 수 있는 대표적인 전달 장치(320)의 개략도이다. 전달 장치(320)는 일반적으로 제1 1차 컨베이어 체인(312) 및 제2 1차 컨베이어 체인(316)의 인접 단부들 사이의 간극을 횡단하여 연장하면서 1차 컨베이어 체인의 개별 체인들 사이에 위치되는 제3 전달 컨베이어 체인(즉, 또한 동기식 체인 쌍)을 포함한다. 도면에 도시된 바와 같이, 1차 컨베이어 체인(312, 316)의 인접 단부들은 퍼니스 포위체의 내부를 제1 가열 스테이지 및 제2 가열 스테이지(도시되지 않음)로 분할하는 중간 도어(314)의 양쪽 측면 상에 위치될 수 있다. 또한, 그리고 위에 논의된 바와 같이, 1차 컨베이어 체인(312, 316)은 개별적으로 구성가능한 동작 속도로 독립적으로 제어가능할 수 있다.

도 7a에 도시된 비작동 위치에서, 전달 컨베이어 체인(322)의 상부 표면(324)은 1차 컨베이어 체인(312)의 상부 표면 아래에 위치될 수 있고, 그에 따라 1차 컨베이어 체인(312)을 횡단하여 주물(305)을 상부에 지지하는 트레이가 제1 가열 스테이지 내에 위치되는 전달 장치(320)의 제1 단부(321) 위에서 반송될 수 있다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 1차 컨베이어 체인(312)이 이어서 정지된 다음에 전달 컨베이어 체인(322)이 전달 컨베이어 체인(322)의 양쪽 단부(321, 325)에 있는 경사형 지지 링크(331, 335)를 회전시킴으로써 상승될 수 있다. 일 양태에서, 지지 링크(331, 335)가 약 18˚만큼 회전되어 전체의 전달 컨베이어 체인(322)이 실질적으로 균일한 방식으로 약 3/4 인치만큼 상승될 수 있다. 이것은 전달 컨베이어 체인(322)의 상부 표면(324)이 트레이의 저부와 결합하게 하여 주물(305)을 제1 1차 컨베이어 체인(312)으로부터 상승시키게 한다. 전달 컨베이어 체인(322)의 상승과 동시에, 퍼니스 포위체의 내부를 분할하는 중간 도어(314)가 또한 주물(305)을 가열 스테이지들 사이에서 전달할 것을 준비하여 상승될 수 있다.

도 7c에 도시된 바와 같이, 전달 컨베이어 체인(322)이 이어서 주물(305)을 개구를 통해 그리고 제2 가열 스테이지 내로 이동시키도록 작동될 수 있다. 전달 컨베이어 체인(322)은 지지 링크(331, 335)를 회전시켜 전달 컨베이어 체인(322)을 상승시키고 및/또는 한 쌍의 컨베이어 체인을 그 각각의 세트의 기어식 롤러 상에서 회전시키는 역할을 할 수 있는 전달 장치(320)의 일단부에 위치되는 관절식 링키지(articulated linkage)(337)에 의해 동작될 수 있다. 주물(305)이 제2 가열 스테이지 내로 진입한 후, 전달 컨베이어 체인(322)이 정지된 다음에 경사형 지지 링크(331, 335)를 그 비작동 위치로 다시 회전시킴으로써 하강될 수 있고, 도 7d에 도시된 바와 같이, 이것은 주물(305)을 지지하는 트레이가 제2 1차 컨베이어 체인(316)의 내부 단부 상에 지지되게 한다. 동시에, 중간 도어(314)가 하강하여 제1 및 제2 가열 스테이지 사이의 개구를 폐쇄하고 그에 따라 퍼니스의 2개의 섹션 사이의 온도차를 유지할 수 있다. 2개의 1차 컨베이어 체인(312, 316)이 이어서 전달된 주물(305)을 제2 1차 컨베이어 체인(316) 상에서 제2 가열 스테이지를 통해 전방으로 이동시키도록 재-작동될 수 있고, 한편 또 다른 주물(도시되지 않음)이 제1 1차 컨베이어 체인(312)에 의해 중간 도어(314)를 향해 반송된다.

위에 언급된 바와 같이, 본 발명은 본 명세서에서 본 발명을 실시하는 최상 모드를 나타내는 것으로 본 발명자에 의해 간주되는 바람직한 실시예 및 방법의 관점에서 설명되었다. 그러나, 광범위한 추가, 삭제, 및 변형이 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않으면서 본 개시내용의 도시된 및 예시적인 실시예에 대해, 부분적으로 그리고 또한 전체적으로, 행해질 수 있다는 것이 통상의 기술자에 의해 이해될 것이다. 이들 및 다른 수정은 하기의 청구범위에 의해서만 제한되는 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않으면서 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 행해질 수 있다.

Claims

실리콘 구성성분 및 적어도 하나의 금속 합금 구성성분을 갖는 알루미늄 합금으로부터 형성되는 주물을 열처리하는 방법으로서,
주물을 실리콘 구성성분이 고용체로 급속하게 진입하는 미리 결정된 실리콘 용체화 온도보다 10℃ 미만만큼 낮은 제1 주조 온도까지 가열하는 단계;
주물 내로의 열 입력의 속도를 증가시켜 주물을 적어도 하나의 금속 합금 구성성분이 고용체로 급속하게 진입하는 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도보다 10℃ 미만만큼 높은 제2 주조 온도까지 가열하는 단계;
주물을 20분 미만의 시간 동안 제2 주조 온도로 유지하는 단계; 및
주물을 250℃ 미만의 온도까지 ?칭하는 단계
를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 제1 주조 온도는 미리 결정된 실리콘 용체화 온도보다 5℃ 미만만큼 낮은, 방법.
제1항에 있어서, 제2 주조 온도는 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도보다 5℃ 미만만큼 높은, 방법.
제1항에 있어서, 주물은 고압 다이 캐스트 공정에서 형성된, 방법.
제1항에 있어서, 주물을 주물 내로의 열 입력의 속도를 증가시키기 전에 2분 초과의 시간 동안 제1 주조 온도로 유지하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 주물을 2분 초과의 시간 동안 제2 주조 온도로 유지하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 주물이 50% 초과의 처리-시간 비율을 성취할 때까지 주물을 제2 주조 온도로 유지하는 단계를 추가로 포함하고, 처리-시간 비율은 주물이 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도 위에서 소비한 시간을 주물이 미리 결정된 실리콘 용체화 온도 위에서 소비한 시간으로 나눈 것에 의해 정의되는, 방법.
제7항에 있어서, 주물은 70% 내지 90%의 처리-시간 비율을 성취하는, 방법.
제1항에 있어서, 주물을 5분 미만인 시간 내에 제1 주조 온도로부터 제2 주조 온도의 5℃ 이내까지 가열하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 실리콘 구성성분은 알루미늄 합금의 6 중량% 내지 20 중량%를 차지하는, 방법.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 금속 합금 구성성분은 구리, 마그네슘, 및 망간으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 방법.
실리콘 구성성분 및 적어도 하나의 금속 합금 구성성분을 갖는 다이 캐스팅된 알루미늄 합금 주물을 열처리하는 방법으로서,
주물을 제1 스테이지 온도로 유지되는 퍼니스의 제1 가열 스테이지 내로 이동시키는 단계;
제1 가열 스테이지 내에서 주물을 실리콘 구성성분이 고용체로 급속하게 진입하는 미리 결정된 실리콘 용체화 온도보다 10℃ 미만만큼 낮은 제1 주조 온도까지 가열하는 단계;
주물을 퍼니스의 제1 가열 스테이지로부터, 제1 가열 스테이지와 별개이고 제1 스테이지 온도보다 높은 제2 스테이지 온도로 유지되는 제2 가열 스테이지 내로 이동시키는 단계;
주물 내로의 열 입력의 속도를 증가시켜 제2 가열 스테이지 내에서 주물을 적어도 하나의 금속 합금 구성성분이 고용체로 급속하게 진입하는 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도보다 10℃ 미만만큼 높은 제2 주조 온도까지 가열하는 단계;
제2 가열 스테이지 내에서 주물을 20분 미만의 시간 동안 제2 주조 온도로 유지하는 단계;
주물을 퍼니스의 제2 가열 스테이지로부터 제거하는 단계; 및
주물을 250℃ 미만의 온도까지 ?칭하는 단계
를 포함하는, 방법.
제12항에 있어서, 주물이 50% 초과의 처리-시간 비율을 성취할 때까지 주물을 제2 주조 온도로 유지하는 단계를 추가로 포함하고, 처리-시간 비율은 주물이 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도 위에서 소비한 시간을 주물이 미리 결정된 실리콘 용체화 온도 위에서 소비한 시간으로 나눈 것에 의해 정의되는, 방법.
제13항에 있어서, 주물은 70% 내지 90%의 처리-시간 비율을 성취하는, 방법.
제12항에 있어서, 주물을 5분 미만인 시간 내에 제1 주조 온도로부터 제2 주조 온도의 5℃ 이내까지 가열하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제12항에 있어서, 주물을 제1 가열 스테이지로부터 제2 가열 스테이지 내로 이동시키는 단계는 주물을 제1 가열 스테이지 및 제2 가열 스테이지를 분리하는 중간 도어를 통해 이동시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
실리콘 구성성분 및 적어도 하나의 금속 합금 구성성분을 갖는 알루미늄 합금 주물을 열처리하는 퍼니스로서,
주물을 실리콘 구성성분이 고용체로 급속하게 진입하는 미리 결정된 실리콘 용체화 온도보다 10℃ 미만만큼 낮은 제1 주조 온도까지 가열하도록 구성되는 제1 가열 셀;
주물 내로의 열 입력의 속도를 증가시켜 주물을 적어도 하나의 금속 합금 구성성분이 고용체로 급속하게 진입하는 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도보다 10℃ 미만만큼 높은 제2 주조 온도까지 가열하도록 구성되는 제2 가열 셀;
제1 가열 셀의 시작부를 형성하는 유입 도어;
제1 가열 셀 및 제2 가열 셀을 분리하는 중간 도어;
제2 가열 셀의 종료부를 형성하는 유출 도어; 및
주물을 유입 도어로부터 제1 가열 셀 및 제2 가열 셀을 통해 유출 도어로 반송하도록 구성되는 적어도 하나의 운반 장치
를 포함하는, 퍼니스.
제17항에 있어서, 적어도 하나의 운반 장치는 복수의 주물을 3분 초과 내지 30분 미만의 시간 동안 제2 가열 셀 내에서 유지하도록 구성되는, 퍼니스.
제17항에 있어서, 적어도 하나의 운반 장치는 복수의 주물을 거의 일정한 속도로 유입 도어로부터 유출 도어로 퍼니스를 통해 반송하도록 구성되는, 퍼니스.
제19항에 있어서, 적어도 하나의 운반 장치는 컨베이어 체인을 추가로 포함하는, 퍼니스.
제20항에 있어서, 중간 도어의 위치는 퍼니스의 길이를 따라 재배치가능한, 퍼니스.
제17항에 있어서, 적어도 하나의 운반 장치는 복수의 주물을 제1 속도로 퍼니스의 제1 가열 셀을 통해 그리고 제1 속도와 상이한 제2 속도로 퍼니스의 제2 가열 셀을 통해 반송하도록 구성되는, 퍼니스.
제22항에 있어서, 적어도 하나의 운반 장치는 적어도 2개의 컨베이어 체인을 추가로 포함하는, 퍼니스.
제17항에 있어서, 가열된 공기를 제2 가열 셀 내로의 진입 시에 복수의 주물 상으로 유도하기 위해 중간 도어 하류에 그리고 그에 인접한, 적어도 하나의 고유동 고온 공기 노즐을 추가로 포함하는, 퍼니스.
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제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속 합금 구성성분은 알루미늄 합금 내 복수의 금속 합금 구성성분들 중 하나이고, 복수의 금속 합금 구성성분들의 가장 높은 용체화 온도를 갖는 금속 합금 구성성분인,
방법.
제7항에 있어서, 상기 주물은 80% 이상의 처리-시간 비율을 성취하는, 방법.
제7항에 있어서, 상기 주물은 90% 이상의 처리-시간 비율을 성취하는, 방법.
제12항에 있어서, 상기 주물의 온도가 미리 결정된 실리콘 용체화 온도보다 높은 시간의 총계는 제2 가열 스테이지 내에서 주물에 의해 소비되는 시간과 실질적으로 동일한, 방법.
제30항에 있어서, 주물의 온도는 주물이 제2 가열 스테이지에 진입하는 때의 제1 주조 온도인, 방법.
제13항에 있어서, 주물은 80% 이상의 처리-시간 비율을 성취하는, 방법.
제13항에 있어서, 주물은 90% 이상의 처리-시간 비율을 성취하는, 방법.
실리콘 구성성분 및 적어도 하나의 금속 합금 구성성분을 갖는 알루미늄 합금으로부터 고압 다이 캐스팅(HPDC) 공정에서 형성되는 주물을 열처리하는 방법으로서,
미리 결정된 실리콘 용체화 온도-이 온도 및 이 온도 위에서 실리콘 구성성분이 고용체로 급속하게 진입하고, 이 온도 아래에서 실리콘 구성성분의 실질적인 용체화는 거의 없거나 전혀 없음-를 확인하는 단계;
미리 결정된 합금 금속 용체화 온도- 이 온도 및 이 온도 위에서 상기 적어도 하나의 금속 합금 구성성분이 급속하게 고용체로 진입함-를 확인하는 단계;
주물을 미리 결정된 실리콘 용체화 온도보다 10℃ 미만만큼 낮은 제1 주조 온도까지 가열하는 단계;
주물 내로의 열 입력을 증가시켜서 주물을 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도보다 10℃ 미만만큼 높은 제2 주조 온도까지 가열하는 단계;
주물을 20분 미만의 시간 동안 제2 주조 온도로 유지하는 단계; 및
주물을 250℃ 미만의 온도까지 ?칭하는 단계
를 포함하는, 방법.
제34항에 있어서, 제1 주조 온도는 미리 결정된 실리콘 용체화 온도보다 5℃ 미만만큼 낮은, 방법.
제34항에 있어서, 제2 주조 온도는 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도보다 5℃ 미만만큼 높은, 방법.
제34항에 있어서, 상기 유지 단계는 주물을 10분 미만의 시간 동안 제2 주조 온도로 유지하는 것을 포함하는, 방법.
제34항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속 합금 구성성분은 알루미늄 합금 내 복수의 금속 합금 구성성분들 중 하나이고, 복수의 금속 합금 구성성분들의 가장 높은 용체화 온도를 갖는 금속 합금 구성성분인, 방법.
제34항에 있어서, 주물이 50% 초과의 처리-시간 비율을 성취할 때까지 주물을 제2 주조 온도로 유지하는 단계를 추가로 포함하고, 처리-시간 비율은 주물이 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도 위에서 소비한 시간을 주물이 미리 결정된 실리콘 용체화 온도 위에서 소비한 시간으로 나눈 것에 의해 정의되는, 방법.
제39항에 있어서, 주물은 80% 이상의 처리-시간 비율을 성취하는, 방법.
제39항에 있어서, 주물은 90% 이상의 처리-시간 비율을 성취하는, 방법.
실리콘 구성성분 및 적어도 하나의 금속 합금 구성성분을 갖는 알루미늄 합금으로부터 고압 다이 캐스팅(HPDC) 공정에서 형성되는 주물을 열처리하는 방법으로서,
주물을 미리 결정된 실리콘 용체화 온도-이 온도 위에서 실리콘 구성성분의 실질적이거나 가속화된 용체화가 있게 되고, 이 온도 아래에서 실리콘 구성성분의 실질적인 용체화는 거의 없거나 전혀 없음-보다 10℃ 미만만큼 낮은 제1 주조 온도까지 가열하는 단계로서, 실질적으로 주물의 모든 재료가 제1 주조 온도에 이르게 되지만, 실질적으로 주물의 모든 재료는 미리 결정된 실리콘 용체화 온도 아래에 있게 되는 단계;
주물 내로의 열 입력을 증가시켜서 주물을 적어도 하나의 금속 합금 구성성분이 고용체로 급속하세 진입하는 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도보다 10℃ 미만만큼 높은 제2 주조 온도까지 가열하는 단계; 및
주물을 250℃ 미만의 온도까지 ?칭하는 단계
를 포함하는, 방법.
제42항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속 합금 구성성분은 알루미늄 합금 내 복수의 금속 합금 구성성분들 중 하나이고, 복수의 금속 합금 구성성분들의 가장 높은 용체화 온도를 갖는 금속 합금 구성성분인, 방법.
제43항에 있어서, 주물이 50% 초과의 처리-시간 비율을 성취하기에 충분히 길며 20분 이하인 시간 동안 주물을 제2 주조 온도로 유지하는 단계를 추가로 포함하고, 처리-시간 비율은 주물이 미리 결정된 합금 금속 용체화 온도 위에서 소비한 시간을 주물이 미리 결정된 실리콘 용체화 온도 위에서 소비한 시간으로 나눈 것에 의해 정의되는, 방법.
제44항에 있어서, 주물은 70%와 90% 사이의 처리-시간 비율을 성취하는, 방법.
제44항에 있어서, 주물은 80% 이상의 처리-시간 비율을 성취하는, 방법.
제44항에 있어서, 주물은 90% 이상의 처리-시간 비율을 성취하는, 방법.
제44항에 있어서, 주물을 5분 미만인 시간 내에 제1 주조 온도로부터 제2 주조 온도의 5℃ 이내까지 가열하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.