(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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の支持表面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、
第１の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、前記第１の鋳物のための処理後３次元形状を決定することと、
前記鋳物の前記基準３次元形状を前記第１の鋳物の前記処理後３次元形状と比較することと、
前記第１の熱処理プロトコルの適用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の支持表面と異なる第２の支持表面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、
前記第１の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、前記第２の鋳物のための処理後３次元形状を決定することと、
前記鋳物の前記基準３次元形状を前記第２の鋳物の前記処理後３次元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第１の熱処理プロトコルの適用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。
【請求項２】
前記第１および第２の支持固定具は、それぞれ、前記第１の支持表面および前記第２の支持表面を一緒に画定する複数の上縁を有する格子構造をさらに備え、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、前記格子構造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。
【請求項３】
前記第１の支持表面および前記第２の支持表面は、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ている、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の支持表面の前記複数の個別的接点は、前記第１の支持表面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。
【請求項５】
前記第２の支持表面における前記鋳物の位置および向きは、前記第１の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１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の熱処理プロトコルを前記第２の鋳物に適用することは、熱流体を前記第２の鋳物に向けて適用することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
急冷プロセスにおいて冷却流体を前記第２の鋳物に適用することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
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。
【請求項９】
前記第１の熱処理プロトコルの適用中の前記第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。
【請求項１０】
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９に記載の方法。
【請求項１１】
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９に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の熱処理プロトコルとは異なる第２の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、前記第３の鋳物のための処理後３次元形状を決定することと、
前記鋳物の前記基準３次元形状を前記第３の鋳物の前記処理後３次元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９に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の熱処理プロトコルを適用することは、前記鋳物がシリコンのための所定の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１２に記載の方法。
【請求項１４】
改良された冶金性質のために鋳物の熱処理を最適化する方法であって、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格子構造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、前記格子構造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、
第１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、前記第１の鋳物のための処理後３次元形状を決定することと、
前記鋳物の前記基準３次元形状を前記第１の鋳物の前記処理後３次元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。
【請求項１５】
複数の上縁を有する格子構造を含む第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、
前記第１の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、前記第２の鋳物のための処理後３次元形状を決定することと、
前記鋳物の前記基準３次元形状を前記第２の鋳物の前記処理後３次元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第１の熱処理プロトコルの適用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１４に記載の方法。
【請求項１６】
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１５に記載の方法。
【請求項１７】
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１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の熱処理プロトコルを前記第２の鋳物に適用することは、熱流体を前記第２の鋳物に向けて適用することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
第２の期間の間、前記第１のプロトコルとは異なる第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、前記第２の鋳物のための処理後３次元形状を決定することと、
前記鋳物の前記基準３次元形状を前記第２の鋳物の前記処理後３次元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１４に記載の方法。
【請求項２０】
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の鋳物がシリコンのための所定の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１９に記載の方法。
【請求項２１】
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の支持表面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、
第１の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、処理後３次元形状を決定することと、
前記鋳物の前記基準３次元形状を前記第１の鋳物の前記処理後３次元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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
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。
（項目２）
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、項目１に記載の方法。
（項目３）
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、項目２に記載の方法。
（項目４）
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、項目３に記載の方法。
（項目５）
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、項目１に記載の方法。
（項目６）
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、項目５に記載の方法。
（項目７）
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、項目６に記載の方法。
（項目８）
前記未処理鋳物は、生産前プロトタイプ鋳物である、項目１に記載の方法。
（項目９）
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、項目１に記載の方法。
（項目１０）
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、項目１に記載の方法。
（項目１１）
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、項目１０に記載の方法。
（項目１２）
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、項目１０に記載の方法。
（項目１３）
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、項目１０に記載の方法。
（項目１４）
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、項目１３に記載の方法。
（項目１５）
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。
（項目１６）
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、項目１５に記載の方法。
（項目１７）
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、項目１６に記載の方法。
（項目１８）
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、項目１６に記載の方法。
（項目１９）
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、項目１６に記載の方法。
（項目２０）
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、項目１５に記載の方法。
（項目２１）
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、項目２０に記載の方法。
（項目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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】図８は、図６の断面側面図の１つの端部の拡大図である。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】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。
【図１５】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。
【図１６】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。
【図１７】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。
【図１８】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。
【図１９】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。
【図２０】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。
【図２１】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。
【図２２】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。
【図２３】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。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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）。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【図１】
0006622913.tif 000002
【図２】
0006622913.tif 000003
【図３】
0006622913.tif 000004
【図４】
0006622913.tif 000005
【図５】
0006622913.tif 000006
【図６】
0006622913.tif 000007
【図７】
0006622913.tif 000008
【図８】
0006622913.tif 000009
【図９】
0006622913.tif 000010
【図１０】
0006622913.tif 000011
【図１１】
0006622913.tif 000012
【図１２】
0006622913.tif 000013
【図１３】
0006622913.tif 000014
【図１４】
0006622913.tif 000015
【図１５】
0006622913.tif 000016
【図１６】
0006622913.tif 000017
【図１７】
0006622913.tif 000018
【図１８】
0006622913.tif 000019
【図１９】
0006622913.tif 000020
【図２０】
0006622913.tif 000021
【図２１】
0006622913.tif 000022
【図２２】
0006622913.tif 000023
【図２３】
0006622913.tif 000024