(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製品の製造のためのプロセスであって、
骨材および結合剤を備える第１の部分を含む鋳型を提供するステップと、
前記鋳型の中に溶融金属を送達するステップと、
流体を用いて前記鋳型の前記第１の部分を除去するステップと、
前記溶融金属の少なくとも１つの標的部分を固化するステップと、
ある期間にわたって前記鋳型への流体の流動を停止し、事前判定された期間にわたって前記溶融金属の前記少なくとも１つの標的部分の冷却を阻止するステップと、
続いて、前記金属製品を形成するために、前記鋳型への前記流体の前記流動を再開し、前記溶融金属の残りの部分を固化するステップと、
を含み、
前記金属製品の前記少なくとも１つの標的部分は、より高い降伏強度、より高い極限引張強度、および強化された破壊までの伸長のうちの少なくとも１つを含む、前記金属製品の残りの部分の機械的性質よりも良好な機械的性質を有する、
プロセス。
【請求項２】
前記鋳型の少なくとも一部を除去するステップおよび前記溶融金属の前記少なくとも１つの標的部分を固化するステップは、同時に実施される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
溶融金属を、前記溶融金属の前記少なくとも１つの標的部分を冷却するステップ中に、前記鋳型に送達し続けるステップをさらに含む、請求項１または２に記載のプロセス。
【請求項４】
続いて前記溶融金属の残りの部分を固化するステップの前に、前記溶融金属の前記少なくとも１つの標的部分を再加熱するステップをさらに含む、請求項１〜３のいずれかに記載のプロセス。
【請求項５】
前記金属製品における内部応力および歪みのうちの少なくとも１つを低減させるステップを含む、請求項４に記載のプロセス。
【請求項６】
前記鋳型は、金属を備える第２の部分を含み、前記プロセスは、前記鋳型の前記第２の部分を用いて前記溶融金属を冷却することをさらに含む、請求項１〜５のいずれかに記載のプロセス。
【請求項７】
流体を用いて前記鋳型の前記第１の部分を除去するステップは、溶媒を前記鋳型に噴霧するステップを含む、請求項１〜６のいずれかに記載のプロセス。
【請求項８】
前記鋳型は、比較的に薄い区分と、比較的に厚い区分とを含み、前記鋳型の前記比較的に薄い区分を通して前記鋳型の前記比較的に厚い区分に溶融金属を給送するステップをさらに含む、請求項１〜７のいずれかに記載のプロセス。
【請求項９】
前記鋳型の前記比較的に厚い区分内の前記溶融金属を固化する一方、前記鋳型の前記比較的に薄い区分を通して前記鋳型の前記比較的に厚い区分に溶融金属を給送し続けることをさらに含む、請求項８に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記鋳型の前記比較的に薄い区分内の前記溶融金属は、前記鋳型の前記比較的に厚い区分内の前記溶融金属が固化された後に固化される、請求項９に記載のプロセス。
【請求項１１】
続いて、前記流体を用いて前記鋳型の第２の部分を除去することをさらに含む、請求項１〜１０のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１２】
前記溶融金属の選択された第１の構成要素を固化することと、前記溶融金属の第２の構成要素の固化を阻止することとをさらに含む、請求項１〜１１のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１３】
前記流体は、液体およびガスのうちの少なくとも１つを含む、請求項１〜１２のいずれかに記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
開示の背景
従来の鋳造プロセス
伝統的な鋳造プロセスでは、溶融金属が、鋳型の中に傾注され、鋳型への熱の損失を通して固化または凝結する。比較的に断熱性の骨材鋳型（硅砂から作製されるもの等）に関して、本プロセスは、緩慢であり、鋳造物の機械的性質を有意に低減させる。速度は、鋳型内に配置される局所的金属チルブロックによって増加され得るが、これは、高価であり、多くの成形ライン上で不便である。この理由から、アルミニウム（Ａｌ−）およびマグネシウム（Ｍｇ−）系合金の鋳造は、多くの場合、性質への有意な利益を伴う、永久金属鋳型において実行される。しかしながら、凝結の方向は、骨材または永久鋳型のいずれにおいても容易に制御されず、したがって、一方のタイプは他方よりも少ない多孔率を有するが、収縮孔が、両方のタイプの鋳造に関する共通の欠点のままである。
【０００２】
さらに、全てのそのような鋳型からの熱抽出の速度は、いわゆる「空隙」の存在によって限定される。これは、冷却および収縮する鋳造物と加熱および拡張する鋳型との間で広がる空間である。鋳造物からの熱の伝達の速度は、本空気の絶縁層によって強力に限定される。いずれにしても、これらの従来の鋳造プロセスは、構成要素の表面冷却を用いて熱を抽出または除去し、構成要素は、鋳型または工具のいずれかによって固化される。
【０００３】
十分な熱が溶融金属から損失され、したがって、これが凝結し、適正な強度を得るために十分に冷却され、したがって、これがその独自の重量を支持し得ると、結果として生じる製品、すなわち、鋳造物は、次いで、鋳型から除去されることができる。鋳型からの鋳造物の分離は、若干動的であり、多くの場合、生砂鋳型から鋳造物を抽出するために、グリッドへの落下および／または転倒を伴い得る。化学的に接合される硬質の砂に関して、鋳型除去は、通常、振動するグリッド上で振って出すことを要求する。そのようなプロセスは、高温であり、埃っぽく、騒々しく、オペレータのための清浄な冷気、有意な粉塵抽出システム、および騒音封じ込めの提供を伴う。鉄および鋼の硬質かつ強力な鋳造に関して、そのような分離技法は、通常、鋳造物に損傷を及ぼさないが、Ａｌ−およびＭｇ−系合金は、比較的に軟質であり、そのような乱暴な機械的技法によって容易に損傷される。これらの機械的技法はまた、歪みを引き起こし得る。
【０００４】
本初期分離に続いて、最終洗浄および可能性として考えられるコアの除去は、依然として、ショットブラスト等の付加的動的プロセス、またはコア残留物を焼却するための熱処理の形態におけるさらに有意なエネルギーを要求する。
【０００５】
最近では、上記の問題の大部分を解決するための新規のアプローチが、開発されている。これは、アブレーション固化プロセスと呼ばれ、米国特許第７，２１６，６９１号（その開示が、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）に説明されている。
【０００６】
「アブレーション」は、流体等のアブレーション媒体の適用が、骨材を粒子サイズに分解させ、粒子が流体の流動において洗い流されるようにする浸食プロセスによる、骨材鋳型の除去を指すように本願で使用される用語である。このように、固化する金属構成要素の表面が、露出され、いずれの空隙の形成も伴わずに、アブレーション媒体と固化する鋳造物の金属との間の直接接触を可能にすることができる。直接接触は、金属からの熱流を最大限にし、金属の固化および冷却の速度を大幅に増加させる。媒体の適用のタイミングは、固化される金属の機械的性質を最大限にするために、鋳型内の金属の完全な凝結に先立ち得るか、または性質を最小限にするために、遅延されることができる。アブレーションの重要な具体的実施例は、可溶性結合剤を用いて接合される骨材鋳型の使用およびアブレーションおよび冷却媒体としての水を含有するもの等の溶質の使用を含む。
【０００７】
アブレーションプロセスは、公知または従来の鋳造方法に優る有意な改良であるが、鍛造物、溶接物、および鋳造物等の金属製品に関するより高い生産性を提供し、そのような製品の性質を強化するために、アブレーションプロセスを強化することが、望ましいであろう。
【０００８】
溶融金属（またはおそらく、プラスチック等のさらに別のタイプの材料でさえも）から形成される、単一の一体型のアブレーションされる構成要素または製品が、部品の種々の部分において異なる機械的性質を有することを可能にするであろうプロセスを開発することが、特に望ましいであろう。同一の部品の別の部分よりも良好な機械的性質または冶金学的性質を有する部品の一部を伴う構成要素は、輸送、建設、製造、および同等物を含む、種々の分野において利点を有する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
開示の簡単な要旨
本開示の一実施形態によると、金属製品の製造のためのプロセスは、骨材および結合剤を備える第１の部分を含む、鋳型を提供するステップと、鋳型の中に溶融金属を送達するステップと、流体を用いて鋳型の第１の部分を除去するステップとを含む。溶融金属の少なくとも１つの標的部分は、固化される。続けて、鋳型の第２の部分は、除去され、溶融金属の残りの部分は、固化され、金属製品を形成する。金属製品の少なくとも１つの標的部分は、より高い降伏強度、より高い極限引張強度、および強化された破壊までの伸長のうちの少なくとも１つを含む、金属製品の残りの部分の機械的性質よりも良好な機械的性質を有する。
【００１０】
本開示の別の実施形態によると、金属製品の機械的性質を強化するためのプロセスは、骨材および結合剤を含む鋳型を提供するステップと、鋳型に溶融金属を供給するステップと、流体を用いて鋳型の第１の部分を分解するステップとを含む。鋳型内の溶融金属の第１の部分は、冷却および固化され、金属製品の第１の部分を形成する。鋳型の第２の部分への流体の流動は、事前判定された期間にわたって停止される。続けて、鋳型の第２の部分は、流体を用いて分解される。溶融金属の第２の部分は、次いで、冷却および固化され、金属製品の第２の部分を形成し、金属製品の第１の部分は、金属製品の第２の部分の機械的性質との関連で強化された機械的性質を有する。
【００１１】
本開示のさらなる実施形態によると、金属製品の機械的性質を制御するためのプロセスが、提供される。本プロセスは、鋳型を提供するステップと、鋳型に溶融金属を供給するステップとを含み、溶融金属は、固化されると、金属製品を形成する。鋳型の選択された部分は、流体を用いて除去され、溶融金属の第１の構成要素が、冷却および固化される。溶融金属中の第２の構成要素の固化は、事前判定された期間にわたって阻止される。続けて、溶融金属中の第２の構成要素の固化は、可能にされる。溶融金属の残りの部分が、冷却および固化され、金属製品が、形成される。
【００１２】
本開示のさらに別の実施形態によると、均一なα相値を有する一体型単一アルミニウム合金構成要素が、提供される。構成要素は、機械的性質の第１のセットを有する第１の区分を含む、本体と、機械的性質の第２のセットを有する第２の区分とを含み、機械的性質は、オフセット降伏強度、引張強度、および伸長のうちの少なくとも１つを含み、機械的性質の第１のセットは、機械的性質の第２のセットとは異なる。
【００１３】
本開示のまたさらなる実施形態によると、金属製品の製造のためのプロセスは、骨材および結合剤を含む鋳型を提供するステップを含み、鋳型は、比較的に薄い区分と、比較的に厚い区分とを含む。溶融金属は、鋳型に送達される。溶融金属は、鋳型の比較的に厚い区分内で固化される一方、鋳型の比較的に薄い区分を通して鋳型の比較的に厚い区分に溶融金属を送達し続ける。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
金属製品の製造のためのプロセスであって、
骨材および結合剤を備える第１の部分を含む、鋳型を提供するステップと、
前記鋳型の中に溶融金属を送達するステップと、
流体を用いて前記鋳型の前記第１の部分を除去するステップと、
前記溶融金属の少なくとも１つの標的部分を固化するステップと、
ある期間にわたって前記鋳型への流体の流動を停止するステップと、
前記金属製品を形成するために、前記溶融金属の残りの部分を続けて固化するステップと、
を含み、
前記金属製品の前記少なくとも１つの標的部分は、より高い降伏強度、より高い極限引張強度、および強化された破壊までの伸長のうちの少なくとも１つを含む、前記金属製品の残りの部分の機械的性質よりも良好な機械的性質を有する、
プロセス。
（項目２）
前記鋳型の少なくとも一部を除去するステップおよび前記溶融金属の前記少なくとも１つの標的部分を固化するステップは、ほぼ同時に実施される、項目１に記載のプロセス。（項目３）
前記溶融金属の前記少なくとも１つの標的部分を冷却するステップ中に、前記鋳型に溶融金属を送達し続けるステップをさらに含む、項目１または２に記載のプロセス。
（項目４）
前記溶融金属の残りの部分を続けて固化するステップの前に、前記溶融金属の前記少なくとも１つの標的部分を再加熱するステップをさらに含む、項目１−３のいずれかに記載のプロセス。
（項目５）
前記金属製品における内部応力および歪みのうちの少なくとも１つを低減させるステップを含む、項目４に記載のプロセス。
（項目６）
前記溶融金属の残りの部分を続けて固化するステップは、前記鋳型への流体の流動を再開することを含む、項目１−５のいずれかに記載のプロセス。
（項目７）
前記鋳型のための金属区分を提供するステップと、前記鋳型の前記金属区分を用いて前記溶融金属を冷却するステップとをさらに含む、項目１−６のいずれかに記載のプロセス。
（項目８）
流体を用いて前記鋳型の前記第１の部分を除去するステップは、溶媒を前記鋳型に噴霧するステップを含む、項目１−７のいずれかに記載のプロセス。
（項目９）
前記鋳型は、比較的に薄い区分と、比較的に厚い区分とを含み、前記鋳型の前記比較的に薄い区分を通して前記鋳型の前記比較的に厚い区分に溶融金属を給送するステップをさらに含む、項目１−８のいずれかに記載のプロセス。
（項目１０）
前記鋳型の前記比較的に厚い区分内の前記溶融金属を固化する一方、前記鋳型の前記比較的に薄い区分を通して前記鋳型の前記比較的に厚い区分に溶融金属を給送し続けるステップをさらに含む、項目９に記載のプロセス。
（項目１１）
前記鋳型の前記比較的に薄い区分内の前記溶融金属は、前記鋳型の前記比較的に厚い区分内の前記溶融金属が固化された後に固化される、項目１０に記載のプロセス。
（項目１２）
前記流体を用いて前記鋳型の第２の部分を続けて除去するステップをさらに含む、項目１−１１のいずれかに記載のプロセス。
（項目１３）
事前判定された期間にわたって、前記溶融金属の前記少なくとも１つの標的部分の冷却を阻止するステップをさらに含む、項目１−１２のいずれかに記載のプロセス。
（項目１４）
前記溶融金属の選択された第１の構成要素を固化するステップと、前記溶融金属の第２の構成要素の固化を阻止するステップとをさらに含む、項目１−１３のいずれかに記載のプロセス。
（項目１５）
前記流体は、液体およびガスのうちの少なくとも１つを含む、項目１−１４のいずれかに記載のプロセス。
（項目１６）
金属製品の機械的性質を強化するためのプロセスであって、
骨材および結合剤を含む、鋳型を提供するステップと、
前記鋳型に溶融金属を供給するステップと、
流体を用いて前記鋳型の第１の部分を分解するステップと、
前記金属製品の第１の部分を形成するために、前記鋳型内の前記溶融金属の第１の部分を冷却および固化し、ステップと、
事前判定された期間にわたって前記鋳型への流体の流動を停止するステップと、
前記流体を用いて前記鋳型の第２の部分を続けて分解するステップと、
前記金属製品の第２の部分を形成するために、前記鋳型内の前記溶融金属の第２の部分を冷却および固化するステップであって、前記金属製品の前記第１の部分は、前記金属製品の前記第２の部分の機械的性質との関連で強化された機械的性質を有する、ステップと、
を含む、プロセス。
（項目１７）
前記流体を用いて前記鋳型の前記第１の部分を分解するステップは、前記溶融金属の前記第１の部分が完全に固化する前に始まる、項目１６に記載のプロセス。
（項目１８）
前記鋳型の前記第２の部分を分解するステップの前に、事前判定された期間にわたって前記鋳型内の前記溶融金属の前記第１の部分の固化を阻止するステップをさらに含む、項目１６または１７に記載のプロセス。
（項目１９）
前記流体を用いて前記鋳型の第３の部分を続けて分解するステップと、前記金属製品の第３の部分を冷却および固化するステップとをさらに含み、前記金属製品の前記第１および第２の部分は、前記金属製品の第３の部分の機械的性質との関連で強化された機械的性質を有する、項目１８に記載のプロセス。
（項目２０）
金属製品の機械的性質を制御するためのプロセスであって、
鋳型を提供するステップと、
前記鋳型に溶融金属を供給するステップであって、前記溶融金属は、固化されると、前記金属製品を形成する、ステップと、
流体を用いて前記鋳型の選択された部分を除去するステップと、
前記溶融金属中の第１の構成要素を冷却および固化するステップと、
事前判定された期間にわたって、前記溶融金属中の第２の構成要素の固化を阻止するステップと、
前記溶融金属中の第２の構成要素の固化を続けて可能にするステップと、
前記溶融金属の残りの部分を冷却および固化するステップと、
前記金属製品を形成するステップと、
を含む、プロセス。
（項目２１）
均一なセルサイズまたはデンドライトアーム間隔を有する、一体型単一アルミニウム合金構成要素をであって、
機械的性質の第１のセットを有する第１の区分を含む、本体と、
機械的性質の第２のセットを有する第２の区分と、
を備え、
前記機械的性質は、オフセット降伏強度、引張強度、および伸長のうちの少なくとも１つを含み、
前記機械的性質の第１のセットは、前記機械的性質の第２のセットとは異なる、
構成要素。
（項目２２）
前記本体は、自動車、トラック、オートバイ、ボート、または航空機のうちの１つを備える、車両のためのフレーム部材を備える、項目２１に記載の構成要素。
（項目２３）
前記本体は、車両のためのホイールを備える、項目２１に記載の構成要素。
（項目２４）
前記本体は、少なくとも１つの中空区分を含む、項目２１−２３のいずれかに記載の構成要素。
（項目２５）
前記機械的性質の第１のセットは、約４５ＫＳＩの０．２％オフセット降伏強度、約５０ＫＳＩの極限引張強度、および約１５％の伸長を含む、項目２１−２４のいずれかに記載の構成要素。
（項目２６）
前記本体の前記第１の区分内の構成要素の材料は、５またはそれよりも高いＡＦＳレベルを呈する共晶構造を備える、項目２１−２５のいずれかに記載の構成要素。
（項目２７）
金属製品の製造のためのプロセスであって、
骨材および結合剤を含む鋳型を提供するステップであって、前記鋳型は、比較的に薄い区分と、比較的に厚い区分とを含む、ステップと、
前記鋳型に溶融金属を送達するステップと、
前記鋳型の前記比較的に厚い区分内の溶融金属を固化する一方、前記鋳型の前記比較的に薄い区分を通して前記鋳型の前記比較的に厚い区分に溶融金属を送達し続けるステップと、
を含む、プロセス。
（項目２８）
前記鋳型の前記比較的に薄い区分を通して前記鋳型の前記比較的に厚い区分に溶融金属を送達し続けるステップ中、前記鋳型の前記比較的に薄い区分内の前記溶融金属の固化を阻止するステップをさらに含む、項目２７に記載のプロセス。
（項目２９）
前記鋳型の前記比較的に薄い区分内の前記溶融金属を続けて固化するステップをさらに含む、項目２８に記載のプロセス。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本開示は、ある部品および部品の配列またはあるプロセスステップにおいて物理的形態をとり得、そのいくつかの実施形態が、本明細書に詳細に説明され、本明細書の一部を形成する付随の図面に図示される。
【００１５】
【図１】図１は、本開示の一実施形態と関連付けられるステップのフローチャートである。
【図２】図２は、本開示の一実施形態に関する装置のレイアウトの概略側面図である。
【図３】図３は、本開示の別の実施形態に関する装置のレイアウトの概略側面図である。
【図４】図４は、従来技術の方法に従って処理される金属部品の概略側面図である。
【図５】図５は、米国特許第７，２１６，６９１号に開示される方法に従って処理される金属部品の側面図である。
【図６】図６は、本開示の一実施形態による方法に従って処理される金属部品の側面図である。
【図７】図７は、本開示の方法に従って処理される試験試料の側面図である。
【図８】図８は、試料が経時的に冷却される様子を図示する、図７の試験試料の冷却曲線のグラフ表現である。
【図９】図９は、本開示に従って製造されるオートバイのための揺動アームの側面立面図である。
【図１０】図１０は、揺動アームの上部平面図である。
【図１１】図１１は、本開示に従って製造されるボート船外モータのためのトランサムブラケットの上部平面図である。
【図１２】図１２は、トランサムブラケットの側面立面図である。
【図１３】図１３は、本開示による方法の別の実施形態と関連付けられるステップのフローチャートである。
【図１４】図１４は、本開示による方法のさらに別の実施形態と関連付けられるステップのフローチャートである。
【図１５】図１５は、本開示の一実施形態による方法に従って処理される車両ホイールの斜視図である。
【図１６】図１６は、本開示の方法に従って処理される別の試験試料の側面図である。
【図１７】図１７は、試料が経時的に冷却される様子を図示する、図１６の試験試料の冷却曲線のグラフ表現である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
アブレーションプロセス
少なくとも部分的に骨材材料から作製される鋳型の充填後またはその間、溶融金属が、鋳型からの自然熱抽出によって誘発され得るある程度の初期冷却を受けるか、または（鋳型に内蔵されるか、または金属ショット粒子の添加等によって骨材と混合される金属チルを用いて）チル化することによって、もしくは冷却フィンによって局所的に若干強化され得る。
【００１７】
続けて、熱抽出の本自然速度は、冷却剤／溶媒の噴霧または冷却剤／溶媒の中への浸漬のいずれかによって急速冷却および固化を達成するように、アブレーション冷却の適用によって補完され得る。
【００１８】
アブレーション固化では、鋳型は、最終製品の形状を画定するにすぎないが、熱のための主要なシンクとして作用することを意図していない。固化プロセスは、熱の抽出のために鋳型にもはや依拠しない。熱抽出および結果として生じる構成要素の固化は、別個かつ独立した制御下にある。
【００１９】
結合剤の溶解は、骨材を粒子サイズまで縮小し、水等の溶媒の流動の中でその除去を促進し、金属部品または構成要素から弛緩および分離された粒子を一掃し、それらをアブレーションステーションから移送する。鋳型除去プロセスは、緩やかであり、鋳造物等の金属部品へのいかなる機械的歪みまたは衝撃損傷も伴わない。骨材のスラリーは、湿式再生利用サイクルを受けることができる。湿式処理は、全ての煙、ヒューム、および粉塵（高価な大型粉塵およびヒューム抽出システムが、通常、殆どの鋳造所設備の主要な特徴であるため、これらは、従来の鋳造プロセスの通常の主要な不利点である）を抑制する利点を有する。鋳型除去の後、金属部品は、光沢仕上げを用いて生産され、燃焼汚れがなく、清浄化および洗浄され、便宜的に低温の取扱可能温度にある。
鋳型およびコア製造
【００２０】
鋳型は、結合剤を用いて接合された鉱物またはセラミック骨材から作製されることができる。１つを上回る種類の骨材が、採用されることができる。また、１つを上回る種類の結合剤も、採用されることができる。骨材および結合剤は、混合され、鋳型を作製する、またはコアボックスを充填するために使用される。好ましくは、混合物は、その形状が可能な限り正確であるように、工具（パターンまたはコアボックス）と接触して硬化される。鋳型の部品は、必要に応じて、内部コアとともに、次いで、完全な鋳型を作製するために組み立てられる。これは、時として、達成され得る正確度の結果として、精密コアプロセスとして公知である。
【００２１】
代替結合剤硬化プロセスが、構想されることができ、鋳型またはコアは、工具内で部分的に硬化され、射出され、取り扱われるために十分な強度を得る。これは、続けて、マイクロ波処理によって、またはガスならびに／もしくはガスおよび熱処理パージまたはそれらの組み合わせを用いた変換による従来の硬化方法によって完全に硬化される。本処理はまた、当然ながら、砂等の骨材の完全な乾燥をもたらす、またはさらには鋳造に先立って砂を予熱し、チル化を低減させ、鋳型の充填のために流動性を改良するために、硬化要件を超えて実行されることができる。
【００２２】
代替として、インベストメント鋳造プロセスに関して、骨材は、通常、ワックスパターンを被覆する、セラミックまたは耐熱スラリーを用いて接合される。スラリーおよび骨材の層は、要求される厚さのシェルを形成するように構築される。ワックスは、融解され、シェルは、次いで、焼成され、鋳造のために十分な強度および安定性を達成する。
【００２３】
再度、インベストメント鋳型は、マイクロ波加熱によって、またはガスならびに／もしくはガスおよび熱処理パージまたはそれらの組み合わせを用いた変換等による硬化方法によって、有用に硬化、乾燥、および予熱され得る。
結合剤
【００２４】
一実施形態では、結合剤は、液体金属にゼロまたはほぼゼロの水素ピックアップを送達する無機材料である。したがって、結合剤は、水または炭化水素を殆どもしくは全く含有し得ない。炭化水素の不在は、燃焼および熱分解の生産物が鋳造の熱を受けたときに放出されず、したがって、融解物中にガス気泡を生産するガス放出が最小限にされ、有害ヒュームが主に回避されるであろうことを確実にする。いずれの自由水または結合水も、必要に応じて、水の沸点を明確に上回り、そして場合によっては、液体金属の鋳造温度と同程度に高い高温で乾燥させることによって、低減または排除されることができる。そのような材料はまた、コアの有意な透過性の必要性を低減させ、したがって、鋳造物の表面仕上げを最大限にするためにより微細な骨材の使用を可能にする、鋳造時の低ガス放出によって特徴付けられることができる。鋳型の一部またはその全体のための高鋳型温度の使用は、広範な薄壁製品の充填をさらに補助する。
【００２５】
そのような結合剤は、リン酸塩ガラスに基づく無機結合剤であり得る。１つのそのような結合剤は、製品番号Ｇ４１１−２５−２５としてＪ．Ｂ．ＤｅＶｅｎｎｅ  Ｉｎｃ．（１０６０  Ｗｅｓｔ  Ｂａｇｌｅｙ  Ｒｏａｄ，  Ｂｅｒｅａ，  Ｏｈｉｏ  ４４０１７）から市販されている。ＨＡ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ＬＬＣ（６３０  Ｏａｋｍｏｎｔ  Ｌａｎｅ，  Ｗｅｓｔｍｏｎｔ，  Ｉｌｌｉｎｏｉｓ  ６０５５９）を含む他の供給業者もまた、公知である。そのような結合剤は、近年になって開発され、鋳造産業に導入されている。リン酸塩ガラスは、アルミナおよびマグネシアまたは酸化ナトリウムおよび酸化カルシウム等の他の化合物とともに、主成分として酸化リンＰ２Ｏ５を含む、非晶質水溶性材料である。他の例示的無機結合剤は、ケイ酸ナトリウム等のケイ酸塩、硫酸マグネシウム、ならびに他の塩およびホウ酸塩を含む。
【００２６】
再び、ケイ酸ナトリウムに基づくが、マイクロ波または他の処理方法の作用によって硬化可能な他の水溶性結合剤系も、アブレーションプロセスのために魅力的な候補である。これらは、数秒以内にグリーン強度を発達させ、コアまたは鋳型がコアボックスもしくはパターンから抽出されることを可能にすることができる。最終硬化および乾燥が、マイクロ波オーブン内で実行される。そのようなコアの高乾燥度は、それらを事実上ゼロのガス放出潜在性を伴う内部コアとして有益にし、したがって、内部コアが通気され得ず、それによって、融解物を通してガス放出気泡を生成することによって鋳造物の完全性に脅威を与える、それらの状況のために好適にする。
【００２７】
ケイ酸ナトリウムに基づく無機結合剤系の使用は、他の有機結合剤系と比較してコストが比較的に低く、いかなる公知の毒性または環境脅威もないという大きな利益を有し、最小限の処分または再利用問題を付与する。
【００２８】
内部コアは、鋳型のために使用されるものと同一または類似する水溶性結合剤を用いて最も便宜的に接合される。したがって、アブレーション中、内部コアの部品は、水噴霧によって除去され得る。しかしながら、内部コア材料の多くは、アブレーションが完了し、鋳造物が完全に固化した後に残留することが予期される。コアは、次いで、付加的洗浄ステーションにおいて単純に洗い流される。これは、迅速かつ徹底的なプロセスである（不十分な酸素を受容しているコア材料の凹部が焼却されておらず、残留して使用中の鋳造物の性能を脅かすであろう樹脂結合剤に関する熱的コア除去とは異なる。これは、残留砂がポンプ、軸受、およびシールを損傷し得る、シリンダヘッドおよびブロック等の鋳造で特に懸念される。）。
【００２９】
アブレーションを意図される構成要素の製造におけるコアの使用は、有益である。コアは、構成要素の正確度の保持を確実にする有益な目的を果たし、時として、構成要素の異なる部品の不均一な冷却の速度によって起こり得る歪みを防止しないが、低減させる。
骨材
【００３０】
一実施形態では、骨材は、硅砂等の鉱物である。シリカ骨材は、優先的に、丸形粒子から成り得、これは、鋳造物に良好な表面仕上げを付与し、ツールおよびプラント摩耗を最小限にする。粒子サイズは、鋳造物に良好な表面仕上げを付与するために、微細であるべきである。しかしながら、特にコアに関して、コアが、鋳型の充填および固化中にガスを通気するために透過性であるように要求される場合、粒子サイズは、増加される必要があり得る。硅砂は、良好な可用性、低コスト、およびそのアルファ／ベータ水晶転移温度までの良好な熱性質を含む、骨材として多くの望ましい特性を保有する。通常、殆どの鋳造所における有意な問題である、その吸入性粉塵の危険というその有意な不利点は、アブレーションプロセスに関与する湿式処理によって事実上排除される。
【００３１】
橄欖石、クロム鉄鉱、またはジルコン等の他の鉱物もまた、特に、そのチル化性質のために広く使用され、アブレーションされる構成要素のために使用され得るが、急速冷却は、そのような鋳型内で溶融合金の流動性を不良にし、アブレーションは、構成要素のある程度の凝結に先立って適用することがより困難である。特に、流動性の限定は、充填幾何学形状をより小さい分厚い部品に限定する。
【００３２】
代替として、骨材は、有益なこととして、溶融金属から殆ど熱を抽出しない、低熱拡散率を有し、したがって、溶融金属が凝結によって阻止される前に長い流動距離を可能にする、または本明細書に説明されるプロセスが最大効果を伴って動作することができるように、アブレーション冷却の適用のための十分な時間を可能にする。したがって、大きい「細長い」構成要素が、そのような鋳型材料を用いると可能である。燃料焚き発電所からの燃焼ガスの生産物が、特に有用である。これは、低密度、低熱容量、低熱伝導率、および低熱拡散率を有する、微小中空セラミック球体の形態をとる。そのような骨材は、「Ｃｅｎｏｓｐｈｅｒｅｓ」等のいくつかの商標を有する。低熱拡散率の類似する「断熱性」材料は、種々の剥離された（拡張された）粘土である、「パーライト」を含む。そのような「断熱性」材料のより完全な説明が、２００７年１月２３日付けの米国特許第７，１６５，６００号（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）に見出される。
【００３３】
中間チル化能力の潜在的に魅力的な鋳型材料が、「Ｇｒｅｅｎ  Ｄｉａｍｏｎｄ」の名称で販売されている。クロム生産の本副産物は、クロミア等の機械的に硬質の安定した酸化物の混合物を含む、丸形粒子の緑色の微細骨材である。これは、いかなる遊離シリカも含有せず、したがって、健康被害がない。これは、１，２００℃を上回る融点を有する。種々のタイプのアルミナまたはアルミノケイ酸に基づく、いくつかの凝集体骨材を含む、他の人工骨材も、潜在的に魅力的である。これらは、良好に流動および成形する硬質の球体粒子から成り、鋳型生産の生産性を補助する高透過性を伴う、魅力的な硬質の均一に詰まった鋳型を形成する。
【００３４】
鋳型は、当然ながら、別々に充填およびアブレーションされることができるが、複数の鋳型および／または複数のインプレッションを伴う鋳型が、生産速度を強化するために同時にアブレーションされ得ることが、容易に分かる。また、鋳型は、例えば、水平コンベヤ上で、連続的に充填およびアブレーションされることができる。ロボットまたは他の手段によるそのような生産ラインの自動化が、周知である。
【００３５】
非常に異なる種類の骨材鋳型が、インベストメント鋳造（ロストワックス）プロセスによって提示され、セラミック骨材が、セラミックスラリーを用いて接合され、高温で焼成される。鋳型は、特に、水中で可用性ではなく、したがって、アブレーションスプレーの使用は、焼流しされたシェル鋳型を除去する際に特に効果的ではない。これにもかかわらず、鋳型は、ある程度の透過性を有するように作製され得るため、アブレーション流体または溶媒は、シェルを貫通することができ、したがって、液体金属構成要素を効果的に冷却および固化し、部品の凝結に対する有用に高度な制御を可能にすることができる。
【００３６】
最近では、銅（Ｃｕ−）系合金および鋳鉄等のより高い融点の合金にさえ適切であり得る、Ｍｇ−およびＡｌ−合金のための水分解性インベストメントシェルが、開発されている。これらの水分解性シェルは、特に、魅力的であり、（通常、比較的に断熱性のシェルにおける緩慢な冷却の結果としての重要ではない、または平凡な性質によって特徴付けられる）インベストメント鋳造の利益を、アブレーションプロセスが提供し得る高温勾配の作用下で給送装置に向かう漸進的な凝結の結果としての強化された固化の速度、加えて、強化された健全性のために強化された性質と組み合わせる。
【００３７】
図１は、本開示の一実施形態による、プロセスのステップを図示する。本プロセスにおける第１のステップは、ブロック１０に示されるように、鋳型を形成することである。鋳型は、骨材１２と、結合剤１４とを備える。いったん鋳型が形成されると、これは、これがステップ１６において溶融金属で充填され得るように定位置に投入される。溶融金属は、次いで、ステップ１８において鋳型の中に送達される。鋳型は、溶融金属が、下記に説明される方法のいずれかに従って送達されることを可能にするように設計され得る。鋳型は、次いで、２０等において、流体溶媒の作用を受ける、またはそれによって接触される。続けて、鋳型の少なくとも選択された部分が、２２の時点で分解され、構成要素の選択された部分が、２３の時点で冷却される。当然ながら、そのように所望される場合、鋳型全体が、一度に分解されることができ、これを、米国特許第７，２１６，６９１号（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）に教示されるような公知のアブレーションプロセスによって形成される構成要素にする。
【００３８】
しかしながら、本開示の一実施形態によると、鋳型の選択された部分またはいくつかの離間した選択された部分のみが、最初に、流体もしくは溶媒と接触され、鋳型のそのような選択された部分を分解することが、望ましい。そのように行う目的は、構成要素の他の部分と比較して、鋳型内で形成されている一体型構成要素または金属部品のその部分の機械的性質を強化することである。形成される金属部品の異なる部分に関して異なる機械的性質を有する、単一の一体型金属部品または構成要素は、いくつかの異なる環境において特に有利であり得る。例えば、そのような金属部品は、建物もしくは橋梁の構造的構成要素または機械のための種々の構造的構成要素に関する使用のために有益であり得る。１つの特定の実施例では、異なる機械的性質を有する金属構成要素は、車両において有用であり得、したがって、構成要素の所望の区分が、構成要素の他の区分よりも迅速に変形するであろう。これは、オートバイ、航空機、トラック、ボート、または自動車等の車両のクラッシュゾーンのために特に有用であり得る。
【００３９】
鋳型の１つの部分が分解され、したがって、流体または溶媒が下層溶融金属に接触し、同一物を冷却し、鋳型内に形成されるべき残りの構成要素とは異なる機械的または冶金学的性質をこれに与えるが、鋳型内に含有される溶融金属の他の部分は、１つまたはそれを上回る速度において冷却され、それによって、鋳型内に最終的に形成される構成要素の残りの部分に異なる性質を与え得る。
【００４０】
また、鋳型の全体が、骨材および結合剤から作製される必要があるわけではないことも理解されたい。言い換えると、鋳型のいくつかの部分は、金属または別の永久物質から作製され得、したがって、鋳型のそれらの部分に接触する溶融金属は、鋳型の骨材部分に隣接して位置する溶融金属とは異なる速度において冷却され得る。
【００４１】
続けて、構成要素全体が、２４の時点で形成される。鋳型のいずれの残りの部分も、次いで、２５の時点で除去される。言及されるように、鋳型の残りの部分全てが、流体または溶媒と接触される鋳型区分と同一の骨材および結合剤の組み合わせから作製されるわけではない場合がある。再生利用ステップ２６は、次いで、鋳型の（骨材１２の少なくとも一部であり得る）骨材２８および流体が溶媒３０を含有する場合は溶媒のうちの少なくとも１つが再生利用されるように、遂行されることができる。
【００４２】
ここで図２に目を向けると、本実施形態では、るつぼまたはひしゃく３２が、上記に説明される骨材および結合剤組成物の鋳型３６によって画定される、鋳型空洞３４の中に溶融金属３３を傾注するために使用されている。押し湯３８は、これが凝結する最後の部分であることを確実にするために十分に大きく設計される。スプレーノズル４０は、鋳型３６において、水等の流体または溶質であり得る溶媒Ａの噴射を指向する。噴射Ａは、狭い流れから広い扇形までの任意の好適な構成において送達され得、特定の用途によって指示されるような定常流または脈動流であり得る。
【００４３】
ここで図３を参照すると、溶媒の適用は、単一の方向に、または単一のノズルからに限定されない。例えば、２つまたはそれを上回るノズル４２、４４、４６、４８、および５０が、存在し、複数の方向から鋳型３６を除去し得る。各ノズルは、鋳型３６において、流体Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、およびＦの個別の噴射を噴霧することができる。このように、鋳型３６は、形成されるべき特定の構成要素のために所望され得るように、例えば、急速かつ均一な様式で、または間隔を置いた段状区分において、所望に応じて分解され得る。例えば、溶媒の送達は、鋳型の基部において、噴射Ｃ、Ｅ、およびＦのうちの１つまたはそれを上回るものを介し得る。代替として、溶媒の送達は、１つまたはそれを上回る噴射ＢおよびＤによって、鋳型の中間において開始し得る。任意の他の代替もまた、採用されることができる。
鋳型充填（鋳造）
【００４４】
いったん鋳型が形成されると、これは、一時的に貯蔵されるか、または溶融金属で直ちに充填され得る。鋳型の充填は、いくつかの方法において遂行されることができる。
１．溶融金属は、鋳型の中に傾注されることができる（「重力傾注」として公知の一般的技法）。
２．鋳型は、鋳型の傾斜の角度を徐々に変化させることによって、より緩やかに充填され得る（「傾転鋳造」として広く公知である）。
３．溶融金属は、米国特許第６，１０３，１８２号および米国特許第６，８４１，１２０号（参照することによってそれらの全体として本明細書に組み込まれる）に開示されるような「重力対抗」送達システムを通して、鋳型の中に移送されることができる。
【００４５】
鋳型の中に溶融金属または融解物を送達した後、鋳型は、下記に説明されるように、流体の作用を受ける、またはそれによって接触される。
アブレーション流体
【００４６】
浸食または分解媒体もしくは溶媒は、骨材結合剤が水溶性である場合、水であり得る。これは、おそらく、最も魅力的なアブレーション媒体である。冷却媒体としてのその環境に優しい性質、低コスト、可用性、および有効性は、強力な強みである。
【００４７】
水は、これが結合剤溶媒および冷却媒体の両方として作用するため、特に適切である。水は、高熱容量および蒸発潜熱を有し、したがって、最大効果まで構成要素を固化および冷却する。
【００４８】
他の浸食媒体も、想定されることができる。例えば、水は、結合剤に関する溶解機構に応じて、より便宜的に若干酸性もしくはアルカリ性、またはある他の水性化学組成物であり得る。代替として、いくつかの結合剤、特に、樹脂に基づくものは、有機溶媒を要求し得る。さらに代替として、他の流体および混合物が、想定されることができ、液体窒素または液体窒素から放出される冷却されたガス状窒素が、結合剤を凝結および脆化し、鋳型のアブレーションまたは他の除去後に構成要素に望ましい冷却を提供しながら、骨材の粒子を遊離させ、運び去るために有益であり得る。同様に、固体二酸化炭素であるドライアイスの粒子が、鋳型に対して噴射され、機械的衝突およびそれらがガスに戻る際の粒子の微小爆発によって鋳型除去をもたらすことができる。本媒体はまた、鋳型除去後に優れた直接冷却を提供するために有利であろう。鋳型に対して噴射される、混入された固体粒子を含有する他の流体の混合物も、有用であり得、流体中に混入される固体粒子は、原理上、プラスチックもしくはガラスビーズ、アルミナグリッド、またはクルミ殻等の任意の種類の微粒子固体であり得る。しかしながら、最も便宜的なこととして、混入される粒子は、任意の後続分離プロセスまたは再利用された鋳型材料の汚染の問題を回避するように、鋳型の骨材と同一の材料であり得る。
【００４９】
アブレーションおよび冷却流体は、スプレーノズルによって送達されることができる。インペラを介するもの、落水にわたるもの、または同等物等の結合剤溶媒および冷却媒体のための代替送達機構もまた、想定される。構成要素のある幾何学形状およびサイズに関して、単純に、（例えば、内部スプレー噴射を用いて）水または別のアブレーション流体のプールの中に鋳型を漸進的に降下させることが、適正であり得る、もしくは望ましくあり得る。しかし、そのような代替送達機構は、爆発性であり、むしろ、溶媒を噴霧することに基づく本システムをアブレーションプロセスのためにより好適にし得る。
【００５０】
ノズルから生じる水の噴射に基づくそれらの送達システムに関して、水の送達の速度は、水が、鋳型を通した浸透によって最初に鋳造面に到着し、主要噴射の到着の前に鋳造物に到着することを確実にするように調節される。このように、溶融金属は、噴射の主要な力の到着に先立って、十分に固体の表皮を発達させることを可能にされる。代替として、溶媒／冷却剤の送達のタイミングおよび速度の賢明なプログラミングによって、構成要素の表面は、適用される冷却剤の完全な力の印加に先立って、十分な強度を得るために低減されているその温度による損傷を回避することができる。したがって、噴射によって送達される溶媒のタイミングおよび力は、いかなる損傷も構成要素に及ばないように制御される必要があるが、同時に、正しい時間に、熱の伝達の速度を低減させるであろう蒸気ブランケットの形成を克服するために十分な圧力を送達する。
【００５１】
例えば、スプレーノズルによる溶媒の送達は、鋳型の基部において開始され得る。鋳型は、ノズルが漸進的様式で溶媒を鋳型の無傷の部分に送達することを可能にするように降下されることができ、したがって、鋳型は、完全に分解する。代替では、鋳型は、定常のままであり得、ノズルは、溶媒の噴射を漸進的に送達し、鋳型の少なくとも一部を分解するために、移動させられ得る。回転対称の鋳型の場合では、鋳型の全円周が、急速分解のために、噴射によって接触されるように要求される。鋳型は、回転され得る、またはスプレーノズルは、鋳型を中心とする略円形軌道において移動され得る。代替として、ある構成要素に関して、噴霧は、鋳型の中間において、またはある他の所望の場所において開始し得る。
【００５２】
噴射の送達の速度および圧力は、鋳型を分解するために十分に高いが、溶媒が鋳型を通して浸透することを可能にするために十分に低い設定であり、したがって、浸透された溶媒は、噴射の完全な力の前に溶融金属に到着する。例えば、１〜５０ｋｇの重量範囲内のＡｌ合金鋳造に関して、０．０３〜７０バール（０．５〜約１，０００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ））に及ぶ圧力における約０．５〜５０リットル／秒（ｌｐｓ）（１０〜１００ガロン／分（ｇｐｍ））の範囲内の高体積低圧力送達が、有利であり得る。このように、浸透される溶媒は、溶融金属が噴射の力によって接触される前に、構成要素上に比較的に固体の表皮の形成を引き起こし、それによって、溶融金属との溶媒の過剰な直接接触からの構成要素の歪みまたは爆発を防止する。
【００５３】
当分野で公知であるような界面活性剤のアブレーション流体または結合剤調合物への添加は、鋳型を通した溶媒の浸透を強化し得る。加えて、鋳型によって溶融金属から吸収される熱の少なくとも一部は、制御された鋳型除去のために鋳型を安定させ得る。言及されるように、溶媒または冷却流体の、例えば、蒸気への相変化は、構成要素およびその区分からの熱の急速な除去を可能にする。
【００５４】
いったん鋳型が分解すると、流体の送達の速度および圧力に関する付加的考慮事項は、充填された金属構成要素との接触である。流体の速度および圧力は、金属構成要素への損傷を防止するために十分に低くなければならないが、蒸気ブランケットの形成を克服するために十分に高くなければならない。蒸気ブランケットは、構成要素上に固化した表皮を形成する際に半液体または液体金属に接触するように鋳型を通して浸透した溶媒の蒸発によって形成される。蒸気ブランケットは、金属構成要素から離れるような熱の伝達を低減させ、上記に説明される望ましい性質および効果を取得するために必要である急速冷却に有害である。したがって、蒸気ブランケットを克服するために、送達の条件を調節することが、有利である。
【００５５】
アブレーション流体の制御は、少なくとも２つの方法において行われ得る。送達の速度および圧力は、上記のパラメータの全てを達成するように設定され得る、または２つの別個の設定が、使用され得る。２つの別個の設定が使用される場合、１つの設定は、鋳型の分解のために確立され得、別個の設定は、流体噴射が金属構成要素に接触しようとしているとき、分解設定に取って代わるように時間調整され得る。当然ながら、流動、すなわち、狭い流れ、広い扇形、定常流、断続的パルス等が送達される様式は、適宜、速度および圧力設定に影響を及ぼす可能性が高い。
【００５６】
アブレーション流体の適用は、基部から上部方向の噴霧に限定されないことに留意することが、重要である。用途に応じて、鋳型の上部から底部に、中間点から一方の端部に、またはある他のパターンにおいて噴霧することが、望ましくあり得る。
【００５７】
溶媒の適用は、単一の方向またはノズルに限定されない。例えば、２つまたはそれを上回るノズルが、存在し、複数の方向から鋳型および構成要素をアブレーションし得る。このように、鋳型は、特定の用途において所望される場合、より急速かつ均一に分解され得る。例えば、溶媒の送達は、鋳型および構成要素の基部において、噴射のうちの１つまたはそれを上回るものを介し得る。代替として、溶媒の送達は、噴射のうちの１つまたはそれを上回るものによって、鋳型の中間において開始し得る。代替構成は、任意の他の所望の組み合わせにおける噴射の使用を含み得る。より多数のノズルが、大きいもしくは複雑な鋳型のために有利であり得る、または少数のノズルが、他の鋳型のために最適な被覆を提供し得るため、任意の数のノズルが、存在し得る。鋳型は、鋳型の完全な被覆を可能にするために、垂直に回転および／もしくは移動され得る、またはノズルは、鋳型および鋳造物が定常のままである間に移動され得る。ロボットは、スプレーノズルのアレイを通した制御された様式で、スプレーノズルのアレイを指向する、または鋳型および構成要素を移動させるようにプログラムされることができる。
【００５８】
加えて、複数のノズルが使用されるとき、ノズルの機能を時間調整し、相互を補完することが、有利であり得る。例えば、鋳型を囲繞するノズルの固定されたアレイは、協調され、鋳型の表面を横断してスプレーを移動させるようにオンおよびオフに切り替え、鋳型および構成要素の漸進的アブレーションを生成し、固化される構成要素の所望の特性を提供するように時間調整され得る。ポンプによる圧力において供給されるアブレーション流体は、調整器を介して制御されることができ、これは、ひいては、所望のシーケンスにおいて、かつ所望の時間にわたってノズルをアクティブ化するようにプログラムされることができる。
【００５９】
当然ながら、溶媒送達の速度は、所望に応じて、一定であり得るか、または可変であり得るかのいずれかである。例えば、ある金属およびある鋳型に関して、溶媒送達の速度を変動させることが、有利であり得る一方、他のタイプの金属または鋳型に関して、一定の速度の送達が、有益であろう。同様に、溶媒送達の圧力は、変動されることができる、または一定のままであることができる。それらが可変または一定であるかどうかにかかわらず、所望の流体送達速度および圧力を達成するために好適に調整され得る、従来のポンプが、採用されることができる。
【００６０】
熱は、当然ながら、別の実施形態では、液体窒素、空気流中のドライアイス粒子等であり得る冷却流体によって抽出されることができる。言い換えると、２つの異なる種類の流体が、アブレーションプロセスにおいて使用されることができ、したがって、水等の第１の流体が、最初に使用され、次いで、異なる流体が、固化する金属部品をさらに冷却するために、その後使用される。
【００６１】
溶媒を適用する１つの手段は、ノズルからの加圧された噴射または噴霧を介するが、他の手段もまた、考えられる。
固化制御
【００６２】
いくつかの構成要素およびいくつかの合金に関して、多くの場合、金属部品の区分厚さおよび合金によって発達される凝結フロントの性質に応じて、構成要素が、アブレーションの適用に先立って、わずかに固化することを可能にすることが、望ましくあり得る。他の金属部品、特に、薄壁部品に関して、鋳型内の自然冷却が、急速に起こるため、可能な限り急速にアブレーションを適用することを追求することが、より一般的である。当然ながら、構成要素が、アブレーションの適用に先立って凝結している場合、構成要素の性質に対する利益は、喪失されており、従来の鋳造を生成するであろう。そうであっても、緩やかかつ完全な脱型ならびにヒュームおよび粉塵の不在等の他の重要な処理利益は、そのままである。
【００６３】
さらに、噴霧等の様式における溶媒等の流体の送達は、溶融金属に対する強力な帯状冷却効果を有し、構成要素の所望の部分または複数の部分が固化することを促し得る一方、形成されている残りの構成要素は、少なくとも一部の液体金属を留保することができる。噴射は、狭い流れから広い扇形までの任意の好適な構成において送達され得、特定の用途によって指示されるように、定常流または脈動流であり得る。液体合金金属のリザーバの存在は、構成要素の隣接する部分が固化している間に、固化する金属の中への溶融金属の給送を促進し、構成要素の健全性を確実にする。
【００６４】
鋳造物の完全な固化に先立って、アブレーションが鋳型に適用されると仮定して、いくつかの異なる処理方略が存在する。
【００６５】
米国特許第７，２１６，６９１号に開示される単一指向性固化側面は、その時の一般的考え方にあったいくつかの要因によって影響を受けた。例えば、そのプロセスは、固化および冷却の進行に関して単一指向性を採用する、Ｂｒｉｄｇｍａｎタイププロセスによる単結晶の成長等の他の漸進的固化技法と類似する。したがって、単一指向性は、標準であり、その時の冶金学者およびプロセス技術者の考え方の基本であった。従来の鋳造では、固体になる液体合金に関する全ての反応は、鋳造物の表面から除去されている潜熱を有する。一方、本開示の一側面は、固化反応のうちの少なくとも１つに関する潜熱が、製造されている構成要素の断面による潜熱の除去によって起こることである。
【００６６】
単一指向性アブレーションプロセスが好適ではない場合がある、いくつかの構成要素が存在する。これらは、容易に給送されない単離された重い区分を伴う構成要素を含む。加えて、ある構成要素は、凝結プロセスを局所的に強化し、鋳造物の非常に応力を受ける部分のために良好な機械的性質を取得することが必要であり得る。さらに、ある場所において破損するように設計される鋳造に関して、アブレーションを低減または回避し、本局所における性質を低減させることが、必要であり得る。
【００６７】
アブレーションによって達成され得る凝結の速度は、全ての他の骨材成形プロセスによって達成可能な速度を超え、永久成形鋳造およびさらには高圧鋳造において達成される冷却の速度を超えることができる。本優れた速度は、熱流の主要な限定を構成し、（最大圧力の印加中でさえも鋳造物の全ての部品が型に触れるわけではないため、高圧鋳造の多くの部品を含む）全ての他の成形鋳造プロセスに影響を及ぼす、空隙の排除の自然な結果である。したがって、骨材成形鋳造に関して、固化する合金において発達される構造は、特有に微細であり、高延性が付随する、高強度の特有の魅力的な性質を付与することができる。
【００６８】
水噴射は、鋳型に指向されるように配列され、結合剤を溶解し、鋳型を分解するために十分な圧力において水を送達する。米国特許第７，２１６，６９１号は、鋳造物における凝結フロントを単一指向性様式で着実に進行させ、最終的に、鋳造物の凝結を完了する、鋳型および水噴射の漸進的単一指向性相対運動を説明した。
【００６９】
構成要素の表面にわたって前進させられる、冷却剤の作用および冷却剤の進行は、その断面に沿って構成要素において急激な温度勾配を生成する。このように、ペースト状区域（合金の液相温度と固相温度との間の領域）の深さは、低減され、樹枝状組織内給送液体の流動を補助し、したがって、構成要素は、最大共晶流を達成する。
【００７０】
ここでは、本アプローチの拡張が必要とされることが、見出されている。ある状況では、固化を複数の方向から単一の給送装置に向かって、または複数の方向において複数の給送装置に向かって駆動することが、有益である。そのような給送装置は、鋳型の底部上にさえも位置することができ、溶融金属は、重力に対して押し上げられる。本技法は、標的アブレーションと称されている。
【００７１】
標的アブレーションは、容易に給送されない単離された重い区分の問題に対処するために、特に有用かつ強力である。これらの領域を標的とし、残りの構成要素の固化に先立ってそれらの急速な固化を確実にすることによって、凝結フロントは、続けて、（より薄くあり得る）他のより問題のない領域に進行されることができる。したがって、比較的に厚いボスが、構成要素の比較的に薄い区分を通して給送されることができるため、重いボスは、通常、付加的給送装置またはチルの費用および不便を伴わずに健全に凝結されることができる。代替として、任意の厚さの区分の凝結が、強化され、機械的または他の材料性質を局所的に上昇させることができる。再び代替として、構成要素がある特定の場所において破損するように設計される場合、アブレーションは、種々の合金反応ステップの冷却速度を改変し、性質を局所的に低減させるために、本場所において低減または回避されることができる。例えば、特に、自動車両において、安全性の理由から画定された場所において破損するように設計される、いくつかの金属構成要素が存在する。標的アブレーションは、画定された破壊区域を有する金属部品の製造を可能にする。
【００７２】
標的アブレーションはまた、大幅に強化された生産の速度の可能性も提供する。一方の端部からその遠端における給送装置に単一方向にアブレーションされた構成要素の凝結時間は、当然ながら、２つの端部から同時にアブレーションし、中央の給送装置において終了することによって半減されることができる。明確なこととして、複数の場所から、複数の方向において、複数の給送装置に向かって同時にアブレーションされる、より複雑な鋳造は、非常に急速に達成されることができる。
【００７３】
標的アブレーションアプローチは、アブレーション冷却の到着に先立って（鋳型による自然な熱抽出の結果として）鋳型内で起こる自然な固化の量が低減され、改良された冷却の速度をもたらす重要な利点を有する。また、当然ながら、より大きい鋳造物が、鋳型による事前の冷却の結果としてのアブレーションの利点の喪失という不利益を招くことなく対処されることができる。別の実施形態では、鋳型全体または鋳型の一部は、鋳型に鋳型と溶融金属との間の最小の熱伝達を提供するように、耐熱微粒子材料から成る骨材および可溶性結合剤から作製されることができる。これは、鋳型のチル化効果を低減させ、それによって、鋳型内に保持される融解物の冷却、また、通常、迅速に凝結するであろう非常に薄い区分のための冷却を減少させる。そのような鋳型材料は、米国特許第７，１６５，６００号（その主題が、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）に議論されている。
【００７４】
約１３パーセントを下回るパーセンテージでは、アルミニウムに添加されるシリコンは何であれ、溶液中に溶解する。合金が、飽和パーセンテージ未満であるパーセンテージにおけるシリコンを含有するとき、これは、亜共晶、すなわち、亜共晶合金と呼ばれる。殆どのアルミニウム合金組成物は、亜共晶である。約１３パーセント程において、アルミニウム合金は、シリコンで飽和した状態になる。シリコンで飽和されるアルミニウム合金は、共晶として公知である。いったん飽和点を過ぎると、飽和点後に添加されたいずれのシリコンも、最終アルミニウム合金中に溶解しない。そのような合金は、過共晶合金として公知である。
【００７５】
Ａｌ合金との関連で、本プロセスは、Ａｌ−７Ｓｉ−０．４Ｍｇ（Ａ３５６）合金等のＡｌ鋳造合金および種々の亜共晶合金に適用される。本プロセスはまた、最大１７またはそれを上回る重量％のＳｉを含有する高シリコン合金（過共晶アルミニウム合金）に適用されることもできる。本プロセスはまた、Ａ２０６およびＡ２０１合金等の高強度Ａｌ−４．５Ｃｕ系合金に適用されることもできる。
【００７６】
アルミニウム合金構成要素等の金属構成要素の標的部分の材料機械的性質を強化するためのプロセスは、鋳型と冷却されている（したがって、鋳型から離れるように若干収縮している）溶融金属との間の空隙を伴わずに局所化された冷却が提供される点において有益である。そのような空隙は、空気が断熱材としての役割を果たすため、これが冷却の速度を低減させる点において有害である。空隙を伴わずに局所化された冷却を有することは、冷却プロセスを大幅に促進する。したがって、均一な微細構造が、標的アブレーションによって、単一の構成要素の比較的に厚い区分および比較的に薄い区分の両方において達成されることができる一方、鋳造は、そのような均一な微細構造を達成する際に困難を有する。一実施形態では、そのような微細構造は、約４０〜５０マイクロメートルの二次ＤＡＳまたは１０〜１１０μｍのセルサイズを有することができる。
【００７７】
標的アブレーションは、したがって、アブレーションの利点を留保するが、（ｉ）より大きいまたはより複雑な鋳造物に対処する能力、（ｉｉ）強化された生産の速度、ならびに（ｉｉｉ）鋳型からの熱抽出による固化の低減、およびこれを、構成要素の合金構造への品質利益をもたらす、および／または従来の鋳造プロセスによって、もしくは鍛造方法によって作製されることができない、より広範な構成要素に対処する、アブレーション冷却による好ましい熱抽出と置換することを伴う、新規のプロセスである。
金属および合金
【００７８】
アブレーションプロセスは、Ｍｇ−およびＡｌ−系合金の液体融解物の変換のために適切であることがこれまで実証されているが、銅に基づく非鉄合金、ならびに鉄合金、およびニッケル系ならびに類似する合金等の高温合金を含む、任意の金属または金属合金の液体融解物から固体への同一の変換のために好適であることが予期される。
【００７９】
加えて、６０００および７０００シリーズ等の鍛造合金は、概して、収縮孔および熱間割れにつながる給送の問題を生成する、それらの過剰に短いおよび長い凝結範囲のため、成形される鋳造物として正常に傾注することが不可能であると考えられる一方、アブレーション鋳造は、健全な製品を達成することが示されている。
冶金学的特徴
【００８０】
鋳造物の完全な固化後、鋳造物は、（ｉ）高温における溶解処理の利益を受けた鋳造物のそれらの部分のみを強化するために時効させる一方、加えて、溶解処理の利益を受けなかったであろうが、溶液中にわずかな溶質を留保したであろう鋳造物の他の部品にある程度の強化を与えること、ならびに（ｉｉ）その場合に、すでに溶解処理を受けた鋳造物のそれらの部分が、加えて、付加的処理から利益を享受し、事前の溶解処理を受けなかったそれらの部分が、従来、溶解、焼入れ、および時効の従来の完全な熱処理から利益を享受するであろう、溶解処理、焼入れ、および時効等の処理を含む、従来の熱処理を受け得る。
【００８１】
当然ながら、断続的冷却および固化によって生産される比較的に応力のない鋳造物に適用されるであろう任意の焼入れ処理は、水焼入れではなく、空気焼入れまたはポリマー焼入れ等の有意な応力を再導入しない焼入れから利益を享受するであろう。
【００８２】
熱の極端に急速な抽出によって、鋳造物の機械的性質は、最大限にされる。合金の熱処理応答は、微細構造のより微細な間隔のために強化され、関与する有意に短縮された拡散距離のために、より急速な均質化を付与するであろう。
【００８３】
いくつかの状況では、性質が十分に強化されるため、熱処理は、簡略化されることができ、したがって、長く高価な高温溶解処理、焼入れ、および低温時効は、単純に、低温時効処理によって置換されることができる。溶解処理および水焼入れの回避は、特に有利であり、時間、エネルギー、およびコストが、大幅に削減されるだけではなく、水焼入れは、応力を受けた、および／または歪曲された鋳造物の危険を導入する。残留内部応力を回避し、鋳造物の正確度を留保するように、特に、別個の強化動作が回避され得、機械加工動作が低減または排除され得るように、水焼入れを回避することが、主要な利点である。
【００８４】
さらに、いくつかの好ましい場合では、時効でさえも、必要ではない場合がある。
【００８５】
言及されるように、標的アブレーションに起因して構成要素において生成され得る強化された機械的性質は、事前判定された面積からの鋳型の除去からもたらされ、したがって、鋳型の除去される面積の下層の構成要素の部分は、構成要素を形成している溶融金属のその部分を固化するために、流体によって接触されることができる。そのような強化された機械的性質は、改良された伸長とともに、より大きい極限強度、より高い降伏強度を含むことができる。強化された機械的性質はまた、構成要素の第１の部分が、残りの構成要素のデンドライトアーム間隔未満であるデンドライトアーム間隔（ＤＡＳ）を有するデンドライトを備えることであり得る。デンドライトアーム間隔は、二次デンドライトアーム間隔であり得る。二次デンドライトアーム間隔は、金属合金構成要素の凝結速度の直接的測度であり、概して、本目的のために推奨および使用される。一次ＤＡＳの使用は、これが固化速度の最良の測度ではないという理由で、ある程度批判に晒され得るが、一次および二次ＤＡＳ間の選択肢を回避する実践的測度は、セル間隔の使用であり、一次または二次アームもしくは粒子であるかどうかにかかわらず、任意のデンドライト断片が、「セル」としてカウントされる。デンドライト成長が幾分不規則な形状を採用する、いくつかのＡｌ合金における一次および二次デンドライトアームを区別することの困難に照らして、セル間隔の測定は、実践的かつ有益であり、アルミニウム亜共晶合金における一次反応凝結測度の良好な測度であることが実証されている。強化された機械的性質は、加速された凝結時間、すなわち、溶融金属の固化時間の結果である。固化時間が短縮されるため、より微細なデンドライトアーム間隔（または二次デンドライトアーム間隔）が、生成される。構造の精緻化は、大幅に増加された冷却速度によって引き起こされる。言及されるように、降伏強度は、構成要素の第１の部分においてより高い、またはより高くあり得、極限引張強度は、構成要素の第１の部分においてより高い、またはより高くあり得、伸長は、構成要素の第１の部分においてより高い、またはより高くあり得る。
【００８６】
アブレーションの機械的および材料性質利益は、一般的に、ＤＡＳまたはセルサイズの縮小に起因するが、鋳型の作用およびアブレーションの適用による凝結に応じたＤＡＳまたはセルサイズは、おそらく、それらのコンパクトな回旋状態における酸化物バイフィルム（亀裂に類似する）の内部凝結の結果であることが想起される。競合するプロセスにおけるより緩慢な従来の冷却によって被る性質の喪失は、コンパクトなバイフィルム形態と比較して、サイズが１０倍またはそれを上回って増加される、より深刻なエンジニアリング亀裂になるように広がる、バイフィルムの広がりの結果として生じる。初期欠陥の縮小されたサイズから利益を享受する全てのそれらの機械的性質は、したがって、より速い凝結から利益を享受する。これらの性質は、延性および極限引張強度（ＵＴＳ）を含む。強度を上昇させる努力は、通常、延性の同時低減をもたらすため、強度および延性（伸長および堅牢性）の同時改良は、特に歓迎される利益であることが注目に値する。高速凝結からの本二重利益は、バイフィルム理論によって完全に説明されることができる。対照的に、ＤＡＳ（またはセル間隔）の縮小は、ホールペッチの式の予測に則して、通常、強度へのわずかな利益にのみ寄与することができるが、延性に全く寄与することができない。
【００８７】
アブレーションは、完全な構成要素の性質を上昇させるために最も有用に適用されるが、鋳造物の標的領域が、低減された性質を呈することを要求する事例が存在する。これは、アブレーション中に、鋳型の対応する部分が溶媒流体によって接触されないため、これが除去されないことを確実にすることによって達成されることができる。鋳型のその部分に関して、これは、低減された機械的性質、すなわち、より低い降伏強度、より低い極限引張強度、およびより少ない伸長率を有するであろう。低減された機械的性質を有するであろうものは、構成要素の本残りの部分である。低減された機械的性質を有する構成要素の選択された面積は、破損する構成要素の最初の部分であるように設計されることができる。
【００８８】
自動車分野では、構成要素が、具体的場所において、かつ具体的幾何学モードにおいて破損し、衝突衝撃中の減速を低減させ、エネルギーを吸収し、自動車乗員の安全性を維持することを確実にする（例えば、サスペンションおよびステアリング構成要素の圧潰を確実にし、ハンドルが運転手に激突しないことを確実にする）ことが、一般的になっている。任意の数の他の理由が、一体型単一金属製品、部材、または構成要素の特定の部分に関して、低減された機械的性質または強化された機械的性質のいずれかを提供するために考慮され得ることが、明白となるはずである。したがって、低減された機械的性質または強化された機械的性質のいずれかが、本開示による構成要素の１つまたはそれを上回る部分に関して提供されることができる。
統合されたアブレーションおよび溶解熱処理
【００８９】
急速冷却および固化のプロセスは、滞留期間にわたって中断され、固化された構成要素のそれらの部分に高温溶解処理を提供するように、構成要素のそれらの固化される部分を再加熱し、液体のままである構成要素のそれらの領域から熱を得ることを可能にし得、液体のままであった構成要素のそれらの部分からの付随の熱の損失は、それによって、さらに固化させられるが、構成要素全体は、付随して、固化される構成要素における内部応力および歪みを大幅に低減させるように、より緩慢かつより均一に冷却されるという利益を享受する。
【００９０】
冷却プロセスは、好適な滞留期間後に再適用されることができる。冷却速度は、ここでは、好ましくは、合金中に溶解する有用な割合の溶質を留保するために十分に高い一方、構成要素における高残留応力の生成を回避するために十分に緩慢であり得る。
微細構造
【００９１】
アブレーションプロセスによって固化される骨材鋳型からの製品の微細構造は、特有である。
【００９２】
従来鋳造されるようなＡｌ−Ｓｉ合金は、概して、一次ＡｌデンドライトおよびＡｌ−Ｓｉ共晶相の混合された微細構造を呈する。アブレーションされる構成要素では、いくつかの一次デンドライトが、傾注後の最初の数秒または数分において鋳型からの熱抽出によって形成されることが典型的である。固化の本相は、鋳型による適度な熱抽出の速度によって制御されるため、これらは、従来固化される製品の典型である二次デンドライトアーム間隔（ＤＡＳ）を有する。ある程度の鋳型除去および構成要素の表面に対する冷却剤の直接衝突をもたらすアブレーションの適用後、熱抽出の速度は、１００〜１，０００倍に増加する。ＤＡＳと冷却速度との間の約３分の１の冪乗関係のため、ＤＡＳは、対応して、最大約１０分の１に縮小する。任意のデンドライトが依然として成長している場合、それらのＤＡＳは、ここでは、この大きい倍数だけ急激に縮小する。これは、通常、明確に分かる。アブレーションされる微細構造の他の特徴は、共晶相の極端な微細さであり、これは、典型的には、約１マイクロメートル間隔であり、したがって、光学顕微鏡における１，０００倍の倍率において殆ど解像可能ではなく、相は、シリコン粒子の通常の修正されない粗いスパイク状形態ではなく、均一な灰色であるように見える。したがって、構造は、ここでは、本質的に修正されるが、いかなる付加的化学修正要素も、本変換を達成するために必要ではなかった（但し、２０ＰＰＭまでの少量のＳＲまたはＮＡが、有用であり得る）。
【００９３】
アブレーションされる鋳造物の微細構造のさらなる特徴は、中心において微細な構造であるが、構成要素表面に隣接する構造の相対的粗度である。本特徴的構造は、鋳型表面の近傍で最も速い冷却を呈し、従来の鋳造プロセスは全て、鋳造物の表面から固化の潜熱を抽出するため、冷却が鋳造物の中心に向かって漸進的に減速する、従来のＡｌ合金鋳造において予期されるものの反対である。
【００９４】
アブレーションが、幾分遅く適用されている場合、通常の粗い構造は、鋳造区分全体を通して発達する時間を有していた場合があり、したがって、アブレーションは、ここでは、液体のそれらの残りの凹部に対してのみ作用し、概して、粗いが、極端に微細な構造の凹部を伴う二重構造をもたらすであろう。これは、再度、Ａｌ−およびＭｇ−系合金におけるアブレーションに特有である。
再利用および再生利用
【００９５】
骨材は、回収および再利用されることができる。加えて、水もまた、再循環されることができる。水中に溶解する結合剤の蓄積は、結合剤除去および／または再生利用システムによって連続的に低減されることができる。
【実施例１】
【００９６】
図４は、より薄い板１１０上に配置される３つの重いボスＡ、Ｂ、およびＣが全て、その健全性を確実にするために、それぞれ、別個の給送装置（押し湯）１１２、１１４、および１１６を要求する、従来技術の従来の鋳造技法を図示する。残念ながら、給送装置の追加は、これらの重い区分の凝結の速度をなおもさらに減速させ、ボスの性質が比較的に不良である結果を伴う。
【００９７】
図５は、従来技術による、従来の単一指向性アブレーション冷却によって固化されるように設計される鋳造を開示する。水噴霧によるアブレーション冷却が、ボスＡにおいて開始し、矢印１０６の方向において板に沿って噴霧を移動させるように進む前に、ボスＡを固化するための時間を要する。中央のボスＢに到達するとすぐに、アブレーションの進行の速度は、再度減速される一方、熱が、Ｂから抽出され、矢印１０６の方向において板に沿って再度進行することに先立って、その完全な固化を確実にする。進行は、再び、Ｃにおいて減速されるであろう。Ｄにおける残りの鋳造板は、最後に、当然ながら、鋳造／給送装置アセンブリの最後に凝結する部分である、給送装置（押し湯）１０２から給送金属を受容する全ての時間の間に固化されるであろう。鋳造板の全長に沿って進行するために要する時間、加えて、重いボスを凝結するために要求される付加的時間は、時として、本長期間中の鋳型への熱の自然損失が、ＣおよびＤならびに給送装置等の開始点から遠隔のアイテムを全て、少なくとも部分的に、アブレーション冷却の利益を伴わずに凝結させるため、問題を生成する。ある場合には、給送装置の完全な早期凝結は、健全な鋳造の達成を妨げるであろう。
【００９８】
ここで図６を参照すると、本開示による方法が、そこに図示されている。アブレーションは、ここでは、ボスＡおよびＣに関して規定される優れた性質ならびにボスＢに関する中間性質を確実にすることを標的とする。健全性が、全てのボスのために要求されるが、審美的理由から、給送装置は、板１２０上に位置することを可能にされない。したがって、アブレーションは、重い区分１３０および１３２を標的とする。アブレーション冷却の進行は、矢印１２６および１２８によって示され、端部ＡおよびＤにおいて同時に開始する。固化フロントは、給送装置１２４が設置される中央のボスＢに集合する。鋳造物の固化は、ここでは、図５に示される従来技術に関するものの半分である。本短縮された時間のため、給送装置１２４は、熱の自然損失が、任意の有意な固化が給送装置において起こった範囲まで起こっていないため、特に小さく、効率的である。したがって、給送装置内の全ての液体は、鋳造物の給送のために利用可能である。給送装置１２４は、したがって、従来技術の給送装置１２０よりも有意に小さく、経済的であり得る。（そうであっても、当然ながら、１２４および１０２は両方とも、図４に示される鋳造のために要求される合計３つの給送装置に対する相当な改良である。）多種多様な他の鋳造形状または幾何学的設計が考慮されることが、明白となるはずである。これらの多くに関して、標的アブレーションは、鋳造に関する所望の特性、生産速度、および冶金学的性質を達成するために好ましい。
【００９９】
多種多様な鋳造形状または幾何学的設計が考慮されることが、明白となるはずである。金属または金属合金鋳造物の任意の数の重い区分が存在し得、１つを上回る給送装置が、時として、金属鋳造物または部品の幾何学形状に応じて要求され得る。これらの鋳造形状、構成要素、または部品の多くに関して、標的アブレーションは、鋳造に関する所望の特性、生産速度、および冶金学的性質を達成するために好ましい。
【０１００】
標的アブレーションに起因して鋳造物において生成され得る強化された機械的性質は、事前判定された面積からの鋳型の除去からもたらされ、したがって、鋳型の除去される面積の下層の鋳造物の部分は、鋳造物を形成している溶融金属のその部分を固化するために、溶媒または流体によって接触されることができる。そのような強化された機械的性質は、より大きい極限強度、より高い降伏強度、または引裂もしくは破断前のより大きい伸長率、および同等物を含むことができる。強化された機械的性質はまた、鋳造物の第１の部分が、残りの鋳造物のデンドライトアーム間隔未満であるデンドライトアーム間隔を有するデンドライトを備えることであり得る。強化された機械的性質は、加速された凝結時間、すなわち、溶融金属の固化時間の結果である。固化時間が短縮されるため、より微細なデンドライトアーム間隔が、起こり、構造の精緻化は、冷却速度を大幅に増加させることによって引き起こされる。言及されるように、標的アブレーションを用いて、鋳造物の第１の部分におけるより高い降伏強度、または鋳造物の第１の部分におけるより高い極限引張強度、もしくは鋳造物の第１の部分におけるより大きい伸長率が、達成されることができる。
【０１０１】
鋳型の大きい割合を除去し、流体または溶媒が、鋳型が除去された全ての部分における固化する鋳造物に接触することを可能にするように、鋳型のその部分が流体と接触されることが考えられる。しかしながら、鋳型の少なくとも一部は、流体によって接触されないため、または流体もしくは溶媒が、鋳型のその部分（例えば、金属鋳型部分）を溶解する役割を果たさないため、これは、除去されない。鋳型のその部分に関して、鋳造物は、低減された機械的性質、すなわち、より低い降伏強度、より低い極限引張強度、またはより小さい伸長率を有するであろう。低減された機械的性質を有するであろうものは、鋳造物の本残りの部分である。低減された機械的性質を有する鋳造物の選択された面積は、破損する鋳造物の最初の部分であるように設計されることができる。
【０１０２】
しかしながら、最後にアブレーションまたは固化される鋳造物の部分は、最初にアブレーションまたは固化される部分が有するものよりも低い機械的性質を有する必要はないことを理解されたい。これは、有意な程度に、鋳造物の形状に依存する。これは、鋳造物の性質が凝結速度に依存するため起こる。したがって、後で固化された鋳造物の部品が、非常に薄い区分を有する、または金属チルを用いてチル化される場合、それらは、優れてはいないとしても、まずまずの機械的性質を有する可能性が非常に高いであろう。しかしながら、本開示に従って処理される鋳造物の１つまたはそれを上回るアブレーションされる部分もしくは区分は、従来的に固化される鋳造物によって、すなわち、従来の鋳型における鋳型への伝導を介する熱損失によって生産される性質と比較すると、優れた性質を常時有するであろうことが事実である。
【０１０３】
同一の部品において異なる機械的または冶金学的性質を有する鋳造部品は、種々の状況において有用であろう。そのような部品は、例えば、車両ホイール、航空機またはトラックもしくは自動車等の車両のための構造的構成要素、ならびに、例えば、機械構成要素または部品、ならびに橋梁、建物、トレーラ、および種々の種類の種々の大型耐荷重性構造のための構造的部品を含み得る。そのような部品に関して、部品が、部品の第１の部分よりも長く破壊に耐えるように設計される部品の別の部分においてこれが有するものと同一の断面積を、最初に破損するように設計される部品の部分において有する場合であっても、部品が破損する場合、破壊が部品の特定の部分において開始される様式で、部品の１つの部分を部品の別の部分よりも強くさせるように鋳造部品を設計することが、望ましくあり得る。異なる機械的または冶金学的性質を有する鋳造部品もしくは構成要素が、上記に議論される標的アブレーションプロセスを使用して形成されることができる。
【０１０４】
種々のアルミニウム合金が、本明細書に議論される鋳造部品のために採用されることができる。これらは、１００−９００シリーズのアルミニウム合金ならびに１０００−８０００シリーズのアルミニウム合金を含む。言及されるように、合金は、Ａ３５６合金であり得る。これはまた、合金６０６１であり得る。
【０１０５】
種々の熱処理もまた、鋳造プロセスが完了した後に、鋳造部品に施行されることができる。例えば、Ａ３５６アルミニウム鋳造物に関して、Ｔ５およびＴ６熱処理が、可能である。Ｔ５熱処理プロセスでは、鋳造物は、自然に冷却することを可能にされ、次いで、低温オーブン内で高温において人為的に時効される。Ｔ６熱処理プロセスは、２つのステップを構成する。鋳造物は、最初に、自然に冷却することを可能にされ、次いで、高温オーブン内で高温において加熱される。設定された期間後、鋳造物は、迅速に焼入れされる。続けて、鋳造物は、Ｔ６熱処理プロセスの第２のステップのために低温オーブンに移動される。
【０１０６】
言うまでもなく、他のタイプのアルミニウム合金では、他の熱処理プロセスが、当分野で公知である。
【実施例２】
【０１０７】
本開示のある実施例として、Ａ３５６  Ａｌ合金（公称上、重量％においてＡｌ−７Ｓｉ−０．４Ｍｇ）において鋳造される４シリンダ自動車シリンダヘッドの製造が、説明される。鋳型が、上記に説明されたような水溶性結合剤を用いて接合される硅砂骨材から作製された。
【０１０８】
シリンダヘッドは、火面を下に向けて鋳造され、したがって、火面は、鋳型の下型部分によって形成された。
【０１０９】
下型鋳型の本対面材料は、ステンレス鋼ショット、またはブロンズもしくは純粋アルミニウムショットまたはＳｉＣ粒子等の他の好ましい耐腐食性粒子を含んでいた。これらのチル誘発材料は、水溶性結合剤を用いて接合された。好ましい代替は、上記のような金属ショットまたはＳｉＣ（以降では、便宜上、「ショット」のみと称される）であったが、添加剤のチル化能力を効果的に希釈および制御するために硅砂または他の顆粒成形骨材と混合されたが、全て水溶性結合剤を用いて前述のように接合された。
【０１１０】
一実施形態では、ショット（好ましくは、硅砂または他の成形骨材と混合される）は、シリンダヘッド鋳造物の火面をチル化するように、鋳型の表面において５〜１０ｍｍ厚さの層のみから成る。このように、固化される合金の固体表皮が、鋳造物の重要な作業面上に迅速に形成される。１５〜３０秒以内に、本表皮は、アブレーション水を直接適用することが安全である表面を提供するために十分に強化された。チルの表面層の使用は、シリンダヘッドの多くの顧客が、シリンダあたり４バルブの内燃機関、特に、非常に応力を受けるディーゼル機関の排気ポート間に微細なデンドライトアーム間隔を規定するため、さらなる付帯的利益を有する。
【０１１１】
鋼ショットまたは他の好適なチル誘発材料の均一な分散を伴う下型鋳型を作製することが可能であろうが、これは、通常、有用ではない。大量のそのようなチル材料は、溶解熱処理をもたらすために必要な再加熱相の利益を取得するように、後で容易に逆転されることができない程大きい冷却効果を生成するであろう。
【０１１２】
Ａｌ合金（Ａ３５６）は、鋳型の中に傾注され、ある期間にわたって（傾注温度に応じて、３０〜６０秒の領域において）滞留することを可能にされた一方、火面は、金属ショットからの熱抽出によって固化し始めた。
【０１１３】
続けて、水噴霧が、約４０秒にわたって鋳型の基部に適用され、金属ショットを含有する層を含む、下型鋳型を離すようにアブレーションし、それによって、鋳造物の火面の直接冷却を可能にした。下型と接触する残りの部分的に固化された合金の本加速された凝結は、本領域内で鋳造物の特に微細な所望の微細構造を生成する。
【０１１４】
続けて、水噴霧による本急速冷却は、固化された材料を再加熱し、まだ固化されていない鋳造物のそれらの部分から熱を取得することを可能にするために、約７５〜１５０秒にわたって中断された。火面の温度は、約５５０℃に到達するように再度上昇し、その温度において、特に、微小構造が微細である場合、溶解が、急速に起こる。微細構造の極端な微細さのため、溶解処理は、極端に速く、有用な程度の溶解処理のために数秒または数分しか要求しない。
【０１１５】
鋳造物が再加熱される精密な温度は、（ｉ）下型に面する鋳型材料のチル含有量、（ｉｉ）アブレーション条件、および（ｉｉｉ）アブレーション中断期間によって制御される（但し、再加熱期間の後半部分のみで、温度が溶解処理のために効果的なレベルに到達することを念頭におく必要がある）。当然ながら、火面を再融解させ、したがって、冷却中断期間の終了後の水噴霧の後続作用からの損傷を受けやすくさせ得る、過剰な再加熱を回避するように注意する必要がある。
【０１１６】
冷却噴霧は、次いで、鋳造物全体を冷却および固化し、骨材の水溶性結合剤を溶解させることによって鋳型を除去するために、鋳造物の下型および上型部分の両方に再適用される。
【０１１７】
鋳造物は、続けて、１７５℃において３０分にわたって時効のみの熱処理を受け、火面は、強度および硬度において大幅に増加し、残りの鋳造物は、顧客の仕様を満たすために十分に増加した。
【０１１８】
最初に、最適な性能のために要求される条件を評価し、下型の対面材料におけるチル材料の割合、アブレーション条件、および中断期間を査定するとき、微細なサーモカップルの方略的位置付けが、冷却および再加熱相を監視し、重要な変数の変化に対するプロセスの感度を試験することを可能にするために、その鋳型の中に孔が掘削された一連の犠牲鋳造物を使用することが、最も有用である。
【０１１９】
図７は、６０６１アルミニウム合金から作製され得る、鋳造試料１５０の側面図である。これは、サーモカップルが点Ｍに配置された押し湯１５２を含む。試料の上側中間区分１５４は、点Ｎに配置されたサーモカップルを有し、下側中間区分１５６は、点Ｏに配置されたサーモカップルを有する。最後に、底部区分１５８は、点Ｐに配置されたサーモカップルを有する。試料１５０は、電気加熱されたるつぼ内で約１，３５０°Ｆ（７３２℃）の温度までアルミニウム合金を加熱することによって形成された。合金は、約１５０°Ｆ（６５℃）まで予熱され、約２５０μｍの平均粒子サイズを有する硅砂の骨材およびリン酸塩ガラスの結合剤から成る重力給送鋳型の中に傾注された。試料１５０のための溶融金属は、熱からのるつぼの除去の１０秒以内に傾注された。鋳型の充填時間は、約２秒であった。本試料の中間区分の直径は、約２０ｍｍであり、試料の長さは、約１２０ｍｍであった。傾注中、鋳型は、約８６°Ｆ（３０℃）の温度において保持された。溶融金属が傾注された直後、すなわち、鋳型が溶融金属で充填された後の２秒以内に、溶媒が、鋳型を除去またはアブレーションし始めるために、鋳型の基部１５８に指向された。
【０１２０】
図８は、試料１５０内の点Ｍ、Ｎ、Ｏ、およびＰにおけるサーモカップルによって生成される冷却曲線を示す。押し湯１５２内の点Ｍにおける冷却曲線は、ＭＣＣと指定される一方、試料１５０の上側中間区分１５４内の点Ｎにおける曲線は、ＮＣＣと指定され、下側中間区分１５６内の点Ｏにおける曲線は、ＯＣＣと指定され、試料の底部１５８内の点Ｂにおける曲線は、ＰＣＣと指定される。温度曲線は、領域ＰＣＣが最初に冷却され、冷却が線Ｔを下回る点、すなわち、約１，１００°Ｆ（６００℃）の温度に到達した後に阻止されることを示す。次いで、領域ＰＣＣは、ＯＣＣにおける溶融金属の隣接する面積によって再加熱される。時間および温度における冷却の遅延は、本領域が最初により緩慢に冷却されるため、曲線ＯＣＣに関して示される。しかしながら、セルまたはデンドライトアーム間隔は、ＰＣＣ場所とＯＣＣ場所との間でサイズが顕著に変化しないであろう。約５μｍの差異のみが存在し得る。領域ＰＣＣは、温度レベルＴに戻るように急速に加熱され、したがって、短い溶解が、領域ＰＣＣ内で起こっている。
【０１２１】
標的アブレーションによる冷却が、２つの曲線間の所与の遅延後に、場所ＯＣＣにおいて再び起こる。領域ＮＣＣに関する冷却は、遅延によって生成された、より高い固体分含有量に起因して、最も大きい下落を有し、全ての他の面積よりも速く、レベルＴを通して下降する。再び、温度Ｔを過ぎて下降することに応じて、冷却が、場所ＮＣＣに関して阻止される。しかしながら、場所ＮＣＣおよびＯＣＣは、隣接する領域ＮＣＣが領域ＭＣＣからのより高い熱容量によって加熱され、領域ＯＣＣの温度を追い越し、わずかにより高い温度に到達すると、温度Ｔを下回って重複する。
【０１２２】
最後に、約１．３分において、標的アブレーションが、再び起こり、領域ＮＣＣおよびＯＣＣ間の本時間は、冷却を迅速に下降させる。本時点で、領域ＭＣＣは、最終的に領域ＭＣＣが１．８分の時点で流体によって冷却されるまで、領域ＮＣＣの隣接する断面領域を通して冷却される。押し湯は、アブレーション流体によって冷却された隣接する面積ＮＣＣから、本時点に先立ってのみ冷却される。
【０１２３】
試験試料１５０の一部へのアブレーション流体の流動を停止することは、その部分を、試料の隣接する領域内の依然として溶融した部分の存在に起因して、再加熱されることを可能にするであろうことが分かり得る。したがって、構成要素の少なくとも１つの部分は、依然として、幾分高温における溶融金属を含有する鋳型の隣接する部分を除去するステップの前に再加熱される。
【０１２４】
底部領域１５８のみが再加熱されるのではなく、下側および上側中間領域１５６ならびに１５４も加熱されることが、図８から明白となるはずである。しかしながら、本実施形態では、上側領域１５２は、標的アブレーションプロセスの本実施形態では再加熱されない。
【０１２５】
図８の線Ｔは、特定の数字に設定されることに留意することが、重要である。本事例では、その数字は、一般的６０６１アルミニウム合金に関する融解温度である、１，０６７°Ｆである。したがって、固化した金属は、加熱されるが、融解することを可能にされない。試験試料２５０の図７の中の区分ＰＣＣ、ＯＣＣ、およびＮＣＣにおけるここで固化されている金属は、加熱されるが、温度が金属の融解温度Ｔを過ぎるであろう点まで加熱されることを可能にされないことが分かり得る。区分ＰＣＣ、ＯＣＣ、およびＮＣＣのそれぞれにおける金属の冷却は、事前判定された期間にわたって阻止される。その期間は、約１５秒またはそれよりも長くあり得る。区分ＰＣＣに関して、冷却は、約３０秒において阻止される。その期間中、それらの区分内の金属は、加熱される。その後、冷却は、流体との鋳型の接触を介して再び適用される。このように、構成要素の標的面積は、事前判定された速度において冷却され、構成要素の金属の融解温度を下回って、その温度を過ぎずに加熱されることを可能にされる。換言すると、区分ＰＣＣが再び加熱されるにつれて、区分ＰＣＣが、区分ＯＣＣから熱を引き出すため、区分ＯＣＣの間接的冷却が起こる。同様に、区分ＯＣＣが再び加熱されるにつれて、区分ＯＣＣは、区分ＮＣＣから間接的に熱を引き出す。
【０１２６】
線Ｔは、全ての溶質反応が起こり、溶質要素が所与の金属または金属合金のために凝結される温度を表す。線Ｔは、初期融解が合金において起こる前に、合金が熱処理に応じて達成し得る最も高い温度を表し、これは、低減された機械的性質につながり得ることが、当分野において理解される。そのような低減された性質は、回避されるべきである。また、線Ｔは、金属合金の融点である温度を表し、微細構造、合金濃度、および固化される金属の領域内の溶質要素に依存するため、線Ｔによって表される温度は、固化されている所与の金属に関する固定された、または厳密な温度ではないことに留意されたい。また、固化される金属が温度Ｔに接近し、所与の時間にわたってその温度の近傍に留まると、熱処理が、殆どの金属に対して開始することを理解されたい。
【０１２７】
図８の温度チャートは、区分ＮＣＣに指向され、約０．１分（６秒）においてオンになるものを含む、流体ノズルの構成によって達成される。最初に、区分ＰＣＣに指向されるノズルが、オンになる。ＰＣＣにおけるノズルは、続けて、オフにされ、区分ＰＣＣの冷却は、約０．５分、すなわち、３０秒において阻止される。ＮＣＣにおけるノズルがオンにされると、区分ＮＣＣおよびＯＣＣの温度は、減少し始め、これらの区分の温度は、その間に加熱された区分ＰＣＣの温度と交差することが分かり得る。次いで、ＮＣＣにおけるノズルは、オフにされ、区分ＮＣＣおよびＯＣＣは、続けて、加熱される。しかしながら、本期間中、区分ＰＣＣにおけるノズルは、再びオンにされ、分かり得るように、区分ＰＣＣにおける温度は、再び減少し始め、その結果、区分ＮＣＣおよびＯＣＣに関する温度線と交差する。所望される場合、ＮＣＣにおけるノズルは、再びオンにされることができる。
【０１２８】
ここで図９および１０を参照すると、本体区分２０６から第１の方向に軸方向に延在する第１および第２の脚部２０２ならびに２０４と、本体区分から第２の方向に軸方向に延在する第３および第４の脚部２０８ならびに２１０とを含む、オートバイ揺動アーム２００が、図示されている。少なくとも脚部２０２および２０４は、中空であることを理解されたい。実際には、揺動アーム全体が、重量を節約するために中空であり得る。中空揺動アームの壁は、２．５〜３ｍｍの厚さである。本体区分２０６から上向きに突出するものは、固体ボス２２０である。比較的に厚いボスが、揺動アームの中間において設置されることが分かり得る。一実施形態では、ボスは、その溶融金属を給送するためのその独自の給送装置を有していない。それにもかかわらず、ボスの領域内の厚い区分は、最初に固化または凝結される。これは、揺動アームの比較的により薄い区分から比較的により厚いボスまでの溶融金属の給送を介して行われる。標的アブレーションは、そのような構成要素が溶融金属から製造されることを可能にする。本実施形態では、ボスは、最も高い材料性質を有するように設計される。より具体的には、６０６１アルミニウム合金から製造されるような揺動アームは、ボスの領域内で、約５０ＫＳＩの極限引張強度、約４５ＫＳＩの０．２％オフセット降伏強度、および約１５％の伸長を有する。揺動アームの残りの区分は、より低い性質、例えば、残りの揺動アームに関して約３〜４パーセント下回る伸長、すなわち、約１１パーセント程の伸長と、約４２ＫＳＩの０．２％オフセット降伏強度とを有する。
【０１２９】
揺動アームに関して、これは、通常のアブレーションを介して製造または生産され得なかった。この理由は、中空揺動アーム内の壁が、わずか２．５〜３ｍｍの厚さであり、ボスが、薄い区分を通して溶融金属を給送されたためである。従来のアブレーションでは、溶融金属は、時間内に揺動アームの中間に位置するボスに決して到達しないであろう。ボスは、１６秒未満に固化する必要があった、または隣接する薄壁面積は、ボスを給送し得なかった。したがって、揺動アームは、第‘６９１号特許のプロセスを採用して製造され得なかった。
【０１３０】
ここで図１１を参照すると、ボートまたは同等物のための船外モータのためのトランサムブラケット２５０が、開示される。トランサムブラケットは、６０６１アルミニウム合金から作製され、基部区分２５２と、基部の縦方向に対してほぼ法線である方向に延在するアーム２５４と、接続区分または縮径部２５６とを含む。接続区分または縮径部は、厚く、厚さが約３インチである。縮径部は、厚さが７５ｍｍまたは３インチを超える９０度屈曲領域２５６である。トランサムブラケットは、本領域内で破損しないことが、非常に望ましい。Ａ３５６合金において鋳造される縮径部付き領域の従来技術製造は、２パーセント以下の伸長を有し、低圧永久鋳型内で固化するために、１０分以上を有する。従来技術に関して、０．２％オフセット降伏強度は、約２５ＫＳＩであり、極限引張強度は、約３４ＫＳＩである。
【０１３１】
一方、本構成要素を製造するために標的アブレーションを使用することは、本領域内で３６ＫＳＩにおける０．２％オフセット降伏強度および４４ＫＳＩにおける極限引張強度とともに、トランサムブラケットの縮径部領域内で約１０パーセントの伸長を含む機械的性質をもたらす。筐体の基部２５２に沿った他の領域は、破壊が起こるべきである場合、構成要素が背部スプラインに沿って亀裂を示すであろうように、より低くあり得る材料性質を有するように設計される。しかしながら、本製品では、いかなる破壊も生じさせないことが望ましい。より厚い領域２５６は、これが最後に破損する領域であるように設計されるため、トランサムブラケット２５０の他の領域と比較してより高い極限降伏強度を有する。トランサムブラケットは、６０６１アルミニウム合金またはＡ３５６アルミニウム合金のいずれかから製造されることができ、両方の合金は、標的アブレーションによって生産されると、類似する極限降伏強度および極限引張強度、ならびに伸長率を提供する。
【０１３２】
従来のアブレーションでは、薄い区分は、それらが鋳型内に格納される溶融金属のより厚い領域から給送され、給送する固体分が重要な非給送点に到達するためにより長くかかるため、より良好な材料性質を有する。より厚い領域内の残りの液体アルファ相は、より薄い面積に流動する。特に、トランサムブラケットに関して、縮径部内の領域は、７５ｍｍまたは３インチの厚さであり、他の鋳造プロセスによってエネルギーを除去する表面積は、生じることができない。アブレーションでは、断面積は、従来、表面からエネルギーを除去する鋳造プロセスが、金属チル、工具をチル化する水、部品を鋳造する型、および他のそのような公知の鋳造プロセスによってそのように行う全ての試みにもかかわらず、本厚い領域を克服するための冷却速度を取得することができない、エネルギーを除去している。これらの材料性質は、鍛造される構成要素によって縮径部領域内のみで達成されることができる。
【０１３３】
第‘６９１号特許において教示される通常のアブレーションは、そのようなトランサムブラケットを製造するために採用され得ない。言い換えると、本明細書に開示されるような標的アブレーションは、縮径部２５６の厚い領域がより薄い領域の前に形成され得るように展開される必要があった。縮径部２５６は、これに直接接続される給送装置または押し湯を有していなかったことを理解されたい。代わりに、給送装置または押し湯は、これが９０度縮径部領域と対向する縮小された区分に向かってテーパ状になるため、背部スプライン２５８上に設置された。
【０１３４】
ここで図１３を参照すると、本図は、本開示の別の実施形態による、プロセスのステップを図示する。本プロセスにおける第１のステップは、ブロック３１０に示されるように、鋳型を形成することである。鋳型は、１つまたはそれを上回る骨材３１２と、１つまたはそれを上回る結合剤３１４とを備える。いったん鋳型が形成されると、これは、これが溶融金属で充填され得るように、ステップ３１６の時点で定位置に投入される。溶融金属は、次いで、ステップ３１８において鋳型の中に送達される。鋳型は、溶融金属が、本明細書に説明される方法のいずれかに従って送達されることを可能にするように設計され得る。鋳型は、次いで、３２０等において、流体または溶媒の作用を受ける、もしくはそれによって接触される。本プロセス中、鋳型の１つまたはそれを上回る選択された部分は、３２２の時点で分解され、溶融金属の１つまたはそれを上回る選択された部分は、３２４の時点で冷却される。鋳型の１つの部分または選択された部分が、分解されており、したがって、流体または溶媒が、下層溶融金属に接触し、同一物を冷却し、同一物を固化し、それによって、鋳型内に形成されるべき残りの溶融金属とは異なる機械的または冶金学的性質をこれに与えるが、鋳型内に含有される溶融金属の他の部分は、異なる速度において冷却され得る、または全く冷却されない場合がある、すなわち、冷却は、阻止され、それによって、鋳型内に最終的に形成されるべき構成要素の残りの部分に異なる性質を与えることができる。
【０１３５】
本実施形態では、鋳型の別の部分への流体の流動は、３２６の時点である期間にわたって停止される。上記のように、鋳型の選択された部分は、次いで、実際には、再び加熱され得る。続けて、または後の時点で、鋳型の他の部分または複数の部分は、流体と再び接触され、鋳型の１つまたはそれを上回る他の部分は、次いで、３３０の時点で分解される。溶融金属の他の部分は、次いで、３３２の時点で冷却される。その後、構成要素全体が、３３４の時点で形成され、構成要素は、続けて、３３６の時点で鋳型のいずれの残りの部分からも除去される。
【０１３６】
ここで図１４を参照すると、本開示のさらに別の実施形態は、鋳型が、ブロック４１０の時点で形成され、鋳型が、ブロック４１２の時点で１つまたはそれを上回るタイプの骨材を含み、ブロック４１４の時点で１つまたはそれを上回るタイプの結合剤を含む、鋳型を形成するための方法を含む。鋳型は、次いで、ブロック４１６の時点で定位置に投入され、溶融金属が、ブロック４１８の時点で鋳型に送達される。その後、溶融金属中の第１の構成要素が、ブロック４２０の時点で固化される。しかしながら、溶融金属中の第２の構成要素の固化は、ブロック４２２の時点で阻止される。続けて、すなわち、その後、ある事前判定された期間による時間内に、溶融金属中の第２の構成要素の固化が、４２４の時点で可能にされる。その後、金属製品または構成要素が、４２６の時点で形成される。
【０１３７】
またさらなる実施形態では、構成要素は、例えば、アルミニウム合金等から、金属車両ホイールとして形成されることができる。図１５を参照すると、車両ホイール５００は、内側ハブ５０２と、外側リム５０４と、ハブ５０２およびリム５０４を相互に接続する１つまたはそれを上回るスポーク５０６とを有する。リム５０４は、タイヤのための効果的な気密シールを促進するために、タイヤと協働するように適合または構成される、一対の離間されたビードシート５０８および５１０を含むことができる。標的アブレーションは、そのような車両ホイールの製造のために有用であり得る。一実施形態では、スポーク５０６は、中空であり、標的アブレーションは、そのような中空スポーク付きホイールの製造において特に有用であることが証明されている。
【０１３８】
ここで図１６を参照すると、これは、６０６１アルミニウム合金から作製され得る、鋳造試料５５０の側面図である。これは、サーモカップルが点Ｍにおいて配置された押し湯５５８と、点Ｎに配置されたサーモカップルを有する上側中間区分５６０と、サーモカップルが点Ｏにおいて配置された下側中間区分５６２とを含む。最後に、底部区分５６４は、点Ｐに配置されたサーモカップルを有する。図１７に示されるように、本実施形態では、冷却は、区分ＰＣＣにおいて開始し、その区分は、固化される。区分ＰＣＣにおける冷却は、続けて、約３０秒において阻止される。区分ＯＣＣは、固体チルとしての役割を果たし、砂鋳造コア鋳型において従来使用される金属チルと全く異ならない熱容量を有する、隣接する区分ＰＣＣによって作用される。しかしながら、区分ＰＣＣまたは区分ＯＣＣによって付与されるチルは、冶金学的に、これが固体−液体界面において原子的に接合されるため、これが空隙を伴わない固体チルであるという点で連続的である。チル化される区分ＰＣＣが加熱され（区分ＰＣＣの温度の上昇に留意されたい）、区分ＯＣＣ、ＮＣＣ、およびさらにはＭＣＣに延在する温度勾配を伴う冷却作用を付与するにつれて、冷却速度は、試料５５０の長さを横断して変動する。温度勾配は、区分が共晶融点から脱する際に見られることができ、各連続的場所は、その区分の距離が区分ＰＣＣから増加するにつれて緩慢な冷却速度を有する。約１．２分において、冷却は、区分ＰＣＣにおいて再び適用される。区分ＯＣＣ、ＮＣＣ、およびＭＣＣにおける場所は、次いで、全ての区分が固化された後に期せずして開始する温度勾配を伴って冷却される。本冷却は、熱処理における焼入れとして参照され得る。合金に応じて、種々の事後熱処理が、起こり得、焼入れは、破線によって表される。
【０１３９】
本明細書に説明される標的アブレーションプロセスは、多くの合金系の製造に適用可能であるが、特に、マグネシウム、アルミニウム、および銅に基づく非鉄合金のために特に好適であることが予期される。しかしながら、本プロセスはまた、ニッケル系および類似する合金系等の鉄合金および他の高温合金に適用可能であることが明確になるであろう。本開示は、アルミニウム合金に対する特定の適用を説明する。しかしながら、種々の金属が、本開示に従って採用され得ることを理解されたい。これらは、上記に説明されるもの等の多種多様な金属および合金を含む。
【０１４０】
アブレーション技法は、環境に優しく、ヒュームまたは臭いのいずれも放出せず、全ての生産材料（骨材、結合剤、および水等の溶媒）が良好に処分され得る、または内部で再利用されることができるプロセスによる、特有の健全性および高い性質の成形鋳造物の製造のための魅力的かつ比較的に低コストのプロセスである。
【０１４１】
本開示は、いくつかの好ましい実施形態を参照して説明された。明白なこととして、修正および改変が、前述の詳細な説明の熟読および理解に応じて他者に想起されるであろう。本開示は、それらが添付される請求項またはそれらの均等物の範囲内に該当する限りにおいて、全てのそのような修正および改変を含むものとして解釈されることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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