JP2004507361A - 鋳造用半固体材料のオンデマンド製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

鋳造過程に対する半固体材料をオンデマンドにて製造する方法である。金属合金は、望ましい温度範囲に保たれる溶融した状態まで加熱される。溶融合金の一部分を容器４２及びその内部に配置された溶融合金の冷却を促進させるそれ自体の冷却装置を備える処理容器４２内に搬送される。これと代替的に、熱ジャケットを使用してかかる冷却を促進することができる。ステータ４４は、溶融合金の望ましい流れパターンを形成する攪拌動作を形成し得るよう溶融合金に印加される電磁界を発生させる。溶融合金が容器４２内に配置されると直ちに、この電磁攪拌が開始し、冷却が続行する間、継続し、望ましい金属組織学的組成のスラリビレットを形成する。次に、スラリビレットは容器４２から直接、鋳造機のショットスリーブ３２内に排出される。

Description

【０００１】
【関連出願】
本出願は、１９９９年２月１７日付けで出願され、現在出願係属中の金属の半固体鋳造法（ＰＲＯＣＥＳＳ　ＦＯＲ　ＳＥＭＩ−ＳＯＬＩＤ　ＣＡＳＴＩＮＧ　ＯＦ　ＭＥＴＡＬＳ）という名称の米国特許出願第０９／２５０，８２４号の同時出願係属中の一部継続出願である。
【０００２】
【発明の背景】
本発明は、全体として、鋳造過程にて使用される半固体材料を「オンデマンド」にて製造し得る構造及び配置とされた装置に関する。過程の一部として使用される必須の構成要素及び構造的配置を有する色々なステーションが全体的な装置の一部として含められている。開示された装置を使用して半固体材料をオンデマンドにて製造する方法は本発明の一部として含められている。
【０００３】
より具体的には、本発明は、比較的短いサイクル時間にて半固体材料の製造を容易にすべく電磁攪拌技術及び色々な温度制御技術並びに冷却制御技術、更に、装置を具体化する。また、半固体材料を鋳造機のショットスリーブに直接排出する構造的構成及び技術も含まれる。本明細書にて使用するように、「オンデマンド」という概念は、半固体材料がその材料が製造される容器から鋳造工程に直接、向かうことを意味する。半固体材料は、典型的に、「スラリ」と称され、「１回の注入量」として製造されるスラグは、同様にビレットと称される。これらの用語は、所望の１回の注入量ビレットに相応するスラリ量を表わすべく本明細書にて組み合わされている。
【０００４】
正味形状及びほぼ正味形状製造のための軽金属を形成する半固体は、ダイキャスティング法の経済的コスト面の利点を伴って、高強度、低多孔質巣の構成要素を製造することができる。しかし、半固体成形（ＳＳＭ）法は、予め処理したビレット又はスラグとして購入した金属を使用することに関連する資本集約的方法である。
【０００５】
ＳＳＭ法にて製造した部品は、高品質及び高強度であることは既知である。ＳＳＭ部品は、大きい湯口面積及び遅いキャビティ充填速度を使用する、ダイキャスティング法の１つの変形例であるスクイーズキャスティング法により製造された部品と比較してより好ましい。遅く非乱流の金属速度（７６．２（３０）から２５４ｃｍ（１００インチ）／秒の範囲の湯口速度）及び凝固中、部品に対し極度の圧力を加えることにより多孔質巣が防止される。スクイーズキャスティング法及びＳＳＭ法の双方は、熱処理可能な均一な高密度部品を製造する。
【０００６】
ＳＳＭ法は、ダイキャスティング法の工程上の経済性及び鍛造品の機械的性質に近い機械的性質を提供する。更に、ＳＳＭ法は、高品質及び高強度の部品を製造するため、金属の非樹木状晶ミクロ組織を利用する。ＳＳＭ法は、球状のアルファ粒子組織のため、スクイーズキャスティング法よりも薄い肉厚を鋳造することができ、また、アルミニウム合金及びマグネシウム合金の双方に対し成功裏に使用されている。ＳＳＭ部品は、スクイーズキャスティング法の特徴である極度の圧力下にて含浸させることを必要とせずに溶接可能であり且つ圧力密である。
【０００７】
ＳＳＭ法は、任意のその他のアルミニウム成形法よりも厳密な寸法上の能力を保持することが判明している。このことは、顕著なコストの節減、機械加工の軽減及びより高生産率を実現する上で迅速なサイクル時間をもたらすため、ＳＳＭ法の構成要素の需要を増大させている。高強度及び最小の多孔質巣であることに加えて、ＳＳＭ部品は、ダイキャスティング法よりも部品対ダイの収縮が少なく且つ反りが極めて少ない。ＳＳＭ法は、望ましい正味形状に近い鋳造品を製造し、このことは、二次的機械加工工程を軽減し且つ不要にすることさえも可能である。鋳造品の表面仕上げは、これら鋳造品が置換する鉄及びスチール部品よりも優れることがしばしばである。
【０００８】
ＳＳＭ法は、従来のダイキャスティング（４８．２６３から８２．７３７ＭＰａ（７，０００から１２，０００ｐｓｉ））よりも高圧の最終的成形圧力（１０３．４２１から２０６．８４３ＭＰａ（１５，０００から３０，０００ｐｓｉ））を必要とするが、近代のダイキャスティング装置は、ＳＳＭ部品を効率的に且つ経済的に製造するのに必要な自由度を提供する。今日のダイ鋳造機に具体化される実時間、閉ループの液圧回路は、ＳＳＭ材料合金の正確な充填速度を自動的に維持することができる。閉ループのプロセス制御システムは、金属の温度及び時間、電気ステータからの電圧フィードバック及びその他のデータを監視して高品質の部品の生産効率を最大にし且つ再生産性を保証することができる極めて信頼性が高く且つ精密に制御された工程を提供する。
【０００９】
上述したように、ほぼ正味通りの形状にて高強度、低多孔質巣の製品を製造するため、半固体金属スラリを使用することが可能であることは周知である。しかし、半固体金属の粘度は、スラリの温度又はこれに相応する固体の画分により極めて影響を受け易い。高固体画分率にて優れた流動性を得るためには、半固体金属の一次的固相はほぼ球状でなければならない。
【００１０】
一般に、半固体の処理法は、チクソキャスティング法及びレオキャスティング法という２つの範疇に分類することができる。チクソキャスティング法において、凝固する合金のミクロ組織は、合金が鋳造されて固体の供給材料になる前に、樹木状晶から分離した再生樹枝状晶に改変され、その後、その樹枝状晶は、半固体状態になるように再度溶融させ且つ金型内に鋳込んで、所望の部品を形成する。レオキャスティング法において、液体金属は、そのミクロ組織が改変される間、冷却されて半固体状態となる。次に、スラリを形成し又は金型内に鋳込んで、所望の１つ又は複数の部品を製造する。
【００１１】
レオキャスティング法における主な障害は、短いサイクル時間内で所望の好ましい温度範囲内の十分なスラリを形成することが困難なことである。追加的な鋳造及び再溶解工程のため、チクソキャスティング法のコストは高いが、工業的製造のためチクソキャスティング法を具体化することは、時間及びスペースの点にて再加熱及び成形工程から分離したものとすることのできる別個の工程にて半固体の供給材を多量に鋳造することができるから、レオキャスティング法よりも遥かに優れたものである。
【００１２】
半固体の鋳造過程において、一般に、その形態が保持される樹木状晶固体粒子から成るスラリが凝固中に形成される。最初に、スラリ又は半固体を形成する初期の段階にて、樹木状晶粒子は、核形成し且つ溶融した合金内にて等軸樹枝状晶として成長する。適正な冷却速度及び攪拌によって、樹木状晶粒子の枝はより大きく成長し、樹枝状晶の腕は、粗化する時間を有し、このため一次及び二次的樹枝状晶の腕の間隔が増大する。攪拌が行われるこの成長段階の間、樹枝状晶の腕は接触し且つ画分されて再生された樹木状晶粒子を形成する。保持温度にて、粒子は粗化を続け且つより丸くなり、理想的な球状の形状に近づく。丸くなる程度は、その過程に対して選ばれた保持時間によって制御される。攪拌を加えると、「コヒーレンシ」（樹枝状晶が絡んだ構造体となる状態）点に達しない。画分された再生樹枝状晶粒子から成る半固体材料は、低せん断力にて変形を続ける。本発明は、比較的短いサイクル時間にて適宜なスラリを形成すべく合金の金属組織学的振舞いを利用する装置及び方法を新規且つ非自明な仕方にて具体化するものである。
【００１３】
所望の画分した固体及び粒子寸法並びに形状が実現されたならば、半固体材料は、ダイ金型内に射出することにより又は何らかの他の成形過程により形成する準備が整う。固体のアルファの形成が開始し且つ粒子の粗化が開始するときの温度よりも高い温度にスラリの形成過程を制限することにより、一次的アルミニウム（アルファ）粒子寸法はその過程中、制御される。
【００１４】
半固体合金の一次的固体の樹木状晶組織は、液相線温度付近にて液体合金又は半固体合金内にて次の動揺を採用することにより、ほぼ球状となるように改変することができることが既知である。
【００１５】
１）攪拌：機械的攪拌又は電磁的攪拌；
２）刺激：低周波振動、高周波、電気ショック又は電磁波；
３）等軸核形成：迅速な過冷、精粒機；
４）オズワルド熟成及び粗化：合金を長時間、半固体温度に保つ。
【００１６】
（２）から（４）の方法は、半固体合金のミクロ組織を改変するのに効果的ではあるが、これらの方法は、半固体金属の次のような性質又は必要条件のため、短い処理時間にて多量の合金を処理するには効率的ではないという共通の制約がある。
【００１７】
・振動時の減衰効果が大きい；
・電磁波の浸透深さが浅い；
・迅速な過冷に対する潜熱が大きい；
・精粒機を追加するため追加的なコスト及びリサイクル上の問題点を伴う；
・自然熟成は長時間かかり、短いサイクル時間を妨げる。
【００１８】
従来技術の開発の殆どは、主として半固体合金のミクロ組織及びレオロジーに力点を置くものであるが、当該発明者等は、比較的短いサイクル時間にて確実に且つ効果的に半固体加工する上で温度の制御が最も重要なパラメータであることが分かった。半固体金属の見掛け密度は固体の画分に伴って指数関数的に増大するから、４０％以上の固体画分を有する合金における温度差が小さいならば、その流動性は大幅に変化する。実際には、上述したように、半固体金属を製造する方法（２）及び（４）を使用することの最大の障害は、攪拌が行われないことである。攪拌しないならば、特に、多量の合金が必要とされるとき、必要とされる均一な温度及びミクロ組織を有する合金スラリを形成することは極めて難しい。攪拌しないならば、大きい温度差を生ぜずに半固体金属を加熱し且つ冷却する唯一の方法は、遅い加熱／冷却過程を使用することである。かかる方法は、多数の供給材料のビレットを予めプログラム化した加熱炉及びコンベア装置の下で同時に処理することを必要とし、このことは、コスト高であり、メンテナンスが難しく且つ制御が困難である。
【００１９】
環状の狭い空隙内で高速度の機械的攪拌法を使用することは、半固体混合体中の樹枝状晶を画分するのに十分な高せん断力を発生させることができるが、この狭い空隙は、その過程の体積処理量を制限することになる。（例えば、溶融アルミニウム合金の）高温度、高腐食率、及び半固体スラリの高摩耗率が組み合わさることは、適正な材料を設計し且つ選択し、また、攪拌メカニズムを保つことを極めて困難にする。
【００２０】
従来技術の引用例には、チクソキャスティング法により形成された固体ビレットを再加熱することにより、又は機械的或いは電磁的攪拌作用を使用して溶融体から直接、半固体スラリを形成する方法が開示されている。半固体合金スラリを製造する既知の方法は機械的攪拌及び誘電性電磁的攪拌作用を含む。所望の組織のスラリを形成する過程は、一部分、せん断及び凝固速度の相互作用の影響によって制御される。
【００２１】
１９８０年代の初め、分離した再生樹枝状晶を有する半固体供給材料を鋳造するための電磁的攪拌法が開発された。この供給材料を適宜な寸法に切断し、次に、金型キャビティ内に射出する前に、半固体状態となるように再溶融させる。この磁気流体学的（ＭＨＤ）鋳造法は、十分に分離した再生樹枝状晶を有する多量の半固体供給材料を製造することができるが、ビレットを鋳造し且つ該ビレットを再溶融させて半固体の組成物に戻すための材料の取り扱いコストは、例えば、重力鋳造法、低圧ダイ鋳造法、又は高圧ダイ鋳造法のようなその他の鋳造法と比較して、この半固体過程の競争力を低下させる。その最たるものとして、ビレット加熱装置の複雑さ、ビレット加熱過程の速度の遅さ及びビレット温度制御の困難性は、この型式の半固体成形法にとって大きい技術的障害である。
【００２２】
ビレット再加熱過程は、半固体成形（ＳＳＦ）製品を製造するためのスラリ又は半固体材料を提供する。この過程は広範囲に使用されているが、鋳造可能な合金の範囲が限定される。更に、この型式の供給材料を処理するとき必要とされる機械的強度を提供するため、固体の高画分率（０．７から０．８）が必要とされる。ビレットの鋳造、取り扱い及び再加熱に必要な過程のため、競合するダイ及びスクイーズキャスティングにて溶融金属の供給材料を直接、施す場合と比較して、コストがこの方法の実施を制限する別の大きな制約である。
【００２３】
スラリ又は半固体材料を形成する機械的攪拌過程において、反応性金属がロータを攻撃する結果、製品は腐食されて凝固する金属を毀損することになる。更に、ロータ羽根の外端縁と混合容器内の内側容器壁との間に形成される環状体は、低せん断領域を形成する一方、高せん断率領域及び低せん断率領域の間の遷移領域内にせん断帯域が形成される。ＳＳＦ法に対しビレットをチクソキャスティングするためスラリを処理するときに使用される上述の多数の電磁的攪拌法が存在するが、レオキャスティング法の適用に関して記述したものは殆どない。
【００２４】
レオキャスティング法、すなわち直ちに所要形状となる半固体スラリを形成するため液体金属を攪拌する方法により製造する方法は、現在まで、工業化されていない。レオキャスティング法はチクソキャスティング法の難点の殆どを解決することは明らかである。しかし、工業的製造技術、すなわちオンライン（すなわちオンデマンド）にて安定的な供給可能な半固体スラリを製造する技術となるためには、レオキャスティング法は、次の実際に難しい課題を解決しなければならない。すなわち、冷却率を制御すること、ミクロ組織を制御すること、均一な温度及びミクロ組織とすること、スラリの量が多量であり及びその寸法が大きいこと、短いサイクル時間を制御し且つ異なる型式の合金を取り扱うこと、容器への及び容器から鋳造注入スリーブまでスラリを直接的に搬送する手段及び方法である。
【００２５】
本発明に従って上記の困難な課題を解決する方策の１つは、液体金属が凝固して半固体範囲となるとき、液体金属を電磁的に攪拌することである。かかる攪拌は、液体金属とその容器との間の熱伝導を向上させ、金属の温度及び冷却率を制御し、液体金属内で高せん断率を発生させ、分離した再生樹枝状晶を有するミクロ組織を改変する。この攪拌は、溶融金属混合体により金属の温度及びミクロ組織の均一さを向上させる。攪拌機構及び方法を慎重に設計することにより、攪拌は、用途の条件に依存して多量の半固体スラリを駆動し且つその寸法を制御する。攪拌は、冷却率を制御することによりサイクル時間を短縮するのに役立ち、また、このことはあらゆる型式の合金、すなわち鋳造合金、錬鉄合金、ＭＭＣ等に適用可能である。
【００２６】
半固体スラリを形成することを目的としてプロペラ型式の機械的攪拌装置が使用されているが、特定の問題点及び難点がある。例えば、半固体スラリの高温度、耐食性及び高磨耗特性は、機械的攪拌作用を備える信頼し得るスラリ装置を設計することを極めて困難にする。しかし、レオキャスティング法にて機械的攪拌作用を使用するときの最も重要な難点は、その処理能力が小さいため、必要な生産量を満たすことができない点である。分離した再生樹枝状晶を有する半固体金属は、低周波の機械的振動、高周波超音波又はソレノイドコイルによる電磁的刺激により、形成することができることも既知である。これらの過程は、より遅いサイクル時間にてより小さいサンプルに対し機能するが、これらは、浸透深さが制限されるため、より大きいビレットを製造するとき効率的でない。別の型式の過程は、ソレノイド誘導刺激法であるが、磁界の浸透深さが制限され及び不必要な発熱を伴うため、この過程は生産効率の点で実現する上で多数の技術的問題点がある。工業的過程にて最も広く使用されている強力な電磁的攪拌法は、多量のスラリを製造することを許容する。重要なことは、この方法が任意の高温度合金に適用可能な点である。オンデマンドにて半固体スラリを供給する装置及び方法に力点を重くする本発明は、多極ステータを採用する。
【００２７】
強力な電磁的攪拌法の２つの主要な変形例が存在し、その一方は容器内の合金の回転流れパターンに起因する「回転」ステータ攪拌と称される。他方は、容器内合金の上下流れループに起因する「線形」攪拌と称される。回転可能なステータ攪拌により、溶融金属は擬等温面内で移動し、このため、優勢な機械的せん断力により樹枝状晶の再生が行われる。１９８４年３月６日付けでウィンター（Ｗｉｎｔｅｒ）らに対し発行された米国特許第４，４３４，８３７号にはチキソトロピ金属スラリを連続製造する電磁的攪拌装置が記載されており、単一の２極構造のステータは回転する非零の磁界を発生させ、この磁界は長手方向軸の横方向に移動する。この移動する磁界は金属容器に対し接線方向に方向決めされた攪拌磁力を発生させ、この磁力は樹枝状晶を破壊するため少なくとも５０ｓｅｃ^−１のせん断速度を発生させる。線形ステータによる攪拌法の場合、メッシュ領域内のスラリは、より高温度領域に再循環され且つ再溶融され、このため、熱過程は樹枝状晶を破壊する上でより重要な役割を果たす。１９９３年６月１５日付けでメイヤー（Ｍｅｙｅｒ）に対し発行された米国特許第５，２１９，０１８号には、多相電流電磁刺激による連続鋳造法によりチキソトロピ金属製品を製造する方法が記載されている。この方法は、樹枝状晶が形成される低温領域をより高温領域に向けて連続的に移送することにより、これら樹枝状晶の表面を再溶融させることで樹枝状晶のノジュールへの変換を実現する。
【００２８】
本発明によって形成された部品は、典型的に、金型内で完全な液体から固体への変態により形成される、その他の鋳造法における樹木状晶組織上の特徴を有する鋳造品と比較して、特に伸びの点にて、同等又はより優れた機械的性質を有する。
【００２９】
【発明の概要】
本発明の一実施形態による鋳造法に対し半固体材料をオンデマンドにて製造する方法は、最初に、金属合金が溶融状態に達するまで、金属合金を加熱する工程と、ある量の溶融合金を容器内に搬送する工程と、容器内で溶融した合金を冷却する工程と、容器内の溶融した合金に電磁界を付与して、冷却が続行する間、溶融合金の流れパターンを形成し、スラリビレットを形成する工程と、次に、スラリビレットを直接、ダイ鋳造機のショットスリーブ内に搬送する工程とを備えている。本発明の別の実施形態は、鋳造法に対する半固体材料をオンデマンドにて製造する装置を開示する。この装置は、ある量の溶融合金を受け入れ得る構造及び配置とされた容器と、該容器を成形ステーションと排出位置との間にて移動させる手段と、溶融した合金の電磁攪拌を行い得る構造及び配置されたステータとを備え、容器はステータ内に配置され、３分以下の比較的短いサイクル時間にてスラリビレットを製造し得るように電磁攪拌が行われる間、容器内に配置されたある量の溶融合金の温度を低下させる冷却手段を備えている。
【００３０】
本発明の１つの目的は、鋳造法に対する半固体材料をオンデマンドにて製造する改良された方法を提供することである。
本発明の別の目的は、鋳造法に対する半固体材料をオンデマンドにて製造する改良された装置を提供することである。
【００３１】
【好ましい実施形態】
図１を参照すると、金属合金が金型１２内で凝固するとき、金型合金に回転電磁界を付与する電気ステータ１４によって取り巻かれた金型１２内に液体溶融金属合金１０が供給され、非樹木状晶材料を形成する従来技術の過程が図示されている。これにより、合金が金型内で凝固し始めるとき、合金１０は回転動作され、また、この特定の実施例において、回転方向は垂直軸の周りである。この攪拌によって合金のミクロ組織は、樹木状晶から球状に変化し、該合金が金型から出るとき、該合金は水ジャケットによって冷却され、これにより合金を完全に凝固させてビレット１６にする。次に、未処理のビレット１６を切断して複数のスラグ１８にし、所望の単位の材料を得る。
【００３２】
電磁攪拌により、その半固体状態にある合金はある型式にてせん断され、このため、一次的固体相のミクロ組織は、典型的な樹枝状晶から液体共晶相にて懸濁した丸形の粒子となる。懸濁システムのレオロジー的性質は、ミクロ組織の旋回によって熱的及びせん断経歴と共に変化することが周知である。その結果、半固体金属の測定した見掛けの粘度は、チキソトロピック及びせん断薄厚化特徴を呈する。図１の配置の場合、凝固したビレット１６又はスラグ１８が処理可能である前に、これらは処理ステーションまで輸送し、この処理ステーションにて、これらは、例えば、誘導ヒータ２０によって加熱し、半固体の形態に戻し、ダイ鋳造機２２内に配置し、射出機構２６によって金型２４内に射出する。再加熱した半固体の形態は、固体粒子の形態及び共晶相の金属形態に止る一次相を有する。半固体金属の粘度は、液体金属の粘度よりも相対的に大きいため、ダイキャビティ（すなわち金型）内へのその流れは、典型的に層状であり、このことは部品に空気又は関係する酸化物が取り込まれるのを防止する上で好ましい。固体画分が多いため、半固体金属は、ダイ内で凝固するときの収縮率が小さい。その結果、半固体金属で形成された部品は、液体−金属鋳造法で形成された場合と比較して、強度、漏れ密の点にて優れ且つ改良された略正味形状を有する。半固体合金が温度に敏感であること、またその粘度が重要であるため、任意の適宜な工程の主たる課題の１つは、合金の温度及び熱伝導率を制御し得ることである。半固体工程のもう１つの重要な問題点、すなわち不利益な点は、図１に示すように、鋳造し、次に、再生した樹木状晶組織を有するビレットを再溶融させるために余分なコストがかかる点である。
【００３３】
次に、図２を参照すると、金型３０と、ショットスリーブ３２と、射出ラム３４と、クランプ３６とを備えるダイ鋳造機２８が図示されている。電気ステータ４４によって取り巻かれた容器４２を備える電磁攪拌機構４０内に容器３８から溶融アルミニウム合金が注入される。ステータ４４は、励磁力を発生させて溶融合金内で流れパターンを生じさせ得るような構造及び配置とされている。この流れパターンは、典型的に、合金を垂直軸の周りで回転させることを含む。搬送の下端４２は、取り外し可能なプラグ又は湯口４６により閉じられている。容器４２は、ショットスリーブ３２の注入穴４８の真上に配置され、容器４２の出口開口部が注入穴４８と整合するようにする。
【００３４】
容器４２内の金属攪拌強さ及び冷却率は、慎重に制御し、金属が半固体状態に凝固するとき、適正な粒組織が実現されるようにする。合金の冷却は、合金が攪拌される間に行われるため、冷却率及びせん断率は、重要なパラメータとなる。
【００３５】
望ましい成形温度にて所望の再生した樹木状晶ミクロ組織が得られたならば、半溶融金属を注入穴４８からショットスリーブ３２内に排出し、ラム３４を前進させ、半固体金属を金型３０のキャビティ５０内に射出する。容器４２内の半固体材料の滞在時間（冷却率）はダイ鋳造機２８のサイクル時間と相関させ、サイクル時間を最小にすることができるようにする。更に、冷却率は、金型の寸法に対して望まれるように、処理される金属量を調節する。例えば、特定大きさの注入量を射出するサイクル時間が４０秒であり、射出前の容器４２内溶融金属の所望滞在時間が３０秒であるならば、次の注入の３０秒前に溶融金属１０を容器４２内に注入する。
【００３６】
適正な粒寸法及びミクロ組織を実現するのに必要な容器４２内の滞在時間が、ダイ鋳造機のサイクル時間よりも長いならば、２つ以上の容器４２を利用し、順次にダイ鋳造機内に排出することができる。複数の容器を必要とするであろう問題点は、一部分、半固体金属の量及び全てプレスのサイクル時間内に除去する必要のある潜熱の量に関係する。半固体金属の量が極めて多量であり、必要な熱を除去するのに十分な滞在時間がないならば、その場合、複数の容器を使用することは１つの解決策である。
【００３７】
図２Ａには、図２に開示した実施形態の１つの代替的な実施形態が図示されている。図２Ａにおいて、加熱炉４１はダイ鋳造工程にて使用される溶融金属合金の供給分を提供する。ステータ４７内に配置された容器４５にある量の溶融合金を輸送するためとりべ４３が使用される。ロボット式制御装置５１によって制御されるある動作範囲を有するロボットアーム４９を使用してとりべを容器まで移動させる。ステータ４７は、溶融合金内に流れパターンを発生させるべく励磁力を発生させ得るような形態とされている。この点に関して、１つの考えられる選択（図２Ｂ参照）は、攪拌される間の合金の撥ね出し又は吐き出しを防止し得るよう容器に対し蓋キャップ５３を提供することである。蓋キャップを使用することは、またスラリの上方に捕集される不活性液体を使用し、酸化不純物等の形成に起因する汚染の危険性を軽減することをも可能にする。熱電対５５がキャップを通じて挿入され、溶融合金内に配置されて容器４５内の溶融合金の温度を監視し且つ測定することができる。蓋キャップ５３は、耐火性材料のような非金属材料で製造するか又は耐食性被覆を有するステンレス鋼のような金属材料で製造することが好ましい。
【００３８】
溶融した金属合金の熱は、自然の空気対流又は強制的な空気対流又は容器の周りに固定された熱ジャケットを使用することで除去する。何れの冷却装置が望ましいかの選択は、一部分、合金、容器の設計、処理すべき溶融合金の量に依存する。上述した図２の構成の場合と同様に、容器４５内の合金の冷却率及びせん断率は、慎重に制御して、本発明による部品のダイキャスティング法にとって好ましい組織である再生した樹木状晶組織を実現し、また、比較的短いサイクル時間にて成形温度に達し得るようにする。この過程の段階にて、半固体合金はダイ鋳造機６１のショットスリーブ５９内に搬送される。ロボット式アーム４９は、この搬送工程にて使用可能な設計とされている。容器４５内の合金の冷却率を制御することにより、所望の量の半固体合金が処理されることを保証することが可能である。
【００３９】
図３の実施の形態は、図２に図示した構造に基づくものであり、電磁攪拌機構４０に関する更なる詳細を示す。外筒５２と、それぞれの入口開口部５８及び出口開口部６０を有する端板５４、５６と、１対のプラグ６２、６４とが機構４０の一部として含まれている。電磁攪拌機構４０は、ステータ４４からの電気荷重（Ｖ）のフィードバックを使用して攪拌中の半固体金属スラリの速度を測定する。別の選択は、攪拌率を制御すべく熱電対からの温度測定値を使用することである（図２Ｂ参照）。非接触型攪拌機構４０は、極めて効率的であり、流量を簡単に制御することを可能にする。更に、機構のメンテナンスの必要性は最小である。金型及びステータの寸法は、製造される部品の全注入重量に依存する。
【００４０】
図２Ｂを更に参照すると、図示した実施の形態は、図２Ａに線図的に図示した構造に基づくものである。図２Ｂには、半固体スラリを発生させる本発明による１つの構成が図示されている。容器４５と、ステータ４７と、協働する熱電対５５を受け入れる蓋キャップ５３とが図２Ｂの装置の一部として含められている。熱電対５５に代えて、１つの代替的な型式の熱センサを使用することができる。熱ジャケット６３が容器４５の周りに固定されている。この実施の形態において、ステータに起因する電磁界は、強力な混合及び十分なせん断作用を実現するためのフィードバック信号として使用され合金の温度によって制御される。冷却及び攪拌を適正に制御することにより、合金の冷却率を確実に制御して異なる合金、注入量、サイクル時間、ミクロ組織及び温度分布状態の不均一さが最小の状態の供給温度に対して広い範囲の処理条件に適合させることができる。本明細書で使用するように、「確実さ」という用語は、同一程度の制御及びスラリの最終組成及び完成部品精度にて、広範囲の部品に対し広範囲の合金を処理すべく同一の技術を使用し得る能力を包含することを意図するものである。
【００４１】
キャップ５３のような蓋キャップを容器４５のような容器と組み合わせて使用することは、溶融合金を処理してスラリビレットにする本発明の一特徴及び一選択を表わすものである。キャップ５３のような蓋キャップを使用することは、攪拌を開始する時点にて（この攪拌は合金を容器内に注入した後、直ちに開始する必要がある）溶融金属を比較的速い速度にて攪拌することを許容する。この初期の段階における溶融合金の粘度のため、攪拌速度が比較的速いことは、合金が撥ね出し又は吐き出すようにし、このことは、蓋キャップ５３が必要な理由である。溶融合金が冷却し始め、その粘度が増し始めたならば、攪拌率（すなわち、速度）を減少させ、スラリの粘性な性質のためより大きいトルクを得ることが必要となる時点まで、攪拌速度を続行ける。蓋キャップが使用されないならば、その場合、最初の攪拌率又は速度は、より低レベル又はより遅いレベルに設定し、溶融した合金が撥ね出したり吐き出されないようにする必要がある。溶融合金が冷却し始め、その粘度が増すに伴い、攪拌速度は漸進的により高レベルまで上昇し、次に、攪拌を行うため追加のトルクが必要とされる程、スラリが極めて粘性となり、このため速度が遅くなるまで、このレベルに保たれる。
【００４２】
【実施例１】
３６５アルミニウムの６．８０４ｋｇ（１５ポンド）のインゴットを、この合金が６６０゜Ｃ（１２２０゜Ｆ）の温度にて溶融状態となるまで、３７．７８゜Ｃ（１００゜Ｆ）の上昇増分率にて加熱炉内で溶融させた。次に、溶融した合金をステータ４４に供給される電圧／周波数を制御するダンファス型３００４可変駆動装置に接続された電気ステータ（デルコ１１４５２１−３相）で取り巻かれた金型又は移送容器４０に注入した。電圧／周波数が高ければ高いほど、アルファ粒組織の粒寸法に対し直接的な関係を有する溶融金属のせん断応力が益々高くなる。利用可能な電圧は、２１０Ｖに設定し、実際の電圧は、チャートレコーダにより過程の完全なサイクルの全体に亙って記録した。また、移送容器内で攪拌される間の金属の温度も測定し且つ電圧と同一のチャートレコーダにより記録した。
【００４３】
溶融したアルミニウムを移送容器４０内に注入し、電流をステータ４４に印加した。容器４２の頂部プラグ６２内に取り付けられた熱電対により測定するように、５８５゜Ｃ（１０８５゜Ｆ）に達するまで、金属は移送容器４２内に留まり、滞在時間は約７２秒であった。次に、底部プラグ６４を引き出して半固体金属が移送容器４２の底部から出るのを許容した。次に、半溶融金属をダイ鋳造機２８の注入穴４８に通し、金型３０のキャビティ５０内に射出した。
【００４４】
移送容器４２の底部から出た半固体金属の試料を刃物にて切断し、その半固体状態を確認した。試料を研磨し、２００Ｘの倍率にて撮影した図４の写真は、球状の粒組織を示す。
【００４５】
半固体材料を製造する「オンデマンド」の概念及び本発明によるそれに相応する装置は、従来技術の構成及び方法に勝る多数の有利な点を提供する。信頼性の高い過程を確立するため、比較的正確な冷却率及び温度制御とする必要がある。また、スラリビレットを鋳造機のショットスリーブ内に直接排出し、ダイ又は金型内に直接射出し、部品の所望の部分とする方法（及びそれに相応する装置）を備えることも重要である。本発明の望ましい特徴の１つは、比較的短いサイクル時間内でスラリビレットを製造し、それに相応して完成部品の生産効率が高いようにし得る能力である。合金の冷却率が過度に遅いならば、サイクル時間は短いサイクル時間を妨げる。合金の冷却率が過度に速いならば、本発明の一部として利用される電磁攪拌法は、望ましい合金のミクロ組織の組成を実現するのに十分に強力ではない。また、冷却率は、温度勾配に関係し、また、同一の容器内でより高い温度の合金とより低い温度の合金とが混合することにも関係する。攪拌しないならば、表面近くの合金の温度は、中央領域の合金よりも遥かに低温度であろう。溶融した合金を攪拌することにより、熱伝導メカニズムは、内部の対流及び容器壁を通じての伝導を含む。容器の外面における対流は、熱ジャケットが使用されないとき、強制的又は自然の空気流によって生ずる。攪拌しないならば、容器の合金内の熱移動は、伝導によってのみ行われ、従ってより低速度である。本発明の一部として使用される電磁攪拌法は、合金のミクロ組織を改変するせん断力を合金内に発生させ、且つ温度の異なる合金部分を混合することを可能にする。
【００４６】
図５を参照すると、本発明の主要な段階又は工程を配置し且つ予定する設計上の選択のいくつかを提供するフローチャートが示してある。各段階にて、本発明の一部であり、また、従来技術の構成に勝る特定の有利な点及び改良をもたらす協働する装置がある。第１段階７０にて、選んだ合金を溶融した状態に加熱し、また、温度制御回路７１及びヒータ７２によってその溶融した温度に保つ。好ましい実施の形態において、アルミニウム合金３５７が使用され且つ溶融合金は、段階７０にて６３０゜Ｃから７００゜Ｃの温度範囲に保たれる。しかし、本発明は色々な合金を取り扱い且つ処理するのに適している。
【００４７】
アルミニウム合金の半固体スラリ組成物を１回注入する要求があるとき、ある量の溶融合金を段階７５にて容器内に搬送（注入）し、この段階にて合金の最初の冷却が開始される。以下に説明するように、容器７３は、最初にコイル７４と共に又は該コイル７４と協働するように配置することができる。このことは選択的であるため、コイルのブロック７４は破線の形態で図示されている。スラリビレットを支持し且つショットスリーブまで搬送するため傾動台が使用され（図７、図８、図１０、図１１参照）及び容器から排出するためソレノイドコイルが使用される場合、図５に示すように工程の開始部分にコイル７４が存在するようにすることができる。ロボットアームを使用して容器を搬送する場合（図２Ｂ参照）、傾動台又はスタンドは不要である。ロボットアームを使用して溶融合金を容器内に注湯し、容器をステータ内に移動させ、また容器をステータからコイル内に移動させてコイルを排出機構として使用する。この場合、コイル７４は、このサイクルの後で使用され、図５に破線ブロック７４ａで第二の位置にて示してある。段階７５におけるステータは、熱ジャケット７６と協働して使用することができる。熱ジャケット７６が使用される場合、該熱ジャケットは、溶融した合金を容器内に注入する前に容器の周りに固定する。本発明の方法及び装置の一部として電磁攪拌法が使用され（段階７７）、溶融合金が容器内に注入されると直ちに攪拌が開始する。本発明の色々な実施の形態に関して説明したように、溶融合金を容器内に注入する前に、溶融合金を受け入れる容器を熱ジャケット内に配置することができる。使用されるならば、熱ジャケットは、この時点で段階７７にて電磁攪拌を行う１つ又は２つ以上のステータによって取り巻かれる。これと代替的に、熱ジャケット７６が使用されないならば、溶融合金を容器内に注入する前に、容器７３をステータ装置内に配置することができる。ジャケットの有無に関係なく、容器を冷却させることが必要であるため、自然の空気冷却又は強制的な空気冷却を使用することができる。容器は、熱衝撃を減少させ得るように溶融合金が追加される前に、その前のサイクル潜熱又は熱ジャケット内の加熱要素からの高温度を有することが重要である。ブロック７８は、１つ又は２つ以上のステータに対する励起動力の入力を表わす。
【００４８】
ダイ鋳造機又はその他の成形又は鋳造装置のショットスリーブ内に直接使用すべくスラリビレットを製造する「サイクル時間」に関して、このサイクルは、ある量の溶融合金を保持容器又は加熱炉から除去し且つ容器内に注入したときに開始する。熱ジャケットの有無に関係なく、容器を最初にステータ内に配置することにより、溶融合金が容器内に配置されると直ちにステータは励起され、これにより何らかの時間的遅れを軽減し又は最小にすることができる。この構成及び方法は、冷却及び攪拌を一度に且つ同時に開始することを許容し、このことは、本発明の比較的より短いサイクル時間に寄与することになる。
【００４９】
溶融合金を容器内に搬送し又は注入する工程に使用される機構（段階７０から７５）は、手動で取り扱い又はロボットアームで操作することができるとりべを使用することを含む。１回の注入量の溶融合金体積の制御は、とりべの寸法を選ぶことにより実現されるが、鋳造すべき１つ又は２つ以上の部品に対し十分な材料が提供される限り、正確な量は重要ではない。ある量の溶融合金を引き出すために選ばれる手段に関係なく、合金を注出し且つ段階７５にてその合金を冷却容器内に搬送する時間は、具体的な合金に関係なく、わずか数秒、典型的に、４から６秒の範囲である。
【００５０】
溶融合金を容器内に注入すると、合金の冷却が開始する。冷却率は、一部分容器の寸法、形状及び材料を含む容器の設計に依存する。容器の壁は、内部冷却管及び（又は）強制的な対流によって容器の温度を低下させ得るように空気又は同様の流体外部冷却流れを備える形態とすることができる。対流による冷却は、自然型又は強制型とすることができる。別の冷却の選択は、熱ジャケットを使用することである。容器の設計上の別の考慮事項は、スラリビレット（製造されたならば）を容器からショットスリーブ又は同様の入れ物内に排出し、鋳造（又は成形）過程にて使用する方法に関する。段階７９、８０、８１は、排出工程及び装荷工程を示す。
【００５１】
【実施例２】
本発明の教示に従い且つ図５のフローチャートの工程を更に参照すると、エンジンのサスペンションのブラケットが製造されている。このブラケットの最初の設計は鋳鉄を使用しており、車の燃料効率を向上させるべくその重量を軽減する点で有利であった。自動車メーカは、ブラケットに対しアルミニウム合金を使用することを決定した。しかし、従来の高圧のダイキャスティング法にて使用されたアルミニウム合金は、低伸び率であり、その結果、衝突時に破局的に破断する可能性があるため評価に合格することができなかった。このブラケットの製造時に本発明の装置及び過程の工程を使用したとき、ブラケットに対する望ましい材料の性質の全てが実現可能であることが分かった。本発明に従ってこのエンジンサスペンションブラケットの製造に使用した実際の過程の具体的な内容については、以下に概略説明する。
【００５２】
Ａｌ　３５７を加熱炉内で６５０゜Ｃにて溶融状態に溶融させる。溶融レベルのセンサを備える裏込め自動型とりべを使用して、５．４４３ｋｇ（１２ポンド）の溶融合金を加熱炉から持ち上げ且つその金属を内径約８．８９ｃｍ（３．５インチ）、外径約１２．７ｃｍ（５．０インチ）、高さすなわち深さ約３５．５６ｃｍ（１４インチ）の２部分から成る黒鉛るつぼ内に注入する。移動させ得るようにロボットアームを制御する適宜な制御回路を備えるロボットアームにこのるつぼを取り付ける。溶融金属を注入する前に、るつぼを２極３相の回転ステータ内に同軸状に配置する。ステータとるつぼとの間の空隙を通じて送風機により周囲空気を強制的に供給する。溶融金属をるつぼ内に注入した後、溶融金属を吐き出させることなく攪拌し得るようにステータを最初の２５アンペア電流にて作動させる。溶融金属の温度が低下すると、電流は３秒毎に約１０アンペアだけ増大する。電流レベルが約１００アンペアに達するとき、該電流をこのレベルにて一定に保つ。半固体ビレットのミクロ組織が再生した樹木状晶となるようにこの電流レベルが決定される。るつぼ内の金属の合計攪拌／冷却時間は、約３５秒である。ビレットの温度が約６０２゜Ｃとなるように滞在時間を決定する。次に、この時点にて、ロボットアームは全て約５秒内でるつぼを９００トンの水平型ダイ鋳造プレスのショットスリーブまで移動させる。この時点にて、半固体ビレットをショットスリーブ内に落下させるためるつぼを開き、直ちにプランジャを作動させ、約３８．１ｃｍ（１５インチ）／秒のラム速度にてダイ中に金属を射出する。キャビティが完全に充填された後、ショットスリーブ内の残る金属に対し約１５秒間、約１７ｋｓｉの高圧力を付与して、ダイ中の金属が凝固によって収縮するとき、追加的な金属がダイキャビティ内に搾り出され、その量を補償し且つ完成した部品に多孔質巣が形成されるのを抑制する。その後、ダイを開いて部品を突き出し、部品はその真下の水タンク内に落下し、その後、ダイランナーを切り落とすといった更なる機械加工又は製造工程が行われる。次に、鋳造したばかりの部品を熱処理してその機械的性質を向上させる。
【００５３】
ほぼ円筒状である容器に適した材料は、黒鉛、セラミック及びステンレス鋼を含む。容器にとって重要な材料の性質のいくつかは、その強度、その耐食性、優れた熱伝導率、優れた電磁浸透性を含む。容器に対する典型的な寸法範囲は、長さが２．５４ｃｍ（１インチ）から８８．９ｃｍ（３５インチ）、及び外径が２．５４ｃｍ（１インチ）から３０．４８ｃｍ（１２インチ）である。長さ対「幅」の好ましいアスペクト比は、１．２：１から４：１である。容器の内面は、容器を保護し且つ容器からのスラリビレットの排出を実際に助けることができる窒化ホウ素又はその他の耐食性材料のような適宜な材料にて被覆することができる。容器に対して好ましい材料と使用される可能な排出装置及び処理される合金の組成との間にある設計上の相関関係がある。また、容器の材料、排出装置、具体的な合金と、容器の内面が被覆されているかどうか、また、被覆されているならば、どの材料で被覆されているのかとの間にも設計上の相関関係がある。排出装置及び方法に対して、本発明の一実施形態は、クラムシェルのように開き得るように長さ方向に沿って分割された２部分から成る容器８６を使用する。この設計は、図６に図示するように、底部壁８７及び開放した頂部８８を含む。
【００５４】
本発明による別の容器の設計は、スラリビレットを完全に容器から実際に押し出すピストン又はプランジャ機構にて底部壁を置換することを含む。この構成において、液圧又は空気圧シリンダのプランジャは、完全な排出のため容器を貫通して完全に伸び得るような行程距離を有する必要がある。容器の設計に影響を与える本発明の更なる排出技術は、ソレノイドコイル及びロボットアーム又は傾動台機構を使用することを含む。コイルは、容器の側壁と接触した合金の薄い層を実際に、溶融させ、また、実際に、スラリを搾り出してスラリを容器壁と強制的に接触しないようにする。傾動可能である支持台に固着されるか、又は回転可能なロボットアームによって保持されるいずれかの容器を回転させ、重力がスラリビレットに作用し、該スラリビレットを実際に容器から引き出すようにする。傾動台の構成、回転型割出し台、コンベア又はロボットアームによるかどうかを問わずに、容器は、ショットスリーブの上方の位置まで移動させ、容器を傾動させたとき、スラリビレットは滑り出し、ダイ鋳造機のショットスリーブ内に直接落下し、その時点にて、ダイキャスティング工程を開始する用意が整う。
【００５５】
更なるスラリビレットの排出技術は、容器の閉端部に配置された直流コイルを使用することである。スラリビレットが排出され且つ相応するダイ鋳造機のショットスリーブ内に堆積されるようにするため、容器を傾動させ得る構造及び配置とされたロボットアームがこの構成と協働する。直流コイルが使用される構成において、容器及びコイルを最初に傾動させ、次に、コイルに対する励起パルスを使用して急激に増大する力を発生させ、この力が重力の助けによってスラリビレットを実際に容器から押し出す。
【００５６】
本発明の一部として使用するのに適した容器の型式に関する更なる設計上の詳細は、発明者ノルビル（Ｎｏｒｖｉｌｅ）、ロンバード（Ｌｏｍｂａｒｄ）、ワング（Ｗａｎｇ）により２０００年６月１日付けで出願された特許出願第０９／５８５，２９６号とされ且つ弁護士事件番号第９１０５−４号として指定された同時係属特許出願に開示されている。この同時係属特許出願は、その開示内容の全体を参考として引用し明示的に本明細書に含めてある。この含めた特許出願には、色々な容器の設計及び色々なスラリビレットの排出方法並びに装置が開示されており、これらの全ては引用して本明細書に含めてあり、本発明の一部を成すものと見なされる。
【００５７】
採用される特定の技術及び容器の設計に関係なく、スラリビレットが容器から排出されるとき、スラリビレットをダイ鋳造機のショットスリーブ内に直ちに装荷することが重要である。スラリビレットを排出し且つスラリビレットをショットスリーブ内に配置するための時間及びこの時間間隔内で行われる冷却は、排出時点におけるスラリビレットの望ましい組成及びダイ鋳造過程の開始時点におけるスラリビレットの望ましい組成をファクタとしなければならない。
【００５８】
スラリビレットを容器からショットスリーブ内に搬送する１つの選択は、単に容器をショットスリーブの上方に配置し、スラリビレットがショットスリーブ内に直接落下するとき、スラリビレットが容器から出るようにすることである。この配置する工程は、連続的な経路内でロボットアームを使用し、また、ステータの全体的な位置からダイ鋳造機の全体的な位置まで連続的な動作にて、特にショットスリーブの上方にて行われることが好ましい。別の選択は、容器を取り上げ且つ容器を回転台又はコンベアに配置し、次に、その容器をショットスリーブの位置にて持ち上げてスラリビレットを空にし又はスラリビレットを容器から直接ショットスリーブ内に排出することである。この場合にも、ロボットアームを使用して容器を回転台（又はコンベア）に配置し、次に、容器がダイ鋳造機の全体的な位置に到着したならば、スラリビレットを排出するため容器を持ち上げる。更なる選択は、ビレットをスラグキャリアに搬送し且つ該ビレットをショットスリーブ内に搬送することである。上述したように、この輸送工程を行う時間及びこの経過時間内で行われる冷却率は、開始及び終了時のスラリビレットの組成をファクタとする必要がある。
【００５９】
スラリビレットを容器から排出し且つその後に射出工程を開始するための好ましい時間間隔は、約０．１から１０秒であり、これにより本発明の比較的短いサイクル時間に更に寄与する。この比較的短い時間間隔の間、行われるであろうスラリビレットの全ての冷却は、スラリビレットの金属組織学的組成に関して比較的重要ではなく、これによりダイキャスティング法の目的のために望ましい金属組織学的組成を維持することを保証する。
【００６０】
容器及び該容器内の合金冷却速度制御及び温度制御に関して、溶融合金を容器内に配置したならば直ちに、電磁攪拌工程を開始し、全て、その後のダイ鋳造工程用のスラリビレットを製造する比較的短い全体的なサイクル時間を実現することを目的とすることが重要である。従って、ビレットに対する望ましいスラリ組成を、妥当な限り迅速に、また金属組織学的現状を考慮して実現するため、電磁攪拌工程の間、冷却率の制御及び温度制御を続行し、比較的短いサイクル時間を実現することが重要である。
【００６１】
段階７５及び同様に電磁攪拌段階７７における合金の冷却率又は時間は、容器の設計、容器の開始温度、容器内に注湯される溶融合金の初期温度、また、何らかの補助的冷却作用が提供されるかどうかに依存する。かかる冷却は、容器の側壁に内部冷却管又は導管を設けるか或いは外部冷却作用のいずれかで提供することができる。外部冷却技術は、容器の外側に沿って冷風の流れを提供することを含む。このことは、典型的に、容器をステータ内部に配置した状態で行われるため、冷風はステータと容器の外面との間を流れる。また、分割半体の設計であり、また容器の周りに固定し得る構造及び配置とされた熱ジャケットを使用する選択も含まれる。
【００６２】
本発明の一部として使用するのに適した熱ジャケットの型式に関する追加的な設計上の詳細は、発明者ロンバード及びワングにより２０００年６月１日付けで出願され且つ弁護士事件番号第９１０５−５号として指定された同時出願係属中の特許出願第０９／５８４，８５９号に開示されている。この同時出願係属中の特許出願は、その開示の全体を参考として引用し本明細書に明示的に含める。
【００６３】
本発明による容器の設計は、側壁の厚さ、容器に対して使用される材料の密度及びその材料の熱伝導率を考慮する。本発明の一部として、短いサイクル時間が望まれるため、合金の冷却率は容器の密度、厚さ、熱伝導率及び初期温度によって最も影響を受けることが分かった。容器は、金属から熱を吸収するのに十分な熱容量（重量×比熱）及び熱を周囲環境に迅速に放散する優れた熱伝導率を備えることが必要である。試験結果に基づいて、合金の冷却率は、容器の初期温度にて効果的に制御可能であることが分かった。熱ジャケットを使用するならば、溶融合金が容器内に注入されるとき、また、電磁攪拌が開始するときのサイクルの開始時における容器の初期温度を望ましい範囲内で正確に制御可能であることが分かった。
【００６４】
図７から図１４を参照すると、本発明の処理工程及び相応する装置が図示されている。図７から図１１には、１部分から成る容器を使用する状態が示してある。図１２から図１４には、２部分から成る容器を使用する状態が示してある。本明細書に記載したように、その他の変更及び選択が可能であるが、図７から図１４には、選んだ容器の型式に応じて、本発明の好ましい実施形態の開示内容が示してある。
【００６５】
図７を参照すると、１部分から成る容器９０は、ソレノイドコイル９１内に配置され、この組み合わせ体は、支持し且つ傾動可能な台９２の上に配置されている。支持構造体９４によって、分割半体設計の熱ジャケット９５は、ステータ９６内に配置されている。１対の可動板９７は、接続板９８と協働して熱ジャケットの２つの半体をステータ内にある間に分離することを可能にする。外側支持板９９は静止したままであり、また、２部分から成る熱ジャケットをステータ９６内で開閉する作用を果たす空圧シリンダ１００（各側部に１つずつある）に対する支持体を提供する。この構成を使用するとき、最初の工程は、空圧シリンダ（図示せず）により空の容器をステータ内に移動させることである。コイル９１は、容器９０と共に移動しない。本発明の選んだ実施の形態に依存する１つの選択として図示した１つの構成要素である熱ジャケットが存在するとき、１部分から成る容器は、熱ジャケット内まで実際に移動する。
【００６６】
図８を参照すると、熱ジャケット９５の分離状態が図示されている。この分解図において、容器９０は、コイル９１から熱ジャケットの中心まで搬送され、熱ジャケットは分離されている。図８の図において、熱ジャケットの分離及び容器を熱ジャケット内に配置する状態をより明確に図示し得るように、色々な摺動及び支持板は含めていない。
【００６７】
図９を参照すると、熱ジャケット９５の一端の詳細がより詳細に図示されている。理解し得るように、熱ジャケット９５の側壁１０１は、内径により近い位置に配置された複数の空気入口１０２と、熱ジャケットの外径面により近く配置された複数の空気出口１０３とを備えている。また、複数のカートリッジヒータ１０４が熱ジャケット９５の設計に含まれている。好ましい実施の形態において、２４の空気入口、２４の空気出口及び１２のカートリッジヒータが存在する。これら作用部分は、均一なパターンにて配置され、熱ジャケットの２つの半体は、ほぼ同一である。本発明にとって好ましい熱ジャケットの形態は、上側マニホルド１０１ｇ及び下側マニホルド１０１ｈに加えて複数の個別の軸方向部分１０１ａから１０１ｆを含む。ガスケット材料層がマニホルド間及び各軸方向部分間に配置されている。
【００６８】
カートリッジヒータの背景となる概念は、入口及び出口を通る冷風又はその他の流体の流れが容器の初期温度を確立する試みに基づいて望まれる熱ジャケットの正確な温度を確立することができるか否かに基づくものである。容器の温度が望ましい範囲すなわち許容公差外となるように過剰な冷却作用が提供されるならば、より正確に制御することができるカートリッジヒータを使用してその温度を望ましい範囲に戻すことができる。１つの代替法は、ある冷風の流れを減少させ又は遮断することであろう。
【００６９】
図１０の図に関して、スラリビレットが熱ジャケット９５及びステータ９６内で望ましい組成となるように適正に処理されたならば、合金が冷却する間、ステータを電磁攪拌法のため使用し、容器９０は、コイル９１内のその位置に戻り、また、この組み合わせ体は、上述したように、傾動可能である台９２の上に配置されたままであることが分かる。図１０の実施の形態における特定のコイルの設計は、スラリビレットに対し２つの主要な機能を果たす交流コイル９１である。第１に、コイルに対する電力すなわちコイルの励起は、ビレットの外皮を溶融させ、容器の内壁との全ての結合を破壊させ始める。交流コイルにより発生される磁界はまた、スラリビレットを実際に搾り出し、スラリビレットを容器の内面から空間的に分離させるのを助ける半径方向本体の力を発生させる。この特別な方法を続行し、またこれら２つの過程の工程が実行されるとき、図１１に図示するように、台９２を傾動させ、重力がスラリビレット１０５を容器内部から突き出すすなわち排出することを助けることを許容する。
【００７０】
図１２から図１４を参照すると、同様の処理手順が開示されているが、その相違点は容器１０７が２部分から成る設計であり、説明するように、スラリビレットを排出するため何らの型式のコイルを利用し又は必要としない点である。以前の場合と同様に、容器１０７をステータ９６内に持ち上げ、また、熱ジャケット９５が存在するならば、容器１０７を熱ジャケットの中央まで実際に移動させ、熱ジャケットは分割され、次にその後に容器に固定されることが分かる。
【００７１】
容器１０７がステータ９６により取り巻かれた熱ジャケット９５内に配置されたならば、溶融合金を容器に追加し、凝固が最初に開始する時点にて、ステータを励起させ、合金が冷却するとき、合金の電磁攪拌を行い、スラリビレットに対する望ましい組成を実現する。
【００７２】
図１３を参照すると、合金が望ましい半固体状態まで冷却した後、熱ジャケットの固定力を解放し、このことは、容器１０７が下方に移動し且つ色々な支持及び駆動板の経路外となることを許容することが理解されよう。図１３の図において、２部分から成る容器は、傾動台１０９の一部としてばね拘束部及び分割台装置１０８を備え、容器１０７を閉じた状態に保ち且つスラリビレット１０５が誤って落下するのを防止することが理解されよう。ばね拘束部及び分割台装置１０８は、２つの半体１０８ａ、１０８ｂを有するヒンジ式台を備えている。半体の各々は、容器１０７の分割半体１０７ａ、１０７ｂに接続する１対の直立の支持部材１０８ｃ、１０８ｄを支持している。ばね拘束部がバー１０８ｅによって解放されたならば、２つの半体１０８ａ、１０８ｂを旋回して解放することができる。図２Ｂに開示したように、支持台は、ロボットアームにて置換することができる。スラリビレットを排出する用意が整ったならば、容器１０７をダイ鋳造機のショットスリーブ上方位置まで移動させる。次に、２部分から成る容器を傾動させ且つ開放し（説明したように）、スラリビレット１０５を解放し、スラリビレットがショットスリーブ内に落下し得るようにする（図１４参照）。プログラミング及び動作の選択が色々に可能であるため、サイクル時間を短縮し且つスラリの製造過程の自動化を容易にする１つの手段としてロボットアームを使用することが好ましい。
【００７３】
電磁攪拌法に関して、容器内の合金の一部に対してほぼ水平な流れループを形成する「回転型」ステータの構成を使用することが既知である。また、回転型ステータにより発生されたパターンと異なる流れパターンを形成する「線形」ステータの構成を使用することも既知である。容器が比較的長い場合、線形ステータの構成は、長手方向又は軸方向流れループを形成し、このことは容器（ビレット）の下端と上端との間の温度差（低温領域から高温領域）を減少させることを助ける。ステータによって合金に付与される攪拌動作は、各対のＮ−Ｓ極間の磁界及び位相差に基づくものである。
【００７４】
２極多相ステータの構成又は多極ステータの構成を利用することにより、ＭＨＤ攪拌作用を実現し、液体金属に励磁攪拌力を発生させることができる。一般に、適宜なステータの構成は、中央容積の周りに配向させた複数対の電磁コイル又は巻線を含む。巻線に電流を流すことにより巻線を順次に励起する。
【００７５】
３相２極ステータの構成の場合、各対にて交流電流の間に１２０度の位相差がある３対の巻線が存在する。「回転型」ステータの構成は、それぞれの対の巻線を正弦波状電流にて順次に励起するとき、中央容積内に回転磁界を発生させる。提供される例において、円筒状混合容積の周りに周方向に配向された３対の巻線が存在するが、その他の設計は、その他の配向を有するその他の数の巻線を採用することができる。典型的に、攪拌容積上に位相拡がりを形成し得るよう巻線すなわちコイルは電気的に接続される。
【００７６】
使用時、磁界は、各対の巻線を通って流れる電流の変化に伴って変化する。磁界の変化に伴い、攪拌容積を占める液体導電体内に電流が誘発される。この誘発された電流は、それ自体の磁界を発生させる。磁界の相互作用が液体導電体に作用する攪拌力を発生させ、該液体を強制的に流れさせる。磁界の回転に伴い、周方向励磁力は、液体金属導体を駆動して循環させる。２極システムによって発生された磁界は、ほぼ零磁力の線によって２等分された瞬間的な断面を有する一方、４極システムによって発生された磁界は、ほぼ零磁力を特徴とする中央領域を有することを認識すべきである。
【００７７】
「線形」ステータの構成の場合、巻線は、円筒状の混合容積に対し長手方向に配置される。この形態において、変化する磁界は、円筒状容積の軸に対し平行な方向に向けて液体導電体を循環させる。
【００７８】
電磁攪拌法に関する別の考慮事項は、酸化介在物を吸引し且つ鋳造組成物の品質を劣化させる可能性のある吸引渦流を発生させずに強力な攪拌作用を得ることが望ましい点である。凝固する合金を容器の表面から拭い取るせん断力を発生させることに関して、回転型ステータの構成が好ましい。合金が冷却し且つその固体画分が増すときの更なる考慮事項は、大きいトルク（低攪拌速度）及び高浸透率を有するスラリ流れ（攪拌）動作を保つことである。高浸透率は、ステータに対し低い線周波数を必要とする。
【００７９】
ステータの設計可変値の全てを検討した後、本発明の一部として回転型ステータ及び線形ステータの組み合わせ体を使用することが考えられた。ＭＨＤキャスティング法と相違して、本発明におけるスラリはるつぼ内で完全に凝固しない。ＭＨＤキャスティング法にて適用できない４極ステータは、スラリを攪拌する上で２極ステータに勝る点を有し、それは、４極ステータの攪拌磁界は、より低温の金属を攪拌するためより大きい力が必要とされる箇所であるスラリビレットの半径方向外側部分に集中するからである。２つの線形ステータ及び１つの回転型ステータの一構成は、図１５に概略図的に図示されている。回転型ステータ１１５は、図示するように、容器１１６の周りに配置されている。回転型ステータ１１５の上方及び下方にて軸方向には、線形ステータ１１７、１１８がそれぞれ配置されている。熱ジャケット１１９が容器１１６の周りで且つステータの半径方向内方に配置されている。熱ジャケットに代えて、合金から熱の除去を助けるべく容器の周りに吸熱体を使用することができる。図１５に図示するように、ステータのユニークな組み合わせ及び配置に起因する流れパターンは、矢印１２０で示すように、ら旋状の流れパターンである。
【００８０】
図１５の回転型ステータ及び線形ステータの構成に関する１つの代替例は、回転型ステータ及び線形ステータを交互に設けることであるが、容器１１６の開放端に隣接して回転型ステータにて開始することである。更なる改変例は、交番的な４つのステータの系統及び交番的な５つのステータの系統を含む。開始するステータの型式は、代替的な実施の形態の各々にて回転型又は線形のいずれかとすることができる。
【００８１】
本発明に適したステータの型式に関し、また、回転型、線形又はその双方のいずれかであるこれらステータの構成に関し、更に、本発明によるステータの構成の各々に相応する合金の流れパターンに関する更なる設計上の詳細は、発明者ルー（Ｌｕ）、ワング及びノルビルが２０００年６月１日付けで出願し且つ弁護士事件番号第９１０５−６号として指定された同時出願係属中の特許出願第０９／５８５，０６０号に開示されている。この同時係属特許出願は、その開示の内容の全体を参考として引用し本明細書に明示的に含めてある。
【００８２】
本発明が重点とすることは、鋳造機のショットスリーブ又は同様の入れ物に直接排出されるスラリビレットを形成し、これら全てが比較的短いサイクル時間にて行われるようにすることであるから、攪拌工程中、合金の冷却を続行することも依然として重要である。温度制御及び冷却率の制御と組み合わせて効果的に且つ強力に攪拌することは、段階７７にて適宜なスラリビレットを形成することを可能にし、攪拌過程の工程時間は、５から１２０秒である。図５の過程における次の工程は、スラリビレットが容器から排出される段階７９と、スラリビレットがダイ鋳造機（又はその他成形ステーション）のショットスリーブ（又はその他入れ物）内に直接装荷される段階８１とを含む。排出工程から装荷工程への搬送工程が存在するならば、このことはブロック８０で示してある。容器（この場合、ステータから除去されている）がショットスリーブまで搬送されるならば（スラリビレットと共に）、搬送ブロック８０は、この工程も示す。製造すべき部品の型式及び金型又はダイキャビティの数は、合金の密度を決定する所定の固体画分率に影響を与える。部品の形状が短く且つ厚いならば、より高粘度の合金を受け入れることができる。部品の形状が長く且つ狭小であるならば、ダイキャビティの全ての端部及び部分への流れがキャビティのいくつかの部分を遮断し又は閉塞する可能性のある凝固が生ずる前に、層状流れによって行われるようより低粘度であることが必要とされる。同様に、部品が比較的簡単な形状である場合、小さい隅部及びキャビティ内の介在物への全ての流れが実現可能であるようにより低粘度のスラリを必要とする大きい複雑さ及び錯雑さを有する部品の場合と比較して、より粘性なスラリをダイ鋳造機により取り扱うことができる。
【００８３】
本発明によるスラリビレットの排出技術について説明し、参考として引用することにより更なる設計上の特徴を含めた。重要なことは、スラリビレットを容器からショットスリーブへ迅速に搬送し、鋳造過程の遅れを伴わずに開始することができるようにすることである。合金の温度及び粘度が顕著に変化せず、これにより鋳造工程に対し望ましい合金の性質を保ち得るようにショットスリーブへ迅速に搬送することも重要である。
【００８４】
溶融した合金を容器内に注湯することで開始し、ビレットをショットスリーブ内に装荷することで終わる、本発明による適宜なスラリビレットを製造するためのサイクル時間は、注入量、合金及び望ましい粘度に依存して、４．５３６ｋｇ（１０ポンド）以下の小さい容積のスラリに対する６．７秒から９．０７２ｋｇ（２０ポンド）以上の大きい容積のスラリに対する２３３秒の範囲にある。この比較的短いサイクル時間は、容器の設計、温度及び冷却率の制御技術、電磁攪拌装置及び方法、スラリビレットを容器から直接、ショットスリーブ内に排出する方法によってもたらされる累積的効果によって可能となる。
【００８５】
本発明によるスラリビレット処理サイクル時間は、一部分、特定の合金に依存し且つダイ鋳造機の各鋳造サイクルにて鋳造すべき１つ又は２つ以上の部品に必要とされる又は望まれるスラリの量に依存する。本明細書及び表Ｉにて使用するように、「小」容積のスラリは、４．５３６ｋｇ（１０　ｌｂｓ）の範囲にある。「中程度」容積のスラリは、４．５３６から９．０７２ｋｇ（１０から２０　ｌｂｓ）の範囲にある。「大」容積のスラリは、９．０７２から８１．６４７ｋｇ（２０から１８０　ｌｂｓ）の範囲にある。表Ｉにおいて、アルミニウム合金３５７に対しこれら３つの容積又は量の範囲が使用される。本発明と関係し且つ本発明により開示される工程又は段階は、各量又は容積のスラリに対する相応する時間範囲で記載したものである。これらの時間範囲は、本明細書に開示した方法及び装置を使用することにより実現される。小さい容積のスラリの場合、本発明によるＡｌ　３５７の処理時間は、６．７秒から６７秒の範囲であることが好ましい。中程度容積のスラリの場合、本発明によるＡｌ　３５７の処理時間は、２５．７秒から１２５秒の範囲であることが好ましい。大きい容積のスラリの場合、本発明によるＡｌ　３５７の処理時間は、６０．７秒から２３３秒の範囲であることが好ましい。本明細書で使用するように、「搬送」工程の概念は、溶融合金を加熱炉から容器まで輸送することと、溶融合金を容器内に注入することとの双方を含む。注入工程の時間範囲は、一部分、スラリの容積に依存し且つ容積を傾動させるか否かに依存する。１つの処理上の選択は、容器を傾動させ且つ溶融した合金をこの配向状態で容器内に注入し、合金が容器を充填するとき、容器を直立の姿勢にすることである。この方法は、直立の容器内に直接より迅速に注入する場合よりも長い時間がかかる。表Ｉの処理工程の累積的効果は、先に述べた方法及び装置にて可能である場合よりも比較的短いサイクルにてスラリをオンデマンドで製造することである。
【００８６】
表Ｉ

注：
＊溶融合金をとりべ内に浸漬させる間、ジャケットを容器に固定する。
【００８７】
注：例えば、合金の型式、供給温度及び容器のアスペクト比（長さ対「幅」）等のような、サイクル時間に影響を与えるその他のパラメータが存在するため、スラリ容積の小、中程度及び大の間には、多少重なり合う時間範囲が存在する。
【００８８】
鋳造過程に対する半固体材料をオンデマンドにて製造する本発明の方法は、金属マトリックス複合材を形成するときにも使用可能であると考えられる。これを可能とするためには、微粒子の固体粒子を金属合金内に追加しなければならない。微粒子固体粒子に適した材料は、炭化ケイ素及びアルミナを含む。
【００８９】
ショットスリーブに対するある容積のスラリを製造することに関して本発明を説明した。その量のスラリは、相応する重量範囲を有する小、中程度及び大として説明した。また、適宜なスラリの組成物は一体化したスラリ製造機を使用して多少連続的な仕方にて製造することも可能であると考えられる。この型式の装置に関する設計上の詳細は、発明者ノルビル、ワング及びランバートが２０００年６月１日付けで出願し且つ弁護士事件番号第９１０５−７号として指定された同時出願係属中の特許出願第０９／５８５，５０２号に開示されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】非樹木状晶材料を形成する従来技術の過程の詳細を示す概略図的な過程フロー図である。
【図２】半固体材料を鋳造し得る構造及び配置とされたダイ鋳造機の概略図的な側面図である。図２Ａは、本発明に従って半固体材料を鋳造する構成要素及びこれら構成要素の配置を示す概略図的な頂面図である。図２Ｂは、本発明による図２Ａの構成要素の部分を備える、ステータ、容器及びキャップの概略図的な正面図である。
【図３】本発明に従って材料の半固体ビレットを製造する容器及びステータ装置の概略図的な正面図である。
【図４】２００Ｘの倍率で示す球状粒組織の写真である。
【図５】本発明による鋳造法に対する半固体材料を製造する過程の色々な工程及び段階の詳細を示すフローチャートである。
【図６】図５の過程の一部分として使用される１つの容器の設計及び協働する装置の斜視図である。
【図７】本発明の一実施形態よる容器、ソレノイドコイル、ステータ及び熱ジャケットの支持構造体の斜視図である。
【図８】本発明に従って容器がソレノイドコイルから熱ジャケット内に移動する状態を示す分解斜視図である。
【図９】図７の熱ジャケットの斜視図である。
【図１０】スラリビレットが容器内で製造された後の図７に示す容器及びソレノイドコイルの斜視図である。
【図１１】スラリビレットを排出するため傾けた図１０の容器及びソレノイドコイルの斜視図である。
【図１２】本発明の別の実施形態による２部分から成る容器、ステータ及び熱ジャケットの斜視図である。
【図１３】スラリビレットが容器内で製造された後の図１２の２部分から成る容器の斜視図である。
【図１４】２部分から成る容器の開放及びスラリビレットの排出状態を示す図１３の構成の斜視図である。
【図１５】容器内の合金の攪拌パターンを示す、本発明による容器及びステータ装置の概略図的な正面図である。

Claims (30)

1. 鋳造過程に対する半固体材料をオンデマンドにて製造する方法において、
   金属合金が溶融状態に達するまで、金属合金を加熱する工程と、
   ある量の前記溶融合金を容器に搬送する工程と、
   前記量の溶融合金を前記容器内で冷却する工程と、
   前記冷却が続行する間、前記容器内で前記溶融合金の流れパターンを形成し、スラリビレットを形成すべく前記量の溶融合金に対し電磁界を印加する工程と、
   前記スラリビレットを前記容器から鋳造機のショットスリーブ内に排出する工程とを備える、鋳造過程に対する半固体材料をオンデマンドにて製造する方法。
2. 請求項１の方法において、搬送、冷却、印加及び排出する工程を実行する合計サイクル時間が約４秒から２５０秒の範囲にある、方法。
3. 請求項２の方法において、前記搬送する工程が約２秒から３５秒の範囲内で行われる、方法。
4. 請求項３の方法において、前記冷却し且つ前記印加する工程が約２秒から１２０秒の範囲の組み合わせた時間内で行われる、方法。
5. 請求項４の方法において、前記排出する工程が約０．１から３０秒の範囲で行われる、方法。
6. 請求項１の方法において、前記排出する工程が約２から３５秒の範囲で行われる、方法。
7. 請求項１の方法において、前記冷却し且つ前記印加する工程が約２秒から１５０秒の範囲の組み合わせた時間内で行われる、方法。
8. 請求項１の方法において、前記排出する工程が約０．１から３０秒の範囲で行われる、方法。
9. 請求項１の方法において、前記搬送する工程がロボット式アーム及び協働するとりべを使用することを備える、方法。
10. 請求項９の方法において、前記印加する工程が、前記搬送工程が行われる前に、前記容器をステータ内に移動させることにより行われる、方法。
11. 請求項１０の方法において、前記冷却する工程が、前記容器と前記ステータとの間にて冷風の流れを提供することにより行われる、方法。
12. 請求項１０の方法において、熱ジャケットを前記容器の周りに固定する工程を更に備え、前記熱ジャケットが前記ステータ内に配置され、該固定する工程が、前記搬送する工程の前に行われる、方法。
13. 請求項１の方法において、前記印加する工程が、前記搬送する工程が行われる前に、前記容器をステータ内に移動させることにより行われる、方法。
14. 請求項１の方法において、前記冷却する工程が、前記容器と前記ステータとの間に冷風の流れを提供することにより行われる、方法。
15. 請求項１の方法において、熱ジャケットを前記容器の周りで固定する工程を更に備え、該熱ジャケットが前記ステータ内に配置され、該固定する工程が、前記搬送する工程の前に行われる、方法。
16. 請求項１の方法において、前記搬送する工程が、自動の機械式とりべを使用することを備える、方法。
17. 請求項１の方法において、前記ステータが、溶融金属内で周方向流れを使用する多相多極ステータである、方法。
18. 請求項１の方法において、前記ステータが、溶融金属内に長手方向流れを生じさせる多相多極ステータである、方法。
19. 請求項１の方法において、金属マトリックス複合材を形成すべく微粒子固体粒子を金属合金内に追加する工程を更に備える、方法。
20. 鋳造過程に対する半固体材料をオンデマンドにて製造する装置において、
    ある量の溶融合金を受け入れ可能な構造及び配置とされた容器と、
    前記容器を成形ステーションと排出位置との間にて移動させる手段と、
    ある量の溶融合金を電磁攪拌させ得る構造及び配置とされ、前記容器がその内部に配置されたステータと、
    ３分以内の比較的短いサイクル時間でスラリビレットを形成し得るように前記電磁攪拌が行われる間、前記量の溶融合金の温度を低下させる冷却手段とを備える、鋳造過程に対する半固体材料をオンデマンドにて製造する装置。
21. 請求項２０の装置において、前記冷却手段が、前記ステータと前記容器との間に配置された熱ジャケットを備える、装置。
22. 請求項２１の装置において、前記熱ジャケットが、分割半体の設計であり、前記容器を受け入れる前に開放可能であり且つ前記容器の周りに固定し得るように閉じ可能な構造及び配置とされる、装置。
23. 請求項２０の装置において、スラリビレットを容器から除去し且つ該スラリビレットを鋳造機のショットスリーブ内に装荷する排出手段を更に備える、装置。
24. 再生した樹木状晶一次固体粒子を有するオンデマンドの半固体金属から所要形状の金属部品を製造する方法において、
    金属が溶融状態に達するまで、該金属を加熱する工程と、
    前記容器内で前記量の溶融金属を制御可能に冷却しつつ、ある量の前記溶融金属を容器に搬送する工程と、
    半固体範囲内の望ましい成形温度に達するまで、前記容器内で前記溶融金属の流れパターンを形成すべく前記量の溶融金属に電磁界を印加し、これによりスラリを形成する工程と、
    前記スラリを前記容器から鋳造機のショットスリーブ内に排出する工程とを備える、再生した樹木状晶一次固体粒子を有するオンデマンドの半固体金属から所要形状の金属部品を製造する方法。
25. 請求項２４の方法において、スラリを所要形状の金属部品の形態に鋳造し得るように前記鋳造機を作動させる工程を更に備える、方法。
26. 請求項２５の方法において、搬送、冷却、印加及び排出工程を行う全体のサイクル時間が４秒から２５０秒の範囲にある、方法。
27. 再生樹木状晶一次固体粒子を有する半固体金属のオンデマンドにて所要形状の金属部品を製造する装置において、
    ある量の溶融合金を受け入れ得る構造及び配置とされた容器と、
    該容器を成形ステーションと排出ステーションとの間にて移動させる手段と、
    ある量の溶融合金を攪拌するのに十分な電磁力を発生させ得る構造及び配置とされ、前記容器がその内部に配置されたステータと、
    ４分以内の比較的短いサイクル時間にてスラリビレットを製造し得るように前記電磁攪拌が行われる間、前記量の溶融合金の温度を低下させる冷却手段とを備える、再生樹木状晶一次固体粒子を有する半固体金属のオンデマンドにて所要形状の金属部品を製造する装置。
28. 請求項２７の装置において、前記スラリビレットを容器から成形プレスのショットスリーブ内に搬送する排出手段を更に備える、装置。
29. 請求項２８の装置において、前記冷却手段が前記ステータと前記容器との間に配置された熱ジャケットを備える、装置。
30. 金属マトリックス複合材として微粒子固体粒子を有する金属合金からオンデマンドにて所要形状の金属部品を製造する装置において、
    ある量の前記金属マトリックス複合材を受け入れ得るような構造及び配置とされた容器と、
    前記容器を成形ステーションと排出位置との間にて移動させる手段と、
    ある量の溶融合金を攪拌するのに十分な電磁力を発生させ得る構造及び配置とされ、前記容器がその内部に配置されたステータと、
    ４分以内の比較的短いサイクル時間にてスラリビレットを製造し得るように前記電磁攪拌が行われる間、前記量の溶融合金の温度を低下させる冷却手段とを備える、金属マトリックス複合材として微粒子固体粒子を有する金属合金からオンデマンドにて所要形状の金属部品を製造する装置。

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