NO342442B1

NO342442B1 - Fremgangsmåte for støping av en aluminiumslegeringsblokk, fremgangsmåte for fremstilling av en metalltynnplateartikkel samt fremgangsmåte for kontinuerlig eller halvkontinuerlig direkte kjølestøping

Info

Publication number: NO342442B1
Application number: NO20082437A
Authority: NO
Inventors: Wayne J Fenton; Robert Bruce Wagstaff
Original assignee: Novelis Inc
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2018-05-22
Also published as: EP2305397A2; RU2424869C2; ES2566001T3; EP2283949B1; CA2705593C; WO2007048250A8; AU2011201329B9; JP2012192453A; AU2011201328B2; US9802245B2; EP3023174A1; RU2008119087A; CN101300092A; CN102259170B; US20070102136A1; NO20082437L; EP1940571A4; JP5619815B2; PL2305397T3; PL2474374T3

Abstract

Fremgangsmåte for støping av en metallblokk med en mikrostruktur som letter ytterligere bearbeiding, slik som varm- og kaldvalsing. Metallet støpes i en direkte kjølestøpeform, eller ekvivalent derav, som retter en sprut av kjølevæske oppå den ytre overflaten av blokken for å oppnå rask kjøling. Kjølemidlet fjernes fra overflaten på et sted hvor den fremkommende embryoniske blokken ennå ikke er fullstendig fast, slik at den latente størkningsvarmen og sensibilitetsvarmen av smeltekjernen hever temperaturen av den tilgrensende faste mantelen til en konvergenstemperatur som er over en transformasjonstemperatur som er over in-situ homogenisering av metallet. Et ytterligere konvensjonelt homogeniseringstrinn er således ikke påkrevd. Oppfinnelsen angår også varmebehandlingen av slike blokker før varmforming. 1

Description

Oppfinnelsen angår støping av metaller, nærmere bestemt aluminiumslegeringer, og deres behandling for å gjøre dem egnet til å forme metallprodukter slik som tynnplate- og plateartikler.

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Metallegeringer, og spesielt aluminiumslegeringer, er ofte støpt fra smeltet form for å produsere støpeblokker eller valseblokker som deretter blir utsatt for valsing, varmforming e.l., for å produsere tynnplate- eller plateartikler anvendt for produksjon av en rekke produkter. Støpeblokker produseres ofte ved direkte kjøle (DC) støping, men det er ekvivalente støpemetoder, slik som elektromagnetisk støping som f.eks. angitt i US 3985179 og 4004631 (begge til Goodrich et al.), som også er anvendt. Den følgende diskusjonen angår hovedsakelig DC-støping, men de samme prinsippene gjelder alle slike støpeprosedyrer som danner det samme eller ekvivalente mikrostrukturegenskaper i støpemetallet.

DC-støping av metaller (f.eks. aluminium og aluminiumslegeringer - som samlet i det etterfølgende er referert til som aluminium) for å produsere blokker utføres typisk i en grunn, åpen-endet aksial vertikal form som i begynnelsen er lukket ved sin nedre ende av en plattform som kan beveges nedover (ofte henvist til som en bunnblokk). Formen er omgitt av en kjølekappe hvorigjennom en kjølevæske slik som vann er kontinuerlig sirkulert for å tilveiebringe ekstern kjøling av formveggen. Den smeltede aluminiumen (eller et annet metall) er innført i den øvre enden av den kjølte formen, og mens det smeltede metallet størkner i et område tilgrensende den indre omkretsen av formen, beveges plattformen nedover. Med en effektiv kontinuerlig bevegelse av plattformen og tilsvarende kontinuerlig tilførsel av smeltet aluminium til formen, kan en blokk av ønsket lengde bli produsert, begrenset bare av plassen tilgjengelig under formen. Ytterligere detaljer av DC-støping kan fås fra US 2301027 (Ennor), og andre patenter.

DC-støping kan også utføres horisontalt, dvs. med formen orientert ikke-vertikalt, med en viss utstyrsmodifisering og, i slike tilfeller, kan støpeoperasjonen være stort sett kontinuerlig. I den følgende diskusjonen er det henvist til vertikal direkte kjølestøping, men de samme prinsippene gjelder for horisontal DC-støping.

Blokken som kommer frem fra den nedre (utførings)enden av støpeformen i vertikal DC-støping er eksternt fast, men er fortsatt flytende i dens sentrale kjerne. Med andre ord strekker poolen av smeltet metall innenfor formen seg nedover inn i den sentrale delen av den nedoverbevegende blokken en viss avstand under formen som en sump av smeltet metall. Denne sumpen har et progressivt reduserende tverrsnitt i nedoverretningen idet blokken størkner innover fra den ytre overflaten inntil dens kjernedel blir fullstendig fast. Delen av støpemetallproduktet som har en fast ytre mantel og en smeltet kjerne er her referert til som en embryonisk blokk som blir en støpeblokk når den er fullstendig størknet.

Som et viktig trekk ved den direkte kjølestøpeprosessen, bringes en kontinuerlig-tilført kjølevæske, slik som vann, i direkte kontakt med den ytre overflaten av den fremoverrettede embryoniske blokken direkte under formen, som derved forårsaker direkte kjøling av overflatemetallet. Denne direkte kjølingen av blokkoverflaten fungerer både til å opprettholde den periferiske andelen av blokken i fast tilstand og til å fremme intern kjøling og størkning av blokken.

Konvensjonelt er en enkel kjølesone tilveiebrakt under formen. Typisk er kjøleeffekten i denne sonen bevirket ved å rette en stort sett kontinuerlig vannstrøm ensartet langs omkretsen av blokken umiddelbart under formen, vannet blir uttømt f.eks. fra den nedre enden av formkjølekappen. I denne prosedyren støter vannet med betydelig kraft og styrke oppå blokkoverflaten ved en betydelig vinkel dertil og strømmer nedover over blokkoverflaten med kontinuerlig, men reduserende kjøleeffekt inntil blokkoverflatetemperaturen nærmer seg den til vannet.

Typisk gjennomgår kjølevannet ved kontakt med det varme metallet først to koketilfeller. En film av hovedsakelig vanndamp er dannet direkte under væsken i det stagnerende området av strålen og umiddelbart tilgrensende dette, i de nære områdene ovenfor, til begge sider og under strålen, og plastisk filmboblekoking skjer. Etter hvert som blokken kjøler, og kjernedannelse- og blandeeffekten av boblene avtar, endres fluidstrømning og varmegrenselagbetingelsene til tvangsstyrt konveksjon ned hoveddelen av blokken inntil, til slutt, de hydrodynamiske betingelsene endrer seg til enkel frittfallende film over hele overflaten av blokken i de nederste delene av blokken.

Direkte kjølestøpeblokker produsert på denne måten utsettes generelt for varm- og kaldvalsetrinn eller andre varmformingsprosedyrer, for å produsere artikler slik som tynnplate eller plate av forskjellige tykkelser og bredder. Imidlertid, i de fleste tilfeller er en homogeniseringsprosedyre normalt påkrevd før valsing eller en annen varmformingsprosedyre for å omdanne metallet til en mer brukbar form og/eller for å forbedre sluttegenskapene til det valsede produktet. Homogenisering utføres for å utbalansere mikroskopiske konsentrasjonsgradienter. Homogeniseringstrinnet omfatter oppvarming av støpeblokken til en elevert temperatur (generelt en temperatur over en overgangstemperatur, f.eks. en solvustemperatur av legeringen, ofte over 450 °C og typisk (for mange legeringer) i området på 500 til 630 °C) i et betydelig tidsrom, f.eks. noen få timer og generelt opp til 30 timer.

Behovet for dette homogeniseringstrinnet er et resultat av mikrostrukturmanglene funnet i støpeproduktet som oppstår fra de tidlige trinnene eller sluttrinnene av størkningen. På et mikroskopisk nivå er størkningen av DC-støpelegeringer kjennetegnet ved fire tilfeller; (1) kjernedannelsen av den primære fasen (hvis frekvens kan eller kan ikke være forbundet med nærværet av en kornraffinør); (2) dannelsen av en cellulær, dendrittisk eller kombinasjon av cellulære og dentrittiske strukturer som definerer et korn; (3) avvisning av løsningsprodukt fra den cellulære/dendrittiske strukturen pga. de rådende ikkelikevektsstørkningsbetingelsene; (4) bevegelsen av det avviste løsningsproduktet som er økt ved volumendringen av den størknende primære fasen; og (5) konsentrasjonen av avvist løsningsprodukt og dens størkning ved en avsluttende reaksjonstemperatur (f.eks. eutektisk).

Den resulterende strukturen av metallet er derfor ganske kompleks og er kjennetegnet ved sammensetningsmessige forskjeller over ikke bare kornet men også i områdene tilgrensende de intermetalliske fasene hvor relativt myke og harde områder sameksisterer i strukturen og som, hvis ikke modifisert eller transformert, vil danne endelige standardmålegenskapsforskjeller som er uakseptable for sluttproduktet.

Homogenisering er et generisk uttrykk som generelt er anvendt for å beskrive en varmebehandling utformet for å korrigere mikroskopiske mangler i fordelingen av løsningsproduktelementer og (medfølgende) modifisere de intermetalliske strukturene tilstede på grenseflatene. Akseptable resultater av en homogeniseringsprosess omfatter det følgende:

1. Den elementære fordelingen innenfor et korn blir mer ensartet.

2. Enhver partikkel av lavsmeltende bestanddel (f.eks. eutektisk) som ble dannet på korngrenseflatene og trippelpunktene under støping er løst tilbake i kornene.

3. Bestemte intermetalliske parikler (f.eks. peritektisk) gjennomgår kjemiske og strukturtransformasjoner.

4. Store intermetalliske partikler (f.eks. peritektisk) som dannes under støping kan være frakturert og avrundet under oppvarming.

5. Utfellinger (slik som kan være anvendt for påfølgende utvikling for å forsterke materialet) dannet under oppvarming er løst og senere utfelt jevnt over kornet etter oppløsning og gjenfordeling mens blokken nok en gang kjøles under solvusen og enten holdes ved en konstant temperatur og tillates å kjernedanne og vokse, eller kjøles til romtemperatur og forvarmes til varmformingstemperaturer.

I noen tilfeller er det nødvendig å anvende varmebehandlinger for blokker under selve DC-støpeprosessen for å korrigere forskjellige spenningsområder indusert under støpeprosessen. Fagfolk karakteriserer legeringer som dem som enten sprekker etter størkning eller sprekker før størkning som reaksjon på disse spenningene.

Etter-størkningssprekker er forårsaket av makroskopiske spenninger som utvikler seg under støping, som forårsaker at sprekker dannes på en trans-granulær måte etter størkning er ferdig. Dette er typisk korrigert ved å opprettholde blokkoverflatetemperaturen (således redusere temperaturen - følgelig strekkgradienten i blokken) ved et elevert nivå under støpeprosessen og ved overføring av konvensjonelle støpeblokker til en spenningsavlastningsovn umiddelbart etter støping.

Før-størkningssprekker er også forårsaket av makroskopiske spenninger som utvikler seg under støping. Imidlertid er i dette tilfellet de makroskopiske spenningene dannet under størkning avlastet ved rivning eller skjæring av strukturen, intergranulært, langs lavt smeltepunkt eutektiske nettverk (forbundet med løsningsproduktavvisning ved størkning). Man har funnet at utjevning, fra senter til overflate, av den lineære temperaturgradientdifferensialen (dvs. temperaturderivatoverflaten til sentrum av den fremkommende blokken) på vellykket måte kan dempe slik sprekking.

Disse defekter gjør blokken uakseptabel for mange formål. Mange forsøk har blitt gjort for å overvinne dette problemet ved å kontrollere overflatekjølehastigheten av en blokk under støping. F.eks. i legeringer som er tilbøyelige til etter-størkningssprekking ble det i US 2705353 (Zeigler) anvendt en avtørker for å fjerne kjølemiddel fra overflaten av blokken ved en avstand under formen slik at den interne varmen til blokken ville gjenoppvarme den kjølte overflaten. Intensjonen var å opprettholde temperaturen i overflaten ved et nivå over ca.149 °C, og fortrinnsvis innenfor et typisk glødeområde på ca.204-344 °C.

I US 4237961 (Zinniger) er det vist et annet direkte kjølestøpesystem med en kjølemiddelavtørkningsanordning i en form av en oppblåsbar, elastomerisk avtørkerkrans. Denne tjente det samme hovedformålet som det beskrevet i det ovennevnte US patentet, hvor overflatetemperaturen av blokken er opprettholdt ved et nivå tilstrekkelig til å dempe interne spenninger. I eksemplet til dette US patentet er blokkoverflaten opprettholdt ved en temperatur på omtrent 260 °C, som igjen er i glødeområdet. Formålet med denne prosedyren var å tillate støpingen av blokker av svært store tverrsnitt ved å forhindre utviklingen av for høye varmespenninger inne i blokken.

I forstøpningssprekkutsatte legeringer ble det i US 3713479 (Bryson) anvendt to nivåer av vannsprøytekjøling av mindre intensitet for å redusere kjølehastigheten og for at den skal strekke seg en lengre avstand ned blokken etter hvert som blokken synker ned og, som et resultat av dette arbeidet, demonstrerte muligheten til å øke totale støpehastigheter realisert i prosessen.

En annen utforming av en direkte kjølestøpeanordning som anvender en avtørker for fjerning av kjølevann er vist i CA 2095085 (Ohatake et al.). Med denne utformingen er primære og sekundære vannkjølestråler anvendt, etterfulgt av en avtørker for å fjerne vann, hvor avtørkeren er etterfulgt av en tredje kjølevannsstråle.

BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for støping ifølge krav 1, en fremgangsmåte for fremstilling av en metalltynnplateartikkel ifølge krav 29, samt en fremgangsmåte for kontinuerlig eller halvkontinuerlig direkte kjølestøping ifølge krav 31.

Særlig foretrukne utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse er angitt i de uselvstendige kravene.

En eksemplifiserende form eller aspekt er basert på en observasjon at metallurgiske egenskaper ekvivalent eller identisk med de produsert under konvensjonell homogenisering av en støpemetallblokk (en prosedyre som krever flere timer ved oppvarming ved en elevert temperatur) kan være overført til en slik blokk ved å tillate temperaturene av den kjølte mantelen og det fortsatt smeltede indre av en embryonisk støpeblokk til å konvergere til en temperatur ved eller over en transformasjonstemperatur av metallet hvorved in-situ homogenisering skjer, som er generelt en temperatur på minst 425 °C i mange aluminiumslegeringer, og fortrinnsvis til å forbli ved eller nær den temperaturen over et passende tidsrom for at de ønskede transformasjonene skjer (minst delvis).

Overraskende kan ønskelige metallurgiske endringer ofte være overført på denne måten i et relativt kort tidsrom (f.eks. 10 til 30 minutter), og prosedyren for å oppnå et slikt resultat kan være innarbeidet i selve støpeoperasjonen, som derved unngår behovet for et ytterligere dyrt og uhensiktsmessig homogeniseringstrinn. Uten at man ønsker å binde seg til noen bestemt teori, er det mulig at dette er fordi ønskede metallurgiske endringer er dannet eller opprettholdt mens legeringen blir støpt med en betydelig tilbakediffusjonseffekt (i ene, eller begge, faste og flytende tilstander og deres kombinerte ”grøtaktige” form) i et kort tidsrom i stedet for at uønskede metallurgiske egenskaper dannes under konvensjonell kjøling, som da krever betydelig tid for korreksjon i et konvensjonelt homogeniseringstrinn.

Selv i de tilfeller hvor homogenisering ikke normalt utføres med en konvensjonell støpeblokk, så kan det være forbedringer med hensyn til egenskaper som gjør blokken lettere å bearbeide eller tilveiebringe et produkt med forbedrede egenskaper.

Metoden for støping omfattende in-situ homogenisering som fremsatt ovenfor kan valgfritt bli etterfulgt av en bråkjølingsoperasjon før blokken fjernes fra støpeapparatet, f.eks. ved nedsenking av den førende delen av den fremoverrettede støpeblokken inn i en pool av kjølevæske. Dette utføres etter fjerningen av kjølevæsken tilført til overflaten av den embryoniske blokken, og etter at tilstrekkelig tid har vært mulig for passende metallurgiske transformasjoner.Uttrykket ”in-situ homogenisering” har blitt brukt av oppfinnerne for å beskrive dette fenomenet hvor mikrostrukturendringer er oppnådd under støpeprosessen som er ekvivalent med de oppnådd ved konvensjonell homogenisering utført etter støping og kjøling. På liknende måte har uttrykket ”in-situ bråkjøling” blitt brukt for å beskrive et bråkjølingstrinn utført etter in-situ homogenisering under støpeprosessen.

Det skal bemerkes at utførelsesformer kan anvendes for støpingen av komposittblokker av to eller flere metaller (eller det samme metallet fra to forskjellige kilder), som f.eks. beskrevet i US patentsøknad 2005-0011630 publisert 20. januar 2005, eller US 6705384. Komposittblokker av denne typen er støpt mye på samme måten som monolittiske blokker laget av ett metall, men støpeformen e.l. har to eller flere innløp separert ved en intern formvegg eller ved en kontinuerlig-matet strimmel av fast metall som er innarbeidet i støpeblokken. Straks den forlater støpeformen, gjennom ett eller flere utløp, utsettes komposittblokken for kjølevæske, og det flytende kjølemidlet kan fjernes på samme måten som for en monolittisk blokk med den samme eller en ekvivalent effekt.

Således er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for støping av en aluminiumslegeringsblokk, som omfatter trinnene:

(a) tilføring av smeltemetall (12) fra minst én kilde til et område hvor smeltemetallet er periferisk innelukket, for derved å tilveiebringe smeltemetallet med en periferisk del;

(b) kjøling av den periferiske delen av metallet for å danne en embryonisk blokk (16) som har en ekstern fast mantel og en intern smeltekjerne (24);

(c) fremoverretting av den embryoniske blokken i en befordringsretning (A) bort fra området hvor smeltemetallet er periferisk innelukket samtidig med tilførsel av ytterligere smeltemetall til området slik at smeltekjernen inneholdt innenfor den faste mantelen forlenges utenfor området; og

(d) kjøling av en ytre overflate av den embryoniske blokken som kommer frem fra området hvor metallet er periferisk innelukket ved å rette en tilførsel av kjølevæske (18) oppå den ytre overflaten;

som er kjennetegnet ved at en effektiv mengde av kjølevæsken fjernes fra den ytre overflaten av den embryoniske blokken i en posisjon på den ytre overflaten hvor et tverrsnitt av blokken vinkelrett på befordringsretningen krysser en del av smeltekjernen slik at intern varme fra smeltekjernen gjenoppvarmer den faste mantelen tilgrensende smeltekjernen etter fjerning av den effektive mengden av kjølevæske slik at temperaturene for kjernen og mantelen konvergerer og forblir ved en temperatur på 425 °C eller høyere i en tidsperiode på minst 10 minutter slik at minst delvis homogenisering av metallet skjer.

Denne konvergensen av kjerne- og manteltemperaturene kan, i foretrukne tilfeller, bli fulgt ved måling av den ytre overflaten av blokken som viser en tilbakeslagstemperatur etter at kjølevæsken har blitt fjernet. Denne tilbakeslagstemperaturen bør ha en topp over transformasjonstemperaturen til legeringen eller fasen, og fortrinnsvis over 426 °C.

I den ovennevnte fremgangsmåten er smeltemetallet i trinn (a) fortrinnsvis tilført til minst ett innløp av en direkte kjølestøpeform, den direkte kjølestøpeformen danner derved området hvor smeltemetallet er periferisk innelukket, og den embryoniske blokken går fremover i trinn (c) fra minst ett utløp av den direkte kjølestøpeformen, med stedet på den ytre overflaten av blokken hvor den betydelige delen av kjølevæsken er fjernet i trinn (e) før den ble anbrakt ved en avstand fra det minst ene utløpet av formen. Støpemetoden (dvs. tilførsel av smeltemetall) kan være kontinuerlig eller halvkontinuerlig, etter ønske.

Kjølevæsken kan fjernes fra den ytre overflaten ved avtørking eller andre måter. Fortrinnsvis er en avtørker som omslutter blokken tilveiebrakt, og posisjonen til avtørkeren kan bli variert, om ønskelig, under forskjellige faser av støpeoperasjonen, f.eks. for å minimalisere forskjeller i konvergeringstemperaturen som ellers kan skje under slike forskjellige faser.

Det er tilveiebrakt et apparat for kontinuerlig eller halvkontinuerlig kjølestøping av en metallblokk, som omfatter: en støpeform som har minst ett innløp, minst ett utløp og minst ett formhulrom; minst én kjølekappe for det minst ene formhulrommet; en tilførsel av kjølevæske anordnet for å forårsake at kjølevæsken strømmer langs en ekstern overflate av en embryonisk blokk som kommer frem fra det minst ene utløpet; middel anbrakt med en avstand fra det minst ene utløpet for fjerning av kjølevæsken fra den eksterne overflaten av den embryoniske blokken; og et apparat for å bevege kjølemiddelfjerningsanordningen mot og bort fra det minst ene utløpet, for derved å muliggjøre at avstanden kan bli modifisert under støping av blokken.

En annen eksemplifiserende utførelsesform tilveiebringer en fremgangsmåte for fremstilling av en metalltynnplateartikkel, som omfatter fremstilling av en størknet metallblokk ved en fremgangsmåte som beskrevet ovenfor; og varmforming av blokken for å fremstille en bearbeidet artikkel; som er kjennetegnet ved at varmformingen utføres uten homogenisering av den størknede metallblokken mellom blokkproduksjonstrinnet (a) og varmformingstrinnet (b). Varmformingen kan f.eks. være varmvalsing, og dette kan om ønskelig bli etterfulgt av konvensjonell kaldvalsing. Uttrykket ”varmforming” kan f.eks. omfatte en slik prosess som varmvalsing, ekstrudering og smiing.

Videre beskrives en fremgangsmåte for fremstilling av en metallblokk som kan være varmformet uten tidligere homogenisering, hvor fremgangsmåten omfatter støping av et metall for å danne en blokk under betingelser med hensyn til temperatur og tid effektiv til å produsere et størknet metall som har en ikke-kjernemikrostruktur, eller alternativt en frakturert mikrostruktur (intermetalliske partikler er frakturert i støpestrukturen).

Minst i noen av de eksemplifiserende utførelsesformene er løsningsproduktelementer som er segregert under størkning mot kanten av cellen, som eksisterer på kanten av blokken, nær overflaten bråkjølt under en transformasjonstemperatur, f.eks. en solvustemperatur, under startfluidkjøling, tillatt igjen å fordele via fast tilstandsdiffusjon over dendritten/cellen, og løsningsproduktelementene som normalt segregerer til kanten av dendritten/cellen i senterområdet av blokken er tillatt tid og temperatur under størkning for å tilbakediffundere løsningsprodukt fra den homogene væsken tilbake inn i dendritten/cellen før vekst og grovgjøring. Resultatet av denne tilbakediffunderingen fjerner løsningsproduktelementer fra den homogene blandingen, som genererer en redusert konsentrasjon av løsningsprodukt i den homogene blandingen, som igjen minimaliserer volumfraksjon av støpeintermetalliske komponenter på enhets-dendritt/-celle-grenselinjen, som derved reduserer den totale makrosegregeringseffekten over blokken. Enhver høytsmeltende støpebestanddel og intermetalliske komponenter på det punktet er, straks de er størknet, lett modifisert ved bulkdiffusjon av silisium (Si) eller andre elementer som er til stede i metallet, ved de eleverte temperaturene, som gir et blottlagt område på dendritten/celle-grenselinjen ekvivalent til eller nær konsentrasjonen som tilsvarer den maksimale løslighetsgrensen på den spesielle konvergenstemperaturen. På liknende måte kan høye smeltepunkt eutektika (eller metastabile bestanddeler og intermetalliske komponenter) bli ytterligere modifisert eller kan bli ytterligere modifisert/transformert i struktur hvis konvergenstemperaturen er oppnådd og holdt i et blandet faseområde felles for to tilstøtende binære faseområder. I tillegg til dette kan de nominelt høyere smeltepunktstøpebestanddelene og inter-metalliske komponentene være frakturerte og/eller avrundede, og lave-smeltepunkt støpebestanddelene og intermetalliske komponentene vil mer sannsynlig smelte eller diffundere inn i bulkmaterialet under støpeprosessen.

En fremgangsmåte for oppvarming av en støpemetallblokk for å fremstille blokken for varmforming ved en forhåndsbestemt varmformingstemperatur er beskrevet. Fremgangsmåte omfatter (a) forvarming av blokken til en kjernedannelsestemperatur, under den forhåndsbestemte varmformings-temperaturen, hvorved fellingskjernedannelse skjer i metallet til å forårsake at kjernedannelse finner sted; (b) oppvarming av blokken videre til en fellingsveksttemperatur hvorved fellingsvekst skjer til å forårsake fellingsvekst i metallet; og (c) hvis blokken ikke allerede er ved den forhåndsbestemte varmformingstemperaturen etter trinn (b), oppvarming av blokken videre til den forhåndsbestemte varmformingstemperaturen klar for varmforming. Varmformingstrinnet omfatter fortrinnsvis varmvalsing, og blokken støpes fortrinnsvis ved DC-støping.

Ifølge denne fremgangsmåten produseres dispersoider, vanligvis dannet under homogenisering og varmvalsing, på en slik måte at, ved forvarming av blokken i to trinn til en varmvalsingstemperatur og holding i et tidsrom, blir dispersoidpopulasjonsstørrelsen og fordelingen i blokken lik eller bedre enn det som er normalt funnet etter en fullstendig homogeniseringsprosess, men i et betydelig kortere tidsrom.

Fortrinnsvis tilveiebringer denne fremgangsmåten en fremgangsmåte for termisk bearbeiding av en metallblokk omfattende trinnene:

(a) forvarming av en blokk til en temperatur som tilsvarer en sammensetning på solvusen hvor,

(b) delen av supermettet materiale som felles ut av løsningen under oppvarming bidrar til kjernedannelsen av en utfelling,

(c) holding av blokken ved den temperaturen i et tidsrom og deretter,

(d) økning av temperaturen av blokken til en temperatur som tilsvarer en sammensetning på solvusen og,

(e) tillate delen av det supermettede materialet som utfeller fra løsningen på det andre trinnet til oppvarming for å bidra til veksten av en utfelling og deretter,

(f) holding av blokken ved den temperaturen i et tidsrom som tillater fortsatt diffundering av løsningsprodukt fra de mindre (varmeustabile) utfellingene som øker veksten av de større, mer stabile utfellingene eller, alternativt, gradvis økning av temperaturen, for derved å øke løsningsproduktkonsentrasjonen som bidrar til vekst uten å kreve en temperaturholding.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Fig. 1 er et vertikalt tverrsnitt av en direkte kjølestøpeform som viser én foretrukket form av en fremgangsmåte ifølge en eksemplifiserende utførelsesform, og spesielt som illustrerer et tilfelle hvor blokken forblir varm under hele støpingen.

Fig. 2 er et tverrsnitt som er lik det i Fig.1, som illustrerer en foretrukket modifisering hvor posisjonen av avtørkeren er bevegelig under støpingen.

Fig. 3 er et tverrsnitt som er lik det i Fig.1, som illustrerer et tilfelle hvor blokken er ytterligere kjølt (bråkjølt) ved den nedre enden under støpingen.

Fig. 4 er et topplansnitt av en J-formet støpeform som illustrerer en foretrukket form av en eksemplifiserende utførelsesform.

Fig. 5 er en kurve som viser avstander X i Fig.1 for en form av typen vist i Fig.4, hvor verdiene av X tilsvarer punkter rundt omkretsen av formen målt i en retning med klokken fra punkt S i Fig.4.

Fig. 6 er et perspektivsnitt av en avtørker utformet for støpeformen i Fig.4.

Fig. 7 er en kurve som illustrerer en støpeprosedyre ifølge én form av en eksemplifiserende utførelsesform, som viser overflatetemperaturen og kjernetemperaturen over tid av en Al -1,5 % Mn - 0,6 % Cu legering mens den er DC-støpt og deretter utsatt for vannkjøling og kjølemiddelavtørking. Varmehistorien i området hvor størkning og gjenoppvarming finner sted av en Al - 1,5 % Mn - 0,6 % Cu legering lik det i US 6019939 i tilfellet hvor bulken av blokken ikke er tvangskjølt (den nedre temperaturlinjen er overflaten, og den øvre (stiplede) linjen er senteret).

Fig. 8 er en kurve som illustrerer den samme støpeoperasjonen som Fig.7, men som strekker seg over et lengre tidsrom og viser spesielt kjøleperioden som følger temperaturkonvergens eller temperaturtilbakeslag.

Fig. 9 er en kurve like Fig.7, men som viser temperaturmålinger av den samme støpen utført ved tre noe forskjellige tider (forskjellige blokklengder som vist i figuren). De heltrukne linjene viser overflatetemperaturene av de tre plottene, og de prikkete linjene viser kjernetemperaturene. Tiden som overflatetemperaturene forblir over 400 °C og 500 °C kan bli bestemt fra hvert plott og er større enn 15 minutter i hvert tilfelle.

Tilbakeslagstemperaturene på 563 °C, 581 °C og 604 °C er vist for hvert tilfelle.

Fig. 10a viser transmisjonselektronmikrokurver av Al - 1,5 % Mn - 0,6 % Cu legering lik det i US 6019939 med en størknings- og kjølehistorie ifølge den kommersielle direkte kjøleprosessen, og varme- og mekanisk bearbeidingshistorie ifølge prøve A i det følgende Eksemplet, som viser den typiske fellingspopulasjonen ved 6 mm tykkelse, funnet 25 mm fra overflaten og senteret av blokken.

Fig. 10b er et mikrofotografi av det samme arealet i tynnplaten i Fig.10a, men vist i polarisert lys for å vise den rekrystalliserte cellestørrelsen.

Fig. 11a viser transmisjonselektronmikrokurver av Al - 1,5 % Mn - 0,6 % Cu legering lik den i US 6019939 med en størknings- og kjølehistorie ifølge den kommersielle direkte kjøleprosessen, og varme- og mekanisk bearbeidingshistorie ifølge prøve B i det følgende Eksempelet, som viser den typiske fellingspopulasjonen ved 6 mm tykkelse, funnet 25 mm fra overflaten og senteret av blokken.

Fig. 11b er et mikrofotografi av det samme arealet i tynnplaten som Fig.11a, men vist i polarisert lys for å vise den rekrystalliserte cellestørrelsen.

Fig. 12a viser transmisjonselektronmikrokurver av Al - 1,5 % Mn - 0,6 % Cu legering lik den i US 6019939 med en størknings- og kjølehistorie ifølge Fig.7 og Fig.8, og varme- og mekanisk bearbeidingshistorie ifølge prøve C i det følgende Eksemplet, som viser den typiske fellingspopulasjonen ved 6 mm tykkelse, funnet 25 mm fra overflaten og senteret av blokken.

Fig. 12b er et mikrofotografi av det samme arealet i tynnplaten som Fig.12a, men vist i optisk polarisert lys for å vise den rekrystalliserte cellestørrelsen.

Fig. 13a viser transmisjonselektronmikrokurver av Al - 1,5 % Mn - 0,6 % Cu legering lik den i US 6019939 med en størknings- og kjølehistorie ifølge Fig.9 og varme- og mekanisk bearbeidingshistorie ifølge prøve D i det følgende Eksemplet, som viser den typiske fellingspopulasjonen ved 6 mm tykkelse, funnet 25 mm fra overflaten og senteret av blokken.

Fig. 13b er et mikrofotografi av det samme arealet i tynnplaten som Fig.13a, men vist i optisk polarisert lys for å vise den rekrystalliserte cellestørrelsen.

Fig. 14a viser transmisjonselektronmikrokurver av Al - 1,5 % Mn - 0,6 % Cu legering lik den i US 6019939 med en størknings- og kjølehistorie ifølge den kommersielle direkte kjøleprossen og varme- og mekanisk bearbeidingshistorie ifølge prøve E i det følgende Eksemplet, som viser den typiske fellingspopulasjonen ved 6 mm tykkelse, funnet 25 mm fra overflaten og senteret av blokken.

Fig. 14b er et mikrofotografi av det samme arealet i tynnplaten som Fig.14a, men vist i optisk polarisert lys for å vise den rekrystalliserte cellestørrelsen.

Fig. 15a viser transmisjonselektronmikrokurver av Al - 1,5 % Mn - 0,6 % Cu legering lik den i US 6019939 med en størknings- og kjølehistorie ifølge den kommersielle direkte kjøleprossen og varme- og mekanisk bearbeidingshistorie ifølge prøve F i det følgende Eksemplet, som viser den typiske fellingspopulasjonen ved 6 mm tykkelse, funnet 25 mm fra overflaten og senteret av blokken.

Fig. 15b er et mikrofotografi av det samme arealet i tynnplaten som Fig.15a, men vist i polarisert lys for å vise den rekrystalliserte cellestørrelsen.

Fig. 16 er en skanner-elektronmikrokurve med kobber (Cu) Line Scan av Al - 4,5 % Cu gjennom senteret av en størknet kornstruktur som viser den typiske mikrosegregeringen felles for konvensjonelle direkte kjølestøpeprosesser.

Fig. 17 er et SEM-bilde med kobber (Cu) Line Scan av Al - 4,5 % Cu med en avtørker og en tilbakeslags/konvergenstemperatur (300 °C) i området angitt i US 2705353 (Ziegler) eller US 4237961 (Zinniger).

Fig. 18 er et SEM-bilde med kobber (Cu) Line Scan av Al - 4,5 % Cu ifølge en eksemplifiserende utførelsesform i tilfellet hvor bulken av blokken ikke er tvangskjølt (jf. Fig. 19).

Fig. 19 er en kurve som illustrerer varmehistorien av en Al - 4,5 % Cu legering i området hvor størkning og gjenoppvarming finner sted i tilfellet hvor bulken av blokken ikke er tvangskjølt (jf. Fig.18).

Fig. 20 er et SEM-bilde med kobber (Cu) Line Scan av Al - 4,5 % Cu ifølge en eksemplifiserende utførelsesform i tilfellet hvor bulken av blokken er tvangskjølt etter en tilsiktet forsinkelse (jf. Fig.21).

Fig. 21 er en kurve som viser varmehistorien i området hvor størkning og gjenoppvarming finner sted for en Al - 4,5 % Cu legering i tilfellet hvor bulken av blokken er tvangskjølt etter en tilsiktet forsinkelse (jf. Fig.20).

Fig. 22 er en kurve som viser representative arealfraksjoner av støpintermetalliske faser sammenlignet over tre forskjellige prosessruter.

Fig. 23 er en kurve som illustrerer varmehistorien i området hvor størkning og gjenoppvarming finner sted for en Al - 0,5 % Mg - 0,45 % Si legering (6063) i tilfellet hvor bulken av blokken ikke er tvangskjølt.

Fig. 24 er en kurve som illustrerer varmehistorien i området hvor størkning og gjenoppvarming finner sted for en Al - 0,5 Mg - 0,45 % Si legering (AA6063) i tilfellet hvor bulken av blokken er tvangskjølt etter en tilsiktet forsinkelse.

Fig. 25a, 25b og 25c er hver diffraksjonsmønstre av legeringen behandlet ifølge Fig.23, og Fig. 24 er en XRD-faseidentifikasjon.

Fig. 26a, 26b og 26c er hver grafiske representasjoner av FDC-teknikker utført på blokkene som konvensjonelt er støpt samt behandlet ifølge prosedyrene i Fig.23 og 24.

Fig. 27a og 27b er optiske mikrofotografier av en råstøpt intermetallisk komponent

Al - 1,3 % Mn legering (AA3003) bearbeidet ifølge en eksemplifiserende utførelsesform, frakturert.

Fig. 28 er et optisk mikrofotografi av en råstøpt intermetallisk komponent Al - 1,3 % Mn legering bearbeidet ifølge en eksemplifiserende utførelsesform, modifisert.

Fig. 29 er en transmisjonselektronmikrokurve av råstøpt intermetallisk fase, støpt ifølge denne eksemplifiserende utførelsesformen, modifisert ved diffusjon av Si inn i partikkelen, som viser en blottlagt sone.

Fig. 30 er en kurve som illustrerer varmehistorien av en Al - 7 % Mg legering som konvensjonelt er bearbeidet.

Fig. 31 er en kurve som illustrerer varmehistorieen av en Al - 7 % Mg legering i området hvor størkning og gjenoppvarming finner sted i tilfellet hvor bulken av blokken ikke er tvangskjølt med en tilbakeslagstemperatur som er under løsningstemperaturen for β-fasen.

Fig. 32 er en kurve som viser varmehistorien av en Al - 7 % Mg legering i området hvor størkning og gjenoppvarming finner sted i tilfellet hvor bulken av blokken ikke er tvangskjølt med en tilbakeslagstemperatur som er over løsningstemperaturen for β-fasen.

Fig 33 er utførselslinjen i et differensiell skanning kalorimeter (DSC) som viser βfasenærvær i 451 - 453 °C-området (konvensjonelt direkte kjølestøpemateriale) (jf. Fig.30).

Fig. 34 er utførselslinjen i et differensiell skanning kalorimeter (DSC) som viser β-fasefravær (jf. Fig.31).

Fig. 35 er utførselslinjen i et differensiell skanning kalorimeter (DSC) linje som viser βfasefravær (jf. Fig. 32).

Temperaturene vist i figurene 19, 21, 23, 24 og 30 er i grader Celsius.

Figurene 16 og 30 er i forbindelse med konvensjonell DC støping, dvs som ikke er i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse.

BESTE MÅTER FOR UTFØRELSE AV OPPFINNELSEN

Den følgende beskrivelsen henviser til direkte kjølestøping av aluminiumslegeringer, men bare som et eksempel. Den foreliggende eksemplifiserende utførelsesformen er anvendelig for forskjellige metoder for støping av metallblokker, for støping av de fleste legeringer, spesielt lettmetallegeringer, og spesielt de som har en transformasjonstemperatur over 450 °C og som krever homogenisering etter støping og før varmforming, f.eks. valsing. I tillegg til legeringer basert på aluminium, omfatter eksempler på andre metaller som kan bli støpt legeringer basert på magnesium, kobber, sink, bly-tinn og jern. Den eksemplifiserende utførelsesformen kan også være anvendelig for støpingen av rent aluminium eller andre metaller hvor effektene av ett av de fem resultatene i homogeniseringsprosessen kan bli realisert (jf. beskrivelsen av disse trinnene ovenfor).

Fig. 1 i de medfølgende tegningene viser et forenklet vertikalt tverrsnitt av et eksempel av en vertikal DC-støper 10 som kan bli anvendt for å utføre minst en del av en prosess ifølge én eksemplifiserende form ifølge den foreliggende eksemplifiserende utførelsesformen. Det vil selvfølgelig være realisert for fagfolk at en slik støper kunne danne del av en større gruppe av støpere som alle drives på samme måten samtidig, f.eks. som danner en del av en multippel støpetabell.

Smeltemetall 12 innføres i en vertikalt orientert vannkjølt form 14 gjennom et forminnløp 15 og kommer frem som en embryonisk blokk 16 fra et formutløp 17. Den embryoniske blokken har en flytende metallkjerne 24 innenfor en fast ytre mantel som fortykkes etter hvert som den embryoniske blokken kjøler (som vist ved linje 19) inntil en fullstendig fast støpeblokk er produsert. Det vil forstås at formen 14 periferisk inneslutter og kjøler smeltemetallet for å starte dannelsen av den faste mantelen, og det kjølende metallet beveger seg ut og bort fra formen i en befordringsretning vist ved pil A i Fig.1. Stråler 18 av kjølevæske rettes oppå den ytre overflaten av blokken etter hvert som den kommer frem fra formen for å øke kjølingen og for å opprettholde størkningsprosessen. Kjølevæsken er normalt vann, men en annen væske kan eventuelt bli anvendt, f.eks. etylenglykol, for spesialiserte legeringer slik som aluminium-litium-legeringer. Kjølemiddelstrømmen som anvendes kan være ganske normal for DC-støping, f.eks.1,04 liter per minutt per centimeter omkrets til 1,78 liter per minutt per centimeter omkrets (0,7 gallons per minutt (gmp)/inch periferi til 1,2 gpm/inch) .

En ringformet avtørker 20 er tilveiebrakt med kontakt med den ytre overflaten av blokken anbrakt ved en avstand X under utløpet 17 av formen, og effekten er at kjølevæsken (representert ved strømmer 22) fjernes fra blokkoverflaten slik at overflaten av blokkdelen under avtørkeren er fri for kjølevæske etter hvert som blokken synker videre. Strømmene 22 av kjølemiddel er vist å strømme fra avtørkeren 20, men de er anbrakt med en avstand fra overflaten av blokken 16 slik at de ikke tilveiebringer en kjøleeffekt.

Avstanden X er gjort slik at fjerning av kjølevæske fra blokken finner sted mens blokken fortsatt er embryonisk (dvs. den inneholder fortsatt det flytende senteret 24 inneholdt innenfor den faste mantelen). Sagt på en annen måte så er avtørkeren 20 plassert på et sted hvor et tverrsnitt av blokken tatt vinkelrett på befordringsretningen A krysser en del av den flytende metallkjernen 24 av den embryoniske blokken. På posisjoner under den øvre overflaten av avtørkeren 20 frigjør fortsatt kjøling og størkning av det smeltede metallet innenfor kjernen av blokken latent størkningsvarme og sensibel varme til den faste mantelen. Denne overføringen av latent og sensibel varme, med mangelen på fortsatt tvangs (flytende) kjøling, forårsaker at temperaturen av den faste mantelen (under posisjonen hvor avtørkeren 20 fjerner kjølemidlet) øker (sammenlignet med dens temperatur umiddelbart over avtørkeren) og konvergerer med den av den smeltede kjernen ved en temperatur som er anordnet til å være over en transformasjonstemperatur hvorved metallet gjennomgår in-situ homogenisering. Minst for aluminiumslegeringer er konvergenstemperaturen anordnet til å være ved eller over 425 °C, og mer foretrukket ved eller over 450 °C. Av praktiske grunner uttrykt for temperaturmåling er ”konvergenstemperaturen” (fellestemperaturen som først nås av den smeltede kjernen og den faste mantelen) tatt til å være den samme som ”tilbakeslagstemperaturen” som er den maksimale temperaturen som den faste mantelen stiger til i denne prosessen etter fjerningen av kjølevæske.

Tilbakeslagstemperaturen kan bringes til å gå så høyt som mulig over 425 °C, og generelt jo høyere temperaturen er jo bedre er det ønskede resultatet av in-situ homogenisering, men tilbakeslagstemperaturen vil selvfølgelig ikke stige til det begynnende smeltepunktet av metallet fordi den kjølte og størknede ytre mantelen absorberer varme fra kjernen og påtvinger et tap på tilbakeslagstemperaturen. Det er nevnt i forbifarten at tilbakeslagstemperaturen, som generelt er minst 425 °C, normalt vil være over glødetemperaturen av metallet (glødetemperaturer for aluminiumslegeringer er typisk i området på 343 til 415 °C).

Temperaturen på 425 °C er en kritisk temperatur for de fleste legeringer fordi ved lavere temperaturer er diffusjonshastigheter av metallelementer innenfor den størknede strukturen for sakte til å normalisere eller utjevne den kjemiske sammensetningen av legeringen over kornet. Ved og over denne temperaturen, og spesielt ved og over 450 °C, er diffusjonshastigheter egnet til å produsere en ønsket utjevning for å forårsake en ønsket insitu homogeniseringseffekt av metallet.

Faktum er at det ofte er ønskelig å sikre at konvergenstemperaturen når en bestemt minimumstemperatur over 425 °C. For enhver bestemt legering er det vanligvis en overgangstemperatur mellom 425 °C og legeringens smeltepunkt, f.eks. en solvustemperatur eller en transformasjonstemperatur, hvor mikrostrukturendringer av legeringen finner sted over denne temperatur, f.eks. omdannelse fra β-fase til α-fase bestanddel eller intermetalliske strukturer. Hvis konvergenstemperaturen er anordnet til å overskride slike transformasjonstemperaturer, kan ønskede transformasjonsendringer bli innført i legeringens struktur.

Tilbakeslags- eller konvergenstemperaturen er bestemt ved støpeparameterne og spesielt ved plasseringen av avtørkeren 20 under formen (dvs. dimensjonen av avstand X i Fig.1).

Avstand X bør fortrinnsvis bli valgt slik at: (a) det er tilstrekkelig flytende metall som forblir i kjernen etter kjølemiddelfjerning, og tilstrekkelig overskuddstemperatur (supervarme) og latent varme av smeltemetallet, til å tillate temperaturene av kjernen og mantelen av blokken til å nå den ønskede konvergenstemperaturen anført ovenfor; (b) metallet eksponeres for en temperatur over 425 °C i en tilstrekkelig tid etter kjølemiddelfjerning for å tillate ønsket mikrostrukturendringer å finne sted ved normale kjølehastigheter i luft ved normale støpehastigheter; og (c) blokken eksponeres for kjølevæske (dvs. før kjølevæskefjerning) i en tid tilstrekkelig til å størkne mantelen i et omfang som stabiliserer blokken og forhindrer blødning eller gjennombrudd av smeltetall fra det indre.

Det er vanligvis vanskelig å plassere avtørkeren 20 nærmere enn 50 mm til formutløpet 17 mens det tillates tilstrekkelig plass for væskekjøling og mantelstørkning, så dette er generelt den praktiske nedre grensen (minimumsdimensjon) for avstanden X. Den øvre grensen (maksimumsdimensjon) er funnet til å ha en praktisk betydning til å være ca.150 mm uansett blokkstørrelse, for å oppnå de ønskede tilbakeslagstemperaturene, og det foretrukne området for avstand X er normalt 50 mm til 100 mm. Den optimale posisjonen for avtørkeren kan variere fra legering til legering og fra støpeutstyr til støpeutstyr (ettersom blokker av forskjellige størrelser kan bli støpt ved forskjellige støpehastigheter), men er alltid over posisjonen hvorved kjernen av blokkene blir fullstendig fast. En egnet posisjon (eller område av posisjoner) kan bli bestemt for hvert tilfelle ved beregning (ved anvendelse av varmeutvikling og varmetapsligninger), eller ved overflatemålinger (f.eks. ved anvendelse av standard termokoplinger som er innarbeidet i overflaten eller som overflatekontakt- eller ikke-kontakt-sonder), eller ved prøving og eksperimentering. For DC-støpeformer av normal kapasitet som danner en blokk på 10 til 60 cm i diameter er det normalt anvendt støpehastigheter på minst 40 mm/minutt, mer foretrukket 50 til 75 mm/minutt (eller 9,0 x 10 -4 til 4,0 x 10 -3 meter/sekund).

I noen tilfeller er det ønskelig å variere avstanden X ved forskjellige tider under en støpeprosedyre, dvs. ved å gjøre avtørkeren 20 bevegelig enten tettere til formen 14 eller ytterligere bort fra formen. Dette er for å tilpasse de forskjellige varmebetingelsene som man støter på under de transiente fasene ved starten og slutten av støpeprosedyren.

Ved starten for støpingen plugger en bunnblokk formutløpet og senkes gradvis for å starte dannelsen av støpeblokken. Varme tapes fra blokken til bunnblokken (som normalt er laget av et varmeledende metall) samt fra den ytre overflaten av den fremskridende blokken. Imidlertid, etter hvert som støping forløper og den fremskridende delen av blokken blir atskilt fra bunnblokken med en økende avstand, tapes varme bare fra den ytre overflaten av blokken. Ved slutten av støpingen kan det være ønskelig å gjøre den ytre mantelen kaldere enn normalt like før støping er avsluttet. Dette er fordi den siste delen av blokken som kommer frem fra formen normalt gripes av en løfteanordning slik at hele blokken kan bli hevet. Hvis mantelen er kjøligere og tykkere, er det mindre sannsynlig at løfteanordningen forårsaker deformasjon eller riving som kan sette løfteoperasjonen på spill. For å oppnå dette kan strømningshastigheten av kjølevæske økes i støpingens sluttfase.

I oppstartsfasen fjernes mer varme fra blokken enn under den normale støpefasen pga. at varme tapes til bunnblokken. I et slikt tilfelle kan avtørkeren beveges temporært tettere til formen for å redusere tiden som overflaten av blokken eksponeres for kjølevannet, som således reduserer varmeekstraksjon. Etter en bestemt tid kan avtørkeren relokaliseres til dens normale posisjon for den normale støpefasen. I sluttfasen er det funnet praktisk at ingen bevegelse av avtørkeren kan være nødvendig, men, om nødvendig, kan avtørkeren bli hevet for å kompensere for den ytterligere varmen fjernet ved den økte strømningshastigheten av kjølevæsken.

Avstanden hvori gjennom avtørkeren beveges (variasjon i X, dvs. ΔX) og tidene hvorved bevegelsene er gjort kan bli beregnet fra teoretiske varmetapsligninger, fastsatt ved prøving og eksperimentering, eller (mer sannsynlig) basert på temperaturen av blokkoverflaten ovenfor (eller eventuelt under) avtørkeren bestemt av en passende sensor. I det siste tilfellet kan en unormal lav overflatetemperatur indikere behovet for en forkortning av avstanden X (mindre kjøling), og en uvanlig høy overflatetemperatur kan indikere behovet for en forlengelse av avstanden X (mer kjøling). En sensor egnet for dette formålet er beskrevet i US 6012507 (Marc Auger et al.).

Ved starten av støpingen er justeringen av posisjonen av avtørkeren vanligvis påkrevd bare for de første 50 cm til 60 cm av støpeprosedyren. Flere små trinnvise endringer kan gjøres, f.eks. ved en avstand på 25 mm i hvert tilfelle. For en blokk på 68,5 cm tykkelse kan den første justeringen være innenfor 150-300 mm av starten av blokken, og deretter kan liknende variasjoner bli gjort ved 30 cm og 50-60 cm. For en 50 cm tykk blokk kan justeringene bli gjort ved 15 cm, 30 cm, 50 cm og 80 cm. Sluttposisjonen av avtørkeren er den som er påkrevd for den normal støpeprosedyren slik at avtørkeren starter ved det nærmeste punktet til formen og beveges deretter ned etter hvert som støping forløper. Dette approksimerer reduksjonen av varmetap mens den fremskridende delen av blokken blir mer omfattende atskilt fra bunnblokken etter hvert som støping forløper. Avstanden X begynner således kortere enn i den normale støpefasen, og forlenges gradvis til avstanden som er nødvendig for normal støping.

På slutten av støpingen, hvis noen justering er nødvendig i det hele tatt, kan det bli gjort innenfor de siste minst 25 cm av støpen, og det er normalt et behov for bare én justering på 1 til 2 centimeter.

Justeringen av avtørkerens posisjon kan bli gjort manuelt (f.eks. hvis avtørkeren er støttet av kjeder som har lenker eller snørehull hvorigjennom projeksjoner (f.eks. kroker) på avtørkeren er innsatt, kan avtørkeren være støttet og hevet slik at projeksjonene kan være innsatt gjennom forskjellige lenker eller snørehull). Alternativt, og mer foretrukket, kan avtørkeren væres støttet og beveget av elektriske, pneumatiske eller hydrauliske jekker valgfritt linket ved hjelp av en datamaskin (eller tilsvarende) til et temperaturfølende apparat av typen nevnt ovenfor slik at avtørkeren kan bli beveget i henhold til en tilbakekoplingssløyfe med innebygd logikk. En anordning av denne typen er vist i forenklet form i Fig.2.

Apparatet vist i Fig. 2 er lik det i Fig.1, unntatt at avtørkeren 20 er regulerbar i høyden, f.eks. fra en øvre posisjon vist i faste linjer til en nedre posisjon vist i stiplede linjer. Således kan avstanden X fra utløpet av form 14 bli modifisert ved ΔX (enten opp eller ned). Denne regulerbarheten er mulig fordi avtørkeren er støttet på regulerbare støtter 21 som er hydrauliske stempler og sylinderanordninger drevet av en hydraulisk motor 23. Den hydrauliske motoren 23 er selv kontrollert av en datamaskin 25 basert på temperaturinformasjon levert av en temperaturføler 27 som overvåker overflatetemperaturen 16 umiddelbart under utløpet 17 av form 14. Som anført ovenfor, hvis temperaturen registrert av sensor 27 er lavere enn en forhåndsbestemt verdi, kan avtørkeren 20 bli hevet, og hvis temperaturen er over en forhåndsbestemt verdi kan avtørkeren bli senket.

Det er ønskelig i alle former av de eksemplifiserende utførelsesformene at konvergenstemperaturen av blokken under avtørkeren 20 bør forbli over transformasjonstemperaturen for in-situ homogenisering (generelt over 425 °C) i et tilstrekkelig tidsrom for at ønskede mikrostrukturtransformasjoner skal finne sted. Den nøyaktige tiden vil avhenge av legeringen, men er fortrinnsvis i området på 10 minutter til 4 timer avhengig av de elementære diffusjonshastighetene og mengden som tilbakeslagstemperaturen stiger til over 425 °C. Normalt har ønskede endringer funnet sted etter ikke mer enn 30 minutter, og ofte i området på 10 til 15 minutter. Dette er i skarp kontrast til tiden som er nødvendig for konvensjonell homogenisering av en legering, som normalt er i området på 46 til 48 timer ved temperaturer over en transformasjonstemperatur (f.eks. solvus) av metallet (ofte 550 til 625 °C). Til tross for den svært reduserte tiden på prosessen ifølge de eksemplifiserende utførelsesformen sammenlignet med konvensjonell homogenisering, er den resulterende mikrostrukturen av metallet stort sett lik i begge tilfeller, dvs. støpeproduktet i det eksemplifiserende utførelsesformene har mikrostrukturen av et homogenisert metall uten å ha gjennomgått konvensjonell homogenisering, og kan være valset eller varmformet uten ytterligere homogenisering. Den foreliggende eksemplifiserende utførelsen av oppfinnelsen er derfor henvist til som ”in-situ homogenisering”, dvs. homogenisering foranlediget under støping istedenfor etterpå.

Som et resultat av kjølevæskepåføring og påfølgende fjerning, er den fremskridende blokkoverflaten først utsatt for den raske kjølekarakteristikken av film og filmboblekokeregimer, som derved sikrer at overflatetemperaturen raskt er redusert til et lavt nivå (f.eks. 150 °C til 300 °C), men er deretter utsatt for kjølevæskefjerning som derved tillater overskuddstemperaturen og latent varme av smeltesenteret av blokken (samt den sensible varmen av det faste metallet) til å gjenoppvarme overflaten av den faste mantelen. Dette sikrer at temperaturer nødvendig for ønskede mikrostrukturoverganger nås.

Det skal bemerkes at hvis kjølemidlet tillates å kontakte blokken over et lengre tidsrom enn det som er ønskelig før den blir fjernet fra blokkoverflaten (eller hvis kjølemidlet ikke er fjernet i det hele tatt), er de ikke lenger mulig å gjøre anvendelse av den vesentlige effekten av super- og latent varme av størkning av smeltekjernen for å gjenoppvarme blokkmantelen tilstrekkelig for å oppnå de ønskede metallurgiske endringene. Mens det ville være noe temperaturutbalansering over blokken med en slik prosedyre, og mens dette eventuelt kunne resultere i fordelaktig spenningsreduksjon og sprekkreduksjon, er de ønskede metallurgiske endringene ikke oppnådd, og en konvensjonell ytterligere homogeniseringsprosedyre ville deretter være nødvendig før valsing av blokkene til standardmål eller ønsket tykkelse. Det samme problemet kan skje hvis kjølemidlet fjernes fra blokkoverflaten på den ønskede måten, og deretter bringes ytterligere kjølemiddel i kontakt med blokkoverflaten før temperaturutbalansering over hele blokken, og ønskede mikrostrukturendringer innenfor metallet, har funnet sted.

I noen tilfeller kan kjølemiddel (spesielt vannbasert kjølemiddel) være midlertidig og minst delvis fjernet fra overflaten av blokken ved naturlig filmboblekoking, slik at damp generert på metalloverflaten presser flytende kjølemiddel bort fra blokken. Imidlertid returnerer generelt væsken til overflaten mens ytterligere kjøling finner sted. Hvis denne midlertidige fjerningen av kjølemiddel finner sted før avtørkeren anvendes i denne eksemplifiserende utførelsesformen, kan blokkoverflaten vise et dobbeltfall i sin temperaturprofil. Kjølemidlet kjøler overflaten inntil den er midlertidig fjernet ved filmboblekoking, slik at temperaturen så stiger i en viss grad, deretter passerer overflaten av blokken gjennom en pool av kjølemiddel holdt på den øvre overflaten av avtørkeren (avtørkeren kan være dyptrukket innover mot blokken for å fremme dannelsen av en pool av kjølemiddel) og temperaturen faller igjen, bare for å stige nok en gang når avtørkeren fjerner alt kjølemiddel fra blokkoverflaten. Dette produserer en karakteristisk ”W”-fasong i kjølekurven av blokkmantelen (som kan bli sett fra Fig. 23 og 24).

Avtørkeren 20 i Fig.1 kan være i formen av en ring av mykt, temperaturmotstandig elastomermateriale (f.eks. en høytemperaturbestandig silikongummi) holdt innenfor et omsluttende, stivt støttehus (laget f.eks. av metall).

Mens Fig.1 illustrerer en fysisk avtørker 20, kan andre midler for kjølemiddelfjerning bli anvendt, om ønskelig. Faktisk er det ofte fordelaktig å tilveiebringe ikke-kontakt-metoder for kjølemiddelfjerning. F.eks. kan stråler av gass eller en annen væske bli tilveiebrakt på det ønskede stedet for å fjerne kjølemidlet som strømmer langs blokken. Alternativt kan det gjøres anvendelse av filmboblekoking som anført ovenfor, dvs. kjølemidlet kan bli forhindret fra å returnere til blokkoverflaten etter midlertidig fjerning pga. filmboblekoking. Eksempler på slike ikke-kontaktmetoder for kjølemiddelfjerning er vist f.eks. i US 2705353 (Zeigler), DE 1289957 (Moritz), US 2871529 (Kilpatrick) og US 3763921 (Beke et al.).

Filmboblekoking kan bli bistått ved tilsetting av en oppløst eller komprimert gass, slik som karbondioksid eller luft, til det flytende kjølemidlet f.eks. som beskrevet i US 4474225 (Yu), eller US 4693298 og 5040595 (begge Wagstaff).

Alternativt kan tilførselshastigheten av kjølemidlet i strømmen 18 bli kontrollert til punktet at alt av kjølemidlet fordamper fra blokkoverflaten før blokken når det kritiske punktet (avstand X) under formen eller før overflaten er kjølt under en kritisk overflatetemperatur. Dette kan gjøres ved anvendelse av en kjølemiddeltilførsel som vist i US 5582230 (Wagstaff et al.). I denne anordningen er kjølevæsken tilført gjennom to rader av dyser forbundet med forskjellige kjølemiddelleveringer og det er en enkel måte å variere mengde av kjølemiddel påført til blokkoverflaten for å sikre at kjølemidlet fordamper hvor ønskelig (avstand X). Alternativt, eller i tillegg, kan varmeberegninger gjøres på en måte lik de i US 6546995 basert på ringform-etterfølgende del av ringformede deler av formen for å sikre at et vannvolum påføres som vil fordampe etter behov.

Aluminiumslegeringer som kan bli støpt ifølge de eksemplifiserende utførelsesformene omfatter både ikke-varmebehandlbare legeringer (f.eks. AA 1000, 3000, 4000 og 5000-serier) og varmebehandlbare legeringer (f.eks. AA 2000, 6000 og 7000 serier). I tilfellet av varmebehandlbare legeringer støpt på kjent måte er det angitt i PCT/JP02/02900 (Uchida et al.) at et homogeniseringstrinn etterfulgt av en bråkjøling til en temperatur under 300 °C, fortrinnsvis til romtemperatur, før oppvarming og varmvalsing, og påfølgende løsningsvarmebehandling og aldring, utviser overlegne egenskaper (bulkmotstand, forbedrede blankdannende verdier, og harde egenskaper) sammenlignet med konvensjonelt bearbeidende materialer. Uventet kan denne karakteristikken bli reprodusert i de eksemplifiserende utførelsesformene under blokkstøpeprosedyren, om ønskelig, ved å utsette blokken (dvs. delen av blokken som nettopp har gjennomgått in-situ homogenisering) til et bråkjølingstrinn etter et tilstrekkelig tidsrom har passert (minst 10 til 15 minutter) etter kjølevæskefjerning for å tillate homogenisering av legeringen, men før betydelig ytterligere kjøling av blokken.

Denne sluttbråkjølingen (in-situ bråkjøling) er illustrert i Fig.3 i de medfølgende tegningene hvor en DC-støpeoperasjon (stort sett den samme som den i Fig.1) utføres, men blokken nedsenkes i en pool 34 av vann (henvist til som en fordypningspool eller fordypningsvann) ved en hensiktsmessig avstand Y under punktet hvorved kjølemidlet fjernes fra blokken. Avstanden Y må som angitt være tilstrekkelig til å tillate den ønskede in-situ homogenisering til å forløpe i et effektivt tidsrom, men utilstrekkelig til å tillate betydelig ytterligere kjøling. F.eks. bør temperaturen av den ytre overflaten av blokken rett før nedsenkning i poolen 34 fortrinnsvis være over 425 °C, og ønskelig i området på 450 til 500 °C. Nedsenkningen forårsaker så en rask vannbråkjøling av temperaturen av blokken til en temperatur (f.eks.350 °C) hvorunder transformasjoner av den faste strukturen ikke finner sted ved en betydelig hastighet. Etter dette kan blokken bli kuttet for å danne en standard lengde anvendt for valsing eller ytterligere bearbeiding.

For øvrig, for å muliggjøre at en blokk blir bråkjølt med vann over hele dens lengde, bør støpefordypningen (fordypningen hvori blokken faller etter hvert som den skrider frem fra formen) være dypere enn lengden av blokken, slik at når ikke noe ytterligere smeltemetall tilsettes til formen, kan blokken fortsette til å falle inn i fordypningen, og inn i poolen 34 inntil den er fullstendig nedsenket. Alternativt kan blokken være delvis nedsenket til en maksimal dybde av poolen 34, og deretter kan mer vann innføres i støpefordypningen for å heve nivået og overflaten av poolen inntil blokken er fullstendig nedsenket.

Det skal bemerkes at de eksemplifiserende utførelsesformene ikke er begrenset til støpingen av sylindriske blokker og den kan gjelde for blokker av andre former, f.eks. rektangulære blokker eller de dannet ved en formet DC-støpeform som beskrevet i Fig.9 eller Fig.10 i US 6546995 (Wagstaff). Fig.10 i US patentet er reprodusert i den foreliggende fremstillingen som Fig. 4, som er et topplansnitt som ser inn i støpeformen. Det vil ses at formen er omtrent ”J”-formet og det er tilsiktet å produsere en blokk som har en tilsvarende tverrsnittsform. En embryonisk blokk produsert fra en slik form vil ha en smeltet kjerne som er anbrakt fra utløpsoverflaten ved forskjellige avstander på punkter rundt omkretsen av blokken, og således, gitt lik kjøleavslutning rundt blokkomkretsen (avstand X), ville forskjellige mengder av super- og latent-varme av størkning bli levert til forskjellige deler av blokkmantelen.

Det er faktisk ønskelig å utsette alle deler av mantelen rundt omkretsen for den samme konvergenstemperaturen. I US 6546995 er like støpekarakteristikker rundt formen sikret ved justering av geometrien av støpeoverflatene av formen for å stemme overens med formen av støpeblokken. I de eksemplifiserende utførelsesformene er det mulig å sikre at hver del av den embryoniske blokkmantelen (etter kjøleslutt) utsettes for den samme varmeinnførselen fra den smeltede kjernen og den samme konvergenstemperaturen ved å oppdele blokkomkretsen i imaginære segmenter ifølge formen av blokken, og fjerning av kjølevæske ved forskjellige avstander fra formutløpet i forskjellige segmenter. Noen segmenter (de som vil bli utsatt for høyere varmeinnførsler fra kjernen) vil eksponeres for kjølevæske i et lengre tidsrom enn andre segmenter (de som vil ha mindre varmeeksponering). Noen segmenter av mantelen vil derfor ha en lavere temperatur enn andre etter at kjølevæsken er fjernet, og den lavere temperaturen vil kompensere for den høyere varmeinnførselen til de segmentene fra kjernen slik at konvergenstemperaturene utjevnes rundt omkretsen av blokken.

En slik prosedyre kan oppnås f.eks. ved utforming av en avtørker (a) formet til å sitte tett rundt den formede blokken, og (b) ha forskjellige plan eller en formet kontur ved enden av avtørkeren som vender mot formen, de forskjellige planene eller seksjonene av konturen har forskjellig avstand fra utløpet av formen. Fig.5 er et plott som viser variasjoner i avstand X rundt omkretsen av formen i Fig.4 utformet til å produsere jevne konvergenstemperaturer rundt blokken (plottet begynner på punkt S i Fig.4 og går videre i en retning med klokken). En avtørker som har en tilsvarende periferisk form anvendes deretter for å forårsake den ønskede utjevningen av konvergenstemperatur rundt omkretsen av blokken.

Fig. 6 illustrerer en avtørker som kunne være effektiv for støping av en blokk som har en form lik den i Fig. 4. Det vil ses at avtørkeren har en kompleks form med deler som er elevert med hensyn til andre deler, som derved sikrer at kjølevæsken fjernes fra den ytre overflaten av den fremskridende blokken på steder utformet til å utjevne konvergenstemperaturen rundt blokken på steder under avtørkeren.

Punktene hvorved kjølemidlet fjernes fra de forskjellige segmentene, og bredden av selve segmentene, kan bli bestemt ved datamaskinmodellering av varmefluksen innenfor støpeblokken, eller ved enkel prøving og eksperimentering for hver blokk av forskjellig form. Igjen er målet å oppnå det samme eller svært like konvergenstemperaturer rundt omkretsen av blokkmantelen.

Som allerede diskutert ovenfor tilveiebringer de eksemplifiserende utførelsesformene, minst i dens foretrukne former, en blokk som har en mikrokrystallinsk struktur som er lik eller identisk med den av den samme metallstøpen på en konvensjonell måte (ingen avtørking av kjølevæske) og senere utsatt for konvensjonell homogenisering. Derfor kan blokkene ifølge de eksemplifiserende utførelsesformene bli valset eller varmformet uten å ta i bruk en ytterligere homogeniseringsbehandling. Normalt blir blokkene først varmvalset, og dette krever at de er forvarmet til en passende temperatur, f.eks. normalt på minst 500 °C og mer foretrukket minst 520 °C. Etter varmvalsing er de resulterende tynnplatene av mellomliggende standardmål deretter normalt kaldvalset til endelige standardmål.

Som et ytterligere aspekt av de eksemplifiserende utførelsesformene har det blitt funnet at minst noen metaller og legeringer drar fordel av en bestemt valgfri totrinns forvarmingsprosedyre etter blokkdannelse og før varmvalsing. Slike blokker produseres ved ”in-situ homogenisering” prosessen beskrevet ovenfor. Denne totrinns-forvarmingsprosedyren er spesielt egnet for legeringer tilsiktet å ha ”dyptrekkings” karakteristikker, f.eks. aluminiumslegeringer inneholdende Mn og Cu, (f.eks. AA3003 aluminiumslegering som har 1,5 vektprosent Mn og 0,6 vektprosent Cu). Disse legeringene avhenger av felling eller dispersjonsforsterkning. I totrinns-forvarmingsprosedyren er DC-støpeblokkene normalt skalpert og deretter satt i en forvarmingsovn for en totrinns-varmeprosess, som omfatter: (1) sakte oppvarming til en mellomkjernedannelsestemperatur under en konvensjonell varmvalsetemperatur for den gjeldende legeringen, og (2) fortsette med sakte oppvarming ave blokken til en normal varmvalsing- forvarmingstemperatur, eller en lavere temperatur, og holde legeringen på denne temperaturen i et antall timer. Mellomtemperaturen sørger for kjernedannelse av metallet og for gjenabsorpsjonen eller destruksjonen av ustabile kjerner og deres erstatning med stabile kjerner som danner senteret for mer robust fellingsvekst.

Perioden for å holde ved den høyere temperaturen tillater tid for fellingsvekst fra de stabile kjernene før valsing påbegynnes.

Trinn (1) i oppvarmingsprosessen kan omfatte holding av temperaturen på kjernedannelsestemperaturen (den laveste temperaturen hvorved kjernedannelse begynner), eller, mer ønskelig, omfatter gradvis heving av temperaturen mot den høyere temperaturen i trinn (2). Temperaturen under dette trinnet kan være på 380-450 °C, mer foretrukket 400-420 °C, og temperaturen kan bli holdt eller sakte hevet innenfor dette området. Hastigheten på temperaturøkning bør fortrinnsvis være under 25 °C/t, og mer foretrukket under 20 °C/t, og generelt strekke seg over en tid fra 2 til 4 timer. Oppvarmingshastigheten til kjernedannelsestemperaturen kan være høyere, f.eks. et gjennomsnitt på 50 °C/t (skjønt hastigheten i den første halvtimen eller slik kan være raskere, f.eks. 100-120 °C/t, og deretter synke etter hvert som kjernedannelsestemperaturen nås).

Etter trinn (1) heves temperaturen av blokken ytterligere (om nødvendig) enten til varmvalsetemperaturen eller til lavere temperatur hvorved fellingsvekst kan finne sted, vanligvis i området på 480-550 °C, eller mer foretrukket 500-520 °C. Temperaturen holdes deretter konstant eller blir sakte hevet ytterligere (f.eks. til varmvalsetemperaturen) i et tidsrom som fortrinnsvis ikke er mindre enn 10 timer og ikke mer enn 24 timer totalt for hele totrinns-oppvarmingsprosessen.

Mens oppvarming av blokken direkte til valseforvarmingstemperaturen (f.eks. 520 °C) gjør den sekundære krystall- eller fellingspopulasjonen høy, er de resulterende fellingene generelt små i størrelse. Forvarmingen ved mellomtemperaturen fører til kjernedannelse, og deretter fører den fortsatte oppvarmingen til eller under valseforvarmetemperaturen (f.eks. 520 °C) til vekst i størrelse av de sekundære fellingene, f.eks. etter hvert som mer Mn og Cu kommer ut av løsningen og fellingene fortsetter å vokse.

Etter oppvarmingen til varmvalsetemperaturen utføres konvensjonell varmvalsing normalt uten forsinkelse.

Prosessen beskrevet her som omfatter in-situ homogenisering kan også anvendes for å støpe komposittblokker som beskrevet i US patentsøknad 10/875978 innlevert 23. juni 2004 og publisert 20. januar 2005 som US 2005-0011630, og også som beskrevet i US 6705384.

Oppfinnelsen er beskrevet i nærmere detalj i de følgende Eksemplene og Sammenligningseksemplene, som bare er tilveiebrakt for illustrasjonsformål og bør ikke være ansett å være begrensende.

EKSEMPEL 1

Tre direkte kjølestøpeblokker ble støpt i en 530 mm og 1500 mm direkte kjølevalseplateblokkform med en sluttlengde på mer enn 3 meter. Blokkene hadde en identisk sammensetning av Al - 1,5 % Mn - 6 % Cu ifølge US 6019939. En første blokk ble DC-støpt ifølge en konvensjonell prosedyre, en andre ble DC-støpt med in-situ homogenisering ifølge prosedyren vist i Fig.7 og 8, hvor kjølemidlet fjernes og blokken tillates å kjøle til romtemperatur etter å ha blitt fjernet fra støpefordypningen, og den tredje ble DC-støpt med in-situ bråkjølingshomogenisering ifølge prosedyren i Fig.9, hvor kjølemidlet fjernes fra overflaten av blokken og blokken tillates til å gjenoppvarme og deretter bråkjøle i en fordypning av vann omtrent 1 meter under formen.

I mer detalj viser Fig.7 overflatetemperaturen og senter(kjerne)temperaturen over tid av en Al-Mn-Cu legering mens den er DC-støpt og deretter utsatt for vannkjøling og kjølemiddelavtørking. Plottet av overflatetemperaturen viser et dypt fall i temperatur umiddelbart etter støping når blokken kommer i kontakt med kjølemidlet, men temperaturen i senteret forblir lite endret. Overflatetemperaturen faller til en lav temperatur på ca.255 °C like før kjølemiddelfjerning. Overflatetemperaturen stiger deretter og konvergerer med den sentrale temperaturen ved en konvergens- eller en tilbakeslagstemperatur på 576 °C. Etter konvergensen (når blokken er fullstendig fast) faller temperaturen sakte og er samsvarende med luftkjøling.

Fig. 8 viser den samme støpeoperasjonen som Fig.7, men strekker seg over et lengre tidsrom og viser spesielt kjøleperioden etter temperaturkonvergens eller -tilbakeslag. Det kan herved ses at temperaturen av den størknede blokken forblir over 425 °C i mer enn 1,5 timer som er mer enn nok til å oppnå den ønskede in-situ homogeniseringen av blokken.

Fig. 9 er lik Fig.7, men viser temperaturmålinger av den samme støpen utført ved tre noe forskjellige tider (forskjellige blokklengder som vist i figuren). De heltrukne linjene viser overflatetemperaturene av de tre plottene, og de prikkede linjene viser temperaturene i senteret av tykkelsen av blokken. Tidene hvor overflatetemperaturen forblir over 400 °C og 500 °C kan bestemmes fra hvert plott og er større enn 15 minutter i hvert tilfelle.

Tilbakeslagstemperaturene på 563, 581 og 604 °C er vist for hvert tilfelle.

Prøver av disse blokkene ble deretter valset enten med en konvensjonell forvarming til en varmvalsetemperatur, eller med forskjellige forvarminger for å demonstrere beskaffenheten av de eksemplifiserende utførelsesformene.

Støpeprosedyrene ble utført under industritypiske kjølebetingelser, f.eks.60 mm/min, 1,5 l/min/cm, 705 °C metalltemperatur.

Hver blokk ble seksjonert langs senteret (midtseksjonen) som ga to deler av hver blokk med bredde på 250 mm, deretter, ved opprettholdelse av varmehistorien ved senteret og på overflaten, ble hver 250 mm plate seksjonert til flere valseblokker, 75 mm tykke, 250 mm brede (i den opprinnelige blokken 1⁄2 tykkelse) og 150 mm lange (i støperetningen).

Valseblokkene ble deretter behandlet på følgende måter.

Prøve A (Direkte kjølestøping med konvensjonell varmehistorie og modifisert konvensjonell homogenisering) ble plassert i en 615 °C ovn, hvor omtrent etter 2,5 timer stabiliserte metalltemperaturen seg og ble holdt i ytterligere 8 timer ved 615 °C. Prøven mottok en ovnsbråkjøling over 3 timer til 480 °C og ble deretter bløtgjort ved 480 °C i 15 timer, og deretter fjernet og varmvalset til 6 mm i tykkelse. En del av dette 6 mm standardmålet ble deretter kaldvalset til 1 mm tykkelse, oppvarmet til en glødetemperatur på 400 °C ved en hastighet på 50 °C/t, og holdt i 2 timer, og deretter ovnskjølt.

Transmisjonselektronmikrokurver som viser den sekundære fellingsfordelingen, bli karakterisert i langsgående seksjoner tatt innenfor en tomme fra begge kanter (overflate og senter) av 6 mm materiale (Fig.10a). Rekrystalliserte kornstrukturer ble karakterisert i langsgående seksjoner tatt innenfor én tomme fra begge kanter (overflater og senter) av det 1 mm tykke materialet (Fig.10b).

Denne prøven representerer konvensjonell støping og homogenisering, unntatt at homogeniseringstrinnet ble forkortet til totalt 26 timer, mens en normal konvensjonell homogenisering utføres i 48 timer.

Prøve B (Direkte kjølestøping med en konvensjonell støpevarmehistorie og med modifisert totrinns forvarming), ble plassert i en 440 °C ovn, hvor omtrent etter 2 timer stabiliserte metalltemperaturen seg og ble holdt i ytterligere 2 timer ved 440 °C. Ovnstemperaturer ble hevet for å tillate metallet til å oppvarme til 520 °C over 2 timer og prøven ble holdt i 20 timer og deretter fjernet og varmvalset til 6 mm i tykkelse. En del av dette 6 mm standardmålet ble deretter kaldvalset til 1 mm tykkelse, oppvarmet til en glødetemperatur på 400 °C ved en hastighet på 50 °C/t, og holdt i 2 timer, og deretter ovnskjølt.

Transmisjonselektronmikrokurver som viser den sekundære fellingsfordelingen, ble karakterisert i langsgående seksjoner tatt innenfor én tomme fra begge kanter (overflate og senter) av det 6 mm tykke materialet (Fig.11a). Rekrystalliserte kornstrukturer ble karakterisert i langsgående seksjoner tatt innenfor én tomme fra begge kanter (overflate og senter) av det 1 mm tykke materialet (Fig.11b).

Prøve C (Direkte kjølestøping med in-situ homogenisering (ifølge Fig.7 og 8) støpevarmehistorie og med modifisert totrinns forvarming) ble plassert i en 440 °C ovn, hvor omtrent etter 2 timer stabiliserte metalltemperaturen seg og ble holdt i ytterligere 2 timer ved 440 °C. Ovnstemperaturer ble hevet for å tillate metallet til å oppvarme til 520 °C over 2 timer og prøven ble holdt i 20 timer og deretter fjernet og varmvalset til 6 mm i tykkelse. En del av dette 6 mm standardmålet ble deretter kaldvalset til 1 mm tykkelse, oppvarmet til en glødetemperatur på 400 °C ved en hastighet på 50 °C/t, og holdt i 2 timer, og deretter ovnskjølt.

Transmisjonselektronmikrokurver som viser den sekundære fellingsfordelingen, ble karakterisert i langsgående seksjoner tatt innenfor én tomme fra begge kanter (overflate og senter) av det 6 mm tykke materialet (Fig.12a). Rekrystalliserte kornstrukturer ble karakterisert i langsgående seksjoner tatt innenfor én tomme fra begge kanter (overflate og senter) av det 1 mm tykke materialet (Fig.12b).

Prøve D (Direkte kjølestøping med in-situ homogenisering og rask bråkjøling (Fig.9) med en totrinns forvarming), ble plassert i en 440 °C ovn, hvor etter 2 timer stabiliserte metalltemperaturen seg og ble holdt i ytterligere 2 timer ved 440 °C. Ovnstemperaturer ble hevet for å tillate metallet til å oppvarme til 520 °C over 2 timer og prøven ble holdt i 20 timer og deretter fjernet og varmvalset til 6 mm i tykkelse. En del av dette 6 mm standardmålet ble deretter kaldvalset til 1 mm tykkelse, oppvarmet til en glødetemperatur på 400 °C ved en hastighet på 50 °C/t, og holdt i 2 timer, og deretter ovnskjølt.

Transmisjonselektronmikrokurver som viser den sekundære fellingsfordelingen, ble karakterisert i langsgående seksjoner tatt innenfor 25 mm fra begge kanter (overflate og senter) av det 6 mm tykke materialet (Fig.13a). Rekrystalliserte kornstrukturer ble karakterisert i langsgående seksjoner tatt innenfor 25 mm fra begge kanter (overflate og senter) av det 1 mm tykke materialet (Fig.13b).

Prøve F (Direkte kjølestøping med en konvensjonell støpevarmehistorie og med modifisert konvensjonell homogenisering), ble plassert i en 615 °C ovn, hvor omtrent etter 2,5 time stabiliserte metalltemperaturen seg og ble holdt i ytterligere 8 timer ved 615 °C. Prøven mottok en ovnsbråkjøling over 3 timer til 480 °C og ble deretter bløtgjort ved 480 °C i 28 timer, deretter fjernet og varmvalset til 6 mm i tykkelse. En del av dette 6 mm standardmålet ble deretter kaldvalset til 1 mm tykkelse, oppvarmet til en glødetemperatur på 400 °C ved en hastighet på 50 °C/t, og holdt i 2 timer, og deretter ovnskjølt.

Transmisjonselektronmikrokurver som viser den sekundære fellingsfordelingen, ble karakterisert i langsgående seksjoner tatt innenfor én tomme fra begge kanter (overflate og senter) av det 6 mm tykke materialet (Fig.14a). Rekrystalliserte kornstrukturer ble karakterisert i langsgående seksjoner tatt innenfor 25 mm fra begge kanter (overflate og senter) av det 1 mm tykke materialet (Fig.14b). Denne prøven representerer konvensjonell støping og homogenisering, mens normal konvensjonell homogenisering utføres i 48 timer.

Prøve G (Direkte kjølestøping med en modifisert en-trinns forvarming), ble plassert i en 520 °C ovn, hvor omtrent etter 2 timer stabiliserte metalltemperaturen seg og ble holdt i 20 timer ved 520 °C. deretter fjernet og varmvalset til 6 mm i tykkelse. En del av dette 6 mm standardmålet ble deretter kaldvalset til 1 mm tykkelse, oppvarmet til en glødetemperatur på 400 °C ved en hastighet på 50 °C/t, og holdt i 2 timer, og deretter ovnskjølt.

Transmisjonselektronmikrokurver som viser den sekundære fellingsfordelingen, ble karakterisert i langsgående seksjoner tatt innenfor én tomme fra begge kanter (overflate og senter) av det 6 mm tykke materialet (Fig.15a). Rekrystalliserte kornstrukturer ble karakterisert i langsgående seksjoner tatt innenfor 25 mm fra begge kanter (overflate og senter) av det 1 mm tykke materialet (Fig.15a).

SAMMENLIGNINGSEKSEMPEL 1

For å illustrere forskjellen mellom de eksemplifiserende utførelsesformene av kjente støpeprosedyrer, ble blokker av en Al - 4,5 vektprosent Cu legering støpt ifølge konvensjonell DC-støping, ifølge prosedyren i US 2705353 (Ziegler) eller US 4237961 (Zinniger), og ifølge de eksemplifiserende utførelsesformene. Ziegler/Zinniger-støpingen anvendte en avtørker plassert for å utvikle en tilbakeslag/konvergenstemperatur på bare 300 °C. Støpeprosessen ifølge de eksemplifiserende utførelsesformene anvendte en avtørker plassert for å utvikle en tilbakeslagstemperatur på 453 °C. Skanning elektron mikrografer av de tre resulterende produktene ble produsert og er vist i henholdsvis Fig.16, 17 og 18. Fig. 19 viser kjerne- og overflatetemperaturene for støpeprosedyren utført ifølge de eksemplifiserende utførelsesformene uten en bråkjøling (jf. Fig. 18).

SEM’ene viser hvordan konsentrasjonen av kobber varierer over cellen i produktet av støpeprosedyrene som ikke er utført i henhold til de eksemplifiserende utførelsesformene (Fig. 16 og 17 - legg merke til den oppovergående kurven av plottene mellom toppene). I tilfellet av produktet av de eksemplifiserende utførelsesformene, viser imidlertid SEM mye mindre variasjon av Cu-innhold innenfor cellen (Fig.18). Dette er typisk for en mikrostruktur av et metall som har gjennomgått konvensjonell homogenisering.

EKSEMPEL 2

En Al - 4,5 % Cu blokk ble støpt ifølge oppfinnelsen, og blokken ble kjølt (bråkjølt) ved slutten av støpingen. Fig.20 er en SEM med kobber (Cu) Line Scan av den resulterende blokken. Fraværet av noe kjernedannelse i kobber i enhetscellen er ikke anført. Skjønt cellene er noe større enn de i Fig.16, er det en redusert mengde av støpeintermetalliske komponenter ved krysningen av enhetscellene, og partiklene er avrundet. Fig.21 viser varmehistorien av støpingen av blokken som illustrerer sluttbråkjølingen på slutten av støpingen. Konvergenstemperaturen (452 °C) i dette tilfellet er under solvusen for den valgte sammensetningen, men ønskelige egenskaper er oppnådd.

SAMMENLIGNINGSEKSEMPEL 2

Fig. 22 viser representative arealfraksjoner av støpeintermetalliske faser som sammenligner de tre forskjellige prosessrutene som anført ovenfor (konvensjonell DC-støping og kjøling (merket DC), DC-støping og kjøling uten sluttbråkjøling ifølge de eksemplifiserende utførelsesformene (merket In-situ Prøve ID), og DC-støping med sluttbråkjøling ifølge de eksemplifiserende utførelsesformene (merket In-situ Bråkjøling)). Et mindre areal er ansett å være bedre for mekaniske egenskaper av den resulterende legeringen. Denne sammenligningen viser en synkende fraksjon av støpeintermetallisk faseareal ifølge de forskjellige metodene i den gitte rekkefølgen. Det høyeste fasearealet er produsert ved den konvensjonelle DC-ruten, og den laveste ved oppfinnelsen med sluttbråkjøling.

EKSEMPEL 3

En blokk av Al - 0,5 % Mg - 0,45 % Si legering (6063) ble støpt ifølge en prosess som illustrert i kurven i Fig.23. Dette viser varmehistorien i området hvor størkning og gjenoppvarming finner sted i et tilfelle hvor bulken av blokken ikke er tvangskjølt.

Den samme legeringen ble støpt under betingelsene vist i Fig.24 (omfattende en bråkjøling). Dette viser temperaturutviklingen av en blokk hvor overflaten og kjernetemperaturene konvergerte ved en temperatur på 570 °C, og som deretter tvangskjøles til romtemperatur. Dette kan sammenlignes med prosedyren vist i Fig.8 som omfattet en høy tilbakeslagstemperatur og sakte kjøling, som er ønskelig når en raskere korreksjon av den cellulære segresjonen er nødvendig, eller når legeringen inneholder elementer som diffunderer med en saktere hastighet. Anvendelsen av en høy tilbakeslagstemperatur (betydelig over legeringens solvus), holdt i et forlenget tidsrom, tillater elementer nær korngrenselinjen til å diffundere ganske raskt inn i de støpeintermetalliske fasene, som derved tillater modifisering eller en mer fullstendig transformasjon til mer nyttige eller fordelaktige intermetalliske faser, og dannelsen av en fellingsfri sone rundt de støpeintermetalliske fasene. Det skal bemerkes at Fig.24 viser ”W”-formen av kjølekurven for mantelen karakteristisk for filmboblekoking forut for avtørkeren.

SAMMENLIGNINGSEKSEMPEL 3

Fig. 25a, 25b og 25c er røntgendiffraksjonsmønstre tatt fra 6063-legering som differensierer mengden av α- og β-faser i kontrast til konvensjonell DC-støping og to in-situ prosedyrer i Fig. 18 og 19. Den øvre linjen i hver figur representerer en konvensjonell støpe DC legering, den midtre linjen representerer en tilbakeslagstemperatur under transformasjonstemperaturen av legeringen, og den nedre linjen representerer en tilbakeslagstemperatur over transformasjonstemperaturen av legeringen.

SAMMENLIGNINGSEKSEMPEL 4

Fig. 26a, 26b og 26c er grafiske representasjoner av FDC-teknikker hvor Fig.26a representerer konvensjonell DC-støpeblokk, Fig.26b representerer legeringen i Fig.23 og Fig. 26c representerer legeringen i Fig.24. Figurene viser en økning i nærværet av den ønskede α-fasen når tilbakeslagstemperaturen passerer transformasjonstemperaturen.

For øvrig kan mer informasjon om både FDC- og SiBut/XRD-teknikkene, samt deres anvendelse på studien av fasetransformasjoner, bli oppnådd fra: ”Intermetallic Phase Selection and Transformation in Aluminum 3xxx Alloys”, by H. Cama, J. Worth, P. V. Evans, A. Bosland and J. M. Brown, Solidification Processing, Proceedings of the 4th Decennial International Conference on Solidification Processing, University of Sheffield, July 1997, eds J. Beech and H. Jones, p.555.

EKSEMPEL 4

Fig. 27a og 27 b viser to optiske mikrofotografier av en støpeintermetallisk komponent, Al -1,3 % Mn legering (AA3003) bearbeidet ifølge oppfinnelsen. Det kan ses at de intermetalliske komponentene (mørke skygger i figuren) er sprukket eller frakturert.

Fig. 28 er et optisk mikrofotografi lik de i Fig.27a og 27b som igjen viser at den intermetalliske komponenten er sprukket eller frakturert. Det store området av partikkelen er av MnAl6. De riflete trekkene viser Si-diffundering inn i den intermetalliske komponenten, som danner AlMnSi.

EKSEMPEL 5

Fig. 29 er et transmisjonselektronmikroskop (TEM) bilde av en råstøpt intermetallisk fase av en AA3104 legeringsstøp uten en sluttbråkjøling, som vist i Fig.31. Den intermetalliske fasen er modifisert ved diffusjon av Si inn i partikkelen, som viser en blottlagt sone. Prøven ble tatt fra overflaten hvor startpåføringen av kjølemiddel kjernedanner partikler. Imidlertid modifiserer tilbakeslagstemperaturen partikkelen og modifiserer strukturen.

SAMMENLIGNINGSEKSEMPEL 5

Fig. 30 viser varmehistorien av Al - 7 % Mg legering bearbeidet konvensjonelt. Det kan ses at det ikke er noen tilbakeslag av manteltemperaturen pga. fortsatt nærvær av kjølemiddel.

Fig. 31 og 32 viser varmehistorien av en Al - 7 % Mg legering hvor blokken ikke er kjølt under støpen. Denne legeringen danner basisen for Fig.30.

SAMMENLIGNINGSEKSEMPEL 6

Fig. 33 er en linje fra et differensiell skanning kalorimeter (DSC) som viser β-fase nærvær i 450 °C-området av den konvensjonelle direkte kjølestøpelegeringen som danner basisen for Fig. 30. β-fasen forårsaker problemer under valsing. Nærværet av β-fasen kan ses ved det lille fallet i linjen like over 450 °C idet varme absorberes til å omdanne β-fase til α-fase. Det store fallet som synker til 620 °C representerer smelting av legeringen.

Fig. 34 er en linje lik den i Fig.33 som viser fraværet av β-fase i materialstøpen ifølge denne oppfinnelsen hvor blokken forblir varm (ingen sluttbråkjøling) under støpingen (jf. Fig.31).

Fig. 35 er igjen en linje lik den i Fig.33 for materialstøpen ifølge oppfinnelsen hvor blokken forblir varm (ingen sluttbråkjøling) under støpingen (jf. Fig.32). Linjen viser igjen et fravær av β-fase.

Claims

PATENTKRAV

1. Fremgangsmåte for støping av en aluminiumslegeringsblokk som omfatter trinnene: (a) tilføring av smeltemetall (12) fra minst én kilde til et område hvor smeltemetallet er periferisk innelukket, for derved å tilveiebringe smeltemetallet med en periferisk del;

k a r a k t e r i s e r t v e d at en effektiv mengde av kjølevæsken fjernes fra den ytre overflaten av den embryoniske blokken i et sted på den ytre overflaten hvor et tverrsnitt av blokken vinkelrett på befordringsretningen krysser en del av smeltekjernen slik at intern varme fra smeltekjernen gjenoppvarmer den faste mantelen tilgrensende smeltekjernen etter fjerning av den effektive mengden av kjølevæske slik at temperaturene for kjernen og mantelen konvergerer og forblir ved en temperatur på 425 °C eller høyere i en tidsperiode på minst 10 minutter slik at minst delvis homogenisering av metallet skjer.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d at smeltemetallet i trinn (a) tilføres til minst ett innløp (15) i en direkte kjølestøpeform (10), idet den direkte kjølestøpeformen derved definerer området hvor smeltemetallet er periferisk innelukket, og den embryoniske blokken går fremover i trinn (c) fra minst ett utløp (17) i den direkte kjølestøpeformen, idet stedet på den ytre overflaten av blokken hvorfra kjølevæsken fjernes er i en avstand (X) fra det minst ene utløpet.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2,

k a r a k t e r i s e r t v e d at smeltemetallet tilføres fra to eller flere kilder, idet smeltemetall fra hver kilde blir tilført til et forskjellig innløp i formen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2 eller 3,

k a r a k t e r i s e r t v e d at avstanden er valgt slik at temperaturene for kjernen og mantelen konvergerer ved en temperatur på 450 °C eller høyere.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 2 eller 3,

k a r a k t e r i s e r t v e d at avstanden er i området på 5 til 15 cm (2-6 inches).

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5,

k a r a k t e r i s e r t v e d at avstanden er i området på 5 til 10 cm (2-4 inches).

7. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav,

k a r a k t e r i s e r t v e d at temperaturen på den ytre overflaten av den embryoniske blokken reduseres til mindre enn 350 °C før den effektive mengden av kjølevæsken fjernes.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d at tidsperioden er minst 15 minutter.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8,

k a r a k t e r i s e r t v e d at tidsperioden er minst 20 minutter.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9,

k a r a k t e r i s e r t v e d at tidsperioden er minst 30 minutter.

11. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav,

k a r a k t e r i s e r t v e d at den ytterligere omfatter bråkjøling av blokken ved kontakt med ytterligere kjølevæske etter nevnte tidsperiode.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11,

k a r a k t e r i s e r t v e d at blokken er ved en temperatur på 425 °C eller over når den kommer i kontakt med den ytterligere kjølevæsken.

13. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav,

k a r a k t e r i s e r t v e d at kjølevæsken omfatter vann.

14. Fremgangsmåte ifølge hvilket som av de foregående krav,

k a r a k t e r i s e r t v e d at kjølevæsken fjernes fra overflaten av den embryoniske blokken ved avtørking av kjølevæsken fra den embryoniske blokken på nevnte sted med en avtørker (20).

15. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-13,

k a r a k t e r i s e r t v e d at kjølevæsken fjernes fra overflaten av den embryoniske blokken på nevnte sted ved å kontrollere tilførselshastigheten av kjølevæsken til den ytre overflaten av blokken, for derved å forårsake at kjølevæsken fordamper fullstendig fra den embryoniske blokken på nevnte sted.

16. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-13,

k a r a k t e r i s e r t v e d at kjølevæsken fjernes fra overflaten av den embryoniske blokken på nevnte sted ved filmboblekoking.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 16,

k a r a k t e r i s e r t v e d at den omfatter tilsetning av en gass til kjølevæsken for å øke filmboblekokingen.

18. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av krav 1-13,

k a r a k t e r i s e r t v e d at den omfatter å rette en stråle av en gass mot kjølevæsken i nevnte sted for å fjerne kjølevæsken fra overflaten av den embryoniske blokken.

19. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav,

k a r a k t e r i s e r t v e d at aluminiumslegeringen er en ikke-varmebehandlbar legering.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 19,

k a r a k t e r i s e r t v e d at aluminiumslegeringen er en AA1000 serie legering, en AA3000 serie legering, en AA4000 serie legering eller en AA5000 serie legering.

21. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-18,

k a r a k t e r i s e r t v e d at aluminiumslegeringen er en varmebehandlbar legering.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 21,

k a r a k t e r i s e r t v e d at aluminiumslegeringen er en AA2000 serie legering, en AA6000 serie legering eller en AA7000 serie legering.

23. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 18,

k a r a k t e r i s e r t v e d at aluminiumslegeringen er en AA8000 serie legering.

24. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 18,

k a r a k t e r i s e r t v e d at aluminiumslegeringen er AA3003, AA3104 eller AA3004.

25. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav,

k a r a k t e r i s e r t v e d at den videre omfatter trinnet med kjøling av den embryoniske blokken for å danne en fullstendig størknet støpeblokk etter fjerning av kjølevæsken.

26. Fremgangsmåte ifølge krav 25,

k a r a k t e r i s e r t v e d at den fullstendig størknede støpeblokken produseres i en form tilpasset for påfølgende valsing.

27. Fremgangsmåte ifølge krav 2,

k a r a k t e r i s e r t v e d at den ytre overflaten av den embryoniske blokken er gjort ikkesirkulær i tverrsnitt med støpeformen, og avstanden fra det minst ene utløpet er gjort for å variere på forskjellige punkter rundt den ytre overflaten for å danne like konvergenstemperaturer rundt den ytre overflaten av blokken.

28. Fremgangsmåte ifølge krav 27,

k a r a k t e r i s e r t v e d at variasjonene av avstanden rundt den ytre overflaten er gjort proporsjonal med den latente varmen tilgjengelig i væskekjernen tilgrensende punktene.

29. Fremgangsmåte for fremstilling av en metalltynnplateartikkel, som omfatter trinnene: (aa) fremstilling av en støpealuminiumslegeringsblokk med en fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav; og

(bb) varmforming av blokken til å produsere en bearbeidet artikkel;

k a r a k t e r i s e r t v e d at varmformingen utføres uten homogenisering av den størknede metallblokken mellom blokkproduksjonstrinnet (aa) og varmformingstrinnet (bb).

30. Fremgangsmåte ifølge krav 29,

k a r a k t e r i s e r t v e d at blokken utsettes for varmvalsing i trinn (bb), og idet varmvalsingen utføres ved en temperatur under en homogeniseringstemperatur for blokkens metall.

31. Fremgangsmåte for kontinuerlig eller halvkontinuerlig direkte kjølestøping av en blokk laget av en støpbar aluminiumslegering som omfatter fremgangsmåten som definert i krav 2, hvor kjølevæsken fjernes fra overflaten av den embryoniske blokken ved avtørking av kjølevæsken fra den embryoniske blokken i nevnte sted med en avtørker (20), k a r a k t e r i s e r t v e d at fremgangsmåten videre omfatter trinnet med å variere nevnte sted under forskjellige faser av støpingen av blokken for å minimalisere forskjeller i konvergeringstemperaturen under avtørkeren i løpet av de foreskjellige støpefasene.

32. Fremgangsmåte ifølge krav 31,

k a r a k t e r i s e r t v e d at nevnte sted beveges tettere til formen under en startstøpefase enn i en påfølgende fase.

33. Fremgangsmåte ifølge krav 31,

k a r a k t e r i s e r t v e d at nevnte sted beveges i forhold til formen under en

sluttstøpefase.