JP2002235677A - Rotor for aluminum alloy trochoid pump and its manufacturing method - Google Patents
Rotor for aluminum alloy trochoid pump and its manufacturing methodInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム合金
製トロコイドポンプ用ロータ及びその製造方法に関す
る。なお、本発明において「％」とあるのは、「質量
％」を意味する。The present invention relates to a rotor for a trochoid pump made of an aluminum alloy and a method for manufacturing the same. In the present invention, “%” means “% by mass”.
【０００２】[0002]
【従来技術】自動車エンジンのオイルポンプに用いられ
る現行のトロコイドポンプとしては、ハウジング部は密
度２．７ｇ／ｃｍ3のアルミニウム鋳造材であるＡＤＣ
１２（Ａｌ−１２％Ｓｉ−１２．５％Ｃｕ）が使用さ
れ、またアウター及びインナーロータ部は密度６．８ｇ
／ｃｍ3のＳＭＦ４０４０（Ｆｅ−２％−Ｃｕ０．８％
Ｃ）で代表される鉄系焼結材が使用されている。これに
対し、最近では、軽量化と効率化に向けて、アウター及
びインナーロータのアルミニウム合金化が進められてい
る。2. Description of the Related Art As a current trochoid pump used for an oil pump of an automobile engine, a housing portion is made of an aluminum cast material having a density of 2.7 g / cm 3 by ADC.
12 (Al-12% Si-12.5% Cu), and the outer and inner rotor portions have a density of 6.8 g.
/ Cm 3 of SMF4040 (Fe-2% -Cu0.8%
An iron-based sintered material represented by C) is used. On the other hand, recently, aluminum alloys for the outer and inner rotors have been promoted for weight reduction and efficiency improvement.
【０００３】ところで、アルミニウム合金製アウター及
びインナーロータには、特に耐摩耗性、強度（常温及び
２００℃程度の高温）及び靭性が要求される。これらを
満足させるためには従来の溶製法によるアルミニウム合
金では限界があることから、急冷凝固されたアルミニウ
ム合金粉末を固化成形する粉末冶金法が提案されてい
る。[0003] The outer and inner rotors made of aluminum alloy are particularly required to have abrasion resistance, strength (normal temperature and high temperature of about 200 ° C) and toughness. In order to satisfy these requirements, there is a limit in the aluminum alloy produced by the conventional smelting method. Therefore, a powder metallurgy method for solidifying and forming a rapidly solidified aluminum alloy powder has been proposed.
【０００４】例えば、Ｆｅ：５〜１２％、Ｎｉ：３〜１
０％（合計で８〜１５％）、Ｓｉ：：８〜２０％：Ｃ
ｕ：１〜３．５％、Ｍｇ：０．５〜２％、Ｍｎ：０．２
〜１％、Ｃｒ：０．５〜２％、Ｍｏ：０．３〜２％、Ｚ
ｒ：０．５〜１．５のアルミニウム粉末冶金合金製ポン
プロータが開示されている（特開平４−３１４９８３
号）。しかしながら、上記技術では、Ｆｅ及びＮｉを合
計で８〜１２％添加し、さらに相当量のＳｉとＣｕ、Ｍ
ｇ等の時効硬化性元素、さらにＭｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｚｒ
等の耐熱性向上元素が添加されていることから、非常に
加工しにくく、また合金中の初晶Ｓｉだけでは耐摩耗性
が不十分という問題がある。For example, Fe: 5 to 12%, Ni: 3 to 1
0% (8 to 15% in total), Si :: 8 to 20%: C
u: 1 to 3.5%, Mg: 0.5 to 2%, Mn: 0.2
１1%, Cr: 0.5 to 2%, Mo: 0.3 to 2%, Z
A pump rotor made of an aluminum powder metallurgy having an r of 0.5 to 1.5 is disclosed (JP-A-4-314983).
issue). However, in the above technique, a total of 8 to 12% of Fe and Ni is added, and a considerable amount of Si, Cu, M
age hardening elements such as g, Mn, Cr, Mo, Zr
And the like, there is a problem that it is very difficult to work, and that only primary crystal Si in the alloy has insufficient wear resistance.
【０００５】また、Ｓｉ：１２〜１５％、Ｆｅ：３〜６
％、Ｎｉ：３〜６％、Ｃｒ：１〜３％、Ｍｏ、Ｚｒ及び
Ｖの少なくとも１種：１〜３％を含むアルミニウム粉末
冶金合金製のトロコイドポンプロータが開示されている
（特開平１１−１０７９３２号）。しかしながら、上記
技術も耐摩耗性が十分なものとは言えず、この点におい
て改善する余地がある。Also, Si: 12 to 15%, Fe: 3 to 6
%, Ni: 3 to 6%, Cr: 1 to 3%, and a trochoid pump rotor made of an aluminum powder metallurgy containing at least one of Mo, Zr, and V: 1 to 3%. -107932). However, the above technique is not sufficient in abrasion resistance, and there is room for improvement in this respect.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来技
術では、耐摩耗性に限界があり、これを改善するために
はＳｉの添加量を増加させるしかないとされている。と
ころが、合金中の初晶Ｓｉのみでは耐摩耗性を十分に改
善することはできず、過度のＳｉの添加は必然的に材料
の靭性を低下させる。この靭性低下は、トロコイドポン
プの信頼性を低下させる。As described above, in the prior art, there is a limit to the wear resistance, and the only way to improve this is to increase the amount of Si added. However, wear resistance cannot be sufficiently improved only by primary crystal Si in the alloy, and excessive addition of Si necessarily lowers the toughness of the material. This reduction in toughness reduces the reliability of the trochoid pump.
【０００７】それだけでなく、靭性の低下は、製造工程
途中の製品歩留まりの低下ももたらす。粉末冶金法で機
械部品を製造する場合、一般に熱間押出法で製造される
が、トロコイドポンプのように外周形状がトロコイド曲
線からなる複雑形状を粉末冶金法で製造する場合、押出
し後、切断、切削、さらに必要により鍛造等の加工が必
要となる。このため、加工コストが高くなるとともに、
製品歩留まりも低くなる。複雑形状でもニア・ネット・
シェイプ加工が可能なホットプレス法を採用することも
考えられるが、ホットプレスにより粉末を固化するに際
しては、粉末そのものにもある程度の変形能が要求され
るため、Ｓｉ粒が多くの体積を占める高Ｓｉ量組成の粉
末では鍛造工程又はそれに続くサイジング工程でクラッ
クの発生等の不具合を引き起こし、結局は製品歩留まり
を低下させることになる。[0007] In addition, the reduction in toughness causes a reduction in product yield during the manufacturing process. When manufacturing machine parts by powder metallurgy, it is generally manufactured by hot extrusion.However, when manufacturing a complex shape having a trochoid curve with a trochoid curve like a trochoid pump, after extrusion, cutting, Processing such as cutting and, if necessary, forging is required. For this reason, the processing cost increases,
Product yield is also low. Near net, even in complex shapes
It is conceivable to use a hot press method that allows shaping, but when the powder is solidified by hot pressing, the powder itself requires a certain degree of deformability, so that Si particles occupy a large volume. In the case of the powder having the Si content, defects such as cracks are caused in the forging step or the subsequent sizing step, and eventually the product yield is reduced.
【０００８】従って、本発明の主な目的は、特に耐摩耗
性に優れたアルミニウム合金製トロコイドポンプを工業
的規模で効率的に提供することを目的とする。Accordingly, it is a main object of the present invention to efficiently provide an aluminum alloy trochoid pump having particularly excellent wear resistance on an industrial scale.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明者は、従来技術の
問題に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、特定組成からなる
アルミニウム合金が上記目的を達成できることを見出
し、ついに本発明を完成するに至った。Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies in view of the problems of the prior art, and as a result, have found that an aluminum alloy having a specific composition can achieve the above object, and finally completed the present invention. Reached.
【００１０】すなわち、本発明は、下記のアルミニウム
合金製トロコイドポンプ用ロータ及びその製造方法に係
るものである。 １．アルミニウム系マトリックス中にアルミナ粒子が分
散してなる複合材料であって、（１）上記マトリックス
がＦｅ：１〜５質量％、Ｎｉ：２〜８質量％、Ｃｕ：２
〜６質量％、Ｍｇ：０．２〜３質量％、Ｍｎ：０．１〜
３質量％及び残部：アルミニウムからなり、かつ、Ｆ
ｅ：Ｎｉが質量比で３：４〜６であり、（２）アルミナ
粒子が当該複合材料中２〜４質量％分散していることを
特徴とするアルミニウム合金製トロコイドポンプ用ロー
タ。 ２．アルミナ粒子の平均粒径が１〜１０μｍである上記
項１記載のアルミニウム合金製トロコイドポンプ用ロー
タ。 ３．２０℃における引張強度が４５０ＭＰａ以上であ
り、かつ、２００℃における引張強度が３５０ＭＰａ以
上である上記項１又は２に記載のアルミニウム合金製ト
ロコイドポンプ用ロータ。 ４．組成がＦｅ：１〜５質量％、Ｎｉ：２〜８質量％、
Ｃｕ：２〜６質量％、Ｍｇ：０．２〜３質量％、Ｍｎ：
０．１〜３質量％及び残部：アルミニウムであって、Ｆ
ｅ：Ｎｉが質量比で３：４〜６である合金粉末９６〜９
８質量％とアルミナ粒子２〜４質量％とを含む原料粉末
を調製した後、原料粉末を成形して圧粉体とし、当該圧
粉体を熱処理した後にホットプレスにより固化すること
を特徴とするアルミニウム合金製トロコイドポンプ用ロ
ータの製造方法。 ５．アルミナ粒子の平均粒径が１〜１０μｍである上記
項４記載の製造方法。 ６．上記項４又は５に記載の製造方法により得られるア
ルミニウム合金製トロコイドポンプ用ロータ。That is, the present invention relates to the following aluminum alloy trochoid pump rotor and a method of manufacturing the same. 1. A composite material in which alumina particles are dispersed in an aluminum-based matrix, wherein (1) the matrix is Fe: 1 to 5% by mass, Ni: 2 to 8% by mass, Cu: 2
-6% by mass, Mg: 0.2-3% by mass, Mn: 0.1-
3% by mass and the balance: made of aluminum and F
e: Ni is a mass ratio of 3: 4 to 6, and (2) an aluminum alloy trochoid pump rotor characterized in that alumina particles are dispersed in the composite material in an amount of 2 to 4% by mass. 2. Item 2. The rotor for an aluminum alloy trochoid pump according to Item 1, wherein the average particle size of the alumina particles is 1 to 10 μm. 3. The aluminum alloy trochoid pump rotor according to item 1 or 2, wherein the tensile strength at 20 ° C. is 450 MPa or more, and the tensile strength at 200 ° C. is 350 MPa or more. 4. The composition is Fe: 1 to 5% by mass, Ni: 2 to 8% by mass,
Cu: 2 to 6% by mass, Mg: 0.2 to 3% by mass, Mn:
0.1 to 3% by mass and the balance: aluminum,
e: alloy powders 96 to 9 in which Ni is 3: 4 to 6 in mass ratio
After preparing a raw material powder containing 8% by mass and 2 to 4% by mass of alumina particles, the raw material powder is formed into a green compact, and the green compact is heat-treated and then solidified by hot pressing. A method for manufacturing an aluminum alloy trochoid pump rotor. 5. Item 5. The production method according to Item 4, wherein the average particle size of the alumina particles is 1 to 10 μm. 6. Item 6. An aluminum alloy trochoid pump rotor obtained by the method according to item 4 or 5.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】１．アルミニウム合金製トロコイ
ドポンプ用ロータ 本発明のアルミニウム合金製トロコイドポンプ用ロータ
は、アルミニウム系マトリックス中にアルミナ粒子が分
散してなる複合材料であって、上記マトリックスがＦ
ｅ：１〜５質量％、Ｎｉ：２〜８質量％、Ｃｕ：２〜６
質量％、Ｍｇ：０．２〜３質量％、Ｍｎ：０．１〜３質
量％及び残部：アルミニウムからなり、Ｆｅ：Ｎｉが質
量比で３：４〜６であって、アルミナ粒子が当該複合材
料中２〜４質量％分散していることを特徴とする。各成
分を限定した主な理由は以下のとおりである。 （１）Ｆｅ Ｆｅは、通常１〜５％程度、好ましくは２〜４％とす
る。Ｆｅは、主としてＡｌとの間で金属間化合物（例え
ば、Ａｌ−Ｆｅ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｎｉ系等）を形成し、
特に高温強度の向上に寄与する。Ｆｅが１％未満の場合
は、上記効果が十分でない場合がある。一方、Ｆｅが５
％を超える場合は、金属間化合物の量が多くなり、所望
の伸びが得られないことがある。 （２）Ｎｉ Ｎｉは、通常２〜８％程度、好ましくは３．５〜６．５
％とする。Ｎｉは、主としてＡｌとの間で金属間化合物
（例えば、Ａｌ−Ｎｉ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｎｉ系等）を形
成し、特に高温強度の向上に寄与する。Ｎｉが２％未満
の場合は、上記効果が十分でない場合がある。一方、Ｎ
ｉが８％を超える場合は、金属間化合物の量が多くな
り、所望の伸びが得られないことがある。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The aluminum alloy trochoid pump rotor The aluminum alloy trochoid pump rotor of the present invention is a composite material in which alumina particles are dispersed in an aluminum-based matrix.
e: 1 to 5% by mass, Ni: 2 to 8% by mass, Cu: 2 to 6
% By mass, Mg: 0.2 to 3% by mass, Mn: 0.1 to 3% by mass and the balance: aluminum, Fe: Ni being 3: 4 to 6 in mass ratio, and the alumina particles being the composite. It is characterized in that 2 to 4% by mass is dispersed in the material. The main reasons for limiting each component are as follows. (1) Fe Fe is usually about 1 to 5%, preferably 2 to 4%. Fe mainly forms an intermetallic compound (e.g., Al-Fe system, Al-Fe-Ni system, etc.) with Al,
In particular, it contributes to improvement in high-temperature strength. If the Fe content is less than 1%, the above effect may not be sufficient. On the other hand, if Fe is 5
%, The amount of the intermetallic compound increases, and the desired elongation may not be obtained. (2) Ni Ni is usually about 2 to 8%, preferably 3.5 to 6.5.
%. Ni mainly forms an intermetallic compound (e.g., Al-Ni system, Al-Fe-Ni system, etc.) with Al, and particularly contributes to improvement in high-temperature strength. If the Ni content is less than 2%, the above effect may not be sufficient. On the other hand, N
When i exceeds 8%, the amount of the intermetallic compound increases, and the desired elongation may not be obtained.
【００１２】また、Ｆｅ量との関係においては、Ｆｅ：
Ｎｉが質量比で３：４〜６（特に３：４．５〜５．５）
であることが好ましい。かかる質量比に設定することに
より、強度と伸びのバランスのとれた材料とすることが
できる。 （３）Ｃｕ Ｃｕは、通常２〜６％程度、好ましくは３〜５％とす
る。Ｃｕは、主に時効硬化元素として室温強度の向上に
寄与する。Ｃｕが２％未満の場合は、かかる効果が不十
分となることがある。また、Ｃｕが６％を超える場合
は、伸びが低下するおそれがある。 （４）Ｍｇ Ｍｇは、通常０．２〜３％程度、好ましくは０．５〜２
％とする。Ｍｇは、主に時効硬化元素として室温強度の
向上に寄与する。Ｍｇが０．２％未満の場合は、かかる
効果が不十分となることがある。また、Ｍｇが２％を超
える場合は、伸びが低下するおそれがある。 （５）Ｍｎ Ｍｎは、通常０．２〜３％程度、好ましくは０．２〜２
％とする。Ｍｎは、主にＦｅ及びＮｉと共存することに
より高温強度の向上に寄与する。Ｍｎが０．１％未満の
場合は、かかる効果が不十分となることがある。また、
Ｍｎが３％を超える場合は、伸びが低下するおそれがあ
る。 （６）Ａｌ 前記（１）〜（５）の成分のほかは、残部は実質的にＡ
ｌからなる。その他の成分として、不可避不純物が含ま
れていても良い。また、本発明の効果を妨げない範囲内
で他の成分を添加しても良い。 （７）アルミナ粒子 本発明ロータは、前記（１）〜（６）からなるアルミニ
ウム系マトリックス中にアルミナ粒子（Ａｌ2Ｏ3粒子）
が分散してなる複合材料である。アルミナ粒子は、上記
複合材料中２〜４％程度、好ましくは２．５〜３．５％
とする。アルミナ粒子は、主として耐摩耗性の向上に寄
与する。アルミナ粒子が２％未満の場合は、耐摩耗性が
不十分となることがある。また、アルミナ粒子が４％を
超える場合は、疲労強度、耐摩耗性、伸び等が低下する
おそれがある。Further, in relation to the amount of Fe, Fe:
Ni in a mass ratio of 3: 4 to 6 (particularly 3: 4.5 to 5.5)
It is preferred that By setting such a mass ratio, a material having a good balance between strength and elongation can be obtained. (3) Cu Cu is usually about 2 to 6%, preferably 3 to 5%. Cu mainly contributes to the improvement of room temperature strength as an age hardening element. When Cu is less than 2%, such an effect may be insufficient. If Cu exceeds 6%, elongation may be reduced. (4) Mg Mg is usually about 0.2 to 3%, preferably 0.5 to 2%.
%. Mg mainly contributes to improvement of room temperature strength as an age hardening element. If Mg is less than 0.2%, such an effect may be insufficient. If Mg exceeds 2%, elongation may be reduced. (5) Mn Mn is usually about 0.2 to 3%, preferably 0.2 to 2%.
%. Mn contributes to improvement in high-temperature strength mainly when coexisting with Fe and Ni. When Mn is less than 0.1%, such an effect may be insufficient. Also,
If Mn exceeds 3%, elongation may be reduced. (6) Al Other than the components (1) to (5), the balance is substantially A.
l. As other components, unavoidable impurities may be contained. Further, other components may be added as long as the effects of the present invention are not impaired. (7) Alumina particles The rotor according to the present invention is characterized in that alumina particles (Al 2 O 3 particles) are contained in the aluminum-based matrix comprising the above (1) to (6).
Are composite materials. Alumina particles account for about 2 to 4%, preferably 2.5 to 3.5% in the composite material.
And Alumina particles mainly contribute to improvement of wear resistance. If the alumina particles are less than 2%, the wear resistance may be insufficient. If the alumina particles exceed 4%, the fatigue strength, abrasion resistance, elongation and the like may be reduced.
【００１３】アルミナ粒子の形状等は特に限定されず、
球状、フレーク状、不定形状等のいずれであっても良
い。アルミナ粒子の平均粒径も限定的ではないが、通常
は１〜１０μｍ程度とすれば良い。この範囲内に設定す
ることにより、良好な靭性等を維持しつつ、いっそう優
れた耐摩耗性を得ることができる。The shape and the like of the alumina particles are not particularly limited.
The shape may be any of a spherical shape, a flake shape, an irregular shape, and the like. Although the average particle size of the alumina particles is not limited, it is usually about 1 to 10 μm. By setting the content within this range, more excellent wear resistance can be obtained while maintaining good toughness and the like.
【００１４】本発明のアルミニウム合金製トロコイドポ
ンプ用ロータは、以下に示す特性（ａ）〜（ｄ）の少な
くとも１つ（特に（ａ）〜（ｄ）のすべて）を有してい
ることが望ましい。 （ａ）引張強度及び伸び 本発明ロータでは、２０℃における引張強度は４５０Ｍ
Ｐａ以上、好ましくは５５０ＭＰａを超える。また、２
００℃における引張強度は３５０ＭＰａ以上、好ましく
は４４０ＭＰａを超える。The aluminum alloy trochoid pump rotor of the present invention preferably has at least one of the following characteristics (a) to (d) (particularly all of (a) to (d)). . (A) Tensile strength and elongation In the rotor of the present invention, the tensile strength at 20 ° C. is 450 M
Pa or more, preferably more than 550 MPa. Also, 2
The tensile strength at 00 ° C. is 350 MPa or more, preferably more than 440 MPa.
【００１５】一方、２０℃における伸びは２％以上であ
る。２００℃における伸びは２％以上である。On the other hand, the elongation at 20 ° C. is 2% or more. The elongation at 200 ° C. is 2% or more.
【００１６】トロコイドポンプの内部温度は、稼働時に
は約１５０℃程度にまで上昇するため、室温及び２００
℃における強度及び伸びが要求される。このため、上記
のような引張強度よりも低い場合は、稼働中のロータが
変形したり、寸法精度の確保が困難となり、製品寿命が
短くなるおそれがある。また、伸びが上記範囲よりも低
い場合には、製造工程中又は稼働中にクラックが発生す
るおそれがある。 （ｂ）シャルピー衝撃値 本発明ロータでは、シャルピー衝撃値が８Ｊ／ｃｍ2以
上であることが好ましい。シャルピー衝撃値が８Ｊ／ｃ
ｍ2未満の場合には、稼働時にクラックが生じるおそれ
がある。 （ｃ）疲労強度 本発明ロータでは、疲労強度１８０ＭＰａ以上であるこ
とが好ましい。疲労強度が１８０ＭＰａ未満の場合に
は、稼働中にロータの変形又は破損を生じるおそれがあ
る。 （ｄ）耐摩耗性 本発明ロータでは、摩耗深さ５μｍ以下及び面粗度５μ
ｍ以下であることが好ましい。トロコイドポンプのアウ
ターロータはインナーロータとハウジングとの間で摩擦
が生じ、またインナーロータはアウターロータとハウジ
ングとの間で摩擦が生じる。摩耗深さ又は面粗度が各値
を超える場合には、所望の耐摩耗性、ひいては所望の耐
久性が得られないことがある。The internal temperature of the trochoid pump rises to about 150 ° C. during operation, so that the room temperature and 200 ° C.
Strength and elongation at ℃ are required. Therefore, if the tensile strength is lower than the above, the rotor during operation may be deformed, it may be difficult to secure dimensional accuracy, and the product life may be shortened. If the elongation is lower than the above range, cracks may occur during the manufacturing process or during operation. (B) Charpy impact value In the rotor of the present invention, the Charpy impact value is preferably 8 J / cm 2 or more. Charpy impact value is 8J / c
If it is less than m 2 , cracks may occur during operation. (C) Fatigue Strength The rotor of the present invention preferably has a fatigue strength of 180 MPa or more. If the fatigue strength is less than 180 MPa, the rotor may be deformed or damaged during operation. (D) Wear Resistance In the rotor of the present invention, the wear depth is 5 μm or less and the surface roughness is 5 μm.
m or less. The outer rotor of the trochoid pump generates friction between the inner rotor and the housing, and the inner rotor generates friction between the outer rotor and the housing. When the wear depth or surface roughness exceeds each value, desired wear resistance and, consequently, desired durability may not be obtained.
【００１７】本発明のアルミニウム合金製トロコイドポ
ンプ用ロータは、トロコイドポンプのインナーロータ及
びアウターロータとして使用することができる。また、
上記トロコイドポンプは、自動車エンジンのオイルポン
プとして用いられるものであり、本発明ロータはこれら
のポンプ用ロータとして好適に使用できる。 ２．本発明ロータの製造方法 本発明アルミニウム合金製トロコイドポンプ用ロータ
は、例えば上記の成分を含む合金粉末を粉末冶金法に従
って製造することができる。すなわち、組成がＦｅ：１
〜５質量％、Ｎｉ：２〜８質量％、Ｃｕ：２〜６質量
％、Ｍｇ：０．２〜３質量％、Ｍｎ：０．１〜３質量％
及び残部：アルミニウムであって、Ｆｅ：Ｎｉが質量比
で３：４〜６である合金粉末９６〜９８質量％とアルミ
ナ粒子２〜４質量％とを含む原料粉末を調製した後、原
料粉末を成形して圧粉体とし、当該圧粉体を熱処理した
後にホットプレスにより固化することを特徴とする方法
により製造することができる。The aluminum alloy trochoid pump rotor of the present invention can be used as an inner rotor and an outer rotor of a trochoid pump. Also,
The trochoid pump is used as an oil pump for an automobile engine, and the rotor of the present invention can be suitably used as a rotor for these pumps. 2. Method for Producing the Rotor of the Present Invention The rotor for a trochoid pump made of an aluminum alloy of the present invention can produce, for example, an alloy powder containing the above-described components according to a powder metallurgy method. That is, if the composition is Fe: 1
-5% by mass, Ni: 2-8% by mass, Cu: 2-6% by mass, Mg: 0.2-3% by mass, Mn: 0.1-3% by mass
And the remainder: aluminum, and after preparing a raw material powder containing 96 to 98% by mass of an alloy powder having Fe: Ni in a mass ratio of 3: 4 to 6 and 2 to 4% by mass of alumina particles, It can be manufactured by a method characterized by molding into a green compact, heat-treating the green compact, and then solidifying by hot pressing.
【００１８】原料粉末は、通常は目開き３５５μｍのス
クリーンを通過したもの、好ましくは目開き１５０μｍ
のスクリーンを通過したものを使用することができる。The raw material powder is usually passed through a screen having an aperture of 355 μm, preferably 150 μm.
Can be used.
【００１９】また、本発明の製造方法では、Ｆｅ：Ｎｉ
が質量比で３：４〜６、特に３：４．５〜５．５とする
ことが好ましい。かかる質量比に設定することによっ
て、強度と伸びのバランスがとれた材料を得ることがで
きる。Further, according to the manufacturing method of the present invention, Fe: Ni
Is preferably 3: 4 to 6, particularly 3: 4.5 to 5.5 by mass ratio. By setting such a mass ratio, a material having a balance between strength and elongation can be obtained.
【００２０】原料粉末を成形して圧粉体を作製する。成
形方法は特に限定されず、例えばプレス成形、ＣＩＰ法
等の公知の成形方法（冷間成形法）を採用することがで
きる。この場合の成形圧は、最終製品の所望の特性等に
応じて適宜設定すれば良い。The raw material powder is molded to produce a green compact. The molding method is not particularly limited, and for example, a known molding method (cold molding method) such as press molding or CIP method can be adopted. The molding pressure in this case may be appropriately set according to the desired characteristics of the final product.
【００２１】次いで、上記圧粉体の熱処理を行う。熱処
理方法は、通常は窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガ
ス雰囲気中４５０〜５５０℃程度、好ましくは４８０〜
５２０℃で実施すれば良い。熱処理時間は、熱処理温度
等に応じて適宜設定すれば良い。Next, the green compact is heat-treated. The heat treatment is usually performed in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen gas or argon gas at about 450 to 550 ° C., preferably 480 to 550 ° C.
What is necessary is just to implement at 520 degreeC. The heat treatment time may be appropriately set according to the heat treatment temperature or the like.
【００２２】熱処理後、ホットプレスにより上記成形体
を固化する。ホットプレス法自体は、公知のホットプレ
ス装置を用いて実施することができる。また、上記ホッ
トプレス後において、必要に応じて時効硬化処理を施す
こともできる。時効硬化処理は、公知の方法に従えば良
い。例えば、４９５℃で２時間の溶体化処理を施した
後、水焼き入れし、次いで１７５℃で６時間の熱処理を
施すことによって時効硬化処理（Ｔ６処理）を実施する
ことができる。After the heat treatment, the compact is solidified by hot pressing. The hot press method itself can be performed using a known hot press device. After the hot pressing, an age hardening treatment can be performed as necessary. The age hardening treatment may be performed according to a known method. For example, an age hardening treatment (T6 treatment) can be performed by performing a solution treatment at 495 ° C. for 2 hours, followed by water quenching, and then performing a heat treatment at 175 ° C. for 6 hours.
【００２３】[0023]
【発明の効果】本発明ロータは、特定組成からなるマト
リックスにアルミナ粒子が分散した構成を有することか
ら、特に耐摩耗性に優れたアルミニウム合金製トロコイ
ドポンプを工業的規模で効率的に提供することができ
る。Since the rotor of the present invention has a structure in which alumina particles are dispersed in a matrix having a specific composition, an aluminum alloy trochoid pump having particularly excellent wear resistance can be efficiently provided on an industrial scale. Can be.
【００２４】[0024]
【実施例】以下に実施例及び比較例を示し、本発明の特
徴をより明確にする。但し、本発明は、これら実施例に
限定されるものではない。実施例中の各物性の測定は、
以下の方法により実施した。 （１）引張強度及び伸び（室温及び２００℃） アムスラー型引張試験機を用い、室温（２０℃）及び２
００℃での引張試験により求めた。なお、２００℃での
試験は、試験片を２００℃で１００時間保持した後、２
００℃の温度下で測定した。 （２）シャルピー衝撃値 試験片（１０ｍｍ×１０ｍｍ×５５ｍｍ、ノッチなし）
を用い、ＪＩＳ Ｚ２２４２に記載された方法で吸収エ
ネルギーを求めることにより測定した。 （３）疲労強度 商品名「サーボパルサー」（島津製作所製）により、引
張応力を正弦波で周波数６０Ｈｚで負荷し、Ｓ−Ｎ（応
力繰り返し数曲線）の１０7回の繰り返しに耐えられる
強度の上限値を疲労強度とした。 （４）摩耗深さ及び面粗度 図１に示すような機械技研式摩擦摩耗試験機（リングオ
ンディスク）により、速度４．６ｍ／秒、圧力２５ＭＰ
ａ、時間０．１７時間、潤滑油ＮＩＳＳＥＫＩＺＯＡ
（１０Ｗ−３０）（日本石油製）の条件で試験を行い、
試験後の試料に形成された溝の摩耗深さ及び面粗度を測
定した。面粗度（Ｒｚ）は、摩擦面を面粗度計で任意に
１０点読み、最高から３番目の山の標高と最深から３番
目の谷底の標高差で表した。EXAMPLES Examples and comparative examples are shown below to further clarify the features of the present invention. However, the present invention is not limited to these examples. Measurement of each physical property in the examples,
It carried out by the following method. (1) Tensile strength and elongation (room temperature and 200 ° C.) Using an Amsler type tensile tester, room temperature (20 ° C.)
It was determined by a tensile test at 00 ° C. The test at 200 ° C. was performed by holding the test piece at 200 ° C. for 100 hours.
It was measured at a temperature of 00 ° C. (2) Charpy impact test piece (10 mm x 10 mm x 55 mm, no notch)
And the absorption energy was determined by the method described in JIS Z2242. (3) due to fatigue strength trade name "servo pulsar" (manufactured by Shimadzu Corporation), tensile stress and load at a frequency of 60Hz sine wave, S-N 10 7 times repeatedly to withstand the strength of (the number of repeated stresses curve) The upper limit was defined as the fatigue strength. (4) Wear Depth and Surface Roughness A velocity of 4.6 m / sec and a pressure of 25 MP were measured by a mechanical and abrasion-type friction and wear tester (ring-on-disk) as shown in FIG.
a, time 0.17 hours, lubricating oil NISSEKIZOA
(10W-30) (made by Nippon Oil Co., Ltd.)
The wear depth and surface roughness of the groove formed in the sample after the test were measured. The surface roughness (Rz) was obtained by arbitrarily reading ten points on the friction surface with a surface roughness meter and expressing the difference between the height of the third highest mountain and the height of the third valley bottom.
【００２５】実施例１ アトマイズ法によりアルミニウム合金粉末を作製し、１
５０μｍの目開きのフルイを通過させた後、平均粒径３
μｍのアルミナ粒子を３％添加混合した。得られた混合
粉末を４トン／ｃｍ2の圧力で冷間成形し、窒素ガス中
５００℃で１時間加熱した後、５トン／ｃｍ2の圧力で
ホットプレスを行い、成形体を得た。さらに、成形体に
Ｔ６処理（時効処理：４９５℃で２時間の溶体化処理後
水焼き入れ後、１７５℃で６時間の熱処理）を行った。
得られた試料について、引張強度及び伸びを測定した。
その結果を表１に示す。なお、表１には、比較のため、
本発明組成から外れた試料を用いて同様の試験を実施し
た結果も併せて示す。Example 1 An aluminum alloy powder was prepared by an atomizing method.
After passing through a sieve having openings of 50 μm, the average particle size is 3
3% alumina particles of μm were added and mixed. The obtained mixed powder was cold-formed at a pressure of 4 ton / cm 2 , heated in a nitrogen gas at 500 ° C. for 1 hour, and then hot-pressed at a pressure of 5 ton / cm 2 to obtain a formed body. Further, the molded body was subjected to T6 treatment (aging treatment: solution treatment at 495 ° C. for 2 hours, water quenching, and heat treatment at 175 ° C. for 6 hours).
The tensile strength and elongation of the obtained sample were measured.
Table 1 shows the results. In Table 1, for comparison,
The results of the same test using a sample deviating from the composition of the present invention are also shown.
【００２６】[0026]
【表１】 [Table 1]
【００２７】実施例２ 実施例１の試料５の合金組成において、アルミナ粒子の
含有量を変化させたものをそれぞれ作製した。各試料に
ついて、引張強度、伸び、疲労強度、シャルピー衝撃
値、摩耗深さ及び面粗度を測定した。その結果を表２に
示す。なお、表２には、比較のため、「ＳＭＦ４０４
０」（現行のトロコイドポンプのアウター及びインナー
ロータに使用されている鉄系焼結材）を用いて同様の試
験を実施した結果も併せて示す。Example 2 The alloy composition of Sample 5 of Example 1 was prepared by changing the content of alumina particles. For each sample, the tensile strength, elongation, fatigue strength, Charpy impact value, wear depth and surface roughness were measured. Table 2 shows the results. In Table 2, for comparison, “SMF404
0 "(an iron-based sintered material used for the outer and inner rotors of the current trochoid pump) is also shown.
【００２８】[0028]
【表２】 [Table 2]
【００２９】表２の結果より、特に室温での引張強度が
５６０ＭＰａ、２００℃での引張強度が４７８ＭＰａで
ある試料Ｃ（本発明品）は、比較例と比べて優れた耐摩
耗性を発揮できることがわかる。From the results shown in Table 2, it can be seen that Sample C (the present invention) having a tensile strength at room temperature of 560 MPa and a tensile strength at 200 ° C. of 478 MPa can exhibit excellent wear resistance as compared with Comparative Examples. I understand.
【図１】図１は、実施例２で用いた摩耗試験装置の概要
を示す図（斜視図）である。FIG. 1 is a diagram (perspective view) showing an outline of a wear test apparatus used in Example 2.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 楠井 潤 大阪府大阪市中央区久太郎町３丁目６番８ 号 東洋アルミニウム株式会社内 (72)発明者 横江 一彦 大阪府大阪市中央区久太郎町３丁目６番８ 号 東洋アルミニウム株式会社内 (72)発明者 植田 義久 京都府京都市山科区栗栖野狐塚５−１ 日 本粉末合金株式会社山科事業所内 Ｆターム(参考） 3H041 AA02 BB04 CC13 CC15 DD05 DD31 DD33 3H044 AA02 BB03 CC12 CC14 DD05 DD21 DD23 4K018 AA15 AB01 BA08 BA20 BB04 EA01 KA02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Jun Kusui 3-6-8 Kutaro-cho, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Toyo Aluminum Co., Ltd. (72) Inventor Kazuhiko Yokoe 3-chome, Kutaro-cho, Chuo-ku, Osaka, Osaka No. 6-8 Inside Toyo Aluminum Co., Ltd. (72) Inventor Yoshihisa Ueda 5-1 Kurisino Foxzuka, Yamashina-ku, Kyoto, Kyoto, Japan AA02 BB03 CC12 CC14 DD05 DD21 DD23 4K018 AA15 AB01 BA08 BA20 BB04 EA01 KA02
Claims (6)
粒子が分散してなる複合材料であって、（１）上記マト
リックスがＦｅ：１〜５質量％、Ｎｉ：２〜８質量％、
Ｃｕ：２〜６質量％、Ｍｇ：０．２〜３質量％、Ｍｎ：
０．１〜３質量％及び残部：アルミニウムからなり、か
つ、Ｆｅ：Ｎｉが質量比で３：４〜６であり、（２）ア
ルミナ粒子が当該複合材料中２〜４質量％分散している
ことを特徴とするアルミニウム合金製トロコイドポンプ
用ロータ。1. A composite material in which alumina particles are dispersed in an aluminum-based matrix, wherein (1) the matrix comprises 1 to 5% by mass of Fe, 2 to 8% by mass of Ni,
Cu: 2 to 6% by mass, Mg: 0.2 to 3% by mass, Mn:
0.1 to 3% by mass and the balance: aluminum, and the mass ratio of Fe: Ni is 3: 4 to 6, and (2) 2 to 4% by mass of alumina particles are dispersed in the composite material. A trochoid pump rotor made of an aluminum alloy, characterized in that:
ある請求項１記載のアルミニウム合金製トロコイドポン
プ用ロータ。2. The aluminum alloy trochoid pump rotor according to claim 1, wherein the average particle size of the alumina particles is 1 to 10 μm.
上であり、かつ、２００℃における引張強度が３５０Ｍ
Ｐａ以上である請求項１又は２に記載のアルミニウム合
金製トロコイドポンプ用ロータ。3. The tensile strength at 20 ° C. is 450 MPa or more, and the tensile strength at 200 ° C. is 350M
The aluminum alloy trochoid pump rotor according to claim 1, wherein the rotor pressure is Pa or more.
質量％、Ｃｕ：２〜６質量％、Ｍｇ：０．２〜３質量
％、Ｍｎ：０．１〜３質量％及び残部：アルミニウムで
あって、Ｆｅ：Ｎｉが質量比で３：４〜６である合金粉
末９６〜９８質量％とアルミナ粒子２〜４質量％とを含
む原料粉末を調製した後、原料粉末を成形して圧粉体と
し、当該圧粉体を熱処理した後にホットプレスにより固
化することを特徴とするアルミニウム合金製トロコイド
ポンプ用ロータの製造方法。4. The composition is Fe: 1 to 5% by mass, Ni: 2 to 8%.
% By mass, Cu: 2 to 6% by mass, Mg: 0.2 to 3% by mass, Mn: 0.1 to 3% by mass and the balance: aluminum, Fe: Ni being 3: 4 to 6 in mass ratio. After preparing a raw material powder containing 96 to 98% by mass of alloy powder and 2 to 4% by mass of alumina particles, the raw material powder is formed into a green compact, and the green compact is heat-treated and then solidified by hot pressing. A method of manufacturing a rotor for a trochoid pump made of an aluminum alloy, comprising the steps of:
ある請求項４記載の製造方法。5. The method according to claim 4, wherein the average particle size of the alumina particles is 1 to 10 μm.
られるアルミニウム合金製トロコイドポンプ用ロータ。6. A rotor for a trochoid pump made of an aluminum alloy obtained by the method according to claim 4. Description:
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