JP2002539357A - Method of manufacturing a piston for an internal combustion engine - Google Patents

Method of manufacturing a piston for an internal combustion engine

Info

Publication number
JP2002539357A
JP2002539357A JP2000604117A JP2000604117A JP2002539357A JP 2002539357 A JP2002539357 A JP 2002539357A JP 2000604117 A JP2000604117 A JP 2000604117A JP 2000604117 A JP2000604117 A JP 2000604117A JP 2002539357 A JP2002539357 A JP 2002539357A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piston
particles
billet
silicon
injection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2000604117A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
カイビーシェフ,オスカー・アカモビッチ
トリフォノフ,ワディム・ゲンナディービッチ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of JP2002539357A publication Critical patent/JP2002539357A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/02Die forging; Trimming by making use of special dies ; Punching during forging
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21CMANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C23/00Extruding metal; Impact extrusion
    • B21C23/02Making uncoated products
    • B21C23/18Making uncoated products by impact extrusion
    • B21C23/186Making uncoated products by impact extrusion by backward extrusion
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21KMAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00Making machine elements
    • B21K1/18Making machine elements pistons or plungers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00Pistons 
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0085Materials for constructing engines or their parts
    • F02F7/0087Ceramic materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F2200/00Manufacturing
    • F02F2200/04Forging of engine parts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00Metals
    • F05C2201/02Light metals
    • F05C2201/021Aluminium
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00Metals
    • F05C2201/04Heavy metals
    • F05C2201/0433Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
    • F05C2201/0448Steel

Abstract

(57)【要約】 ピストン製造方法は内燃機関のピストンを製造する。この方法は、ケイ素、金属間粒子、および注入硬化粒子からなるアルミニウム合金を含む初期ビレットからビレットを鍛造し、鍛造は、超可塑性条件および熱間変形条件すなわち鍛造されたビレットの熱処理の少なくとも1つの下で実施される。鍛造は、約0.8T melt〜約0.98Tmeltの範囲にある温度における鍛造を含む。鍛造はまた、約5×10-2/秒〜約5×10-5/秒の範囲にある歪み速度での鍛造を含む。ピストンは、他の部品をピストンに連結できるようにする外形を伴って形成される。初期ビレットは、薄層状総合形状の少なくとも1つを有する粗粒ケイ素、金属間粒子、注入硬化粒子、および球状である細粒ケイ素、金属間粒子、注入硬化粒子のうち少なくとも1つを含む。ケイ素、金属間粒子、注入硬化粒子の容積含有量は約25%〜約60%の範囲であり、ケイ素、金属間粒子、および注入硬化粒子の平均粒度は約15μm2未満である。   (57) [Summary] The piston manufacturing method manufactures a piston of an internal combustion engine. The method forges a billet from an initial billet comprising an aluminum alloy consisting of silicon, intermetallic particles, and injection hardened particles, wherein the forging comprises at least one of superplastic and hot deformation conditions, ie, heat treatment of the forged billet. It is implemented below. Forging is about 0.8T melt~ About 0.98TmeltForging at temperatures in the range of Forging is also about 5 × 10-2/ Sec to about 5 × 10-FiveIncluding forging at a strain rate in the range of / s. The piston is formed with a profile that allows other parts to be connected to the piston. The initial billet includes coarse silicon having at least one lamellar overall shape, intermetallic particles, injection hardened particles, and at least one of spherical fine silicon, intermetallic particles, injection hardened particles. The volume content of silicon, intermetallic, and injection-hardened particles ranges from about 25% to about 60%, and the average particle size of silicon, intermetallic, and injection-hardened particles is about 15 μm.TwoIs less than.   

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 (発明の背景) 本発明は、自動車エンジン、踏面付きまたはクローラ式の機械、航空用エンジ
ン、および舶用エンジンにおいて使用される内燃機関用ピストンなどの、しかし
これらに限定されることはない、内燃機関用ピストンの製造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention includes, but is not limited to, pistons for internal combustion engines used in automotive engines, tread or crawler machines, aviation engines, and marine engines. And the manufacture of pistons for internal combustion engines.

【0002】 ピストンは一般的に高い応力がかかるエンジン構成部分である。ピストンが動
いている間、ピストンの頂部またはクラウンは高い温度を受けることがある。ピ
ストンに形成されたどの溝も、例えば圧縮リング用の溝も高い衝撃応力を受ける
ことがある。加えて、ピストンがリスト・ピン・ポートを具備する場合には、こ
のポートは有害な繰り返し負荷を受けることがある。これらのピストン機構は、
変化する動作応力、負荷、温度、およびその他の動作特性(以後、「動作特性」
と呼ぶ)を受け、結果的に、これらの動作特性に耐えるために様々な機械的属性
と品質(「ピストン特性」とも呼ばれる)を必要とする様々なピストン区域にな
る。
[0002] Pistons are generally high stressed engine components. While the piston is moving, the top or crown of the piston may experience high temperatures. Any grooves formed in the piston, for example for the compression ring, may be subjected to high impact stress. In addition, if the piston has a wrist pin port, this port may be subjected to harmful cyclic loading. These piston mechanisms
Changing operating stress, load, temperature, and other operating characteristics (hereinafter "operating characteristics"
), Resulting in different piston sections that require different mechanical attributes and qualities (also referred to as "piston properties") to withstand these operating characteristics.

【0003】 ピストンの機械的属性は、その特性によって決定されることもある。エンジン
の内燃ピストンなどの、ただしこれに限定されないピストンは、アルミニウム合
金を含むことが多い。これらのアルミニウム合金は、約11%〜約35%の範囲
でケイ素を含むシルミンを含むが、シルミンに限られることはない。これに加え
て、ピストンがシルミン合金ベースの化合物を含む場合には、ピストンはまた炭
化ケイ素(SiC)や酸化アルミニウム(Al23)などの硬化剤を含むことも
ある。合金中におけるケイ素と金属間粒子は、上記の硬化剤と共同して、材料の
耐熱性と摩耗特性を強化することができる。しかし金属疲労と可塑性に対する材
料の抵抗力は、その耐熱性と摩耗特性の強化とともに低下する。
[0003] The mechanical properties of a piston may be determined by its properties. Pistons, such as, but not limited to, internal combustion pistons in engines, often include aluminum alloys. These aluminum alloys include, but are not limited to, silmine containing silicon in the range of about 11% to about 35%. In addition, if the piston includes a silumin alloy-based compound, the piston may also include a hardener such as silicon carbide (SiC) or aluminum oxide (Al 2 O 3 ). The silicon and intermetallic particles in the alloy can work with the hardeners described above to enhance the heat resistance and wear characteristics of the material. However, a material's resistance to metal fatigue and plasticity decreases with increasing heat resistance and wear properties.

【0004】 ピストンの基礎材料がピストンに所望の特性を与えない場合には、ピストンの
応力を受ける区域を硬化された材料から形成することができる。硬化は、鉄ベー
スの合金およびセラミック材料の少なくとも1つを組み入れることによって実施
することができる。例えば、ピストン部分は、圧縮リング溝の摩耗を減少するこ
とができる耐熱として一般に認められている鉄のホルダを含むことができる。こ
のピストン部分は、ニッケル、鉄などの合金成分、およびその他のこのような補
強成分をピストンにプラズマ・アーク溶接し、注入して補強することができる。
これらの材料の耐熱性がピストンを保護する。
[0004] If the piston's base material does not provide the piston with the desired properties, the stressed area of the piston can be formed from a hardened material. Hardening can be performed by incorporating at least one of an iron-based alloy and a ceramic material. For example, the piston portion can include an iron holder that is generally accepted as heat resistant, which can reduce wear of the compression ring grooves. The piston portion may be reinforced by plasma arc welding and injecting alloy components such as nickel, iron, and other such reinforcing components to the piston.
The heat resistance of these materials protects the piston.

【0005】 ピストンの設計と製造はピストンの所望の用途に依存する。例えば、Yu他の
「Aluminum Alloys in Tractor Building
」(トラクタ製造におけるアルミニウム合金)(Machine Buildi
ng誌1971年)に記載のように、鋳造によってピストンを形成することがで
きる。この鋳造方法は、補強物を備えたピストンの鋳造を可能にする比較的効率
的で安価な製造方法を提供する。この補強物としてはピストン・リング・ホルダ
やブラケットがあるが、これに限られるものではない。しかし、これらのアルミ
ニウム鋳造ピストンは、低いレベルの機械的応力しかかけることができないので
、一般に低い動荷重(圧力)がかかるところで使用される。
[0005] The design and manufacture of the piston depends on the desired use of the piston. For example, Yu et al., "Alluminum Alloys in Tractor Building"
"(Aluminum alloys in tractor manufacturing) (Machine Buildi
ng, 1971), the piston can be formed by casting. This casting method offers a relatively efficient and inexpensive manufacturing method that allows casting of pistons with reinforcements. Such reinforcements include, but are not limited to, piston ring holders and brackets. However, these aluminum cast pistons are generally used where low dynamic loads (pressure) are applied, as only low levels of mechanical stress can be applied.

【0006】 他の周知のピストン製造方法としては、Yu他の「Isothermal F
orging of Pistons from an Alloy」(合金か
らのピストンの等温鍛造)(Forging Production誌1979
年)に開示しているような、アルミニウム合金ビレットからの熱間変形鍛造があ
る。この鍛造法は鋳造法より費用がかかるが、シルミン合金ピストンの鍛造は強
化された機械的特性を有する。このため、このシルミン合金ピストンは強い負荷
を受ける用途に使用することができる。シルミンの可塑性は熱間変形鍛造の条件
下では低いので、鍛造法は一般的に小さくて比較的簡単なピストンについて実施
される。したがって、この可塑性の不足を克服するために補強物を、例えば、ブ
ラケットをピストンの上に取り付けることによって加えることができる。この補
強はピストンの設計を複雑にして、製造コストを高くする可能性がある。さらに
鍛造法は、シルミン合金におけるケイ素と他の硬化粒子の所望品質と寸法となら
ない鍛造温度によって制限されることがある。したがって周知の鍛造法によって
は、シルミン合金ピストンは所望の可塑性と機械的特性は達成しない。したがっ
て、所望の可塑性と機械的特性を有するピストンを製造できるピストン製造方法
が必要である。さらに、上記の欠陥を克服するピストン製造方法が必要である。
また、シルミン合金ピストンを製造するためのピストン製造方法が必要である。
[0006] Other well-known piston manufacturing methods include Yu et al., "Isothermal F."
"Orging of Pistons from an Alloy" (Isothermal forging of pistons from alloys) (Forging Production Magazine 1979)
For example, there is a hot deformation forging from an aluminum alloy billet as disclosed in U.S. Pat. Although this forging method is more expensive than the casting method, the forging of the silumin alloy piston has enhanced mechanical properties. For this reason, this sirmine alloy piston can be used for applications that receive a heavy load. Since the plasticity of silumin is low under hot deformation forging conditions, forging is generally performed on small, relatively simple pistons. Thus, reinforcements can be added to overcome this lack of plasticity, for example, by mounting a bracket on the piston. This reinforcement can complicate piston design and increase manufacturing costs. Additionally, forging methods may be limited by forging temperatures that do not provide the desired quality and size of silicon and other hardened particles in the silumin alloy. Thus, with known forging methods, sirmine alloy pistons do not achieve the desired plasticity and mechanical properties. Therefore, there is a need for a piston manufacturing method capable of manufacturing a piston having desired plasticity and mechanical properties. Further, there is a need for a piston manufacturing method that overcomes the above deficiencies.
There is also a need for a piston manufacturing method for manufacturing a sirmine alloy piston.

【0007】 (発明の概要) ピストン製造方法は内燃機関のピストンを製造する。この方法は、ケイ素、金
属間粒子、および注入硬化粒子からなるアルミニウム合金を含む初期ビレットか
らビレットを鍛造する。鍛造は、超可塑性条件および熱間変形条件すなわち鍛造
されたビレットの熱処理の少なくとも1つの下で実施される。鍛造は、約0.8
melt〜約0.98Tmeltの範囲にある温度における鍛造を含む。鍛造はまた、
約5×10-2/秒〜約5×10-5/秒の範囲にある歪み速度での鍛造を含む。ピ
ストンは、他の部品をピストンに連結できるようにする外形を伴って形成される
。初期ビレットは、少なくとも1つ薄層状を含む、任意の形状の粗粒ケイ素、金
属間粒子、注入硬化粒子、および球状である細粒ケイ素、金属間粒子、注入硬化
粒子のうち少なくとも1つを含む。ケイ素、金属間粒子、注入硬化粒子の容積含
有量は約25%〜約60%の範囲であり、ケイ素、金属間、および注入硬化粒子
の平均粒度は約15μm2未満である。
(Summary of the Invention) A piston manufacturing method manufactures a piston of an internal combustion engine. The method forges a billet from an initial billet comprising an aluminum alloy consisting of silicon, intermetallic particles, and injection hardened particles. Forging is performed under at least one of superplastic conditions and hot deformation conditions, ie, heat treatment of the forged billet. Forging is about 0.8
Including forging at a temperature in the range of T melt ~ about 0.98T melt. Forging is also
Including forging at a strain rate ranging from about 5 × 10 −2 / sec to about 5 × 10 −5 / sec. The piston is formed with a profile that allows other parts to be connected to the piston. The initial billet comprises at least one of coarse-grained silicon, intermetallic particles, injection-hardened particles, and at least one of spherical fine silicon, intermetallic particles, injection-hardened particles, including at least one lamellar shape. . The volume content of silicon, intermetallic, and injection hardened particles ranges from about 25% to about 60%, and the average particle size of the silicon, intermetallic, and injection hardened particles is less than about 15 μm 2 .

【0008】 本発明の上記およびその他の態様、利点、および顕著な特徴は、添付の図面に
関して本発明の実施形態を開示する下記の詳細な説明から明らかになろう。図面
においては、類似の部分は全図面を通じて類似の参照文字によって示した。
[0008] The above and other aspects, advantages and salient features of the present invention will become apparent from the following detailed description which discloses embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings. In the drawings, similar parts are designated by similar reference characters throughout the drawings.

【0009】 (発明の説明) 本発明によって実施されるピストン製造方法とその付属システムは、シルミン
合金を含むピストンの製造を可能にする。このピストン製造方法は鍛造によって
ピストンを形成することができる。本発明によって実施される鍛造によって製造
されるシルミン合金ピストンは、1つのピストンに組み合わされた様々な機械的
特性と特徴を包含する。これらの機械的特性と特徴は、さらにシルミン合金ピス
トンの初期外形構成と微細構造に依存する。さらに機械的特性と特徴は、本発明
によって実施されるピストン製造方法における変形処理によって生ずるシルミン
合金ピストンの外形構成と微細構造にも依存する。
Description of the Invention [0009] The method of making a piston and its associated system implemented according to the present invention allow for the manufacture of a piston containing a silumin alloy. In this piston manufacturing method, a piston can be formed by forging. Sirmine alloy pistons manufactured by forging performed according to the present invention include various mechanical properties and features combined into one piston. These mechanical properties and characteristics further depend on the initial external configuration and microstructure of the Silumin alloy piston. Further, the mechanical properties and characteristics also depend on the external configuration and microstructure of the sirmine alloy piston caused by the deformation process in the piston manufacturing method performed according to the present invention.

【0010】 本発明によって実施されるピストン製造方法を、図1のピストン・ダイ・シス
テムによって概略的に図示する。図1では、ピストン・ダイ・システムは、ピス
トン・ダイ母型(piston die matrix)1、ピストン・ダイ2
、プッシャ3、加熱要素4、少なくとも1つのライナ・プレート5、ビレット6
、および鍛造されたピストン7を含む。図2も、本発明によって実施されるピス
トン製造方法のピストン・ダイ・システムと関連構造の特徴を示す。図2は、リ
ング・ホルダ8、ばね9、ピストン・ダイ母型ガイド10、リング溝付きのピス
トン・ビレット11、ピストン半加工品、リング・ホルダ、およびクラウン12
、およびリング・ホルダ13を含むピストンを図示している。図3は、本発明に
よって実施されるピストン製造方法によって形成された溶融材料14を示す。
[0010] A piston manufacturing method implemented according to the present invention is schematically illustrated by the piston die system of FIG. In FIG. 1, the piston die system includes a piston die matrix 1, a piston die 2
, Pusher 3, heating element 4, at least one liner plate 5, billet 6
, And a forged piston 7. FIG. 2 also illustrates the features of the piston die system and related structures of the piston manufacturing method performed by the present invention. FIG. 2 shows a ring holder 8, a spring 9, a piston die master guide 10, a piston billet 11 with a ring groove, a piston blank, a ring holder, and a crown 12.
, And a piston including a ring holder 13. FIG. 3 shows a molten material 14 formed by a piston manufacturing method implemented according to the present invention.

【0011】 ピストン・ダイ・システムと関連構造のさらなる特徴をその他の図に示す。こ
れらの特徴は、整列フランジ15、部分的に形成されたビレット内側部分16、
リング17、帯状リング・ホルダ18、カップ状ビレット外側ケース19、カッ
プ状ビレット内側ケース20、ワッシャ状外側ビレット・ケース21、およびワ
ッシャ状内側ビレット・ケース22を含む。
Further features of the piston die system and associated structures are shown in other figures. These features include an alignment flange 15, a partially formed billet inner portion 16,
A ring 17, a band-shaped ring holder 18, a cup-shaped billet outer case 19, a cup-shaped billet inner case 20, a washer-shaped outer billet case 21, and a washer-shaped inner billet case 22 are included.

【0012】 本発明によって実施されるシルミン合金ピストン製造方法は、構造的補強物機
能(以後「補強物」と呼ぶ)を含む完全に形成されたピストンを鍛造することに
よって、シルミン合金ピストンを製造することができる。補強物はリング・ホル
ダおよびピストン・ブラケットを含むが、これらに限られることはない。本発明
によって実施されるピストン製造方法は、自動車、航空および海洋における適用
物、および踏面付きの大型機械において使用されるピストンなどの、内燃機関用
の様々な寸法のピストンを形成するために使用することができる。このピストン
製造方法は、意図される適用物の望みの機械的特性と特徴を満たす機械的特性と
特徴を有するピストンを提供することによって、ピストン製造効率を向上させる
ことができる。
A method for producing a sirmine alloy piston implemented in accordance with the present invention produces a sirmine alloy piston by forging a fully formed piston that includes a structural reinforcement function (hereinafter “reinforcement”). be able to. Reinforcements include, but are not limited to, ring holders and piston brackets. The piston manufacturing method implemented by the present invention is used to form pistons of various dimensions for internal combustion engines, such as those used in automotive, aviation and marine applications, and large machines with treads. be able to. The method of manufacturing a piston can improve piston manufacturing efficiency by providing a piston having mechanical properties and characteristics that satisfy the desired mechanical properties and characteristics of the intended application.

【0013】 本発明によって実施されるピストン製造方法は、アルミニウム合金構成物を含
むビレットの鍛造を含む。アルミニウム合金構成物は、ケイ素、金属間粒子、お
よび注入硬化粒子のうち少なくとも1つを含む。本発明の下記の説明は前述のア
ルミニウム合金構成物を述べるが、別の構成物も本発明の範囲の中にある。粒子
は薄層外形構成として準備することができる。初期ビレットの構成物、例えばア
ルミニウム合金構成物はまた、微粒ケイ素、金属間粒子、および注入硬化粒子の
うち少なくとも1つを含んでもよい。注入硬化粒子は一般に球状の外形にするこ
とができる。
[0013] The method of manufacturing a piston performed by the present invention includes forging a billet including an aluminum alloy component. The aluminum alloy composition includes at least one of silicon, intermetallic particles, and injection hardened particles. The following description of the invention refers to the aluminum alloy composition described above, but other compositions are also within the scope of the invention. The particles can be prepared as a thin profile configuration. The composition of the initial billet, for example, the aluminum alloy composition, may also include at least one of finely divided silicon, intermetallic particles, and injection hardened particles. The injection-cured particles can have a generally spherical outer shape.

【0014】 ピストン製造方法の鍛造ステップの次に、熱処理ステップを続けることができ
る。本発明によって実施されるピストン製造方法では、大型のピストンと補強物
を含むピストンとを製造することができる。このピストン製造方法はまた、ピス
トン構成部分をピストンに容易に連結することを可能にする外形にピストンを形
成できるようにする。鍛造は一般的に、ピストン材料を約0.8Tmelt〜約0.
98Tmeltの温度範囲にして実施される。ピストン製造方法の鍛造は一般に、約
5×10-2/秒〜約5×10-5/秒の範囲にある歪み速度で実行される。
[0014] Following the forging step of the piston manufacturing method, a heat treatment step may be continued. In the piston manufacturing method implemented by the present invention, a large-sized piston and a piston including a reinforcement can be manufactured. The method of manufacturing a piston also allows the piston to be formed into a profile that allows the piston component to be easily connected to the piston. Forging generally involves reducing the piston material from about 0.8 T melt to about 0.5 T melt .
It is performed in a temperature range of 98T melt . The forging of the piston manufacturing process is generally performed at a strain rate ranging from about 5 × 10 −2 / sec to about 5 × 10 −5 / sec.

【0015】 ピストン製造方法はまた、超可塑性条件または通常の熱間変形条件の下で行わ
れる鍛造ステップも含む。これらの条件は一般に、ケイ素、金属間粒子、および
注入硬化粒子のうち少なくとも1つが、アルミニウム合金構成物の約25%〜約
60%の範囲の容積含有量を有し、ケイ素、金属間粒子、および注入硬化粒子の
平均粒度が約15μm2未満である場合に得られる。ビレット材料組成が上記の
範囲を外れた粒子含有量および粒度を含む場合には、鍛造は熱間変形条件の下で
行うことができる。したがって、より大きなケイ素または粒子の粒度は、より低
い歪み速度による鍛造ステップを提供することができる。例えば、約10-3/秒
〜約5×10-5/秒の範囲にある歪み速度と、より低い鍛造温度範囲、例えば約
0.83Tmelt〜約0.89Tmeltの温度範囲の鍛造を実行することができる。
[0015] The piston manufacturing method also includes a forging step performed under superplastic conditions or normal hot deformation conditions. These conditions are generally such that at least one of the silicon, intermetallic particles, and the injection hardened particles has a volume content ranging from about 25% to about 60% of the aluminum alloy composition, and the silicon, intermetallic particles, And when the average particle size of the injection cured particles is less than about 15 μm 2 . If the billet material composition includes a particle content and particle size outside the above ranges, forging can be performed under hot deformation conditions. Thus, a larger silicon or particle size can provide a forging step with a lower strain rate. For example, forging a strain rate in the range of about 10-3 / sec to about 5 x 10-5 / sec and a lower forging temperature range, e.g., a temperature range of about 0.83T melt to about 0.89T melt. can do.

【0016】 ピストン製造方法のパラメータを決定する場合に、ビレット材料組成と外形構
成の特徴を考察することができる。例えば、ビレット材料組成が約20%以上の
粒子重量含有量と15μm2以上の平均粒度を含む場合には、ピストン製造のた
めに、初期ビレット外形構成と鍛造装置内へのビレット配置を考察することがで
きる。これらのビレット材料組成と外形構成の特徴は、本発明によって実施され
るピストン製造方法の実行中に起る変形を減少することもできる。上記のような
鍛造を含むことができるピストン製造方法は、一段工程から構成されることもで
きる。一段工程を含むピストン製造方法は、熱間変形条件および超可塑性条件の
下で実行することができる。
In determining the parameters of the piston manufacturing method, the characteristics of the billet material composition and the external configuration can be considered. For example, if the billet material composition includes a particle weight content of about 20% or more and an average particle size of 15 μm 2 or more, consider the initial billet geometry and billet placement in the forging equipment for piston manufacture. Can be. These billet material composition and profile features can also reduce the deformation that occurs during the performance of the piston manufacturing method practiced by the present invention. A piston manufacturing method that can include forging as described above can also include a single step. The piston manufacturing method including the one-step process can be performed under hot deformation conditions and superplastic conditions.

【0017】 代替案として、ピストン製造方法は、約0.90Tmelt〜約0.98Tmelt
温度範囲において、約5×10-2/秒〜約10-3/秒の歪み速度範囲で実行する
ことができる。これらの温度範囲と歪み速度範囲は、平均粒度が6μm2未満で
あるケイ素、金属間粒子、および注入硬化粒子の少なくとも1つを含むビレット
材料組成を使用するピストン製造方法によって採用される。このようなビレット
材料組成を有するビレットのピストン製造方法では、ビレットは鍛造ステップ前
の一次変形を受けることができる。一次変形は、約0.79Tmelt〜約0.86
meltの温度範囲において、約5×10-4/秒〜約5×10-3/秒の歪み速度範
囲で起こることが可能である。
Alternatively, the piston manufacturing method is performed in a temperature range from about 0.90 T melt to about 0.98 T melt with a strain rate range from about 5 × 10 −2 / sec to about 10 −3 / sec. be able to. These temperature ranges and strain rate ranges are employed by a piston manufacturing method using a billet material composition comprising at least one of silicon, intermetallic particles, and injection hardened particles having an average particle size of less than 6 μm 2 . In the method of manufacturing a billet piston having such a billet material composition, the billet can undergo primary deformation before the forging step. Primary deformation is about 0.79T melt to about 0.86
In the T melt temperature range, it can occur at a strain rate range of about 5 × 10 −4 / sec to about 5 × 10 −3 / sec.

【0018】 代替案として、本発明によって実施されるピストン製造方法は、約6μm2
約15μm2の範囲にある粒度を有する平均粒度のケイ素、金属間粒子、および
注入硬化粒子の少なくとも1つを有するビレット材料組成を含むビレットからピ
ストンを形成することができる。このビレット材料組成の百万分の単位(ppm
)は、約0.84Tmelt〜約0.96Tmeltの温度範囲において、約10-3/秒
〜約5×10-4/秒の歪み速度範囲で実行される熱間変形鍛造を含むことができ
る。
[0018] Alternatively, the method of manufacturing a piston implemented according to the present invention may be from about 6 μm 2 to
A piston can be formed from a billet comprising a billet material composition having at least one of silicon, intermetallic particles, and injection-hardened particles of an average particle size having a particle size in the range of about 15 μm 2 . Units per million of this billet material composition (ppm
) May include hot deformation forging performed in a temperature range from about 0.84 T melt to about 0.96 T melt at a strain rate range from about 10 −3 / sec to about 5 × 10 −4 / sec. it can.

【0019】 本発明によって実施されるピストン製造方法のさらに別の代替方法は、約15
μm2未満の平均粒度を有するケイ素、金属間粒子、および注入硬化粒子の少な
くとも1つを含み、注入硬化粒子は一般に球状の外形を有するビレットからピス
トンを形成することができる。本発明によって実施されるピストン製造方法のこ
の態様では、ケイ素粒子、金属間粒子、および注入硬化粒子の容積パーセントは
約25%〜約60%の範囲内にある。このようなビレット材料組成によって、ピ
ストン製造方法は、約0.88Tmelt〜約0.98Tmeltの温度範囲において、
約5×10-5/秒〜約1×10-1/秒の歪み速度範囲にある超可塑性条件の下で
実行される鍛造を含む。
Yet another alternative to the piston manufacturing method implemented by the present invention is that the
Including at least one of silicon, intermetallic particles, and injection-hardened particles having an average particle size of less than μm 2 , the injection-hardened particles can form a piston from a billet having a generally spherical profile. In this aspect of the piston manufacturing method practiced by the present invention, the volume percentage of silicon particles, intermetallic particles, and injection hardened particles is in the range of about 25% to about 60%. With such a billet material composition, the piston manufacturing method can be performed in a temperature range of about 0.88T melt to about 0.98T melt ,
Including forging performed under superplastic conditions in a strain rate range of about 5 × 10 -5 / sec to about 1 × 10 -1 / sec.

【0020】 さらにまた、ピストン製造方法は、全ビレット質量の約15%未満の容積でケ
イ素、金属間粒子、および注入硬化粒子の少なくとも1つを含むビレット材料組
成を有するビレットからピストンを形成することができる。本発明によって実施
されるこのピストン製造方法は、一般に先細の円錐状外形を備えることのできる
ビレット材料を使用することができる。鋳造材にすることのできるビレットは、
ビレットとピストン・ダイ母型との接触がビレットの面積の約30%以上である
側部表面によってのみ達成される外形構成を有するビレット材料組成を含む。
Still further, a method of making a piston comprises forming a piston from a billet having a billet material composition comprising at least one of silicon, intermetallic particles, and injection hardened particles in a volume of less than about 15% of the total billet mass. Can be. This method of manufacturing a piston, as practiced by the present invention, can use a billet material that can have a generally tapered conical profile. Billets that can be cast materials
The billet material composition has a profile configuration in which contact between the billet and the piston die master is achieved only by side surfaces that are about 30% or more of the area of the billet.

【0021】 ピストン製造方法においてビレットの下部元口端部とピストン・ダイ母型基部
との間にギャップ間隔を生じてもよい。ギャップ間隔はビレット材料の外形構成
によって決めることができる。例えば、ギャップ間隔は、ケイ素粒子、金属間粒
子、および注入硬化粒子の少なくとも1つの粒度と含有量に関して決定すること
ができる。このギャップ間隔は一般に下式で表される。 h=dK/C√F ただし、dはピストン・ダイ母型の底部の内径(mm)、Cはケイ素、金属間粒
子、および注入硬化粒子の少なくとも1つの含有量(質量%)、Fはケイ素粒子
、金属間粒子、および注入硬化粒子の少なくとも1つの平均面積(μm2)、お
よびKは鍛造ピストン・ダイ・ビットの形状とサイズを反映する係数であり、代
表的には約0.5〜約10の範囲で与えられる。したがって、平均粒度が約15
μm2未満のケイ素、金属間粒子、および注入硬化粒子を含むビレットでは、ど
のような変形も一般に急冷温度に本質的に等しい一定の温度で行われる。変形工
程直後のどのような急冷もピストン製造方法を達成することができる。
In the method of manufacturing the piston, a gap may be formed between the lower end of the billet and the base of the piston die. The gap interval can be determined by the external configuration of the billet material. For example, the gap spacing can be determined with respect to the size and content of at least one of silicon particles, intermetallic particles, and injection hardened particles. This gap interval is generally expressed by the following equation. h = dK / C√F where d is the inner diameter (mm) of the bottom of the piston die matrix, C is the content (% by mass) of at least one of silicon, intermetallic particles, and injection hardened particles, and F is silicon The average area (μm 2 ) of at least one of the particles, the intermetallic particles, and the injection hardened particles, and K is a coefficient that reflects the shape and size of the forged piston die bit, typically from about 0.5 to Given in the range of about 10. Therefore, the average particle size is about 15
In billets containing silicon, intermetallic particles, and injection-hardened particles less than μm 2 , any deformation is generally performed at a constant temperature essentially equal to the quench temperature. Any quenching immediately after the deformation step can achieve the piston manufacturing method.

【0022】 ビレットが平均粒度15μm2未満のケイ素、金属間粒子、および注入硬化粒
子を含み、15%未満のケイ素粒子、金属間粒子、および注入硬化粒子を含有し
ている場合には、粒度20μm2のケイ素、金属間粒子、および注入硬化粒子を
約20容量%〜約45容量%含む合金からリング・ホルダを作ることができる。
さらに、本発明によって実施されるピストン製造方法のリング・ホルダは、ピス
トン側部の上に締り嵌めによって、ピストン・ダイ母型表面の元口端部に対して
取り付けることができる。こうして、いかなる熱間変形鍛造も行うことができ、
結果的にピストン・クラウンが最初に、次いで内部が形状化される。
If the billet contains silicon, intermetallic and injection hardened particles having an average particle size of less than 15 μm 2 and contains less than 15% of silicon, intermetallic and injection hardened particles, the particle size is 20 μm The ring holder can be made from an alloy containing about 20% to about 45% by volume of the silicon, intermetallic particles, and injection hardened particles.
Furthermore, the ring holder of the piston manufacturing method implemented by the present invention can be attached to the base end of the piston die matrix surface by an interference fit over the piston side. Thus, any hot deformation forging can be performed,
As a result, the piston crown is shaped first and then inside.

【0023】 本発明によって実施されるピストン製造方法は、平均粒度が約15μm2未満
であり、含有量が容積で約25%〜約60%であるケイ素、金属間粒子、および
注入硬化粒子を含むビレット材料組成で使用することができる。この組合せでは
、平均粒度が約20μm2未満であり、含有量が容積で約20%〜約45%であ
るケイ素、金属間粒子、および注入硬化粒子を有する合金を含むリング・ホルダ
を使用することができる。リング・ホルダをピストン側部の上に締り嵌めによっ
て取り付け、ピストンの元口端部に対して配置される場合には、鍛造ステップを
超可塑性条件の下で実行することができる。したがって、ピストン・クラウンを
形状化し、次いでピストンの内部を形状化することができる。
The method of making a piston practiced according to the present invention includes silicon, intermetallic particles, and injection-hardened particles having an average particle size of less than about 15 μm 2 and a content of about 25% to about 60% by volume. It can be used in billet material compositions. In this combination, using a ring holder comprising an alloy having an average particle size of less than about 20 μm 2 and having a content of about 20% to about 45% by volume silicon, intermetallic particles, and injection hardened particles. Can be. If the ring holder is mounted on the piston side by an interference fit and placed against the base end of the piston, the forging step can be performed under superplastic conditions. Thus, the piston crown can be shaped and then the interior of the piston.

【0024】 平均粒度が約15μm2未満であるケイ素、金属間粒子、および注入硬化粒子
を含み、約15%のケイ素、金属間粒子、および注入硬化粒子を含有するビレッ
トは、銑鉄または鋼鉄で作られたリング・ホルダを使用することができる。さら
に、リング・ホルダは、ピストン側部の上に締り嵌めによって、このようなビレ
ットのためのピストンにおけるピストン・ダイ母型表面の元口端部に対して取り
付けることができる。本発明によって実施されるピストン製造方法におけるどの
ようなピストン鍛造も、超可塑性条件の下で行うことができる。したがって、先
ずピストン・クラウンを形状化し、次いでピストンの内部を形状化することがで
きる。
A billet containing silicon, intermetallic particles, and injection hardened particles having an average particle size of less than about 15 μm 2 , and containing about 15% silicon, intermetallic particles, and injection hardened particles, is made of pig iron or steel. Ring holders can be used. In addition, the ring holder can be mounted on the piston for such a billet by an interference fit over the piston side against the open end of the piston die matrix surface. Any piston forging in the piston manufacturing method performed by the present invention can be performed under superplastic conditions. Thus, the piston crown can be shaped first and then the interior of the piston.

【0025】 平均粒度が約15μm2未満であるケイ素、金属間粒子、および注入硬化粒子
を含み、約25%〜約60%の範囲でケイ素、金属間粒子、および注入硬化粒子
を含有するビレットは、銑鉄または鋼鉄で作られたリング・ホルダを使用するこ
とができる。さらに、リング・ホルダは、ピストン側部の上に締り嵌めによって
、この形式のビレットのためのピストンにおけるピストン・ダイ母型の元口端部
に対して取り付けることができる。本発明によって実施されるピストン製造方法
におけるどのようなピストン鍛造も、超可塑性条件の下で行うことができる。し
たがって、先ずピストン・クラウンを形状化し、次いでピストンの内部を形状化
することができる。
Billets containing silicon, intermetallic particles, and injection-hardened particles having an average particle size of less than about 15 μm 2 , and containing silicon, intermetallic particles, and injection-hardened particles in a range of about 25% to about 60%, , A ring holder made of pig iron or steel can be used. In addition, the ring holder can be mounted by means of an interference fit on the piston side against the open end of the piston die master in the piston for this type of billet. Any piston forging in the piston manufacturing method performed by the present invention can be performed under superplastic conditions. Thus, the piston crown can be shaped first and then the interior of the piston.

【0026】 本発明のもう1つの態様は、円錐形状を含むリング・ホルダとピストン本体ビ
レットの整列表面を設けることができる。円錐形状は約1°〜約10°の範囲の
角度とすることができる。本体ビレットは約1°〜約3°の範囲の負角を有する
リング・ショルダで作ることができる。リング・ホルダは、直径が約0.1mm
〜約0.2mmの範囲にある締り嵌めサイズによってリング・ショルダの中に置
くことができる。リング・ホルダの位置決めは一般に、本発明によって実施され
るピストン製造方法においては室温で行われる。
Another aspect of the invention may provide an alignment surface for the ring holder and the piston body billet including a conical shape. The conical shape can be at an angle ranging from about 1 ° to about 10 °. The body billet can be made of a ring shoulder having a negative angle ranging from about 1 ° to about 3 °. Ring holder is about 0.1mm in diameter
An interference fit size in the range of 約 0.2 mm allows it to be placed in the ring shoulder. The positioning of the ring holder is generally performed at room temperature in the piston manufacturing method implemented according to the invention.

【0027】 鍛造を含むピストン製造方法は2ステップで行うことができる。第1ステップ
では、鍛造はリング・ホルダをピストン・ダイ母型の中に置くことを含むことが
できる。置いた後のステップで、リング・ホルダの外表面とピストン・ダイ母型
の内表面との間に締り嵌めを準備する。締り嵌めは次のように計算することがで
きる。 1.0017≦d/D≦1.0035 ただしdは鍛造温度におけるリング・ホルダの外径、Dは鍛造温度におけるピス
トン・ダイ母型の内径である。鍛造は、ピストン・ダイ母型を鍛造方向に物理的
に移動させ、これに続くピストン・クラウンの鍛造中はリング・ホルダを固定し
ておくことによって行うことができる。
The method of manufacturing a piston including forging can be performed in two steps. In a first step, forging may include placing the ring holder in a piston die matrix. In the post-placement step, an interference fit is provided between the outer surface of the ring holder and the inner surface of the piston die. The interference fit can be calculated as follows. 1.0017 ≦ d / D ≦ 1.035 where d is the outer diameter of the ring holder at the forging temperature, and D is the inner diameter of the piston die matrix at the forging temperature. Forging can be performed by physically moving the piston-die matrix in the forging direction and fixing the ring holder during the subsequent forging of the piston crown.

【0028】 本発明によって実施されるピストン製造方法におけるリング・ホルダは、アル
ミニウムを含有する合金の層によって被覆することができる。被覆とピストン・
ケースは本質的に同じ組成から作ることができる。
The ring holder in the method of manufacturing a piston implemented according to the invention can be coated with a layer of an alloy containing aluminum. Coating and piston
The cases can be made from essentially the same composition.

【0029】 本発明によって実施されるピストン製造方法によって、内側ケースと外側ケー
スとを有するピストンを鍛造するために、2つのビレットを使用することができ
る。例えば、これは本発明を限定するものではないが、ピストン製造方法のため
のビレットはケイ素、金属間粒子、および注入硬化粒子を(全部で)約15%含
むことができる。このビレットはピストンの外側ケースを作るために使用するこ
とができる。もう1つのビレットの例もケイ素、金属間粒子、および注入硬化粒
子を(全部で)約15%含む。このビレット材料組成はピストンの内側ケースを
作るために使用することができ、外側ケースは締り嵌めによってピストンの側表
面に取り付けることができる。
With the piston manufacturing method implemented according to the present invention, two billets can be used to forge a piston having an inner case and an outer case. For example, but not a limitation of the present invention, a billet for a piston manufacturing method can include about 15% (in total) silicon, intermetallic particles, and injection hardened particles. This billet can be used to make the outer case of the piston. Another example billet also includes about 15% (in total) silicon, intermetallic particles, and injection cured particles. This billet material composition can be used to make the inner case of the piston, and the outer case can be attached to the side surface of the piston by an interference fit.

【0030】 2つのビレットの鍛造を含むピストン製造方法は、ケイ素、金属間粒子、およ
び注入硬化粒子を(全部で)約45容量%〜約60容量%含む例示的なビレット
材料組成を有するビレットを使用することができる。このビレット材料組成はピ
ストンの外側ケースを作るために使用することができる。ケイ素、金属間粒子、
および注入硬化粒子を(全部で)約25容量%〜約40容量%の範囲で含む例示
的なビレット材料組成を、ピストンの内側本体を作るために使用することができ
る。このようなピストンを鍛造する間に、ピストン・ダイを超可塑性条件下など
の内側ビレットの変形を促す温度にまで加熱することができる。ピストン・ダイ
母型を超可塑性条件下で外側ビレットの変形を促す温度にまで加熱することがで
きる。さらに、このピストン製造方法は一般にワッシャ状をなすビレットを使用
することができる。代替案として、2つのビレットの鍛造を含むピストン製造方
法は、ビレットの元口端部に先細部を含む外側カップ状ビレットを有するカップ
状ビレットを使用することができる。2つのビレットの鍛造を含むピストン製造
方法では、内側カップを外側カップの中に圧入することによって、本発明で実施
される複合ビレットの組立品を完成することができる。
A method of making a piston, including forging two billets, involves forming a billet having an exemplary billet material composition comprising from about 45% to about 60% by volume (total) silicon, intermetallic particles, and injection hardened particles. Can be used. This billet material composition can be used to make the outer case of the piston. Silicon, intermetallic particles,
An exemplary billet material composition comprising (in total) from about 25% to about 40% by volume of injected hardened particles can be used to make the inner body of the piston. While forging such a piston, the piston die can be heated to a temperature that promotes deformation of the inner billet, such as under superplastic conditions. The piston-die matrix can be heated under superplastic conditions to a temperature that promotes deformation of the outer billet. In addition, this piston manufacturing method can generally use a billet in the form of a washer. Alternatively, a piston manufacturing method involving forging of two billets may use a cup-shaped billet having an outer cup-shaped billet including a tapered portion at the base end of the billet. In a piston manufacturing method involving forging of two billets, the composite billet assembly embodied in the present invention can be completed by pressing the inner cup into the outer cup.

【0031】 本発明によって実施されるピストン製造方法のためのビレットは、隆起、ショ
ルダ、または他の延長部を含むことができる。ショルダの表面は、波周期Lを有
する波形表面を含むことができる(図6)。ケイ素、金属間粒子、粒度、および
注入硬化粒子が増加したビレット材料組成は、結果的に波周期Lの増加となる。
例えば、本発明によって実施されるピストン製造方法は、さらに鋼製のワッシャ
、スペーサ、またはその他の分離装置を使用することができる。スペーサは、シ
ョルダ表面の上に置くことができる。ワッシャの厚さは一般に下記の条件を満た
すものである。 L/l=4−42 さらに、ビレットの高さとショルダとの関係は、鍛造が達成されたときに波形ワ
ッシャがピストンの圧縮リング溝において同じ全体レベルになり得るように、決
定することができる。
A billet for a piston manufacturing method practiced according to the present invention may include a ridge, shoulder, or other extension. The surface of the shoulder may include a corrugated surface having a wave period L (FIG. 6). Billet material compositions with increased silicon, intermetallic particles, particle size, and injection hardened particles result in increased wave period L.
For example, a piston manufacturing method implemented according to the present invention may further use steel washers, spacers, or other separating devices. The spacer can be placed on the shoulder surface. The thickness of the washer generally satisfies the following conditions. L / l = 4-42 Further, the relationship between billet height and shoulder can be determined such that the corrugated washer can be at the same overall level in the compression ring groove of the piston when forging is achieved.

【0032】 平均粒度が約15μm2未満であるケイ素、金属間粒子、および注入硬化粒子
を含むビレットをピストン・ダイ母型の中にブラケットに対向して置くことがで
き、ブラケットはビレットの底を反映する。この方向付けは結果として、ピスト
ンが鍛造された後に、例えば熱間変形を使用して鍛造されたロック・ジョイント
が形成されることになる。形成されたロック・ジョイントの中に作り出されるブ
ラケット表面積Sは下記の式によって決定することができる。 S=KP/SinαF ただしPはエンジン作動中に作られた動的力に打ち勝つために必要な分離力、K
は信頼性係数、Fは作業温度におけるアルミニウム合金の流体抵抗、αはショル
ダとピストン移動方向との間の角度である。
A billet comprising silicon, intermetallic particles, and injection-hardened particles having an average particle size of less than about 15 μm 2 can be placed in a piston-die matrix opposite a bracket, wherein the bracket has reflect. This orientation results in the formation of a forged lock joint, for example using hot deformation, after the piston has been forged. The bracket surface area S created in the formed lock joint can be determined by the following equation: S = KP / SinαF where P is the separation force required to overcome the dynamic force created during engine operation, K
Is the reliability factor, F is the fluid resistance of the aluminum alloy at the working temperature, and α is the angle between the shoulder and the direction of piston movement.

【0033】 代替案として、平均粒度が約15μm2未満であるケイ素、金属間粒子、およ
び注入硬化粒子を含み、約25%〜約60%の範囲でケイ素、金属間粒子、およ
び注入硬化粒子の全容量を含有するビレットを本発明によって実施されるピスト
ン製造方法の間にピストン・ダイ母型の中に配置することができる。この配置は
ビレット表面を反映するブラケットに対向して置くことを含むことができる。こ
の配置は結果として、ピストンが超可塑性条件の下で鍛造された後にロック・ジ
ョイントが形成されることになる。ブラケットの表面積Sは、上記のように下式
によって決定することができる。 S=KP/SinαF
[0033] Alternatively, silicon, intermetallic particles, and injection cured particles having an average particle size of less than about 15 μm 2 , including silicon, intermetallic particles, and injection cured particles in the range of about 25% to about 60%. A billet containing the entire volume can be placed in a piston die matrix during the piston manufacturing process performed according to the present invention. This arrangement may include placing it opposite a bracket reflecting the billet surface. This arrangement results in the formation of a lock joint after the piston has been forged under superplastic conditions. The surface area S of the bracket can be determined by the following equation as described above. S = KP / SinαF

【0034】 もう1つの代替案として、平均粒度が約15μm2未満であるケイ素、金属間
粒子、および注入硬化粒子を含み、約25%〜約60%の範囲でケイ素、金属間
粒子、および注入硬化粒子の全容量を含有するビレットをピストン・ダイ母型の
中にブラケットに対向して配置することができる。ブラケットは、アルミニウム
合金を浸透させた多孔性セラミック材料などの多孔性セラミック材料から形成す
ることができる。多孔性セラミック材料の間隙率は約35%〜約50%の範囲に
ある。したがって、本発明によって実施されるピストン製造方法における鍛造は
、超可塑性条件の下で行うことができる。多孔性セラミック材料に浸透させるた
めに、ピストン・ケースの製造に使用するものと同じアルミニウム合金組成を使
用することができる。
Another alternative is to include silicon, intermetallic particles, and implant hardened particles having an average particle size of less than about 15 μm 2, with silicon, intermetallic particles, and implants ranging from about 25% to about 60%. A billet containing the entire volume of the cured particles can be placed in the piston die master opposite the bracket. The bracket can be formed from a porous ceramic material, such as a porous ceramic material impregnated with an aluminum alloy. Porosity of the porous ceramic material ranges from about 35% to about 50%. Therefore, forging in the piston manufacturing method performed by the present invention can be performed under superplastic conditions. To infiltrate the porous ceramic material, the same aluminum alloy composition used to make the piston case can be used.

【0035】 鍛造ステップの後に、本発明によって実施されるピストン製造方法によって形
成されるピストンをさらに変形にかけることができる。例えば、さらなる変形は
、約0.5分〜約5分の範囲にある時間だけ約10-5/秒〜10-4/秒の範囲の
歪み速度で閉端ピストン・ダイの中で変形することを含む。平均粒度が約15μ
2未満であるケイ素、金属間粒子、および注入硬化粒子を含むビレット材料組
成については、硬化層をピストン表面に付着させることができる。このシナリオ
では、熱間変形鍛造を約0.9Tmelt〜約0.96Tmeltの温度範囲において、
約5×10-2/秒〜約10-3/秒の範囲にある歪み速度で行うことができる。
After the forging step, the piston formed by the piston manufacturing method implemented according to the present invention may be subjected to further deformation. For example, a further deformation is to deform in a closed end piston die at a strain rate in the range of about 10-5 / sec to 10-4 / sec for a time in the range of about 0.5 to about 5 minutes. including. Average particle size is about 15μ
For billet material compositions that include silicon, intermetallic particles, and injection cured particles that are less than m 2 , a cured layer can be deposited on the piston surface. In this scenario, hot deformation forging is performed in a temperature range of about 0.9T melt to about 0.96T melt ,
Strain rates ranging from about 5 × 10 −2 / sec to about 10 −3 / sec can be performed.

【0036】 本発明によって実施されるピストン製造方法は、ピストンの製造における鍛造
条件を強化することができる。この強化を、ビレットの初期微細構造と化学的組
成を考慮することによって行うことができる。実験によって、望みの鍛造温度の
間隔が提供されて望みの機械的特性を作り出すことがわかっている。形状が複雑
で大型であるビレットの鍛造は、本発明によって実施されるピストン・ダイへの
ビレットの配置技法を実行しながら、上述の温度と歪み速度との間隔で達成する
ことができる。
The piston manufacturing method implemented by the present invention can enhance forging conditions in manufacturing a piston. This enhancement can be achieved by considering the initial microstructure and chemical composition of the billet. Experiments have shown that the desired forging temperature interval is provided to produce the desired mechanical properties. Forging of large and complex billets can be achieved at the above-mentioned temperature and strain rate intervals while performing the technique of placing a billet on a piston die implemented by the present invention.

【0037】 硬化されていないかまたは補強要素が加えられていない単純形状ピストンなど
のピストンは、低定格エンジンに採用することができる。これらのピストンは、
本発明によって実施されるさらに別のピストン製造方法において、ビレットから
金型鋳造することによって製造することができる。このピストン製造方法は製造
費が比較的低いピストンを製造することができる。鋳造はビレット製造において
最も低廉な方法である。金型鋳造用の原料は、平均粒度が約15μm2以上であ
るケイ素、金属間粒子を含む粗い微細構造を含むことができる。
[0037] Pistons, such as simple shaped pistons that have not been cured or have no added reinforcement elements, can be employed in low rated engines. These pistons
In still another piston manufacturing method implemented by the present invention, the piston can be manufactured by die casting from a billet. This piston manufacturing method can manufacture a piston whose manufacturing cost is relatively low. Casting is the least expensive method in billet manufacture. The raw materials for mold casting can include a coarse microstructure including silicon and intermetallic particles having an average particle size of about 15 μm 2 or more.

【0038】 例えば、この微細構造を含むシルミンは、一般的に熱間変形条件の下では低レ
ベルの可塑性を示す。これらのシルミンはまた、約0.86Tmelt〜約0.91
meltの温度範囲と、約10-3/秒〜約5×10-5/秒の歪み速度範囲とにおい
て高い可塑性を示す。平均粒度が約6μm2未満の粒子を有する微粒構造のシル
ミンは、より高い可塑性を示し、複雑形状のピストンおよび大型ピストンの製造
に使用するのに適している。ピストン製造方法がこの微細構造を有する事前鍛造
されたビレットを含む場合には、連続鋳造と熱間変形鍛造を例えば圧縮ステップ
によって行うことができる。合金粒子の粒度低下は変形温度範囲の増加を可能に
する。ピストン製造方法における変形鍛造が行われる温度と歪み速度は、シルミ
ン材料の機械的特性に影響するであろう。これらの影響を受けた特性は、ピスト
ン製造方法の鍛造ステップの後に認識することができ、その後に熱処理が続く。
For example, silmins containing this microstructure generally exhibit a low level of plasticity under hot deformation conditions. These sirmines are also available from about 0.86T melt to about 0.91.
It exhibits high plasticity in the temperature range of T melt and in the strain rate range of about 10 −3 / sec to about 5 × 10 −5 / sec. Fine-grained sirmine with particles having an average particle size of less than about 6 μm 2 exhibits higher plasticity and is suitable for use in the production of pistons of complex shape and large pistons. If the piston manufacturing method includes a pre-forged billet having this microstructure, continuous casting and hot deformation forging can be performed, for example, by a compression step. Decreasing the size of the alloy particles allows for an increase in the deformation temperature range. The temperature and strain rate at which the deformation forging is performed in the piston manufacturing process will affect the mechanical properties of the silumin material. These affected properties can be recognized after the forging step of the piston manufacturing method, followed by a heat treatment.

【0039】 本発明によって実施されるピストン製造方法は、細粒微細構造の合金からピス
トンを製造することができる。この細粒微細構造の合金は、約0.9Tmelt〜約
0.96Tmeltの温度範囲と、約5×10-2/秒〜約1×10-3/秒の歪み速度
範囲における変形の後に、望みの機械的特性を発揮することができる。上記の範
囲で形成されるこれらの特性は、ビレット材料におけるケイ素、金属間粒子、お
よび注入硬化粒子に隣接する微細孔の形成に帰することが可能である。微細孔は
ピストン製造方法の高温変形条件の下で形成することができる。微細孔のサイズ
は、ピストン製造方法中に加えられる歪み速度の低下によって増すことが可能で
ある。この低下は、本発明によって実施される高い歪み速度で達成される機械的
特性に帰することが可能である。
The method of manufacturing a piston implemented by the present invention can manufacture a piston from an alloy having a fine-grained microstructure. This fine-grained microstructured alloy has a temperature range of about 0.9 T melt to about 0.96 T melt and a strain rate range of about 5 × 10 −2 / sec to about 1 × 10 −3 / sec after deformation. And the desired mechanical properties can be exhibited. These properties formed in the above ranges can be attributed to the formation of micropores adjacent to silicon, intermetallic particles, and injection-hardened particles in the billet material. The micropores can be formed under the high temperature deformation conditions of the piston manufacturing method. The size of the micropores can be increased by reducing the strain rate applied during the piston manufacturing process. This reduction can be attributed to the mechanical properties achieved at the high strain rates implemented by the present invention.

【0040】 逆に、本ピストン製造方法は、粗粒微細構造の合金からピストンを製造するこ
ともできる。粗粒微細構造の合金は、約10-3/秒〜約5×10-5/秒の歪み速
度範囲における変形の後に望みの機械的特性を発揮できることが確定されている
。さらに、平均粒度が約6μm2〜15μm2のケイ素、金属間粒子、および注入
硬化粒子を含むビレット材料組成の変形条件も決定された。これらの変形条件は
、約0.84Tmelt〜約0.96Tmeltの温度範囲と、約10-3/秒〜約5×1
-5/秒の歪み速度範囲における変形を含む。
Conversely, the present piston manufacturing method can also manufacture a piston from an alloy having a coarse-grained fine structure. It has been determined that alloys with a coarse-grained microstructure can exhibit desired mechanical properties after deformation in a strain rate range of about 10-3 / sec to about 5 x 10-5 / sec. Furthermore, the silicon having an average particle size of about 6 [mu] m 2 15 m 2, deformation condition of the billet material composition comprising intermetallic particles, and the injection cured particles were determined. These deformation conditions include a temperature range of about 0.84 T melt to about 0.96 T melt and about 10 −3 / sec to about 5 × 1.
Includes deformation in the strain rate range of 0 -5 / sec.

【0041】 ビレットの中に平均粒度が約6μm2未満のケイ素、金属間粒子、および注入
硬化粒子を含むピストン製造方法のための細粒合金を、粗粒薄層粒微細構造を含
む鋳造ビレットの熱間変形によって製造することができる。このようなケイ素と
金属間粒子を変形鍛造するためのピストン製造方法の条件は、約0.79Tmelt 〜約0.96Tmeltの温度範囲と、約5×10-4/秒〜約5×10-3/秒の歪み
速度範囲にある。
A fine grain alloy for a piston manufacturing process comprising silicon, intermetallic particles, and injection hardened particles having an average particle size of less than about 6 μm 2 in a billet is used to form a cast billet comprising a coarse thin layer microstructure. It can be manufactured by hot deformation. The conditions of the piston manufacturing method for deforming and forging such silicon and intermetallic particles are as follows: a temperature range of about 0.79 T melt to about 0.96 T melt , and about 5 × 10 −4 / sec to about 5 × 10 4 melt. In the strain rate range of -3 / sec.

【0042】 本発明によって実施されるピストン製造方法を、様々な組成、微細構造、およ
び粒度を含むピストンを超可塑性条件の下で製造するために使用することができ
る。例えば、これは本発明を限定するものではないが、もろい材料、例えば硬化
粒子で補強された共融シルミンを本発明によって実施されるピストン製造方法に
よって製造することができる。代替案として、複雑な形状を有し、ピストン自体
に対するリング・ホルダの変形と変位を減らす材料である低応力流材料で硬化さ
れたピストンを本発明によって実施されるピストン製造方法によって製造するこ
とができる。さらに別の代替案として、低力プレスによってプレス加工される大
型粒度を含むピストンを本ピストン製造方法によって形成することができる。
The piston manufacturing method practiced by the present invention can be used to manufacture pistons with various compositions, microstructures, and particle sizes under superplastic conditions. For example, this is not a limitation of the present invention, but fragile materials, such as eutectic sirmine reinforced with hardened particles, can be made by the piston making method implemented according to the present invention. Alternatively, a piston hardened with a low stress flow material, which has a complex shape and reduces the deformation and displacement of the ring holder relative to the piston itself, can be manufactured by the piston manufacturing method implemented according to the present invention. it can. As yet another alternative, a piston containing large grain sizes pressed by a low-strength press can be formed by the present piston manufacturing method.

【0043】 本発明によって実施されるピストン製造方法の超可塑変形条件を平均粒度が約
15μm2未満の粒度のケイ素、金属間粒子、および注入硬化粒子に対して使用
することができる。さらに、超可塑変形条件は、ケイ素、金属間粒子、および注
入硬化粒子の容量を約25%〜約60%の範囲で含む。約5×10-5/秒〜約5
×10-3/秒の歪み速度範囲と約0.88Tmelt〜約0.98Tmeltの変形温度
範囲とを上記の粒度のために超可塑変形条件として使用することができる。
The superplastic deformation conditions of the piston manufacturing method practiced by the present invention can be used for silicon, intermetallic particles, and injection hardened particles having an average particle size of less than about 15 μm 2 . Further, the superplastic deformation conditions include silicon, intermetallic particles, and injection hardened particle volumes in the range of about 25% to about 60%. About 5 × 10 -5 / sec to about 5
A strain rate range of × 10 -3 / sec and a deformation temperature range of about 0.88 T melt to about 0.98 T melt can be used as superplastic deformation conditions for the above particle size.

【0044】 本発明によって実施されるピストン製造方法は、すべてが約15μm2以上の
平均粒度を有するケイ素、金属間粒子、および注入硬化粒子を約15重量%以上
含有するビレットを鍛造することができる。このようなビレット材料組成は一般
的に低レベルの可塑性を示す。本ピストン製造方法中に、ピストン・ダイ・ビッ
トが元口端部に接触するまで、ピストン・ビレットとピストン・ダイ母型の表面
との間の接触が側部表面積の約30%〜約100%内で発生するはずである。こ
の接触は、ビレットの開裂とき裂形成の少なくとも1つを防止するはずである。
The method of making pistons practiced according to the present invention can forge billets containing about 15% by weight or more of silicon, intermetallic particles, and injection hardened particles, all having an average particle size of about 15 μm 2 or more. . Such billet material compositions generally exhibit a low level of plasticity. During the present piston manufacturing process, the contact between the piston billet and the surface of the piston die master is from about 30% to about 100% of the side surface area until the piston die bit contacts the original end. Should occur within. This contact should prevent at least one of the crevice formation upon cleavage of the billet.

【0045】 さらに、本ピストン製造方法は、ビレット基部とピストン・ダイ母型基部との
間に最大間隔を提供するはずである。この間隔は一般に、例えばビレット材料組
成の可塑性に依存するが、ケイ素、金属間粒子、および注入硬化粒子の量と粒度
、ビレットの直径、およびピストン・ダイの寸法と形状の少なくとも1つに限定
されるものではない。ビレット材料組成がもろい場合には、ピストン・ビレット
の基部とピストン・ダイ母型の基部との間の間隔をもっと短くすることができる
。この間隔は、ピストン・ダイ・ビットがピストン・ダイ母型の中に配置される
ときにビレットのゆがみを防止するために必要である。
Further, the present piston manufacturing method should provide a maximum spacing between the billet base and the piston die matrix base. This spacing generally depends, for example, on the plasticity of the billet material composition, but is limited to at least one of the amount and size of silicon, intermetallic particles, and injection hardened particles, the diameter of the billet, and the size and shape of the piston die. Not something. If the billet material composition is brittle, the spacing between the base of the piston billet and the base of the piston die matrix can be further reduced. This spacing is necessary to prevent warping of the billet when the piston die bit is placed in the piston die matrix.

【0046】 本発明によって実施されるピストン製造方法は、ピストンが急冷のための本質
的に同じ温度で鍛造された場合には、鍛造が終わった後の焼入れ冷却を含むこと
ができる。この処理手順は、急冷ステップ用の加熱は長くなるので、ピストン製
造方法の時間を減らし、したがって省くことができる。さらに、「急冷用の加熱
」がないことは、ビレット材料組成のアルミニウム固化における結晶の成長を防
止することができる。この処理手順は最終ピストンにおいてさらに細かい粒子微
細構造を提供することもできる。
The method of making a piston implemented according to the present invention may include quenching cooling after forging has been completed if the piston is forged at essentially the same temperature for quenching. This procedure reduces the time of the piston manufacturing process and therefore can be omitted, since the heating for the quenching step is longer. Furthermore, the absence of "quenching heating" can prevent crystal growth during solidification of aluminum in the billet material composition. This procedure can also provide a finer grain microstructure in the final piston.

【0047】 エンジンの作動中にピストン・リング溝の崩壊を制限するために、ピストンに
おけるリング溝をピストン製造方法において補強することができる。リング溝を
金属製リング・ホルダで補強することができ、このリング・ホルダは、作業温度
においてビレット材料の強度よりも一般に高い強度を提供する。例えば、ピスト
ンが鋳造物として形成される場合には、リング・ホルダは通常、溶融金属によっ
て形成された被覆によって補強された銑鉄を含むことができる。代替案として、
ピストンが鍛造される場合には、リング・ホルダは、シルミンが一般的にピスト
ン・ビレット材料よりも高い強度特性を有するので、ケイ素、金属間粒子、およ
び注入硬化粒子を有する粗粒シルミンを含む微細構造を含むことができる。
To limit the collapse of the piston ring groove during operation of the engine, the ring groove in the piston can be reinforced in the piston manufacturing method. The ring groove can be reinforced with a metal ring holder, which provides a strength generally higher than that of the billet material at the operating temperature. For example, if the piston is formed as a casting, the ring holder may typically include pig iron reinforced by a coating formed by molten metal. As an alternative,
When the piston is forged, the ring holder is finely divided, including silicon, intermetallic particles, and coarse sirmine with injection hardened particles, because sirmine generally has higher strength properties than piston billet material. Structures can be included.

【0048】 例えば、約15μm2未満の平均粒度を有するケイ素、金属間粒子、および注
入硬化粒子を有し、約15容量%未満のケイ素、金属間粒子、および注入硬化粒
子を含む細粒シルミンまたは中間材料を本発明によって実施されるピストン製造
方法に使用することができる。この材料は、シルミンから形成されるリング・ホ
ルダとともに鍛造することを可能にすることができる可塑性を示す。シルミンは
、ケイ素、金属間粒子、および注入硬化粒子を約20%〜約45%含むことがで
き、ケイ素、金属間粒子、および注入硬化粒子の平均粒度は約20μm2である
For example, fine-grained sirmine having silicon, intermetallic, and injection-hardened particles having an average particle size of less than about 15 μm 2 and containing less than about 15% by volume of silicon, intermetallic, and injection-hardened particles. The intermediate material can be used in a piston manufacturing method implemented according to the present invention. This material exhibits plasticity that can allow forging with a ring holder formed from silumin. The silumin can comprise from about 20% to about 45% silicon, intermetallic, and injection-hardened particles, with an average particle size of about 20 μm 2 of silicon, intermetallic, and injection-hardened particles.

【0049】 リング・ホルダをビレットの上に置き、ビレットとともにピストン・ダイ母型
の中に配置することができる。半加工品にき裂が生じないように、ピストン・ビ
レット表面とピストン・ダイ母型の元口端部側との間に締り嵌めを確立すること
ができる。まずピストン・クラウンを形成して、ビレットの上にリング・ホルダ
を置き、変形を防止することができる。ビレット材料に対する応力は一般的に、
あらゆる熱間変形処理中にリング・ホルダ材料を補強するために加える応力より
も低い。したがって、補強材料はリング・ホルダの周りの空間を埋め、リング・
ホルダは通常例えば約20%未満の最小変形を受ける。ビレットが粒子を約25
容量%〜約60容量%有するビレット材料組成を含むことを意味する「微細複式
構造」を有するピストン・ビレットを、超可塑性条件の下で、本発明によって実
施されるピストン製造方法にかけることができる。このピストン製造方法では、
鍛造がプレス機によって行われ、リング・ホルダが受ける変形は小さい。
The ring holder can be placed on a billet and placed with the billet in a piston die matrix. An interference fit can be established between the piston billet surface and the base end of the piston die mold so that the blank does not crack. First, a piston crown can be formed to place the ring holder on the billet to prevent deformation. The stress on billet material is generally
Less than the stress applied to reinforce the ring holder material during any hot deformation process. Therefore, the reinforcing material fills the space around the ring holder,
The holder typically experiences a minimum deformation of, for example, less than about 20%. Billet has about 25 particles
Piston billets having a "fine duplex structure", which means comprising a billet material composition having from about 60% to about 60% by volume, can be subjected to a method of making a piston carried out according to the present invention under superplastic conditions. . In this piston manufacturing method,
Forging is performed by a press, and the deformation of the ring holder is small.

【0050】 銑鉄および鋼鉄のうち少なくとも1つを含み、ケイ素、金属間粒子、および注
入硬化粒子の平均粒度が約15μm2未満であるリング・ホルダを本ピストン製
造方法で使用して、リング・ホルダの移動を防止し、リング・ホルダの変形また
は破壊を防ぐことができる。この防止策を達成するために、側部表面上に締り嵌
めを有するピストン・ダイ母型の中にリング・ホルダを元口端部表面に対して挿
入することができる。ピストン・クラウンを先ず鍛造してから、超可塑性条件の
下でピストン内側部分を鍛造すると鍛造は簡単になる。
A ring holder comprising at least one of pig iron and steel, wherein the average particle size of silicon, intermetallic particles, and injection hardened particles is less than about 15 μm 2 , is used in the present piston manufacturing method to form a ring holder. Of the ring holder can be prevented, and deformation or destruction of the ring holder can be prevented. To achieve this prevention, a ring holder can be inserted into the die end surface into a piston die master having an interference fit on the side surface. Forging is simplified by first forging the piston crown and then forging the inner part of the piston under superplastic conditions.

【0051】 本発明によって実施されるピストン製造方法において、リング・ホルダとピス
トンとの間には信頼性のある接合部が形成されなければならない。このような接
合部は、リング・ホルダの空洞を満たすピストン材料によって作ることができ、
次いで接合部の変形が続く。事前処理によるなど、酸化物膜をリング・ホルダの
上に設ける場合には、リング・ホルダをピストン半加工品の上に置くときに膜の
剥離が起る。リング・ホルダとピストン半加工品の表面を合わせて、約1°〜1
0°の範囲の円錐角を有する円錐形状にすることができる。ピストンとビレット
・リング・ショルダは、約1°〜約3°の範囲の負角を含むことができる。さら
に、リング・ホルダは約15℃〜約540℃の範囲にある温度で、約0.1mm
〜約0.2mmの範囲にある直径の締り嵌めとともに圧縮することができる。本
発明によって実施される鍛造条件は、リング・ホルダとピストンとの間に信頼性
のある拡散接合部を作ることができる。負角は、リング・ホルダの元口端部とピ
ストン・ビレットの係合表面が加熱と鍛造中に酸化することを防止する。それか
ら、リング・ホルダの下端部とリング・ショルダとは形状が異なるので、閉空洞
が形成可能である。その上、これらの表面と炉内雰囲気との接触が防止され、こ
れは鍛造中のピストン・ビレットとリング・ホルダの酸化速度を低下させること
ができる。
In the piston manufacturing method implemented according to the present invention, a reliable joint must be formed between the ring holder and the piston. Such a joint can be made by a piston material that fills the cavity of the ring holder,
The deformation of the joint then follows. If the oxide film is provided on a ring holder, such as by pre-treatment, peeling of the film occurs when the ring holder is placed on the piston blank. Approximately 1 ° -1
It can be conical with a cone angle in the range of 0 °. The piston and billet ring shoulder can include negative angles ranging from about 1 ° to about 3 °. In addition, the ring holder is about 0.1 mm at a temperature ranging from about 15 ° C. to about 540 ° C.
It can be compressed with an interference fit having a diameter in the range of about 0.2 mm. The forging conditions implemented by the present invention can create a reliable diffusion bond between the ring holder and the piston. The negative angle prevents the mating end of the ring holder and the engagement surface of the piston billet from oxidizing during heating and forging. Since the lower end of the ring holder and the ring shoulder are different in shape, a closed cavity can be formed. In addition, contact between these surfaces and the furnace atmosphere is prevented, which can reduce the rate of oxidation of the piston billet and ring holder during forging.

【0052】 さらに、形状が異なるので、鍛造中にリング・ホルダ基部とショルダにおける
変形が起こることが可能である。変形は酸化膜を減らすことができ、リング・ホ
ルダ基部とショルダ表面との間における拡散接合部の形成を促進する。
Furthermore, because of the different shapes, it is possible for deformations in the ring holder base and the shoulder to occur during forging. Deformation can reduce oxides and promote the formation of a diffusion bond between the ring holder base and the shoulder surface.

【0053】 リング・ホルダ付きのピストンの鍛造は、2段階ピストン製造方法において行
うことができる。先ずビレットを、リング溝ゾーンを上向きに配置して元口端部
をピストン・ダイに対向させて置くことができる。ピストン・ダイはピストン・
クラウンを型押しし、次いでリング・ホルダを圧縮する。それからピストン半加
工品を反転することができるので、クラウンは下向きになり、第2ピストン製造
段階がピストン内側の形成によって始まる。
Forging a piston with a ring holder can be performed in a two-stage piston manufacturing method. First, the billet can be placed with the base end facing the piston die with the ring groove zone facing upward. Piston die
The crown is embossed and then the ring holder is compressed. The piston blank can then be inverted so that the crown is facing down and the second piston manufacturing stage begins with the formation of the piston inside.

【0054】 リング・ホルダをピストン・ダイ母型の中に置くことができ、これによってリ
ング・ホルダの外表面とピストン・ダイ母型の内表面との間に締り嵌めを形成す
る。この配置は、ピストンが熱間変形処理を受ける間に、リング・ホルダの割れ
を防ぐことができる。この配置は、ピストン内側の形成中に金属流量の変化によ
って起るゆがみも防止することができる。締り嵌めの特性は次のように計算する
ことができる。 1.0017≦d/D≦1.0035 ただしdは鍛造温度におけるリング溝の外径、Dは鍛造温度におけるピストン・
ダイ母型の内径である。
The ring holder can be placed in a piston die master, thereby forming an interference fit between the outer surface of the ring holder and the inner surface of the piston die master. This arrangement can prevent the ring holder from cracking while the piston undergoes a hot deformation process. This arrangement can also prevent distortions caused by changes in metal flow during formation of the piston interior. The characteristics of the interference fit can be calculated as follows. 1.0017 ≦ d / D ≦ 1.0035 where d is the outer diameter of the ring groove at the forging temperature, and D is the piston diameter at the forging temperature.
This is the inner diameter of the die matrix.

【0055】 締り嵌めが所望のものより小さい場合には、リング・ホルダのき裂またはゆが
みが起こることがある。狭い締り嵌めは、リング・ホルダを有するピストン・ビ
レットのピストン・ダイ母型内部への挿入を複雑にすることがある。ピストン製
造方法がリング・ホルダを円筒形状のビレットの上に、その間に隙間がないかほ
とんどないようにして置く場合には、ピストン・ダイ母型は、本発明によって実
施されるピストン製造方法においてリング・ホルダの安定性を強化することがで
きる。この配置方向はまた、リング・ホルダの上下における不均一な金属分布を
防止することができる。この配置方向は、鍛造中のリング・ホルダ位置とともに
、リング・ホルダのための安定したプラットフォームを提供することができる。
If the interference fit is smaller than desired, cracking or warping of the ring holder may occur. A narrow interference fit can complicate the insertion of the piston billet with the ring holder into the interior of the piston die master. If the piston manufacturing method places the ring holder on a cylindrical billet with little or no gap between them, the piston die mold is used in the piston manufacturing method implemented by the present invention. -The stability of the holder can be enhanced. This orientation can also prevent uneven metal distribution above and below the ring holder. This orientation, together with the ring holder position during forging, can provide a stable platform for the ring holder.

【0056】 アルミニウムをリング・ホルダの上に金属浸透させることもできる。高温での
金属浸透は、例えば鋼製リング・ホルダを貫通するアルミニウム合金などの、ア
ルミニウムを提供することができる。この処理手順は、アルミニウム合金ピスト
ンとリング・ホルダの表面から酸化物膜を除去することもできる。ピストン・ケ
ースとリング・ホルダの接合部の安定性を強化するために、例えばコーティング
用の、本発明によって実施されるピストン製造方法において使用されるどの合金
も、同じでなければ似たような線膨張係数を持たなければならない。
Aluminum can also be metal infiltrated onto the ring holder. Metal infiltration at elevated temperatures can provide aluminum, for example, an aluminum alloy through a steel ring holder. This procedure may also remove oxide films from the surfaces of the aluminum alloy piston and ring holder. To enhance the stability of the joint between the piston case and the ring holder, any alloy used in the piston manufacturing method implemented according to the invention, e.g. for coating, should have similar or otherwise similar wires. Must have an expansion coefficient.

【0057】 二層ピストン構成、およびこのような二層ピストン構成を形成するために使用
されるピストン製造方法は、初期エンジン始動中に信頼性のあるピストン性能を
提供することができる。二層ピストン構成はまた、エンジンが高温で応力がかか
ったときに、高められた信頼性を提供することができる。ケイ素、金属間粒子、
および注入硬化粒子の含有量が高い二層ピストン構成は、作業温度において望み
の強度特性を提供することができる。しかし、エンジンが最初に始動されるとき
などの低温では、二層ピストン構成のために使用される材料は低レベルの可塑性
を提供することがある。しかし、ケイ素、金属間粒子、および注入硬化粒子の含
有量が低くて、高いレベルの可塑性を有する二層ピストン構成は、耐疲労性を提
供することができる。
The two-layer piston configuration, and the piston manufacturing method used to form such a two-layer piston configuration, can provide reliable piston performance during initial engine startup. A two-layer piston configuration can also provide increased reliability when the engine is stressed at high temperatures. Silicon, intermetallic particles,
A two-layer piston configuration with a high content of injected hardened particles can provide the desired strength properties at operating temperatures. However, at low temperatures, such as when the engine is first started, the materials used for the two-layer piston construction may provide a low level of plasticity. However, a two-layer piston configuration having a low content of silicon, intermetallic particles, and injection-hardened particles and having a high level of plasticity can provide fatigue resistance.

【0058】 エンジンの始動と暖機中は、二層ピストン構成はリスト・ピン力をピストン内
部に伝達することができる。ピストンの内部は、ケイ素、金属間粒子、および注
入硬化粒子の含有量の低い合金から形成することができる。本発明によって実施
されるピストン製造方法によって形成されるピストンを有するエンジンは、作動
中に、約250℃〜約350℃の範囲、および完全に応力を受けた場合にはそれ
以上のリング溝ゾーン内温度を達成することができる。ピストン外側ケースの合
金は、ケイ素、金属間粒子、および注入硬化粒子の含有量が高い組成で、少なく
ともピストン・リングの1つがピストン・リング溝を壊すことを防止し、またピ
ストン基部が高い運転温度で焼けることを防止することができる。
During start-up and warm-up of the engine, the two-layer piston configuration is capable of transmitting wrist pin forces into the interior of the piston. The interior of the piston can be formed from an alloy with a low content of silicon, intermetallic particles, and injection hardened particles. Engines having pistons formed by the piston manufacturing method practiced in accordance with the present invention are in operation in a range of about 250 ° C. to about 350 ° C. and, if fully stressed, in a ring groove zone. Temperature can be achieved. The alloy of the piston outer case is a composition with a high content of silicon, intermetallic particles, and injection hardened particles that prevents at least one of the piston rings from breaking the piston ring groove and that the piston base has a high operating temperature. Can prevent burning.

【0059】 ピストンの厚さの変化を決定してピストン製造方法の特性、ピストンの耐摩耗
性、および可塑性を強化することができる。例えば、エンジンがピストンの下部
縁の周りで作動している間の作業温度は、リング溝ゾーンにおける温度より低い
はずである。エンジンの冷温始動中は、ピストン・スカートの下部縁が、ピスト
ンが上死点から下死点へ動くときに、衝撃応力を受ける可能性がある。この応力
は、ピストン・スカートの下部縁が高い可塑性を有し十分な耐摩耗性を有する材
料を含む原因になり得る。これらの特徴はピストン外側本体の厚さを最小限に薄
くすることによって得られる。可塑性が鍛造のために十分である場合には、ワッ
シャ形状が鍛造に対して伝導力があるので、ピストン・ビレットを(上述のよう
に)ワッシャ形状にすることができる。逆に、合金の可塑性が鍛造にも圧縮にも
十分でない場合には、ピストン・ビレットをカップ形状にすることができる。
Variations in piston thickness can be determined to enhance the characteristics of the piston manufacturing process, the wear resistance, and the plasticity of the piston. For example, the working temperature while the engine is running around the lower edge of the piston should be lower than the temperature in the ring groove zone. During a cold start of the engine, the lower edge of the piston skirt may experience impact stress as the piston moves from top dead center to bottom dead center. This stress can cause the lower edge of the piston skirt to include materials that are highly plastic and have sufficient wear resistance. These features are obtained by minimizing the thickness of the outer piston body. If the plasticity is sufficient for forging, the piston billet can be washer-shaped (as described above) because the washer shape is conductive to forging. Conversely, if the plasticity of the alloy is not sufficient for forging or compression, the piston billet can be cup-shaped.

【0060】 鍛造の前に複合ピストン・ビレットを組み立てることは、内側ケースの接触点
と外側ケースの接触点を被覆する酸化物膜の除去を容易にする。この除去は、内
側ケースを外側ケースの中に圧入することを含む。拡散接合部を製造するための
例示的な鍛造ステップは、波形のピストン・ビレットを準備することを含む。ビ
レットの形状は、低重量ピストンと補強されたリング・ホルダによって提供する
ことができる。リング・ホルダ補強半加工品も、波形ピストン・ビレット元口端
部の上に置かれる薄いワッシャを備えることができる。初期鍛造の後に、このワ
ッシャも波形を呈する。ピストン・クラウンの鍛造中に、ピストン・ビレットか
らの溶融金属をワッシャの間に注ぐことができる。溶融金属はワッシャ間の空間
をすべて満たすことができる。さらに、平均粒度が約15μm2であるケイ素、
金属間粒子、および注入硬化粒子を含む半加工品の鍛造中に、結果としてL/l
=4〜14の間隔でリング・ホルダの周りに間隙のない接合部1が生ずる。平均
粒度が約15μm2以上であるケイ素、金属間粒子、および注入硬化粒子を有す
る半加工品を鍛造して、リング・ホルダに間隙のない接合部を作製することがで
きる。間隙のない接合部1はL/l=15〜42によって決定される間隔を含む
Assembling the composite piston billet prior to forging facilitates removal of the oxide film covering the contact points of the inner and outer cases. This includes press fitting the inner case into the outer case. An exemplary forging step for manufacturing a diffusion joint involves providing a corrugated piston billet. The billet shape can be provided by a low weight piston and reinforced ring holder. The ring holder reinforced blank can also include a thin washer that is placed over the corrugated piston billet base end. After the initial forging, the washer also has a waveform. During forging of the piston crown, molten metal from the piston billet can be poured between the washers. The molten metal can fill all the spaces between the washers. A silicon having an average particle size of about 15 μm 2 ,
During forging of a blank containing intermetallic particles and injection hardened particles, the resulting L / l
= A gap-free joint 1 is produced around the ring holder at intervals of 4 to 14. A blank having an average particle size of about 15 μm 2 or more of silicon, intermetallic particles, and injection-hardened particles can be forged to create a void-free joint in the ring holder. The gapless joint 1 includes a spacing determined by L / l = 15-42.

【0061】 上に検討したようなワッシャを利用するピストン製造方法は、圧縮リングを受
け入れるために、ワッシャの中に溝を切るステップを含むことができる。圧縮リ
ングはリング溝と物理的に接触しており、リング溝の摩耗速度を低下させる。リ
ング・ホルダの重量と溝の摩耗速度を補強ワッシャが増す可能性がある。
A piston manufacturing method utilizing a washer as discussed above may include the step of cutting a groove in the washer to receive a compression ring. The compression ring is in physical contact with the ring groove and reduces the wear rate of the ring groove. Reinforced washers can increase the weight of the ring holder and the wear rate of the groove.

【0062】 ピストン製造方法は、耐熱材料で形成されたブラケットをピストン・ケースに
取り付けることを含むこともできる。取付けは、ボルトによる取付けなどの、し
かしこれに限られるものではない適切な手段を含むことができる。このボルト取
付けステップは時間も費用もかかるので、本発明によって実施されるピストン製
造方法はブラケットをピストンに取り付けることを含むことができる。ブラケッ
トは一体式フランジとして形成できるので、ブラケットをボルトなしでピストン
に取り付けることができる。形成された機械的接合部は、フランジの表面積と、
エンジン運転中に発生する動的力に対するフランジの方向付けとによって作り出
すことができる。接合部はエンジン内の慣性を克服することができ、したがって
ブラケットとピストン・ケースとをともに保持するために十分なはずである。本
発明によって実施されるピストン製造方法において鍛造中にブラケット空洞の中
に溶融したピストン材料を注ぐことは、先に検討したものも含めて超可塑性変形
条件をもたらすことができる。
[0062] The piston manufacturing method can also include attaching a bracket formed of a refractory material to the piston case. Mounting may include any suitable means, such as, but not limited to, bolting. Since this bolting step is time consuming and expensive, the piston manufacturing method implemented according to the present invention may include attaching a bracket to the piston. The bracket can be formed as an integral flange, so that the bracket can be attached to the piston without bolts. The mechanical joints formed are the surface area of the flange,
And the orientation of the flange against the dynamic forces generated during engine operation. The joint can overcome inertia in the engine and should therefore be sufficient to hold the bracket and piston case together. Pouring molten piston material into the bracket cavity during forging in the piston manufacturing method practiced by the present invention can result in superplastic deformation conditions, including those discussed above.

【0063】 ブラケットは、重量を減らすためにアルミニウム合金を注入することができる
多孔質のセラミック材料を含むことができる。セラミック材料は、フレーム強度
をもたらすために約35%〜約50%の空隙率の開放多孔性を有することができ
る。セラミック材料フレームにアルミニウム合金を注入した後に続いて、アルミ
ニウム層をピストン・ケースに係合することのできる表面に接着することができ
る。この接着ステップの結果、ブラケットと変形後のピストン・ケースとの間に
拡散接合部が形成される。注入材料とピストン・ケースの両方が同じ組成を有す
る場合には、線膨張係数の差が除去されているので、形成された接合部の信頼性
を強化することができる。閉端ピストン・ダイ、例えばあらゆる側からの圧縮を
受けるピストン・ダイの追加変形を、約0.5分〜約5分の範囲の時限で、約1
-5/秒〜約10-4/秒の歪み速度範囲で加えることができる。この時限は結果
的に微細孔を除去することができ、この結果、ピストンにおける機械的特性が強
化される。
The bracket may include a porous ceramic material into which an aluminum alloy can be injected to reduce weight. The ceramic material can have an open porosity of about 35% to about 50% porosity to provide frame strength. Subsequent to injecting the aluminum alloy into the ceramic material frame, the aluminum layer may be adhered to a surface capable of engaging the piston case. As a result of this bonding step, a diffusion bond is formed between the bracket and the deformed piston case. If both the injection material and the piston case have the same composition, the difference in linear expansion coefficients has been eliminated, so that the reliability of the formed joint can be enhanced. Additional deformation of the closed end piston die, e.g., a piston die subjected to compression from all sides, may be provided for a time period of about
0 -5 / sec can be added at a strain rate range of about 10 -4 / sec. This time period can result in the elimination of micropores, which results in enhanced mechanical properties in the piston.

【0064】 リング溝における摩耗はピストン合金強度の低下に帰する可能性がある。この
低下は、ピストン製造方法中に高温に曝された結果である。リング溝ゾーンにお
ける材料強度の増加はプラズマ溶接によって得ることができる。プラズマ溶接は
プラズマ・アークによることが多いリング溝ゾーンにおける材料の溶融を含む。
このプラズマ溶接の次に溶融物への合金元素の注入を続けることができる。しか
し、これらの材料溶融ステップと結果として得られる特性は、熱間変形と鋳造の
ピストンのためには本質的に同じである。これらの間のどんな相違も、融解ステ
ップがピストン・ビレットに使用され、ピストン・ケースに使用されないときに
、結果として生ずる。
Wear in the ring groove can be attributed to a reduction in piston alloy strength. This reduction is a result of exposure to high temperatures during the piston manufacturing process. An increase in material strength in the ring groove zone can be obtained by plasma welding. Plasma welding involves the melting of material in a ring groove zone, often by a plasma arc.
This plasma welding can be followed by the injection of alloying elements into the melt. However, these material melting steps and the resulting properties are essentially the same for hot-deformed and cast pistons. Any differences between these result when the melting step is used for the piston billet and not for the piston case.

【0065】 融解材料は、大きな鉄ベースまたはニッケルベースの金属間プレートおよび収
縮ホールを特徴とすることができる。融解材料の変形をピストンの鍛造中に行う
ことができる。変形した融解材料は、約250℃の温度にまで加熱した後でも同
じに留まることが多い硬度と極限強さのレベルを有することができる。材料にお
けるどの強化された特徴も、金属間粒子の断片形成が熱間変形処理中の起こり得
るので、拡散微細構造に帰することができる。さらに強化された特徴も、収縮ホ
ールなどの、しかしこれに限定されるものではないが、応力点の欠如に帰するこ
とができる。収縮ホールの不在は、この不在は材料の可塑性を高めることができ
るので、材料の極限強さの向上に寄与することができる。
The molten material can be characterized by large iron or nickel based intermetallic plates and shrink holes. Deformation of the molten material can occur during forging of the piston. The deformed molten material can have hardness and ultimate strength levels that often remain the same after heating to a temperature of about 250 ° C. Any enhanced features in the material can be attributed to the diffusion microstructure, as fragmentation of intermetallic particles can occur during the hot deformation process. Further enhanced features can also be attributed to the lack of stress points, such as, but not limited to, shrink holes. The absence of shrink holes can contribute to the improvement of the ultimate strength of the material, since this absence can increase the plasticity of the material.

【0066】 本発明の範囲内における1セットのピストン製造方法例をここで説明する。本
発明によって実施されるピストン製造方法の下記の操作ステップは、限定するも
のとして解釈してはならず、本発明の範囲内におけるステップへの案内を単に提
供するものである。下記の値は、正確に特定しない限り概略値である。
An example of a set of piston manufacturing methods within the scope of the present invention will now be described. The following operational steps of the piston manufacturing method performed by the present invention should not be construed as limiting, but merely provide guidance to steps within the scope of the present invention. The values below are approximate unless specified otherwise.

【0067】 ピストン半加工品とピストン・ダイは一次加熱に耐えることができる。どのよ
うな変形も等温条件の下で行われる。鍛造温度は、ピストン半加工品の初期微細
構造と外形構成に依存して選択される。ビレットの形状は、ビレット材料組成と
、これに含まれるケイ素、金属間粒子、および注入硬化粒子の平均粒度とに依存
することができる。ピストン製造方法のための次に起こる熱処理ステップは急冷
と人工的エージングを含む。
The piston blank and the piston die can withstand primary heating. Any deformation takes place under isothermal conditions. The forging temperature is selected depending on the initial microstructure and external configuration of the piston blank. The shape of the billet can depend on the billet material composition and the average particle size of the silicon, intermetallic particles, and injection-hardened particles contained therein. Subsequent heat treatment steps for the piston manufacturing method include quenching and artificial aging.

【0068】 例1.12%Si、2.2%Cu、1.1%Mg、0.1%Ti、1.1%N
i、0.4%Mn、0.8%Fe、残りAlの概略合金組成を含む円筒状ピスト
ン・ビレット。ビレットは原料の棒から切られたものである。この棒は、90%
/秒の歪み速度で440℃または0.86Tmeltでインゴットを高温圧縮するこ
とによって作られた。上記の合金のTmeltは552℃であり、Alベースまたは
Mgベースのシステムの状態図から選択された。結果として得られるビレットの
微細構造は、平均粒度が約5μm2の球状ケイ素と金属間粒子とを含む。ビレッ
トを520℃(0.96Tmelt)において、1×10-2/秒の歪み速度で図1に
示すようにピストン・ダイ・システムにおいて変形した。20℃において水の中
で起こる焼入れ急冷を変形工程の後に行った。エージングを210℃で10時間
行った。材料の微細構造分析によって、微細クラックや微細孔などの欠陥がない
ことがわかった。材料は次の機械的特性を有する。すなわちσb=390MPa
である。
Example 1.12% Si, 2.2% Cu, 1.1% Mg, 0.1% Ti, 1.1% N
i, cylindrical piston billet containing approximate alloy composition of 0.4% Mn, 0.8% Fe, balance Al. Billets are cut from raw material bars. This stick is 90%
Made by hot pressing the ingot at 440 ° C. or 0.86 T melt at a strain rate of / s. The T melt of the above alloy is 552 ° C. and was selected from the phase diagrams of Al-based or Mg-based systems. The microstructure of the resulting billet contains spherical silicon and intermetallic particles with an average particle size of about 5 μm 2 . The billet was deformed at 520 ° C. (0.96 T melt ) at a strain rate of 1 × 10 −2 / sec in a piston die system as shown in FIG. Quenching quenching, which takes place in water at 20 ° C., was performed after the deformation step. Aging was performed at 210 ° C. for 10 hours. Microstructural analysis of the material revealed no defects such as microcracks or micropores. The material has the following mechanical properties: That is, σ b = 390 MPa
It is.

【0069】 例2.21%Si、1.6%Cu、1.1%Mg、0.1%Ti、1.1%N
i、0.5%Mn、0.7%Fe、残りAlを含む合金組成のピストン・ビレッ
トをブロック金型鋳造によって作った。ケイ素と金属間粒子の平均粒度は約12
0μm2であり、薄層状である。ビレットを突き固めて4°の角度を有する円錐
形状にした。ビレットのサイズは、内径が150mmで円錐角度が4°であるピ
ストン・ダイ母型の中にはめたときに、表面積の50%がピストン・ダイ母型と
接触するようなものであった。ビレットの下部元口端部からピストン・ダイ母型
の下部元口端部までの距離は、下記のように決定することができる。 H=dK/C√F ただし、d=150、K=5、C=21、F=120である。距離は3.2mm
と計算された。ビレットを、480℃(0.91Tmelt)において、1×10-4 /秒の平均歪み速度でピストン・ダイ・システム(図1)において変形した。熱
処理順序は510℃における急冷と210℃における10時間のエージングを含
んだ。結果として生じたピストンは本質的に欠陥がないと判断された。さらなる
試験によってσb=250MPaが示された。
Example 2.21% Si, 1.6% Cu, 1.1% Mg, 0.1% Ti, 1.1% N
A piston billet having an alloy composition containing i, 0.5% Mn, 0.7% Fe, and the balance Al was made by block die casting. The average particle size of silicon and intermetallic particles is about 12
0 μm 2, which is a thin layer. The billet was tamped into a conical shape with a 4 ° angle. The size of the billet was such that 50% of the surface area was in contact with the piston-die master when placed in a piston-die master having an inner diameter of 150 mm and a cone angle of 4 °. The distance from the lower base opening end of the billet to the lower base opening end of the piston / die matrix can be determined as follows. H = dK / C√F where d = 150, K = 5, C = 21, and F = 120. Distance is 3.2mm
It was calculated. The billet was deformed in a piston-die system (FIG. 1) at 480 ° C. (0.91 T melt ) with an average strain rate of 1 × 10 −4 / sec. The heat treatment sequence included quenching at 510 ° C and aging at 210 ° C for 10 hours. The resulting piston was determined to be essentially defect-free. Further testing showed σ b = 250 MPa.

【0070】 例3.内側部分を含むビレットを温度520℃(0.96Tmelt)において、
1×10-2/秒の歪み速度で、円筒状半加工品から図1のピストン・ダイ・シス
テムにおいて鍛造した。半加工品はプレス・インゴットから切られた。プレス温
度は約440〜約450℃(0.86Tmelt〜約0.88Tmelt)の範囲内にあ
り、90%の歪みであった。インゴット組成は、12%Si、2.2%Cu、1
.1%Mg、0.1%Ti、0.4%Mn、0.8%Fe、残りAlを含み、平
均粒度約6μm2のケイ素と金属間粒子を含んでいた。リング・ショルダを有す
るビレットの円錐状表面の頭部に対する機械的処理を行って、約6°の円錐角と
約3°の負ショルダ角とを形成した。平らな下部元口端部を有するリング・ホル
ダを、ケイ素の含有量が約18%のアルミニウム合金から形成した。リングを2
0℃でショルダに対して使用して、リング・ホルダを圧縮してビレットの頭部に
した。
Example 3 At a temperature of 520 ° C. (0.96 T melt ),
A cylindrical blank was forged in the piston die system of FIG. 1 at a strain rate of 1 × 10 −2 / sec. The blank was cut from a press ingot. The pressing temperature was in the range of about 440 to about 450 ° C. (0.86 T melt to about 0.88 T melt ) with 90% strain. The ingot composition was 12% Si, 2.2% Cu,
. It contained 1% Mg, 0.1% Ti, 0.4% Mn, 0.8% Fe and the balance Al, and contained silicon and intermetallic particles having an average particle size of about 6 μm 2 . A mechanical treatment was performed on the head of the conical surface of the billet with the ring shoulder to create a cone angle of about 6 ° and a negative shoulder angle of about 3 °. A ring holder having a flat lower mouth end was formed from an aluminum alloy having a silicon content of about 18%. Ring 2
Used at 0 ° C. on the shoulder, the ring holder was compressed into a billet head.

【0071】 この一連の上述したステップでは、リング・ホルダの平らな元口端部とビレッ
トのリング・ショルダとの間に閉空洞が形成された。圧縮されたリング・ホルダ
を有するビレットを炉の中で510℃にまで加熱することができる。ビレットを
ピストン・ダイ・システムの中にはめ込んで、同時にリング・ホルダを圧してピ
ストン火室を形成した。510℃(0.95Tmelt)における等温条件の下で、
10-3/秒の歪み速度で油圧プレスを使用して鍛造を行った。リング・ホルダを
鍛造した後に、ピストンを水中で急冷して、210℃で10時間エージングした
。強度試験によって、ピストン本体とリング・ホルダとの間の接合は140MP
aであることがわかった。
In this series of steps described above, a closed cavity was formed between the flat base end of the ring holder and the ring shoulder of the billet. The billet with the compressed ring holder can be heated to 510 ° C. in a furnace. The billet was fitted into the piston die system while simultaneously pressing the ring holder to form a piston firebox. Under isothermal conditions at 510 ° C. (0.95T melt )
Forging was performed using a hydraulic press at a strain rate of 10 −3 / sec. After forging the ring holder, the piston was quenched in water and aged at 210 ° C. for 10 hours. According to the strength test, the joint between the piston body and the ring holder is 140MP
a.

【0072】 例4.12%Si、2.2%Cu、1.1%Mg、0.1%Ti、1.1%N
i、0.4%Mn、0.8%Fe、残りAlを含む組成を有するアルミニウム合
金を含むピストン半加工品をピストン製造方法に使用した。この合金は平均粒度
約5μm2のケイ素と金属間粒子を含んでおり、粒子は球形状であった。ピスト
ンの上に整列突起を形成し、銑鉄のリング・ホルダを突起に対して取り付けた。
リング・ホルダを突起の中に圧入することによって、銑鉄のリング・ホルダを取
り付けた。これをビレットの上に取り付ける前に、本質的にビレットと同じ組成
を有するアルミニウム合金溶融物の層でリング・ホルダを被覆した。リング・ホ
ルダ付きのビレットをピストン・ダイ母型の中に、この間の締り嵌めとともに圧
入した。490℃(0.93Tmelt)の熱間変形条件の下で、10-3/秒の平均
歪み速度で鍛造を行った。ピストン・クラウンを最初に形成して(図2の左側)
、それからその内側部分を形成した(図の右側)。続いて、鍛造、急冷、人工エ
ージングのステップを行った。
Example 4.12% Si, 2.2% Cu, 1.1% Mg, 0.1% Ti, 1.1% N
A piston blank including an aluminum alloy having a composition containing i, 0.4% Mn, 0.8% Fe, and the balance Al was used in a piston manufacturing method. This alloy contained silicon and intermetallic particles having an average particle size of about 5 μm 2 , and the particles were spherical. An alignment projection was formed on the piston and a pig iron ring holder was attached to the projection.
The pig iron ring holder was mounted by pressing the ring holder into the projection. Prior to mounting it on the billet, the ring holder was coated with a layer of an aluminum alloy melt having essentially the same composition as the billet. A billet with a ring holder was pressed into the piston-die matrix with an interference fit therebetween. Forging was performed at an average strain rate of 10 −3 / sec under hot deformation conditions of 490 ° C. (0.93 T melt ). First form the piston crown (left side of Fig. 2)
Then, the inner part was formed (right side of the figure). Subsequently, forging, quenching, and artificial aging steps were performed.

【0073】 この例では、アルミニウム合金をホルダの上に被覆することができる。冷却の
後に、アルミニウム合金被覆をリング溝の表面に融解接合した。リング・ホルダ
をピストン・ビレットに圧入するにつれて、ピストン・ビレットとリング・ホル
ダの両方の表面から酸化物膜被覆物を除去した。鍛造中に生ずる高温と変形は、
永久的な融解接合部の創造に役立つ条件を提供した。この接合部の強度は一般的
に、次に続く熱処理および使用中にピストン本体とリング・ホルダとの間に隙間
が生ずることを防止するのに十分である。
In this example, an aluminum alloy can be coated on the holder. After cooling, the aluminum alloy coating was melt bonded to the surface of the ring groove. As the ring holder was pressed into the piston billet, the oxide film coating was removed from the surfaces of both the piston billet and the ring holder. The high temperatures and deformations that occur during forging
Provided conditions that helped create permanent fusion joints. The strength of this joint is generally sufficient to prevent the formation of a gap between the piston body and the ring holder during subsequent heat treatment and use.

【0074】 例5.12%Si、2.2%Cu、1.1%Mg、0.1%Ti、0.4%M
n、8%Fe、残りAlを含むアルミニウム合金ビレットはさらに、平均粒度約
12μm2のケイ素と金属間粒子を含んでいた。このビレットを一体型ショルダ
とともに成形した。ショルダを囲む元口端部を上記のように波形にした。厚さ3
mmの波形鋼板からリング・ホルダを作った。下式を使用してビレットとリング
・ホルダ波周期を計算した。 L=l(4〜14) ただし、lはリング・ホルダを作った板の厚さ、例えば3mmである。上式を使
用して、Lは約12mm〜約42mmの範囲にある。実験では、Lは約30mm
であった。リング・ホルダを半加工品に固定して、ピストン・ダイ母型の中に置
いた。それからピストンを鍛造した。次の熱処理には急冷と人工エージングが含
まれた。
Example 5.12% Si, 2.2% Cu, 1.1% Mg, 0.1% Ti, 0.4% M
The aluminum alloy billet containing n, 8% Fe and the balance Al further contained silicon and intermetallic particles having an average particle size of about 12 μm 2 . This billet was molded together with the integral shoulder. The end of the base opening surrounding the shoulder was corrugated as described above. Thickness 3
Ring holders were made from mm corrugated steel plates. The billet and ring-holder wave periods were calculated using the following equations. L = l (4 to 14) where l is the thickness of the plate on which the ring holder is made, for example, 3 mm. Using the above formula, L ranges from about 12 mm to about 42 mm. In the experiment, L is about 30mm
Met. The ring holder was secured to the blank and placed in the piston die matrix. Then forged the piston. Subsequent heat treatments included quenching and artificial aging.

【0075】 例6.複合ピストンは、内側ケースと外側ケースの2つケースを含んでいた。
外側ケース用のビレットは、21%Si、1.6%Cu、1.1%Mg、0.1
%Ni、0.5%Mn、0.7%Fe、残りAlを含むアルミニウム合金を含ん
でいた。これはまた、平均粒度30μm2のケイ素と金属間粒子を含んでいた。
内側ケース用のビレットは、12%Si、2.2%Cu、1.1%Mg、0.1
%Ti、1.1%Ni、0.4%Mn、0.8%Fe、残りAlを含み、平均粒
度5μm2の球形状のケイ素と金属間粒子を含む合金から形成した。外側ケース
および内側ケース・ビレットはワッシャ形状であった。490℃(0.93Tme lt )で、10-3/秒の変形速度で両ビレットを同時に鍛造することによってピス
トンを鍛造した。次の熱処理シーケンスには急冷と人工エージングが含まれた。
Example 6 The composite piston included two cases, an inner case and an outer case.
The billet for the outer case is 21% Si, 1.6% Cu, 1.1% Mg, 0.1%
% Ni, 0.5% Mn, 0.7% Fe, and an aluminum alloy containing the remaining Al. It also contained silicon and intermetallic particles with an average particle size of 30 μm 2 .
Billets for the inner case are 12% Si, 2.2% Cu, 1.1% Mg, 0.1%
% Of Ti, 1.1% Ni, 0.4% Mn, 0.8% Fe and the balance Al, and was formed from an alloy containing spherical silicon and intermetallic particles having an average particle size of 5 μm 2 . The outer and inner case billets were washer-shaped. The piston was forged by simultaneously forging both billets at 490 ° C. (0.93 T me lt ) and at a deformation rate of 10 −3 / sec. The next heat treatment sequence included quenching and artificial aging.

【0076】 例7.12%Si、2.2%Cu、1.1%Mg、01.%Ti、1.1%N
i、0.4%Mn、0.8%Fe、残りAlの組成を有するアルミニウム合金か
ら、ピストン・ビレット本体を作った。アルミニウム合金ピストン半加工品は、
21%Si、1.6%Cu、1.1%Mg、0.1%Ti、0.5%Mn、0.
7%Fe、残りAlの組成を有する合金を含んでいた。合金は平均粒度120μ
2のケイ素と金属間粒子を含んでいた。孔隙率が40%であるシリカ・ムライ
ト(silica mullite)から作られたブラケットに、ピストン・ビレットと同じ組成
を有するアルミニウム合金を注入した。内側ブラケットの表面をアルミニウム合
金層で被覆し、厚さは2mmであった。ブラケットとビレットをピストン・ダイ
母型にはめ込んで、480℃(0.91Tmelt)にまで加熱した。10-4/秒の
歪み速度で変形を行った。鍛造の後に、外気の中で焼入れ急冷を行った。エージ
ングを350℃で8時間行った。ピストンとブラケットの間の接合は信頼性があ
り永久的なものであることが判明した。
Example 7.12% Si, 2.2% Cu, 1.1% Mg, 01. % Ti, 1.1% N
A piston billet body was made from an aluminum alloy having the following composition: i, 0.4% Mn, 0.8% Fe, balance Al. Aluminum alloy piston semi-finished products
21% Si, 1.6% Cu, 1.1% Mg, 0.1% Ti, 0.5% Mn, 0.1%
An alloy having a composition of 7% Fe and the balance of Al was included. The alloy has an average grain size of 120μ
m 2 of silicon and intermetallic particles. An aluminum alloy having the same composition as the piston billet was injected into a bracket made of silica mullite having a porosity of 40%. The surface of the inner bracket was covered with an aluminum alloy layer and had a thickness of 2 mm. The bracket and billet were fitted into a piston-die matrix and heated to 480 ° C. (0.91 T melt ). Deformation was performed at a strain rate of 10 -4 / sec. After forging, quenching and quenching were performed in the open air. Aging was performed at 350 ° C. for 8 hours. The connection between the piston and the bracket has proven to be reliable and permanent.

【0077】 例8.12%Si、2.2%Cu、1.1%Mg、0.1%Ti、1.1%N
i、0.4%Mn、0.8%Fe、残りAlの組成を有する熱圧アルミニウム合
金ロッドから切った半加工品を形成した。合金は、球状で平均粒度6μm2のケ
イ素と金属間粒子を含んでいた。端部から20mmの距離で、ピストン・リング
部分を溶融し、ニッケルクローム線などのニッケルクローム・フラックスを注入
した。溶融は3ステップまたは3回操作でアルゴン雰囲気の中で固体電極を用い
て行った。第1ステップを、65m/時のニッケルクローム・フラックス注入速
度と41m/時の溶接速度で行った。第2および第3ステップでは、合金元素を
注入せずに溶接を行い、溶接速度は25m/時であった。これらのステップ中の
電流は約680A〜約700Aの範囲にあり、電圧は220Vであった。溶融深
さは7mmであった。
Example 8.12% Si, 2.2% Cu, 1.1% Mg, 0.1% Ti, 1.1% N
A blank was cut from a hot-pressed aluminum alloy rod having a composition of i, 0.4% Mn, 0.8% Fe, and the balance Al. The alloy contained spherical and intermetallic particles with an average particle size of 6 μm 2 . At a distance of 20 mm from the end, the piston ring was melted and a nickel chrome flux such as a nickel chrome wire was injected. Melting was performed in three steps or three times using a solid electrode in an argon atmosphere. The first step was performed with a nickel chrome flux injection speed of 65 m / h and a welding speed of 41 m / h. In the second and third steps, welding was performed without injecting alloying elements, and the welding speed was 25 m / hour. The current during these steps ranged from about 680A to about 700A and the voltage was 220V. The melt depth was 7 mm.

【0078】 ニッケル含有量7%とクロム含有量2%の溶融層を有するビレットを、炉内で
470℃(0.9Tmelt)まで加熱した。それからビレットを油圧プレスの下に
取り付けられたピストン・ダイ母型の中に置いた。
A billet having a molten layer of 7% nickel and 2% chromium was heated to 470 ° C. (0.9 T melt ) in a furnace. The billet was then placed in a piston die matrix mounted under a hydraulic press.

【0079】 ビレット、接合部、および溶融層の変形を10-3/秒の歪み速度で行った。約
470℃の温度で、半加工品とピストン・ダイに10-3/秒の平均歪み速度で等
温条件の下で鍛造を行った。プッシャを使用してピストンをピストン・ダイから
取り外した。510±10℃の温度において水中で急冷を行った。210℃の温
度で10時間エージングを行った。ピストンの最終機械的処理中に、リング溝を
形成した。微細き裂または微細孔は見られなかった。
The deformation of the billet, joint, and molten layer was performed at a strain rate of 10 −3 / sec. At a temperature of about 470 ° C., the blank and the piston die were forged under isothermal conditions at an average strain rate of 10 −3 / sec. The piston was removed from the piston die using a pusher. Quenching was performed in water at a temperature of 510 ± 10 ° C. Aging was performed at a temperature of 210 ° C. for 10 hours. During the final mechanical treatment of the piston, a ring groove was formed. No microcracks or micropores were found.

【0080】 本明細書で様々な実施形態を説明したが、様々な要素の組合せ、変形または改
善を当業者は行うことができ、これらが本発明の範囲内にあることは、本明細書
から理解されよう。
Although various embodiments have been described herein, those skilled in the art will be able to make combinations, variations or improvements of various elements, and it is understood from the present specification that these are within the scope of the present invention. Will be understood.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 ピストン製造システムと、軸の左側は変形が起る前であり、軸の右側は変形が
起った後である方法とを示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a piston manufacturing system and a method on the left side of the shaft before deformation occurs and on the right side of the shaft after deformation occurs.

【図2】 ピストン・ダイの中にビレットとリング・ホルダのある、リング・ホルダ製造
システムにおけるピストンの概略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram of a piston in a ring holder manufacturing system with a billet and a ring holder in the piston die.

【図3】 軸の左側ではピストン・クラウンの鍛造、軸の右側ではピストン内部の鍛造を
示す、リング・ホルダ製造システムにおけるピストンの概略図である。
FIG. 3 is a schematic illustration of a piston in a ring holder manufacturing system, showing forging of the piston crown on the left side of the shaft and forging inside the piston on the right side of the shaft.

【図4】 軸の左側は変形前を示し、軸の右側は変形後を示す、溶融ピストン製造システ
ムの概略図である。
FIG. 4 is a schematic diagram of the molten piston manufacturing system, with the left side of the shaft showing before deformation and the right side of the shaft showing after deformation.

【図5】 リング・ホルダ圧縮成形の概略分解図である。FIG. 5 is a schematic exploded view of ring holder compression molding.

【図6】 リング・ホルダを有する帯状ピストンの概略図である。FIG. 6 is a schematic view of a band-shaped piston having a ring holder.

【図7】 カップ状内側ケースを示す図である。FIG. 7 is a view showing a cup-shaped inner case.

【図8】 カップ状外側ピストン・ケースを示す図である。FIG. 8 shows a cup-shaped outer piston case.

【図9】 外側ケースの中に内側ケースをぴったり嵌めた状態を示す図である。FIG. 9 is a view showing a state in which the inner case is tightly fitted into the outer case.

【図10】 鍛造後の複合ピストンを示す図である。FIG. 10 is a view showing a composite piston after forging.

【図11】 ワッシャ状外側ケースとカップ状内側ケースを示す図である。FIG. 11 is a view showing a washer-shaped outer case and a cup-shaped inner case.

【図12】 ワッシャ状内側および外側ケースを示す図である。FIG. 12 is a view showing washer-shaped inner and outer cases.

【図13】 本発明によって実施されるピストン・ダイの中にぴったり嵌ったビレットの概
略図である。
FIG. 13 is a schematic view of a billet fitting into a piston die implemented according to the present invention.

【図14】 本発明によって実施されるピストン製造方法によって製造された、様々な寸法
のビレットを示す写真である。
FIG. 14 is a photograph showing billets of various sizes manufactured by a piston manufacturing method performed according to the present invention.

【図15】 本発明によって実施されたブラケット付きピストンの断面の写真である。FIG. 15 is a photograph of a cross section of a piston with a bracket implemented according to the present invention.

【図16】 約6μm2未満の寸法を有するケイ素と金属間粒子を含むシルミン微細構造の
写真である。
FIG. 16 is a photograph of a silumin microstructure including silicon and intermetallic particles having dimensions less than about 6 μm 2 .

【図17】 約15μm2以上の寸法を有する粒子を除いたケイ素と金属間粒子を含むシル
ミン微細構造の写真である。
FIG. 17 is a photograph of a silmin microstructure including silicon and intermetallic particles excluding particles having a size of about 15 μm 2 or greater.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 インスティテュート・オブ・メタルズ・ス ーパープラスティシティ・プロブレムズ・ オブ・ザ・ルシアン・アカデミイ・オブ・ サイエンシーズ ロシア連邦・450001・ウファ・バッシュコ ートスタン・カルトゥリナ ストリート・ 39 (74)上記1名の代理人 弁理士 山川 政樹 (72)発明者 カイビーシェフ,オスカー・アカモビッチ ロシア連邦・450005・ウファ・バッシュコ ートスタン・レニーナ ストリート・31 /33・アパートメント・28 (72)発明者 トリフォノフ,ワディム・ゲンナディービ ッチ ロシア連邦共和国・450059・ウファ・バッ シュコートスタン・ナベレズナヤ ストリ ート・9/2・アパートメント・72 Fターム(参考) 3J044 AA01 BA04 DA09 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (71) Applicant Institute of Metals Super Plasticity Problems of the Lucian Academia of Sciences Russia 450001・ 39 (74) Attorney Masaki Yamakawa (72) Inventor Kaiby Chef, Oscar Akamovic, Russia 450005 ・ Ufa Bashkotstan Renena Street 31/33 ・ Apartment ・ 28 (72) Inventor Trifonov, Wadim Gennadivi ロ シ ア, Russia 450059 Ufa Bashko コ ー ト stan Nabereznaya Street 9/2 Apa Tomento · 72 F term (reference) 3J044 AA01 BA04 DA09

Claims (30)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 内燃機関のピストンを製造するピストン製造方法であって、 ケイ素、金属間粒子、および注入された硬化粒子からなるアルミニウム合金を
含む初期ビレットからビレットを鍛造するステップであって、その鍛造は超可塑
性条件および熱間変形条件の少なくとも1つの下で行われること、 鍛造されたビレットを熱処理する ステップを含み、鍛造は、約0.8Tmelt〜約0.98Tmeltの範囲にある温度
における鍛造を含み、鍛造はまた、約5×10-2/秒〜約5×10-5/秒の範囲
にある歪み速度での鍛造を含み、ピストンは、他の部品をピストンに連結できる
ようにする外形を伴って形成され、 初期ビレットが、 薄層状総合形状の少なくとも1つを含む粗粒ケイ素、金属間粒子、注入硬化粒
子、および 球状である細粒ケイ素、金属間粒子、注入硬化粒子 のうち少なくとも1つを含み、 ケイ素、金属間、注入硬化粒子の容積含有量は約25%〜約60%の範囲にあ
り、ケイ素、金属間、および注入硬化粒子の平均粒度は約15μm2未満である
ことを特徴とする ピストン製造方法。
1. A piston manufacturing method for manufacturing a piston of an internal combustion engine, comprising the steps of forging a billet from an initial billet including an aluminum alloy comprising silicon, intermetallic particles, and injected hardened particles, forging be performed in at least one under superplastic conditions and hot deformation conditions, including the step of heat treating the forged billet, forging is in the range of about 0.8 T melt ~ about 0.98T melt temperature Wherein the forging also includes forging at a strain rate ranging from about 5 × 10 −2 / sec to about 5 × 10 −5 / sec, wherein the piston is capable of connecting other parts to the piston. Coarse silicon, intermetallic particles, injection hardened particles, and spherical fine silicon comprising at least one of the lamellar overall shapes. Intermetallic particles, injection hardened particles, wherein the volume content of silicon, intermetallic, injected hardened particles is in the range of about 25% to about 60%, and silicon, intermetallic, and injected hardened particles. The method of making a piston, wherein the average particle size is less than about 15 μm 2 .
【請求項2】 歪み速度がより低く、約10-3〜5×10-5/秒の範囲にあ
り、温度は約0.83〜0.89Tmeltの範囲にあり、粒子の含有量は20%以
上であり、平均粒度は15μm2以上である請求項1に記載のピストン製造方法
2. The strain rate is lower, in the range of about 10 -3 to 5 × 10 -5 / sec, the temperature is in the range of about 0.83 to 0.89 T melt , and the particle content is 20. The piston manufacturing method according to claim 1, wherein the average particle size is 15 μm 2 or more.
【請求項3】 初期ビレットが約6μm2未満の平均粒度を有するケイ素、
金属間粒子、および注入硬化粒子を含み、鍛造は、約0.90Tmelt〜約0.9
8Tmeltの温度範囲において、約5×10-2/秒〜約10-3/秒の歪み速度範囲
で行われる熱間変形鍛造を含む請求項1に記載のピストン製造方法。
3. The silicon, wherein the initial billet has an average particle size of less than about 6 μm 2 ,
The forging comprises between about 0.90 T melt to about 0.9, including intermetallic particles and injection hardened particles.
The method of claim 1 including hot deformation forging performed at a strain rate of about 5 × 10 -2 / sec to about 10 -3 / sec in a temperature range of 8T melt .
【請求項4】 約0.79Tmelt〜約0.96Tmeltの温度範囲において、
約5×10-4/秒〜約5×10-3/秒の歪み速度範囲で行われる変形をさらに含
む請求項3に記載のピストン製造方法。
4. In a temperature range from about 0.79T melt to about 0.96T melt ,
4. The method of claim 3, further comprising deforming at a strain rate range of about 5 x 10-4 / sec to about 5 x 10-3 / sec.
【請求項5】 約0.84Tmelt〜約0.96Tmeltの温度範囲において、
約10-3/秒〜約5×10-4/秒の歪み速度範囲で、平均粒度が約6μm2〜約
15μm2の範囲であるケイ素、金属間粒子、注入硬化粒子を含むビレットに対
する変形鍛造をさらに含む請求項1に記載のピストン製造方法。
5. In a temperature range from about 0.84T melt to about 0.96T melt ,
At a strain rate range of about 10 -3 / sec to about 5 × 10 -4 / sec, deformation forging for billets comprising silicon average particle size in the range of about 6 [mu] m 2 to about 15 [mu] m 2, the intermetallic particles, the injection cured particles The piston manufacturing method according to claim 1, further comprising:
【請求項6】 鍛造が、超可塑性条件の下で、約0.88Tmelt〜約0.9
8Tmeltの温度範囲において、約5×10-5/秒〜約1×10-1/秒の歪み速度
範囲で、平均粒度が約15μm2未満であるケイ素、金属間粒子、注入硬化粒子
を含むビレットに対して行われ、ケイ素、金属間粒子、注入硬化粒子の容量含有
量は約25%〜約60%の範囲である請求項1に記載のピストン製造方法。
6. The method according to claim 1, wherein the forging is carried out under superplastic conditions at about 0.88 T melt to about 0.9 T melt.
Includes silicon, intermetallic particles, and injection-hardened particles having an average particle size of less than about 15 μm 2 at a strain rate range of about 5 × 10 -5 / sec to about 1 × 10 -1 / sec in a temperature range of 8T melt. The method of claim 1, wherein the volume content of silicon, intermetallic particles, and injection hardened particles ranges from about 25% to about 60%.
【請求項7】 ケイ素、金属間粒子、注入硬化粒子を約15%未満含むビレ
ットは先細の円錐形状を含み、ビレットとピストン・ダイ母型との接触が側部表
面において接触するようにピストン・ダイ母型にセットされ、接触はその表面の
少なくとも30%を占める請求項1に記載のピストン製造方法。
7. The billet containing less than about 15% silicon, intermetallic particles, and injection hardened particles includes a tapered conical shape, wherein the billet and the piston die are in contact such that the contact between the piston and the die master is at the side surface. The method of claim 1, wherein the piston is set on a die matrix and the contact occupies at least 30% of its surface.
【請求項8】 下部元口端部とピストン・ダイ母型基部との間の距離がh=
dK/C√Fであり、 ただし、dはピストン・ダイ母型の底部の内径(mm)、Cはケイ素、金属間
粒子、注入硬化粒子の含有量(質量%)、Fはケイ素、金属間粒子、注入硬化粒
子の平均面積(μm2)、およびKは上側ダイの形状とサイズを反映する係数で
あり、Kは約0.5〜約10の範囲にある請求項7に記載のピストン製造方法。
8. The distance between the lower end of the lower opening and the base of the piston die matrix is h = 8.
dK / C√F, where d is the inner diameter (mm) of the bottom of the piston / die matrix, C is the content (% by mass) of silicon, intermetallic particles, and injection hardened particles, and F is silicon and intermetallic. The piston manufacture according to claim 7, wherein the particles, the average area of the injected hardened particles (μm 2 ), and K are coefficients reflecting the shape and size of the upper die, and K ranges from about 0.5 to about 10. Method.
【請求項9】 変形が急冷温度に等しい温度で行われ、焼入れ急冷は、平均
粒度約15μm2未満のケイ素、金属間粒子、注入硬化粒子を含むビレットの変
形の後に起る請求項1に記載のピストン製造方法。
9. The method of claim 1, wherein the deformation is performed at a temperature equal to the quenching temperature, and the quenching quenching occurs after deformation of the billet containing silicon, intermetallic particles, and injection hardened particles having an average particle size of less than about 15 μm 2. Piston manufacturing method.
【請求項10】 ビレットは、約15μm2未満の平均粒度を有するケイ素
、金属間粒子、注入硬化粒子を約15%未満含有し、リング・ホルダを設けるこ
とができ、リング・ホルダは約20μm2以上の粒度のケイ素、金属間粒子、注
入硬化粒子を約20重量%〜約40重量%の範囲で含む合金を含み、リング・ホ
ルダはピストン・ダイ母型表面の上に締り嵌めとともに取り付けられる請求項1
に記載のピストン製造方法。
10. The billet contains less than about 15% silicon, intermetallic particles, and injection-hardened particles having an average particle size of less than about 15 μm 2 and can be provided with a ring holder, wherein the ring holder is about 20 μm 2. A ring holder comprising an alloy containing silicon, intermetallic particles, and injection hardened particles of the above sizes in the range of about 20% to about 40% by weight, wherein the ring holder is mounted with an interference fit over the surface of the piston die. Item 1
3. The method for producing a piston according to item 1.
【請求項11】 ビレットは、約15μm2未満の平均粒度を有するケイ素
、金属間粒子、注入硬化粒子を含み、ケイ素、金属間粒子、注入硬化粒子の容量
は約25%〜約60%の範囲にあり、リング・ホルダは平均粒度が約20μm2
未満のケイ素、金属間粒子、注入硬化粒子を約20%〜約45%の範囲で含む請
求項1に記載のピストン製造方法。
11. The billet comprises silicon, intermetallic particles, and injection hardened particles having an average particle size of less than about 15 μm 2 , wherein the volume of silicon, intermetallic particles, and injection hardened particles ranges from about 25% to about 60%. And the ring holder has an average particle size of about 20 μm 2
The method of claim 1, comprising less than about 20% to about 45% silicon, intermetallic particles, and injection hardened particles.
【請求項12】 ケイ素、金属間粒子、注入硬化粒子を含むビレットは、1
5μm2未満の平均粒度を含み、ケイ素、金属間粒子、注入硬化粒子を15%未
満含み、銑鉄または鋼鉄のうちの少なくとも1つから作られたリング・ホルダを
ピストンの上に備えた請求項1に記載のピストン製造方法。
12. A billet containing silicon, intermetallic particles, and injection-cured particles,
A ring holder having an average particle size of less than 5 μm 2 , containing less than 15% silicon, intermetallic particles, and injection hardened particles, and comprising a ring holder made of at least one of pig iron or steel on the piston. 3. The method for producing a piston according to item 1.
【請求項13】 ケイ素、金属間粒子、注入硬化粒子を有するビレットは、
15μm2未満の平均粒度を含み、ケイ素、金属間粒子、注入硬化粒子を約25
%〜約60%の範囲で含み、銑鉄または鋼鉄を含むリング・ホルダをピストンの
上に備えた請求項1に記載のピストン製造方法。
13. A billet having silicon, intermetallic particles, and injection-cured particles,
It contains an average particle size of less than 15 μm 2 and contains silicon, intermetallic particles,
The method of claim 1 wherein the piston is provided with a ring holder comprising pig iron or steel in the range of about 50% to about 60%.
【請求項14】 約1〜約10°の角を有する円錐形状のリング・ホルダと
ピストン本体のビレットの整列表面を形成すること、および約1°〜約3°の負
角を有するリング・ショルダを形成することをさらに含み、リング・ホルダは直
径が約0.1mm〜約0.2mmの範囲の締り嵌め直径でリング・ショルダの中
に置かれ、リング・ホルダの配置は室温で行われる請求項12に記載のピストン
製造方法。
14. A method for forming a conical ring holder having an angle of about 1 ° to about 10 ° and an alignment surface of a billet of a piston body, and a ring shoulder having a negative angle of about 1 ° to about 3 °. Wherein the ring holder is placed in the ring shoulder with an interference fit diameter ranging from about 0.1 mm to about 0.2 mm in diameter, and the arrangement of the ring holder is performed at room temperature. Item 13. The piston manufacturing method according to Item 12.
【請求項15】 鍛造が2つのステップを含む請求項12に記載のピストン
製造方法。
15. The method according to claim 12, wherein forging comprises two steps.
【請求項16】 リング・ホルダをピストン・ダイ母型の中に置くことは、
リング・ホルダの外表面とピストン・ダイ母型の内表面との間に締り嵌めを準備
することを含み、締り嵌めは 1.0017≦d/D≦1.0035 で計算され、ただし、dは鍛造温度におけるリング・ホルダの外径、Dは鍛造温
度におけるピストン・ダイ母型の内径であり、鍛造は、ピストン・クラウンの鍛
造中にピストン・ダイ母型を固定したリング・ホルダとともに鍛造方向に物理的
に移動させることを含む請求項12に記載のピストン製造方法。
16. Placing the ring holder in a piston die matrix comprises:
Including providing an interference fit between the outer surface of the ring holder and the inner surface of the piston die master, where the interference fit is calculated as 1.0017 ≦ d / D ≦ 1.00035, where d is The outer diameter of the ring holder at the forging temperature, D is the inner diameter of the piston die master at the forging temperature. 13. The method for manufacturing a piston according to claim 12, comprising physically moving the piston.
【請求項17】 リング・ホルダをアルミニウム合金で被覆することをさら
に含む請求項12に記載のピストン製造方法。
17. The method according to claim 12, further comprising coating the ring holder with an aluminum alloy.
【請求項18】 同じ合金から形成された被覆とピストン・ケースを準備す
ることを含む請求項16に記載のピストン製造方法。
18. The method of claim 16, including providing a coating and a piston case formed from the same alloy.
【請求項19】 ビレットが15%のケイ素、金属間粒子、注入硬化粒子を
含み、ビレットが側部表面上に締り嵌めで取り付けられる外側本体を備えたピス
トン内側ケースを作るために使用されるとき、ピストンを鍛造するために2つの
ビレットを用いることを含む請求項1に記載のピストン製造方法。
19. The billet comprises 15% silicon, intermetallic particles, injection hardened particles, and when the billet is used to make a piston inner case with an outer body mounted in an interference fit on a side surface. 2. The method of claim 1 including using two billets to forge the piston.
【請求項20】 ピストンの鍛造が2つのビレットからの鍛造を含み、1つ
のビレットはピストン外側ケースを作るための約45容量%〜約60容量%の範
囲でケイ素、金属間粒子、注入硬化粒子を含み、もう1つのビレットはピストン
内側ケースを作るための40%のケイ素、約25容量%〜約40容量%の範囲の
金属間粒子、注入硬化粒子を含み、鍛造中にダイは超可塑性条件の下で変形のた
めの温度にまで加熱される請求項1に記載のピストン製造方法。
20. The forging of the piston includes forging from two billets, one billet ranging from about 45% to about 60% by volume for making the piston outer case, silicon, intermetallic particles, injection hardened particles. Another billet includes 40% silicon to make the piston inner case, intermetallic particles in the range of about 25% to about 40% by volume, injection hardened particles, and the die during superforging is subjected to superplastic conditions. The method of claim 1 wherein the piston is heated to a temperature for deformation under pressure.
【請求項21】 ビレットがワッシャ形状である請求項19に記載のピスト
ン製造方法。
21. The method according to claim 19, wherein the billet has a washer shape.
【請求項22】 ビレットがカップ形状であり、外側カップが元口端部に向
かって先細となっている請求項19に記載のピストン製造方法。
22. The method for manufacturing a piston according to claim 19, wherein the billet is cup-shaped, and the outer cup is tapered toward the base end.
【請求項23】 内側カップを外側カップの中に圧入して複合ビレットを形
成することをさらに含む請求項21に記載のピストン製造方法。
23. The method of claim 21, further comprising pressing the inner cup into the outer cup to form a composite billet.
【請求項24】 ビレットが波周期Lを有する波形隆起を含み、鋼製ワッシ
ャが表面上に配置され、ワッシャは下記の条件 L/l=4〜42 を満足する厚さを有し、ビレットの高さとショルダとの関係は、鍛造が終了した
ときにワッシャがリング溝と同じレベルにあるように決定される、 請求項1に記載のピストン製造方法。
24. The billet includes a corrugated ridge having a wave period L, a steel washer is disposed on the surface, the washer has a thickness satisfying the following condition: L / l = 4 to 42; The piston manufacturing method according to claim 1, wherein the relationship between the height and the shoulder is determined such that the washer is at the same level as the ring groove when forging is completed.
【請求項25】 ビレットが、平均粒度が15μm2未満のケイ素、金属間
粒子、および注入硬化粒子を含み、これがピストン・ダイ母型の中にブラケット
に対向して置かれ、ブラケットはビレットの底を反映し、この結果、ピストンが
熱間変形条件の下で鍛造された後にロック・ジョイントが形成されることになり
、ブラケット表面積Sは下記の式 S=KP/SinαF によって決定することができ、ただしPはエンジン作動中に作られた動的力に打
ち勝つために必要な分離力、Kは信頼性係数、Fは作業温度におけるアルミニウ
ム合金の流体抵抗、αは隆起とピストン移動方向との間の角度である 請求項1に記載のピストン製造方法。
25. A billet comprising silicon having an average particle size of less than 15 μm 2 , intermetallic particles, and injection hardened particles, which is placed in a piston die mold opposite a bracket, wherein the bracket is located at the bottom of the billet. Which results in the formation of a lock joint after the piston has been forged under hot deformation conditions, and the bracket surface area S can be determined by the following equation: S = KP / SinαF; Where P is the separating force required to overcome the dynamic forces created during engine operation, K is the reliability factor, F is the fluid resistance of the aluminum alloy at the working temperature, α is the distance between the bump and the direction of piston movement. The piston manufacturing method according to claim 1, wherein the angle is an angle.
【請求項26】 ビレットが、平均粒度が15μm2未満であるケイ素、金
属間粒子、および注入硬化粒子を含み、約25%〜約60%の範囲でケイ素、金
属間粒子、および注入硬化粒子の全容量を含有し、ビレットは、母型の中にビレ
ット表面を反映するブラケットに対向して配置され、ピストンが超可塑性条件の
下でアルミニウム合金から鍛造された後にロック・ジョイント・フォーミングが
形成され、ブラケットの表面積Sは下式 S=KP/SinαF によって決定することができ、ただしPはエンジン作動中に作られた動的力に打
ち勝つために必要な分離力、Kは信頼性係数、Fは作業温度におけるアルミニウ
ム合金の流体抵抗、αは隆起とピストン移動方向との間の角度である 請求項1に記載のピストン製造方法。
26. The billet comprises silicon, intermetallic particles, and injection-hardened particles having an average particle size of less than 15 μm 2 , and from about 25% to about 60% of the silicon, intermetallic, and injection-hardened particles. Containing the full volume, the billet is placed in a matrix opposite a bracket reflecting the billet surface, and lock joint forming is formed after the piston is forged from an aluminum alloy under superplastic conditions. , The surface area S of the bracket can be determined by the following equation: S = KP / SinαF, where P is the separating force required to overcome the dynamic force created during engine operation, K is the reliability factor, and F is The method of claim 1, wherein the fluid resistance of the aluminum alloy at the working temperature, α, is the angle between the bulge and the direction of piston movement.
【請求項27】 ビレットは、平均粒度が15μm2未満であるケイ素、金
属間粒子、および注入硬化粒子を含み、約25%〜約60%の範囲でケイ素、金
属間粒子、および注入硬化粒子の容量含有量を有し、ビレットをピストン・ダイ
母型の中にブラケットに対向して配置し、ブラケットは、アルミニウム合金を浸
透させた多孔性セラミック材料から作られ、セラミック・フレームの間隙率は約
35%〜約50%の範囲にあり、鍛造は超可塑性条件の下で行われる請求項1に
記載のピストン製造方法。
27. The billet comprises silicon, intermetallic particles, and injection-hardened particles having an average particle size of less than 15 μm 2 , and ranges from about 25% to about 60% of silicon, intermetallic particles, and injection-hardened particles. With a volume content, a billet is placed in a piston die matrix opposite a bracket, the bracket is made of a porous ceramic material impregnated with an aluminum alloy, and the porosity of the ceramic frame is about The method of claim 1 wherein the forging is in a range of 35% to about 50% and the forging is performed under superplastic conditions.
【請求項28】 セラミック・フレームとピストン・ケースに同じアルミニ
ウム合金を使用する請求項26に記載のピストン製造方法。
28. The method according to claim 26, wherein the same aluminum alloy is used for the ceramic frame and the piston case.
【請求項29】 ピストンを、閉端ピストン・ダイの中で約0.5分〜約5
分の時間だけ約10-5〜10-4/秒の範囲の歪み速度で、さらに変形させる請求
項1に記載のピストン製造方法。
29. The method according to claim 29, wherein the piston is moved from about 0.5 minutes to about 5 minutes in the closed end piston die.
2. The method of claim 1 wherein the piston is further deformed at a strain rate in the range of about 10 <-5 > to 10 < -4 > / sec for a period of minutes.
【請求項30】 平均粒度が15μm2未満であるケイ素、金属間粒子、お
よび注入硬化粒子を含むビレットを準備し、硬化層をピストン表面に形成するこ
とを含み、熱間変形鍛造が約0.9Tmelt〜約0.96Tmeltの温度範囲におい
て、約5×10-2〜約10-3/秒の範囲にある歪み速度で行われる請求項1に記
載のピストン製造方法。
30. A billet comprising silicon, intermetallic particles, and injection-hardened particles having an average particle size of less than 15 μm 2 is provided, comprising forming a hardened layer on the piston surface, wherein hot deformation forging is carried out at about 0. in the temperature range of 9T melt ~ about 0.96T melt, the piston production method of claim 1 performed at a strain rate in the range of about 5 × 10 -2 ~ about 10 -3 / sec.
JP2000604117A 1999-03-12 2000-03-10 Method of manufacturing a piston for an internal combustion engine Withdrawn JP2002539357A (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99105048/02A RU2176943C2 (en) 1999-03-12 1999-03-12 Method for making piston of internal combustion engine
RU99105048 1999-03-12
PCT/US2000/006238 WO2000053914A1 (en) 1999-03-12 2000-03-10 Method for manufacturing internal combustion engine pistons

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002539357A true JP2002539357A (en) 2002-11-19

Family

ID=20217076

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000604117A Withdrawn JP2002539357A (en) 1999-03-12 2000-03-10 Method of manufacturing a piston for an internal combustion engine

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP1163438A1 (en)
JP (1) JP2002539357A (en)
KR (1) KR20010109311A (en)
CA (1) CA2365335A1 (en)
IL (1) IL145203A0 (en)
RU (1) RU2176943C2 (en)
WO (1) WO2000053914A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020049536A (en) * 2018-09-28 2020-04-02 ダイハツ工業株式会社 Piston manufacturing method

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100793612B1 (en) * 2003-07-31 2008-01-10 현대중공업 주식회사 Economical Manufacturing Method of Piston Crown Ring Groove For Marine Diesel Engines
GB0514751D0 (en) 2005-07-19 2005-08-24 Holset Engineering Co Method and apparatus for manufacturing turbine or compressor wheels
RU2674543C1 (en) * 2018-02-22 2018-12-11 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "СофтАвтоматик" Internal combustion engines from aluminum alloys pistons manufacturing method
RU2692150C1 (en) * 2018-09-26 2019-06-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) Method for manufacturing a piston blank from hypereutectic silumin
RU2771078C1 (en) * 2021-03-23 2022-04-26 Георгий Александрович Котов Method for controlling the process of producing workpieces of pistons of internal combustion engines from hypereutectic aluminium alloys

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4721537A (en) * 1985-10-15 1988-01-26 Rockwell International Corporation Method of producing a fine grain aluminum alloy using three axes deformation
US4762679A (en) * 1987-07-06 1988-08-09 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Billet conditioning technique for manufacturing powder metallurgy preforms
US5620537A (en) * 1995-04-28 1997-04-15 Rockwell International Corporation Method of superplastic extrusion
GB2300198B (en) * 1995-04-28 1998-07-08 British Aluminium Holdings Lim Aluminium alloy
JP3654466B2 (en) * 1995-09-14 2005-06-02 健司 東 Aluminum alloy extrusion process and high strength and toughness aluminum alloy material obtained thereby

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020049536A (en) * 2018-09-28 2020-04-02 ダイハツ工業株式会社 Piston manufacturing method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2176943C2 (en) 2001-12-20
CA2365335A1 (en) 2000-09-14
KR20010109311A (en) 2001-12-08
WO2000053914A1 (en) 2000-09-14
EP1163438A1 (en) 2001-12-19
IL145203A0 (en) 2002-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4080111B2 (en) Manufacturing method of aluminum alloy billet for forging
JP3380081B2 (en) Valve seat
US6802121B2 (en) Method for producing a cylinder block for an internal combustion engine
JP2002539357A (en) Method of manufacturing a piston for an internal combustion engine
US6507999B1 (en) Method of manufacturing internal combustion engine pistons
GB2072065A (en) Production of a casting having an insert
JP3705676B2 (en) Manufacturing method of piston for internal combustion engine
CN111549263B (en) Aluminum alloy integrated electric drive assembly installation frame and low-pressure casting method thereof
CN103352978A (en) Al3Ti/Al3Ni particles synergetic enhancement silicon aluminum matrix composite piston and preparation method thereof
JP2920004B2 (en) Cast-in composite of ceramics and metal
US4740428A (en) Fiber-reinforced metallic member
EP0870919B1 (en) Piston for an internal combustion engine and a method for producing same
CN110872663A (en) Lightweight insert for piston ring, method of making the same, and article including the insert
RU99105048A (en) METHOD OF MANUFACTURING THE PISTON OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE
EP1087123A2 (en) Piston with tailored mechanical properties
JP2572889B2 (en) Manufacturing method of piston for diesel engine
JP3214657B2 (en) Piston for internal combustion engine and method of manufacturing the same
JP2000158119A (en) Preliminary formed element to be compounded, and compounded light metal member
JPH03238157A (en) Manufacture of cast iron-made cylinder block
JP3635474B2 (en) Piston for internal combustion engine and method for manufacturing the same
CN113547100A (en) Method for manufacturing bimetal composite component
JP4310716B2 (en) Method for manufacturing composite light metal member
KR20210078950A (en) Cast iron inserts for shrink-fitting process and manufacturing method of dissimilar metal members using the same
JP2820355B2 (en) Manufacturing method of forged parts with excellent vibration damping
JP2887802B2 (en) Aluminum alloy forming method

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20070605