JP2003010961A - Composite reinforced cylinder block - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、金属多孔体によっ
て強化された複合強化シリンダブロックに関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a composite reinforced cylinder block reinforced by a porous metal body.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、エンジン、例えば自動車用エン
ジンでは、軽量化のためにシリンダブロックをアルミニ
ウム合金等の軽金属により形成することが多くなってい
る。この一方、このようなシリンダブロックを構成する
金属では、シリンダブロックの特定部位に要求される機
能、例えばシリンダボア摺動部の耐摩耗性を十分確保す
ることが困難である。このため、シリンダボアに別途シ
リンダライナを嵌合することが一般的に行われている。
また、その他には、プリフォームと呼ばれる多孔体をシ
リンダブロック鋳造時に鋳ぐるんで、シリンダブロック
を構成する金属を多孔体に含浸させることも行われてい
る。2. Description of the Related Art Generally, in an engine such as an automobile engine, a cylinder block is often made of a light metal such as an aluminum alloy for weight reduction. On the other hand, with the metal that constitutes such a cylinder block, it is difficult to sufficiently secure the function required for a specific part of the cylinder block, for example, the wear resistance of the cylinder bore sliding portion. For this reason, it is common practice to separately fit a cylinder liner into the cylinder bore.
In addition, in addition, a porous body called a preform is cast during cylinder block casting to impregnate the porous body with the metal forming the cylinder block.
【０００３】例えば、特開２０００−１７０９１４号公
報には、円筒状のセラミックス製多孔体をアルミニウム
合金溶湯で鋳ぐるんだシリンダブロックと、外周摺動面
が合金メッキされたピストンリングとの組み合わせにつ
いて記載されている。しかし、セラミックス製の多孔体
は合金溶湯との濡れ性があまりよくなく、その空隙内に
溶湯が含浸しがたいという問題と、シリンダボア複合化
に適した円筒形状に成形する工程が煩雑でコストが大き
くなるという問題とがある。For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-170914 discloses a combination of a cylinder block formed by casting a cylindrical porous ceramic body with molten aluminum alloy and a piston ring whose outer peripheral sliding surface is alloy-plated. Have been described. However, the ceramic porous body does not have a very good wettability with the molten alloy, and it is difficult for the molten metal to impregnate the voids, and the process of forming a cylindrical shape suitable for cylinder bore compounding is complicated and costly. There is a problem of getting bigger.
【０００４】これに対して、セラミックス製のプリフォ
ームに代えて金属製の多孔体を用いる提案もなされてい
る（例えば、特開平１１−２７７２１８号公報、特許第
２８２６７５１号公報参照）。このような金属製の多孔
体はアルミ合金溶湯との濡れ性が良くて含浸させやす
く、かつ、延性があって円筒形状への加工が容易である
という利点を有している。On the other hand, it has been proposed to use a metal porous body instead of the ceramic preform (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-277218 and Japanese Patent No. 2826751). Such a metal porous body has the advantages that it has good wettability with the molten aluminum alloy and is easily impregnated, and that it has ductility and can be easily processed into a cylindrical shape.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような金属多孔体は一般に、セラミック製の多孔体に比
べて硬度が低いため耐摩耗性が低い。そこで、金属多孔
体の体積率を増加させることにより、耐摩耗性を高くす
ることが考えられるが、体積率を増加させると気孔率が
低下するため、金属多孔体への溶湯の含浸抵抗が高くな
る。このように体積率を増加させた場合、十分に含浸さ
せるべく溶湯注入圧を高めると、プリフォームが変形し
易くなる一方、注入圧を低くすると、溶湯が含浸しない
部分が発生し、ボイド等の欠陥を生じやすい。However, the metal porous body as described above generally has a lower hardness than the ceramic porous body, and therefore has low wear resistance. Therefore, it is conceivable to increase the wear resistance by increasing the volume ratio of the metal porous body, but since increasing the volume ratio decreases the porosity, the impregnation resistance of the molten metal to the metal porous body is high. Become. When the volume ratio is increased in this way, if the molten metal injection pressure is increased to sufficiently impregnate the preform, the preform is likely to be deformed, while if the injection pressure is lowered, a portion not impregnated with the molten metal occurs and voids and the like are generated. Prone to defects.
【０００６】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、金属多孔体自体
の耐摩耗性を向上させて、金属多孔体の体積率は増加さ
せなくてもシリンダボア摺動部の耐摩耗性を高くできる
複合強化シリンダブロックを提供することにある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to improve the wear resistance of the porous metal body itself without increasing the volume ratio of the porous metal body. Another object of the present invention is to provide a composite reinforced cylinder block that can improve the wear resistance of the cylinder bore sliding portion.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、金属炭化物が分散した金属多孔体を
強化材としてシリンダボア摺動部に複合化した複合強化
シリンダブロックとした。In order to achieve the above object, the present invention provides a composite reinforced cylinder block in which a porous metal body in which metal carbide is dispersed is used as a reinforcing material in the cylinder bore sliding portion.
【０００８】具体的には、請求項１に係る発明は、少な
くともシリンダボア摺動部が、それ以外のシリンダブロ
ックの部分を形成する金属マトリクスを含浸させた金属
多孔体により形成された複合強化シリンダブロックを対
象とする。Specifically, the invention according to claim 1 is a composite reinforced cylinder block in which at least the cylinder bore sliding portion is formed of a metal porous body impregnated with a metal matrix forming the other portion of the cylinder block. Target.
【０００９】そして、上記金属多孔体は、複数の金属よ
り成り、上記シリンダボア摺動部表面に島状又は網目状
に分散した状態で存し、上記金属多孔体の複数の金属の
うち少なくとも一つが炭化物を形成し、上記炭化物は、
金属多孔体中に分散した状態で存するとともに、該炭化
物中の炭素量が金属多孔体に対して１．０重量％以下で
あるものとする。The porous metal body is composed of a plurality of metals and exists in a state of being dispersed in an island shape or a mesh shape on the surface of the sliding portion of the cylinder bore, and at least one of the plurality of metals of the porous metal body is present. Forming a carbide, the carbide being
It is assumed that the carbon is present in a state of being dispersed in the metal porous body, and the amount of carbon in the carbide is 1.0% by weight or less with respect to the metal porous body.
【００１０】請求項１の発明の構成では、硬度の高い金
属炭化物が金属多孔体中に分散した状態で存するので、
金属多孔体の体積率を増やすことなくシリンダボア摺動
部の耐摩耗性を向上させることができる。In the structure of the invention of claim 1, since the metal carbide having a high hardness exists in a state of being dispersed in the metal porous body,
The wear resistance of the cylinder bore sliding portion can be improved without increasing the volume ratio of the porous metal body.
【００１１】また、炭化物中の炭素量を金属多孔体に対
して１．０重量％以下としたのは、炭素量が１．０重量
％を越えると、炭化物の脱落が発生し易くなり、脱落し
た炭化物が研磨材となってシリンダボア摺動部及び該摺
動部と摺動するピストンを削ってしまい、逆に耐摩耗性
の悪化が生じるからであり、しかも、金属多孔体の成形
性が著しく低下して円筒状の成形の際に割れが生じるか
らでもある。従って、炭化物中の炭素量が、金属多孔体
に対して１．０重量％以下であれば、シリンダボア摺動
部の耐摩耗性の向上と金属多孔体の成形性保持の双方が
満たされる。なお、金属多孔体を構成する金属のうち少
なくとも一つがこのような炭化物を形成していれば良
く、金属多孔体が複数種の金属からなる場合には、その
うちの二種以上の金属が炭化物を形成していても良い。Further, the carbon content in the carbide is set to 1.0% by weight or less with respect to the metal porous body, because when the carbon content exceeds 1.0% by weight, the carbide is likely to fall off. This is because the carbide thus formed serves as an abrasive and scrapes the cylinder bore sliding portion and the piston sliding on the sliding portion, which adversely deteriorates the wear resistance, and moreover, the formability of the porous metal body is remarkable. This is also because it lowers and cracks occur during the cylindrical molding. Therefore, when the amount of carbon in the carbide is 1.0% by weight or less with respect to the porous metal body, both improvement of wear resistance of the cylinder bore sliding portion and retention of formability of the porous metal body are satisfied. It is sufficient that at least one of the metals constituting the metal porous body forms such a carbide, and when the metal porous body is composed of a plurality of kinds of metals, two or more kinds of the metals form carbides. It may be formed.
【００１２】さらに、金属多孔体は、シリンダボア摺動
部表面に島状又は網目状に分散しているので、ピストン
への攻撃性も抑制される。従って、ピストンの耐摩耗性
も向上する。ここで、シリンダボア摺動部表面に金属多
孔体が島状又は網目状に分散した状態で存するとは、シ
リンダボア摺動部表面を観察したときに金属マトリクス
部分と金属多孔体部分とが観察できて、金属多孔体部分
は、海に多数の島が散らばっているように金属マトリク
ス部分の中に分散していること、あるいはその島同士が
繋がって網目状になっていることをいう。Further, since the porous metal body is dispersed in the cylinder bore sliding portion surface in an island shape or a mesh shape, the aggressiveness to the piston is also suppressed. Therefore, the wear resistance of the piston is also improved. Here, the presence of the metal porous body in an island-like or mesh-like dispersed state on the surface of the cylinder bore sliding portion means that the metal matrix portion and the metal porous body portion can be observed when observing the surface of the cylinder bore sliding portion. The metal porous body portion means that a large number of islands are dispersed in the metal matrix portion, or that the islands are connected to each other to form a mesh.
【００１３】次に、請求項２に係る発明は、請求項１に
おいて、上記金属多孔体は、Ｆｅ及びＮｉのうち少なく
とも一方と、Ｃｒとを含んでいるものとする。Next, the invention according to claim 2 is based on claim 1, wherein the porous metal body contains at least one of Fe and Ni and Cr.
【００１４】このような構成であると、耐摩耗性がより
向上する。With such a structure, the wear resistance is further improved.
【００１５】次に、請求項３に係る発明は、請求項２に
おいて、上記金属多孔体は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉの三元合
金により構成されているものとする。Next, the invention according to claim 3 is based on claim 2, wherein the metallic porous body is composed of a ternary alloy of Fe-Cr-Ni.
【００１６】このような構成であると、耐摩耗性が向上
するとともに、靭性に富むので円筒形状への成形性に優
れる。さらに、上記三元合金が１８−８ステンレス鋼で
あると、この合金にはＦｅがかなり多量に含まれて、相
対的に比重の大きいＮｉ量が少ないので、軽量で低コス
トになり、好ましい。With such a structure, the wear resistance is improved and the toughness is excellent, so that the formability into a cylindrical shape is excellent. Further, it is preferable that the ternary alloy is 18-8 stainless steel because the alloy contains a considerably large amount of Fe and the amount of Ni having a relatively large specific gravity is small, resulting in light weight and low cost.
【００１７】次に、請求項４に係る発明は、請求項１〜
３のいずれかにおいて、上記炭化物は、Ｃｒ炭化物であ
るものとする。Next, the invention according to claim 4 relates to claims 1 to 1.
In any one of 3 above, the carbide is a Cr carbide.
【００１８】Ｃｒ炭化物は、ＨＶ（ビッカース硬さ）が
１２００であって非常に硬いため、シリンダボア摺動部
の耐摩耗性がさらに向上する。Since the Cr carbide has an HV (Vickers hardness) of 1200 and is very hard, the wear resistance of the sliding portion of the cylinder bore is further improved.
【００１９】次に、請求項５に係る発明は、請求項１〜
４のいずれかにおいて、上記金属多孔体は、樹脂と混合
した金属粉末を焼結することにより形成されたものであ
り、上記炭化物は、上記樹脂由来の炭素が上記焼結時に
金属と反応することにより生成されたものであるものと
する。Next, the invention according to claim 5 relates to claims 1 to 1.
In any one of 4 above, the metal porous body is formed by sintering a metal powder mixed with a resin, and the carbide is such that carbon derived from the resin reacts with the metal during the sintering. Shall be generated by
【００２０】このような構成であれば、炭化物を有する
金属多孔体の作製が容易であり、また、金属多孔体中の
炭化物の炭素量の制御も容易である。With such a structure, it is easy to produce a metal porous body having a carbide, and it is easy to control the carbon content of the carbide in the metal porous body.
【００２１】次に請求項６に係る発明は、請求項１〜５
のいずれかにおいて、上記金属多孔体がシリンダボア摺
動部全表面に対して占めている面積割合が、８〜２５％
であるものとする。Next, the invention according to claim 6 relates to claims 1 to 5.
In any one of the above, the area ratio of the porous metal body to the entire surface of the cylinder bore sliding portion is 8 to 25%.
Shall be
【００２２】このような構成であれば、シリンダボア摺
動部の耐摩耗性の向上と、金属多孔体を円筒状に成形す
る際の成形性向上との両立を図ることができる。With such a structure, it is possible to achieve both improvement of wear resistance of the cylinder bore sliding portion and improvement of formability when the porous metal body is formed into a cylindrical shape.
【００２３】すなわち、上記面積割合が８％未満の場合
には、強化材である金属多孔体がシリンダボア摺動部表
面に表れている量の過小に起因して、十分な耐摩耗性が
確保できない反面、２５％を越える場合には、強化材の
量の過多に起因して、金属多孔体を円筒状に成形する際
の成形性が低下するので、上述の範囲内とする。なお、
上記面積割合が１０〜２０％であると、シリンダボア摺
動部の耐摩耗性の向上と円筒形状への成形性向上がより
確実になり好ましい。That is, when the area ratio is less than 8%, sufficient abrasion resistance cannot be ensured due to the excessive amount of the porous metal body, which is a reinforcing material, appearing on the surface of the sliding portion of the cylinder bore. On the other hand, if it exceeds 25%, the formability of the porous metal body when it is formed into a cylindrical shape deteriorates due to the excessive amount of the reinforcing material, so the content is within the above range. In addition,
When the area ratio is 10 to 20%, the wear resistance of the cylinder bore sliding portion and the moldability into a cylindrical shape are more reliably improved, which is preferable.
【００２４】また、金属多孔体の面積割合が小さいと、
シリンダボア摺動部の表面に表れる金属炭化物の量も少
なくなるので、シリンダボア摺動部の耐摩耗性の向上を
より確実にするためには、金属多孔体のシリンダボア摺
動部全表面に対して占めている面積割合が８％以上１３
％未満の範囲においては、金属多孔体に対する炭化物の
炭素量は０．１〜１．０重量％であることが好ましく、
面積割合が１３％以上２５％以下の範囲においては、炭
素量は０．０１〜１．０重量％であることが好ましい。If the area ratio of the porous metal is small,
Since the amount of metal carbide that appears on the surface of the cylinder bore sliding part is also small, in order to more reliably improve the wear resistance of the cylinder bore sliding part, occupy the entire surface of the cylinder bore sliding part of the metal porous body. The area ratio is 8% or more 13
In the range of less than 0.1%, the carbon content of the carbide with respect to the metal porous body is preferably 0.1 to 1.0% by weight,
When the area ratio is in the range of 13% or more and 25% or less, the amount of carbon is preferably 0.01 to 1.0% by weight.
【００２５】[0025]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００２６】図１は、本発明に係る自動車用エンジンの
複合強化されたシリンダブロック１の断面を示した図で
ある。このシリンダブロック１において、アルミニウム
合金製シリンダブロック本体２のほぼ中央部分に、円筒
形状のシリンダボア３が形成されていて、シリンダボア
３の表面である摺動部は、金属多孔体４により強化され
ている。この金属多孔体４が、シリンダブロック本体２
を形成する溶湯で鋳ぐるまれて、金属マトリクスである
アルミニウム合金が含浸して当該シリンダブロック１が
形成されている。また、本実施形態では、金属多孔体４
は、シリンダボア３摺動部にのみ複合化されている。FIG. 1 is a view showing a cross section of a composite reinforced cylinder block 1 for an automobile engine according to the present invention. In this cylinder block 1, a cylinder-shaped cylinder bore 3 is formed in a substantially central portion of an aluminum alloy cylinder block body 2, and a sliding portion which is a surface of the cylinder bore 3 is reinforced by a porous metal body 4. . This metal porous body 4 is the cylinder block body 2
The cylinder block 1 is formed by being cast in a molten metal that forms a metal matrix and impregnated with an aluminum alloy that is a metal matrix. In addition, in the present embodiment, the porous metal body 4
Is compounded only in the sliding portion of the cylinder bore 3.
【００２７】シリンダブロック１は、平板状の金属多孔
体４を丸めて円筒形状にした状態で鋳型にセットしてお
き、該鋳型内にアルミニウム合金の溶湯を注入すること
により作製する。なお、シリンダボア３表面は、切削研
磨により仕上げる。The cylinder block 1 is manufactured by rolling a flat plate-shaped metal porous body 4 into a cylindrical shape, setting it in a mold, and injecting a molten aluminum alloy into the mold. The surface of the cylinder bore 3 is finished by cutting and polishing.
【００２８】金属多孔体４は、Ｆｅ及びＮｉのうち少な
くとも一方と、Ｃｒとを含む複数種の金属の粉末と、樹
脂であるバインダーとを混合して支持体上に平板状に成
形後、焼結することにより作製する。金属多孔体４の中
に分散した状態で存する金属炭化物の炭素は、上記樹脂
由来のものであって焼結時に金属と反応したものであ
る。焼結の条件、例えば、時間、温度、雰囲気等を調節
することで、金属炭化物となる炭素量を金属多孔体４に
対して１．０重量％以下になるように調節する。金属多
孔体４の原料である金属の粉末は、合金の粉末でもよい
し、各金属単体の粉末を混合したものでも、また、合金
と単体の粉末を混合したものでも構わない。金属多孔体
４作製時に、金属粉末とバインダーとの混合比を調節し
て、金属多孔体４の体積率を調節する。この体積率と、
金属多孔体４の表面形状によって、シリンダブロック１
としたときのシリンダボア３摺動部全表面における金属
多孔体４の面積割合が決まる。また、金属多孔体４は三
次元的に網目構造を形成しているため、シリンダボア３
摺動部表面に表れる金属多孔体４が、島状になったり網
目状になったりする。このように、シリンダボア３摺動
部表面には、金属多孔体４と金属マトリクスの二種類の
物質が表れているが、シリンダボア３摺動部全表面に対
して金属多孔体４の占めている面積割合は、８〜２５％
が好ましく、より好ましくは１０〜２０％である。The metal porous body 4 is formed by mixing powders of a plurality of kinds of metals containing at least one of Fe and Ni and Cr and a binder which is a resin, and molding the mixture into a flat plate on a support, followed by baking. It is made by tying. The carbon of the metal carbide existing in the state of being dispersed in the metal porous body 4 is derived from the above resin and reacts with the metal during sintering. By adjusting the sintering conditions, for example, time, temperature, atmosphere, etc., the amount of carbon to be a metal carbide is adjusted to 1.0% by weight or less with respect to the metal porous body 4. The metal powder that is the raw material of the porous metal body 4 may be an alloy powder, a mixture of individual metal powders, or a mixture of an alloy and a single powder. When producing the metal porous body 4, the volume ratio of the metal porous body 4 is adjusted by adjusting the mixing ratio of the metal powder and the binder. This volume ratio and
Depending on the surface shape of the metal porous body 4, the cylinder block 1
Then, the area ratio of the porous metal body 4 on the entire surface of the sliding portion of the cylinder bore 3 is determined. Further, since the porous metal body 4 has a three-dimensional mesh structure, the cylinder bore 3
The metal porous body 4 appearing on the surface of the sliding portion becomes island-like or mesh-like. As described above, two types of substances, the metal porous body 4 and the metal matrix, appear on the surface of the sliding portion of the cylinder bore 3, but the area occupied by the porous metal body 4 with respect to the entire surface of the sliding portion of the cylinder bore 3 is large. The ratio is 8-25%
Is preferable, and more preferably 10 to 20%.
【００２９】本実施形態の金属多孔体により強化された
複合強化シリンダブロック１は、シリンダボア３摺動部
が、金属炭化物が分散した状態で存する金属多孔体４に
より強化されているので、シリンダボア３摺動部の耐摩
耗性が向上する。金属炭化物中の炭素量が、金属多孔体
４に対して１．０重量％以下であるので、金属多孔体４
の成形性とシリンダボア３摺動部の耐摩耗性との双方を
満足させることができる。また、金属多孔体４は、シリ
ンダボア３摺動部表面に島状又は網目状に分散した状態
であるので、ピストンに対する攻撃性も低く、従ってピ
ストンスカート部の耐摩耗性が向上する。さらに、シリ
ンダボア３摺動部全表面に金属多孔体４の占めている面
積割合が８〜２５％であると、金属多孔体４の高い耐摩
耗性と良好な成形性とを両立できる。そして、シリンダ
ボア３摺動部のみに金属多孔体４が複合されているの
で、シリンダブロック１全体としては軽量であり、コス
トも低くできる。また、シリンダブロック１の製造工程
は簡単であるため、低コストで製造できる。In the composite reinforced cylinder block 1 reinforced by the porous metal body of this embodiment, the sliding portion of the cylinder bore 3 is reinforced by the porous metal body 4 existing in the state in which the metal carbide is dispersed. The wear resistance of the moving part is improved. Since the amount of carbon in the metal carbide is 1.0% by weight or less with respect to the metal porous body 4, the metal porous body 4
And the wear resistance of the sliding portion of the cylinder bore 3 can be satisfied. Further, since the porous metal body 4 is dispersed on the surface of the sliding portion of the cylinder bore 3 in an island shape or a mesh shape, it has a low aggression property against the piston, and therefore the wear resistance of the piston skirt portion is improved. Further, when the area ratio occupied by the porous metal body 4 on the entire surface of the sliding portion of the cylinder bore 3 is 8 to 25%, high wear resistance of the porous metal body 4 and good formability can both be achieved. Further, since the porous metal body 4 is compounded only in the sliding portion of the cylinder bore 3, the cylinder block 1 as a whole is lightweight and the cost can be reduced. Moreover, since the manufacturing process of the cylinder block 1 is simple, it can be manufactured at low cost.
【００３０】本実施形態は一つの例であって、本発明は
本実施形態の例に限定されない。例えば、金属多孔体
は、シリンダボア摺動部に複合化されていれば良いが、
シリンダブロックの他の部分に複合化されていても構わ
ない。シリンダブロックの製造方法は、ダイカスト法、
溶湯鋳造法、低圧鋳造法などのいずれの方法でも構わな
い。また、金属多孔体の作製方法も金属粉末を用いた焼
結方法に限定されず、発泡樹脂の表面に電気メッキによ
り金属皮膜を生成する方法などでも構わない。金属炭化
物を生成させる方法は、金属粉末をバインダ以外の含炭
素物質とともに焼成する方法であってもよいし、金属多
孔体を予め形成した後に炭素を導入して炭化物を生成さ
せる方法など、どのような方法であっても構わない。金
属多孔体の形状も、始めから円筒形状に形成しておいて
も良いし、塊などを切削等によって円筒形にしても良
い。The present embodiment is an example, and the present invention is not limited to the example of the present embodiment. For example, the metal porous body may be compounded in the cylinder bore sliding portion,
It may be combined with other parts of the cylinder block. The cylinder block manufacturing method is a die casting method,
Any method such as a molten metal casting method or a low pressure casting method may be used. The method for producing the metal porous body is not limited to the sintering method using the metal powder, and a method of forming a metal film on the surface of the foamed resin by electroplating may be used. The method of generating the metal carbide may be a method of firing the metal powder together with a carbon-containing substance other than the binder, or a method of forming carbon by introducing carbon after forming the metal porous body in advance. Any method may be used. The shape of the porous metal body may be formed into a cylindrical shape from the beginning, or a lump or the like may be formed into a cylindrical shape by cutting or the like.
【００３１】[0031]
【実施例】−実施例１−
平均粒径０．５μｍのＦｅ2Ｏ3粉末５０重量部、平均粒
径５μｍのＦｅ−Ｃｒ（Ｃｒ６３％）合金粉末１４．５
重量部、平均粒径５μｍのＮｉ粉末４．５重量部、分散
剤１．５重量部、バインダー（フェノール樹脂）１２重
量部、水１１重量部の配合比率でこれらを混合してスラ
リーとした。このスラリーを発泡ウレタン樹脂の骨格表
面に塗布して乾燥させた。その後、非酸化性雰囲気中で
焼結することで、体積率が１０％である１８−８ステン
レス鋼合金（ＳＵＳ合金）より成る金属多孔体の厚さ２
ｍｍの板を得た。この金属多孔体の焼結時の雰囲気を変
えることによって、金属多孔体に対する金属炭化物中の
炭素量を制御し、金属炭化物中の炭素量は、金属多孔体
に対する炭素量が０．１１重量％のもの（図３、４中で
Ａとして示す）、０．２１重量％のもの（同Ｂとして示
す）、０．６６重量％のもの（同Ｃとして示す）の三種
類とした。EXAMPLES Example 1 50 parts by weight of Fe 2 O 3 powder having an average particle size of 0.5 μm and Fe—Cr (Cr63%) alloy powder 14.5 having an average particle size of 5 μm 14.5
By weight, 4.5 parts by weight of Ni powder having an average particle size of 5 μm, 1.5 parts by weight of a dispersant, 12 parts by weight of a binder (phenol resin), and 11 parts by weight of water were mixed to prepare a slurry. This slurry was applied to the surface of the skeleton of the urethane foam resin and dried. Then, by sintering in a non-oxidizing atmosphere, the thickness of the porous metal body made of an 18-8 stainless steel alloy (SUS alloy) having a volume ratio of 10% 2
A mm plate was obtained. The amount of carbon in the metal carbide relative to the metal porous body is controlled by changing the atmosphere during the sintering of the metal porous body. The amount of carbon in the metal carbide is 0.11% by weight relative to the metal porous body. There are three types (1) (shown as A in FIGS. 3 and 4), 0.21% by weight (shown as B), and 0.66% by weight (shown as C).
【００３２】これらの金属多孔体にアルミニウム合金
（Ａｌ合金）溶湯を高圧鋳造法により含浸させて、冷却
後に表面を切削研磨した。この時、表面の金属多孔体の
面積割合は、１０％であった。なお、この表面には金属
多孔体が島状に分散していた。A molten aluminum alloy (Al alloy) was impregnated into these porous metal bodies by a high pressure casting method, and after cooling, the surface was cut and polished. At this time, the area ratio of the porous metal body on the surface was 10%. It should be noted that porous metal bodies were dispersed in an island shape on this surface.
【００３３】こうして得られたＡｌ合金含浸金属多孔体
の板を円形に切り抜いてディスクとした。The plate of the Al alloy-impregnated metal porous body thus obtained was cut into a circular shape to form a disk.
【００３４】上記のディスクを用いて、後述の摩擦摩耗
試験を行った。この試験の結果を図３と図４にそれぞれ
示す。A friction wear test described below was conducted using the above disc. The results of this test are shown in FIGS. 3 and 4, respectively.
【００３５】−実施例２−
実施例１と同じ方法を用い、バインダー量を調節するこ
とによって、体積率が１５％である１８−８ステンレス
鋼合金（ＳＵＳ合金）より成る金属多孔体の板を得た。
この金属多孔体の焼結時の雰囲気を変えることによっ
て、金属多孔体に対する金属炭化物中の炭素量を制御
し、金属炭化物中の炭素量は以下の二種類とした。金属
多孔体に対する炭素量が０．０３重量％のものをＤ、
０．０９重量％のものをＥとして図３、４に示した。Example 2 Using the same method as in Example 1, by adjusting the amount of binder, a plate of a porous metal body made of 18-8 stainless steel alloy (SUS alloy) having a volume ratio of 15% was prepared. Obtained.
By changing the atmosphere during sintering of the porous metal body, the carbon content in the metal carbide relative to the porous metal body was controlled, and the carbon content in the metal carbide was set to the following two types. D having a carbon content of 0.03% by weight relative to the metal porous body,
Those having a content of 0.09% by weight are shown as E in FIGS.
【００３６】これらの金属多孔体を用いて、実施例１と
同様にしてディスクを作製した。ディスクの表面の金属
多孔体の面積割合は、１５％であった。なお、この表面
には金属多孔体が島状に分散していた。A disk was prepared in the same manner as in Example 1 using these porous metal bodies. The area ratio of the porous metal body on the surface of the disk was 15%. It should be noted that porous metal bodies were dispersed in an island shape on this surface.
【００３７】上記のディスクを用いて、後述の摩擦摩耗
試験を行った。この試験の結果を図３と図４にそれぞれ
示す。A friction and wear test described later was conducted using the above disc. The results of this test are shown in FIGS. 3 and 4, respectively.
【００３８】−比較例−
実施例１と同様にして、体積率が１０％である１８−８
ステンレス鋼合金（ＳＵＳ合金）より成る金属多孔体の
板であって、この金属多孔体に対する炭素量が１．４７
重量％であるものを得た。これをＦとした。-Comparative Example-Similar to Example 1, 18-8 having a volume ratio of 10%.
A plate of a metal porous body made of a stainless steel alloy (SUS alloy), wherein the carbon content in the metal porous body is 1.47.
What was wt% was obtained. This was designated as F.
【００３９】この金属多孔体を用いて、実施例１と同様
にしてディスクを作製した。ディスクの表面の金属多孔
体の面積割合は、１０％であった。なお、この表面には
金属多孔体が島状に分散していた。Using this porous metal body, a disk was prepared in the same manner as in Example 1. The area ratio of the metal porous body on the surface of the disk was 10%. It should be noted that porous metal bodies were dispersed in an island shape on this surface.
【００４０】上記のディスクを用いて、後述の摩擦摩耗
試験を行った。この試験の結果を図３と図４にそれぞれ
示す。A friction and wear test described later was conducted using the above disc. The results of this test are shown in FIGS. 3 and 4, respectively.
【００４１】−評価方法−
＜摩擦摩耗試験＞図２に示すように、上記実施例で説明
したディスク１２を使用し、リング１１とディスク１２
とを接触させて回転させる装置を用いて摩擦摩耗試験を
行った。-Evaluation Method- <Friction and Wear Test> As shown in FIG. 2, the disk 12 described in the above embodiment was used, and the ring 11 and the disk 12 were used.
A friction and wear test was performed using a device that rotates while contacting with.
【００４２】リング１１は、垂直の断面が凸型であっ
て、中央に孔が開いている。突き出している接触部１３
が、ディスク１２に接触する部分である。そして、この
リング１１は、アルミニウム合金で作製されており、ピ
ストンに相当するものである。The ring 11 has a convex vertical section and has a hole in the center. Protruding contact part 13
Is the part that contacts the disk 12. The ring 11 is made of aluminum alloy and corresponds to a piston.
【００４３】ディスク１２は、円盤状をなしていて、上
述したように金属多孔体にアルミニウム合金を含浸させ
て作製されており、シリンダボア摺動部に相当するもの
である。The disk 12 has a disk shape, is made by impregnating a porous metal with an aluminum alloy as described above, and corresponds to a cylinder bore sliding portion.
【００４４】試験は、ディスク１２とリング１１の接触
部１３との間に潤滑油を供給しながら、リング１１をデ
ィスク１２に押し付けて、面圧をかけた状態でディスク
１２を回転させて行った。The test was carried out by supplying the lubricating oil between the disk 12 and the contact portion 13 of the ring 11 while pressing the ring 11 against the disk 12 and rotating the disk 12 under a surface pressure. .
【００４５】試験条件は、接触面圧：５０ＭＰａ、摺動
速度：０．１ｍ／ｓ、試験温度：８０度、摺動距離：３
６０ｍ、潤滑油：ディーゼル無添加油（３０ｃｃ／ｍｉ
ｎ）とした。The test conditions are: contact surface pressure: 50 MPa, sliding speed: 0.1 m / s, test temperature: 80 degrees, sliding distance: 3
60m, lubricating oil: diesel-free oil (30cc / mi
n).
【００４６】試験後のリング１１及びディスク１２の摩
耗減量を測定し、単位面圧当たりの比摩耗量として評価
を行った。The wear loss of the ring 11 and the disk 12 after the test was measured and evaluated as the specific wear amount per unit surface pressure.
【００４７】−耐摩耗性評価結果−
図３には、ピストンに相当するリングの比摩耗量が示さ
れ、図４には、シリンダボアに相当するディスクの比摩
耗量が示されている。リング、ディスクともに実施例１
と２は、比較例よりも比摩耗量が格段に少ない。シリン
ダボアに相当するディスクの比摩耗量は、実施例１、２
では、従来の鋳鉄ライナ品（図示せず）に比較して、ほ
ぼ同等の値である。-Abrasion Resistance Evaluation Result- FIG. 3 shows the specific wear amount of the ring corresponding to the piston, and FIG. 4 shows the specific wear amount of the disk corresponding to the cylinder bore. Example 1 for both ring and disk
In Nos. 2 and 3, the specific wear amount is significantly smaller than that in the comparative example. The specific wear amount of the disk corresponding to the cylinder bore is as shown in Examples 1 and 2.
Then, the values are almost equivalent to those of the conventional cast iron liner product (not shown).
【００４８】比較例では炭素量が１．４７重量％と１．
０重量％を越えているため、図５（Ｂ）に示すように、
金属マトリクス（Ａｌ合金）５中に島状に分散している
金属多孔体４の表面に析出した粗大なＣｒ炭化物がディ
スクから脱落して、その脱落物が研磨材となって、ディ
スクとリングの双方を削るアブレッシブ（研磨材）摩耗
が生じている。そのため、リング、ディスク双方の比摩
耗量が大きくなっているのである。図５（Ａ）は、実施
例１のＢのディスク表面の拡大写真であるが、炭素量が
０．２１重量％であるので、（Ｂ）に比べてＣｒ炭化物
は析出量が少なく、大きさも小さいので、Ｃｒ炭化物の
脱落は起こらない。In the comparative example, the carbon amount was 1.47% by weight and 1.
Since it exceeds 0% by weight, as shown in FIG.
Coarse Cr carbide deposited on the surface of the metal porous body 4 dispersed in an island shape in the metal matrix (Al alloy) 5 drops off from the disk, and the drop-off material serves as an abrasive to form the disk and the ring. Abrasive (abrasive) wear that scrapes both sides has occurred. Therefore, the specific wear amount of both the ring and the disk is large. FIG. 5 (A) is an enlarged photograph of the disk surface of Example 1 B. Since the amount of carbon is 0.21% by weight, the precipitation amount of Cr carbide is smaller than that of (B) and the size is also large. Since it is small, the loss of Cr carbide does not occur.
【００４９】なお、比較例の金属多孔体は、８０ｍｍ径
の円筒状に成形しようとしたところ、外周面に割れを生
じて成形できなかった。実施例の金属多孔体は、いずれ
も問題なく成形できた。When the metal porous body of the comparative example was to be formed into a cylindrical shape having a diameter of 80 mm, the outer peripheral surface was cracked and could not be formed. The metal porous bodies of the examples could be molded without any problem.
【００５０】[0050]
【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に述べる効果を奏する。The present invention is carried out in the form as described above, and has the following effects.
【００５１】本発明の複合強化シリンダブロックは、金
属多孔体に金属マトリクスを含浸させて形成され表面に
金属多孔体が島状若しくは網目状に分散して存するシリ
ンダボア摺動部を備え、該金属多孔体中に金属炭化物が
分散した状態で存しているので、金属多孔体の体積率を
高めることなくシリンダボア摺動部の耐摩耗性を向上さ
せることができる。また、金属炭化物中の炭素量が金属
多孔体に対して１．０重量％以下であるので、シリンダ
ボア摺動部の耐摩耗性と金属多孔体の成形性とを両立で
きる。The composite reinforced cylinder block of the present invention is formed by impregnating a metal porous body with a metal matrix, and is provided with a cylinder bore sliding portion on the surface of which the metal porous body is dispersed in an island shape or a mesh shape. Since the metal carbide is present in the body in a dispersed state, the wear resistance of the cylinder bore sliding portion can be improved without increasing the volume ratio of the porous metal body. Further, since the carbon content in the metal carbide is 1.0% by weight or less with respect to the metal porous body, it is possible to achieve both wear resistance of the sliding portion of the cylinder bore and moldability of the metal porous body.
【００５２】金属多孔体がＦｅ及びＮｉのうち少なくと
も一方と、Ｃｒとを含んで、金属炭化物がＣｒ炭化物で
あるので、シリンダボア摺動部の耐摩耗性がより向上す
る。さらに、金属多孔体をＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉの三元合金
とすると、靭性にも富んでいて円筒形状への成形性が向
上する。Since the metal porous body contains at least one of Fe and Ni and Cr and the metal carbide is Cr carbide, the wear resistance of the cylinder bore sliding portion is further improved. Further, when the metallic porous body is a ternary alloy of Fe-Cr-Ni, it has a high toughness and the formability into a cylindrical shape is improved.
【図１】本発明の実施形態に係るシリンダブロックの断
面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a cylinder block according to an embodiment of the present invention.
【図２】評価試験の要領を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a procedure of an evaluation test.
【図３】リング比摩耗量を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a ring specific wear amount.
【図４】ディスク比摩耗量を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a disc specific wear amount.
【図５】（Ａ）は炭素量０．２１重量％の実施例１に係
るディスクの表面拡大図であり、（Ｂ）は炭素量１．４
７重量％の比較例に係るディスクの表面拡大図である。5A is an enlarged view of the surface of the disk according to Example 1 having a carbon content of 0.21% by weight, and FIG. 5B is a carbon content of 1.4.
It is an enlarged view of the surface of a disk according to a comparative example of 7% by weight.
１ シリンダブロック ２ シリンダブロック本体 ３ シリンダボア ４ 金属多孔体 ５ 金属マトリクス 1 cylinder block 2 Cylinder block body 3 cylinder bore 4 Metallic porous body 5 metal matrix
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｃ 1/08 Ｃ２２Ｃ 1/08 Ｆ 1/10 1/10 Ｈ Ｆ０２Ｆ 1/00 Ｆ０２Ｆ 1/00 Ｄ (72)発明者 芝原 雅彦 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 Ｆターム(参考） 3G024 AA21 AA22 FA06 GA08 HA01 HA13 HA17 4K018 AA33 AB02 AC04 BA11 BA16 BA19 BA20 CA08 CA44 DA13 DA31 FA35 JA32 KA22 KA70 4K020 AA22 AA27 AC01 AC07 AC09 BA05 BB26 BB30 BB41 BC03Front page continuation (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) C22C 1/08 C22C 1/08 F 1/10 1/10 H F02F 1/00 F02F 1/00 D (72) Inventor Masahiko Shibahara 3-1, Shinchi, Fuchu-cho, Aki-gun, Hiroshima Prefecture F-term in Mazda Co., Ltd. (reference) 3G024 AA21 AA22 FA06 GA08 HA01 HA13 HA17 4K018 AA33 AB02 AC04 BA11 BA16 BA19 BA20 CA08 CA44 DA13 DA31 FA35 JA32 KA22 KA70 4K020 AA22 AA27 AC AC07 AC09 BA05 BB26 BB30 BB41 BC03
Claims (6)
以外のシリンダブロックの部分を形成する金属マトリク
スを含浸させた金属多孔体により形成された複合強化シ
リンダブロックであって、 上記金属多孔体は、複数の金属より成り、上記シリンダ
ボア摺動部表面に島状又は網目状に分散した状態で存
し、 上記金属多孔体の複数の金属のうち少なくとも一つが炭
化物を形成し、 上記炭化物は、金属多孔体中に分散した状態で存すると
ともに、該炭化物中の炭素量が金属多孔体に対して１．
０重量％以下であることを特徴とするシリンダブロッ
ク。1. A composite reinforced cylinder block in which at least a cylinder bore sliding portion is formed of a metal porous body impregnated with a metal matrix forming a portion of the cylinder block other than the cylinder block, and the plurality of metal porous bodies are provided. Which is present in the form of islands or meshes dispersed on the surface of the sliding portion of the cylinder bore, at least one of a plurality of metals of the porous metal body forms a carbide, and the carbide is a porous metal body. And the amount of carbon in the carbide is 1.
A cylinder block characterized by being 0% by weight or less.
と、Ｃｒとを含んでいることを特徴とするシリンダブロ
ック。2. The cylinder block according to claim 1, wherein the porous metal body contains at least one of Fe and Ni and Cr.
構成されていることを特徴とするシリンダブロック。3. The cylinder block according to claim 2, wherein the porous metal body is made of a ternary alloy of Fe—Cr—Ni.
ンダブロック。4. The cylinder block according to claim 1, wherein the carbide is Cr carbide.
ことにより形成されたものであり、 上記炭化物は、上記樹脂由来の炭素が上記焼結時に金属
と反応することにより生成されたものであることを特徴
とするシリンダブロック。5. The porous metal body according to claim 1, wherein the metal porous body is formed by sintering a metal powder mixed with a resin, and the carbide is carbon derived from the resin. A cylinder block, which is produced by reacting with a metal during the above sintering.
めている面積割合が、８〜２５％であることを特徴とす
るシリンダブロック。6. The cylinder block according to claim 1, wherein the area ratio of the porous metal body to the entire surface of the cylinder bore sliding portion is 8 to 25%.
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP2007134680A (en) * | 2005-10-11 | 2007-05-31 | Canon Electronics Inc | Composite metal molded body and its manufacturing method |
-
2001
- 2001-06-27 JP JP2001194456A patent/JP2003010961A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007134680A (en) * | 2005-10-11 | 2007-05-31 | Canon Electronics Inc | Composite metal molded body and its manufacturing method |
| JP4693732B2 (en) * | 2005-10-11 | 2011-06-01 | キヤノン電子株式会社 | Composite metal molded body and method for producing the same |
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