JP2003231936A - Cylinder liner of engine - Google Patents

Cylinder liner of engine

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JP2003231936A
JP2003231936A JP2002033099A JP2002033099A JP2003231936A JP 2003231936 A JP2003231936 A JP 2003231936A JP 2002033099 A JP2002033099 A JP 2002033099A JP 2002033099 A JP2002033099 A JP 2002033099A JP 2003231936 A JP2003231936 A JP 2003231936A
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Japan
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alloy
cylinder liner
hardness
cylinder
less
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JP2002033099A
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Japanese (ja)
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Junichi Inami
純一 稲波
Takaharu Suzuki
貴晴 鈴木
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Yamaha Motor Co Ltd
Original Assignee
Yamaha Motor Co Ltd
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  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cylinder liner of an engine, which has the improved strength and abrasion resistance, has the reduced manufacturing cost, and is lightweightened. <P>SOLUTION: In the cylinder liner that is cast-embedded in the cylinder block of the engine, and has a sliding surface on which a piston can slide, formed on the inner surface, the cylinder liner consists of an Al alloy containing Al, Si and Cu as essential components, and at least either one element of Mn and Sn, wherein hardness of the matrix of the Al alloy is 70 HV or higher. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンのシリン
ダブロックに鋳包まれるアルミニウム合金から成るシリ
ンダライナに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cylinder liner made of an aluminum alloy that is cast into a cylinder block of an engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】環境問題の高まりに伴いエンジンの軽量
化が進められており、エンジン部品の摺動部の材料特性
には、軽量化および耐摩耗性が要求されている。例え
ば、シリンダライナには、軽量化可能な鋳包み構造のシ
リンダライナが実用化されている。鋳包み構造のシリン
ダライナは筒状のアルミニウム合金から形成され、その
外周面はアルミニウム合金のダイカスト成形体からなる
シリンダブロックにより鋳包まれ、シリンダライナの内
周面は硬質めっきに被覆され構成される。
2. Description of the Related Art The weight reduction of engines has been promoted along with the increase of environmental problems, and the material characteristics of sliding parts of engine parts are required to be lightweight and wear resistant. For example, as the cylinder liner, a cylinder liner having a cast-wrap structure capable of reducing weight has been put into practical use. The cast-in structure cylinder liner is formed of a cylindrical aluminum alloy, the outer peripheral surface of which is cast-in by a cylinder block made of an aluminum alloy die-cast molding, and the inner peripheral surface of the cylinder liner is hard-coated. .

【0003】図5は、多気筒エンジンのシリンダブロッ
クの断面を概略的に示す図である。図5に示す多気筒エ
ンジン10のシリンダブロック11の各気筒にはピスト
ンが摺動可能な筒状のシリンダボア12が形成され、各
シリンダボア12にシリンダライナ13が鋳包み部14
により鋳包み形成される。さらに、シリンダライナ13
の内周面には、めっき処理により硬質めっき皮膜15が
形成される。
FIG. 5 is a diagram schematically showing a cross section of a cylinder block of a multi-cylinder engine. In each cylinder of the cylinder block 11 of the multi-cylinder engine 10 shown in FIG. 5, a cylindrical cylinder bore 12 in which a piston can slide is formed, and a cylinder liner 13 is provided in each cylinder bore 12 with a cast-in portion 14.
Is cast and formed. Furthermore, the cylinder liner 13
A hard plating film 15 is formed on the inner peripheral surface of the plate by plating.

【0004】上記鋳包み構造のシリンダライナは、図6
に示す工程手順により作製される。まず、シリンダライ
ナの母材としてAl合金材料を用意した。なお、具体的
なAl合金材料の成分を挙げると、質量%で、Si:9
〜10.5、Fe:0.5、Cu:2.5〜3.5、M
g:0.5〜0.8、Mn:0.3、Cr:0.2、Z
n:0.2を含有し、残部がAlおよび不可避的不純物
から成る。
The cylinder liner having the cast-in structure is shown in FIG.
It is produced by the process procedure shown in. First, an Al alloy material was prepared as a base material for the cylinder liner. The specific components of the Al alloy material are as follows:
~ 10.5, Fe: 0.5, Cu: 2.5-3.5, M
g: 0.5 to 0.8, Mn: 0.3, Cr: 0.2, Z
It contains n: 0.2 and the balance is Al and unavoidable impurities.

【0005】図6に示すように、まず、Al合金材料の
成分を調整し、加熱軟化させた後、押出し成形により連
続した中空円筒状の管体を作製し、作製した中空円筒状
の管体を切断し、シリンダライナの素材を形成した(工
程1)。
As shown in FIG. 6, first, the components of the Al alloy material are adjusted, heated and softened, and then a continuous hollow cylindrical tubular body is produced by extrusion molding, and the produced hollow cylindrical tubular body is produced. Was cut to form a material for the cylinder liner (step 1).

【0006】シリンダライナの素材に加熱溶体化処理し
た後、水焼入れを行い、その後時効熱処理をした後、自
然冷却してシリンダライナの素材に表面硬化処理を施し
た(工程2)。
After subjecting the material of the cylinder liner to heat solution treatment, water quenching, aging heat treatment, and then natural cooling, surface hardening treatment was applied to the material of the cylinder liner (step 2).

【0007】表面硬化処理後に、得られたシリンダライ
ナの電気伝導度を検査した(工程3)。シリンダライナ
の端面や内面を平滑に加工処理した後、必要に応じてシ
リンダライナの外面の加工処理をし(工程4)、シリンダ
ブロックの金型にシリンダライナを装着し、アルミニウ
ムダイカスト合金により鋳包み成形加工をした(工程
5)。シリンダライナの内面の機械研削加工により平滑
化した後(工程6)、酸により洗浄し、アルカリ脱脂を
行い、下地処理としてアルマイト皮膜を形成後、Ni−
P−SiCの分散めっき処理をした(工程7)。シリン
ダライナの内面にホーニング加工をし、精密な寸法公差
に仕上げた(工程8)。
After the surface hardening treatment, the electric conductivity of the obtained cylinder liner was inspected (step 3). After the end surface and inner surface of the cylinder liner have been processed smoothly, the outer surface of the cylinder liner is processed as necessary (step 4), the cylinder liner is attached to the die of the cylinder block, and the die is cast with aluminum die casting alloy. It was molded (step 5). After smoothing the inner surface of the cylinder liner by mechanical grinding (step 6), cleaning with acid, degreasing with alkali, and forming an alumite film as a base treatment, Ni-
Dispersion plating of P-SiC was performed (step 7). Honing is applied to the inner surface of the cylinder liner to finish it to precise dimensional tolerances (step 8).

【0008】上記製造方法により製造されたシリンダラ
イナは、内周面にめっき処理がなされ摺動面が形成され
ており、シリンダの摺動が可能となる耐摩耗性を確保し
ている。
The cylinder liner manufactured by the above manufacturing method has a sliding surface formed by plating the inner peripheral surface thereof, and ensures the wear resistance that allows the cylinder to slide.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来に
おけるシリンダライナは、その内周面にめっき処理を施
したため耐摩耗性が向上したが、一方において、めっき
処理により製造工程数が増加し製造工程が煩雑となり、
シリンダブロックの製造コストが高騰する原因となって
いた。
However, the conventional cylinder liner has improved wear resistance because the inner peripheral surface thereof is plated, but on the other hand, the plating process increases the number of manufacturing steps and Becomes complicated,
This has caused the manufacturing cost of the cylinder block to soar.

【0010】そこで、めっき処理を施さずにシリンダラ
イナを形成するAl合金自体の耐摩耗性を向上させる方
法が考え出されている。例えば、Al合金に硬化処理を
施して表面硬度を高めて、Al合金自体の強度および耐
摩耗性の改善をする方法がある。Al合金の硬化処理に
よりAl合金の表面硬度を高めることが可能であるが、
軽量化を目的とした鋳包み構造のシリンダライナを製造
する際には、前述したように、シリンダライナの硬化処
理後に鋳包み時の熱で高温になるため、硬化処理による
合金組織の改良により高硬度とした組織が、鋳包み時の
熱による焼き鈍し作用により変化し、組織変化が原因と
なりAl合金の硬度が低下してしまっていた。従って、
鋳包み前に行ったAl合金の硬化処理は、実質的な効果
を得ることができなかった。その結果、強度および耐摩
耗性の両特性に優れたシリンダライナを得られないとい
う問題があった。
Therefore, a method for improving the wear resistance of the Al alloy itself which forms the cylinder liner without performing the plating treatment has been devised. For example, there is a method in which the Al alloy is subjected to a hardening treatment to increase the surface hardness to improve the strength and wear resistance of the Al alloy itself. Although it is possible to increase the surface hardness of the Al alloy by hardening the Al alloy,
When manufacturing a cylinder liner with a cast-in structure for the purpose of weight reduction, as described above, the heat during casting of the cylinder liner raises the temperature to a high temperature. The hardness of the Al alloy was changed by the annealing effect due to heat during casting, and the hardness of the Al alloy was lowered due to the change in the structure. Therefore,
The hardening treatment of the Al alloy performed before the casting was not able to obtain a substantial effect. As a result, there is a problem that a cylinder liner excellent in both strength and wear resistance cannot be obtained.

【0011】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものであり、強度および耐摩耗性を向上させ、かつ
製造コストの削減を図り、軽量化したエンジンのシリン
ダライナを提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to improve the strength and wear resistance, reduce the manufacturing cost, and provide a lightweight cylinder liner for an engine. And

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に、シリンダライナを形成する材料の研究が種々行われ
ている。例えば、Al合金材料中にFeやCuなどの元
素を添加して強度を向上させて、硬化の低下を防止した
シリンダライナが開発されている。しかし、Feを添加
すると表面硬度の低下を防止できるものの、逆に特定の
条件下では耐摩耗性が低下してしまっていた。このた
め、強度および耐摩耗性の両特性が優れたシリンダライ
ナを得ることができなかった。
In order to solve the above-mentioned object, various studies have been conducted on the material forming the cylinder liner. For example, a cylinder liner has been developed in which an element such as Fe or Cu is added to an Al alloy material to improve the strength and prevent deterioration of hardening. However, although the addition of Fe can prevent the surface hardness from decreasing, on the contrary, the wear resistance decreases under a specific condition. Therefore, a cylinder liner excellent in both strength and wear resistance cannot be obtained.

【0013】図7は、Al−Mg−Si系合金であるA
6061に質量%で25%のSiを含有したAl合金材
料(「Base合金」とする)、このBase合金にさ
らに4%のFeを含有したAl合金材料(「Base合
金+4%Fe」とする)との硬さを比較した図である。
なお、「Base合金」および「Base合金+4%F
e」の各合金について、押出材(T1)および鋳包み後
(A)の硬さを測定し、その測定結果を示した。
FIG. 7 shows an Al--Mg--Si system alloy A.
An Al alloy material containing 60% by mass of 25% Si (referred to as "Base alloy"), and an Al alloy material containing 4% Fe in this Base alloy (referred to as "Base alloy + 4% Fe") It is the figure which compared the hardness with.
In addition, "Base alloy" and "Base alloy + 4% F
For each alloy of "e", the hardness of the extruded material (T1) and the hardness after casting (A) were measured, and the measurement results are shown.

【0014】図7に示すように、「Base合金」の押
出材(T1)の硬さは、鋳包み後(A)に著しく低下し
たが、これに対し、「Base合金+4%Fe」の押出
材(T1)は、鋳包み後(A)であっても硬度の低下は
見られなかった。この原因を種々研究したところ、Al
合金中にFeを含有させると合金組織中に金属結合化合
物β−AlFeSiが晶出し、晶出したβ−AlFeS
iはAl合金中に分散されてAl合金が強化されAl合
金の表面硬度が向上し、その結果、Feを含有したAl
合金は、鋳包む後であっても硬度の低下を防止できるこ
とが判った。
As shown in FIG. 7, the hardness of the extruded material (T1) of "Base alloy" was remarkably lowered after casting (A), whereas the extruded value of "Base alloy + 4% Fe" was extruded. The material (T1) did not show a decrease in hardness even after casting (A). As a result of various studies on this cause, Al
When Fe is contained in the alloy, a metal binding compound β-AlFeSi is crystallized in the alloy structure, and crystallized β-AlFeS
i is dispersed in the Al alloy to strengthen the Al alloy and improve the surface hardness of the Al alloy. As a result, Al containing Fe is added.
It has been found that the alloy can prevent a decrease in hardness even after casting.

【0015】しかしながら、Al合金にFeを含有させ
た場合には、鋳包み後の強度を確保できたが、ある限定
された摩耗試験条件下では、Al合金中にβ−AlFe
Siが多量に晶出すると、耐摩耗性が著しく低下するこ
とが判った。
However, when Fe was contained in the Al alloy, the strength after casting was secured, but under certain limited wear test conditions, β-AlFe was contained in the Al alloy.
It was found that when a large amount of Si crystallized, the wear resistance was significantly reduced.

【0016】そこで、耐摩耗性の低下を防止すべく種々
研究したところ、通常、測定するAl合金自体の硬さの
みならず、Al合金中に分散されるSi粒や金属間化合
物β−AlFeSiを除いた部分、すなわち、Al合金
のマトリックスにおける硬さを測定したところ、マトリ
ックスの硬さがAl合金の耐摩耗性に深く関与している
ことを見出し、本発明の完成に至ったものである。
Then, various studies were conducted to prevent the deterioration of wear resistance. Usually, not only the hardness of the Al alloy itself to be measured but also Si particles and intermetallic compound β-AlFeSi dispersed in the Al alloy were measured. When the hardness of the removed portion, that is, the hardness of the matrix of the Al alloy was measured, it was found that the hardness of the matrix was deeply involved in the wear resistance of the Al alloy, and the present invention was completed.

【0017】すなわち、本発明は、エンジンのシリンダ
ブロックに鋳包まれ、内周面にピストンが摺動可能な摺
動面が形成されたシリンダライナにおいて、シリンダラ
イナは、Al、SiおよびCuを必須の成分とし、か
つ、MnまたはSnのいずれかの一方の元素を少なくと
も含有するAl合金から成り、当該Al合金中のマトリ
ックス成分の硬さ(ビッカース硬さ)が70HV以上で
あることを特徴とする。
That is, according to the present invention, in a cylinder liner that is cast in a cylinder block of an engine and has a sliding surface on which the piston can slide, the cylinder liner is essentially made of Al, Si and Cu. And an Al alloy containing at least one element of Mn and Sn, and the hardness (Vickers hardness) of the matrix component in the Al alloy is 70 HV or more. .

【0018】本発明によれば、シリンダライナの押出成
形時にプレス焼入れを促進し、かつ、シリンダブロック
の鋳包み時に時効軟化が進まないように、マトリックス
の固溶硬化または時効硬化させてマトリックスの硬さを
70HV以上とすることにより、耐摩耗性および強度の
両特性が優れたシリンダライナを得ることができる。ま
た、本発明によれば、めっき処理が不要であることから
製造コストの削減を図ることができる。
According to the present invention, the matrix quenching is promoted during the extrusion molding of the cylinder liner, and the matrix is solid-solution hardened or age hardened to prevent the age softening during casting of the cylinder block. By setting the thickness to 70 HV or more, it is possible to obtain a cylinder liner excellent in both wear resistance and strength. Further, according to the present invention, since the plating process is unnecessary, it is possible to reduce the manufacturing cost.

【0019】上記発明において、Al合金は、質量%
で、Si:20〜30、Cu:0.05〜2.0を必須
の成分とし、かつ、Mn:0.05〜4.0またはS
n:0.01〜4.0のいずれか一方の元素を少なくと
も含有し、残部がAl及び不可避的不純物から成ること
が望ましい。
In the above invention, the Al alloy is mass%
In addition, Si: 20 to 30, Cu: 0.05 to 2.0 are essential components, and Mn: 0.05 to 4.0 or S.
It is desirable that at least one of n and 0.01 to 4.0 is contained, and the balance is Al and inevitable impurities.

【0020】本発明によれば、遅時効性元素であるMn
あるいはSnのいずれか一方の元素を少なくとも含有さ
せることにより、過時効軟化を抑制することができる。
According to the present invention, the late aging element Mn
Alternatively, by containing at least one element of Sn, overaging softening can be suppressed.

【0021】Al合金中にMnを質量%で0.05〜
4.0含有させたが、Mnの含有量が0.05%である
とその効果が得られず、4.0を超えると熱処理性を害
するからである。また、Snは、Al合金中に質量%で
0.01〜4.0含有させたが、Snの含有量が0.0
1%未満であるとその効果が得られず、逆に、4.0を
超えると脆化するからである。
Mn in an Al alloy in a mass% of 0.05 to
This is because the effect was not obtained when the Mn content was 0.05%, and the heat treatment property was impaired when the Mn content exceeded 4.0. Further, Sn was contained in the Al alloy in an amount of 0.01 to 4.0 by mass%, but the Sn content was 0.0.
This is because if it is less than 1%, the effect cannot be obtained, and conversely, if it exceeds 4.0, embrittlement occurs.

【0022】また、上記発明において、Al合金は、質
量%で、粒径が2μm以下のAlを含有すること
も望ましい。
In the above invention, it is also preferable that the Al alloy contains, by mass%, Al 2 O 3 having a particle size of 2 μm or less.

【0023】本発明によれば、質量%で、Al合金中に
アルミナ(Al)を10%以下含有させることに
より、マトリックの硬さを70HV以上の値とすること
ができる。
According to the present invention, by including 10% or less of alumina (Al 2 O 3 ) in the Al alloy in mass%, the hardness of the matrix can be set to a value of 70 HV or more.

【0024】また、上記発明において、Al合金は、質
量%で、Mg:0.1〜1.5、Ni:1.0〜4.
0、Cr:0.3以下およびFe:2%以下のいずれか
一種以上の元素を含有しており、Feが含有された場合
に、前記摺動面に晶出する金属間化合物β−AlFeS
iの占める面積が、前記摺動面の全面積に対して5%以
下であることが望ましい。
Further, in the above invention, the Al alloy is, in mass%, Mg: 0.1 to 1.5, Ni: 1.0 to 4.
0, Cr: 0.3 or less and Fe: 2% or less, and an intermetallic compound β-AlFeS that crystallizes on the sliding surface when Fe is contained.
The area occupied by i is preferably 5% or less with respect to the total area of the sliding surface.

【0025】本発明によれば、焼入れ性や時効特性を改
善するために必要に応じてMg、Ni、CrおよびFe
のいずれか一種以上の元素を含有しても良く、例えば、
質量%で、Mg:0.1〜1.5、Ni:1.0〜4.
0、Cr:0.3以下の範囲で含有させると良い。ここ
で、Crの含有量を0.3以下と制限したが、合金中に
Crを含有すると焼入れ性が阻害されるため、押出成形
時にプレス焼入れを促進することができないからであ
る。
According to the present invention, Mg, Ni, Cr and Fe are added, if necessary, in order to improve hardenability and aging characteristics.
May contain any one or more elements of, for example,
In mass%, Mg: 0.1-1.5, Ni: 1.0-4.
0, Cr: It is preferable to contain Cr in the range of 0.3 or less. Here, the content of Cr is limited to 0.3 or less, but if Cr is contained in the alloy, the hardenability is hindered, and therefore press quenching cannot be promoted during extrusion molding.

【0026】また、Feを含有させるとAl合金中に金
属間化合物β−AlFeSiが晶出するが、β−AlF
eSiの晶出量が増加すると耐摩耗性が低下するため、
本発明において、摺動面の全面積に対して金属間化合物
β−AlFeSiの占める面積を5%以下と規定した。
When Fe is contained, the intermetallic compound β-AlFeSi crystallizes in the Al alloy, but β-AlF
If the amount of crystallized eSi increases, the wear resistance decreases, so
In the present invention, the area occupied by the intermetallic compound β-AlFeSi is defined as 5% or less with respect to the total area of the sliding surface.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、本発明のシリンダブロック
に鋳包まれたシリンダライナについて、実施例1〜実施
例5および比較例1〜比較例4を挙げて説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a cylinder liner cast in a cylinder block of the present invention will be described with reference to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4.

【0028】実施例1〜実施例5(表1) 本実施例では、Al合金の組成成分を調整し、合金のマ
トリックスの硬度を70HV以上としたシリンダライナ
を作製した。
Examples 1 to 5 (Table 1) In this example, a cylinder liner was prepared in which the composition of the Al alloy was adjusted and the hardness of the alloy matrix was 70 HV or more.

【0029】まず、シリンダライナのAl合金材料の成
分を調整した。表1に示すように、実施例1〜実施例3
の成分組成は、質量%で、Si:20〜30、Cu:
0.05〜2.0を必須の成分とし、Mn:0.05〜
4.0、Sn:0.05〜4.0、Mg:0.1〜1.
5、Ni:1.0〜4.0およびCr:0.3以下のい
ずれか一種以上の元素を少なくとも選択的に含有する範
囲に調整した。また、実施例5は、Al合金材料中に粒
径が2μm以下のAlを含有させたものである。
First, the composition of the Al alloy material of the cylinder liner was adjusted. As shown in Table 1, Examples 1 to 3
The composition of the components in mass% is Si: 20 to 30, Cu:
0.05 to 2.0 as an essential component, Mn: 0.05 to
4.0, Sn: 0.05 to 4.0, Mg: 0.1 to 1.
5, Ni: 1.0 to 4.0 and Cr: 0.3 or less. Further, in Example 5, Al 2 O 3 having a particle size of 2 μm or less is contained in the Al alloy material.

【0030】[0030]

【表1】 調整したAl合金材料を溶解し、エアアトマイズ法によ
り毎秒10K以上の冷却速度で冷却し、急冷凝固粉末
を作製した。急冷凝固粉末を回収し、選別した後検査を
行った。
[Table 1] The prepared Al alloy material was melted and cooled at a cooling rate of 10 2 K or more per second by an air atomizing method to prepare a rapidly solidified powder. The rapidly solidified powder was collected, sorted, and then inspected.

【0031】次に、急冷凝固粉末をゴム型に充填し、冷
間静水加圧(CIP)処理した後、真空焼結処理してビ
レットを作製した。作製したビレットを425〜520
℃の温度で加熱軟化させた後、押出し成形して連続した
中空円筒状の管体とした。その後、中空円筒状の管体を
切断し、シリンダライナの素材を形成した。
Next, the rapidly solidified powder was filled in a rubber mold, subjected to cold isostatic pressing (CIP), and then vacuum sintered to prepare a billet. The prepared billet is 425-520
After heating and softening at a temperature of ℃, it was extruded to form a continuous hollow cylindrical tube. Then, the hollow cylindrical tube was cut to form a material for the cylinder liner.

【0032】シリンダライナの素材に温度545℃で加
熱溶体化処理した後、水焼入れを行った。さらに、18
0℃での時効熱処理した後自然冷却をした。なお、T6
処理を施したが、選択した材料に応じて180℃での時
効熱処理を実施しないT4処理を施しても良い。
The material of the cylinder liner was subjected to solution treatment by heating at a temperature of 545 ° C. and then water quenching. In addition, 18
After aging heat treatment at 0 ° C., it was naturally cooled. Note that T6
Although the treatment is performed, a T4 treatment in which the aging heat treatment at 180 ° C. is not performed may be performed depending on the selected material.

【0033】表面硬化処理後、得られたシリンダライナ
の電気伝導度を検査し、シリンダライナの端面や内面を
平滑に加工処理した後、必要に応じてシリンダライナの
外面の加工処理をし、シリンダライナを得た。
After the surface hardening treatment, the electric conductivity of the obtained cylinder liner is inspected, and the end surface and the inner surface of the cylinder liner are processed to be smooth, and then the outer surface of the cylinder liner is processed, if necessary. Got a liner.

【0034】シリンダブロックの金型にシリンダライナ
を装着し、アルミニウムダイカスト合金により鋳包み成
形加工をした。
A cylinder liner was attached to the mold of the cylinder block, and cast-molding was performed using an aluminum die casting alloy.

【0035】さらに、鋳包み成形加工後のシリンダライ
ナの内周面に形成された摺動面の金属組織の観察を行っ
た。
Further, the metallographic structure of the sliding surface formed on the inner peripheral surface of the cylinder liner after the cast-in molding was observed.

【0036】図1は、Feを含有したAl合金材料とし
た実施例2のシリンダライナの摺動面における合金組織
を拡大して示す写真図である。図1に示すように、合金
組織は、マトリックス中にSi(1)および金属間化合
物β−AlFeSi(2)の晶出が観察された。摺動面
の合金組織の調査を行い、単位面積あたりにおける金属
間化合物β−AlFeSiの析出面積を測定したとこ
ろ、β−AlFeSiの占める面積は、単位面積あたり
5%以下の範囲内となっていた。
FIG. 1 is an enlarged photograph showing the alloy structure of the sliding surface of the cylinder liner of Example 2 made of an Al alloy material containing Fe. As shown in FIG. 1, in the alloy structure, crystallization of Si (1) and the intermetallic compound β-AlFeSi (2) was observed in the matrix. When the alloy structure of the sliding surface was investigated and the deposition area of the intermetallic compound β-AlFeSi per unit area was measured, the area occupied by β-AlFeSi was within the range of 5% or less per unit area. .

【0037】比較例1〜比較例4(表1) 本比較例では、上述した実施例と同様の製造工程により
シリンダライナを形成したものであるため、その説明を
省略する。実施例と異なるのはAl合金材料の組成を本
発明の範囲外とした点にある。
Comparative Examples 1 to 4 (Table 1) In this comparative example, since the cylinder liner is formed by the same manufacturing process as that of the above-mentioned embodiment, the description thereof will be omitted. The difference from the examples is that the composition of the Al alloy material is outside the scope of the present invention.

【0038】比較例1および比較例2は、Feの含有量
が2%を超えるAl合金材料であり、比較例3および比
較例4はFeを含有していないAl合金材料である。
Comparative Examples 1 and 2 are Al alloy materials containing Fe in excess of 2%, and Comparative Examples 3 and 4 are Al alloy materials containing no Fe.

【0039】上記実施例1〜実施例5および比較例1〜
比較例4までの各Al合金材料を用いてAl合金から成
るシリンダライナを形成し、シリンダライナ(Al合金
自体)の硬さおよび摩耗量を測定した。シリンダライナ
を形成するAl合金の硬さはロックウェル試験により測
定し、摩耗量は往復運動摩耗試験により測定した。
The above Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to
A cylinder liner made of an Al alloy was formed using each of the Al alloy materials up to Comparative Example 4, and the hardness and wear amount of the cylinder liner (Al alloy itself) were measured. The hardness of the Al alloy forming the cylinder liner was measured by the Rockwell test, and the wear amount was measured by the reciprocating motion wear test.

【0040】往復動摩耗試験は、研摩輪と試験片の間に
一定荷重の下で摩耗量を測定するものであり、試験条件
は、負荷面圧1.0N/mm、試験速度平均0.16
m/s、摩耗距離300m、潤滑オイル1ml滴下と
し、摩耗体積を測定して摩耗量を求めた。測定結果を図
2に示す。
The reciprocating wear test measures the amount of wear between a polishing wheel and a test piece under a constant load. The test conditions are a load surface pressure of 1.0 N / mm 2 and an average test speed of 0. 16
m / s, wear distance was 300 m, 1 ml of lubricating oil was dropped, and the wear volume was measured to obtain the wear amount. The measurement results are shown in FIG.

【0041】図2に示すように、質量%で4%のFeを
含有したAl合金から成るシリンダライナ(比較例1、
比較例2)の摩耗量は多く耐摩耗性が低下した。一方、
Feを含有していないAl合金から成るシリンダライナ
(比較例3、比較例4)の摩耗量はいずれも0.4より
も低い値であり、耐摩耗性が良好であることが判明し
た。
As shown in FIG. 2, a cylinder liner made of an Al alloy containing 4% by mass of Fe (Comparative Example 1,
The wear amount of Comparative Example 2) was large and the wear resistance was lowered. on the other hand,
The wear amounts of the cylinder liners made of an Al alloy containing no Fe (Comparative Examples 3 and 4) were lower than 0.4, and it was found that the wear resistance was good.

【0042】次に、Al合金中のマトリックスの硬さお
よび摩耗量を測定した。マトリックスの硬さはビッカー
ス硬さ試験により測定し、荷重を0.5gとしたビッカ
ース硬さ計を使用した。Al合金中のマトリックスは、
図3に示すように、Si等の硬質粒子を除いた部分のビ
ッカース硬さを測定し、10回の測定による平均値をマ
トリックス硬さとした。摩耗量は、上述した往復動摩耗
試験と同様の試験条件により測定した。測定結果を図4
に示す。
Next, the hardness and wear amount of the matrix in the Al alloy were measured. The hardness of the matrix was measured by a Vickers hardness test, and a Vickers hardness meter with a load of 0.5 g was used. The matrix in the Al alloy is
As shown in FIG. 3, the Vickers hardness of the portion excluding hard particles such as Si was measured, and the average value of 10 measurements was taken as the matrix hardness. The amount of wear was measured under the same test conditions as the above-mentioned reciprocating wear test. Figure 4 shows the measurement results.
Shown in.

【0043】図4に示すように、Feを含有した比較例
1および比較例2のAl合金のマトリックス硬さは70
HV以下の値であり、摩耗量は増大していた。一方、F
eを含有しない比較例3および比較例4のAl合金材料
は、いずれもマトリックス硬さが70HVより低い値で
あり、かつ、摩耗量が0.3以上であった。これに対
し、実施例1〜実施例5のAl合金のマトリックス硬さ
はいずれも70HV以上であり、かつ、摩耗量が0.3
以下であり、優れた強度および耐摩耗性を有するシリン
ダライナを得られた。
As shown in FIG. 4, the Al alloys of Comparative Examples 1 and 2 containing Fe have a matrix hardness of 70.
The value was HV or less, and the amount of wear was increased. On the other hand, F
In the Al alloy materials of Comparative Example 3 and Comparative Example 4 not containing e, the matrix hardness was lower than 70 HV and the wear amount was 0.3 or more. On the other hand, the matrix hardness of each of the Al alloys of Examples 1 to 5 is 70 HV or more, and the wear amount is 0.3.
Below, a cylinder liner having excellent strength and wear resistance was obtained.

【0044】本実施例の範囲内の成分組成とし、マトリ
ックス硬さを70HV以上となるようなマトリックスの
固溶硬化または時効硬化することにより、優れた強度お
よび耐摩耗性を有するシリンダライナを得られることが
判明した。
Cylinder liners having excellent strength and wear resistance can be obtained by solid-solution hardening or age hardening of the matrix having a composition within the range of this embodiment and having a matrix hardness of 70 HV or more. It has been found.

【0045】従って、本実施形態によれば、シリンダラ
イナを形成するAl合金のマトリックスの硬さを70H
V以上となるようにマトリックスの固溶硬化および時効
硬化の処理を施すことにより、優れた強度および耐摩耗
性を有するシリンダライナを得ることができ、さらに、
シリンダライナの内周面にめっき処理する必要がないこ
とから、シリンダライナの製造コストの削減を図ること
ができる。
Therefore, according to this embodiment, the hardness of the Al alloy matrix forming the cylinder liner is 70 H.
By subjecting the matrix to solution-hardening and age-hardening treatment so as to be V or more, a cylinder liner having excellent strength and wear resistance can be obtained.
Since it is not necessary to plate the inner peripheral surface of the cylinder liner, the manufacturing cost of the cylinder liner can be reduced.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
優れた高温強度および耐摩耗性を有し、軽量化かつ製造
コスト削減を図ったエンジンのシリンダライナを得るこ
とができるため、本発明のシリンダライナをエンジンに
適用することにより、エンジンの軽量化、さらには、環
境負荷を減らすことを実現することができ、産業の発達
に寄与するものである。
As described above, according to the present invention,
By applying the cylinder liner of the present invention to an engine, it is possible to obtain an engine cylinder liner that has excellent high temperature strength and wear resistance, and is lightweight and has reduced manufacturing costs. Furthermore, it is possible to reduce the environmental load, which contributes to the development of industry.

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

【図1】本実施形態における、実施例2のAl合金の組
織を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing the structure of an Al alloy of Example 2 in the present embodiment.

【図2】Al合金の硬さおよび摩耗量の関係を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a relationship between hardness and wear amount of an Al alloy.

【図3】Al合金のマトリックスの硬度を測定する際
に、Al合金組織中から採取するサンプルの例を示す
図。
FIG. 3 is a view showing an example of a sample taken from the Al alloy structure when measuring the hardness of the Al alloy matrix.

【図4】Al合金中のマトリックスの硬さおよび摩耗量
の関係を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between hardness and wear amount of a matrix in an Al alloy.

【図5】従来における、多気筒エンジンのシリンダブロ
ックの断面を示す概略図。
FIG. 5 is a schematic view showing a cross section of a conventional cylinder block of a multi-cylinder engine.

【図6】従来における、鋳包み構造のシリンダライナの
製造工程を示す手手順図。
FIG. 6 is a manual procedure diagram showing a manufacturing process of a conventional cylinder liner having a cast-in structure.

【図7】「Base合金」および「Base合金+4%
Fe」の各合金について、押出材(T1)および鋳包み
後(A)の硬さを比較した図。
FIG. 7: “Base alloy” and “Base alloy + 4%”
The figure which compared the hardness of the extruded material (T1) and the after-casting (A) about each alloy of "Fe".

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…Si, 2…β−AlFeSi, 1 ... Si, 2 ... β-AlFeSi,

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 エンジンのシリンダブロックに鋳包ま
れ、内周面にピストンが摺動可能な摺動面が形成された
シリンダライナにおいて、 前記シリンダライナは、Al、SiおよびCuを必須の
成分とし、かつ、MnまたはSnのいずれかの一方の元
素を少なくとも含有するAl合金から成り、当該Al合
金中のマトリックス成分の硬さが70HV以上であるこ
とを特徴とするシリンダライナ。
1. A cylinder liner, which is cast in a cylinder block of an engine and has a sliding surface on which an inner surface of which a piston can slide is formed, wherein the cylinder liner contains Al, Si, and Cu as essential components. A cylinder liner made of an Al alloy containing at least one element of Mn and Sn, wherein the hardness of the matrix component in the Al alloy is 70 HV or more.
【請求項2】 前記Al合金は、質量%で、Si:20
〜30、Cu:0.05〜2.0を必須の成分とし、か
つ、Mn:0.05〜4.0またはSn:0.01〜
4.0のいずれか一方の元素を少なくとも含有し、残部
がAl及び不可避的不純物から成ることを特徴とする請
求項1記載のシリンダライナ。
2. The Al alloy in mass% is Si: 20.
-30, Cu: 0.05-2.0 as an essential component, and Mn: 0.05-4.0 or Sn: 0.01-
2. The cylinder liner according to claim 1, wherein the cylinder liner contains at least one element of 4.0 and the balance is Al and inevitable impurities.
【請求項3】 前記Al合金は、さらに、質量%で、粒
径が2μm以下のAlを10%以下含有すること
を特徴とする請求項1または2記載のシリンダライナ。
3. The cylinder liner according to claim 1, wherein the Al alloy further contains 10% or less by mass% of Al 2 O 3 having a particle size of 2 μm or less.
【請求項4】 前記Al合金は、質量%で、Mg:0.
1〜1.5、Ni:1.0〜4.0、Cr:0.3以下
およびFe:2%以下のいずれか一種以上の元素を含有
しており、Feが含有された場合に、前記摺動面に晶出
する金属間化合物β−AlFeSiの占める面積が、前
記摺動面の全面積に対して5%以下であることを特徴と
する請求項1から3までのいずれかに記載のシリンダラ
イナ。
4. The mass percentage of the Al alloy is Mg: 0.
1 to 1.5, Ni: 1.0 to 4.0, Cr: 0.3 or less, and Fe: 2% or less, and at least one element is contained. The area occupied by the intermetallic compound β-AlFeSi crystallized on the sliding surface is 5% or less with respect to the total area of the sliding surface, according to any one of claims 1 to 3. Cylinder liner.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007536431A (en) * 2004-05-06 2007-12-13 キャボット コーポレイション Sputter target and method of forming by rotary axial forging
US7412955B2 (en) 2004-02-27 2008-08-19 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Engine component part and method for producing the same

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