JP2004209507A

JP2004209507A - Cast iron member for insert

Info

Publication number: JP2004209507A
Application number: JP2002381029A
Authority: JP
Inventors: Jun Kudo; 潤工藤; Yoshiki Ishikawa; 佳樹石川; Yoshiyuki Murakami; 義幸村上
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: JP3883502B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cast iron member for thin insert which is produced by a sand mold casting and which has high adhesiveness to an aluminum alloy for inserting the surrounding and high heat conductivity. SOLUTION: A cylinder liner 1 as the cast iron member for insert is cast by the sand mold casting method. An arithmetic average roughness Ra related to the roughness of the outer peripheral surface of the cylindrical shaped cylinder liner 1 is 30 μm-120 μm and an extending length ratio lr is 102-120%. Then, a thermal conductivity of an integral combined member composed of the cylinder liner 1 inserted with the aluminum alloy 2 can be made to be 0.08 cal/cm × sec × deg to 0.105 cal/cm × sec × deg or the less. Further, adhesivility of the cylinder liner 1 and the aluminum alloy 2 can be improved with, what is called, the the anchor effect, and the cylinder liner 1 can be thinned. COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鋳ぐるみ用鋳鉄部材に関し、特に、アルミニウム合金によって鋳ぐるまれてなる一体結合部材に、耐焼付性、耐スカッフ性、耐摩耗性、及び高剛性が要求される鋳ぐるみ用鋳鉄部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車エンジン等のシリンダは、エンジンの軽量化及び熱伝導性の向上のために、アルミニウム合金でシリンダブロックが形成され、このシリンダブロックに鋳鉄部材であるシリンダライナが鋳ぐるまれる。シリンダライナに鋳鉄が用いられるのは、ピストンリングがシリンダライナに摺動するときに、シリンダライナに高いレベルでの耐焼付性、耐スカッフ性、耐摩耗性、及び剛性が要求されるためである。シリンダブロックの鋳造に際しては、予めシリンダブロックを鋳造する鋳型内に鋳ぐるみ用鋳鉄部材である円筒形状をしたシリンダライナをセットしておく。次に、鋳型内にアルミニウム合金溶湯が充填されてシリンダライナの外周が鋳ぐるまれて、シリンダライナがシリンダブロックに一体化される。
【０００３】
特許第３１６１３０１号公報には、鋳ぐるみ用鋳鉄部材であるシリンダライナと、シリンダライナを鋳ぐるむアルミニウム合金との間の密着性を高める技術が開示されている。シリンダライナの外周面全面には、シリンダライナの軸方向に沿って延びる多数の溝が形成されている。鋳ぐるみを行うときに、この溝の中にアルミニウム合金の溶湯が入り込み、シリンダライナとアルミニウム合金との密着性が高められる。
【０００４】
特許第３２５３６０５号公報には、遠心鋳造法により製造された鋳ぐるみ用鋳鉄部材たるシリンダライナと、シリンダライナを鋳ぐるむアルミニウム合金との間の密着性を高める技術が開示されている。遠心鋳造によってシリンダライナを製造するときに、金型内に塗布される塗型剤の管理を行うことによって、シリンダライナの外周面の粗さに関する最大高さＲｙを６５〜２６０μｍ、凹凸の平均間隔Ｓｍを０．６〜１．５ｍｍとして、アルミニウム合金との密着性を高めると同時にシリンダライナの薄肉化を実現している。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３１６１３０１号公報（第２〜３頁、図１）
【特許文献２】
特許第３２５３６０５号公報（第３〜５頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の特許第３１６１３０１号公報記載の鋳ぐるみ用鋳鉄部材たるシリンダライナでは、溝の底の位置において、シリンダライナの半径方向の厚さを所定の値で確保しなければならないため、シリンダライナの薄肉化を図ることは困難である。
【０００７】
特許第３２５３６０５号公報記載の鋳ぐるみ用鋳鉄部材たるシリンダライナでは、薄肉化を図ることができ、且つシリンダライナとアルミニウム合金との密着性を高めることができるのであるが、シリンダライナは遠心鋳造法によって製造されるものであり、他の方法、例えば、砂型鋳造法等により製造することについては詳細に記載されていない。特に、砂型鋳造法では塗型剤を用いないため、同公報に記載されている方法によってシリンダライナの外周表面粗さに関する最大高さＲｙ及び凹凸の平均間隔Ｓｍを調整することはできない。
【０００８】
また、遠心鋳造法によって製造されるシリンダライナの外周面粗さは、塗型剤が転写される為にいわゆるうねりが少なく、Ｒｙ及びＳｍで表すことに意義がある。しかし、砂型鋳造によって製造されるシリンダライナの外周面粗さは、遠心鋳造材に対してうねりが多い。これは、砂型鋳造では、平均粒径が大きく且つ粒度分布の大きい鋳物砂によって砂型が構成されているためであり、このため、シリンダライナの外周表面に、凸部の著しい箇所や凹部の著しい箇所が生じやすいからである。従って、仮に、砂型鋳造でシリンダライナ外周面の粗さに関するＲｙ及びＳｍの値を、同公報に記載されているような値の範囲内とすることができたとしても、同公報に記載されているような密着性を得ることはできない可能性が極めて高い。
【０００９】
そこで本発明は、砂型鋳造によって製造され、周囲を鋳ぐるむアルミニウム合金との密着性が高く、熱伝導性の高い、薄肉の鋳ぐるみ用鋳鉄部材を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、鋳鉄材料で構成され、アルミニウム合金で鋳ぐるまれて一体結合部材をなす鋳ぐるみ用鋳鉄部材において、該アルミニウム合金と接触する接触面における算術平均粗さＲａが３０μｍ以上１２０μｍ以下であり、該アルミニウム合金と接触する接触面における展開長さ比ｌｒが１０２％以上１２０％以下であり、該一体結合部材の熱伝導率が０．０８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ以上０．１０５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ以下である鋳ぐるみ用鋳鉄部材を提供している。
【００１１】
ここで、該アルミニウム合金と接触する接触面における算術平均粗さＲａが３５μｍ以上１１０μｍ以下であり、該アルミニウム合金と接触する接触面における展開長さ比ｌｒが１０３％以上１１５％以下であることが好ましい。
【００１２】
また、上記鋳ぐるみ用鋳鉄部材は、略円筒形状をなし、外周面が該アルミニウム合金で鋳ぐるまれ、ピストンが内周面を摺動するシリンダライナ用のアルミニウム合金被鋳ぐるみ部材であることが好ましい。
【００１３】
また、上記鋳ぐるみ用鋳鉄部材は、砂型鋳造法によって鋳造されることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態による鋳ぐるみ用鋳鉄部材について図１に基づき説明する。本実施の形態による鋳ぐるみ用鋳鉄部材はシリンダライナ１（図１）に適用される。シリンダライナ１の外形は略円筒形状をなし、シリンダブロックを構成するアルミニウム合金２（図１）の溶湯によって外周面が鋳ぐるまれることにより、エンジンのシリンダブロックのシリンダ内壁に鋳鉄製のシリンダライナ１が固着された状態となる。シリンダライナ１の内周面は、図示せぬピストンリングを介して図示せぬピストンと摺動可能である。
【００１５】
シリンダライナ１は鋳鉄製であり、組成は、ＴＣが２．８〜３．７質量％、Ｓｉが１．５〜２．５質量％、Ｍｎが０．５〜１．０質量％、Ｐが０．１〜０．５質量％、Ｓが０．１５質量％以下、残部がＦｅ及び不可避不純物の鋳物をベースとし、Ｃｕ：０．６質量％以下、Ｃｒ：０．３質量％以下、Ｍｏ：０．１〜０．８質量％、Ｂ：０．０２〜０．１１質量％を、シリンダライナとなる材料に要求される性質に応じて適宜選択し添加する。
【００１６】
例えば、耐摩耗性が要求される場合には、ＴＣを３．０〜３．６質量％、Ｓｉを１．６〜２．３質量％、Ｍｎを０．５〜１．０質量％、Ｐを０．１〜０．３質量％、Ｓを０．１５質量％以下、Ｃｕを０．３質量％以下、Ｃｒを０．３質量％以下、残部をＦｅ及び不可避不純物とするといった具合である。
【００１７】
また、高強度且つ耐摩耗性が要求される場合には、ＴＣを２．８〜３．５質量％、Ｓｉを１．５〜２．５質量％、Ｍｎを０．５〜１．０質量％、Ｐを０．１〜０．３質量％、Ｓを０．１５質量％以下、Ｃｕを０．３質量％以下、Ｍｏを０．１〜０．５質量％、Ｂを０．０７〜０．１１質量％、残部をＦｅ及び不可避不純物とするといった具合である。
【００１８】
シリンダライナ１を鋳ぐるむアルミニウム合金２とシリンダライナ１との接触面であるシリンダライナ１の外周面は、所定の粗さを有している。粗さは、算術平均粗さＲａ及び展開長さ比ｌｒによって表される。算術平均粗さＲａは３０μｍ以上１２０μｍ以下であり、展開長さ比ｌｒは１０２％以上１２０％以下である。
【００１９】
算術平均粗さＲａは、ＪＩＳＢ０６０１−１９９４に規定されているパラメータであり、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さｌだけ抜き取り、抜き取り部分の平均線から測定曲線までの偏差の絶対値を平均した値を意味する。算術平均粗さＲａが３０μｍ未満では、シリンダライナ１とアルミニウム合金２との間の接合強度を充分に得ることができず、密着性が不足するため好ましくない。また、算術平均粗さＲａが１２０μｍを越えると、シリンダライナ１の外周表面に形成される微小な凹凸へのアルミニウム合金２の充填性が悪くなり、シリンダライナ１とアルミニウム合金２との間に空隙が生じてしまい、熱伝導率が低下するため好ましくない。また、肉厚を薄くする場合に、シリンダライナ１の摺動面たる内周面の材質の均一性やシリンダライナ１の外径精度を保証することができなくなるため好ましくない。そこで上述の値とした。更に、密着強度をより安定させる為に、算術平均粗さＲａは３５μｍ以上１１０μｍ以下であることがより好ましい。
【００２０】
展開長さ比ｌｒは、ＪＩＳＢ０６０１−１９９４以外のパラメータであり、展開長さＬｏと基準長さｌとの比をｌｒといい、測定曲線の凹凸の度合いを示す。即ち、シリンダライナ１の外周面の凹凸の平均間隔ではなく砂の粒度を加味した値となっており、１０２％未満では、外周面に設けられた凸部と凸部との間に形成される凹部の幅が小さくなりすぎて、シリンダライナ１の外周表面に形成される微小な凹凸へのアルミニウム合金２の充填性が悪くなるため好ましくない。また、展開長さ比ｌｒが１２０％を越えると、シリンダライナ１とアルミニウム合金２との密着性は向上するが、熱伝導性が不十分となり、アルミニウム合金２の凝固時における熱間割れが発生しやすくなるため好ましくない。そこで上述の値とした。更に、より安定した密着強度を得るため、展開長さ比ｌｒは１０３％以上１１５％以下であることがより好ましい。
【００２１】
上述のシリンダライナ１が、シリンダブロックをなすアルミニウム合金２によって鋳ぐるまれてなる一体結合部材の熱伝導率は、０．０８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ以上０．１０５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ以下である。このような熱伝導率の値となるようにするのは、熱伝導率が０．０８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ未満では熱伝導率が悪く、シリンダライナ１における熱がアルミブロックに伝わらないため、熱間割れを生ずる可能性が高くなるので、熱間割れの発生を防止するためである。なお、この熱伝導率は、後述する試験方法による測定方法と同様の測定方法によって得られる値である。
【００２２】
シリンダライナとシリンダライナを鋳ぐるむアルミニウム合金との密着性を高めるためには、シリンダライナの外周面に積極的に凹凸を形成して、いわゆるアンカー効果を高めることが考えられる。即ち、シリンダライナの外周面の凹凸において、凸部の突出方向の高さを高くし且つ凸部の幅方向の長さを短くすることで、アンカー効果を高めることが考えられる。しかし、単純にこのようにするだけでは、シリンダライナをアルミニウム合金で鋳ぐるむときに、図６に示されるように、凸部１０１Ａと凸部１０１Ａとの間に形成される凹部１０１ａにアルミニウム合金１０２が充分に入込まず、空隙１０２ａが形成される。空隙１０２ａの部分は熱伝導性が低いため、シリンダライナ１０１がアルミニウム合金１０２に鋳ぐるまれてなる一体結合部材全体としても熱伝導性が低下する。
【００２３】
しかし、本実施の形態によるシリンダライナ１では、砂型鋳造物の鋳物の鋳肌が生かされて、シリンダライナ１の外周面が、算術平均粗さＲａ及び展開長さ比ｌｒによって決定される前述の粗さを有することにより、シリンダライナ１の外周表面は適度にうねりを持った凹凸が形成された形状となっている。このため、図１に示されるように、凸部１Ａと凸部１Ａとの間に形成される凹部１ａにアルミニウム合金２が充分に入込むことができ、空隙がほとんど形成されない。このことにより、良好な熱伝導性を得ることができると同時に、アンカー効果によって、シリンダライナ１とシリンダライナ１を鋳ぐるむアルミニウム合金２との密着性を高めることができる。
【００２４】
次に、シリンダライナ１の製造方法について説明する。シリンダライナ１は、シリンダライナ１と同一の組成の溶湯が、シリンダライナ１と同一形状のキャビティの形成された砂型に給湯されることにより鋳造される。ここで、砂型を構成する砂においては、シリンダライナ１の外周表面が前述の粗さを有するようにするために、平均粒径と粒度分布とがそれぞれコントロールされている。算術平均粗さＲａを大きくするためには、平均粒径を大きくし、粒度分布を広くすればよい。算術平均粗さＲａを小さくするためには、平均粒径を小さくすればよい。また、展開長さ比ｌｒを大きくするためには、平均粒径を大きくし、粒度分布を広くすればよい。展開長さ比ｌｒを小さくするためには、平均粒径を小さくすればよい。従って、前述した算術平均粗さＲａの値及び展開長さ比ｌｒを得るためには、以下の様な砂型を構成する砂を用いる。
【００２５】
砂としては珪砂とベントナイト、石炭粉と澱粉からなる鋳物砂を用いる。配合比は、珪砂６０〜８０質量％、ベントナイト２〜２０質量％、石炭粉０．７〜５質量％、澱粉０．１〜１．２質量％の範囲である。ベースとなる珪砂は、平均粒径１００〜３００μｍの珪砂である。熱伝導性及び密着性に優れた鋳物砂とするためには、砂の平均粒径を大きくすればよく、望ましいより具体的な平均粒径の値が１００〜３００μｍである。
【００２６】
平均粒径が１００μｍ未満では、砂を再使用する際に微粉が増加し、粗さが細かくなり、熱伝導性が悪くなり好ましくない。また、３００μｍを超えると、粗さが大きくなる為に密着性が劣る。
【００２７】
粘着剤としてはベントナイト、石炭粉、澱粉を用いる。添加するベントナイトはワイオミング産ベントナイトを用い、また、石炭粉、植物澱粉（コーン澱粉）を用い、これらの粉末を混合し鋳物砂とする。
【００２８】
熱伝導性及び密着性に優れた表面性状を得るためには、表面性状を形成する粒度分布を調整する。ふるい寸法２８メッシュ（ふるいの呼び寸法で５９０μｍ）の頻度を２％以下、ふるい寸法３５メッシュ（ふるいの呼び寸法で４２０μｍ）の頻度を９〜１６％、ふるい寸法４８メッシュ（ふるいの呼び寸法で２９７μｍ）の頻度を２４〜３０％、ふるい寸法６５メッシュ（ふるいの呼び寸法で２１０μｍ）の頻度を３０〜３７％、ふるい寸法１００メッシュ（ふるいの呼び寸法で１４９μｍ）の頻度を１１〜１６％、ふるい寸法１５０メッシュ（ふるいの呼び寸法で１０５μｍ）の頻度を３〜８％、ふるい寸法２００メッシュ（ふるいの呼び寸法で７４μｍ）の頻度を１〜４％、ふるい寸法２７０メッシュ（ふるいの呼び寸法で５３μｍ）の頻度を０．８〜２％、更に細かいもの（寸法２７０メッシュ以上（ふるいの呼び寸法で５３μｍ未満））は３．０％以内にする。
【００２９】
より望ましくは、２８メッシュの頻度を１．３％以下、３５メッシュの頻度を１０．５〜１５．５％、４８メッシュの頻度を２４〜３０％、６５メッシュの頻度を３１〜３６％、１００メッシュの頻度を１２〜１６％、１５０メッシュの頻度を４〜７％、２００メッシュの頻度を１．９〜３．８％、２７０メッシュの頻度を１〜２％、更に細かいものを２．５％以内とする。
【００３０】
平均粒径及び粒度分布の調整には、上述の砂を新粉として追加して行う。細かくなった砂は、増えないように回収する。そして、上述の砂が用いられて砂型造型機により砂型が形成される。砂の充填は、マスター型を設置後均一な型状態にするために加圧充填（１ｋｇｆ／ｃｍ^２）を行い、更に、スクイズ面圧０．４〜１．５ＭＰａの範囲で砂型を形成する。
【００３１】
以上のようにして、本実施の形態における粗さ（Ｒａとｌｒ）を得るために、上記の範囲内で砂の粒度分布を調整し、更に、型造型のスクイズ面圧の条件を上述のようにして、Ｒａを１５〜１２５μｍ、ｌｒを１０１〜１４０％まで調整可能とした。
【００３２】
次に、本発明による鋳ぐるみ用鋳鉄部材である本発明材と比較材とを用いて、熱伝導性評価試験、及び密着性評価試験を行い、効果を比較した。各試験に使用した本発明材及び比較材は、表１に示されているとおりのものである。即ち、シリンダライナ１の外周面における算術平均粗さＲａが１５〜１２５μｍの１２種類の値を採り、展開長さ比ｌｒが１０１〜１４０％の１０種類の値を採るものの組合せであり、計１２０種類である。このうち本発明材は、表１中において太枠で囲まれた４８種類であり、算術平均粗さＲａがそれぞれ３０、３５、４５、７５、１００、１１０、１１５、１２０μｍの値を採り、展開長さ比ｌｒがそれぞれ１０２、１０３、１０５、１１０、１１５、１２０％の値を採るものの組合せである。残りの７２種類は比較材である。
【００３３】
本発明材及び比較材を製造する際に用いられたライナ用材料は、いずれもＣを３．３重量％、Ｓｉを１．９５重量％、Ｍｎを０．７５重量％、Ｐを０．２重量％、Ｓを０．０６重量％、Ｃｕを０．１５重量％、Ｃｒを０．１６重量％含み、残部はＦｅ及び不可避不純物である。この組成による溶湯を、粒度分布及び平均粒度の異なる砂によって構成された砂型に給湯して、本発明材及び比較材中のシリンダライナ１の部分を製造した。本発明材及び比較材を構成するシリンダライナ１の内周はφ８９．４ｍｍ、シリンダライナ１の外周は９７．７ｍｍであり、軸方向の長さは１１５ｍｍである。
【００３４】
そして、製造したシリンダライナ１の外周面のみをアルミニウム合金２で鋳ぐるむことによって、本発明材及び比較材を製造した。鋳ぐるみに用いたアルミニウム合金２はＪＩＳ材ＡＤＣ１２であり、３３０ｔダイキャストマシンを用いて鋳造圧力６２．８ＭＰａ、溶湯温度７１０〜７４０℃、金型温度２２０〜２２０℃で鋳込むことにより鋳ぐるみを行った。本発明材及び比較材は、シリンダライナ１の外周面のみが鋳ぐるまれてなるため、形状は、いずれも鋳ぐるまれたシリンダライナ１と同軸的な円筒形状をしている。本発明材及び比較材の寸法は、それぞれ、鋳ぐるまれるシリンダライナ１の外径はφ９７．７ｍｍ、内径はφ８９．４ｍｍ、鋳ぐるまれた後の本発明材及び比較材の外径は１０６ｍｍである。
【００３５】
熱伝導性評価試験は、図２に示される試験装置３を用いて行った。試験装置３は、円筒形状した装置本体３０を有しており、図２に示される装置本体３０の下端には、底面３１が設けられており、上端には開口部３ａが形成されている。テストピース１０は、装置本体３０の底面３１上に、断熱材をなすセラミック３９を介して装置本体３０と同軸的に配置される。従って、円筒形状をしたテストピース１０は、軸方向が図２の上下に指向する。セラミック３９の一部であってテストピース１０の端部と接触する位置には、オイルの漏れを防止するためのオーリング３９Ａが設けられている。
【００３６】
そして、装置本体３０の内径と同一半径を有する円形の内蓋３２が、セットされたテストピース１０の軸方向の一端部上に断熱材をなすセラミック４０を介して載せられ、更に、装置本体３０の外径と同一半径を有する円形の外蓋３３によって開口部３ａが塞がれ、第１ボルト３４によって外蓋３３が装置本体３０に固定され、第２ボルト３５によって内蓋３２が外蓋３３に対して固定される。セラミック４０の一部であってテストピース１０の端部と接触する位置には、セラミック３９と同様に、オイルの漏れを防止するためのオーリング４０Ａが設けられている。
【００３７】
内蓋３２、外蓋３３には、それぞれ中央の位置に円形の貫通孔３２ａ、３３ａが形成されており、この貫通孔３２ａ、３３ａからテストピース１０内にオイルを給油することができるように構成されている。また、中央の位置に形成された貫通孔３２ａ、３３ａの近傍には、径の小さい貫通孔が２つ形成されており、テストピース１０の内周面１０Ａの温度を計測するための第１熱電対３６と、オイルの温度を計測するための第２熱電対３７とが貫通している。第２熱電対３７は、外蓋３３及び内蓋３２をテストピース１０の軸方向に貫通し、テストピース１０内方であってテストピース１０から離間した位置において、テストピース１０の軸方向の略中央の位置に至るまでテストピース１０の軸方向に延出している。第１熱電対３６は、外蓋３３及び内蓋３２をテストピース１０の軸方向に貫通し、テストピース１０内方であってテストピース１０から離間した位置において、テストピース１０の軸方向の略中央の位置に至るまでテストピース１０の軸方向に延出し、その位置で直角に折曲がり、テストピース１０の半径方向外方へ延出してテストピース１０の内周面１０Ａに接触している。第１熱電対３６に対向するテストピース１０の外周面１０Ｂには、テストピース１０の外周面１０Ｂの温度を測定するための第３熱電対３８が接触している。第３熱電対３８は、装置本体３０の側面を貫通してテストピース１０の半径方向内方へ延出しており、その先端が外周面１０Ｂに接触している。
【００３８】
熱伝導性評価試験では、上述の装置を用いて、先ず、２５０℃に加熱した熱媒体油を一定速度で注ぎ、本発明材及び比較材内部に給油することでテストピース１０の内周温度を上昇させてゆき、図３の温度チャートのグラフに示されるように熱伝導時間を測定する。ここで、熱伝導時間とは、本発明材内周面の温度が上昇し始めてから、本発明材又は比較材の外周面温度が上昇し始めるまでの時間のことである。
【００３９】
一方、アルミで鋳ぐるんだ鋳鉄材の熱伝導性を直接導き出すことは、大変困難である。それは、熱伝導率の異なる異材質の組合せである為、試験片の切り出し（厚さ方向の寸法出し）が困難だからである。本試験では、安定な公知材料である鋳鉄材及びスチール材を用いて熱伝導率と熱伝導時間とが密接な相関関係を有することを確認した。即ち、熱伝導時間の測定に用いるテストピース１０と熱伝導率において密接な相関関係を有することから、熱伝導率と熱伝導時間との関係を予め求めておき、試験において測定した熱伝導時間から熱伝導率を求めた。
【００４０】
熱伝導率については、レーザーフラッシュ法により求め、図４に示されるような、熱伝導率と熱伝導時間との相関関係を示す直線を予め求めておく。この直線は以下のような回帰式により表される。
ｙ＝−０．０２４２９ｘ＋０．２２６４７
ここで、ｘは熱伝導時間でｙは熱伝導率を示す。この直線を求めるのに用いた鋳鉄材及びスチール材は、熱伝導時間の測定に用いるテストピース１０と同一寸法の円筒形状のものである。
【００４１】
この式を用いて、表面性状を調整しアルミで鋳ぐるんだ試験片たるテストピース１０の熱伝導時間から熱伝導率を導き出し、結果の良否を判断した。なお、この式より、例えば熱伝導時間が６．０３秒のときには、熱伝導率は０．０８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇであり、熱伝導時間が５．００秒のときには、熱伝導率は０．１０５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇである。
【００４２】
密着性評価試験では、テストピース１０をそれぞれ図５に示されるような縦横２０ｍｍの正方形状に切取って得られた断片を、その面に垂直の方向、即ち、シリンダライナ１を構成していた鋳ぐるみ用鋳鉄部材断片とアルミニウム合金２とを引剥がす方向へ引っ張り、どのぐらいの引っ張り加重まで引剥がされずに耐えられるかを調べた。より具体的には、鋳ぐるみ用鋳鉄部材断片１１と鋳ぐるみ用鋳鉄部材断片１１を鋳ぐるむアルミニウム合金１２とに、それぞれ固着部材４１、４２を熱硬化性樹脂によって接着させた後に、固着部材４１、４２をそれぞれ図５の上下方向に移動させる力を作用させた。固着部材４１、４２の、引っ張られる方向に垂直の面で切った断面はテストピース１０と同一の縦横２０ｍｍの正方形をなしており、図５における固着部材４１の下端面は図５におけるテストピースの上側の面に全面で固着され、図５における固着部材４２の上端面は図５におけるテストピースの下側の面に全面で固着されている。熱伝導性評価試験及び密着性評価試験の結果は、表１に示されるとおりである。
【表１】

【００４３】
表１中の太枠で囲まれた本発明材では、いずれも熱伝導性については０．０８〜０．１１０の範囲内にあり、良好であることが分かる。これに対して、例えば、シリンダライナの外周表面の算術平均粗さＲａが１２５μｍと大きくなりすぎると、熱伝導性は０．０６〜０．０７９ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ程度の小さな値になってしまうことがあった。また、外周表面の算術平均粗さＲａが２５μｍ以下と小さくなりすぎると、やはり熱伝導性は０．０７９ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ以下の小さな値になってしまうことがあった。
【００４４】
また、シリンダライナの外周表面の展開長さ比ｌｒが１２５％と大きくなりすぎると、熱伝導性は０．０７９ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ以下の小さな値になってしまうことがあった。また、外周表面の展開長さ比ｌｒが１０１％以下と小さくなりすぎると、やはり熱伝導性は０．０６〜０．０７９ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ程度の小さな値になってしまうことがあった。
【００４５】
また、密着性については、本発明材ではいずれも４０ｋｇ以上の高い値の引張り荷重に耐えており、良好であることが分かる。これに対して、例えば、シリンダライナの外周表面の算術平均粗さＲａが１２５μｍと大きくなりすぎると、耐えられる引張り荷重は１０ｋｇ以上４０ｋｇ未満と低くなることがあった。また、外周表面の算術平均粗さＲａが２５μｍ以下と小さくなりすぎると、やはり耐えられる引張り荷重は４０ｋｇ未満と低くなることがあった。
【００４６】
また、シリンダライナの外周表面の展開長さ比ｌｒが１２５％と大きくなりすぎる場合には、いずれも４０ｋｇ以上の高い値の引張り荷重に耐えているのであるが、外周表面の展開長さ比ｌｒが１０１％以下と小さくなりすぎると、耐えられる引張り荷重は１０ｋｇ以上４０ｋｇ未満と低くなることがあった。
【００４７】
以上の実験結果より、密着性と熱伝導性との両方を同時に高いレベルとするためには、シリンダライナ１の外周面の算術平均粗さＲａが３０μｍ以上１２０μｍ以下の範囲内にあり、且つ、展開長さ比ｌｒが１０２％以上１２０％以下の範囲内にあることが必要であることが分かる。
【００４８】
本発明による鋳ぐるみ用鋳鉄部材は上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば本実施の形態では、鋳ぐるみ用鋳鉄部材がシリンダライナ１として用いられたが、シリンダライナに限られない。例えば、ブレーキドラムのインサートとして用いられてもよい。また、これら曲面を有する部材として用いられるのみならず、平面状のものに応用してもよい。
【００４９】
【発明の効果】
請求項１記載の鋳ぐるみ用鋳鉄部材によれば、アルミニウム合金と接触する接触面における算術平均粗さＲａが３０μｍ以上１２０μｍ以下であり、アルミニウム合金と接触する接触面における展開長さ比ｌｒが１０２％以上１２０％以下であるため、一体結合部材の熱伝導率を０．０８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ以上０．１０５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ以下と高い値にすることができる。また、一体結合部材における鋳ぐるみ用鋳鉄部材とアルミニウム合金との密着性を高いレベルに維持することができる。また、鋳ぐるみ用鋳鉄部材上の、アルミニウム合金と接触する接触面に、密着性を向上させるための溝等を形成する必要がないため、鋳ぐるみ用鋳鉄部材を薄くすることができる。
【００５０】
請求項２記載の鋳ぐるみ用鋳鉄部材によれば、アルミニウム合金と接触する接触面における算術平均粗さＲａが３５μｍ以上１１０μｍ以下であり、アルミニウム合金と接触する接触面における展開長さ比ｌｒが１０３％以上１１５％以下であるため、一体結合部材の熱伝導率をより高くすることができ、同時に、一体結合部材における鋳ぐるみ用鋳鉄部材とアルミニウム合金との密着性を、より高いレベルに維持することができる。
【００５１】
請求項３記載の鋳ぐるみ用鋳鉄部材によれば、シリンダライナ用のアルミニウム合金被鋳ぐるみ部材であるため、シリンダライナがシリンダブロックに固着された状態の一体結合部材の熱伝導率を高くすることができ、且つ、シリンダライナとシリンダブロックとの密着性を高くすることができ、更に、シリンダライナ自体を薄肉化することができる。
【００５２】
請求項４記載の鋳ぐるみ用鋳鉄部材によれば、砂型鋳造法によって鋳造されるため、砂型によって鋳造されて形成される鋳ぐるみ用鋳鉄部材表面の鋳肌を生かして、鋳ぐるみ用鋳鉄部材の表面粗さに関する算術平均粗さＲａ及び展開長さ比ｌｒを所定の値とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による鋳ぐるみ用鋳鉄部材と、鋳ぐるみ用鋳鉄部材を鋳ぐるむアルミニウム合金との接触面を示す要部断面図。
【図２】本発明の実施の形態による鋳ぐるみ用鋳鉄部材であるシリンダライナの効果試す熱伝導性評価試験を行うための試験装置を示す断面図。
【図３】本発明の実施の形態による鋳ぐるみ用鋳鉄部材であるシリンダライナの効果試す熱伝導性評価試験の方法を示すグラフ。
【図４】熱伝導時間と熱伝導率との関係を示すグラフ。
【図５】本発明の実施の形態による鋳ぐるみ用鋳鉄部材であるシリンダライナの効果試す密着性評価試験を行うための試験装置を示す断面図。
【図６】従来の鋳ぐるみ用鋳鉄部材と、鋳ぐるみ用鋳鉄部材を鋳ぐるむアルミニウム合金との接触面を示す要部拡大図。
【符号の説明】
１シリンダライナ
２アルミニウム合金[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a cast-in cast iron member, and more particularly, to a cast-in cast iron member in which seizure resistance, scuff resistance, abrasion resistance, and high rigidity are required for an integrally joined member formed by casting an aluminum alloy. .
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a cylinder of an automobile engine or the like, a cylinder block is formed from an aluminum alloy in order to reduce the weight of the engine and improve heat conductivity, and a cylinder liner, which is a cast iron member, is cast around the cylinder block. The reason why cast iron is used for the cylinder liner is that when the piston ring slides on the cylinder liner, the cylinder liner requires a high level of seizure resistance, scuff resistance, wear resistance, and rigidity. . When casting the cylinder block, a cylinder liner having a cylindrical shape, which is a cast iron member, is set in a mold for casting the cylinder block in advance. Next, the mold is filled with the molten aluminum alloy, the outer periphery of the cylinder liner is cast, and the cylinder liner is integrated with the cylinder block.
[0003]
Japanese Patent No. 3161301 discloses a technique for improving the adhesion between a cylinder liner, which is a cast iron member for as-cast, and an aluminum alloy that casts the cylinder liner. A large number of grooves extending along the axial direction of the cylinder liner are formed on the entire outer peripheral surface of the cylinder liner. When casting is performed, the molten metal of the aluminum alloy enters the groove, and the adhesion between the cylinder liner and the aluminum alloy is enhanced.
[0004]
Japanese Patent No. 3253605 discloses a technique for improving the adhesion between a cylinder liner, which is a cast-in cast iron member manufactured by a centrifugal casting method, and an aluminum alloy that fills the cylinder liner. When a cylinder liner is manufactured by centrifugal casting, the maximum height Ry relating to the roughness of the outer peripheral surface of the cylinder liner is controlled to 65 to 260 μm by controlling the coating agent applied in the mold, and the average distance between the irregularities. By setting Sm to be 0.6 to 1.5 mm, the cylinder liner is made thinner at the same time as enhancing the adhesion to the aluminum alloy.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3161301 (pages 2-3, FIG. 1)
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 3253605 (pages 3 to 5)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the cylinder liner which is a cast-in cast iron member described in Japanese Patent No. 3161301, the thickness of the cylinder liner in the radial direction must be secured at a predetermined value at the position of the bottom of the groove. It is difficult to reduce the wall thickness.
[0007]
Japanese Patent No. 3253605 discloses a cylinder liner which is a cast-in cast iron member, which can be made thinner and can improve the adhesion between the cylinder liner and an aluminum alloy. It is not described in detail about manufacturing by another method, for example, a sand casting method. In particular, since the casting agent is not used in the sand casting method, the maximum height Ry relating to the outer peripheral surface roughness of the cylinder liner and the average interval Sm of the unevenness cannot be adjusted by the method described in the publication.
[0008]
In addition, the roughness of the outer peripheral surface of the cylinder liner manufactured by the centrifugal casting method has little so-called undulation because the coating agent is transferred, and it is significant to represent the roughness by Ry and Sm. However, the roughness of the outer peripheral surface of the cylinder liner manufactured by sand casting has many undulations with respect to the centrifugally cast material. This is because, in sand casting, the sand mold is formed by molding sand having a large average particle size and a large particle size distribution. Is likely to occur. Therefore, even if the values of Ry and Sm relating to the roughness of the outer peripheral surface of the cylinder liner can be made to fall within the range of the value described in the same gazette by sand casting, it is described in the same gazette. It is very likely that it is not possible to obtain such close adhesion.
[0009]
Therefore, an object of the present invention is to provide a thin cast-in-mold cast iron member which is manufactured by sand casting, has high adhesiveness to an aluminum alloy casting around the periphery, and has high thermal conductivity.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a cast-in cast iron member which is made of a cast iron material and which is cast with an aluminum alloy to form an integral joint member, wherein an arithmetic average roughness on a contact surface in contact with the aluminum alloy is provided. Ra is 30 μm or more and 120 μm or less, the developed length ratio lr on the contact surface in contact with the aluminum alloy is 102% or more and 120% or less, and the thermal conductivity of the integral connection member is 0.08 cal / cm · sec · The present invention provides a cast iron member for as-cast insert having a deg or more and 0.105 cal / cm · sec · deg or less.
[0011]
Here, the arithmetic mean roughness Ra on the contact surface in contact with the aluminum alloy is 35 μm or more and 110 μm or less, and the developed length ratio lr on the contact surface in contact with the aluminum alloy is 103% or more and 115% or less. preferable.
[0012]
Further, the cast-in cast iron member may be a substantially cylindrical aluminum alloy-coated insert member for a cylinder liner in which the outer peripheral surface is cast with the aluminum alloy and the piston slides on the inner peripheral surface. preferable.
[0013]
Further, it is preferable that the cast-in cast iron member is cast by a sand casting method.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A cast-in cast iron member according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The cast iron member for insert according to the present embodiment is applied to the cylinder liner 1 (FIG. 1). The outer shape of the cylinder liner 1 has a substantially cylindrical shape, and the outer peripheral surface of the cylinder liner is cast by the molten metal of the aluminum alloy 2 (FIG. 1) constituting the cylinder block. 1 is fixed. The inner peripheral surface of the cylinder liner 1 can slide with a piston (not shown) via a piston ring (not shown).
[0015]
The cylinder liner 1 is made of cast iron and has a composition of TC of 2.8 to 3.7% by mass, Si of 1.5 to 2.5% by mass, Mn of 0.5 to 1.0% by mass, and P of 0.1 to 0.5% by mass, S is 0.15% by mass or less, the balance is based on a casting of Fe and inevitable impurities, Cu: 0.6% by mass or less, Cr: 0.3% by mass or less, Mo : 0.1 to 0.8% by mass and B: 0.02 to 0.11% by mass are appropriately selected and added according to the properties required for the material to be the cylinder liner.
[0016]
For example, when wear resistance is required, TC is 3.0 to 3.6% by mass, Si is 1.6 to 2.3% by mass, Mn is 0.5 to 1.0% by mass, Is 0.1 to 0.3% by mass, S is 0.15% by mass or less, Cu is 0.3% by mass or less, Cr is 0.3% by mass or less, and the balance is Fe and unavoidable impurities. .
[0017]
When high strength and wear resistance are required, TC is 2.8 to 3.5% by mass, Si is 1.5 to 2.5% by mass, and Mn is 0.5 to 1.0% by mass. %, P is 0.1 to 0.3% by mass, S is 0.15% by mass or less, Cu is 0.3% by mass or less, Mo is 0.1 to 0.5% by mass, B is 0.07% to 0.11% by mass, the balance being Fe and inevitable impurities.
[0018]
The outer peripheral surface of the cylinder liner 1, which is the contact surface between the aluminum alloy 2 that forms the cylinder liner 1 and the cylinder liner 1, has a predetermined roughness. The roughness is represented by an arithmetic average roughness Ra and a developed length ratio lr. The arithmetic average roughness Ra is 30 μm or more and 120 μm or less, and the developed length ratio lr is 102% or more and 120% or less.
[0019]
The arithmetic average roughness Ra is a parameter defined in JIS B 0601-1994, and is extracted from the roughness curve by a reference length 1 in the direction of the average line, and the deviation of the deviation from the average line of the extracted portion to the measurement curve is obtained. Means the average of absolute values. If the arithmetic average roughness Ra is less than 30 μm, it is not preferable because the bonding strength between the cylinder liner 1 and the aluminum alloy 2 cannot be sufficiently obtained, and the adhesion is insufficient. On the other hand, if the arithmetic average roughness Ra exceeds 120 μm, the filling property of the aluminum alloy 2 into the minute irregularities formed on the outer peripheral surface of the cylinder liner 1 becomes poor, and the gap between the cylinder liner 1 and the aluminum alloy 2 becomes poor. Is generated, and the thermal conductivity is lowered, which is not preferable. Further, when the thickness is reduced, it is not preferable because the uniformity of the material of the inner peripheral surface as the sliding surface of the cylinder liner 1 and the accuracy of the outer diameter of the cylinder liner 1 cannot be guaranteed. Therefore, the above values are used. Further, in order to further stabilize the adhesive strength, the arithmetic average roughness Ra is more preferably 35 μm or more and 110 μm or less.
[0020]
The developed length ratio lr is a parameter other than JIS B 0601-1994, and the ratio between the developed length Lo and the reference length l is referred to as lr, and indicates the degree of unevenness of the measurement curve. That is, the value is not the average interval between the irregularities on the outer peripheral surface of the cylinder liner 1 but the sand granularity, and if it is less than 102%, it is formed between the convex portions provided on the outer peripheral surface. Since the width of the concave portion becomes too small, the filling property of the aluminum alloy 2 into the minute irregularities formed on the outer peripheral surface of the cylinder liner 1 is deteriorated, which is not preferable. On the other hand, if the developed length ratio lr exceeds 120%, the adhesion between the cylinder liner 1 and the aluminum alloy 2 is improved, but the thermal conductivity becomes insufficient, and hot cracking occurs when the aluminum alloy 2 is solidified. It is not preferable because it is easy to perform. Therefore, the above values are used. Further, in order to obtain a more stable adhesion strength, the developed length ratio lr is more preferably 103% or more and 115% or less.
[0021]
The thermal conductivity of the integral connecting member in which the above-described cylinder liner 1 is cast by the aluminum alloy 2 forming the cylinder block is not less than 0.08 cal / cm · sec · deg and not more than 0.105 cal / cm · sec · deg. is there. When the thermal conductivity is set to such a value, the thermal conductivity is poor when the thermal conductivity is less than 0.08 cal / cm · sec · deg, and the heat in the cylinder liner 1 is not transmitted to the aluminum block. This is to prevent the occurrence of hot cracking since the possibility of hot cracking increases. The thermal conductivity is a value obtained by a measurement method similar to the measurement method by the test method described later.
[0022]
In order to enhance the adhesion between the cylinder liner and the aluminum alloy that is formed by casting the cylinder liner, it is conceivable to increase the so-called anchor effect by actively forming irregularities on the outer peripheral surface of the cylinder liner. That is, in the unevenness of the outer peripheral surface of the cylinder liner, it is conceivable to enhance the anchor effect by increasing the height of the projection in the projection direction and shortening the length of the projection in the width direction. However, by simply doing so, when the cylinder liner is cast with an aluminum alloy, as shown in FIG. 6, the aluminum alloy is formed in the concave portion 101a formed between the convex portions 101A and the convex portions 101A. 102 does not enter sufficiently, and a gap 102a is formed. Since the portion of the gap 102a has low thermal conductivity, the thermal conductivity also decreases as a whole of the integrally connected member in which the cylinder liner 101 is cast into the aluminum alloy 102.
[0023]
However, in the cylinder liner 1 according to the present embodiment, the outer peripheral surface of the cylinder liner 1 is determined by the arithmetic average roughness Ra and the developed length ratio lr by using the casting surface of the sand casting. By having the roughness, the outer peripheral surface of the cylinder liner 1 has a shape in which irregularities having moderate undulations are formed. Therefore, as shown in FIG. 1, the aluminum alloy 2 can sufficiently enter the concave portion 1a formed between the convex portions 1A, and almost no void is formed. Thereby, good thermal conductivity can be obtained, and at the same time, the adhesion between the cylinder liner 1 and the aluminum alloy 2 that fills the cylinder liner 1 can be enhanced by the anchor effect.
[0024]
Next, a method for manufacturing the cylinder liner 1 will be described. The cylinder liner 1 is cast by supplying molten metal having the same composition as the cylinder liner 1 to a sand mold having a cavity having the same shape as the cylinder liner 1. Here, in the sand forming the sand mold, the average particle size and the particle size distribution are controlled respectively so that the outer peripheral surface of the cylinder liner 1 has the above-described roughness. In order to increase the arithmetic average roughness Ra, the average particle size may be increased and the particle size distribution may be widened. In order to reduce the arithmetic average roughness Ra, the average particle size may be reduced. In order to increase the developed length ratio lr, the average particle size may be increased and the particle size distribution may be widened. In order to reduce the developed length ratio lr, the average particle size may be reduced. Therefore, in order to obtain the value of the arithmetic average roughness Ra and the developed length ratio lr, the sand constituting the following sand mold is used.
[0025]
As the sand, a molding sand composed of silica sand and bentonite, and coal powder and starch is used. The compounding ratio is in the range of 60 to 80% by mass of silica sand, 2 to 20% by mass of bentonite, 0.7 to 5% by mass of coal powder, and 0.1 to 1.2% by mass of starch. The silica sand serving as a base is silica sand having an average particle diameter of 100 to 300 μm. In order to obtain molding sand excellent in thermal conductivity and adhesion, the average particle diameter of the sand may be increased, and a more preferable value of the average particle diameter is 100 to 300 μm.
[0026]
If the average particle size is less than 100 μm, the amount of fine powder increases when sand is reused, the roughness becomes fine, and the thermal conductivity deteriorates, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 300 μm, the adhesion becomes inferior because the roughness becomes large.
[0027]
Bentonite, coal powder, and starch are used as the adhesive. Bentonite added from Wyoming is used as the bentonite, and coal powder and plant starch (corn starch) are used, and these powders are mixed to form molding sand.
[0028]
In order to obtain surface properties excellent in thermal conductivity and adhesion, the particle size distribution for forming the surface properties is adjusted. The frequency of a 28 mesh sieve (590 μm nominal sieve size) is 2% or less, the frequency of 35 mesh sieve (420 μm nominal sieve size) is 9 to 16%, and a 48 mesh sieve size (297 μm nominal sieve size). ) At a frequency of 24 to 30%, at a sieve size of 65 mesh (210 μm in sieve nominal size) at a frequency of 30 to 37%, at a sieve size of 100 mesh (149 μm nominal sieve size) at a frequency of 11 to 16%, and sieve. Frequency of 150 mesh (nominal size of sieve: 105 μm) is 3-8%, Frequency of sieve size 200 mesh (nominal size of sieve: 74 μm) is 1-4%, frequency of sieve size: 270 mesh (nominal size of sieve: 53 μm) ) With a frequency of 0.8 to 2% and finer (size 270 mesh or more (nominal size of sieve less than 53 μm)) To within 3.0%.
[0029]
More preferably, the frequency of 28 mesh is 1.3% or less, the frequency of 35 mesh is 10.5 to 15.5%, the frequency of 48 mesh is 24 to 30%, the frequency of 65 mesh is 31 to 36%, 100 The frequency of the mesh is 12 to 16%, the frequency of the 150 mesh is 4 to 7%, the frequency of the 200 mesh is 1.9 to 3.8%, the frequency of the 270 mesh is 1 to 2%, and the finer is 2.5. %.
[0030]
The adjustment of the average particle size and the particle size distribution is performed by adding the above-mentioned sand as a new powder. Collect fine sand so that it does not increase. Then, a sand mold is formed by the sand molding machine using the above sand. Sand filling is performed under pressure (1 kgf / cm) in order to maintain a uniform mold state after setting the master mold. ² ), And a sand mold is formed at a squeeze surface pressure of 0.4 to 1.5 MPa.
[0031]
As described above, in order to obtain the roughness (Ra and lr) in the present embodiment, the particle size distribution of the sand is adjusted within the above range, and the condition of the squeeze surface pressure of the molding is set as described above. Then, Ra was adjusted to 15 to 125 μm and lr to 101 to 140%.
[0032]
Next, a thermal conductivity evaluation test and an adhesion evaluation test were performed using the material of the present invention, which is a cast-in cast iron member of the present invention, and a comparative material, and the effects were compared. The materials of the present invention and the comparative materials used in each test are as shown in Table 1. That is, a combination of 12 types in which the arithmetic average roughness Ra on the outer peripheral surface of the cylinder liner 1 takes 15 to 125 μm and 10 types of values in which the developed length ratio lr takes 101 to 140%. Kind. Among them, the present invention materials are 48 types surrounded by a thick frame in Table 1, and arithmetic average roughness Ra takes values of 30, 35, 45, 75, 100, 110, 115, and 120 μm, respectively, and is developed. These are combinations in which the length ratio lr takes values of 102, 103, 105, 110, 115, and 120%, respectively. The remaining 72 types are comparative materials.
[0033]
The liner materials used in manufacturing the material of the present invention and the comparative material were all 3.3% by weight of C, 1.95% by weight of Si, 0.75% by weight of Mn, and 0.2% of P. % Of S, 0.06% by weight of S, 0.15% by weight of Cu, and 0.16% by weight of Cr, with the balance being Fe and unavoidable impurities. The molten metal having this composition was supplied to a sand mold composed of sand having different particle size distributions and average particle sizes, thereby producing a portion of the cylinder liner 1 in the material of the present invention and the comparative material. The inner circumference of the cylinder liner 1 constituting the material of the present invention and the comparative material is φ89.4 mm, the outer circumference of the cylinder liner 1 is 97.7 mm, and the axial length is 115 mm.
[0034]
Then, only the outer peripheral surface of the manufactured cylinder liner 1 was cast with the aluminum alloy 2 to manufacture the material of the present invention and the comparative material. The aluminum alloy 2 used for casting is JIS ADC12, and is cast by using a 330t die casting machine at a casting pressure of 62.8 MPa, a molten metal temperature of 710 to 740 ° C, and a mold temperature of 220 to 220 ° C. went. Since the material of the present invention and the comparative material are formed by casting only the outer peripheral surface of the cylinder liner 1, each of the shapes has a cylindrical shape coaxial with the cylinder liner 1 which is cast. The dimensions of the present invention material and the comparative material are as follows: the outer diameter of the cylinder liner 1 to be cast is 97.7 mm, the inner diameter is 89.4 mm, and the outer diameter of the present invention material and the comparative material after being cast is 106 mm. It is.
[0035]
The thermal conductivity evaluation test was performed using the test device 3 shown in FIG. The test device 3 has a cylindrical device main body 30, a bottom surface 31 is provided at a lower end of the device main body 30 shown in FIG. 2, and an opening 3 a is formed at an upper end. The test piece 10 is arranged on the bottom surface 31 of the apparatus main body 30 coaxially with the apparatus main body 30 via a ceramic 39 serving as a heat insulating material. Therefore, the axial direction of the test piece 10 having a cylindrical shape is directed upward and downward in FIG. An O-ring 39A for preventing leakage of oil is provided at a position which is a part of the ceramic 39 and is in contact with the end of the test piece 10.
[0036]
Then, a circular inner lid 32 having the same radius as the inner diameter of the apparatus main body 30 is placed on one end in the axial direction of the set test piece 10 via a ceramic 40 serving as a heat insulating material. The opening 3 a is closed by a circular outer lid 33 having the same radius as the outer diameter of the outer lid 33, the outer lid 33 is fixed to the apparatus main body 30 by the first bolt 34, and the inner lid 32 is fixed to the outer lid 33 by the second bolt 35. Fixed against. An O-ring 40 A for preventing oil leakage is provided at a position that is a part of the ceramic 40 and contacts the end of the test piece 10, similarly to the ceramic 39.
[0037]
The inner lid 32 and the outer lid 33 are formed with circular through

holes

32a, 33a at central positions, respectively, so that oil can be supplied into the test piece 10 from the through

holes

32a, 33a. Have been. In addition, two small diameter through holes are formed near the through

holes

32a and 33a formed at the center position, and the first thermoelectric for measuring the temperature of the inner peripheral surface 10A of the test piece 10 is formed. A pair 36 and a second thermocouple 37 for measuring the temperature of the oil penetrate therethrough. The second thermocouple 37 penetrates the outer lid 33 and the inner lid 32 in the axial direction of the test piece 10, and substantially in the axial direction of the test piece 10 at a position inside the test piece 10 and separated from the test piece 10. The test piece 10 extends in the axial direction until reaching the center position. The first thermocouple 36 penetrates the outer lid 33 and the inner lid 32 in the axial direction of the test piece 10, and substantially in the axial direction of the test piece 10 at a position inside the test piece 10 and separated from the test piece 10. The test piece 10 extends in the axial direction up to the center position, is bent at a right angle at that position, extends outward in the radial direction of the test piece 10, and contacts the inner peripheral surface 10A of the test piece 10. A third thermocouple 38 for measuring the temperature of the outer peripheral surface 10B of the test piece 10 is in contact with the outer peripheral surface 10B of the test piece 10 facing the first thermocouple 36. The third thermocouple 38 extends radially inward of the test piece 10 through the side surface of the apparatus main body 30, and its tip is in contact with the outer peripheral surface 10 B.
[0038]
In the thermal conductivity evaluation test, using the above-described apparatus, first, the heating medium oil heated to 250 ° C. is poured at a constant speed, and the inside temperature of the test piece 10 is reduced by supplying the inside of the material of the present invention and the comparative material. As the temperature rises, the heat conduction time is measured as shown in the graph of the temperature chart in FIG. Here, the heat conduction time is the time from when the temperature of the inner peripheral surface of the material of the present invention starts to rise until the temperature of the outer peripheral surface of the material of the present invention or the comparative material starts to rise.
[0039]
On the other hand, it is very difficult to directly derive the thermal conductivity of cast iron material cast in aluminum. This is because it is difficult to cut out a test piece (to obtain a dimension in the thickness direction) because of a combination of different materials having different thermal conductivity. In this test, it was confirmed that the thermal conductivity and the thermal conduction time had a close correlation with each other using cast iron and steel which are stable known materials. That is, since there is a close correlation between the test piece 10 used for measuring the heat conduction time and the heat conductivity, the relationship between the heat conductivity and the heat conduction time is determined in advance, and from the heat conduction time measured in the test. The thermal conductivity was determined.
[0040]
The thermal conductivity is determined by a laser flash method, and a straight line indicating the correlation between the thermal conductivity and the thermal conduction time as shown in FIG. 4 is determined in advance. This straight line is represented by the following regression equation.
y = −0.02429x + 0.22647
Here, x indicates a heat conduction time and y indicates a heat conductivity. The cast iron material and the steel material used for obtaining the straight line have a cylindrical shape having the same dimensions as the test piece 10 used for measuring the heat conduction time.
[0041]
Using this equation, the thermal conductivity was derived from the thermal conduction time of the test piece 10 as a test piece that was adjusted in surface properties and cast in aluminum, and the quality of the result was determined. From this equation, for example, when the heat conduction time is 6.03 seconds, the heat conductivity is 0.08 cal / cm · sec · deg, and when the heat conduction time is 5.00 seconds, the heat conductivity is 0. .105 cal / cm · sec · deg.
[0042]
In the adhesion evaluation test, a piece obtained by cutting each test piece 10 into a square shape of 20 mm in length and width as shown in FIG. 5 was formed in a direction perpendicular to the surface, that is, the cylinder liner 1. A piece of the cast iron member for assembling and the aluminum alloy 2 were pulled in a direction in which the pieces were peeled off, and it was examined how much pulling load could withstand without peeling. More specifically, after the fixing

members

41 and 42 are respectively bonded to the cast iron member piece 11 for stuffing and the aluminum alloy 12 which stuffs the casting iron member piece 11 for stuffing with a thermosetting resin, the fixing member A force was applied to move 41 and 42 in the vertical direction in FIG. The cross section of the fixing

members

41 and 42 taken along a plane perpendicular to the pulling direction is a square having the same length and width of 20 mm as the test piece 10, and the lower end surface of the fixing member 41 in FIG. The entire surface is fixed to the upper surface, and the upper end surface of the fixing member 42 in FIG. 5 is fixed to the entire lower surface of the test piece in FIG. The results of the thermal conductivity evaluation test and the adhesion evaluation test are as shown in Table 1.
[Table 1]

[0043]
In the present invention material surrounded by the thick frame in Table 1, the thermal conductivity is in the range of 0.08 to 0.110, which indicates that the material is good. On the other hand, for example, when the arithmetic average roughness Ra of the outer peripheral surface of the cylinder liner is too large as 125 μm, the thermal conductivity becomes a small value of about 0.06 to 0.079 cal / cm · sec · deg. There was sometimes. Further, when the arithmetic average roughness Ra of the outer peripheral surface is too small as 25 μm or less, the thermal conductivity may be as small as 0.079 cal / cm · sec · deg or less.
[0044]
Further, when the developed length ratio lr of the outer peripheral surface of the cylinder liner is too large as 125%, the thermal conductivity sometimes becomes a small value of 0.079 cal / cm · sec · deg or less. Also, when the developed length ratio lr of the outer peripheral surface is too small as 101% or less, the thermal conductivity may be as small as about 0.06 to 0.079 cal / cm · sec · deg. .
[0045]
Further, regarding the adhesion, all of the materials of the present invention endure a tensile load of a high value of 40 kg or more, which indicates that the materials are good. On the other hand, for example, when the arithmetic average roughness Ra of the outer peripheral surface of the cylinder liner is too large as 125 μm, the withstand tensile load may be as low as 10 kg or more and less than 40 kg. Further, when the arithmetic average roughness Ra of the outer peripheral surface is too small as 25 μm or less, the withstand tensile load may be as low as less than 40 kg.
[0046]
In addition, when the developed length ratio lr of the outer peripheral surface of the cylinder liner is too large as 125%, all of them endure a tensile load of a high value of 40 kg or more. Is too small as 101% or less, the withstand tensile load may be as low as 10 kg or more and less than 40 kg.
[0047]
From the above experimental results, the arithmetic average roughness Ra of the outer peripheral surface of the cylinder liner 1 is in the range of 30 μm or more and 120 μm or less in order to simultaneously increase both the adhesion and the thermal conductivity to a high level, and It can be seen that the developed length ratio lr needs to be in the range of 102% or more and 120% or less.
[0048]
The cast iron member for assembling according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and improvements can be made within the scope described in the claims. For example, in the present embodiment, the cast-in cast iron member is used as the cylinder liner 1, but is not limited to the cylinder liner. For example, it may be used as an insert for a brake drum. Further, the present invention may be applied to not only a member having such a curved surface but also a planar member.
[0049]
【The invention's effect】
According to the cast iron member for as-cast, the arithmetic mean roughness Ra on the contact surface in contact with the aluminum alloy is 30 μm or more and 120 μm or less, and the developed length ratio lr on the contact surface in contact with the aluminum alloy is 102. % Or more and 120% or less, the thermal conductivity of the integrally joined member can be made as high as 0.08 cal / cm · sec · deg or more and 0.105 cal / cm · sec · deg or less. In addition, the adhesion between the cast-in cast iron member and the aluminum alloy in the integrally joined member can be maintained at a high level. Further, since it is not necessary to form a groove or the like for improving the adhesion on the contact surface of the cast-in cast iron member that contacts the aluminum alloy, the cast-in cast iron member can be made thin.
[0050]
According to the cast iron member for assembling of claim 2, the arithmetic mean roughness Ra on the contact surface in contact with the aluminum alloy is 35 μm or more and 110 μm or less, and the developed length ratio lr on the contact surface in contact with the aluminum alloy is 103. % Or more and 115% or less, the thermal conductivity of the integrally joined member can be further increased, and at the same time, the adhesion between the cast-in cast iron member and the aluminum alloy in the integrally joined member is maintained at a higher level. be able to.
[0051]
According to the cast iron member for assembling according to the third aspect, since the cast alloy member is an aluminum alloy cast assembling member for a cylinder liner, the thermal conductivity of the integral coupling member in a state where the cylinder liner is fixed to the cylinder block is increased. In addition, the adhesion between the cylinder liner and the cylinder block can be increased, and the cylinder liner itself can be made thinner.
[0052]
According to the cast iron member for assembling according to claim 4, since the cast iron member is cast by a sand mold casting method, the cast iron member for cast assembling can be used by taking advantage of the casting surface of the surface of the cast iron member for cast as formed by casting with a sand mold. The arithmetic average roughness Ra and the developed length ratio lr relating to the surface roughness can be set to predetermined values.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a principal part showing a contact surface between a cast-iron member for cast-in according to an embodiment of the present invention and an aluminum alloy formed by casting the cast-iron member for fill-in.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a test apparatus for performing a thermal conductivity evaluation test for testing the effect of a cylinder liner which is a cast-in cast iron member according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing a method of a thermal conductivity evaluation test for testing the effect of a cylinder liner which is a cast-in cast iron member according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing a relationship between heat conduction time and heat conductivity.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a test apparatus for performing an adhesion evaluation test for testing an effect of a cylinder liner which is a cast-iron member for cast-in according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an enlarged view of a main part showing a contact surface between a conventional cast-in cast iron member and an aluminum alloy formed by casting the cast-in cast iron member.
[Explanation of symbols]
1 Cylinder liner
2 Aluminum alloy

Claims

In a cast-in cast iron member that is made of a cast iron material and is made of an aluminum alloy to form an integral joining member,
Arithmetic average roughness Ra on the contact surface in contact with the aluminum alloy is 30 μm or more and 120 μm or less,
The developed length ratio lr at the contact surface in contact with the aluminum alloy is 102% or more and 120% or less;
A cast iron member for a cast-in insert, wherein the thermal conductivity of the integral connecting member is 0.08 cal / cm · sec · deg or more and 0.105 cal / cm · sec · deg or less.

Arithmetic average roughness Ra on the contact surface in contact with the aluminum alloy is 35 μm or more and 110 μm or less,
2. The cast iron member according to claim 1, wherein a development length ratio lr at a contact surface in contact with the aluminum alloy is 103% or more and 115% or less.

2. The stuffed toy according to claim 1, wherein said stuffed aluminum member has a substantially cylindrical shape, an outer peripheral surface of which is filled with said aluminum alloy, and wherein a piston is an aluminum alloy stuffed member for a cylinder liner which slides on an inner peripheral surface. Cast iron parts.

2. The cast iron member according to claim 1, which is cast by a sand casting method.