JP2004225121A - ダイカスト鋳造ピストン用合金 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来技術よりも低い材料コストと熱処理コストでも従来と同等以上の高温強度および耐磨耗性が確保できる、ダイカスト鋳造ピストン用合金を提供すること。
【解決手段】Ｃｕ：１．５〜３．５重量％、Ｓｉ：９．６〜１２重量％、Ｍｇ：０．３〜１重量％、Ｆｅ：０．８５重量％以下、Ｍｎ：０．５重量％以下、Ｚｎ：１重量％以下、Ｓｎ：０．３重量％以下のＡＤＣ１２をベースとし、Ｍｇ量を高めに調整した材料をダイカストにて（ＤＡＳ ＩＩ：１５μｍ以下）鋳造し、その後１９０℃で４Ｈ焼戻して得られる、ダイカスト鋳造ピストン用合金。
【選択図】なし
【解決手段】Ｃｕ：１．５〜３．５重量％、Ｓｉ：９．６〜１２重量％、Ｍｇ：０．３〜１重量％、Ｆｅ：０．８５重量％以下、Ｍｎ：０．５重量％以下、Ｚｎ：１重量％以下、Ｓｎ：０．３重量％以下のＡＤＣ１２をベースとし、Ｍｇ量を高めに調整した材料をダイカストにて（ＤＡＳ ＩＩ：１５μｍ以下）鋳造し、その後１９０℃で４Ｈ焼戻して得られる、ダイカスト鋳造ピストン用合金。
【選択図】なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイカスト鋳造ピストン用合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の内燃機関は、エネルギー資源の有効利用の観点から燃費効率を向上させることが、強く要請されている。しかして、燃費効率の向上には、燃焼温度の上昇が伴うので、内燃機関に組み込まれている各種部品、特にピストンは、２００℃付近の高い温度域での高温強度及び耐磨耗性が要求されており。
【０００３】
これらの要求に対応するための従来技術としては、Ｓｉを１１〜１３重量重量％含有する共晶あるいは過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金であるＡＣ８Ａ合金（Ｃｕ：０．８〜１．３重量％、Ｓｉ：１１〜１３重量％、Ｍｇ：０．７５〜１．３重量％、Ｆｅ：０．７重量％以下、Ｔｉ：０．２重量％以下、Ｎｉ：０．８〜２重量％）を重力鋳造し、Ｔ６処理して粗形材を得る方法が一般的である（例えば特許文献１参照）。この理由として、Ｓｉを１０重量％以上含有するＡｌ−Ｓｉ系合金は、熱膨張係数が小さく、凝固過程で晶出する初晶Ｓｉが耐磨耗性を向上させ、さらに高融点成分であるＮｉを多く含有させ、凝固過程で微小晶出物として晶出させる事で高温強度を向上さている点が上げられる。
【０００４】
また、この他の技術として、Ｃｕ：３〜７重量％、Ｓｉ：８〜１３重量％、Ｍｇ：０．３〜１重量％、Ｆｅ：０．１〜１重量％、Ｔｉ：０．０１〜０．３重量％、Ｐ：０．００１〜０．０１重量％、Ｃａ：０．０００１〜０．０１重量％、Ｎｉ：０．２〜２．５重量％を含みＰ／Ｃａ＝０．５〜５０の合金を冷却速度２０℃／秒以下で鋳造し、Ｔ６処理する方法がある（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１０４９３７号公報（第１〜６頁）
【０００６】
【特許文献２】
特開平８−１３４５７７号公報（第１〜８頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１記載の従来技術は、次のような問題がある。
【０００８】
（１）これらの合金は、高温強度向上を目的とした高融点成分であるＮｉや、結晶粒微細化を目的としたＴｉ等を比較的多く含有しており、合金の材料単価が高い。
【０００９】
（２）要求特性を満足させるにはＴ６処理が必要で有り、熱処理費用が高い。
【００１０】
また、特許文献２記載の従来技術は、Ｔ６処理を必要とせず、上記（２）の不具合はないものの、ＮｉやＴｉを比較的多く含有しており、上記（１）の不具合を払拭できない。
【００１１】
それ故に、本発明は、かような不具合が惹起されない、ダイカスト鋳造ピストン用合金を提供することを、技術的課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明で用いる合金は、Ｃｕ：１．５〜３．５重量％、Ｓｉ：９．６〜１２重量％、Ｍｇ：０．３〜１重量％、Ｆｅ：０．８５重量％以下、Ｍｎ：０．５重量％以下、Ｚｎ：１重量％以下、Ｓｎ：０．３重量％以下のＡＤＣ１２をベースとし、Ｍｇ量を高めに調整した材料をダイカストにて（ＤＡＳ ＩＩ：１５μｍ以下）鋳造し、その後１９０℃で４Ｈ焼戻しする事で、従来技術と同等かあるいはそれ以上の高温強度および耐磨耗性が、従来技術よりも低い材料コストと熱処理コストで確保でき、ピストン粗形材の低コスト化が可能となる。
【００１３】
本発明で使用される合金に含まれる合金元素の含有量の説明
Ｃｕ：１．５〜３．５重量％：
高温強度および高温疲労強度の向上に有効な合金元素。Ｃｕの含有量が１．５重量％未満では高温強度が不足する。また、必要以上に添加してもそれに見合った強度改善効果は得られず、Ａｌ２Ｃｕの粗大晶出物が鋳造割れを誘発する。
【００１４】
Ｓｉ：９．６〜１２重量％：
耐磨耗性および防振性を向上させると共に熱膨張係数の低減に有効な共晶Ｓｉとなる必須元素。Ｓｉが９重量％未満では耐磨耗性および防振性が不充分となる。また、必要以上に添加すると初晶Ｓｉが粗大晶出し、応力集中による高温強度の低下を招く。
【００１５】
Ｍｇ：０．３〜１重量％
Ｓｉと結合し時効硬化に有効なＭｇ２Ｓｉを生成する。Ｍｇの含有量が０．３重量％未満であると十分な時効硬化が得られない。また、１重量％以上の添加は鋳造時に多量のＭｇ２Ｓｉが晶出し、機械的特性を低下させる。
【００１６】
Ｆｅ：０．８５重量％以下：
ダイカスト鋳造時の金型焼き付きを防止する元素。０．８５重量％以上含有すると、引け巣の誘発や、粗大金属間化合物が晶出し強度低下の原因となる。
【００１７】
Ｍｎ：０．５重量％以下：
Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系の金属化化合物として晶出し、耐磨耗性および防振性を向上させる。０．５重量％以上の含有は、金属間化合物が粗大化傾向を示し強度低下を招く。
【００１８】
Ｚｎ：１重量％以下
Ｚｎは不純物として混入する元素であり、耐食性の低下および鋳造割れの誘発の原因となるため、１重量％以下とする。
【００１９】
Ｓｎ：０．３重量％以下：
Ｓｎは不純物として混入する元素であり、０．３重量％以上の含有は、鋳造割れを誘発する可能性がある。
【００２０】
【実施例】
ＡＤＣ１２合金を７１０℃にて溶解し、金属Ｍｇを添加した。その後Ａｒガスで回転脱ガス処理を実施して、Ｃｕ：１．８９重量％、Ｓｉ：１０．４３重量％、Ｍｇ：０．５７重量％、Ｆｅ：０．８８重量％、Ｍｎ：０．２５重量％、Ｚｎ：０．８８重量％、Ｓｎ：０．０３８重量％の溶湯を得た。この溶湯を４個取りのピストンダイカスト金型にダイカスト鋳造し、Ｔ５処理した実体ピストンからテストピースを採取して、ＡＤＣ１２品（４個取りのピストンダイカスト金型にダイカスト鋳造し、Ｔ５処理した実体ピストンからテストピースを採取）および従来品（ＡＣ８Ａ重力鋳造しＴ６処理した実体ピストンからテストピースを採取）との比較評価を実施した。評価項目は引張り強度（常温、２５０℃）、伸び（常温、２５０℃）、疲労強度（常温、２５０℃）、耐磨耗性：ＬＦＷ磨耗試験（常温）の４項目とし、その結果を図１〜４に示す。
【００２１】
図１〜４より、本発明（ＡＤＣ１２：Ｍｇ０．３〜１重量％＋ダイカスト鋳造＋Ｔ５）は、高温強度および耐磨耗性において、ＡＤＣ１２＋ダイカスト鋳造＋Ｔ５品よりも優位性が有り、さらに従来技術（ＡＣ８Ａ＋重力鋳造＋Ｔ６）に対しても、同等以上の性能が確保可能である事が判る。
【００２２】
【発明の効果】
この様に、本発明を用いる事で、従来技術よりも低い材料コストと熱処理コストでも従来と同等以上の高温強度および耐磨耗性が確保可能となり、ピストン粗形材の低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】引っ張り強度の試験結果を示すグラフである。
【図２】伸び率の試験結果を示すグラフである。
【図３】疲労強度の試験結果を示すグラフである。
【図４】磨耗量の試験結果を示すグラフである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイカスト鋳造ピストン用合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の内燃機関は、エネルギー資源の有効利用の観点から燃費効率を向上させることが、強く要請されている。しかして、燃費効率の向上には、燃焼温度の上昇が伴うので、内燃機関に組み込まれている各種部品、特にピストンは、２００℃付近の高い温度域での高温強度及び耐磨耗性が要求されており。
【０００３】
これらの要求に対応するための従来技術としては、Ｓｉを１１〜１３重量重量％含有する共晶あるいは過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金であるＡＣ８Ａ合金（Ｃｕ：０．８〜１．３重量％、Ｓｉ：１１〜１３重量％、Ｍｇ：０．７５〜１．３重量％、Ｆｅ：０．７重量％以下、Ｔｉ：０．２重量％以下、Ｎｉ：０．８〜２重量％）を重力鋳造し、Ｔ６処理して粗形材を得る方法が一般的である（例えば特許文献１参照）。この理由として、Ｓｉを１０重量％以上含有するＡｌ−Ｓｉ系合金は、熱膨張係数が小さく、凝固過程で晶出する初晶Ｓｉが耐磨耗性を向上させ、さらに高融点成分であるＮｉを多く含有させ、凝固過程で微小晶出物として晶出させる事で高温強度を向上さている点が上げられる。
【０００４】
また、この他の技術として、Ｃｕ：３〜７重量％、Ｓｉ：８〜１３重量％、Ｍｇ：０．３〜１重量％、Ｆｅ：０．１〜１重量％、Ｔｉ：０．０１〜０．３重量％、Ｐ：０．００１〜０．０１重量％、Ｃａ：０．０００１〜０．０１重量％、Ｎｉ：０．２〜２．５重量％を含みＰ／Ｃａ＝０．５〜５０の合金を冷却速度２０℃／秒以下で鋳造し、Ｔ６処理する方法がある（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１０４９３７号公報（第１〜６頁）
【０００６】
【特許文献２】
特開平８−１３４５７７号公報（第１〜８頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１記載の従来技術は、次のような問題がある。
【０００８】
（１）これらの合金は、高温強度向上を目的とした高融点成分であるＮｉや、結晶粒微細化を目的としたＴｉ等を比較的多く含有しており、合金の材料単価が高い。
【０００９】
（２）要求特性を満足させるにはＴ６処理が必要で有り、熱処理費用が高い。
【００１０】
また、特許文献２記載の従来技術は、Ｔ６処理を必要とせず、上記（２）の不具合はないものの、ＮｉやＴｉを比較的多く含有しており、上記（１）の不具合を払拭できない。
【００１１】
それ故に、本発明は、かような不具合が惹起されない、ダイカスト鋳造ピストン用合金を提供することを、技術的課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明で用いる合金は、Ｃｕ：１．５〜３．５重量％、Ｓｉ：９．６〜１２重量％、Ｍｇ：０．３〜１重量％、Ｆｅ：０．８５重量％以下、Ｍｎ：０．５重量％以下、Ｚｎ：１重量％以下、Ｓｎ：０．３重量％以下のＡＤＣ１２をベースとし、Ｍｇ量を高めに調整した材料をダイカストにて（ＤＡＳ ＩＩ：１５μｍ以下）鋳造し、その後１９０℃で４Ｈ焼戻しする事で、従来技術と同等かあるいはそれ以上の高温強度および耐磨耗性が、従来技術よりも低い材料コストと熱処理コストで確保でき、ピストン粗形材の低コスト化が可能となる。
【００１３】
本発明で使用される合金に含まれる合金元素の含有量の説明
Ｃｕ：１．５〜３．５重量％：
高温強度および高温疲労強度の向上に有効な合金元素。Ｃｕの含有量が１．５重量％未満では高温強度が不足する。また、必要以上に添加してもそれに見合った強度改善効果は得られず、Ａｌ２Ｃｕの粗大晶出物が鋳造割れを誘発する。
【００１４】
Ｓｉ：９．６〜１２重量％：
耐磨耗性および防振性を向上させると共に熱膨張係数の低減に有効な共晶Ｓｉとなる必須元素。Ｓｉが９重量％未満では耐磨耗性および防振性が不充分となる。また、必要以上に添加すると初晶Ｓｉが粗大晶出し、応力集中による高温強度の低下を招く。
【００１５】
Ｍｇ：０．３〜１重量％
Ｓｉと結合し時効硬化に有効なＭｇ２Ｓｉを生成する。Ｍｇの含有量が０．３重量％未満であると十分な時効硬化が得られない。また、１重量％以上の添加は鋳造時に多量のＭｇ２Ｓｉが晶出し、機械的特性を低下させる。
【００１６】
Ｆｅ：０．８５重量％以下：
ダイカスト鋳造時の金型焼き付きを防止する元素。０．８５重量％以上含有すると、引け巣の誘発や、粗大金属間化合物が晶出し強度低下の原因となる。
【００１７】
Ｍｎ：０．５重量％以下：
Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系の金属化化合物として晶出し、耐磨耗性および防振性を向上させる。０．５重量％以上の含有は、金属間化合物が粗大化傾向を示し強度低下を招く。
【００１８】
Ｚｎ：１重量％以下
Ｚｎは不純物として混入する元素であり、耐食性の低下および鋳造割れの誘発の原因となるため、１重量％以下とする。
【００１９】
Ｓｎ：０．３重量％以下：
Ｓｎは不純物として混入する元素であり、０．３重量％以上の含有は、鋳造割れを誘発する可能性がある。
【００２０】
【実施例】
ＡＤＣ１２合金を７１０℃にて溶解し、金属Ｍｇを添加した。その後Ａｒガスで回転脱ガス処理を実施して、Ｃｕ：１．８９重量％、Ｓｉ：１０．４３重量％、Ｍｇ：０．５７重量％、Ｆｅ：０．８８重量％、Ｍｎ：０．２５重量％、Ｚｎ：０．８８重量％、Ｓｎ：０．０３８重量％の溶湯を得た。この溶湯を４個取りのピストンダイカスト金型にダイカスト鋳造し、Ｔ５処理した実体ピストンからテストピースを採取して、ＡＤＣ１２品（４個取りのピストンダイカスト金型にダイカスト鋳造し、Ｔ５処理した実体ピストンからテストピースを採取）および従来品（ＡＣ８Ａ重力鋳造しＴ６処理した実体ピストンからテストピースを採取）との比較評価を実施した。評価項目は引張り強度（常温、２５０℃）、伸び（常温、２５０℃）、疲労強度（常温、２５０℃）、耐磨耗性：ＬＦＷ磨耗試験（常温）の４項目とし、その結果を図１〜４に示す。
【００２１】
図１〜４より、本発明（ＡＤＣ１２：Ｍｇ０．３〜１重量％＋ダイカスト鋳造＋Ｔ５）は、高温強度および耐磨耗性において、ＡＤＣ１２＋ダイカスト鋳造＋Ｔ５品よりも優位性が有り、さらに従来技術（ＡＣ８Ａ＋重力鋳造＋Ｔ６）に対しても、同等以上の性能が確保可能である事が判る。
【００２２】
【発明の効果】
この様に、本発明を用いる事で、従来技術よりも低い材料コストと熱処理コストでも従来と同等以上の高温強度および耐磨耗性が確保可能となり、ピストン粗形材の低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】引っ張り強度の試験結果を示すグラフである。
【図２】伸び率の試験結果を示すグラフである。
【図３】疲労強度の試験結果を示すグラフである。
【図４】磨耗量の試験結果を示すグラフである。
Claims (1)
- Ｃｕ：１．５〜３．５重量％、Ｓｉ：９．６〜１２重量％、Ｍｇ：０．３〜１重量％、Ｆｅ：０．８５重量％以下、Ｍｎ：０．５重量％以下、Ｚｎ：１重量％以下、Ｓｎ：０．３重量％以下のＡＤＣ１２をベースとし、Ｍｇ量を高めに調整した材料をダイカストにて（ＤＡＳ ＩＩ：１５μｍ以下）鋳造し、その後１９０℃で４Ｈ焼戻して得られる、ダイカスト鋳造ピストン用合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003015371A JP2004225121A (ja) | 2003-01-23 | 2003-01-23 | ダイカスト鋳造ピストン用合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003015371A JP2004225121A (ja) | 2003-01-23 | 2003-01-23 | ダイカスト鋳造ピストン用合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004225121A true JP2004225121A (ja) | 2004-08-12 |
Family
ID=32903146
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003015371A Pending JP2004225121A (ja) | 2003-01-23 | 2003-01-23 | ダイカスト鋳造ピストン用合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004225121A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2010685A2 (en) * | 2006-03-27 | 2009-01-07 | Contech LLC | Squeeze cast rear suspension components using adc12-t4 aluminum alloy |
| JP2011063830A (ja) * | 2009-09-15 | 2011-03-31 | Hitachi Ltd | アルミダイカスト製品及びアルミダイカスト製品の改質方法 |
| WO2014109624A1 (ko) * | 2013-01-14 | 2014-07-17 | 주식회사 케이에이치바텍 | 다이캐스팅용 알루미늄합금 및 이의 제조방법 |
| CN105312532A (zh) * | 2015-11-20 | 2016-02-10 | 扬州嵘泰工业发展有限公司 | 一种汽车转向器壳体生产的铸造工艺 |
| CN108754250A (zh) * | 2018-06-03 | 2018-11-06 | 深圳市鑫申新材料科技有限公司 | 一种高强度压铸铝合金及其制造方法 |
| CN112176228A (zh) * | 2019-07-05 | 2021-01-05 | 比亚迪股份有限公司 | 铝合金及其制备方法、手机结构件和手机 |
| CN112355270A (zh) * | 2020-10-20 | 2021-02-12 | 无锡市金珀车业有限公司 | 上泵活塞生产工艺及方法 |
-
2003
- 2003-01-23 JP JP2003015371A patent/JP2004225121A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2010685A2 (en) * | 2006-03-27 | 2009-01-07 | Contech LLC | Squeeze cast rear suspension components using adc12-t4 aluminum alloy |
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