JP2004360031A - Composite cast iron member, and its production method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、シリンダブロックとその内壁面のライナー等の複合金属材料であって、特に鋳鉄を基材とする複合鋳鉄部材とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】特開平10−277725号公報
従来、例えばシリンダブロックは、ピストンの往復運動の摺動性を高めるために、その内周面に銅合金を張り付けている。この銅合金の張り付け方法は、特許文献1に開示されているように、クロム・モリブデン鋼等によりシリンダブロック本体を形成し、このシリンダブロック本体を高温にしてフラックスを詰め込み、溶融した銅合金を流し込んで固化させている。さらに、銅合金によるライナーを所定の厚みに切削加工してシリンダブロックを形成している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術の場合、鋼によりシリンダブロック本体を形成するため、加工工数及びコストがかかり、シリンダブロックのコストアップの原因となっていた。
【0004】
一方、コストダウンのためには、シリンダブロック本体を鋳鉄により鋳造することが考えられるが、鋳鉄は高濃度のカーボンを含有し、シリンダ内壁に銅合金を流し込んでも接合強度が弱く、実用化できないものであった。
【0005】
この発明は上記従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、カーボンを含む鋳鉄を用いて、非鉄金属材料を高強度で積層することができる複合鋳鉄部材とその製造方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明は、カーボンを含んだ鋳鉄部と、この鋳鉄部の表面に形成された脱炭層と、この脱炭層に接合して一体に積層された非鉄金属材料層とから成る複合鋳鉄部材である。
【0007】
上記非鉄金属材料層は、銅合金や、その他アルミニウム合金等でも良い。また、上記鋳鉄部は、シリンダブロック本体であり、このシリンダブロック本体の内壁面に銅合金の非鉄金属材料層が積層されている。
【0008】
またこの発明は、所定の鋳型により鋳鉄部を鋳造し、この鋳鉄部の表面のカーボンを除去する脱炭処理を行い、この脱炭処理を行った脱炭層に非鉄金属材料の溶湯を流し込んで非鉄金属材料層を一体に形成する複合鋳鉄部材の製造方法である。
【0009】
上記鋳鉄部は、シリンダブロック本体であり、このシリンダブロック本体の内壁面に、銅合金の非鉄金属材料の溶湯を流し込んで非鉄金属材料層を一体に形成するものである。
【0010】
また、上記脱炭処理は、上記鋳鉄部の表面に砂鉄を積層し、800〜1100℃に加熱して上記鋳鉄部のカーボンを酸化させるものである。または、上記脱炭処理は、上記鋳鉄部の表面を一酸化炭素と二酸化炭素を含んだ流動化ガス雰囲気中に置き、800〜1100℃に加熱して、上記鋳鉄部のカーボンを酸化させるものでも良い。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態の複合鋳鉄部材とその製造方法について図面に基づいて説明する。図1、図2は、この発明の第一実施形態について示したものであり、この実施形態の複合鋳鉄部材は、シリンダブロック10についてのものである。シリンダブロック10は、カーボンを含んだ鋳鉄部であるシリンダブロック本体12と、このシリンダブロック本体12のシリンダ筒13の内壁表面に形成された脱炭層12aと、この脱炭層12aに接合して一体に積層された非鉄金属材料層14とから成る。非鉄金属材料層14としては、例えばCuに、Snが12.65wt%、Pbが8.61wt%、Niが1.71wt%含まれるものを用いた。その外、黄銅、青銅、リン青銅、鉛青銅、アルミニウム青銅等の合金でも良い。
【0012】
この実施形態のシリンダブロック10の製造方法は、所定の鋳型によりシリンダブロック本体12を鋳造し、このシリンダブロック本体12のシリンダ筒13の内壁のカーボンを除去する脱炭処理を行う。この脱炭処理は、図1(a)に示すように、シリンダ筒13内に酸化第一鉄の粉末である砂鉄15を詰め込み、またはシリンダ筒13の内壁面に塗布して、800〜1100℃の高温に加熱し、シリンダのカーボンを酸化させる。この加熱温度は、例えば電気炉で930℃にし、数時間加熱する。この温度での加熱時間と脱炭層の厚みの関係は、図2のグラフに示す通りである。ここで起きている反応は、以下の通りである。
FeO+C=Fe+CO
【0013】
これにより、シリンダ筒13表面のカーボンは、一酸化炭素(CO)となって除去される。
【0014】
この後、冷却し砂鉄15をシリンダ筒13内から除去し、フラックスを入れて、図1(b)に示すように、シリンダ筒13内に非鉄金属材料層14を形成する溶融銅合金17を流し込み、冷却する。
【0015】
そして、図1(c)に示すように溶融銅合金17が固化した後、シリンダ筒13内の非鉄金属材料14aを、図1(d)に示すように円筒状に切削加工して所定の内径に形成する。これにより、シリンダ筒13の内壁面には、非鉄金属材料層14が形成される。
【0016】
この実施形態の複合鋳鉄部材とその製造方法によれば、シリンダブロック本体を鋳鉄により鋳造することができ、製造が容易で、コストが安価であり、しかもシリンダ筒13内壁面に銅合金の非鉄金属材料層14を形成しても、その積層箇所の接合強度が高く、非鉄金属材料層14が剥がれることがない。この接合強度は、この鋳造方法により形成した鋳鉄と銅合金の境界を含む試験片により引っ張り試験を行ったところ、複数の試験片とも接合部分での破断は生じず、銅合金の箇所が破断した。従って、この方法により製造した鋳鉄部分と銅合金部分の接合箇所は、銅合金自体の強度よりも高いことがわかった。
【0017】
次にこの発明の第二実施形態について、図3を基にして説明する。ここで、上記実施形態と同様の構成は同一符号を付して説明を省略する。この実施形態の複合鋳鉄部材もシリンダブロックについてのもので、この実施形態のシリンダブロック20は、中心に形成され径の大きい中心穴21と、その周囲に11個形成されたシリンダ穴23とを備え、シリンダ穴23の内壁面には銅合金による非鉄金属材料層14が形成されている。
【0018】
この実施形態のシリンダブロック20の製造方法は、まず、図3(a)に示すように、シリンダブロック本体22を鋳鉄により鋳造する。この後、シリンダ穴23に酸化第一鉄の砂鉄15を充填または塗布する。そして、900℃で2時間加熱する。これにより、シリンダ穴23の内壁面のカーボンが深さ数百μm程度除去され、図3(b)に示すように、脱炭層22aが形成される。この後、図3(c)に示すように、各シリンダ穴23内に約1200℃の溶融銅合金17を流し込む。そして、図3(d)に示すように溶融銅合金17が固化した非鉄金属材料14aに、図3(e)に示すように所定の径の穴を形成し、非鉄金属材料層14を形成する。
【0019】
この実施形態のシリンダブロック20によれば、多数のシリンダ穴23の形成を、鋳造による鋳鉄で簡単に形成することができ、シリンダ穴23内の非鉄金属材料層14も銅合金により簡単に強固に形成することができる。
【0020】
なお、この発明の複合鋳鉄部材は、上記実施形態に限定されるものではなく、シリンダブロック以外の鋳造製品に非鉄金属の層を形成するものに広く利用できるものである。
【0021】
また、脱炭処理は上記以外に、鋳鉄部の表面を一酸化炭素と二酸化炭素を含んだ流動化ガス雰囲気中に置き、800〜1100℃に加熱して、鋳鉄部のカーボンを酸化させ、除去するものでも良い。この場合、脱炭層形成の臨界温度である700℃以上の温度、好ましくは800〜1100℃の温度では、以下の反応により、鋳鉄中のカーボンが一酸化炭素(CO)となって脱炭が行われる。
C+CO2=2CO
【0022】
なお、この発明の複合鋳鉄部材は、上記実施形態に限定されるものではなく、鋳鉄はねずみ鋳鉄や、球場黒煙鋳鉄を含む。また、非鉄金属材料は、黄銅、青銅、リン青銅、鉛青銅、アルミニウム青銅等の合金でも良く、鋳鉄と適宜の非鉄金属材料との複合材料に適宜利用することができる。
【0023】
【発明の効果】
この発明の複合鋳鉄部材とその製造方法によれば、シリンダブロック本体等を鋳鉄により鋳造することができ、製造が容易で、コストが安価である。しかも鋳鉄部の表面を脱炭して非鉄金属材料層を積層しているので、鋳鉄部と非鉄金属材料層の接合部分の接合強度が極めて高く、容易に分離することがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第一実施形態の複合鋳鉄部材の製造工程を示す概略斜視図である。
【図2】この実施形態の複合鋳鉄部材の脱炭時間と脱炭層の関係を示すグラフである。
【図3】この発明の第二実施形態の複合鋳鉄部材の製造工程を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
10 シリンダブロック
12 シリンダブロック本体
12a 脱炭層
13 シリンダ筒
14 非鉄金属材料層
14a 非鉄金属材料
15 砂鉄
17 溶融銅合金[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a composite metal material such as a cylinder block and a liner for an inner wall surface thereof, and more particularly to a composite cast iron member having cast iron as a base material and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-277725 Conventionally, for example, a copper alloy is adhered to the inner peripheral surface of a cylinder block in order to improve the slidability of the reciprocating motion of the piston. As disclosed in
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of the above-mentioned conventional technology, since the cylinder block main body is formed of steel, processing man-hours and costs are required, which causes an increase in the cost of the cylinder block.
[0004]
On the other hand, in order to reduce costs, it is conceivable to cast the cylinder block body with cast iron.However, cast iron contains high concentration of carbon, and the bonding strength is weak even if copper alloy is poured into the cylinder inner wall, so that it cannot be put to practical use Met.
[0005]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the conventional technology, and provides a composite cast iron member capable of laminating non-ferrous metal materials with high strength using cast iron containing carbon and a method of manufacturing the same. With the goal.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a composite cast iron member including a cast iron portion containing carbon, a decarburized layer formed on the surface of the cast iron portion, and a non-ferrous metal material layer joined to the decarburized layer and integrally laminated.
[0007]
The non-ferrous metal material layer may be a copper alloy, another aluminum alloy, or the like. The cast iron part is a cylinder block main body, and a non-ferrous metal material layer of a copper alloy is laminated on an inner wall surface of the cylinder block main body.
[0008]
Further, according to the present invention, a cast iron portion is cast by a predetermined mold, a decarburization process for removing carbon on the surface of the cast iron portion is performed, and a molten metal of a non-ferrous metal material is poured into the decarburized layer after the decarburization process. This is a method for manufacturing a composite cast iron member in which a metal material layer is integrally formed.
[0009]
The cast iron portion is a cylinder block main body, and a nonferrous metal material layer is integrally formed by pouring a molten metal of a copper alloy nonferrous metal material into an inner wall surface of the cylinder block main body.
[0010]
In the decarburization treatment, sand iron is laminated on the surface of the cast iron part and heated to 800 to 1100 ° C. to oxidize carbon in the cast iron part. Alternatively, the decarburization treatment may be such that the surface of the cast iron portion is placed in a fluidizing gas atmosphere containing carbon monoxide and carbon dioxide and heated to 800 to 1100 ° C. to oxidize the carbon of the cast iron portion. good.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a composite cast iron member according to an embodiment of the present invention and a method for manufacturing the same will be described with reference to the drawings. FIGS. 1 and 2 show a first embodiment of the present invention. The composite cast iron member of this embodiment relates to a
[0012]
In the method of manufacturing the
FeO + C = Fe + CO
[0013]
Thus, carbon on the surface of the
[0014]
After that, the
[0015]
After the molten copper alloy 17 is solidified as shown in FIG. 1C, the non-ferrous metal material 14a in the
[0016]
According to the composite cast iron member of this embodiment and the method of manufacturing the same, the cylinder block main body can be cast from cast iron, which is easy to manufacture, inexpensive, and has a non-ferrous metal of copper alloy on the inner wall surface of the
[0017]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, the same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The composite cast iron member of this embodiment also relates to a cylinder block. The
[0018]
In the method of manufacturing the
[0019]
According to the
[0020]
The composite cast iron member of the present invention is not limited to the above embodiment, but can be widely used for forming a non-ferrous metal layer on a cast product other than the cylinder block.
[0021]
In addition to the above, in the decarburization treatment, the surface of the cast iron part is placed in a fluidized gas atmosphere containing carbon monoxide and carbon dioxide and heated to 800 to 1100 ° C. to oxidize and remove the carbon in the cast iron part. What you do. In this case, at a temperature of 700 ° C. or more, which is a critical temperature for forming a decarburized layer, and preferably at a temperature of 800 to 1100 ° C., the carbon in the cast iron becomes carbon monoxide (CO) by the following reaction to perform decarburization. Is
C + CO2 = 2CO
[0022]
The composite cast iron member of the present invention is not limited to the above embodiment, and includes gray cast iron and stadium black smoke cast iron. Further, the non-ferrous metal material may be an alloy such as brass, bronze, phosphor bronze, lead bronze, and aluminum bronze, and can be appropriately used as a composite material of cast iron and an appropriate non-ferrous metal material.
[0023]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the composite cast iron member of this invention and its manufacturing method, a cylinder block main body etc. can be cast with cast iron, and manufacture is easy and cost is low. Moreover, since the surface of the cast iron portion is decarburized and the non-ferrous metal material layer is laminated, the joining strength of the joint portion between the cast iron portion and the non-ferrous metal material layer is extremely high, and the cast iron portion is not easily separated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a manufacturing process of a composite cast iron member according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a relationship between a decarburization time and a decarburized layer of the composite cast iron member of the embodiment.
FIG. 3 is a schematic perspective view showing a manufacturing process of a composite cast iron member according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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KR101432019B1 (en) | 2012-12-20 | 2014-08-22 | 한국생산기술연구원 | Method for manufacturing Fe-Al bimetal |
KR20210012427A (en) * | 2019-07-25 | 2021-02-03 | 한국생산기술연구원 | Heat treatment method for dissimilar material gap minimizes of die-casting products |
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2003
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