JP2017214870A - 内燃機関用ピストン及びその製造方法 - Google Patents
内燃機関用ピストン及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017214870A JP2017214870A JP2016108881A JP2016108881A JP2017214870A JP 2017214870 A JP2017214870 A JP 2017214870A JP 2016108881 A JP2016108881 A JP 2016108881A JP 2016108881 A JP2016108881 A JP 2016108881A JP 2017214870 A JP2017214870 A JP 2017214870A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mass
- piston
- particulate
- internal combustion
- grain boundary
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
Description
本発明に係る内燃機関用ピストン1は、図1に示すように、上側の頂部11と、下側のスカート部12とで構成されている。頂部11の外周には、複数のピストンリング溝が設けられている。ピストンリング溝としては、頂部11の側からスカート部12の側に向かって、例えば第1圧縮リング溝11a、第2圧縮リング溝11b、及びオイルリング溝11c等を挙げることができる。この各溝には、それぞれに応じたピストンリングが装着される。符号11dは頂部11の表面であり、符号2はピン穴である。頂部11の構造や寸法等は、図1の例に限定されず、他の構造形態や寸法等であってもよいし、ピストン全体の形態や大きさも図1の例に限定されず、他の形態や大きさであってもよい。
ピストンの成分組成は、Si:0.4〜0.7質量%、Fe:1.4〜2.0質量%、Cu:3.5〜5.5質量%、Ni:0.3〜0.8質量%、Mg:1.5〜2.0質量%を少なくとも含有し、残りがアルミニウム合金で構成されている。上記以外の成分は、ピストン用のアルミニウム合金材料に通常含まれる微量成分(不可避不純物を含む。)である。微量成分としては、Ti、Mn、Cr、Zn等を挙げることができる。
図2及び図3は、本発明に係るピストン(後述の実施例1)の頂部をエッチングした後の断面写真である。図2はピン穴2を機械加工する前のピストン頂部の断面であり、図3はその拡大写真である。図3(A)は上部の組織であり、図3(B)は中央部の組織であり、図3(C)は下部の組織である。これらの写真は、図6(A)及び図7に示すピストン(後述の比較例1)の断面写真や、図6(B)及び図8に示すピストン(後述の比較例2)の断面写真とは明らかに異なる組織形態を示している。
本発明に係る内燃機関用ピストンの製造方法は、Si:0.4〜0.7質量%、Fe:1.4〜2.0質量%、Cu:3.5〜5.5質量%、Ni:0.3〜0.8質量%、Mg:1.5〜2.0質量%を少なくとも含有するアルミニウム合金連続鋳造材を準備する工程(準備工程)と、前記アルミニウム合金連続鋳造材を熱間鍛造する工程(熱間鍛造工程)と、熱間鍛造後に熱処理する工程(熱処理工程)と、熱処理後に機械加工する工程(加工工程)とを少なくとも有している。製造された内燃機関用ピストンの断面の粒界部及び粒内部には、粒子状析出物が存在し、粒界部に存在する粒子状析出物は、FeとCuとNiとを有している。
準備工程は、上記成分組成を少なくとも含有するアルミニウム合金連続鋳造材(以下、連続鋳造材という。)を準備する工程である。連続鋳造材は、上記した成分組成のアルミニウム合金を用いること以外は、従来公知の一般的な方法で準備することができる。例えば、溶解した上記成分組成のアルミニウム合金を連続鋳造して押出用ビレットとし、均質化処理を経て、所定寸法の細径丸棒に押出加工し、その後に所定寸法に切断して準備することができる。又は、溶解した上記成分組成のアルミニウム合金を連続鋳造して丸棒とし、均質化処理を経て、所定寸法の細径丸棒に切削加工し、その後に切断して準備することもできる。なお、連続鋳造に先立って、必要に応じて脱ガス処理や介在物の浮上分離処理を行ってもよい。また、連続鋳造後においては、均質化処理を行ってもよい。
熱間鍛造工程は、準備された連続鋳造材を熱間鍛造する工程である。熱間鍛造も上記した成分組成の連続鋳造材を用いること以外は、従来公知の一般的な方法で熱間鍛造することができる。例えば、所定寸法に切断された鍛造用素材を金型に押し付け、鍛造用素材を金型内に流動させる後方押出法でもよいし、固定した金型に鍛造用素材を押し付け、鍛造用素材を金型内に流動させる前方押出法であってもよい。なお、熱間鍛造前には、必要に応じて連続鋳造材や金型を予備加熱してもよい。
熱処理工程は、熱間鍛造後に熱処理する工程である。熱処理工程も上記した成分組成の連続鋳造材を用いること以外は、従来公知の一般的な熱処理を施すことができる。例えば、鍛造品を加熱した後に水冷する溶体化処理を行い、その後に時効処理する方法を挙げることができる。
加工工程は、熱処理後に機械加工する工程である。機械加工も従来公知の一般的な方法で加工することができる。例えば、鍛造済みピストンに対し、ピストンピン用の穴明け加工、ピストン面削加工、オイルリング溝加工、その他の加工を施し、ピストン形状に仕上げる。
Si:0.50質量%、Fe:1.70質量%、Cu:4.1質量%、Ni:0.60質量%、Mg:1.80質量%、Ti:0.07質量%及び微量不可避不純物、残部:アルミニウムからなるアルミニウム合金の連続鋳造材を準備した。このアルミニウム合金の組成はスパーク放電発光分光分析装置(型名:SPECTRO LAB、SPECTRO社製)によって測定した結果である(下記の実施例2,3も同じ。)。この連続鋳造材は、およそ700℃〜800℃に溶解したアルミニウム合金を連続鋳造して直径100mmの押出し用ビレットとし、その押出し用ビレットを切断して、長さ30mmで直径95mmの連続鋳造材とした。なお、この連続鋳造材には、押出し用ビレットを切断する前に約500℃で8時間の均質化処理を行った。
A2618合金の連続鋳造材を準備した。A2618合金は、JIS(日本工業規格)、AA(US規格)に基づき、Si:0.10〜0.25質量%、Fe:0.9〜1.3質量%、Cu:1.9〜2.7質量%、Ni:0.9〜1.2質量%、Mg:1.3〜1.8質量%、Ti:0.04〜0.10質量%、Zn:0.10質量%以下、及び微量不可避不純物、残部:アルミニウムとして規格化されているアルミニウム合金である。それ以外は、実施例1と同様にして、比較例1の内燃機関用ピストンを作製した。
A4032合金の連続鋳造材を準備した。A4032合金は、JIS(日本工業規格)、AA(US規格)、NF(フランス規格)、CSA(カナダ規格)に基づき、Si:11.0〜13.5質量%、Fe:1.0質量%以下、Cu:0.5〜1.3質量%、Ni:0.5〜1.3質量%、Mg:0.8〜1.3質量%、Cr:1.0質量%以下、Zn:0.25質量%以下、及び微量不可避不純物、残部:アルミニウムとして規格化されているアルミニウム合金である。それ以外は、実施例1と同様にして、比較例2の内燃機関用ピストンを作製した。
実施例1において、Si:0.40質量%、Fe:2.0質量%、Cu:3.5質量%、Ni:0.30質量%、Mg:2.00質量%、Ti:0.07質量%及び微量不可避不純物、残部:アルミニウムからなるアルミニウム合金の連続鋳造材を準備した。それ以外は、実施例1と同様にして、実施例2の内燃機関用ピストンを作製した。
実施例1において、Si:0.70質量%、Fe:1.40質量%、Cu:5.5質量%、Ni:0.80質量%、Mg:1.50質量%、Ti:0.09質量%及び微量不可避不純物、残部:アルミニウムからなるアルミニウム合金の連続鋳造材を準備した。それ以下は、実施例1と同様にして、実施例3の内燃機関用ピストンを作製した。
(実施例1のピストン)
図2及び図3に示す実施例1のピストンは、粒界の存在により粒界部と粒内部とが現れており、その粒界部と粒内部は、そのいずれにも粒子状析出物が存在していた。粒子状析出物は、粒界部では粒径が大きいが、粒内部では粒径が粒界部のものよりも小さい。粒界部の粒子状析出物は、図4に示す元素マッピングより、FeとCuとNiとを有するものであった。一方、粒内部の粒子状析出物は、図示しないが、元素マッピングの結果では、MgとNiとを有するものであった。
図6(A)及び図7に示す比較例1のピストンも粒界の存在により粒界部と粒内部とが現れており、その粒界部と粒内部は、そのいずれにも粒子状析出物が存在していた。しかし、粒界部の粒子状析出物は、実施例1の場合に比べて、粒径が小さかった。粒界部の粒子状析出物は、図9に示す元素マッピングより、実施例1と同様、FeとCuとNiとを有するものであった。一方、粒内部の粒子状析出物は、図示しないが、元素マッピングの結果では、実施例1とは異なり、MgとSiとを有するものであった。
図6(B)及び図8に示す比較例2のピストンも粒界の存在により粒界部と粒内部とが現れており、その粒界部には粒子状析出物が存在していたが、粒内部には粒子状析出物があまり存在していなかった。粒界部の粒子状析出物は、実施例1の場合よりも粒径が大きかった。粒界部の粒子状析出物は、図10に示す元素マッピングより、実施例1や比較例1とは異なり、Siを有するものであった。
実施例1及び比較例1,2のピストンについて、耐摩耗性と耐熱強度を測定した。耐摩耗性については、ピストン実体から試験片を採取し、ピンオンディスクによる往復動の摺動試験により測定し、摺動部の摩耗量の測定値を相対比較して評価した。相対比較は、実施例1のピストンの結果を100とし、比較例1,2の各ピストンの結果を相対値として表1及び図12に示した。一方、耐熱強度については、ピストン実体から試験片を採取し、高温引張試験と高温回転曲げ疲労試験を行って、引張強度(表1及び図13)、0.2%耐力(表1及び図14)、1×107サイクルの破断応力(疲労強度:表1及び図15)の測定値を相対比較した。相対比較は、実施例1のピストンの結果を100とし、比較例1,2の各ピストンの結果を相対値として示した。なお、耐摩耗性は値が小さいほどよく、引張強度、0.2%耐力及び疲労強度は値が大きいほど耐熱強度がよい。
実施例2及び実施例3のアルミニウム合金で作製した内燃機関用ピストンも、実施例1のアルミニウム合金で作製した内燃機関用ピストンと同様の断面形態を観察することができた。すなわち、断面の粒界部及び粒内部には粒子状析出物が存在し、その粒界部に存在する粒子状析出物は、FeとCuとNiとを有していた。それ以外の特徴要素についても、実施例1の内燃機関用ピストンと同様であったることを確認できた。
2 ピン穴
11 頂部
11a 第1圧縮リング溝
11b 第2圧縮リング溝
11c オイルリング溝
11d ピストン本体の頂面
12 スカート部
Claims (5)
- Si:0.4〜0.7質量%、Fe:1.4〜2.0質量%、Cu:3.5〜5.5質量%、Ni:0.3〜0.8質量%、Mg:1.5〜2.0質量%を少なくとも含有するアルミニウム合金からなり、断面の粒界部及び粒内部には粒子状析出物が存在し、前記粒界部に存在する粒子状析出物は、FeとCuとNiとを有していることを特徴とする内燃機関用ピストン。
- 前記粒界部の粒子状析出物は、粒径が3μm以上30μm以下の範囲内であり、断面各部で単位面積あたり12%以上22%以下の面積割合の範囲内で存在している、請求項1に記載の内燃機関用ピストン。
- 前記粒界部の粒子状析出物の粒径(D1)は前記粒内部の粒子状析出物の粒径(D2)よりも大きく、そとの比(D1/D2)が5以上である、請求項1又は2に記載の内燃機関用ピストン。
- 前記断面に存在する粒子状析出物のうち、前記粒界部の粒子状析出物の割合(P1)と前記粒内部の粒子状析出物の割合(P2)との比(P1/P2)が、6以上11以下の範囲内である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の内燃機関用ピストン。
- Si:0.4〜0.7質量%、Fe:1.4〜2.0質量%、Cu:3.5〜5.5質量%、Ni:0.3〜0.8質量%、Mg:1.5〜2.0質量%を少なくとも含有するアルミニウム合金連続鋳造材を準備する工程と、前記アルミニウム合金連続鋳造材を熱間鍛造する工程と、熱間鍛造後に熱処理する工程と、熱処理後に機械加工する工程とを少なくとも有し、
製造された内燃機関用ピストンの断面の粒界部及び粒内部には粒子状析出物が存在し、前記粒界部に存在する粒子状析出物は、FeとCuとNiとを有していることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016108881A JP6875795B2 (ja) | 2016-05-31 | 2016-05-31 | 内燃機関用ピストン及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016108881A JP6875795B2 (ja) | 2016-05-31 | 2016-05-31 | 内燃機関用ピストン及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017214870A true JP2017214870A (ja) | 2017-12-07 |
JP6875795B2 JP6875795B2 (ja) | 2021-05-26 |
Family
ID=60575421
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016108881A Active JP6875795B2 (ja) | 2016-05-31 | 2016-05-31 | 内燃機関用ピストン及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6875795B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111155041A (zh) * | 2020-01-19 | 2020-05-15 | 北京科技大学 | 一种再生变形铝合金复合强韧化的方法 |
JP2021063443A (ja) * | 2019-10-10 | 2021-04-22 | Tpr株式会社 | 内燃機関用ピストンとピストンリングとの組み合わせ |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04202737A (ja) * | 1990-11-30 | 1992-07-23 | Showa Alum Corp | 強度に優れた耐摩耗性アルミニウム合金 |
JP2007039748A (ja) * | 2005-08-03 | 2007-02-15 | Kobe Steel Ltd | 耐熱性Al基合金 |
JP2009024217A (ja) * | 2007-07-19 | 2009-02-05 | Hitachi Metals Ltd | アルミニウムダイカスト合金、この合金からなる鋳造コンプレッサ羽根車およびその製造方法 |
JP2017214655A (ja) * | 2016-05-31 | 2017-12-07 | 三協立山株式会社 | 2000系アルミニウム合金の製造方法、アルミニウム合金 |
-
2016
- 2016-05-31 JP JP2016108881A patent/JP6875795B2/ja active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04202737A (ja) * | 1990-11-30 | 1992-07-23 | Showa Alum Corp | 強度に優れた耐摩耗性アルミニウム合金 |
JP2007039748A (ja) * | 2005-08-03 | 2007-02-15 | Kobe Steel Ltd | 耐熱性Al基合金 |
JP2009024217A (ja) * | 2007-07-19 | 2009-02-05 | Hitachi Metals Ltd | アルミニウムダイカスト合金、この合金からなる鋳造コンプレッサ羽根車およびその製造方法 |
JP2017214655A (ja) * | 2016-05-31 | 2017-12-07 | 三協立山株式会社 | 2000系アルミニウム合金の製造方法、アルミニウム合金 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021063443A (ja) * | 2019-10-10 | 2021-04-22 | Tpr株式会社 | 内燃機関用ピストンとピストンリングとの組み合わせ |
CN111155041A (zh) * | 2020-01-19 | 2020-05-15 | 北京科技大学 | 一种再生变形铝合金复合强韧化的方法 |
CN111155041B (zh) * | 2020-01-19 | 2021-08-03 | 北京科技大学 | 一种再生变形铝合金复合强韧化的方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6875795B2 (ja) | 2021-05-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5175470B2 (ja) | マグネシウム合金材およびその製造方法 | |
JP5048996B2 (ja) | 加工性に優れた耐摩耗性アルミニウム合金材およびその製造方法 | |
JP5526130B2 (ja) | エンジンピストン用素形材の製造方法 | |
JP6478412B2 (ja) | アルミニウム合金製ターボコンプレッサホイール用素形材およびターボコンプレッサホイールの製造方法 | |
JP4511156B2 (ja) | アルミニウム合金の製造方法と、これにより製造されるアルミニウム合金、棒状材、摺動部品、鍛造成形品および機械加工成形品 | |
JP2001020047A (ja) | アルミニウム合金鍛造用素材およびその製造方法 | |
KR102062031B1 (ko) | 대형 선박용 엔진 배기 밸브 및 그 제조 방법 | |
JP2017214870A (ja) | 内燃機関用ピストン及びその製造方法 | |
JP2004315938A (ja) | 輸送機構造材用アルミニウム合金鍛造材およびその製造方法 | |
JP6905388B2 (ja) | アルミニウム合金 | |
CN100371485C (zh) | 切削性、填缝性和耐磨损性良好的铝合金挤压材 | |
JP6385683B2 (ja) | Al合金鋳造物及びその製造方法 | |
JP5689423B2 (ja) | エンジンピストン用素形材の製造方法 | |
JPH0790459A (ja) | 押出用耐摩耗性アルミニウム合金および耐摩耗性アルミニウム合金材の製造方法 | |
KR20170027316A (ko) | 절삭성이 우수한 알루미늄 합금 압출재 및 그의 제조 방법 | |
JPH07197165A (ja) | 高耐磨耗性快削アルミニウム合金とその製造方法 | |
JP5588884B2 (ja) | マグネシウム合金鍛造ピストンの製造方法およびマグネシウム合金鍛造ピストン | |
EP1522600B1 (en) | Forged aluminium alloy material having excellent high temperature fatigue strength | |
JPH09209069A (ja) | 展伸用耐磨耗性Al合金及び展伸用耐磨耗性Al合金よりなるスクロール、並びにそれらの製造方法 | |
JP4058398B2 (ja) | 高温疲労強度に優れたアルミニウム合金鍛造材 | |
US20220228241A1 (en) | Component, in particular for a vehicle, and method for producing such a component | |
RU2232308C1 (ru) | Шатун двигателя внутреннего сгорания и способ его изготовления (варианты) | |
FR2875817A1 (fr) | Piston forge en alliage d'aluminium | |
JP2020012182A (ja) | インペラ用冷間鍛造材及びその製造方法 | |
JPH06158250A (ja) | 機械的特性に優れたアルミニウム合金鋳物製品の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190426 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200324 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200325 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200521 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20201027 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20201223 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210407 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210423 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6875795 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |