JP2019119926A - Aluminum alloy-made forging engine piston and a manufacturing method therefor - Google Patents

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寛秋 村上
崇史 藤井
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崇史 藤井
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Masaki Takahashi
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Abstract

To enable manufacturing a sound Al alloy-made forging piston of which high temperature strength of pin hole peripheral part is improved than conventional forging pistons without generating cracks during forging even with further thining a wall of a part such as a side wall.SOLUTION: There is provided an Al ally-made forging engine piston constituted by a heat treatment type eutectic Al-Si-based alloy, in which 400/mmor more of crystallization article with aspect ratio of 3 or more and longer diameter of 10 μm or more exist in an area in a range of 1 mm from a pin boss hole inside to inside and form a crystallization article network structure, and 30 to 100 circle area with diameter of 10 μm exists as an area having no crystallization article satisfying the above described condition between crystal articles satisfying the condition each other in an 320 μm×230 μm in the area of the area.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、アルミニウム合金からなる連続鋳造棒を素材として用いて、鍛造成形によって得られるエンジンピストン及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to an engine piston obtained by forging using a continuous cast rod made of an aluminum alloy as a raw material, and a method of manufacturing the same.

近年、四輪自動車の車両(以下、単に「自動車」という)では、高性能化のため、また環境問題に対応するために、エンジンのピストンとしてアルミニウム合金製ピストンの採用が検討されている(例えば特許文献1)。アルミニウム合金を用いれば、ピストンなどのエンジンの駆動部品を軽量化することができ、運転したときの負荷の低減、出力向上、燃費低減が図られる。   In recent years, in vehicles of four-wheeled vehicles (hereinafter simply referred to as "automobiles"), adoption of aluminum alloy pistons as engine pistons has been studied for the purpose of improving performance and responding to environmental problems (for example, Patent Document 1). If an aluminum alloy is used, it is possible to reduce the weight of engine driving parts such as pistons, and it is possible to reduce load during operation, improve output, and reduce fuel consumption.

アルミニウム合金製のエンジンピストンとしては、従来は鋳造品が多く採用されていたが、鋳造品では、鋳造時に発生する内部欠陥を抑えることが困難であり、強度を安全設計するために余肉を設けざるを得ず、そのため、より軽量化を図ることは困難であった。そこで最近では、鋳造品に代えて、鍛造品をアルミニウム合金製のエンジンピストンに使用することが検討されている。鍛造品では、鋳造品と比較して内部欠陥が少なく、そのため鋳造品を用いた場合よりもエンジンピシトンの薄肉化が可能であり、一層の軽量化を図ることが可能となる。   Conventionally, many cast products have been adopted as engine pistons made of aluminum alloy. However, in cast products, it is difficult to suppress internal defects that occur during casting, and an extra thickness is provided to safely design strength. Therefore, it was difficult to further reduce the weight. Therefore, in recent years, it has been considered to use a forged product for an aluminum alloy engine piston instead of the cast product. Forged products have less internal defects compared to cast products, and therefore thinner engine pistons are possible than when cast products are used, making it possible to achieve further weight reduction.

従来のアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの製造方法としては、次のような方法が一般的である。すなわち、通常の溶製法にて所定の成分組成のアルミニウム合金溶湯を溶製し、そのアルミニウム合金溶湯を連続鋳造法、半連続鋳造法(DC鋳造法)、ホットトップ鋳造法などのいわゆる連続鋳造法のうち、いずれかの方法によって連続鋳造して所定の長さごとに切断し、連続鋳造棒を得る。続いて、連続鋳造棒に必要に応じて曲り矯正やピーリング(皮剥き)などを施し、鍛造に適した長さに切断して短尺材(鍛造用素材)とする。そして、鍛造(一般には温間鍛造)によって、ピストン粗形材に成形し、さらに、合金種に応じて熱処理(一般にはT6処理(溶体化処理―焼入れ、時効硬化処理))を施し、機械加工によってピストン製品形状に仕上ることにより、アルミニウム合金鍛造エンジンピストンが製造されることとなる。   The following method is generally used as a method of manufacturing a conventional aluminum alloy forged engine piston. That is, a molten aluminum alloy having a predetermined component composition is melted and formed by a conventional melting method, and the molten aluminum alloy is so-called continuous casting such as continuous casting, semi-continuous casting (DC casting), and hot top casting. The continuous casting and cutting by predetermined length are carried out by any of the above methods to obtain a continuous casting bar. Then, bending correction, peeling (peeling off), etc. are given to a continuous casting rod as needed, and it cut | disconnects to the length suitable for forging, and it is set as a short material (forging material). Then, it is formed into a piston rough shape by forging (generally warm forging), and further heat treatment (generally, T6 treatment (solution treatment-hardening, age hardening treatment) is performed according to the alloy type, and machining Finishing into a piston product shape according to will produce an aluminum alloy forged engine piston.

特開2001−181769号公報JP 2001-181769 A

近年、世界的に環境・資源問題意識が高まって、CO規制への取り組みが進み、現状よりも一層の低燃費化にむけて、自動車エンジンのダウンサイジングが進んでいる。自動車エンジンをダウンサイジングすれば、トルクが低下するため、エンジン出力も低下する。そこで、出力を上げるためにエンジンの回転数を上げることが検討されている。一方、回転数が増加すれば、ピストンの加速度が増加するため、ピストンピンを支持するピンボス部に、コンロッドおよびピシトンピンから負荷される荷重も大きくなり、ピストンが壊れやすくなる。回転数が増加しても負荷が大きくならないようにするためには、ピストンの重量を小さくすることが有効となる。そこで最近では、サイズを小さくしても(ダウンサイジング化しても)高回転で高出力を維持できるような、より軽量でかつ高温での機械的強度が高いエンジンピストンが求められるようになっている。 In recent years, awareness of environmental and resource problems has been increased worldwide, and efforts to control CO 2 have been advanced, and downsizing of automobile engines has been advanced for further reduction in fuel consumption than the present situation. If the automobile engine is downsized, the torque will be reduced and the engine power will also be reduced. Therefore, in order to increase the output, it is considered to increase the number of revolutions of the engine. On the other hand, if the rotational speed is increased, the acceleration of the piston is increased, so that the load applied from the connecting rod and the pictone pin to the pin boss portion supporting the piston pin is also increased, and the piston is easily broken. In order to prevent the load from increasing even if the rotational speed increases, it is effective to reduce the weight of the piston. Therefore, in recent years, a lighter weight and high mechanical strength engine piston at high temperature that can maintain high output at high speed even when the size is reduced (downsized) is required. .

ピストン重量の軽量化を図るためには、ピストンとしての機能に影響を与えずかつ比較的強度に関係しない箇所を凹状に掘り込んだ部分、すなわちいわゆる肉盗み部を形成し、それに伴ってピンボス部周囲などの各部の厚みを肉薄に仕上げる方策が有効である。  In order to reduce the weight of the piston, a portion in which a portion not affecting the function as the piston and having a relatively low strength is dug in concavely, that is, a so-called meat theft portion is formed. It is effective to finish the thickness of each part such as the periphery thin.

しかしながら、従来のアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの製造方法では、薄肉でも高温での強度を充分に維持できると考えられるような高温高強度鍛造用材料を用いても、実際上は、現今の厳しいダウンサイジングの要求に十分に答えることができる程度まで、薄肉軽量で高強度の鍛造エンジンピストンを得ることは困難であった。   However, even if a thin-walled high-temperature forging material is considered to be able to maintain sufficient strength at high temperatures even with a thin wall, the conventional manufacturing method of aluminum alloy forged engine pistons is, in fact, a severe down It has been difficult to obtain a thin, lightweight, high strength forged engine piston to the extent that the sizing requirements can be fully addressed.

例えば、後に改めて説明する図1〜5に示すエンジンピストンにおいて、軽量化のために、冠面部3の裏側における、ピンボス部4の両側の付け根部分を掘り込んで肉盗み部7とすることが考えられる。しかしながらその場合、スカート部2とピンボス部6をつなぐサイドウォール6の付け根部分を薄肉化させることになり、その結果、鍛造時にサイドウォール6に割れが発生しやすくなってしまう。   For example, in the engine piston shown in FIGS. 1 to 5 which will be described later again, it is considered to dig in the base portions on both sides of the pin boss portion 4 on the back side of the crown surface 3 to make the meat stealing portion 7 for weight reduction. Be However, in that case, the root portion of the side wall 6 connecting the skirt portion 2 and the pin boss portion 6 is thinned, and as a result, the side wall 6 is easily cracked at the time of forging.

ここで、鋳造後の均質化処理(前熱処理)の温度や、鍛造前の素材の予備加熱の温度を高くすれば、鍛造時における材料の変形抵抗を小さくして、サイドウォールなどの薄肉化した部位に割れを発生させずに鍛造を行うことは可能ではあるが、その場合にはピストンの高温強度が低下してしまうことが懸念される。したがって前熱処理や予備加熱の温度をむやみに高温とすることは避けなければならないから、これらの熱処理温度の高温化による対応策は、実際的ではなかった。   Here, if the temperature of the homogenization treatment (pre-heat treatment) after casting and the temperature of the preheating of the material before forging are increased, the deformation resistance of the material during forging is reduced, and the wall thickness is reduced, such as sidewalls. It is possible to forge without causing a crack in the part, but in that case, there is concern that the high temperature strength of the piston may be reduced. Accordingly, since it is necessary to avoid raising the temperature of the preheat treatment or preheating to a high temperature, it is not practical to take measures against the increase of the heat treatment temperature.

さらに、エンジンを高回転化させるために過給機を付けて燃焼圧を大きくする場合などにおいては、エンジンピストンの受ける爆発圧力(図6の符号F)をクランクシャフトに伝えるため、ピンボス部の冠面側に応力が集中し、その部位で疲労破壊が生じる恐れがある。特にエンジンの回転数を上げた場合には、ピストンとコンロッドをつなぐピストンピンが接触するピンボス部への負荷は、従来のものよりも増大する。そのため、ガソリンエンジン車のダウンサイジング化に好適なエンジンピストンとしては、最も温度が高くなる冠面部ばかりでなく、ピンボス部の強度、とりわけピン孔の周辺部位の高温強度を重視しなければならないことを本発明者らは認識した。   Furthermore, when the engine pressure is increased by adding a supercharger to increase the engine speed, the crown pressure of the pin boss portion is transmitted to transmit the explosion pressure (symbol F in FIG. 6) received by the engine piston to the crankshaft. Stress may concentrate on the surface side, and fatigue failure may occur at that site. In particular, when the engine speed is increased, the load on the pin boss where the piston pin connecting the piston and the connecting rod is in contact is greater than that of the conventional one. Therefore, as an engine piston suitable for downsizing of gasoline engine vehicles, it is important to emphasize not only the crown surface where the temperature is the highest but also the strength of the pin boss, especially the high temperature strength around the pin hole. The inventors recognized.

本発明は、以上の事情を背景としてなされたもので、アルミニウム合金製鍛造ピストンとして、ピンボス部、とりわけピン孔周辺部の高温強度、耐疲労特性を、従来の鍛造ピストンよりも向上させ、併せてサイドウォールなどの部位を、従来よりもさらに薄肉化しても、鍛造時に割れが発生したりすることなく、健全なピストンを製造し得るようにすることを課題としている。   The present invention has been made against the background described above and, as an aluminum alloy forged piston, improves the high temperature strength and fatigue resistance characteristics of the pin boss portion, particularly the peripheral portion of the pin hole, as compared with the conventional forged piston. An object of the present invention is to make it possible to manufacture a sound piston without occurrence of cracking during forging, even if a portion such as a sidewall is further thinned than conventional.

前述の課題を解決するべく、本発明者等は、種々実験、検討を重ねた結果、鍛造用アルミニウム合金として、時効硬化し得る、いわゆる熱処理型のAl−Si共晶系合金を用いるばかりでなく、ピンボス部のミクロ組織、とりわけピン孔の内面の表面層に相当する部位のミクロ組織を適切に調整することによって、その部位の高温強度及び耐疲労特性を充分に向上させて、上記の課題を解決し得ることを見出した。また、エンジンピストンの製造方法として、その熱履歴を適切に規制することによって、ピンボス部のミクロ組織を上記のような高温強度及び耐疲労特性を示す組織とすることが可能となると同時に、そのほかの部位、特に軽量化のために薄肉化することが望まれる部位について、鍛造時の割れ発生を回避しながら薄肉化が可能となることを見出した。そしてこれらの新規な知見に基づき、本発明をなすに至った。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors conducted various experiments and studies, and as a result, not only a so-called heat-treated Al-Si eutectic alloy which can be age-hardened is used as an aluminum alloy for forging. By appropriately adjusting the microstructure of the pin boss portion, particularly the portion corresponding to the surface layer of the inner surface of the pin hole, the high temperature strength and fatigue resistance characteristics of the portion are sufficiently improved, and the above problems are solved. I found that I could solve it. Further, as a method of manufacturing the engine piston, by appropriately regulating the heat history, it becomes possible to make the microstructure of the pin boss portion a structure exhibiting the high temperature strength and the fatigue resistance as described above, and at the same time other The inventors have found that it is possible to reduce the thickness of a portion, particularly a portion where it is desired to reduce the thickness for weight reduction while avoiding the occurrence of cracking during forging. Then, based on these new findings, the present invention has been made.

したがって本発明の基本的な態様(第1の態様)によるアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンは、
質量%で、
Si:10.5〜13.5%
Fe:0.15〜0.90%、
Cu:2.5〜5.5%、
Mg:0.3%〜1.5%、
Ni:0.8〜5.0%、
を含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金によって構成され、
ピンボス孔の内周面から材料内部に向けて1mmの範囲内の表面層領域中における任意の断面において、アスペクト比が3以上でかつ長径10μm以上の晶出物が、個数密度にして400個/mm以上存在して、前記晶出物が網状に分布した晶出物ネットワーク組織を形成しており、
しかも前記任意の断面において、その断面での任意の320μm×230μmの方形領域内における、前記アスペクト比および長径の条件を満たす晶出物の相互間に、その条件を満たす晶出物が存在しない領域として、直径10μmの円形領域が30以上、100以下存在することを特徴とするものである。
Therefore, the aluminum alloy forged engine piston according to the basic aspect (first aspect) of the present invention is
In mass%,
Si: 10.5 to 13.5%
Fe: 0.15 to 0.90%,
Cu: 2.5 to 5.5%,
Mg: 0.3% to 1.5%
Ni: 0.8 to 5.0%,
Is made of an aluminum alloy containing Al, and the balance being Al and unavoidable impurities,
In an arbitrary cross section in the surface layer region within a range of 1 mm from the inner circumferential surface of the pin boss hole to the inside of the material, 400 pieces of crystallized materials having an aspect ratio of 3 or more and a major diameter of 10 μm or more In the presence of 2 mm or more, the crystallized matter forms a network structure of the crystallized matter distributed in a network,
Moreover, in the arbitrary cross section, in any arbitrary 320 μm × 230 μm rectangular area in the cross section, an area where there is no crystallized product that satisfies the conditions satisfying the aspect ratio and the major diameter. It is characterized in that a circular area with a diameter of 10 μm is 30 or more and 100 or less.

また本発明の第2の態様によるアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンは、
第1の態様のアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンにおいて、
前記アルミニウム合金が、前記各成分のほか、質量%で、P0.003〜0.02%、Mn0.10〜1.0%、Zr0.04〜0.30%、V0.01〜0.20%、Ti0.01〜0.20%、B0.002〜0.04%のうちの1種又は2種以上を含有することを特徴とすることを特徴とするものである。
The aluminum alloy forged engine piston according to the second aspect of the present invention is
In the aluminum alloy forged engine piston of the first aspect,
The said aluminum alloy is P0.003-0.02%, Mn 0.10-1.0%, Zr 0.04-0.30%, V 0.01-0.20% by mass% other than the said each component It is characterized in that it contains one or more of Ti of 0.01 to 0.20% and B of 0.002 to 0.04%.

さらに本発明の第3の態様によるアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの製造方法は、
前記第1もしくは第2の態様に記載された成分組成のアルミニウム合金からなる連続鋳造棒に、均質化処理として200〜500℃で2〜7時間保持する前熱処理を施し、
前記連続鋳造棒を切断して得られた短尺材を鍛造用素材として鍛造成形するにあたり
鍛造用下型に鍛造用素材を投入する際の鍛造用素材の材料温度が380〜460℃の範囲内となるように、投入前の鍛造用素材を予備加熱し、かつ鍛造用下型に鍛造用素材を投入する際の鍛造用下型の内面温度が380〜460℃の範囲内でしかも鍛造用素材の材料温度との差が±10℃以内となるように下金型を加熱しておき、
鍛造成形された鍛造上がり材を、480〜520℃の範囲内の温度で溶体化して焼入れし、その後、170〜230℃で1〜10時間保持する時効処理を施し、
さらにピストン形状に機械加工することを特徴とするものである。
Furthermore, according to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an aluminum alloy forged engine piston,
The continuous cast bar made of the aluminum alloy having the component composition described in the first or second aspect is subjected to a preheat treatment maintained at 200 to 500 ° C. for 2 to 7 hours as a homogenization treatment,
The material temperature of the forging material at the time of throwing the forging material into the lower die for forging in forming the short material obtained by cutting the continuous casting rod as the forging material is within the range of 380 to 460 ° C. So that the inner surface temperature of the forging lower die is within the range of 380 to 460 ° C. when the forging material before introduction is preheated and the forging material is introduced into the forging lower die Heat the lower mold so that the difference with the material temperature is within ± 10 ° C,
The forged material after forging is solutionized and quenched at a temperature in the range of 480 to 520 ° C., and then subjected to an aging treatment of holding at 170 to 230 ° C. for 1 to 10 hours,
Furthermore, it is characterized by machining to a piston shape.

さらに本発明の第4の態様によるアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの製造方法は、
前記第3の態様のアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの製造方法において、前記溶体化処理及び焼入れを省略して、鍛造成形された鍛造上がり材に直ちに前記時効処理を施すことを特徴とするものである。
Furthermore, according to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an aluminum alloy forged engine piston,
The method for manufacturing an aluminum alloy forged engine piston according to the third aspect is characterized in that the solution treatment and the quenching are omitted, and the forged material after forging is immediately subjected to the aging treatment. .

さらに本発明の第5の態様によるアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの製造方法は、前記第3、第4のいずれかの態様のアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの製造方法によって、
ピンボス孔の内周面から材料内部に向けて1mmの範囲内の表面層領域中における任意の断面において、アスペクト比が3以上でかつ長径10μm以上の晶出物が、個数密度にして400個/mm以上存在して、前記晶出物が網状に分布した晶出物ネットワーク組織を形成しており、
しかも前記任意の断面において、その断面での任意の320μm×230μmの方形領域内における、前記アスペクト比および長径の条件を満たす晶出物の相互間に、その条件を満たす晶出物が存在しない領域として、直径10μmの円形領域が30以上、100以下存在する鍛造エンジンピストンを得ることを特徴とするものである。
Furthermore, according to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an aluminum alloy forged engine piston according to the third or fourth aspect of the present invention.
In an arbitrary cross section in the surface layer region within a range of 1 mm from the inner circumferential surface of the pin boss hole to the inside of the material, 400 pieces of crystallized materials having an aspect ratio of 3 or more and a major diameter of 10 μm or more In the presence of 2 mm or more, the crystallized matter forms a network structure of the crystallized matter distributed in a network,
Moreover, in the arbitrary cross section, in any arbitrary 320 μm × 230 μm rectangular area in the cross section, an area where there is no crystallized product that satisfies the conditions satisfying the aspect ratio and the major diameter. As a result, a forged engine piston having a circular area of 10 μm or more and 30 or more and 100 or less is obtained.

本発明によれば、アルミニウム合金製鍛造ピストンとして、ピンボス部、とりわけピン孔周辺部の高温強度、耐疲労特性を、従来の鍛造ピストンよりも向上させ、併せてサイドウォールなどの部位を、従来よりもさらに薄肉化しても、鍛造時に割れが発生したりすることなく、健全なピストンを得ることができる。
したがって本発明のエンジンピストンは、エンジン出力を維持したまま、軽量化による燃費向上を図るという鍛造ピストンのより一層のダウンサイジング化に最適である。
According to the present invention, as the aluminum alloy forging piston, the high temperature strength and fatigue resistance characteristics of the pin boss portion, in particular the peripheral portion of the pin hole, are improved compared to the conventional forging piston, Even if the wall thickness is further reduced, a sound piston can be obtained without the occurrence of cracking during forging.
Therefore, the engine piston of the present invention is most suitable for further downsizing of the forged piston, which aims to improve the fuel consumption by reducing the weight while maintaining the engine output.

本発明のアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの一例の形状を示す底面図である。It is a bottom view which shows the shape of an example of aluminum alloy forged engine pistons of this invention. 図1に示されるエンジンピストンの正面図である。FIG. 2 is a front view of the engine piston shown in FIG. 1; 図1におけるC−C線での縦断側面図である。It is a vertical side view in the CC line in FIG. 図1におけるA−A線での縦断正面図である。It is a longitudinal front view in the AA in FIG. 図1におけるB−B線での縦断正面図である。It is a longitudinal front view by the BB line in FIG. エンジンピストンの使用時の状況の一例を原理的に示す略解図である。FIG. 2 is a schematic view showing in principle an example of a situation when using an engine piston. 本発明のアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの製造方法の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing method of aluminum alloy forged engine pistons of this invention. 本発明のアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの製造に使用される鍛造用金型装置の一例として、恒温鍛造装置を模式的に示す略解図である。FIG. 1 is a schematic view schematically showing a constant temperature forging apparatus as an example of a forging die apparatus used for manufacturing an aluminum alloy forged engine piston of the present invention. 本発明のアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの製造過程中における鍛造上がりの粗形材の一例を示す縦断側面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows an example of the rough profile after a forge in the manufacturing process of the aluminum alloy forged engine piston of this invention. 図9におけるX―X線での縦断正面図である。FIG. 10 is a front elevational view in the X-X line in FIG. 9; 晶出物ネットワーク組織を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating a crystallized material network structure | tissue. 実施例1による鍛造上がり材(ピストン粗形材)についての、ピン孔周辺相当部位の視野No.1での組織写真である。For the forged material according to Example 1 (piston rough surface material), the visual field No. 1 of the region corresponding to the periphery of the pin hole. It is an organization picture in 1. 実施例1による鍛造上がり材(ピストン粗形材)についての、ピン孔周辺相当部位の視野No.2での組織写真である。For the forged material according to Example 1 (piston rough surface material), the visual field No. 1 of the region corresponding to the periphery of the pin hole. It is an organization picture in 2. 実施例1による鍛造上がり材(ピストン粗形材)についての、ピン孔周辺相当部位の視野No.3での組織写真である。For the forged material according to Example 1 (piston rough surface material), the visual field No. 1 of the region corresponding to the periphery of the pin hole. It is an organization picture in 3. 実施例1による鍛造上がり材(ピストン粗形材)についての、ピン孔周辺相当部位の視野No.4での組織写真である。For the forged material according to Example 1 (piston rough surface material), the visual field No. 1 of the region corresponding to the periphery of the pin hole. It is an organization photograph in 4. 実施例1による鍛造上がり材(ピストン粗形材)についての、ピン孔周辺相当部位の視野No.5での組織写真である。For the forged material according to Example 1 (piston rough surface material), the visual field No. 1 of the region corresponding to the periphery of the pin hole. It is an organization picture in 5. 比較例1による鍛造上がり材(ピストン粗形材)についての、ピン孔周辺相当部位の視野No.1での組織写真である。For the forged material (piston rough shape) according to Comparative Example 1, the visual field No. 1 of the region corresponding to the periphery of the pin hole. It is an organization picture in 1. 比較例1による鍛造上がり材(ピストン粗形材)についての、ピン孔周辺相当部位の視野No.2での組織写真である。For the forged material (piston rough shape) according to Comparative Example 1, the visual field No. 1 of the region corresponding to the periphery of the pin hole. It is an organization picture in 2. 比較例1による鍛造上がり材(ピストン粗形材)についての、ピン孔周辺相当部位の視野No.3での組織写真である。For the forged material (piston rough shape) according to Comparative Example 1, the visual field No. 1 of the region corresponding to the periphery of the pin hole. It is an organization picture in 3. 比較例1による鍛造上がり材(ピストン粗形材)についての、ピン孔周辺相当部位の視野No.4での組織写真である。For the forged material (piston rough shape) according to Comparative Example 1, the visual field No. 1 of the region corresponding to the periphery of the pin hole. It is an organization photograph in 4. 比較例1による鍛造上がり材(ピストン粗形材)についての、ピン孔周辺相当部位の視野No.5での組織写真である。For the forged material (piston rough shape) according to Comparative Example 1, the visual field No. 1 of the region corresponding to the periphery of the pin hole. It is an organization picture in 5. 実施例2による鍛造上がり材(ピストン粗形材)についての、ピン孔周辺相当部位の組織写真である。It is a structure | tissue photograph of the pin hole periphery equivalent site | part about the forged material (piston rough profile material) by Example 2. FIG. 実施例3による鍛造上がり材(ピストン粗形材)についての、ピン孔周辺相当部位の組織写真である。It is a structure | tissue photograph of the pin hole periphery equivalent site | part about the forged material by Example 3 (piston rough profile material). 比較例2による鍛造上がり材(ピストン粗形材)についての、ピン孔周辺相当部位の組織写真である。It is a structure | tissue photograph of the pin hole periphery equivalent site | part about the forged material (piston rough profile material) by the comparative example 2. FIG.

以下、本発明のアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンと、その製造方法について、詳細に説明する。   Hereinafter, the aluminum alloy forged engine piston of the present invention and the method of manufacturing the same will be described in detail.

先ず本発明のエンジンピストンの形状の一例の概略について、図1〜図5を参照して説明する。
本実施形態のピストン1は、一般のエンジン用ピストンと同様に、図示しないエンジンシリンダに挿入されるよう全体としては略短円筒状に作られており、その外形は、それぞれ円筒面の一部をなす形状の一対のスカート部2と、その円筒の軸線方向の一方の側の端部(上端部)を閉じる頂壁部(冠面部)3によって形成されている。冠面部3からは、一対のピンボス部4が軸線方向に沿って一体に突出(垂下)しており、各ピンボス部4には、図示しないピストンピンが挿入されるピン孔5が軸線方向に対し直交する方向に貫通形成されている。一対のスカート部2の間には、軸線方向と平行な板状のサイドウォール6が設けられており、これらのサイドウォール6は、スカート部2と冠面部3に一体に連続している。そして前記各ピンボス部4は、軸線方向と平行な板状のサイドウォール6に一体に連続している。したがって各ピンボス部4は、サイドウォール6によって補強されていることになる。
さらに冠面部3の内面側のうち、ピンボス部4とサイドウォール6とがなす隅部は、軽量化のために彫り込んだ(窪んだ)肉盗み部7とされている(図1、図5参照)。
First, an outline of an example of the shape of an engine piston according to the present invention will be described with reference to FIGS.
The piston 1 according to the present embodiment is generally formed in a substantially short cylindrical shape so as to be inserted into an engine cylinder (not shown), like a general engine piston, and its outer shape is a part of the cylindrical surface It is formed of a pair of skirt portions 2 having an oval shape and a top wall portion (crown surface portion) 3 closing an end (upper end) of one side of the cylinder in the axial direction. A pair of pin boss portions 4 integrally project (hang) along the axial direction from the crown surface portion 3, and in each pin boss portion 4, a pin hole 5 into which a piston pin (not shown) is inserted is in the axial direction. It penetrates in the orthogonal direction. A plate-like sidewall 6 parallel to the axial direction is provided between the pair of skirt portions 2, and the sidewalls 6 are integrally continuous with the skirt portion 2 and the crown surface portion 3. Each pin boss 4 is integrally continuous with a plate-like sidewall 6 parallel to the axial direction. Therefore, each pin boss portion 4 is reinforced by the sidewall 6.
Furthermore, of the inner surface side of the crown surface portion 3, the corner portion formed by the pin boss portion 4 and the side wall 6 is made a carved-in (recessed) meat-slip portion 7 for weight reduction (see FIGS. 1 and 5) ).

ここで、サイドウォール6の厚みt(図1参照)は、例えばピストン径が50〜100mm程度の寸法のエンジンピシトンの場合、軽量化のため、2mm以下とすることが好ましい。このように2mm以下の薄肉のサイドウォールであっても、本発明の場合、高温強度が従来のアルミニウム合金製鍛造ピストンよりも高強度化されているため、サイドウォール6に割れが発生するおそれは少ない。但し、0.5mmより薄肉となれば、割れが発生する恐れがあるから、実際上は、2mm以下、0.5mm以上とすることが望ましい。
また、肉盗み部7の最深部における頂壁部3の厚みt(図5参照)は、平行一対のサイドウォール6の内側(軸線を含む側)の位置の頂壁部3の厚み(天井厚み)t(図4参照)と同等とすることが好ましい。ここで、天井厚み)tは、上記の寸法のピストンの場合、2mmが一般的であり、そこで、肉盗み部7の最深部における頂壁部3の厚みtも、2mm±0.2mmの範囲内とすることが好ましい。
Here, in the case of an engine piston having a piston diameter of, for example, about 50 to 100 mm, the thickness t a (see FIG. 1) of the sidewall 6 is preferably 2 mm or less for weight reduction. As described above, even in the case of a thin side wall of 2 mm or less, in the case of the present invention, the high temperature strength is higher than that of the conventional aluminum alloy forging piston, so there is a risk of cracking in the side wall 6 Few. However, if it is thinner than 0.5 mm, there is a possibility that a crack may occur, so in practice, it is desirable to set it to 2 mm or less and 0.5 mm or more.
In addition, the thickness t b (see FIG. 5) of the top wall 3 at the deepest part of the meat theft portion 7 is the thickness (ceiling) of the top wall 3 at the inner side (side including the axis) of the parallel pair of sidewalls 6 The thickness is preferably equal to t c (see FIG. 4). Here, the ceiling thickness) t c is generally 2 mm in the case of the piston of the above-mentioned dimension, and the thickness t b of the top wall 3 at the deepest portion of the thickness theft portion 7 is also 2 mm ± 0.2 mm It is preferable to set it in the range of

以上のようなエンジンピストン1は、例えば図6に示しているように、シリンダ10内での爆発圧力Fを頂壁部(冠面部)の外面(冠面)3Aによって受けて、シリンダ10内で軸線方向に沿って摺動し、その際、ピンボス部から、ピン孔に挿入されているピストンピン11、コンロッド12に力が伝達されて、クランクシャフト13により回転運動に変換される。
ここで、ピストン1の各部のうち、シリンダ10の内壁に摺擦されるスカート部2には耐摩耗性及び耐熱性が要求され、またシリンダ10内での爆発圧力Fを受ける冠面3Aには、高温強度(耐熱性)及び高温耐疲労特性が要求され、爆発圧力をピストンピン11に伝達するピンボス部4には高温強度、高温耐疲労特性、耐摩耗性が要求される。そしてピンボス部4のうちでも、とりわけピン孔5の内面の表面層は、他の部位と比較して、より高い高温強度、耐疲労特性が望まれる。すなわち、エンジンを高回転化させるために過給機を付けて燃焼圧を大きくする場合などにおいては、エンジンピストンの冠面3Aで受ける急激かつ大きな爆発圧力Fをクランクシャフト13に伝えるため、ピンボス部4のピン孔5の周辺部分、特にピン孔5の内面の表面層のうち冠面側の部位に応力が集中するため、その部位に疲労破壊が生じる恐れがある。
For example, as shown in FIG. 6, the engine piston 1 as described above receives the explosion pressure F in the cylinder 10 by the outer surface (crown surface) 3A of the top wall portion (crown surface portion), and At this time, the force is transmitted from the pin boss portion to the piston pin 11 and the connecting rod 12 inserted in the pin hole, and converted into rotational motion by the crankshaft 13.
Here, among the portions of the piston 1, the skirt portion 2 which is rubbed against the inner wall of the cylinder 10 is required to have wear resistance and heat resistance, and the crown surface 3A receiving the explosion pressure F in the cylinder 10 High temperature strength (heat resistance) and high temperature fatigue resistance are required, and high temperature strength, high temperature fatigue resistance and wear resistance are required for the pin boss portion 4 for transmitting the explosion pressure to the piston pin 11. Further, among the pin boss portions 4, in particular, the surface layer on the inner surface of the pin hole 5 is desired to have higher high-temperature strength and fatigue resistance than the other portions. That is, when a supercharger is attached to increase the engine speed to increase the combustion pressure, etc., the rapid and large explosion pressure F received by the crown surface 3A of the engine piston is transmitted to the crankshaft 13. The stress is concentrated on the peripheral portion of the pin hole 5 of 4, particularly the portion on the crown side of the surface layer on the inner surface of the pin hole 5, so that fatigue failure may occur in that portion.

しかるに、従来のアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンでは、ピンボス部4におけるピン孔5の内面の表面層については、必ずしも十分な高温強度及び耐疲労特性が得られていなかったのが実情である。   However, in the case of the conventional aluminum alloy forged engine piston, the surface layer of the inner surface of the pin hole 5 in the pin boss 4 does not necessarily have sufficient high temperature strength and fatigue resistance.

そこで本発明のピストンでは、鍛造によって製造されるアルミニウム合金製ピストンとして、その全体的な材料の成分組成を適切に調整するばかりでなく、特に、ピン孔5の内面の表面層のミクロ組織を適切に調整することとしている。   Therefore, in the piston of the present invention, not only the component composition of the entire material is appropriately adjusted but also the microstructure of the surface layer of the inner surface of the pin hole 5 is particularly suitable as an aluminum alloy piston manufactured by forging. It is supposed to be adjusted.

なおピストンの具体的形状は図1〜図5に示す形状に限られるものではなく、要はピストンピンが挿入されて、ピストンピンを回動可能に支持するピン孔を有するピストンにはすべて適用可能である。   The specific shape of the piston is not limited to the shape shown in FIGS. 1 to 5, and it is possible to apply all pistons having a pin hole for inserting a piston pin and rotatably supporting the piston pin. It is.

本発明の鍛造エンジンピストンに用いられるアルミニウム合金は、基本的には、質量%で、Si:10.5〜13.5%、Fe:0.15〜0.90%、Cu:2.5〜5.5%、Mg:0.3%〜1.5%、Ni:0.8〜5.0%を含有し、残部がAl及び不可避的不純物よりなるものである。
また本発明のエンジンピストンに用いられるアルミニウム合金は、上記各成分のほか、さらにP:0.003〜0.02%、Mn:0.10〜1.0%、Zr:0.04〜0.30%、V:0.01〜0.20%、Ti:0.01〜0.20%、B:0.002−0.04%のうちの1種又は2種以上を含有していてもよい。次にこれらの各成分の限定理由について説明する。
Basically, the aluminum alloy used in the forged engine piston of the present invention is, by mass%, Si: 10.5 to 13.5%, Fe: 0.15 to 0.90%, Cu: 2.5 to It contains 5.5%, Mg: 0.3% to 1.5%, Ni: 0.8 to 5.0%, and the balance consists of Al and unavoidable impurities.
In addition to the above components, the aluminum alloy used in the engine piston of the present invention further includes P: 0.003 to 0.02%, Mn: 0.10 to 1.0%, Zr: 0.04 to 0. Even if it contains one or more of 30%, V: 0.01 to 0.20%, Ti: 0.01 to 0.20%, B: 0.002 to 0.04% Good. Next, the reasons for limitation of these components will be described.

[Si:10.5〜13.5%]
Siは、Al−Si共晶点付近の組成として連続鋳造時に共晶Siを充分に晶出させ、その共晶Siを鍛造及び熱処理後もネットワーク状に残存させることによって、耐摩耗性、強度、耐熱性を向上させるに寄与する。Si量が10.5%未満では、初晶のαAlが多く晶出して、強度及び耐摩耗性、耐熱性が不足する。Si量が13.5%を超えれば、粗大な初晶Siが発生してしまい、疲労破壊の起点となって、機械的強度及び疲労強度が低下する原因となってしまう。そこでSiは10.5〜13.5%とした。なお好ましくは、Si量は11.0〜12.0%とする。
[Si: 10.5 to 13.5%]
Si has a composition near the Al-Si eutectic point, sufficiently crystallizes eutectic Si during continuous casting, and keeps the eutectic Si in the form of a network even after forging and heat treatment, thereby achieving wear resistance, strength, It contributes to the improvement of heat resistance. When the amount of Si is less than 10.5%, a large amount of primary α-Al crystallizes, and the strength, the wear resistance, and the heat resistance are insufficient. When the amount of Si exceeds 13.5%, coarse primary crystal Si is generated, which becomes a starting point of fatigue failure and causes a decrease in mechanical strength and fatigue strength. Therefore, the Si content is set to 10.5 to 13.5%. More preferably, the amount of Si is 11.0 to 12.0%.

[Fe:0.15〜0.90%]
Feは、融点の高い金属間化合物を生成して、高温域での機械的特性を高める作用がある。Feが0.15%未満の場合、鍛造後の熱処理工程の温度域では、発生する晶出物の量が少なく、ネットワーク組織が分断されやすくなり、高温域での高温特性が不足する。Feが0.90%を超えれば、金属間化合物が粗大化し、成形性の低下、機械的強度及び疲労強度低下の原因となる。そこでFe量は0.15〜0.90%とした。なおこの範囲内でも、Fe量は0.20〜0.50%が好ましい。
[Fe: 0.15 to 0.90%]
Fe produces an intermetallic compound having a high melting point, and has an action of enhancing mechanical properties in a high temperature range. When Fe is less than 0.15%, in the temperature range of the heat treatment step after forging, the amount of crystallized products generated is small, the network structure is easily divided, and the high temperature characteristics in the high temperature range are insufficient. If Fe exceeds 0.90%, the intermetallic compound becomes coarse, which causes a decrease in formability, a decrease in mechanical strength and a decrease in fatigue strength. Therefore, the Fe content is set to 0.15 to 0.90%. Even within this range, the amount of Fe is preferably 0.20 to 0.50%.

[Cu:2.5〜5.5%]
Cuは、上記の範囲内で含有させることによって、鍛造後の後熱処理工程での時効処理によってAlCuを析出させることにより、強度を向上させる効果がある。Cu量が2.5%未満では、鍛造後の溶体化処理温度でCuが母相に固溶したとしても、その固溶量が少ないため、その後の時効処理でのAlCuの析出は少なく、そのため時効処理による強度向上が充分ではなく、製品強度が不足するおそれがある。一方、Cu量が5.5%を超えれば、粗大な晶出物の発生による疲労強度の低下や、耐食性の低下などを招く。そこでCu量は2.5〜5.5%とした。なおこの範囲内でも、3.5〜4.5%が好ましい。
[Cu: 2.5 to 5.5%]
When Cu is contained in the above-mentioned range, there is an effect of improving the strength by precipitating Al 2 Cu by the aging treatment in the post heat treatment step after forging. If the amount of Cu is less than 2.5%, even if Cu forms a solid solution in the matrix at the solution treatment temperature after forging, the amount of the solid solution is small, so the precipitation of Al 2 Cu in the subsequent aging treatment is small Therefore, the strength improvement by aging treatment is not enough, and there is a possibility that product strength may run short. On the other hand, if the amount of Cu exceeds 5.5%, a decrease in fatigue strength due to the generation of coarse crystallized substances, a decrease in corrosion resistance and the like are caused. Therefore, the amount of Cu is set to 2.5 to 5.5%. Even within this range, 3.5 to 4.5% is preferable.

[Mg:0.3〜1.5%]
Mgも、上記の範囲内で含有させることにより、鍛造後の後熱処理工程での時効処理によってMgSiを析出させることにより、強度を向上させる効果がある。Mg量が0.3%未満では、鍛造後の溶体化処理温度でMgが母相に固溶したとしても、その固溶量が少ないため、その後の時効処理でのMgSiの析出量は少なく、そのため時効処理による強度向上が充分ではなく、製品強度が不足するおそれがある。一方、Mg量が1.5%を超えれば、伸びが低下し、加工性が低下する。そこでMg量は0.3〜1.5%とした。なおMg量は、この範囲内でも、0.3〜1.0%が好ましい。
[Mg: 0.3 to 1.5%]
When Mg is also contained in the above range, the strength is improved by precipitating Mg 2 Si by the aging treatment in the post heat treatment step after forging. If the amount of Mg is less than 0.3%, even if Mg forms a solid solution in the matrix at the solution treatment temperature after forging, the amount of the solid solution is small, so the amount of precipitation of Mg 2 Si in the subsequent aging treatment is There is a possibility that the strength improvement due to the aging treatment is not sufficient and the product strength is insufficient. On the other hand, if the Mg content exceeds 1.5%, the elongation decreases and the processability decreases. Therefore, the amount of Mg is set to 0.3 to 1.5%. The amount of Mg is preferably 0.3 to 1.0% even within this range.

[Ni:0.8〜5.0%]
NIは、この範囲内で添加することによって、融点の高い金属間化合物を生成して、高温域での機械的特性を高める作用がある。これ未満では、後熱処理工程の温度域では、形成される晶出物の量が少なく、ネットワーク組織が分断されやすくなり、高温域での高温特性が不足する。これを超えると金属間化合物が粗大化し、成形性の低下、機械的強度及び疲労強度低下の原因となる。
[Ni: 0.8 to 5.0%]
The addition of NI within this range produces an intermetallic compound having a high melting point, and has the effect of enhancing the mechanical properties in the high temperature range. Below this range, the amount of crystallized products formed is small in the temperature range of the post heat treatment step, the network structure is easily divided, and the high temperature characteristics in the high temperature range are insufficient. If this is exceeded, the intermetallic compound becomes coarse and causes a decrease in formability, a decrease in mechanical strength and a decrease in fatigue strength.

[P:0.003〜0.02%]
Pは初晶Siの微細化効果がある。P量が0.003%未満ではその効果が少なく、0.02%を超えると溶湯にPの酸化物が混入し、疲労強度に有害な影響を及ぼす介在物が増加する。したがってP量は0.003〜0.02%が好ましい。なおP量は、0.003〜0.01%がより好ましい。
[P: 0.003 to 0.02%]
P has the effect of refining primary Si. If the amount of P is less than 0.003%, the effect is small, and if it exceeds 0.02%, oxides of P are mixed in the molten metal, and inclusions adversely affecting fatigue strength increase. Therefore, the amount of P is preferably 0.003 to 0.02%. The amount of P is more preferably 0.003 to 0.01%.

[Mn:0.10〜1.0%]
MnはAl−Mn系化合物として晶出し、耐熱性や耐摩耗性を改善する効果がある。0.10%未満ではその効果が少なく、1.0%を超えると粗大な化合物が晶出し、疲労強度の低下、及び塑性加工性の低下の原因となる。したがってMn量は0.10〜1.0%が好ましい。なおMn量は、0.10〜0.30%がより好ましい。
[Mn: 0.10 to 1.0%]
Mn crystallizes as an Al-Mn compound and has an effect of improving heat resistance and wear resistance. If the amount is less than 0.10%, the effect is small, and if it exceeds 1.0%, coarse compounds are crystallized to cause a decrease in fatigue strength and a decrease in plastic formability. Therefore, the amount of Mn is preferably 0.10 to 1.0%. The amount of Mn is more preferably 0.10 to 0.30%.

[Zr:0.04〜0.30%]
Zrを添加すれば、固溶強化による高温強度向上が見込まれるが、0.04%ではその効果が少なく、一方0.30%を超えれば粗大な化合物が晶出し、疲労強度の低下、及び塑性加工性の低下の原因となる。したがってZrを添加する場合のZr量は0.04〜0.30%が好ましい。なおZr量は、0.04〜0.15%がより好ましい。
[Zr: 0.04 to 0.30%]
If Zr is added, the high temperature strength improvement by solid solution strengthening is expected, but the effect is small at 0.04%, while if it exceeds 0.30%, coarse compounds crystallize, the fatigue strength decreases, and the plasticity It causes the deterioration of processability. Therefore, the amount of Zr in the case of adding Zr is preferably 0.04 to 0.30%. The amount of Zr is more preferably 0.04 to 0.15%.

[V:0.01〜0.20%]
Vを添加すれば、固溶強化による高温強度向上が見込まれるが、0.01%未満ではその効果が小さく、一方0.20%を超えれば粗大な化合物が発生し、加工性や強度、靱性が低下するおそれがある。したがってVを添加する場合のZr量は0.01〜0.20%が好ましい。なおV量は、0.01〜0.10%がより好ましい。
[V: 0.01 to 0.20%]
If V is added, high temperature strength improvement by solid solution strengthening is expected, but if less than 0.01%, the effect is small, while if over 0.20%, coarse compounds are generated, and workability, strength, toughness May decrease. Therefore, the amount of Zr in the case of adding V is preferably 0.01 to 0.20%. The amount of V is more preferably 0.01 to 0.10%.

[Ti:0.01〜0.20%]
Tiを添加すれば、固溶強化による高温強度向上が見込まれるほか、アルミニウム固溶体の凝固組織の微細化に有効に働く。Ti0.01%未満では、その効果が小さく、一方0.20%を超えれば粗大な化合物が発生し、加工性や強度、靱性が低下するおそれがある。したがってTiを添加する場合のTi量は0.01〜0.20%が好ましい。なおTi量は、0.01〜0.05%がより好ましい。
[Ti: 0.01 to 0.20%]
The addition of Ti is expected to improve the high temperature strength by solid solution strengthening, and works effectively to refine the solidified structure of the aluminum solid solution. If the content is less than 0.01% Ti, the effect is small. If the content exceeds 0.20%, coarse compounds may be generated, and the processability, the strength and the toughness may be reduced. Therefore, the amount of Ti when adding Ti is preferably 0.01 to 0.20%. The amount of Ti is more preferably 0.01 to 0.05%.

[B:0.002〜0.04%]
Bを添加すれば、アルミニウム固溶体の凝固組織の微細化に有効に働く。B0.002未満ではその効果が小さく、一方で0.04%を超えた場合、高硬度のTi‐B粒子が加工性を低下させるおそれがある。したがってBを添加する場合のTi量は0.002〜0.04%が好ましい。
[B: 0.002 to 0.04%]
If B is added, it works effectively to refine the solidified structure of the aluminum solid solution. If the B content is less than 0.002, the effect is small. If the B content is more than 0.04%, the Ti-B particles with high hardness may reduce the processability. Therefore, the amount of Ti in the case of adding B is preferably 0.002 to 0.04%.

<ミクロ組織>
本発明のピストンにおいては、ピンボス孔の内周面から材料内部に向けて1mmの範囲内の表面層領域中における組織を、次のように規定している。
<Microstructure>
In the piston of the present invention, the tissue in the surface layer area in the range of 1 mm from the inner circumferential surface of the pin boss hole to the inside of the material is defined as follows.

すなわち、先ず第1には、上記のピンボス孔の近傍の表面層領域中における任意の断面において、アスペクト比が3以上でかつ長径10μm以上の晶出物が、個数密度にして400個/mm以上存在して、前記晶出物が網状に分布した晶出物ネットワーク組織を形成していることが必要である。 That is, first of all, in an arbitrary cross section in the surface layer region in the vicinity of the pin boss holes, crystallized materials having an aspect ratio of 3 or more and a major diameter of 10 μm or more are 400 pieces / mm 2 in number density. It is necessary for the above-mentioned crystallized matter to form a network structure of the crystallized matter distributed as above.

第2には、上記のピンボス孔の近傍の表面層領域中における任意の断面において、その断面での任意の320μm×230μmの方形領域内に、前記アスペクト比および長径の条件を満たす晶出物(アスペクト比が3以上でかつ長径10μm以上の晶出物)の相互間に、前記アスペクト比および長径の条件を満たす晶出物が存在しない領域として、直径10μmの円形領域が30以上、100以下存在することが必要である。   Second, in any cross section in the surface layer area in the vicinity of the pin boss holes, a crystallized product satisfying the aspect ratio and the major diameter in any 320 μm × 230 μm square area in the cross section There are 30 or more and 100 or less circular regions with a diameter of 10 μm as a region where there is no crystallized material satisfying an aspect ratio and a long diameter condition among crystallized materials having an aspect ratio of 3 or more and a long diameter of 10 μm or more). It is necessary to.

ここで、上記の第2の条件における直径10μmの円形領域とは、スペクト比が3以上でかつ長径10μm以上の晶出物が存在しない領域内に、仮想的に円を描いたときに、直径10μmの円形を描き得る領域を意味する。   Here, the circular region with a diameter of 10 μm under the above second condition is the diameter when the circle is virtually drawn in a region where a spectral ratio is 3 or more and a crystallized material with a major axis of 10 μm or more does not exist. It means an area in which a 10 μm circle can be drawn.

例えば晶出物ネットワーク組織について仮想的に円形領域を描いた状態を図11に示す。図11に示すように、アスペクト比が3以上でかつ長径10μm以上の晶出物40がネットワーク状に存在している場合、網目内のアスペクト比が3以上でかつ長径10μm以上の晶出物40が存在していない領域に、仮想的に直径10μmの円形領域42を描いている。なお符号43は初晶Siである。   For example, FIG. 11 shows a virtually circular area of the crystallized network structure. As shown in FIG. 11, when the crystallized product 40 having an aspect ratio of 3 or more and a long diameter of 10 μm or more is present in a network, the crystallized material 40 having an aspect ratio of 3 or more and a long diameter of 10 μm or more in the network. In a region where there is not, a circular region 42 with a diameter of 10 μm is virtually drawn. Reference numeral 43 denotes primary crystal Si.

上記の第1及び第2の条件を、ピンボス孔の内周面から材料内部に向けて1mmの範囲内の表面層領域の組織が満たすことによって、ピンボス部、とりわけピン孔の周囲の部位の高温強度を顕著に向上させることができる。
すなわち、このようにアスペクト比が大きくかつ長い晶出物による晶出物ネットワーク組織では、ピストンとして使用した際に、これらの晶出物が、高温下でのアルミニウムマトリックスの変形に対する抵抗として機能する。その結果、ピン孔周辺部について、250℃を超える高温下であっても、優れた機械的強度(高温強度)及び耐疲労特性が得られる。
The above-described first and second conditions are satisfied by filling the texture of the surface layer area within the range of 1 mm from the inner circumferential surface of the pin boss hole toward the inside of the material, thereby achieving a high temperature at the pin boss portion, in particular, around the pin hole. The strength can be significantly improved.
That is, in such a network structure of crystallized products having a large aspect ratio and a long crystallized product, when used as a piston, these crystallized products function as a resistance to the deformation of the aluminum matrix under high temperature. As a result, excellent mechanical strength (high temperature strength) and fatigue resistance can be obtained even at high temperatures exceeding 250 ° C. at the pin hole peripheral portion.

ここで、上記の第1の条件について、アスペクト比が3以上でかつ長径10μm以上の晶出物が、個数密度にして400個/mm未満では、高温強度向上の効果が充分に得られない。また第2の条件に関して、直径10μmの前記円形領域が30未満でも、同様に高温強度向上の効果が充分に得られない。また、第2の条件に関して、直径10μmの前記円形領域が100を越えれば、高温強度向上の効果が充分に得られない。 Here, under the above first condition, if the number density of crystallized materials having an aspect ratio of 3 or more and a major axis of 10 μm or more is less than 400 pieces / mm 2 , the effect of improving high temperature strength can not be sufficiently obtained. . With regard to the second condition, even if the circular area with a diameter of 10 μm is less than 30, similarly, the effect of improving the high temperature strength can not be sufficiently obtained. Further, with regard to the second condition, if the circular area with a diameter of 10 μm exceeds 100, the effect of improving the high temperature strength can not be sufficiently obtained.

このようなミクロ組織条件は、ピンボス部のうち、ピンボス孔の内周面から材料内部に向けて1mmの範囲内の表面層領域中の任意の断面で満たされていれば、所期の目的は達成できるが、ピン孔の内周面から材料内部に向けて1mmを越える領域まで上記の条件を満たす組織となっていてもよいことはもちろんである。   Such a microstructural condition is desired if the pin boss portion is satisfied with an arbitrary cross section in the surface layer area within the range of 1 mm from the inner peripheral surface of the pin boss hole toward the inside of the material. Although this can be achieved, it goes without saying that the above condition may be satisfied from the inner peripheral surface of the pin hole to the inside of the material to a region exceeding 1 mm.

<ピストン製造工程全体の概要>
図7に、アルミニウム合金製鍛造エンジンピストンを製造するための製造工程の一例の概要を示し、これにしたがって本発明のアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンを製造する方法の一例を説明する。
<Overview of the entire piston manufacturing process>
FIG. 7 shows an outline of an example of a manufacturing process for manufacturing an aluminum alloy forged engine piston, and an example of a method for manufacturing an aluminum alloy forged engine piston of the present invention will be described according to this.

先ず常法にしたがって前記成分組成のアルミニウム合金溶湯を溶製し(S1)、棒状に連続鋳造し(S2)、得られる鋳塊(連続鋳造鋳塊)を切断して、所定長さの連続鋳造棒とする。ここで連続鋳造法としては、公知のホットトップ連続鋳造法、縦型連続鋳造法、水平連続鋳造法、DC鋳造法(半連続鋳造法)の何れかを用いることができる。   First, a molten aluminum alloy having the above composition is melted (S1), continuously cast in a rod shape (S2), and the resulting ingot (continuous casting ingot) is cut according to a conventional method, and continuous casting of a predetermined length is performed. Let's be a stick. Here, as a continuous casting method, any of a known hot top continuous casting method, a vertical continuous casting method, a horizontal continuous casting method, and a DC casting method (semi-continuous casting method) can be used.

続いて、所定長さの連続鋳造棒に、均質化処理としての前熱処理を施す(S3)。さらに、均質化処理後の連続鋳造棒に、必要に応じて曲り矯正(S4)、ピーリング(S5)を施してから、所定長さの短尺材(鍛造用素材)に切断する(S6)。さらにその短尺材の表面に、鍛造時の金型と鍛造用素材との間の潤滑のための潤滑処理を施す(S7)。潤滑処理後の短尺材(鍛造用素材)は、後に改めて説明するように、本発明のエンジンピストンを鍛造成形によって得るために適した温度として、380〜460℃の範囲内の温度に予備加熱する(S8)。   Subsequently, pre-heat treatment as a homogenization treatment is performed on the continuous cast bar of a predetermined length (S3). Further, the continuously cast bar after the homogenization treatment is subjected to bending correction (S4) and peeling (S5) as necessary, and then cut into a short material of a predetermined length (raw material for forging) (S6). Further, the surface of the short material is lubricated for lubrication between the die for forging and the forging material (S7). The short material (material for forging) after the lubrication treatment is preheated to a temperature in the range of 380 to 460 ° C. as a temperature suitable for obtaining the engine piston of the present invention by forging as described later. (S8).

続いて、その予備加熱された短尺材(鍛造用素材)を、鍛造装置に投入して、金型鍛造によってピストン粗形材形状に鍛造成形する(S10)。ここで、鍛造に当たっては、後に改めて説明するように、予め金型(少なくとも下型)を加熱しておく(S9)。この場合の金型加熱は、下型の内面温度(成形用キャビティの表面温度)が、予備加熱を経て投入された鍛造用素材の表面温度と同等となるように行うことが望ましい。具体的には、鍛造用素材の予備加熱温度±10℃とすることが望ましい。   Subsequently, the preheated short material (raw material for forging) is put into a forging device, and forged and formed into a rough piston shape by die forging (S10). Here, in forging, as will be described later, the mold (at least the lower mold) is heated in advance (S9). In this case, it is desirable that the mold heating be performed so that the inner surface temperature of the lower mold (the surface temperature of the molding cavity) becomes equivalent to the surface temperature of the forging material introduced through the preheating. Specifically, it is desirable to set the preheating temperature of the forging material to ± 10 ° C.

鍛造された材料(鍛造上がり材)には、後熱処理を施す(S11)。この後熱処理は、溶体化処理温度に加熱(S11A)して、焼入れし(S11B)、さらに時効処理(S11C)を施す工程からなる。
後熱処理後の鍛造上がり材には、切削加工、さらには研磨などの機械加工(S12)を施して、製品のピストン形状とする。
A post heat treatment is applied to the forged material (forged material) (S11). The post-heat treatment comprises the steps of heating to a solution treatment temperature (S11A), quenching (S11B), and further aging treatment (S11C).
The post-heat-treated forged material is subjected to machining such as cutting and polishing (S12) to form a piston shape of a product.

さらに本発明の鍛造ピストンを製造するための方法における、各工程の詳細について説明する。   Further, details of each step in the method for producing the forged piston of the present invention will be described.

<溶製(S1)〜連続鋳造(S2)>
本発明で用いているAl−Si共晶組成付近のアルミニウム合金では、その溶湯の凝固時に、晶出物として共晶Si共晶の他、Al−Fe、Cu、Ni化合物が多量に晶出する。そして特に連続鋳造を適用した場合、凝固速度が高いため、共晶Siが網目状(ネットワーク状)に晶出した鋳造組織(晶出物ネットワーク組織)が得られる。そして、後述するように、連続鋳造組織における晶出物ネットワーク組織は、本発明の製造方法における熱履歴によれば、ピンボス部、とりわけピン孔の周辺部分では、鍛造および後熱処理の後の状態でも少なくともその一部は残り、ピン孔周辺部位の高温強度、耐疲労特性のより一層の向上に寄与することになる。
<Smelting (S1) to Continuous Casting (S2)>
In the aluminum alloy in the vicinity of the Al-Si eutectic composition used in the present invention, when the molten metal solidifies, a large amount of Al-Fe, Cu, and Ni compounds crystallize in addition to eutectic Si eutectic as a crystallized product . In particular, when continuous casting is applied, a cast structure (crystal network structure) in which eutectic Si is crystallized in a network (network shape) is obtained because the solidification speed is high. And, as will be described later, according to the thermal history in the manufacturing method of the present invention, the crystallized product network structure in the continuous casting structure, even in the state after forging and post heat treatment, in the pin boss portion, especially in the peripheral portion of the pin hole. At least a portion thereof remains and contributes to the further improvement of the high temperature strength and fatigue resistance characteristics of the pin hole peripheral portion.

なお、ピンボス部を除く、薄肉化が求められる部位、例えばサイドウォールやスカート部、冠面部などは、本発明の製造方法における熱履歴によれば、鍛造時の変形抵抗を小さくして十分に塑性流動を生起させ、鍛造時の割れの発生させることなく、薄肉化を図ることができる。この場合、これらの部位では鍛造時の塑性流動により鋳造組織は破壊されてしまうのが通常であるが、鍛造後の後熱処理によって、これらの部位に要求される程度の高温強度は確保することが可能となる。   According to the heat history in the manufacturing method of the present invention, the portions requiring thinning, except the pin boss portion, for example, the side wall, the skirt portion, the crown surface portion, etc. It is possible to reduce the thickness without causing flow and causing cracking during forging. In this case, it is usual that the cast structure is broken due to plastic flow at the time of forging at these portions, but the post heat treatment after forging ensures that the high temperature strength to such an extent required for these portions is secured. It becomes possible.

連続鋳造法としては、公知のホットトップ連続鋳造法、縦型連続鋳造法、水平連続鋳造法、DC鋳造法(半連続鋳造法)の何れを用いてもよい。
なお連続鋳造鋳型から引き出された鋳塊は、連続鋳造設備内に設けられている切断機によって直ちに切断されて、所定長さの連続鋳造棒として連続鋳造設備から排出される。
As a continuous casting method, any of a known hot top continuous casting method, a vertical continuous casting method, a horizontal continuous casting method, and a DC casting method (semi-continuous casting method) may be used.
The ingot drawn from the continuous casting mold is immediately cut by a cutting machine provided in the continuous casting facility and discharged from the continuous casting facility as a continuous casting bar of a predetermined length.

<前熱処理(均質化処理)(S3)>
連続鋳造棒に対しては、均質化処理として前熱処理(S3)を施す。この前熱処理では、連続鋳造棒を、200〜500℃の範囲内の温度に2〜7時間加熱保持する。加熱保持温度が200℃未満では、充分な均質化の効果が得られず、一方500℃を越えれば、共晶融解が生じるおそれがある。また加熱保持時間が2時間未満でも均質化の効果が充分に得られず、一方7時間を越える長時間の加熱では、均質化の効果は飽和し、生産性、経済性を損なうだけとなる。なお前熱処理の温度は、上記の範囲内の温度のうちでも、特に460〜480℃の範囲内が好ましく、また前熱処理の時間は、上記の範囲内の時間のうちでも、特に4〜6時間の範囲内の温度が好ましい。
<Pre-heat treatment (homogenization treatment) (S3)>
The continuous cast bar is subjected to pre-heat treatment (S3) as a homogenization treatment. In this pre-heat treatment, the continuous casting bar is heated and held at a temperature in the range of 200 to 500 ° C. for 2 to 7 hours. If the heating and holding temperature is less than 200 ° C., a sufficient homogenization effect can not be obtained, while if it exceeds 500 ° C., eutectic melting may occur. Even if the heating and holding time is less than 2 hours, the effect of homogenization can not be sufficiently obtained. On the other hand, when the heating and holding time is longer than 7 hours, the effect of homogenization saturates, which only impairs productivity and economy. Among the temperatures in the above range, the temperature of the preheat treatment is preferably in the range of 460 to 480 ° C., and the time of the preheat treatment is in particular 4 to 6 hours of the time in the above range. Temperatures in the range of are preferred.

<曲り矯正(S4)〜ピーリング(S5)>
前熱処理後の連続鋳造棒に対しては、通常は前熱処理で生じた曲りを矯正し、さらに連続鋳造棒の表面の凹凸などの表層欠陥部分を除去するためのピーリングを施す。これらの曲り矯正、ピーリングは、常法にしたがって行えばよい。
<Curly correction (S4) to peeling (S5)>
The continuous cast bar after the pre-heat treatment is usually subjected to a treatment for correcting the curvature produced by the pre-heat treatment and further removing the surface defects such as irregularities on the surface of the continuous cast bar. These bending corrections and peelings may be performed according to a conventional method.

<短尺切断(S6)>
曲り矯正〜ピーリング後の連続鋳造棒は、所定長さの短尺材(鍛造用素材)に切断する。この短尺切断は、通常の切断機を用いて行えばよい。
<Short cutting (S6)>
The continuously cast bar after bending correction to peeling is cut into short pieces (raw materials for forging) of a predetermined length. This short cutting may be performed using a conventional cutting machine.

短尺に切断して得られた鍛造用素材は、そのまま次の潤滑剤被覆工程(S7)に供してもよいが、場合によっては、予備的に据え込みを行って、ピストン粗形材に鍛造成形するための鍛造工程(S10)での成形に適した形状としてもよい。この場合の据え込みは、冷間で行っても、あるいは鍛造用素材を380〜460℃程度に加熱して、温間で行ってもよい。   The forging material obtained by cutting into a short length may be subjected to the next lubricant coating step (S7) as it is, but in some cases, it is pre-set to forge into a piston rough profile It is good also as a shape suitable for shaping | molding in the forge process (S10) for. The setting in this case may be performed cold or may be performed warmly by heating the forging material to about 380 to 460 ° C.

<潤滑処理(S7)>
短尺材(鍛造用素材)には、鍛造時の金型と鍛造用素材との間の潤滑のために、表面に潤滑材層もしくは潤滑皮膜を形成するための潤滑処理を施す。この潤滑処理は、通常の金型鍛造の場合と同様に、水溶製潤滑剤、例えば黒鉛系潤滑剤などを短尺材表面に塗布するか、あるいは黒鉛系潤滑剤などの潤滑剤糟中に浸漬させて、表面を潤滑材で被覆したり、あるいはボンデ処理(りん酸塩処理)などによって潤滑用化成皮膜を表面に形成したりすれば良い。なお潤滑材による被覆に当たっては、必要に応じて短尺材を加熱してもよい。この場合の加熱温度は、100℃以下とすることが望ましい。
<Lubrication process (S7)>
The short material (forging material) is subjected to a lubricating treatment for forming a lubricating material layer or a lubricating film on the surface in order to lubricate the die and the forging material at the time of forging. In this lubrication process, as in the case of ordinary die forging, a water-soluble lubricant such as a graphite-based lubricant is applied to the surface of the short material or dipped in a lubricant crucible such as a graphite-based lubricant. The surface may be coated with a lubricant, or a chemical conversion film for lubrication may be formed on the surface by bonding treatment (phosphate treatment) or the like. In addition, when covering with a lubricant, you may heat a short material as needed. The heating temperature in this case is preferably 100 ° C. or less.

<予備加熱(S8)>
潤滑処理後の短尺材(鍛造用素材)には、その後の鍛造に適した材料温度となるように予備加熱を施す。この際の加熱は、引き続く鍛造のために金型に鍛造用素材が投入される際の鍛造用素材の材料温度が380〜460℃の範囲内となるように行う。予備加熱における加熱時間は特に限定しないが、通常は15〜60分程度であればよい。すなわち、鍛造用素材の全体が均一に380〜460℃の範囲内の温度となるように、15分以上とすることが好ましく、一方60分を越える加熱は経済性、生産性を損なうだけであり、したがって予備加熱の加熱時間は、15〜60分程度とすることが好ましい。
<Preheating (S8)>
The short-length material (raw material for forging) after the lubrication treatment is preheated so as to have a material temperature suitable for the subsequent forging. The heating at this time is performed such that the material temperature of the forging material when the forging material is introduced into the mold for subsequent forging is in the range of 380 to 460 ° C. Although the heating time in preheating is not specifically limited, Usually, what is necessary is just about 15 to 60 minutes. That is, it is preferable to set the temperature for 15 minutes or more so that the entire forging material uniformly becomes a temperature within the range of 380 to 460 ° C. On the other hand, heating for more than 60 minutes only impairs economic efficiency and productivity. Therefore, the heating time of the preheating is preferably about 15 to 60 minutes.

<金型加熱(S9)>
鍛造に先立っては、金型、特に鍛造用素材が投入される下型を加熱しておくことが望まれ、さらには下型のみならず、上型をも予め加熱しておくことが望ましい。このように金型を予熱しておくことによって、金型に鍛造用素材を投入した際に、金型表面との接触によって鍛造用素材の温度(材料温度)が低下することが防止されて、ほぼ一定の温度での鍛造、すなわちいわゆる恒温鍛造が可能となる。
<Mold heating (S9)>
Prior to forging, it is desirable to heat the mold, in particular the lower mold into which the forging material is introduced, and it is desirable to heat not only the lower mold but also the upper mold in advance. By preheating the mold in this manner, when the forging material is put into the mold, the temperature (material temperature) of the forging material is prevented from lowering due to contact with the mold surface, Forging at a substantially constant temperature, that is, so-called constant temperature forging is possible.

このような恒温鍛造用の鍛造装置(鍛造用金型装置)の一例を図8に模式的に示す。
図8に示される金型装置20においては、成型用キャビティ(成形用凹部)21Aが形成された下型21の周囲に、高周波誘導コイル22Aが巻装されており、また上型23の周囲にも高周波誘導コイル22Bが巻装されている。なお下型21、上型23の適宜の箇所には、銅製遮蔽版24が配設されている。このような金型装置では、高周波誘導コイル22A、22Bに、図示しない高周波電源から高周波電流を通電させることによって、下型21、上型23が誘導加熱されることになる。
An example of such a forging apparatus (isolating die apparatus) for constant temperature forging is schematically shown in FIG.
In the mold apparatus 20 shown in FIG. 8, the high frequency induction coil 22A is wound around the lower die 21 in which the molding cavity (forming recess) 21A is formed, and around the upper die 23. The high frequency induction coil 22B is also wound. A copper shielding plate 24 is disposed at an appropriate position of the lower mold 21 and the upper mold 23. In such a mold apparatus, the lower mold 21 and the upper mold 23 are inductively heated by supplying a high frequency current to the high frequency induction coils 22A and 22B from a high frequency power supply (not shown).

ここで、下型の加熱温度は、下型に鍛造用素材が投入される際に、下型における表面温度(鍛造用キャビティの内面温度)が、鍛造用素材の材料温度と同等となるように設定することが望ましい。具体的には、下型に鍛造用素材が投入される際の下型の表面温度が、380〜460℃の範囲内で、かつ下型に鍛造用素材が投入される際の鍛造用素材の材料温度との差が±10℃以内となるように加熱しておくことが望ましい。また下型と併せて上型をも加熱する場合、上型における鍛造用素材に接する面(下側の先端面)が、上記の下型表面温度と同様な温度となるように上型を加熱することが望ましい。
なお図8の例では、高周波誘導加熱によって金型を加熱することとしているが、加熱手段は高周波誘導加熱に限らず、例えば熱媒体を用いての熱交換方式によって加熱してもよい。
Here, the heating temperature of the lower mold is such that the surface temperature (inner surface temperature of the forging cavity) in the lower mold becomes equal to the material temperature of the forging material when the forging material is introduced into the lower mold. It is desirable to set. Specifically, the surface temperature of the lower mold when the forging material is put into the lower mold is in the range of 380 to 460 ° C., and the forging material when the forging material is put into the lower mold It is desirable to heat so that the difference with the material temperature is within ± 10 ° C. When the upper mold is also heated together with the lower mold, the upper mold is heated so that the surface in contact with the forging material in the upper mold (the lower end surface) has the same temperature as the lower mold surface temperature. It is desirable to do.
In the example of FIG. 8, the mold is heated by high frequency induction heating, but the heating means is not limited to high frequency induction heating, and may be heated by a heat exchange method using a heat medium, for example.

<鍛造(S10)>
上記のように金型、特に下型を加熱した状態で、下型の鍛造用キャビティ内に、予備加熱された鍛造用素材を投入し、密閉型鍛造もしくは半密閉型鍛造により鍛造を行って、最終的に得るべき製品(エンジンピストン)の形状に近い粗形材(鍛造上がり材)とする。
鍛造用素材の金型への投入時には、前述のように鍛造用素材は380〜460℃の範囲内となるように予備加熱されており、また金型も、少なくとも下型の表面温度が380〜460℃の範囲内となるように予熱されており、しかも下型表面温度と鍛造用素材の材料温度との差が±10℃以内とされている。したがって鍛造用素材の金型への投入から鍛造を開始して鍛造を終了するまでの間、材料温度は380〜460℃の範囲内のほぼ一定の温度に保たれる。このように、材料温度を380〜460℃という比較的高い温度域に保持しながら鍛造することによって、鍛造用素材の変形能が高い状態(変形抵抗が小さい状態)で鍛造成形が行われることになる。
<Forging (S10)>
While heating the mold as described above, in particular the lower mold, the preheated forging material is introduced into the lower forging cavity, and forged by closed forging or semi-closed forging, A rough section (forged material) close to the shape of the product (engine piston) to be finally obtained.
When the forging material is put into the mold, as described above, the forging material is preheated to be in the range of 380 to 460 ° C. Also, the mold also has a surface temperature of at least the lower mold of 380 to It is preheated to be within the range of 460 ° C., and the difference between the surface temperature of the lower mold and the material temperature of the forging material is within ± 10 ° C. Therefore, the material temperature is maintained at a substantially constant temperature within the range of 380 ° C. to 460 ° C. from the introduction of the forging material into the mold to the start of forging and the end of forging. Thus, by forging while holding the material temperature in a relatively high temperature range of 380 to 460 ° C., forging is performed in a state where the deformability of the forging material is high (state in which the deformation resistance is small). Become.

ここで、素材の変形能が高くて変形抵抗が低い状態では、鍛造時に素材の表層部位が容易に塑性流動するため、粗形材の外側の輪郭形状を容易に形作ることができる。このことは、逆に素材の内部の領域については、ほとんど塑性流動を生起させなくて済むことを意味する。   Here, in the state where the deformability of the material is high and the deformation resistance is low, the surface layer portion of the material flows easily plastically at the time of forging, so it is possible to easily form the outer contour shape of the roughly shaped material. This in turn means that little plastic flow is required to occur in the region inside the material.

鍛造上がりの粗形材の一例を図9、図10に示す。図9、図10から理解できるように、鍛造上がり素形材30において、最終的なピストン製品におけるスカート部2、冠面部3、およびサイドウォール6となるべき各部位は、いずれも素材の表層領域から形成される部位であって、これらの部位は、上記のように変形能が高いことに起因して、たとえ薄肉の部位であっても割れの発生を招くことなく容易に形成することができる。   An example of the rough-shaped material after forging is shown in FIG. 9 and FIG. As can be understood from FIG. 9 and FIG. 10, in the as-forged shaped material 30, each portion to be the skirt portion 2, the crown portion 3 and the sidewall 6 in the final piston product is any surface region of the material. These portions can be easily formed without causing the occurrence of cracks even if the portion is thin, due to the high deformability as described above. .

一方、鍛造上がり素形材30において、最終的なピストン製品におけるピンボス部4となるべきピンボス部相当部位4´、とりわけピン孔5の周辺となる部位5´(図10において点線で囲った部分;ピン孔周辺相当部位)は、鍛造上がり粗形材30における内部の領域であり、このピン孔周辺相当部位5´は、鍛造時にほとんど材料の塑性流動が生じずに形成される。すなわちピン孔周辺相当部位5´では、鍛造による材料の変形量が少ない。そのため、ピン孔周辺相当部位5´では、鍛造前の組織がほとんど破壊されずに、そのまま残る割合が高くなる。すなわち、連続鋳造に由来する共晶Siが網目状(ネットワーク状)に晶出した組織が、鍛造中もかなりの割合で維持されて、鍛造上がり粗形材30におけるピン孔周辺相当部位5´に、共晶Siのネットワーク組織が残ることになる。   On the other hand, in the as-forged shaped material 30, a portion 4 'corresponding to the pin boss portion 4 to be the pin boss 4 in the final piston product, in particular a portion 5' to be the periphery of the pin hole 5 (a portion surrounded by a dotted line in FIG. The portion corresponding to the periphery of the pin hole) is an internal region in the forged up rough section 30, and the portion 5 'corresponding to the periphery of the pin hole is formed with almost no plastic flow of the material at the time of forging. That is, the deformation amount of the material due to forging is small at the portion 5 'corresponding to the peripheral area of the pin hole. Therefore, in the region 5 'corresponding to the peripheral area of the pin hole, the structure before forging is hardly broken and the ratio of remaining as it is increased. That is, the structure in which eutectic Si derived from continuous casting is crystallized in the form of a network (network) is maintained at a considerable rate even during forging, and a portion corresponding to the pin hole periphery equivalent portion 5 ' , The network structure of eutectic Si will remain.

なお、鍛造時の材料温度が380℃未満では、材料の変形能が小さく、鍛造時にサイドウォール相当部位6´などの薄肉部に割れが生じやすくなり、また同時に鍛造素材内部の変形量も大きくなって、内部の組織が破壊されやすくなり、ピン孔周辺相当部位5´の共晶Siのネットワーク組織を維持することが困難となる。そこで鍛造用素材に対する予備加熱温度の下限は380℃とした。また下型の加熱温度が380℃未満でも、鍛造時に下型に投入した鍛造用素材の温度が380℃より低温に下がってしまい、上記と同様な問題を招く。   If the material temperature during forging is less than 380 ° C., the deformability of the material is small, and cracking tends to occur in thin portions such as the sidewall equivalent portion 6 'during forging, and at the same time the amount of deformation inside the forging material also becomes large. As a result, the internal structure is likely to be destroyed, and it becomes difficult to maintain the eutectic Si network structure of the equivalent region 5 ′ of the pin hole. Therefore, the lower limit of the preheating temperature for the forging material is set to 380.degree. Further, even if the heating temperature of the lower mold is less than 380 ° C., the temperature of the forging material put into the lower mold at the time of forging drops to a temperature lower than 380 ° C., causing the same problem as described above.

一方、鍛造時の材料温度が460℃を越えれば、素材が脆化して鍛造時に割れが発生しやすくなることがあるばかりでなく、鍛造中に晶出物の球状化が進行して、ピン孔周辺相当部位5´の共晶Siのネットワーク組織を維持することが困難となる。また下型の加熱温度が460℃を超える場合も、鍛造時に下型に投入した鍛造用素材の温度が460℃より高温に上がってしまい、上記と同様な問題を招く。
そこで、鍛造前の鍛造用素材の予備加熱温度、及び下型の加熱温度は、いずれも380〜460℃の範囲内とした。なお紺範囲内でも、特に380〜420℃の範囲内が好ましい。
On the other hand, if the material temperature at the time of forging exceeds 460 ° C., not only the material may be embrittled and a crack may easily occur at the time of forging, but also the spheroidization of the crystallized material proceeds during forging It becomes difficult to maintain the network structure of eutectic Si in the peripheral equivalent region 5 '. When the heating temperature of the lower mold exceeds 460 ° C., the temperature of the forging material put into the lower mold at the time of forging rises to a temperature higher than 460 ° C., causing the same problem as described above.
Therefore, the preheating temperature of the forging material before forging and the heating temperature of the lower mold are both in the range of 380 to 460 ° C. In addition, the inside of a range is especially preferable in the range of 380-420 degreeC.

さらに、下型表面温度と鍛造用素材の材料温度との差が±10℃を越えれば、下型に鍛造用素材を投入した際に、下型に接する鍛造用素材の表面温度が大きく変化することになる。この際、素材の表面温度は、下型との接触状況や、接触部位の形状などによってばらついてしまうから、材料の成分組成などに応じて定めた最適な目標鍛造温度を確保できなくなるおそれがある。上記の温度差が±10℃以内であれば、このようなばらつきが生じるおそれが少なく、最適な目標鍛造温度を容易に確保することが可能となる。   Furthermore, if the difference between the surface temperature of the lower mold and the material temperature of the forging material exceeds ± 10 ° C., the surface temperature of the forging material in contact with the lower mold changes significantly when the forging material is introduced into the lower mold. It will be. At this time, since the surface temperature of the material varies depending on the contact condition with the lower mold, the shape of the contact portion, etc., there is a possibility that the optimum target forging temperature determined according to the component composition of the material can not be secured. . If the above temperature difference is within ± 10 ° C., there is little possibility that such a variation will occur, and it becomes possible to easily secure the optimum target forging temperature.

<後熱処理(S11)>
鍛造上がり材(粗形材)に対しては、後熱処理(S11)として、溶体化処理(S11A)、焼入れ(S11B)、時効処理(S11C)を施す。
<Post heat treatment (S11)>
The post forging material (rough shape material) is subjected to solution treatment (S11A), hardening (S11B), and aging treatment (S11C) as post heat treatment (S11).

溶体化処理温度は、480〜520℃の範囲内の温度とする。溶体化処理温度が480℃未満では、時効硬化に寄与するCu、Mgなどを充分に固溶させることができず、その結果、時効処理後の強度が充分ではなくなるおそれがある。一方520℃を越えれば、局所溶融のおそれがある。溶体化処理における480〜520℃の温度域での加熱保持時間は、0.5〜3時間とすることが好ましい。0.5時間未満では、時効硬化に寄与するCu、Mgなどを充分に固溶させることができず、その結果、時効処理後の強度が充分ではなくなるおそれがある。一方、3時間を越えれば、溶体化の効果が飽和するばかりでなく、共晶Siの球状化が進行して、連続鋳造に由来する共晶Siのネットワーク組織を維持することが困難となるおそれがある。   The solution treatment temperature is a temperature in the range of 480 to 520 ° C. If the solution treatment temperature is less than 480 ° C., Cu, Mg, etc. contributing to age hardening can not be sufficiently dissolved in solid solution, and as a result, the strength after the aging treatment may not be sufficient. On the other hand, if it exceeds 520 ° C., there is a possibility of local melting. The heating and holding time in the temperature range of 480 to 520 ° C. in the solution treatment is preferably 0.5 to 3 hours. If it is less than 0.5 hours, Cu, Mg and the like which contribute to age hardening can not be sufficiently dissolved, and as a result, the strength after the aging treatment may not be sufficient. On the other hand, if it exceeds 3 hours, not only the effect of solution treatment will be saturated, but also spheroidization of eutectic Si will progress, and it may be difficult to maintain the network structure of eutectic Si derived from continuous casting There is.

溶体化に引き続いての焼入れは特に限定されないが、100℃程度以下(通常は常温〜60℃)まで冷却速度10℃/sec以上で急冷することが好ましい。   The quenching subsequent to solution treatment is not particularly limited, but it is preferable to rapidly quench at a cooling rate of 10 ° C./sec or more to about 100 ° C. or less (usually from normal temperature to 60 ° C.).

焼入れ後には時効処理を施す。この時効処理は、170〜230℃に、1〜10時間の持保持とする。時効処理温度が170℃未満では、時効硬化による強度向上の効果が充分に得られず、一方230℃を越えれば、過時効処理となって強度が低下するおそれがある。また時効処理の加熱保持時間が1時間未満でも、時効硬化による強度向上の効果が充分に得られず、一方10時間を越えれば、時効硬化はそれ以上進行せず、生産性、経済性を損なうだけである。なお時効処理の条件は、好ましくは、190〜220℃に1〜10時間保持とする。   After quenching, aging treatment is applied. This aging treatment is carried out at 170 to 230 ° C. for 1 to 10 hours. If the aging temperature is less than 170 ° C., the effect of improving the strength by age hardening can not be sufficiently obtained. If the temperature exceeds 230 ° C., over-aging may occur to lower the strength. Further, even if the heat holding time of the aging treatment is less than 1 hour, the effect of improving the strength by age hardening can not be sufficiently obtained. On the other hand, if it exceeds 10 hours, the age hardening does not progress further and impairs productivity and economy. It is only. The conditions for the aging treatment are preferably held at 190 to 220 ° C. for 1 to 10 hours.

以下に本発明の実施例を記す。なお以下の実施例は、本発明の作用、効果を明確化するためのものであって、実施例に記載された条件が本発明の技術的範囲を限定するものでないことはもちろんである。   Examples of the present invention will be described below. The following examples are for clarifying the operation and effects of the present invention, and it goes without saying that the conditions described in the examples do not limit the technical scope of the present invention.

〔実施例1〕
表1に示す成分組成のアルミニウム合金溶湯を常法にしたがって溶製し、気体加圧式ホットトップ連続鋳造法によって外径84mmの丸棒状に連続鋳造し、長さ5000mに切断して連続鋳造棒とした。その連続鋳造棒に、490℃×7時間保持の均質化処理(前熱処理)を施した後、常法にしたがって曲げ矯正及びピーリングを行った。続して、長さ30mmの短尺材に切断し、鍛造用素材とした。そして鍛造前の予備加熱として、400℃に30分加熱し、図8に示したような恒温鍛造装置によって、エンジンピストン粗形材の形状に鍛造した。ここで、恒温鍛造装置における下型及び上型は、その内面温度が400〜450℃となるように予熱し、かつ鍛造中も加熱を継続させた。鍛造中の素材の温度は400〜450℃であった。
鍛造後、鍛造上がり材(ピストン粗形材)に、後熱処理として495℃×3Hr保持の溶体化処理後、水冷によって焼入れし、さらに時効処理として180℃×6Hr保持を実施した。
Example 1
A molten aluminum alloy having the composition shown in Table 1 is melted according to a conventional method, continuously cast into a round bar having an outer diameter of 84 mm by a gas pressure type hot top continuous casting method, and cut to a length of 5000 m for continuous casting bar did. The continuous cast bar was subjected to homogenization treatment (pre-heat treatment) held at 490 ° C. × 7 hours, and then bending correction and peeling were performed according to a conventional method. Subsequently, it was cut into short pieces of 30 mm in length, and used as a forging material. Then, as preheating before forging, the plate was heated to 400 ° C. for 30 minutes, and forged into a shape of an engine piston rough shape by a constant temperature forging apparatus as shown in FIG. Here, the lower mold and the upper mold in the constant temperature forging apparatus were preheated so that the inner surface temperature was 400 to 450 ° C., and heating was continued even during forging. The temperature of the material during forging was 400 to 450 ° C.
After forging, the forged material (piston rough shape) was subjected to solution heat treatment at 495 ° C. × 3 Hr as post heat treatment, then quenched by water cooling, and 180 ° C. × 6 Hr as aging treatment.

〔比較例1〕
表1に示す成分組成のアルミニウム合金溶湯を常法にしたがって溶製し、実施例1と同様に、連続鋳造、切断、前熱処理(均質化処理)、曲げ矯正、ピーリング、短尺切断を行って、鍛造用素材とし、予備加熱を行って、恒温鍛造装置ではない一般的な温間鍛造装置によって、ピストン粗形材の形状に鍛造した。この場合の鍛造中の金型温度は、250〜350℃であり、材料温度(400〜450℃)よりも格段に低温であった。得られた、鍛造上がり材(ピストン粗形材)に、実施例1と同様な後熱処理を施した。
Comparative Example 1
A molten aluminum alloy having the composition shown in Table 1 is melted according to a conventional method, and continuous casting, cutting, pre-heat treatment (homogenization treatment), bending correction, peeling, and short cutting are performed in the same manner as in Example 1. The material for forging was preheated and forged into a shape of a rough piston by a general warm forging device which is not a constant temperature forging device. The die temperature during forging in this case was 250 to 350 ° C., which was much lower than the material temperature (400 to 450 ° C.). The post-heat treatment similar to Example 1 was performed to the obtained forged material (piston rough profile material).

〔実施例1と比較例1の評価結果〕
後熱処理後の各部位について、実施例1により得られたピストン粗形材(鍛造品)及び比較例1により得られたピストン粗形材(鍛造品)の断面のミクロ組織を観察した。特に、製品ピストンにおけるピン孔内面から1mmまでの領域に相当する部位の200μm×230μmの領域について、アスペクト比が3以上でかつ長径10μm以上の晶出物の平均個数密度を調べるとともに、アスペクト比が3以上でかつ長径10μm以上の晶出物が含まれていない円形領域の個数を、異なる5視野で数え(視野No.1〜視野No.5)、晶出物のネットワーク組織の有無を判定した。その結果を表2に示す。また実施例1における各視野No.1〜No.5の組織写真を図12〜図16に示し、比較例1における各視野No.1〜No.5の組織写真を図17〜図21に示す。なおこれらの組織写真中のアスペクト比が3以上でかつ長径10μm以上の晶出物が存在しない領域のうち、直径10mmの円形領域が描ける箇所には、その円形領域を○で囲んで示した。
Evaluation Results of Example 1 and Comparative Example 1
The microstructure of the cross section of the piston rough section (forged product) obtained in Example 1 and the piston rough section (forged product) obtained in Comparative Example 1 was observed for each portion after the post heat treatment. In particular, for an area of 200 μm × 230 μm at a portion corresponding to the area from the inner surface of the pin hole to 1 mm in the product piston, the average number density of crystallized materials having an aspect ratio of 3 or more and a major axis of 10 μm or more is examined. The number of circular areas not including 3 or more and crystallized substances having a major axis of 10 μm or more was counted in 5 different visual fields (visual field No. 1 to visual field No. 5), and the presence or absence of a network structure of crystallized substances was determined. . The results are shown in Table 2. Further, each visual field No. 1 to No. The tissue photographs of No. 5 are shown in FIG. 12 to FIG. 1 to No. The structure | tissue photograph of 5 is shown in FIGS. 17-21. Among the regions in the structure picture where the aspect ratio is 3 or more and the crystallized material having a major axis of 10 μm or more does not exist, the circular region is shown by being circled at a place where a circular region of 10 mm in diameter can be drawn.

表2から、本発明による実施例1では、晶出物のネットワーク組織が存在しており、いずれの視野についても、前述の円形領域が30以上描けることが確認された。これに対して比較例1では、晶出物のネットワーク組織が存在しておらず、前述の円形領域が30以上は描けないことが確認された。   From Table 2, in Example 1 according to the present invention, it was confirmed that a network structure of crystallized material was present, and that 30 or more of the above-mentioned circular regions could be drawn for any of the visual fields. On the other hand, in Comparative Example 1, it was confirmed that no network structure of crystallized material was present, and the above-mentioned circular region could not be drawn at 30 or more.

〔実施例2、実施例3〕
表3の実施例2及び実施例3に示す成分組成のアルミニウム合金について、実施例1と同様のプロセス条件を適用して、ピストン粗形材(鍛造品)とした。
[Example 2, Example 3]
About the aluminum alloy of the component composition shown in Example 2 and Example 3 of Table 3, the process conditions similar to Example 1 were applied, and it was set as the piston rough-formed material (forgings).

〔比較例2〕
表3の比較例2に示す成分組成のアルミニウム合金について、比較例1と同様のプロセス条件を適用して、ピストン粗形材(鍛造品)とした。
Comparative Example 2
About the aluminum alloy of the component composition shown to the comparative example 2 of Table 3, the process conditions similar to the comparative example 1 were applied, and it was set as the piston rough-profile material (forgings).

実施例1及び比較例1の場合と同様に、実施例2、実施例3、比較例2について、ピストン粗形材(鍛造品)の断面のミクロ組織を観察した。特に、製品ピストンにおけるピン孔内面から1mmまでの領域に相当する部位の320μm×230μmの領域について、アスペクト比が3以上でかつ長径10μm以上の晶出物の平均個数密度を調べるとともに、アスペクト比が3以上でかつ長径10μm以上の晶出物が含まれていない円形領域の個数を調べた。その結果を表4中に示す。
また実施例2、実施例3、比較例2によるピストン粗形材(鍛造品)について、製品ピストンにおけるピン孔内面から1mmまでの領域に相当する部位の200μm×230μmの方形領域の組織写真を図22〜図24に示す。
As in the case of Example 1 and Comparative Example 1, the microstructure of the cross section of the piston rough profile (forged product) was observed for Example 2, Example 3, and Comparative Example 2. In particular, in an area of 320 μm × 230 μm at a portion corresponding to the area from the inner surface of the pin hole to 1 mm in the product piston, the average number density of crystallized materials having an aspect ratio of 3 or more and a major axis of 10 μm or more is examined. The number of circular regions not including 3 or more and having a long diameter of 10 μm or more was found. The results are shown in Table 4.
In addition, for piston rough profiles (forged products) according to Example 2 and Example 3 and Comparative Example 2, a structure photograph of a 200 μm × 230 μm square area of a portion corresponding to the area from the inner surface of the pin hole to 1 mm in the product piston is shown. 22 to 24.

〔高温引張試験〕
さらに、実施例2、実施例3、比較例2について、ピストン粗形材(鍛造品)から、製品ピストンにおけるピン孔内面に相当する部位から、JIS G 0567に準拠する高温引張試験片を切出し、250℃での高温引張試験を行った。その結果を表4中に示す。
[High temperature tensile test]
Furthermore, for Example 2, Example 3, and Comparative Example 2, a high temperature tensile test specimen conforming to JIS G 0567 is cut out from a portion corresponding to the inner surface of the pin hole in the product piston from the piston rough profile (forged product) A high temperature tensile test at 250 ° C. was performed. The results are shown in Table 4.

表4から明らかなように、本発明による実施例2、実施例3では、晶出物のネットワーク組織が存在しており、前述の円形領域が30以上描けることが確認された。これに対して比較例2では、晶出物のネットワーク組織が存在しておらず、前述の円形領域が30以上は描けないことが確認された。
また高温引張試験の結果から、本発明の実施例2、実施例3では、比較例2と比較して250℃での高温引張強度が明確に高いことが確認された。
As is clear from Table 4, in Examples 2 and 3 according to the present invention, it was confirmed that a network structure of crystallized material was present, and that 30 or more of the above-mentioned circular regions could be drawn. On the other hand, in Comparative Example 2, it was confirmed that no network structure of crystallized material was present, and the above-mentioned circular area could not be drawn at 30 or more.
Further, from the results of the high temperature tensile test, it was confirmed that the high temperature tensile strength at 250 ° C. is clearly higher in Example 2 and Example 3 of the present invention as compared with Comparative Example 2.

上記の結果から、ピンボス部に晶出物のネットワーク組織が存在すれば、その部位で、高温域での変形抵抗が増加して高温強度が向上し、その結果、ピストンピンの小径化による往復運動部の軽量化を実現できることが明らかである。また、冠面部での高温強度も、従来の材料を上回る強度が得られることが、別途行った試験により確認されている。したがって本発明のエンジンピストンは、エンジン出力を維持したまま、軽量化による燃費向上が要求されダウンサイジング化するためのアルミニウム合金製鍛造ピストンに適している。   From the above results, if the network structure of crystallized material exists in the pin boss portion, the deformation resistance in the high temperature region is increased at that portion, the high temperature strength is improved, and as a result, the reciprocating motion due to the smaller diameter of the piston pin It is clear that the weight reduction of the department can be realized. In addition, it has been confirmed by a separately conducted test that high-temperature strength at the crown surface can also be higher than that of conventional materials. Therefore, the engine piston of the present invention is required to improve fuel efficiency by weight reduction while maintaining engine power, and is suitable for an aluminum alloy forged piston for downsizing.

なお上記の各実施例では、サイドウォールは薄肉(2mm)としたが、割れずに設計通り鍛造成形することができた。これに対して鍛造条件を従来の一般的な条件とした各比較例では、サイドウォールに割れが発生した。   In each of the above embodiments, the side wall is thin (2 mm), but it could be forged as designed without cracking. On the other hand, in each comparative example which made the forging conditions the conventional general condition, the crack generate | occur | produced in the side wall.

1…ピストン、 2…スカート部、 3…冠面部、 4…ピンボス部、 5…ピン孔、 6…サイドウォール、 7…肉盗み部、 20…鍛造用金型装置、 21…下型、 30…鍛造上がり材(ピストン粗形材)、 40…晶出物 42…円形領域   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piston, 2 ... Skirt part, 3 ... Crown surface part, 4 ... Pin boss part, 5 ... Pin hole, 6 ... Side wall, 7 ... Meat stealing part, 20 ... Forging die apparatus, 21 ... Lower mold, 30 ... Forged material (piston rough material), 40 ... crystallized product 42 ... circular area

Claims (5)

質量%で、
Si:10.5〜13.5%、
Fe:0.15〜0.90%、
Cu:2.5〜5.5%、
Mg:0.3%〜1.5%、
Ni:0.8〜5.0%
を含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金によって構成され、
ピンボス孔の内周面から材料内部に向けて1mmの範囲内の表面層領域中における任意の断面において、アスペクト比が3以上でかつ長径10μm以上の晶出物が、個数密度にして400個/mm以上存在して、前記晶出物が網状に分布した晶出物ネットワーク組織を形成しており、
しかも前記任意の断面において、その断面での任意の320μm×230μmの方形領域内における、前記アスペクト比および長径の条件を満たす晶出物の相互間に、その条件を満たす晶出物が存在しない領域として、直径10μmの円形領域が30以上、100以下存在することを特徴とするアルミニウム合金製鍛造エンジンピストン。
In mass%,
Si: 10.5 to 13.5%,
Fe: 0.15 to 0.90%,
Cu: 2.5 to 5.5%,
Mg: 0.3% to 1.5%
Ni: 0.8 to 5.0%
Is made of an aluminum alloy containing Al, and the balance being Al and unavoidable impurities,
In an arbitrary cross section in the surface layer region within a range of 1 mm from the inner circumferential surface of the pin boss hole to the inside of the material, 400 pieces of crystallized materials having an aspect ratio of 3 or more and a major diameter of 10 μm or more In the presence of 2 mm or more, the crystallized matter forms a network structure of the crystallized matter distributed in a network,
Moreover, in the arbitrary cross section, in any arbitrary 320 μm × 230 μm rectangular area in the cross section, an area where there is no crystallized product that satisfies the conditions satisfying the aspect ratio and the major diameter. An aluminum alloy forged engine piston characterized in that a circular area with a diameter of 10 μm is 30 or more and 100 or less.
前記アルミニウム合金が、前記各成分のほか、質量%で、P:0.003〜0.02%、Mn:0.10〜1.0%、Zr:0.04〜0.30%、V:0.01〜0.20%、Ti:0.01〜0.20%、B:0.002〜0.04%のうちの1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載のアルミニウム合金製鍛造エンジンピストン。   P: 0.003 to 0.02%, Mn: 0.10 to 1.0%, Zr: 0.04 to 0.30%, V: One or more selected from 0.01 to 0.20%, Ti: 0.01 to 0.20%, and B: 0.002 to 0.04%. Aluminum alloy forged engine piston as described in. 請求項1、請求項2のいずれかに記載された成分組成のアルミニウム合金からなる連続鋳造棒に、均質化処理として200〜500℃で2〜7時間保持する前熱処理を施し、
前記連続鋳造棒を切断して得られた短尺材を鍛造用素材として鍛造成形するにあたり
鍛造用下型に鍛造用素材を投入する際の鍛造用素材の材料温度が380〜460℃の範囲内となるように、投入前の鍛造用素材を予備加熱し、かつ鍛造用下型に鍛造用素材を投入する際の鍛造用下型の内面温度が380〜460℃の範囲内でしかも鍛造用素材の材料温度との差が±10℃以内となるように下金型を加熱しておき、
鍛造成形された鍛造上がり材を、480〜520℃の範囲内の温度で溶体化して焼入れし、その後、170〜230℃で1〜10時間保持する時効処理を施し、
さらにピストン形状に機械加工することを特徴とするアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの製造方法。
A continuous casting rod made of an aluminum alloy having the component composition according to any one of claims 1 and 2 is subjected to a preheat treatment maintained at 200 to 500 ° C for 2 to 7 hours as a homogenization treatment,
The material temperature of the forging material at the time of throwing the forging material into the lower die for forging in forming the short material obtained by cutting the continuous casting rod as the forging material is within the range of 380 to 460 ° C. So that the inner surface temperature of the forging lower die is within the range of 380 to 460 ° C. when the forging material before introduction is preheated and the forging material is introduced into the forging lower die Heat the lower mold so that the difference with the material temperature is within ± 10 ° C,
The forged material after forging is solutionized and quenched at a temperature in the range of 480 to 520 ° C., and then subjected to an aging treatment of holding at 170 to 230 ° C. for 1 to 10 hours,
A method of manufacturing an aluminum alloy forged engine piston characterized by further machining into a piston shape.
請求項3に記載のアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの製造方法において、前記溶体化処理及び焼入れを省略して、鍛造成形された鍛造上がり材に直ちに前記時効処理を施すことを特徴とするアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの製造方法。   The method for manufacturing an aluminum alloy forged engine piston according to claim 3, wherein the solution treatment and the quenching are omitted, and the forged material after forging is immediately subjected to the aging treatment. Method of manufacturing forged engine pistons. 請求項3、請求項4のいずれかの請求項に記載のアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの製造方法によって、
ピンボス孔の内周面から材料内部に向けて1mmの範囲内の表面層領域中における任意の断面において、アスペクト比が3以上でかつ長径10μm以上の晶出物が、個数密度にして400個/mm以上存在して、前記晶出物が網状に分布したネットワーク状に分散した組織を形成しており、
しかも前記任意の断面において、その断面での任意の320μm×230μmの方形領域内における、前記アスペクト比および長径の条件を満たす晶出物の相互間に、その条件を満たす晶出物が存在しない領域として、直径10μmの円形領域が30以上、100以下存在する鍛造エンジンピストンを得ることを特徴とするアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの製造方法。
A method of manufacturing an aluminum alloy forged engine piston according to any one of claims 3 and 4
In an arbitrary cross section in the surface layer region within a range of 1 mm from the inner circumferential surface of the pin boss hole to the inside of the material, 400 pieces of crystallized materials having an aspect ratio of 3 or more and a major diameter of 10 μm or more In the presence of 2 mm or more, the crystallized product forms a network-like dispersed network-like structure,
Moreover, in the arbitrary cross section, in any arbitrary 320 μm × 230 μm rectangular area in the cross section, an area where there is no crystallized product that satisfies the conditions satisfying the aspect ratio and the major diameter. A method of manufacturing an aluminum alloy forged engine piston characterized in that a forged engine piston having a diameter of 10 μm and a circular area of 30 or more and 100 or less is obtained.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114749597A (en) * 2022-04-29 2022-07-15 力野精密工业(深圳)有限公司 Precision forging process for novel compressor piston body of automobile

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