JP2705953B2 - アルミニウム合金製エンジン部品及びその製造方法 - Google Patents
アルミニウム合金製エンジン部品及びその製造方法Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
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- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
- F02F2001/008—Stress problems, especially related to thermal stress
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- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/02—Light metals
- F05C2201/021—Aluminium
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、アルミニウム合金製エンジン部品及びその
製造方法に係り、特にアルミ・シリンダヘッド及びアル
ミ・ピストンの熱疲労強度を改善したアルミニウム合金
製エンジン部品及びその製造方法に関するものである。
製造方法に係り、特にアルミ・シリンダヘッド及びアル
ミ・ピストンの熱疲労強度を改善したアルミニウム合金
製エンジン部品及びその製造方法に関するものである。
［従来の技術］ 一般に、アルミ・シリンダヘッド及びアルミ・ピスト
ンのアルミニウム合金製エンジン部品は軽量で熱伝導性
が良いことから、乗用車のエンジンに多用されている。
上記アルミ・シリンダヘッド及びアルミ・ピストンを製
造する場合、高い強度や良好な鋳造性が要求されるた
め、アルミ材の中でも主に、JIS AC2A,AC2B,AC4B,AC4C
材等が用いられている。これらアルミ材はシリンダヘッ
ド及びピストン形状の鋳型内に鋳造後、機械的性質を向
上させるためT6熱処理（溶体化処理を行った後、120〜2
00℃の適当な温度で適当な時間時効することにより高い
強度を得るもの）を行うことが多い。このT6熱処理によ
り、アルミ・シリンダヘッド及びアルミ・ピストンは、
例えば、引っ張り強度が15Kg/mm2から25Kg/mm2に、ブル
ネル硬度がHB60からHB100になり、その機械的性質は大
巾に向上していた。
ンのアルミニウム合金製エンジン部品は軽量で熱伝導性
が良いことから、乗用車のエンジンに多用されている。
上記アルミ・シリンダヘッド及びアルミ・ピストンを製
造する場合、高い強度や良好な鋳造性が要求されるた
め、アルミ材の中でも主に、JIS AC2A,AC2B,AC4B,AC4C
材等が用いられている。これらアルミ材はシリンダヘッ
ド及びピストン形状の鋳型内に鋳造後、機械的性質を向
上させるためT6熱処理（溶体化処理を行った後、120〜2
00℃の適当な温度で適当な時間時効することにより高い
強度を得るもの）を行うことが多い。このT6熱処理によ
り、アルミ・シリンダヘッド及びアルミ・ピストンは、
例えば、引っ張り強度が15Kg/mm2から25Kg/mm2に、ブル
ネル硬度がHB60からHB100になり、その機械的性質は大
巾に向上していた。
［発明が解決しようとする課題］ しかし、この種のアルミニウム合金製エンジン部品に
あっては、次の如き課題があった。
あっては、次の如き課題があった。
近年、エンジンの出力向上に伴い、第６図に示すシリ
ンダヘッド１の触火面のホットプラグ３周りや、吸気ポ
ート４及び排気ポート５のシートインサート間６等に、
第７図に示すような熱疲労亀裂７が発生したり、 また、第８図に示す如くピストン８の頭部９の熱負荷
が増大し、キャビティ10の縁部に熱疲労亀裂７が発生す
るといった問題があった。
ンダヘッド１の触火面のホットプラグ３周りや、吸気ポ
ート４及び排気ポート５のシートインサート間６等に、
第７図に示すような熱疲労亀裂７が発生したり、 また、第８図に示す如くピストン８の頭部９の熱負荷
が増大し、キャビティ10の縁部に熱疲労亀裂７が発生す
るといった問題があった。
この熱疲労亀裂７はローサイクルの熱歪が繰返し掛か
り破壊するものである。そのため、ローサイクル熱疲労
には熱負荷繰返し時に発生する内部応力が少なく、かつ
伸び特性に優れた材料の方が優位である。従って、上記
ローサイクルの熱疲労亀裂７を防止するためには、T6熱
処理が行わない方が良い。しかし、このT6熱処理を廃止
すると引張り強度や硬度が低下するので、例えば、シリ
ンダヘッド８の上側壁や内面壁、あるいはピストンピン
孔部11等のハイサイクル疲労強度が低下したり、ピスト
ンリング溝が摩耗するという問題があった。
り破壊するものである。そのため、ローサイクル熱疲労
には熱負荷繰返し時に発生する内部応力が少なく、かつ
伸び特性に優れた材料の方が優位である。従って、上記
ローサイクルの熱疲労亀裂７を防止するためには、T6熱
処理が行わない方が良い。しかし、このT6熱処理を廃止
すると引張り強度や硬度が低下するので、例えば、シリ
ンダヘッド８の上側壁や内面壁、あるいはピストンピン
孔部11等のハイサイクル疲労強度が低下したり、ピスト
ンリング溝が摩耗するという問題があった。
上記の如き課題に鑑みて本発明は、ハイサイクル及び
ローサイクル熱疲労に対して共に強度を有するアルミ・
シリンダヘッド及びアルミ・ピストン等のアルミ合金製
エンジン部品を提供することを目的とするものである。
ローサイクル熱疲労に対して共に強度を有するアルミ・
シリンダヘッド及びアルミ・ピストン等のアルミ合金製
エンジン部品を提供することを目的とするものである。
［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成すべく本発明は、アルミニウム合金製
エンジン部品の全体が、溶体化処理を行った後、人工時
効処理を施してなる硬化部にて形成され、この硬化部の
うち、ローサイクル熱疲労の生じ易い部分のみが、エン
ジンの最高温度より少なくとも10℃高い温度以上溶体化
温度未満で焼き戻してなる軟化部にて形成されたもので
ある。
エンジン部品の全体が、溶体化処理を行った後、人工時
効処理を施してなる硬化部にて形成され、この硬化部の
うち、ローサイクル熱疲労の生じ易い部分のみが、エン
ジンの最高温度より少なくとも10℃高い温度以上溶体化
温度未満で焼き戻してなる軟化部にて形成されたもので
ある。
また、アルミニウム合金をエンジン部品形状の鋳型内
で鋳造形成し、この成型品の全体を溶体化処理した後、
人工時効処理を施して硬化させ、その後、この成型品の
ローサイクル熱疲労の生じ易い部分のみをエンジンの最
高運転温度より少なくとも10℃高い温度以上溶体温度未
満で焼き戻して軟化するようにしたものである。
で鋳造形成し、この成型品の全体を溶体化処理した後、
人工時効処理を施して硬化させ、その後、この成型品の
ローサイクル熱疲労の生じ易い部分のみをエンジンの最
高運転温度より少なくとも10℃高い温度以上溶体温度未
満で焼き戻して軟化するようにしたものである。
［作用］ 上記構成によれば、アルミニウム合金をエンジン部品
形状の鋳型内で鋳造成形し、この成型品の全体を溶体化
処理した後、人工時効処理を施して硬化させ、その後、
この成型品のローサイクル熱疲労の生じ易い部分のみを
エンジンの最高温度より10℃以上溶体化温度未満で焼き
戻して軟化したため、成形品全体がハイサイクル熱疲労
に対して強度を有し、ローサイクル熱疲労の生じ易い部
分のみがローサイクル熱疲労に対して強度を有すること
になる。ここで、焼戻し温度をエンジンの最高温度より
10℃以上溶体化温度未満としたのは、この範囲を外れる
と、エンジンの運転中における熱等によって熱的変化が
起こり、軟化部が冷却後に硬化してしまうためである。
形状の鋳型内で鋳造成形し、この成型品の全体を溶体化
処理した後、人工時効処理を施して硬化させ、その後、
この成型品のローサイクル熱疲労の生じ易い部分のみを
エンジンの最高温度より10℃以上溶体化温度未満で焼き
戻して軟化したため、成形品全体がハイサイクル熱疲労
に対して強度を有し、ローサイクル熱疲労の生じ易い部
分のみがローサイクル熱疲労に対して強度を有すること
になる。ここで、焼戻し温度をエンジンの最高温度より
10℃以上溶体化温度未満としたのは、この範囲を外れる
と、エンジンの運転中における熱等によって熱的変化が
起こり、軟化部が冷却後に硬化してしまうためである。
［実施例］ 以下に本発明のアルミニウム合金製エンジン部品の一
実施例を添付図面に基づいて詳述する。
実施例を添付図面に基づいて詳述する。
本発明のアルミニウム合金製エンジン部品は、特にア
ルミ・シリンダヘッド及びアルミ・ピストンに材質的改
良を加えたものである。これらアルミ・シリンダヘッド
及びアルミ・ピストンは第６図及び第８図に示した従来
のシリンダヘッド及びピストン形状と同一形状に鋳造成
形されている。当該アルミ・シリンダヘッド及びアルミ
・ピストンは、JIS AC2A,AC2B,AC4B,AC4C,AC8A,AC8B材
等のアルミニウム合金をシリンダヘッドの離型及びピス
トンの鋳型内に夫々鋳込んで形成されたものである。そ
して、アルミ・シリンダヘッド及びアルミ・ピストン
は、夫々の全体にT6熱処理が施されて、第１図及び第２
図に示す如く、硬化部20として形成されている。また、
これらアルミ・シリンダヘッド21及びアルミ・ピストン
22のローサイクル熱疲労の生じ易い部分のみが焼き戻さ
れて軟化部23として形成されている。このローサイクル
熱疲労の生じ易い部分とは、アルミ・シリンダヘッド21
にあっては第１図に斜線で示すシリンダヘッドの触火面
２のホットプラグ３周りや、吸気ポート４及び排気ポー
ト５のシートインサート間６等であり、アルミ・ピスト
ン22にあっては第２図に斜線で示すピストン頭部９のキ
ャビティ10の周縁部である。
ルミ・シリンダヘッド及びアルミ・ピストンに材質的改
良を加えたものである。これらアルミ・シリンダヘッド
及びアルミ・ピストンは第６図及び第８図に示した従来
のシリンダヘッド及びピストン形状と同一形状に鋳造成
形されている。当該アルミ・シリンダヘッド及びアルミ
・ピストンは、JIS AC2A,AC2B,AC4B,AC4C,AC8A,AC8B材
等のアルミニウム合金をシリンダヘッドの離型及びピス
トンの鋳型内に夫々鋳込んで形成されたものである。そ
して、アルミ・シリンダヘッド及びアルミ・ピストン
は、夫々の全体にT6熱処理が施されて、第１図及び第２
図に示す如く、硬化部20として形成されている。また、
これらアルミ・シリンダヘッド21及びアルミ・ピストン
22のローサイクル熱疲労の生じ易い部分のみが焼き戻さ
れて軟化部23として形成されている。このローサイクル
熱疲労の生じ易い部分とは、アルミ・シリンダヘッド21
にあっては第１図に斜線で示すシリンダヘッドの触火面
２のホットプラグ３周りや、吸気ポート４及び排気ポー
ト５のシートインサート間６等であり、アルミ・ピスト
ン22にあっては第２図に斜線で示すピストン頭部９のキ
ャビティ10の周縁部である。
次に本発明のアルミニウム合金製エンジン部品の製造
方法の一実施例及びこれら実施例における作用を述べ
る。
方法の一実施例及びこれら実施例における作用を述べ
る。
先ず、JIS AC2A,AC2B,AC4B,AC4C,AC8A,AC8B材等のア
ルミニウム合金やシリンダヘッドの鋳型及びピストンの
鋳型内に夫々鋳込む。その後、型抜きした夫々の成形品
の全体にT6熱処理を施して、引っ張り強度及び硬度を向
上させる。これによりアルミ・シリンダヘッド21及びア
ルミ・ピストン22の夫々の全体は、上記硬化部20として
形成される。そして、T6熱処理を施したアルミ・シリン
ダヘッド21及びアルミ・ピストン22のローサイクル熱疲
労の生じ易い部分のみを焼き戻して硬化させる。具体的
には、上記第１図及び第２図に斜線で示したあっルミ・
シリンダヘッド21の触火面のホットプラグ３周りや、吸
気ポート４及び排気ポート５のシートインサート間６、
アルミ・ピストン22のピストン頭部９のキャビティ10の
周縁部を高密度エネルギー源で焼き戻してT6熱処理無し
の状態の軟化部23を形成する。この高密度エネルギー源
には、例えばティグアーク（TIG）、電子ビーム（EB）
あるいはレーザービーム（LB）等を使用する。その焼き
戻し温度条件は、エンジン部品が運転中に負荷される最
高温度よりも少なくとも10℃高い温度とし、例えば約20
0〜260℃で３時間焼戻す。焼戻し温度をエンジン部品が
運転中に負荷される最高温度よりも少なくとも10℃高い
温度としたのは、エンジンの運転中にこのエンジン部品
が熱的変化するのを防止するためであり、溶体化処理温
度を超えるとT6熱処理の効果が冷却後発生するのを防止
するためである。
ルミニウム合金やシリンダヘッドの鋳型及びピストンの
鋳型内に夫々鋳込む。その後、型抜きした夫々の成形品
の全体にT6熱処理を施して、引っ張り強度及び硬度を向
上させる。これによりアルミ・シリンダヘッド21及びア
ルミ・ピストン22の夫々の全体は、上記硬化部20として
形成される。そして、T6熱処理を施したアルミ・シリン
ダヘッド21及びアルミ・ピストン22のローサイクル熱疲
労の生じ易い部分のみを焼き戻して硬化させる。具体的
には、上記第１図及び第２図に斜線で示したあっルミ・
シリンダヘッド21の触火面のホットプラグ３周りや、吸
気ポート４及び排気ポート５のシートインサート間６、
アルミ・ピストン22のピストン頭部９のキャビティ10の
周縁部を高密度エネルギー源で焼き戻してT6熱処理無し
の状態の軟化部23を形成する。この高密度エネルギー源
には、例えばティグアーク（TIG）、電子ビーム（EB）
あるいはレーザービーム（LB）等を使用する。その焼き
戻し温度条件は、エンジン部品が運転中に負荷される最
高温度よりも少なくとも10℃高い温度とし、例えば約20
0〜260℃で３時間焼戻す。焼戻し温度をエンジン部品が
運転中に負荷される最高温度よりも少なくとも10℃高い
温度としたのは、エンジンの運転中にこのエンジン部品
が熱的変化するのを防止するためであり、溶体化処理温
度を超えるとT6熱処理の効果が冷却後発生するのを防止
するためである。
一般に焼戻しによりアルミ材のT6熱処理効果は、温度
と時間とのパラメータで示され、温度の上昇、時間の増
加と共に軟化していく。例えば、AC2B材にT6熱処理を施
し、260℃で焼き戻したときの硬度を第３図に示す。こ
の260℃では、約３時間で処理すると、Ｆ材と同等の硬
さまで軟化し、さらに100時間ではより大巾に軟化す
る。また、T6熱処理を施し、260℃で、３時間と100時間
とで焼戻したAC2B材のローサイクル熱疲労強度を第４図
に示す。図示するように、AC2B材をT6熱処理したままの
ものに比べて、３時間焼戻したものでは５倍、100時間
焼戻したものでは８倍もの驚異的な熱疲労強度を示す。
図中一点鎖線で示すＡは金型内で冷却した参考材であ
る。
と時間とのパラメータで示され、温度の上昇、時間の増
加と共に軟化していく。例えば、AC2B材にT6熱処理を施
し、260℃で焼き戻したときの硬度を第３図に示す。こ
の260℃では、約３時間で処理すると、Ｆ材と同等の硬
さまで軟化し、さらに100時間ではより大巾に軟化す
る。また、T6熱処理を施し、260℃で、３時間と100時間
とで焼戻したAC2B材のローサイクル熱疲労強度を第４図
に示す。図示するように、AC2B材をT6熱処理したままの
ものに比べて、３時間焼戻したものでは５倍、100時間
焼戻したものでは８倍もの驚異的な熱疲労強度を示す。
図中一点鎖線で示すＡは金型内で冷却した参考材であ
る。
このように鋳造成形したアルミ・シリンダヘッド21及
びアルミ・ピストン22などのアルミニウム合金製エンジ
ン部品の全体をT6熱処理して硬化部20を形成すると共
に、この硬化部20のうち、ローサイクル熱疲労に対して
強度の必要な部分のみを焼き戻してT6熱処理無しの状態
の軟化部23を形成したので、T6熱処理状態の硬化部20は
従来通りハイサイクル熱疲労に対して強度を有し、焼戻
してT6熱処理無しの状態にした軟化部ローサイクル熱疲
労に対して硬度を有することになる。
びアルミ・ピストン22などのアルミニウム合金製エンジ
ン部品の全体をT6熱処理して硬化部20を形成すると共
に、この硬化部20のうち、ローサイクル熱疲労に対して
強度の必要な部分のみを焼き戻してT6熱処理無しの状態
の軟化部23を形成したので、T6熱処理状態の硬化部20は
従来通りハイサイクル熱疲労に対して強度を有し、焼戻
してT6熱処理無しの状態にした軟化部ローサイクル熱疲
労に対して硬度を有することになる。
尚、第５図はエンジンの運転状態に伴ってエンジン部
品の温度・応力の変化を示すものである。図中Ｌはロー
サイクル域を示し、Ｈはハイサイクル（エンジンの振動
による機械的応力）を示すものである。
品の温度・応力の変化を示すものである。図中Ｌはロー
サイクル域を示し、Ｈはハイサイクル（エンジンの振動
による機械的応力）を示すものである。
［発明の効果］ 以上要するに本発明によれば、全体がハイサイクルの
熱疲労に対して強度を有すると共に、ローサイクル熱疲
労の生じ易い部分が当該ローサイクルの熱疲労に対して
強度に有するアルミニウム合金製エンジン部品を提供す
ることができる。
熱疲労に対して強度を有すると共に、ローサイクル熱疲
労の生じ易い部分が当該ローサイクルの熱疲労に対して
強度に有するアルミニウム合金製エンジン部品を提供す
ることができる。
第１図は本発明のアルミ・シリンダヘッドを示す要部平
面図、第２図は本発明のアルミ・ピストンを示す斜視
図、第３図は本発明の焼戻しの保持時間と硬さの関係を
示すグラフ、第４図は歪振幅と熱疲労寿命の関係を示す
グラフ、第５図はエンジンの運転状態に伴うエンジン部
品の温度及び応力変化を示すグラフ、第６図はシリンダ
ヘッドの触火面を示す斜視図、第７図は従来のシリンダ
ヘッドに生じた熱疲労亀裂を示す要部平面図、第８図は
従来のピストンに生じた熱疲労亀裂を示す斜視図であ
る。 図中、20は硬化部、21はアルミ・シリンダヘッド、22は
アルミ・ピストン、23は軟化部である。
面図、第２図は本発明のアルミ・ピストンを示す斜視
図、第３図は本発明の焼戻しの保持時間と硬さの関係を
示すグラフ、第４図は歪振幅と熱疲労寿命の関係を示す
グラフ、第５図はエンジンの運転状態に伴うエンジン部
品の温度及び応力変化を示すグラフ、第６図はシリンダ
ヘッドの触火面を示す斜視図、第７図は従来のシリンダ
ヘッドに生じた熱疲労亀裂を示す要部平面図、第８図は
従来のピストンに生じた熱疲労亀裂を示す斜視図であ
る。 図中、20は硬化部、21はアルミ・シリンダヘッド、22は
アルミ・ピストン、23は軟化部である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｆ 3/00 ３０２ Ｆ０２Ｆ 3/00 ３０２Ｚ (72)発明者 来住 健 神奈川県川崎市川崎区殿町３―25―１ いすゞ自動車株式会社川崎工場内 (56)参考文献 特開 昭61−246349（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】アルミニウム合金製エンジン部品の全体
が、溶体化処理を行った後、人工時効処理を施してなる
硬化部にて形成され、この硬化部のうち、ローサイクル
熱疲労の生じ易い部分のみが、エンジンの最高温度より
少なくとも10℃高い温度以上溶体化温度未満で焼き戻し
てなる軟化部にて形成されたことを特徴とするアルミニ
ウム合金製エンジン部品。 - 【請求項２】アルミニウム合金をエンジン部品形状の鋳
型内で鋳造形成し、この成型品の全体を溶体化処理した
後、人工時効処理を施して硬化させ、その後、この成型
品のローサイクル熱疲労の生じ易い部分のみをエンジン
の最高温度より少なくとも10℃高い温度以上溶体温度未
満で焼き戻して軟化するようにしたことを特徴とするア
ルミニウム合金製エンジン部品の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63265976A JP2705953B2 (ja) | 1988-10-24 | 1988-10-24 | アルミニウム合金製エンジン部品及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63265976A JP2705953B2 (ja) | 1988-10-24 | 1988-10-24 | アルミニウム合金製エンジン部品及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02115354A JPH02115354A (ja) | 1990-04-27 |
| JP2705953B2 true JP2705953B2 (ja) | 1998-01-28 |
Family
ID=17424643
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63265976A Expired - Fee Related JP2705953B2 (ja) | 1988-10-24 | 1988-10-24 | アルミニウム合金製エンジン部品及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2705953B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10322309B4 (de) * | 2003-05-17 | 2005-04-21 | Daimlerchrysler Ag | Zylinderkopf für Verbrennungsmotoren und Verfahren zu dessen Herstellung |
| JP5950082B2 (ja) * | 2012-01-25 | 2016-07-13 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の製造方法 |
| JP2019056340A (ja) * | 2017-09-22 | 2019-04-11 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 内燃機関のピストン及びピストンの製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08951B2 (ja) * | 1985-04-22 | 1996-01-10 | マツダ株式会社 | アルミニウム合金部材の製造方法 |
-
1988
- 1988-10-24 JP JP63265976A patent/JP2705953B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02115354A (ja) | 1990-04-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |