JP3303661B2 - 耐熱高強度アルミニウム合金 - Google Patents
耐熱高強度アルミニウム合金Info
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- JP3303661B2 JP3303661B2 JP08665196A JP8665196A JP3303661B2 JP 3303661 B2 JP3303661 B2 JP 3303661B2 JP 08665196 A JP08665196 A JP 08665196A JP 8665196 A JP8665196 A JP 8665196A JP 3303661 B2 JP3303661 B2 JP 3303661B2
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- Japan
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- temperature
- aluminum alloy
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- alloy
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- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のピスト
ンのような高温・高荷重用途に適した耐熱高強度アルミ
ニウム合金に関する。
ンのような高温・高荷重用途に適した耐熱高強度アルミ
ニウム合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車エンジン等の内燃機関のピストン
は、高温・高荷重下で高速運動するため、軽量で且つ高
温強度が優れていることが要求される。これまで、この
ような用途に適した材料として、軽量で耐熱性に優れ且
つ低熱膨張率のＪＩＳ−ＡＣ８Ａ等のいわゆるローエッ
クス合金で代表されるピストン用アルミニウム合金が用
いられている。
は、高温・高荷重下で高速運動するため、軽量で且つ高
温強度が優れていることが要求される。これまで、この
ような用途に適した材料として、軽量で耐熱性に優れ且
つ低熱膨張率のＪＩＳ−ＡＣ８Ａ等のいわゆるローエッ
クス合金で代表されるピストン用アルミニウム合金が用
いられている。
【０００３】近年、内燃機関の高性能化に伴い、ピスト
ンの使用環境がより高温化している。これに対応するた
めに、本発明者は特開昭６４−７３０４４号公報におい
て、高温強度を高めたピストン用耐熱高強度アルミニウ
ム合金を提案した。この合金は、重量％で、Ｓｉ：１２
〜１５％、Ｃｕ：２〜５％、Ｍｇ：０．２〜１．５％、
Ｃｏ：０．５〜３％、Ｆｅ：０．３〜１％、Ｍｎ：０．
１〜１％、Ｔｉ：０．０１〜０．２％、Ｐ：０．００２
〜０．０２５％、残部Ａｌおよび不可避不純物から成
る。
ンの使用環境がより高温化している。これに対応するた
めに、本発明者は特開昭６４−７３０４４号公報におい
て、高温強度を高めたピストン用耐熱高強度アルミニウ
ム合金を提案した。この合金は、重量％で、Ｓｉ：１２
〜１５％、Ｃｕ：２〜５％、Ｍｇ：０．２〜１．５％、
Ｃｏ：０．５〜３％、Ｆｅ：０．３〜１％、Ｍｎ：０．
１〜１％、Ｔｉ：０．０１〜０．２％、Ｐ：０．００２
〜０．０２５％、残部Ａｌおよび不可避不純物から成
る。
【０００４】しかし今日、内燃機関の高性能化の趨勢は
一層強く、更に高温強度を高めたアルミニウム合金の開
発が望まれていた。
一層強く、更に高温強度を高めたアルミニウム合金の開
発が望まれていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
ピストン用耐熱高強度アルミニウム合金に対して、更に
高温強度を向上させた耐熱高強度アルミニウム合金を提
供することを目的とする。
ピストン用耐熱高強度アルミニウム合金に対して、更に
高温強度を向上させた耐熱高強度アルミニウム合金を提
供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明に
よれば、重量％で、Ｓｉ：１３〜２５％、Ｃｕ：８〜２
２％、Ｍｇ：０．２〜１．５％、Ｆｅ：０．３〜１．５
％、Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｔｉ：０．０１〜１．５
％、Ｎｉ：１〜５％、Ｐ ：０．００２〜０．４％、お
よび残部：Ａｌおよび不可避不純物から成ることを特徴
とする耐熱高強度アルミニウム合金によって達成され
る。
よれば、重量％で、Ｓｉ：１３〜２５％、Ｃｕ：８〜２
２％、Ｍｇ：０．２〜１．５％、Ｆｅ：０．３〜１．５
％、Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｔｉ：０．０１〜１．５
％、Ｎｉ：１〜５％、Ｐ ：０．００２〜０．４％、お
よび残部：Ａｌおよび不可避不純物から成ることを特徴
とする耐熱高強度アルミニウム合金によって達成され
る。
【０００７】以下、本明細書中において特に断りのない
限り成分元素の含有量を表す「％」は「重量％」の意味
で用いる。本発明のアルミニウム合金は、従来に比べて
Ｃｕを多量に含有させ、鋳放し状態でＡｌ2 Ｃｕ化合物
を生成させるようにしたことにより、高温強度を向上さ
せた。Ａｌ2 Ｃｕ化合物は、鋳放し状態で既に存在して
高温強度に寄与するので、鋳造後に特に熱処理を施す必
要はない。ただし、鋳造後に熱処理を施しても何ら不都
合はなく、例えば通常アルミニウム合金に用いる溶体
化、時効、焼鈍等に相当する温度域で熱処理を行って
も、Ａｌ2 Ｃｕ化合物の存在に実質的な影響のない限
り、熱処理を施さない場合と同等の高温強度が得られ
る。
限り成分元素の含有量を表す「％」は「重量％」の意味
で用いる。本発明のアルミニウム合金は、従来に比べて
Ｃｕを多量に含有させ、鋳放し状態でＡｌ2 Ｃｕ化合物
を生成させるようにしたことにより、高温強度を向上さ
せた。Ａｌ2 Ｃｕ化合物は、鋳放し状態で既に存在して
高温強度に寄与するので、鋳造後に特に熱処理を施す必
要はない。ただし、鋳造後に熱処理を施しても何ら不都
合はなく、例えば通常アルミニウム合金に用いる溶体
化、時効、焼鈍等に相当する温度域で熱処理を行って
も、Ａｌ2 Ｃｕ化合物の存在に実質的な影響のない限
り、熱処理を施さない場合と同等の高温強度が得られ
る。
【０００８】以下に、本発明において各成分元素の含有
量を限定した理由を説明する。 Ｓｉ：１３〜２５％ Ｓｉは耐摩耗性の向上に有効な元素であるが、１３％未
満では初晶Ｓｉが安定して晶出せず、その効果が確保で
きない。一方、２５％を超えると液相線温度が高くなっ
て鋳造時の凝固温度範囲が広がるため、鋳造性が悪くな
る。
量を限定した理由を説明する。 Ｓｉ：１３〜２５％ Ｓｉは耐摩耗性の向上に有効な元素であるが、１３％未
満では初晶Ｓｉが安定して晶出せず、その効果が確保で
きない。一方、２５％を超えると液相線温度が高くなっ
て鋳造時の凝固温度範囲が広がるため、鋳造性が悪くな
る。
【０００９】Ｃｕ：８〜２２％ Ｃｕは鋳放し状態でＡｌ2 Ｃｕ化合物を生成させて高温
強度を向上させる元素であり、特に８％以上でその効果
が安定して得られる。一方、２２％を超えるとＡｌ2 Ｃ
ｕ化合物の生成量が過剰になって靱性を劣化させるだけ
でなく、アルミニウム合金の比重が増加するため軽量化
の観点からも不利になる。特に靱性に留意する必要があ
る場合には、１６％以下とすることが望ましい。
強度を向上させる元素であり、特に８％以上でその効果
が安定して得られる。一方、２２％を超えるとＡｌ2 Ｃ
ｕ化合物の生成量が過剰になって靱性を劣化させるだけ
でなく、アルミニウム合金の比重が増加するため軽量化
の観点からも不利になる。特に靱性に留意する必要があ
る場合には、１６％以下とすることが望ましい。
【００１０】Ｍｇ：０．２〜１．５％ ＭｇはＭｇ2 Ｓｉ化合物を生成させて合金を強化する
が、０．２％未満では生成量が少ないためその効果が得
られない。一方、１．５％を超えて含有してもその効果
はほとんど増加しない。 Ｆｅ：０．３〜１．５％ ＦｅはＡｌ3 Ｆｅ相を生成させて高温強度を向上させ
る。また鋳造時に鋳造型との焼き付きを防止する効果も
ある。これらの効果は０．３％未満では弱く、１．５％
を超えて含有してもその効果はほとんど増加しない。
が、０．２％未満では生成量が少ないためその効果が得
られない。一方、１．５％を超えて含有してもその効果
はほとんど増加しない。 Ｆｅ：０．３〜１．５％ ＦｅはＡｌ3 Ｆｅ相を生成させて高温強度を向上させ
る。また鋳造時に鋳造型との焼き付きを防止する効果も
ある。これらの効果は０．３％未満では弱く、１．５％
を超えて含有してもその効果はほとんど増加しない。
【００１１】Ｍｎ：０．１〜２．５％ Ｍｎは針状のＡｌ3 Ｆｅ相を塊状にして靱性を向上さ
せ、Ａｌ中に固溶してマトリクスを強化する。また、Ａ
ｌ6 Ｍｎを生成させて高温強度の向上に寄与する。０．
１％未満ではこれらの効果が弱く、２．５％を超えると
Ａｌ6 Ｍｎの生成量が過剰になり良好な靱性が得難くな
る。
せ、Ａｌ中に固溶してマトリクスを強化する。また、Ａ
ｌ6 Ｍｎを生成させて高温強度の向上に寄与する。０．
１％未満ではこれらの効果が弱く、２．５％を超えると
Ａｌ6 Ｍｎの生成量が過剰になり良好な靱性が得難くな
る。
【００１２】Ｔｉ：０．０１〜１．５％ Ｔｉは組織微細化の効果があり、良好な機械的性質を安
定して確保する上で必要であり、また強度の向上にも寄
与する。０．０１％未満ではこれらの効果が得られず、
１．５％を超えるとＡｌ3 Ｔｉが生成して靱性が劣化す
る。 Ｎｉ：１〜５％ ＮｉはＡｌ−Ｆｅ−Ｎｉ、Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ等の化合物
を生成させて高温強度を向上させる。１％未満ではこの
効果が小さく、５％を超えるとＡｌ3 Ｎｉが晶出して靱
性が劣化する。
定して確保する上で必要であり、また強度の向上にも寄
与する。０．０１％未満ではこれらの効果が得られず、
１．５％を超えるとＡｌ3 Ｔｉが生成して靱性が劣化す
る。 Ｎｉ：１〜５％ ＮｉはＡｌ−Ｆｅ−Ｎｉ、Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ等の化合物
を生成させて高温強度を向上させる。１％未満ではこの
効果が小さく、５％を超えるとＡｌ3 Ｎｉが晶出して靱
性が劣化する。
【００１３】Ｐ：０．００２〜０．４％ Ｐは初晶Ｓｉを分散させて靱性を向上させる効果があ
る。０．００２％未満ではこの効果が小さく、０．４％
を超えても含有してもその効果はほとんど増加しない。
る。０．００２％未満ではこの効果が小さく、０．４％
を超えても含有してもその効果はほとんど増加しない。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に、実施例により本発明を更
に詳細に説明する。 〔実施例〕表１に示した化学組成の本発明による合金１
〜４を下記の手順で鋳造した。表１中のＰ以外の成分か
ら成る組成の合金を８００℃で溶解し、脱ガス処理およ
びＰ添加を行って表１の組成に調整した後、溶湯温度７
５０℃で常温の舟金型内に注湯した。
に詳細に説明する。 〔実施例〕表１に示した化学組成の本発明による合金１
〜４を下記の手順で鋳造した。表１中のＰ以外の成分か
ら成る組成の合金を８００℃で溶解し、脱ガス処理およ
びＰ添加を行って表１の組成に調整した後、溶湯温度７
５０℃で常温の舟金型内に注湯した。
【００１５】得られた鋳物からＪＩＳ４号引張試験片を
機械加工により作製し、２０トンのオートグラフ試験機
により引張速度１ｍｍ／分で引張試験を行った。試験温
度は、室温、１５０℃、２５０℃および３００℃の４水
準とした。その際、室温以外の高温での試験について
は、各試験温度と同じ温度での熱処理を１００時間施し
た後に試験に供した。これは、実際にピストンが使用さ
れる場合、使用温度での累積保持時間が長くなるほど材
料の強度が低下することを考慮し、そのような実機条件
を近似した強度評価を行うためである。
機械加工により作製し、２０トンのオートグラフ試験機
により引張速度１ｍｍ／分で引張試験を行った。試験温
度は、室温、１５０℃、２５０℃および３００℃の４水
準とした。その際、室温以外の高温での試験について
は、各試験温度と同じ温度での熱処理を１００時間施し
た後に試験に供した。これは、実際にピストンが使用さ
れる場合、使用温度での累積保持時間が長くなるほど材
料の強度が低下することを考慮し、そのような実機条件
を近似した強度評価を行うためである。
【００１６】本発明による合金１〜４についての引張試
験結果を表３にまとめて示す。 〔比較例〕比較のため、表２に示した化学組成の合金５
〜１０を、実施例と同様な手順で鋳造した。得られた鋳
物のうち、従来の析出強化型合金である合金５〜９につ
いては、５１０℃で５時間の溶体化処理を施した後、２
１０℃で５時間の時効処理を行った。その後、実施例と
同様に引張試験片を機械加工した。その際、合金１０は
本発明の組成範囲に対してＣｕ量が過剰なため靱性が極
めて低く、機械加工により試験片を作製することができ
なかった。
験結果を表３にまとめて示す。 〔比較例〕比較のため、表２に示した化学組成の合金５
〜１０を、実施例と同様な手順で鋳造した。得られた鋳
物のうち、従来の析出強化型合金である合金５〜９につ
いては、５１０℃で５時間の溶体化処理を施した後、２
１０℃で５時間の時効処理を行った。その後、実施例と
同様に引張試験片を機械加工した。その際、合金１０は
本発明の組成範囲に対してＣｕ量が過剰なため靱性が極
めて低く、機械加工により試験片を作製することができ
なかった。
【００１７】合金５〜９について作製した試験片を用
い、実施例と同様な条件で引張試験を行った。得られた
結果を表４にまとめて示す。
い、実施例と同様な条件で引張試験を行った。得られた
結果を表４にまとめて示す。
【００１８】
【表１】
【００１９】
【表２】
【００２０】
【表３】
【００２１】
【表４】
【００２２】表３と表４とを比較すると、本発明の合金
１〜４は従来の合金５〜９に比べて、室温および１５０
℃では同等の引張強度であるが、２５０℃および３００
℃では引張強度が顕著に向上していることが分かる。上
記実施例では本発明の合金は鋳放し状態について試験を
行ったが、鋳造後に比較例と同様に溶体化および時効を
施した場合も、鋳放し状態と同等の引張強度が得られ
た。すなわち本発明の合金は、鋳造後の熱処理の有無に
よらず同等の優れた高温強度が得られるので、溶体化お
よび時効を必要とした従来の合金に比べて熱処理省略に
よるコスト低減が可能である。
１〜４は従来の合金５〜９に比べて、室温および１５０
℃では同等の引張強度であるが、２５０℃および３００
℃では引張強度が顕著に向上していることが分かる。上
記実施例では本発明の合金は鋳放し状態について試験を
行ったが、鋳造後に比較例と同様に溶体化および時効を
施した場合も、鋳放し状態と同等の引張強度が得られ
た。すなわち本発明の合金は、鋳造後の熱処理の有無に
よらず同等の優れた高温強度が得られるので、溶体化お
よび時効を必要とした従来の合金に比べて熱処理省略に
よるコスト低減が可能である。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来よりも更に高温強度が向上した耐熱高強度アルミニ
ウム合金が提供される。更に、本発明の合金は、鋳造後
の熱処理の有無によらず同等の優れた高温強度を発揮す
るので、熱処理の省略によるコスト低減もできる。
従来よりも更に高温強度が向上した耐熱高強度アルミニ
ウム合金が提供される。更に、本発明の合金は、鋳造後
の熱処理の有無によらず同等の優れた高温強度を発揮す
るので、熱処理の省略によるコスト低減もできる。
Claims (1)
- 【請求項１】 重量％で、 Ｓｉ：１３〜２５％、 Ｃｕ：１１．８〜１６％、 Ｍｇ：０．２〜１．５％、 Ｆｅ：０．３〜１．５％、 Ｍｎ：０．１〜２．５％、 Ｔｉ：０．０１〜１．５％、 Ｎｉ：１〜５％、 Ｐ ：０．００２〜０．４％、および 残部：Ａｌおよび不可避不純物 から成ることを特徴とする耐熱高強度アルミニウム合
金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08665196A JP3303661B2 (ja) | 1996-04-09 | 1996-04-09 | 耐熱高強度アルミニウム合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08665196A JP3303661B2 (ja) | 1996-04-09 | 1996-04-09 | 耐熱高強度アルミニウム合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09272939A JPH09272939A (ja) | 1997-10-21 |
| JP3303661B2 true JP3303661B2 (ja) | 2002-07-22 |
Family
ID=13892943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08665196A Expired - Fee Related JP3303661B2 (ja) | 1996-04-09 | 1996-04-09 | 耐熱高強度アルミニウム合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3303661B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6168675B1 (en) | 1997-12-15 | 2001-01-02 | Alcoa Inc. | Aluminum-silicon alloy for high temperature cast components |
| EP1721022A2 (de) * | 2004-01-12 | 2006-11-15 | KS Kolbenschmidt GmbH | Warmfeste aluminium-silizium-kolbenlegierung |
| JP4665413B2 (ja) * | 2004-03-23 | 2011-04-06 | 日本軽金属株式会社 | 高剛性・低線膨張率を有する鋳造用アルミニウム合金 |
| JP5048996B2 (ja) | 2006-11-10 | 2012-10-17 | 昭和電工株式会社 | 加工性に優れた耐摩耗性アルミニウム合金材およびその製造方法 |
| JPWO2021112155A1 (ja) * | 2019-12-04 | 2021-06-10 |
-
1996
- 1996-04-09 JP JP08665196A patent/JP3303661B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09272939A (ja) | 1997-10-21 |
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Legal Events
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