JP5526130B2 - エンジンピストン用素形材の製造方法 - Google Patents
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Description
前記鋳造棒を370〜500℃の温度で均質化処理して得られた鍛造用素材を鍛造することにより、エンジンピストン用素形材を得る鍛造工程と、
を含むことを特徴とするエンジンピストン用素形材の製造方法。
0.0025×Si添加量−0.025≦P添加量≦0.0025×Si添加量−0.02 …式(1)
ただし、P添加量及びSi添加量の単位:それぞれ質量%。
素形材における少なくともスカート部対応部及びピストンリング溝部対応部に、初晶Siが存在しており、
素形材全体において、最大径50μm以上の初晶Siが存在せず、且つ、最大径50μm以上のAl−Fe−Cr−Mn系巨大晶出物が存在しない、
ことを特徴とするエンジンピストン用素形材。
素形材の組成は、Si:11.0〜13.0質量%、Fe:0.6〜1.0質量%、Cu:3.5〜4.5質量%、Mn:0.25質量%以下、Mg:0.4〜0.6質量%、Cr:0.15質量%以下、Zr:0.07〜0.15質量%、P:0.005〜0.010質量%、Ca:0.002質量%以下を含み、残部がAl及び不可避不純物であることを特徴とするエンジンピストン用素形材。
0.0025×Si添加量−0.025≦P添加量≦0.0025×Si添加量−0.02 …式(1)
ただし、P添加量及びSi添加量の単位:それぞれ質量%。
素形材全体において、最大径50μm以上の初晶Siが存在せず、且つ、最大径50μm以上のAl−Fe−Cr−Mn系巨大晶出物が存在しない、前項4又は5記載のエンジンピストン用素形材。
Siは、アルミニウム合金の熱膨張を小さく抑制するとともに、耐摩耗性を向上させる元素である。すなわち、耐摩耗性は、初晶Siの晶出を適切な状態に制御することにより向上させることができる。
Feは、Cr及びMnなどと共に、Al−Fe−Cr−Mn系の金属間化合物として晶出し、この晶出物は高温でも安定な分散強化相となり、高温強度の向上に寄与する。
Cuは、Al−Cu(−Mg)系の金属間化合物として析出し、それの存在により150℃以下での強度や疲労強度(以下、それぞれ常温強度及び常温疲労強度と略す。)を向上させる。
Mnは、FeやCrと共に金属間化合物として晶出し、分散強化相となり、高温強度の向上に寄与する元素ではあるが、Feに比べてAl−Fe−Cr−Mn系巨大晶出物を作りやすい。そのため、Mnの添加量を0.25質量%以下とした。Mnの添加量はできる限り少ない方が望ましく、特に検出限界以下であることが望ましい。最も望ましいMnの添加量は0質量%である。
Mgは、SiやCuと共存することにより、常温強度及び常温疲労強度を向上させる元素である。Mgの添加量が0.4質量%未満では上記効果が乏しいため望ましくなく、Mgを0.6質量%を超えて添加しても上記効果が飽和する。そのため、Mgの添加量は0.4〜0.6質量%とした。
Crは、FeやMnと共に金属間化合物として晶出し、分散強化相となり、高温強度の向上に寄与する元素ではあるが、Feに比べてAl−Fe−Cr−Mn系巨大晶出物を作りやすい。そのため、Crの添加量は0.15質量%以下とした。Crの添加量はできる限り少ない方が望ましく、特に検出限界以下であることが望ましい。最も望ましいCrの添加量は0質量%である。
Zrは、350℃以上の温度でAl−Zr系金属間化合物を析出し、合金素材の高温強度を向上させる元素である。Zrの添加量が0.07質量%未満では上記効果が乏しいため望ましくなく、Zrを0.15質量%を超えて添加しても上記効果が飽和する。そのため、Zrの添加量は0.07〜0.15質量%とした。
Pは、初晶Siが晶出するSi添加量の下限値を低Si量側にずらし、更に、初晶Siの晶出物の粒径を微細化する元素である。Si添加量が高めの場合ではPを添加しないと、初晶Siが粗大化してしまう。Pの添加量が0.005質量%未満では、上記効果が乏しいため望ましくない。一方、Pの添加量が0.010質量%を超えると、上記効果が飽和し、更に、共晶Siの針状化を促進して靭性が低下するので望ましくない。そのため、Pの添加量は0.005〜0.010質量%とした。このようにすることで、初晶Siの最大径を50μm以下にすることができる。
ただし、P添加量及びSi添加量の単位:それぞれ質量%。
Caは、Pによる初晶Siの微細化および硬化を阻害する元素である。したがって、塩化マグネシウム(MgCl2)を含むフラックスを溶湯中に投入し撹拌することで、溶湯中のCa量を減少させ、Caの添加量が0.002質量%以下となるように制御する。更に好ましくは、CaとPの添加量(単位:質量%)をP>6×Caと規定することで、共晶点を挟んだ前後の量のSiを添加した場合でも、PがCaに消耗されない。その結果、AlPが生成され、このAlPが初晶Siの不均質核生成の核として有効に働くことにより、初晶Siを微細均一に晶出させることができる。これにより、耐摩耗性を向上させることができる。Caの添加量はできる限り少ない方が望ましく、特に検出限界以下であることが望ましい。最も望ましいCaの添加量は0質量%である。
2:冠面部
4:スカート部
7:ピストンリング溝部
11:エンジンピストン用素形材
12:冠面部対応部
14:スカート部対応部
17:ピストンリング部対応部
20A:水平連続鋳造装置
20B:ホットトップ連続鋳造装置
22:連続鋳造モールド
30:溶湯
31:鋳造棒
32:鍛造用素材
40:鍛造装置
Claims (6)
- Si:11.0〜13.0質量%、Fe:0.6〜1.0質量%、Cu:3.5〜4.5質量%、Mn:0.25質量%以下、Mg:0.4〜0.6質量%、Cr:0.15質量%以下、Zr:0.07〜0.15質量%、P:0.005〜0.010質量%、Ca:0.002質量%以下を含み、残部がAl及び不可避不純物からなる組成の溶湯を、連続鋳造モールド注入前の溶湯温度を720℃以上に設定して連続鋳造することにより、直径85mm以下の鋳造棒を得る連続鋳造工程と、
前記鋳造棒を370〜500℃の温度で均質化処理して得られた鍛造用素材を鍛造することにより、エンジンピストン用素形材を得る鍛造工程と、
を含むことを特徴とするエンジンピストン用素形材の製造方法。 - 前記溶湯の組成において、P添加量は次式(1)を満足している請求項1記載のエンジンピストン用素形材の製造方法。
0.0025×Si添加量−0.025≦P添加量≦0.0025×Si添加量−0.02 …式(1)
ただし、P添加量及びSi添加量の単位:それぞれ質量%。 - 請求項1又は2記載のエンジンピストン用素形材の製造方法により製造されたエンジンピストン用素形材であって、
素形材における少なくともスカート部対応部及びピストンリング溝部対応部に、初晶Siが存在しており、
素形材全体において、最大径50μm以上の初晶Siが存在せず、且つ、最大径50μm以上のAl−Fe−Cr−Mn系巨大晶出物が存在しない、
ことを特徴とするエンジンピストン用素形材。 - 鍛造で製造されたエンジンピストン用素形材であって、
素形材の組成は、Si:11.0〜13.0質量%、Fe:0.6〜1.0質量%、Cu:3.5〜4.5質量%、Mn:0.25質量%以下、Mg:0.4〜0.6質量%、Cr:0.15質量%以下、Zr:0.07〜0.15質量%、P:0.005〜0.010質量%、Ca:0.002質量%以下を含み、残部がAl及び不可避不純物であることを特徴とするエンジンピストン用素形材。 - 前記素形材の組成において、P添加量は次式(1)を満足している請求項4記載のエンジンピストン用素形材。
0.0025×Si添加量−0.025≦P添加量≦0.0025×Si添加量−0.02 …式(1)
ただし、P添加量及びSi添加量の単位:それぞれ質量%。 - 素形材における少なくともスカート部対応部及びピストンリング溝部対応部に、初晶Siが存在しており、
素形材全体において、最大径50μm以上の初晶Siが存在せず、且つ、最大径50μm以上のAl−Fe−Cr−Mn系巨大晶出物が存在しない、請求項4又は5記載のエンジンピストン用素形材。
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