JP5588884B2 - Magnesium alloy forged piston manufacturing method and magnesium alloy forged piston - Google Patents

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Description

本発明は、マグネシウム合金素材を鍛造してピストンを製造するマグネシウム合金鍛造ピストンの製造方法およびこの製造方法により得られたマグネシウム合金鍛造ピストンに関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a magnesium alloy forged piston for manufacturing a piston by forging a magnesium alloy material, and a magnesium alloy forged piston obtained by this manufacturing method.

近年、内燃機関用のピストンとして、鍛造により形成された鍛造ピストンが採用されつつある。鍛造ピストンは、高温における強度、耐摩耗性に優れているので、鍛造ピストンを採用すると、爆発圧力を高くして高出力化を図ったり、ピストンスカートを小さく(あるいは薄く)して軽量化を図ったりすることができる。   In recent years, forged pistons formed by forging are being adopted as pistons for internal combustion engines. Forged pistons are superior in strength and wear resistance at high temperatures. If a forged piston is used, the explosion pressure is increased to increase the output, and the piston skirt is made smaller (or thinner) to reduce the weight. Can be.

また、近年、地球環境保全の意識の高まりから、自動車の燃費向上の要請が強まり、自動車用軽量材料の開発が強く求められようになっている。マグネシウム合金は現在実用化されている金属材料の中で最も低密度であり、マグネシウム合金を用いた鍛造ピストンも多く開発されている(例えば、特許文献1、2参照)。
これらのようなピストンの鍛造においては、通常、鍛造工程を短縮するために1ブローで成形されており、そのために鍛造金型の内径とほぼ等しい素材を金型内に投入し、素材の外形を拘束して、スカート部、ボス部へのメタル流動を形成させるのが通常の方法である。
Further, in recent years, with the growing awareness of global environmental conservation, there has been an increasing demand for improving the fuel efficiency of automobiles, and the development of lightweight materials for automobiles has been strongly demanded. Magnesium alloys have the lowest density among metal materials currently in practical use, and many forged pistons using magnesium alloys have been developed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
In piston forging such as these, it is usually formed by one blow in order to shorten the forging process. For this purpose, a material substantially equal to the inner diameter of the forging die is introduced into the die, and the outer shape of the material is set. It is a normal method to restrain and form a metal flow to the skirt part and the boss part.

ここで、ピストンにおいては、その頂面部はピストンの稼働時に最も高温に暴露され、熱負荷が厳しいことから、特性として最も強度が要求される部位である。そのため、頂面部の強度を向上させることが必要である。鍛造材における強度の向上に関しては、鍛造圧下率を高める(歪み量を増やす)ことにより、強度が向上することが知られている(例えば、特許文献3参照)。   Here, in the piston, the top surface portion is exposed to the highest temperature during operation of the piston, and the heat load is severe. Therefore, it is necessary to improve the strength of the top surface portion. Regarding the improvement of the strength of the forged material, it is known that the strength is improved by increasing the forging reduction rate (increasing the amount of strain) (for example, see Patent Document 3).

特開平09−263871号公報Japanese Patent Laid-Open No. 09-263871 特開2008−036710号公報JP 2008-036710 A 特許第2763175号公報Japanese Patent No. 2763175

しかしながら、従来の技術においては以下に示す問題がある。
特許文献3の記載から、歪みを高めることにより高強度化が可能であるが、本発明者らが検討したところによると、通常の鍛造加工においては、鍛造材の頂面部の歪みを高めることは難しく、頂面部の強度を向上させることは困難である。
However, the conventional techniques have the following problems.
From the description of Patent Document 3, it is possible to increase the strength by increasing the strain. However, according to the study by the present inventors, in the normal forging process, it is possible to increase the distortion of the top surface portion of the forging material. It is difficult to improve the strength of the top surface portion.

具体的には、鍛造時の素材メタルの流動は、円筒状金型の拘束によって、頂面部となる部位はデッドメタルとなって大きな歪みは加わらず、外周部のメタルがスカート方向やボス部に向かって流動してしまう。そのために、頂面部の強度はスカート部に比較して低くなり、優れた特性を十分に発揮することができない。   Specifically, the flow of the material metal during forging is due to the restraint of the cylindrical mold, the top surface part becomes dead metal and no significant distortion is applied, and the metal on the outer periphery moves in the skirt direction or boss part. It will flow toward you. Therefore, the strength of the top surface portion is lower than that of the skirt portion, and the excellent characteristics cannot be fully exhibited.

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、ピストンの頂面部の耐力を十分に向上させることができるマグネシウム合金鍛造ピストンの製造方法およびマグネシウム合金鍛造ピストンを提供することを課題とする。   This invention is made | formed in view of the said problem, and makes it a subject to provide the manufacturing method of a magnesium alloy forge piston and magnesium alloy forge piston which can fully improve the yield strength of the top surface part of a piston. .

前記課題を解決するために、本発明に係るマグネシウム合金鍛造ピストン(以下、適宜、ピストンという)の製造方法は、鍛造により製造されるマグネシウム合金鍛造ピストンの製造方法であって、マグネシウム合金からなる丸棒状の鋳塊素材を鍛造する鍛造工程において、ピストン鍛造用金型の内径をD、前記鋳塊素材の外径をdとしたときに、前記外径dを前記内径Dで割った値(d/D)が85%以下、且つ、鍛造時における前記鋳塊素材の温度が250〜400℃となる条件で鍛造することを特徴とする。なお、d/Dの値は百分率として示している(以下同じ)。   In order to solve the above-mentioned problem, a magnesium alloy forged piston according to the present invention (hereinafter referred to as “piston” as appropriate) is a method for producing a magnesium alloy forged piston manufactured by forging, and is a round made of magnesium alloy. In a forging process for forging a bar-shaped ingot material, a value obtained by dividing the outer diameter d by the inner diameter D when the inner diameter of the piston forging die is D and the outer diameter of the ingot material is d (d / D) is 85% or less, and forging is performed under the condition that the temperature of the ingot material at the time of forging is 250 to 400 ° C. The value of d / D is shown as a percentage (the same applies hereinafter).

このような製造方法によれば、鍛造工程において、d/Dを所定に規定することで、径方向へメタルが流動し、鍛造材(ピストン)の頂面部の加工歪みが増大する。また、鋳塊素材の温度が250〜400℃となる条件で鍛造することで、鍛造材(ピストン)に割れが生じることなく、鍛造材(ピストン)の頂面部の加工歪みが増大する。これらの作用により、ピストンの頂面部の強度が向上する。   According to such a manufacturing method, in the forging process, by defining d / D to a predetermined value, the metal flows in the radial direction, and the processing distortion of the top surface portion of the forged material (piston) increases. Further, by forging under the condition that the temperature of the ingot material is 250 to 400 ° C., the forging material (piston) is not cracked, and the processing distortion of the top surface portion of the forging material (piston) increases. By these actions, the strength of the top surface portion of the piston is improved.

また、前記鍛造時における前記鋳塊素材の温度が250℃以上350℃未満となる条件で鍛造することが好ましい。
このような製造方法によれば、頂面部の加工歪みがより増大しやすくなり、ピストンの頂面部の強度がより向上しやすくなる。
Moreover, it is preferable to forge on the conditions that the temperature of the said ingot raw material at the time of the said forging becomes 250 degreeC or more and less than 350 degreeC.
According to such a manufacturing method, the processing distortion of the top surface portion is easily increased, and the strength of the top surface portion of the piston is easily improved.

本発明に係るマグネシウム合金鍛造ピストンの製造方法は、鍛造により製造されるマグネシウム合金鍛造ピストンの製造方法であって、マグネシウム合金からなる丸棒状の鋳塊素材を鍛造する鍛造工程が、荒鍛造を行った後、仕上げ鍛造を行う工程からなり、前記鍛造工程において、前記荒鍛造に使用する荒鍛造用金型の内径をD、前記鋳塊素材の外径をdとしたときに、前記外径dを前記内径Dで割った値(d/D)が85%以下であり、前記荒鍛造用金型における、前記マグネシウム合金鍛造ピストンの頂面部となる部位が接する部位が凸形状であり、且つ、前記荒鍛造時における前記鋳塊素材の温度が250〜400℃となる条件で鍛造することを特徴とする。   A method for producing a magnesium alloy forged piston according to the present invention is a method for producing a magnesium alloy forged piston produced by forging, wherein a forging process for forging a round bar-shaped ingot material made of magnesium alloy performs rough forging. Then, in the forging step, when the inner diameter of the rough forging die used for the rough forging is D and the outer diameter of the ingot material is d, the outer diameter d The value (d / D) divided by the inner diameter D is 85% or less, and the portion of the rough forging die that is in contact with the top surface portion of the magnesium alloy forged piston is convex, and Forging is performed under the condition that the temperature of the ingot material during the rough forging is 250 to 400 ° C.

このような製造方法によれば、鍛造工程において、荒鍛造時にd/Dを所定に規定することで、径方向へメタルが流動し、荒鍛造材(および鍛造材(ピストン))の頂面部の加工歪みが増大する。また、前記荒鍛造用金型のピストンの頂面部となる部位が接する部位を凸形状とすることで、荒鍛造材(および鍛造材(ピストン))の頂面部に歪みが集中し、頂面部の加工歪みが増大する。さらに、荒鍛造時における鋳塊素材の温度が250〜400℃となる条件で鍛造することで、荒鍛造材に割れが生じることなく、荒鍛造材(および鍛造材(ピストン))の頂面部の加工歪みが増大する。これらの作用により、ピストンの頂面部の強度が向上する。   According to such a manufacturing method, in the forging process, the metal flows in the radial direction by prescribing d / D at the time of rough forging, and the top surface portion of the rough forged material (and the forged material (piston)). Processing distortion increases. In addition, by forming a portion where the top surface portion of the piston of the rough forging die contacts with a convex shape, strain is concentrated on the top surface portion of the rough forging material (and the forging material (piston)), and the top surface portion Processing distortion increases. Furthermore, by forging under the condition that the temperature of the ingot material at the time of rough forging is 250 to 400 ° C., cracking of the rough forged material does not occur, and the top surface portion of the rough forged material (and forged material (piston)) Processing distortion increases. By these actions, the strength of the top surface portion of the piston is improved.

また、前記荒鍛造時における前記鋳塊素材の温度が250℃以上350℃未満となる条件で鍛造することが好ましい。
このような製造方法によれば、頂面部の加工歪みがより増大しやすくなり、ピストンの頂面部の強度がより向上しやすくなる。
Moreover, it is preferable to forge on the conditions that the temperature of the said ingot raw material at the time of the said rough forging becomes 250 to 350 degreeC.
According to such a manufacturing method, the processing distortion of the top surface portion is easily increased, and the strength of the top surface portion of the piston is easily improved.

さらに、前記鍛造時、あるいは、前記荒鍛造時において、前記外径dを前記内径Dで割った値(d/D)が60%以上70%未満であることが好ましい。
このような製造方法によれば、d/Dをさらにこの範囲とすることで、鍛造欠陥や座屈変形がより生じにくくなるとともに頂面部の加工歪みがより向上しやすくなり、ピストンの頂面部の強度がより向上しやすくなる。
Further, at the time of the forging or the rough forging, a value (d / D) obtained by dividing the outer diameter d by the inner diameter D is preferably 60% or more and less than 70%.
According to such a manufacturing method, by further setting d / D within this range, forging defects and buckling deformation are less likely to occur, and processing distortion of the top surface portion is more easily improved, and the top surface portion of the piston is improved. Strength becomes easier to improve.

本発明に係るマグネシウム合金鍛造ピストンは、前記記載のマグネシウム合金鍛造ピストンの製造方法により得られたことを特徴とする。   The magnesium alloy forged piston according to the present invention is obtained by the method for producing a magnesium alloy forged piston described above.

このような構成によれば、ピストンは前記製造方法により製造されたものであるため、頂面部の強度に優れたものとなる。   According to such a configuration, since the piston is manufactured by the above manufacturing method, the strength of the top surface portion is excellent.

また、前記マグネシウム合金鍛造ピストンの材料である合金が、Mg-Gd-Zn系合金、あるいは、Mg-Gd-Zn-Zr系合金であるピストンとすることができる。
このような構成によれば、Mg-Gd-Zn系合金や、Mg-Gd-Zn-Zr系合金のピストンにおいて、耐熱性に優れたものとなる。
The magnesium alloy forged piston material may be a Mg-Gd-Zn alloy or a Mg-Gd-Zn-Zr alloy.
According to such a configuration, the piston of Mg—Gd—Zn alloy or Mg—Gd—Zn—Zr alloy has excellent heat resistance.

本発明に係るマグネシウム合金鍛造ピストンの製造方法によれば、頂面部の耐力が十分に向上し、頂面部の強度に優れたピストンを製造することができる。
本発明に係るマグネシウム合金鍛造ピストンは、頂面部の耐力が250MPa以上と高く、頂面部の強度に優れる。
According to the method for manufacturing a magnesium alloy forged piston according to the present invention, the yield strength of the top surface portion can be sufficiently improved, and a piston excellent in the strength of the top surface portion can be manufactured.
The magnesium alloy forged piston according to the present invention has a high yield strength of 250 MPa or more at the top surface portion, and is excellent in strength at the top surface portion.

本発明に係るマグネシウム合金鍛造ピストンの製造方法の鍛造工程における第1の鍛造方法を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the 1st forge method in the forge process of the manufacturing method of the magnesium alloy forge piston which concerns on this invention. 本発明に係るマグネシウム合金鍛造ピストンの製造方法の鍛造工程における第2の鍛造方法を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the 2nd forge method in the forge process of the manufacturing method of the magnesium alloy forge piston which concerns on this invention. 本発明に係るマグネシウム合金鍛造ピストンの模式図である。It is a schematic diagram of the magnesium alloy forged piston according to the present invention.

以下、本発明に係るマグネシウム合金鍛造ピストンの製造方法およびマグネシウム合金鍛造ピストンについて、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, a magnesium alloy forged piston manufacturing method and a magnesium alloy forged piston according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

まず、図1、2を参照して本発明に係るピストンの製造方法に用いる鍛造装置について説明する。なお、本実施形態では、図1、2の鍛造材15、25は、マグネシウム合金鍛造ピストンでもあるとして説明する。
≪鍛造装置≫
図1に示すように、鍛造装置10は、鋳塊素材1を配置するピストン鍛造用金型11と、ピストン鍛造用金型11内に配置した鋳塊素材1を鍛造するためのポンチ12を備えている。なお、鍛造装置10は、後記する鍛造工程での所定条件を満たすものであれば、特に限定されるものではない。
ピストン鍛造用金型11は、鍛造工程における第1の鍛造方法に用いるものであり、ピストン鍛造用金型11としては、円筒状の金型を用いる。よって、金型内部は、平面視において円形である。
First, a forging device used in a method for manufacturing a piston according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the forging materials 15 and 25 in FIGS. 1 and 2 will be described as being magnesium alloy forging pistons.
≪Forging equipment≫
As shown in FIG. 1, the forging device 10 includes a piston forging die 11 for arranging the ingot material 1 and a punch 12 for forging the ingot material 1 arranged in the piston forging die 11. ing. The forging device 10 is not particularly limited as long as it satisfies a predetermined condition in a forging process described later.
The piston forging die 11 is used in the first forging method in the forging process, and the piston forging die 11 is a cylindrical die. Therefore, the inside of the mold is circular in plan view.

図2に示すように、鍛造装置20は、鋳塊素材2を配置する荒鍛造用金型21と、荒鍛造用金型21内に配置した鋳塊素材2を荒鍛造するためのポンチ22を備えている。なお、鍛造装置20は、後記する鍛造工程での所定条件を満たすものであれば、特に限定されるものではない。
荒鍛造用金型21は、鍛造工程における第2の鍛造方法に用いるものであり、最終的に製造されるマグネシウム合金鍛造ピストン25の頂面部Aとなる部位(すなわち、前段階で製造される荒鍛造材24あるいは鍛造材25(図2では、ピストン25としても示している)の頂面部Aとなる部位)が接する部位aが凸形状をしている。この凸形状により、後記するように頂面部Aの加工歪みが増大し、頂面部Aの強度がさらに向上したものとなる。なお、その他の荒鍛造用金型21の形状については、前記ピストン鍛造用金型11での説明と同様であるため、ここでは説明を省略する。
また、荒鍛造で成形された荒鍛造材24は、図示しない鍛造装置により仕上げ鍛造されるが、仕上げ鍛造に用いる鍛造装置の構成は、ピストン鍛造用金型11の構成とほぼ同様であるため、ここでは説明を省略する。
As shown in FIG. 2, the forging device 20 includes a rough forging die 21 for placing the ingot material 2 and a punch 22 for rough forging the ingot material 2 arranged in the rough forging die 21. I have. The forging device 20 is not particularly limited as long as it satisfies a predetermined condition in a forging process described later.
The rough forging die 21 is used in the second forging method in the forging process, and is a portion (that is, a rough portion manufactured in the previous stage) that becomes the top surface portion A of the magnesium alloy forged piston 25 to be finally manufactured. The part a which the forged material 24 or the forged material 25 (the part which becomes the top surface portion A of the piston 25 in FIG. 2) contacts has a convex shape. By this convex shape, as will be described later, the processing distortion of the top surface portion A increases, and the strength of the top surface portion A is further improved. In addition, about the shape of the other rough forging die 21, since it is the same as that of the description in the said piston forging die 11, description is abbreviate | omitted here.
The rough forging material 24 formed by rough forging is finish forged by a forging device (not shown), but the configuration of the forging device used for finish forging is substantially the same as the configuration of the piston forging die 11. The description is omitted here.

≪マグネシウム合金鍛造ピストンの製造方法≫
本発明に係るマグネシウム合金鍛造ピストンの製造方法(ピストンの製造方法)は、鍛造により製造されるピストンの製造方法であって、鍛造工程を含む。さらに必要に応じて、鋳塊素材作製工程、均質化熱処理工程、調質処理工程を含んでもよい。以下、各工程について説明する。
≪Manufacturing method of magnesium alloy forged piston≫
A magnesium alloy forged piston manufacturing method (piston manufacturing method) according to the present invention is a piston manufacturing method manufactured by forging, and includes a forging step. Furthermore, you may include an ingot raw material preparation process, a homogenization heat treatment process, and a tempering process process as needed. Hereinafter, each step will be described.

<鋳塊素材作製工程>
鋳塊素材作製工程は、マグネシウム合金からなる丸棒状の鋳塊素材を作製する工程である。
鋳塊素材作製工程は、マグネシウム合金を溶解、鋳造して鋳塊を作製する溶解鋳造工程と、鋳塊を所定の長さに切断する切断工程とからなる。
<Ingot material production process>
The ingot material production step is a step of producing a round bar-shaped ingot material made of a magnesium alloy.
The ingot material production process includes a melting and casting process in which a magnesium alloy is melted and cast to produce an ingot, and a cutting process in which the ingot is cut into a predetermined length.

用いるマグネシウム合金としては特に限定されるものではなく、どのような合金種でもよいが、例えば、Mg-Zn系合金、Mg-Al系合金、Mg-Re系合金、Mg-Re-Zn系合金等が挙げられる。ここで、Reは、Y,Sm,Gd,Er,Ce,La,Nd,Hoのうち1種または2種以上からなり、含有量は2〜15質量%である。また、これらの合金においては、結晶粒微細化剤としてのZrを0〜1質量%程度含む場合もある。これらの具体例としては、Mg-Gd-Zn系合金、Mg-Gd-Zn-Zr系合金や、WE54合金が挙げられる。   The magnesium alloy to be used is not particularly limited and may be any alloy type. For example, Mg—Zn alloy, Mg—Al alloy, Mg—Re alloy, Mg—Re—Zn alloy, etc. Is mentioned. Here, Re is composed of one or more of Y, Sm, Gd, Er, Ce, La, Nd, and Ho, and the content is 2 to 15% by mass. Moreover, in these alloys, Zr as a crystal grain refiner may be contained about 0-1 mass%. Specific examples thereof include an Mg—Gd—Zn alloy, an Mg—Gd—Zn—Zr alloy, and a WE54 alloy.

溶解鋳造工程では、所定の組成を有するマグネシウム合金を溶解した溶湯から、例えば、直径が50〜70mmの長尺の丸棒状鋳塊を作製する。マグネシウム合金を溶解、鋳造する方法は、特に限定されるものではなく、従来公知の方法を用いればよい。例えば、真空誘導炉を用いて溶解し、連続鋳造法や、半連続鋳造法を用いて鋳造することができる。   In the melting and casting step, a long round bar-shaped ingot having a diameter of 50 to 70 mm is produced from a molten metal in which a magnesium alloy having a predetermined composition is melted. The method for melting and casting the magnesium alloy is not particularly limited, and a conventionally known method may be used. For example, it can be melted using a vacuum induction furnace and cast using a continuous casting method or a semi-continuous casting method.

切断工程では、鋳塊(長尺の丸棒状鋳塊)を切断機によって、鍛造素材として必要な長さに切断し、鋳塊素材(丸棒素材)とする。なお、この切断の前に、鋳塊にピーリングを行ってもよい。   In the cutting step, the ingot (long round bar-shaped ingot) is cut into a length required as a forging material by a cutting machine to obtain an ingot material (round bar material). Note that the ingot may be peeled before this cutting.

<均質化熱処理工程>
均質化熱処理工程は、鋳塊素材に均質化熱処理を行う工程である。
鋳塊素材に均質化熱処理を施すことによって、鋳造時に晶出した金属間化合物を拡散固溶させて組織が均質化される。均質化熱処理は、加熱炉において、固相線以下の温度、例えば、400〜500℃で数時間〜数十時間保持する条件で行えばよい。この条件で熱処理を行うことで、十分な均質化を行うことができる。なお、均質化熱処理には、空気炉、誘導加熱炉、硝石炉等が適宜用いられる。但し、特に必要がない場合には省略する。
<Homogenization heat treatment process>
The homogenization heat treatment step is a step of performing homogenization heat treatment on the ingot material.
By subjecting the ingot material to homogenization heat treatment, the intermetallic compound crystallized at the time of casting is diffused and dissolved to homogenize the structure. The homogenization heat treatment may be performed in a heating furnace at a temperature below the solidus, for example, at 400 to 500 ° C. for several hours to several tens of hours. By performing the heat treatment under these conditions, sufficient homogenization can be performed. For the homogenization heat treatment, an air furnace, an induction heating furnace, a glass stone furnace or the like is appropriately used. However, it is omitted if it is not particularly necessary.

<鍛造工程>
鍛造工程は、マグネシウム合金からなる丸棒状の鋳塊素材を鍛造する工程である。なお、前記均質化熱処理を行う場合は、均質化熱処理された鋳塊素材を鍛造する。
鋳塊素材は、鍛造開始温度まで加熱される。均質化熱処理を施した場合には、均質化熱処理後に一旦室温まで冷却された鋳塊素材が、鍛造開始温度まで再加熱される。そして、メカニカルプレスによる鍛造や油圧プレスによる鍛造等により熱間鍛造して、ピストンの形状に鍛造加工される。
ここで、本発明においては、鍛造工程において、以下の2通りの方法を用いることができる。
<Forging process>
The forging process is a process of forging a round bar-shaped ingot material made of a magnesium alloy. In addition, when performing the said homogenization heat processing, the ingot raw material by which the homogenization heat processing was carried out is forged.
The ingot material is heated to the forging start temperature. When the homogenization heat treatment is performed, the ingot material once cooled to room temperature after the homogenization heat treatment is reheated to the forging start temperature. Then, hot forging is performed by forging using a mechanical press or forging using a hydraulic press, and the piston is forged.
Here, in the present invention, the following two methods can be used in the forging step.

[第1の鍛造方法]
第1の鍛造方法は、1回の鍛造、すなわち1ブローで鍛造を行うものである。図1に示すように、鋳塊素材1に対して所定の方向(図中に白い矢印で示す方向)に応力を印加しながら鍛造を行うことによって、最終的に、例えば図3に示すような形状のピストン30が得られる。この鍛造は、鋳塊素材1を鍛造装置10におけるピストン鍛造用金型11内に配置した後にポンチ12を下降させることによって行われる。
そして、この鍛造において、ピストン鍛造用金型11の内径をD、鋳塊素材1の外径をdとしたときに、外径dを内径Dで割った値(d/D)が85%以下、且つ、鍛造時における鋳塊素材1の温度が250〜400℃となる条件で鍛造する。
[First forging method]
The first forging method is forging by one forging, that is, one blow. As shown in FIG. 1, forging is performed while applying stress to the ingot material 1 in a predetermined direction (direction indicated by a white arrow in the figure), and finally, for example, as shown in FIG. 3. A shaped piston 30 is obtained. This forging is performed by lowering the punch 12 after placing the ingot material 1 in the piston forging die 11 in the forging device 10.
In this forging, when the inner diameter of the piston forging die 11 is D and the outer diameter of the ingot material 1 is d, the value obtained by dividing the outer diameter d by the inner diameter D (d / D) is 85% or less. And it forges on the conditions that the temperature of the ingot raw material 1 at the time of forging becomes 250-400 degreeC.

(d/D:85%以下)
鋳塊素材1の外径dをピストン鍛造用金型11の内径Dよりも大幅に小さくすることで、鍛造加工時に径方向へメタルが流動する。これにより、鍛造材(ピストン)15の頂面部Aの加工歪みが増大し、頂面部Aの強度が向上する。しかしながら、d/Dが85%を超えると、歪み増大効果(高強度化)が得られない。したがって、d/Dを85%以下とする。好ましくは、80%以下である。
なお、鋳塊素材1の外径dは、ピストン鍛造用金型11の内径Dに対して小さいほど頂面部Aの加工歪みが増大して強度特性が向上するが、小さすぎると鍛造時にボス部(図3参照)においてスロースルー等の鍛造欠陥が生成しやすくなる。さらには、鍛造時に鋳塊素材1が座屈変形して鍛造が困難となりやすい。したがって、d/Dは50%以上とすることが好ましい。さらには、d/Dは60%以上70%未満であることが好ましい。d/Dがこの範囲であれば、鍛造欠陥や座屈変形がより生じにくくなるとともに頂面部Aの加工歪みがより向上しやすくなる。
(D / D: 85% or less)
By making the outer diameter d of the ingot material 1 significantly smaller than the inner diameter D of the piston forging die 11, the metal flows in the radial direction during forging. Thereby, the process distortion of the top surface part A of the forging material (piston) 15 increases, and the intensity | strength of the top surface part A improves. However, if d / D exceeds 85%, the effect of increasing strain (increasing strength) cannot be obtained. Therefore, d / D is set to 85% or less. Preferably, it is 80% or less.
The outer diameter d of the ingot material 1 is smaller than the inner diameter D of the piston forging die 11, so that the processing distortion of the top surface portion A increases and the strength characteristics are improved. (See FIG. 3) Forging defects such as slow-through are likely to be generated. Furthermore, the ingot material 1 is buckled and deformed during forging, making forging difficult. Therefore, d / D is preferably 50% or more. Furthermore, d / D is preferably 60% or more and less than 70%. When d / D is within this range, forging defects and buckling deformation are less likely to occur, and the processing distortion of the top surface portion A is more likely to be improved.

(鋳塊素材の温度:250〜400℃)
頂面部Aの加工歪みを増大させて強度を向上させるためには、鍛造温度も所定範囲に制御することが必要である。具体的には、鍛造時における鋳塊素材1の温度を250〜400℃とする。鋳塊素材1の温度が250℃未満では、鍛造材(ピストン)15に割れが発生する。一方、400℃を超えると、歪み増大効果(高強度化)が得られない。したがって、鍛造時における鋳塊素材1の温度は250〜400℃とする。好ましくは、250℃以上350℃未満である。この温度範囲であれば、歪み増大効果がより向上しやすくなる。
(Ingot material temperature: 250-400 ° C)
In order to increase the processing strain of the top surface portion A and improve the strength, it is necessary to control the forging temperature within a predetermined range. Specifically, the temperature of the ingot raw material 1 at the time of forging shall be 250-400 degreeC. If the temperature of the ingot material 1 is less than 250 ° C., the forged material (piston) 15 is cracked. On the other hand, if it exceeds 400 ° C., the effect of increasing the strain (increasing strength) cannot be obtained. Therefore, the temperature of the ingot raw material 1 at the time of forging shall be 250-400 degreeC. Preferably, it is 250 degreeC or more and less than 350 degreeC. Within this temperature range, the effect of increasing strain is more likely to be improved.

[第2の鍛造方法]
第2の鍛造方法は、図2に示すように、鍛造工程を、荒鍛造を行った後、仕上げ鍛造を行う工程とする。図2に示すように、鋳塊素材2に対して所定の方向(図中に白い矢印で示す方向)に応力を印加しながら鍛造を行うことによって、最終的に、例えば図3に示すような形状のピストン30が得られる。
荒鍛造は、鋳塊素材2を鍛造装置20における荒鍛造用金型21内に配置した後にポンチ22を下降させることによってプレスする工程(荒鍛造工程)であり、この工程により荒鍛造材24が成形される。仕上げ鍛造は、荒鍛造材24を鍛造装置(図示省略)における仕上げ鍛造用金型内に配置した後にポンチを下降させることによってプレスする工程であり(仕上げ鍛造工程)、この工程により、荒鍛造材24の頂面部Aが平らに成形され、鍛造材(ピストン)25が製造される。これら荒鍛造、仕上げ鍛造は、途中で再加熱を行うことなく、一貫して行われる。ただし、場合によっては再加熱を行ってもよい。
[Second forging method]
In the second forging method, as shown in FIG. 2, the forging process is a process for performing forging after rough forging. As shown in FIG. 2, forging is performed while applying stress to the ingot material 2 in a predetermined direction (direction indicated by a white arrow in the figure), and finally, for example, as shown in FIG. A shaped piston 30 is obtained.
Rough forging is a step (rough forging step) in which the ingot material 2 is placed in the rough forging die 21 in the forging device 20 and then pressed by lowering the punch 22 (rough forging step). Molded. Finish forging is a process of pressing the rough forged material 24 by placing the punch in a forging device (not shown) and then lowering the punch (finish forging process). The top surface part A of 24 is shape | molded flatly, and the forging material (piston) 25 is manufactured. These rough forging and finish forging are performed consistently without reheating during the process. However, in some cases, reheating may be performed.

そして、この鍛造において、荒鍛造に使用する荒鍛造用金型21の内径をD、鋳塊素材2の外径をdとしたときに、外径dを内径Dで割った値(d/D)が85%以下であり、荒鍛造用金型21における、マグネシウム合金鍛造ピストン25の頂面部Aとなる部位(すなわち、荒鍛造材24あるいは鍛造材25の頂面部Aとなる部位)が接する部位aが凸形状であり、且つ、荒鍛造時における鋳塊素材2の温度が250〜400℃となる条件で鍛造する。   In this forging, when the inner diameter of the rough forging die 21 used for rough forging is D and the outer diameter of the ingot material 2 is d, a value obtained by dividing the outer diameter d by the inner diameter D (d / D ) Is 85% or less, and the portion that becomes the top surface portion A of the magnesium alloy forging piston 25 in the rough forging die 21 (that is, the portion that becomes the top surface portion A of the rough forging material 24 or the forging material 25) is in contact. Forging is performed under the condition that a is convex and the temperature of the ingot material 2 during rough forging is 250 to 400 ° C.

(d/D:85%以下)
前記第1の鍛造方法と同様に、d/Dが85%を超えると、荒鍛造材24および鍛造材(ピストン)25の頂面部Aの歪み増大効果(高強度化)が得られない。したがって、d/Dを85%以下とする。好ましくは、80%以下である。
なお、前記第1の鍛造方法と同様の理由から、d/Dは50%以上とすることが好ましい。ただし、荒鍛造用金型21を使用して中間形状の素材である荒鍛造材24の製造を経ることにより、仕上げ鍛造における鍛造欠陥の生成が抑制される。さらには、d/Dは60%以上70%未満であることが好ましい。d/Dがこの範囲であれば、鍛造欠陥や座屈変形がより生じにくくなるとともに頂面部Aの加工歪みがより向上しやすくなる。なお、仕上げ鍛造の条件は、基本的には荒鍛造と同様であるが、強度向上を図る意味では、荒鍛造時よりも鍛造温度を低くする方が望ましい。
(D / D: 85% or less)
Similarly to the first forging method, when d / D exceeds 85%, the distortion increasing effect (high strength) of the top surface portion A of the rough forged material 24 and the forged material (piston) 25 cannot be obtained. Therefore, d / D is set to 85% or less. Preferably, it is 80% or less.
For the same reason as in the first forging method, d / D is preferably 50% or more. However, by using the rough forging die 21 to produce the rough forged material 24 that is a material having an intermediate shape, generation of forging defects in finish forging is suppressed. Furthermore, d / D is preferably 60% or more and less than 70%. When d / D is within this range, forging defects and buckling deformation are less likely to occur, and the processing distortion of the top surface portion A is more likely to be improved. The conditions for finish forging are basically the same as those for rough forging, but it is preferable to lower the forging temperature than for rough forging in order to improve the strength.

(頂面部となる部位が接する部位が凸形状)
荒鍛造用金型21における、ピストン25の頂面部Aとなる部位が接する部位aを凸形状とすることで、荒鍛造材24の頂面部A(すなわち、鍛造材(ピストン)25の頂面部A)に歪みが集中し、頂面部Aの加工歪みが増大する。これにより、頂面部Aの強度がさらに向上したものとなる。
なお、荒鍛造用金型21の凸形状は、ピストン25の頂面部Aにおける加工歪みが、塑性流動解析による相当歪み値で、2.5以上となるように設計する。相当歪み値が2.5以上となるように凸形状を設計することで、部位aを凸形状とすることによる歪み増大効果(高強度化)が達成される。相当歪み値は、例えばFORGE3D(トランスベーラー製)により算出することができる。
(The part where the part which becomes the top part touches is a convex shape)
In the rough forging die 21, the top surface portion A of the rough forging material 24 (that is, the top surface portion A of the forging material (piston) 25) is formed by forming a convex portion at the portion a that contacts the top surface portion A of the piston 25. ) Is concentrated, and the processing distortion of the top surface portion A increases. Thereby, the strength of the top surface portion A is further improved.
The convex shape of the rough forging die 21 is designed so that the processing strain at the top surface portion A of the piston 25 is 2.5 or more, which is an equivalent strain value by plastic flow analysis. By designing the convex shape so that the equivalent strain value is 2.5 or more, a distortion increasing effect (high strength) can be achieved by making the portion a convex. The equivalent distortion value can be calculated by, for example, FORGE3D (manufactured by Transvaler).

(鋳塊素材の温度:250〜400℃)
前記第1の鍛造方法と同様に、荒鍛造時における鋳塊素材2の温度が250℃未満では、荒鍛造材24に割れが発生する。一方、400℃を超えると、歪み増大効果(高強度化)が得られない。したがって、鋳塊素材2の温度は250〜400℃とする。好ましくは、250℃以上350℃未満である。この温度範囲であれば、歪み増大効果がより向上しやすくなる。
(Ingot material temperature: 250-400 ° C)
Similar to the first forging method, if the temperature of the ingot material 2 during rough forging is less than 250 ° C., cracks occur in the rough forged material 24. On the other hand, if it exceeds 400 ° C., the effect of increasing the strain (increasing strength) cannot be obtained. Therefore, the temperature of the ingot raw material 2 shall be 250-400 degreeC. Preferably, it is 250 degreeC or more and less than 350 degreeC. Within this temperature range, the effect of increasing strain is more likely to be improved.

<調質処理工程>
調質処理工程は、前記鍛造された鍛造材に調質処理を行う工程である。具体的には、前記鍛造された鍛造材に時効硬化処理を行う、あるいは、鍛造材に溶体化処理を行った後、焼き入れ処理を行い、その後、時効硬化処理を行う。
鍛造後、強度、靱性、および耐食性の向上を図るため、T5、T6、T7等の調質処理を行うことが好ましい。T5は、高温加工からの冷却後の人工時効硬化処理である。T6は、溶体化および焼き入れ処理後、最大強さを得る人工時効硬化処理である。T7は、溶体化および焼き入れ処理後、最大強さを得る人工時効硬化処理条件を超えた条件にて行う過剰時効硬化処理である。すなわち、調質処理工程は、時効硬化処理工程から、あるいは、溶体化処理工程と、焼き入れ処理工程と、時効硬化処理工程とからなる。
<Refining process>
The tempering process is a process of tempering the forged forged material. Specifically, the forged forged material is subjected to age hardening treatment, or the forged material is subjected to solution treatment, followed by quenching treatment, and then age hardening treatment.
In order to improve strength, toughness, and corrosion resistance after forging, it is preferable to perform tempering treatment such as T5, T6, T7, and the like. T5 is an artificial age hardening treatment after cooling from high temperature processing. T6 is an artificial age hardening treatment that obtains maximum strength after solution treatment and quenching treatment. T7 is an excessive age hardening treatment performed under conditions exceeding the artificial age hardening treatment conditions for obtaining the maximum strength after solution treatment and quenching treatment. In other words, the tempering treatment step consists of an age hardening treatment step, or a solution treatment step, a quenching treatment step, and an age hardening treatment step.

溶体化処理は、通常の条件、例えば、400〜570℃の温度範囲に1〜7時間保持する条件で行えばよい。なお、溶体化処理には、空気炉、誘導加熱炉、硝石炉等が適宜用いられる。また、焼き入れ処理も、通常の条件で行えばよい。   The solution treatment may be performed under normal conditions, for example, a condition of holding in a temperature range of 400 to 570 ° C. for 1 to 7 hours. For the solution treatment, an air furnace, an induction heating furnace, a glass stone furnace or the like is appropriately used. The quenching process may be performed under normal conditions.

時効硬化処理は通常の条件、例えば、170〜400℃の温度範囲と、1〜6時間の保持時間の範囲から、前記T5、T6、T7等の調質処理の条件を選択すればよい。なお、時効硬化処理には、空気炉、誘導加熱炉、オイルバス等が適宜用いられる。
なお、T6、T7の調質処理は、ここでは鍛造後に行うものとして説明したが、鍛造前に行うこととしてもよい。
The age hardening treatment may be performed by selecting the conditions for the tempering treatment such as T5, T6, T7 and the like from normal conditions, for example, a temperature range of 170 to 400 ° C. and a holding time range of 1 to 6 hours. Note that an air furnace, an induction heating furnace, an oil bath, or the like is appropriately used for the age hardening treatment.
The tempering process at T6 and T7 has been described as being performed after forging here, but may be performed before forging.

なお、本発明を行うにあたり、前記各工程に悪影響を与えない範囲において、前記各工程の間あるいは前後に、他の工程を含めてもよい。例えば、ごみ等の異物を除去する異物除去工程や、鍛造工程の後(調質処理を行う場合は調質処理工程の前後)に、ピストンとして必要な、機械加工や表面処理等を適宜施す機械加工工程、表面処理工程等を含めてもよい。機械加工としては、ピストンの用途に応じて、例えば、コンプレッションリング、オイルリング等を保持する溝や、ピストンピンを通すための孔(ピストンピン孔)等を形成することが挙げられる。   In carrying out the present invention, other steps may be included between or before and after each step as long as they do not adversely affect each step. For example, a machine that appropriately performs machining or surface treatment necessary as a piston after a foreign substance removing process for removing foreign substances such as dust or a forging process (before and after the tempering process if a tempering process is performed) You may include a process process, a surface treatment process, etc. As the machining, for example, a groove for holding a compression ring, an oil ring or the like, a hole for passing a piston pin (piston pin hole), or the like may be formed depending on the use of the piston.

≪マグネシウム合金鍛造ピストン≫
本発明に係るマグネシウム合金鍛造ピストン(ピストン)は、前記記載のマグネシウム合金鍛造ピストンの製造方法により得られたものである。本発明のピストンの一例について、図3を参照して説明する。
図3に示すように、ピストン30は、その頂部に位置し、燃焼室に面する頂面部(ピストンヘッド)31と、摺動面(シリンダブロックと接触する面)を構成するピストン側壁(ピストンウォール)32とを備えている。ピストン30は、さらに、ピストンピンの軸受けとなるボス部(ピストンボス)33を備えている。
≪Magnesium alloy forged piston≫
The magnesium alloy forged piston (piston) according to the present invention is obtained by the above-described method for producing a magnesium alloy forged piston. An example of the piston of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 3, the piston 30 is located at the top thereof, and a piston side wall (piston wall) constituting a top surface portion (piston head) 31 facing the combustion chamber and a sliding surface (surface contacting the cylinder block). ) 32. The piston 30 further includes a boss portion (piston boss) 33 serving as a bearing for the piston pin.

ピストン側壁32の上部(頂面部31に近い部分)には、コンプレッションリングやオイルリングを保持するための溝34が形成されている。ピストン側壁32の裾の部分(ピストンピンよりも下の部分)は、軽量化のために薄肉に形成されており、スカート部(ピストンスカート)35と呼ばれる。   A groove 34 for holding a compression ring and an oil ring is formed in the upper portion (portion close to the top surface portion 31) of the piston side wall 32. The skirt portion (portion below the piston pin) of the piston side wall 32 is formed thin to reduce weight and is called a skirt portion (piston skirt) 35.

このピストン30は、前記製造方法によって製造されたものであるため、頂面部31の耐力は250MPa以上と高いものであり、耐疲労性(耐久性)に優れたものである。なお、本発明の製造方法によりピストン30を製造した場合、スカート部35の耐力は、頂面部31の耐力に比べて高いか、もしくは同等となる。耐力は、例えばJIS Z 2241により測定することができる。また、このピストン30の材料である合金の一例として、Mg-Gd-Zn系合金、Mg-Gd-Zn-Zr系合金や、WE54合金が挙げられ、これらの合金からなるピストン30とすることができる。   Since this piston 30 is manufactured by the above manufacturing method, the proof stress of the top surface portion 31 is as high as 250 MPa or more, and is excellent in fatigue resistance (durability). When the piston 30 is manufactured by the manufacturing method of the present invention, the proof strength of the skirt portion 35 is higher than or equal to the proof strength of the top surface portion 31. The yield strength can be measured, for example, according to JIS Z 2241. Examples of the alloy that is a material of the piston 30 include an Mg—Gd—Zn alloy, an Mg—Gd—Zn—Zr alloy, and a WE54 alloy. The piston 30 is made of these alloys. it can.

そして、ピストン30は、高い強度および耐疲労性を有しているので、乗用車、バス、トラック、オートバイ、トラクター、飛行機、モーターボート、土木車両等の種々の輸送機器用の内燃機関に好適に用いることができる。
なお、前記説明したピストン30は、本発明のピストンの形態の一例を示したものであり、本発明は前記形態に限定されるものではない。
And since piston 30 has high intensity | strength and fatigue resistance, it uses suitably for the internal combustion engine for various transport apparatuses, such as a passenger car, a bus, a truck, a motorcycle, a tractor, an airplane, a motor boat, and a civil engineering vehicle. Can do.
In addition, the said piston 30 showed an example of the form of the piston of this invention, and this invention is not limited to the said form.

以上説明したように、本発明のピストンの製造方法によれば、頂面部の耐力が向上したピストンを得ることができる。ここで、ピストンに要求される強度(耐力)は、頂面部で250MPa以上であるが、マグネシウム合金種によっては、通常の製造方法で頂面部の耐力が比較的高いピストンを製造することができるとも考えられる。しかしながら、通常の製造方法を用いると頂面部の耐力が低くなる合金(250MPa未満になる合金)に対して、頂面部の耐力を向上させる製造方法は存在していない。本発明によれば、このようなマグネシウム合金種であっても、頂面部の耐力が250MPa以上のピストンを製造することができる。
また、本発明のピストンは、頂面部の耐力が250MPa以上であり、従来のピストンとは特段の差異がある特性を備えたものである。
As described above, according to the method for manufacturing a piston of the present invention, a piston with improved proof strength of the top surface portion can be obtained. Here, the strength (proof strength) required for the piston is 250 MPa or more at the top surface portion, but depending on the type of magnesium alloy, it is possible to manufacture a piston having a relatively high strength at the top surface portion by a normal manufacturing method. Conceivable. However, there is no manufacturing method for improving the yield strength of the top surface portion with respect to an alloy that reduces the yield strength of the top surface portion (an alloy that is less than 250 MPa) when a normal production method is used. According to the present invention, even with such a magnesium alloy type, a piston having a proof stress of 250 MPa or more at the top surface portion can be manufactured.
Further, the piston of the present invention has a characteristic that the proof stress of the top surface portion is 250 MPa or more and has a particular difference from the conventional piston.

以上、本発明を実施するための形態について述べてきたが、以下に、本発明の効果を確認した実施例を、本発明の要件を満たさない比較例と対比して具体的に説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
なお、材料としては、例えば、Mg-Gd-Zn系合金、Mg-Gd-Zn-Zr系合金や、WE54合金等のいずれにおいても、本発明における所望の効果においては特に顕著な差異はないため、ここではMg-Gd-Zn-Zr系合金を代表として用いた。
As mentioned above, although the form for implementing this invention has been described, the Example which confirmed the effect of this invention is demonstrated concretely compared with the comparative example which does not satisfy | fill the requirements of this invention below. In addition, this invention is not limited to this Example.
In addition, as a material, for example, there is no particularly significant difference in the desired effect in the present invention in any of Mg—Gd—Zn alloy, Mg—Gd—Zn—Zr alloy, WE54 alloy, and the like. Here, a Mg—Gd—Zn—Zr alloy was used as a representative.

<供試材の作製>
まず、Mg-9%Gd-4%Zn-0.7%Zr(質量%)合金の鋳塊を溶解、連続鋳造して、丸棒状の鋳塊素材を作製した。この鋳塊素材を所定の大きさに切断して丸棒素材とした。そして、この丸棒素材に、500℃で2hr保持した後、400℃で1hr保持する条件で熱処理を施した後、表1に示す条件で熱間鍛造を行い、試験材のピストンを作製した。
なお、熱間鍛造は、仕上げ鍛造のみ(1ブロー)の場合と、荒鍛造後、仕上げ鍛造を行う場合との2通りの方法で行った(表1中、荒鍛造の有無で示す)。荒鍛造用金型は、ピストンの頂面部となる部位が接する部位を、試験材の製造において、全て同一条件の凸形状とした。
<Production of test material>
First, an ingot of an Mg-9% Gd-4% Zn-0.7% Zr (mass%) alloy was melted and continuously cast to produce a round bar-shaped ingot material. This ingot material was cut into a predetermined size to obtain a round bar material. The round bar material was heat treated under the condition of holding at 500 ° C. for 2 hours and then holding at 400 ° C. for 1 hour, and then hot forging was performed under the conditions shown in Table 1 to produce a test material piston.
Note that hot forging was performed by two methods, that is, only forging forging (1 blow) and forging forging after rough forging (indicated by the presence or absence of rough forging in Table 1). In the rough forging die, the portion that is in contact with the portion that becomes the top surface portion of the piston was made into a convex shape under the same conditions in the production of the test material.

<評価方法>
試験材のピストンの頂面部の耐力をJIS Z 2241により測定した。また、頂面部の相当歪み値を、FORGE3D(トランスベーラー製)を用いた塑性流動解析により算出した。
そして、頂面部の耐力が250MPa以上のものを合格、250MPa未満のもの、または、割れが発生したものを不合格とした。
これらの結果を表1に示す。なお、表1において、d/Dは、ピストン鍛造用金型あるいは荒鍛造用金型の内径をD、鋳塊素材(丸棒素材)の外径をdとしたときに、外径dを内径Dで割った値であり、鍛造温度は、鍛造時(荒鍛造を行う場合は荒鍛造時)における鋳塊素材(丸棒素材)の温度である。また、本発明の範囲を満たさないものについては、数値に下線を引いて示す。
<Evaluation method>
The yield strength of the top surface of the piston of the test material was measured according to JIS Z 2241. Further, the equivalent strain value of the top surface portion was calculated by plastic flow analysis using FORGE 3D (manufactured by Transvaler).
And the thing whose yield strength of a top surface part was 250 Mpa or more was set as the pass, the thing less than 250 Mpa, or the thing in which the crack generate | occur | produced was made into the failure.
These results are shown in Table 1. In Table 1, d / D indicates that the inner diameter of the piston forging die or the rough forging die is D, and the outer diameter of the ingot material (round bar material) is d. It is a value divided by D, and the forging temperature is the temperature of the ingot material (round bar material) at the time of forging (at the time of rough forging when rough forging is performed). Further, those not satisfying the scope of the present invention are indicated by underlining the numerical values.

Figure 0005588884
Figure 0005588884

表1に示すように、実施例1〜12は、本発明の範囲を満たすため、頂面部の耐力が250MPa以上であり、頂面部の強度に優れていた。なお、鋳造温度がより好ましい値のものである実施例1は、d/Dが同一条件で、鋳造温度がより好ましい値から外れるものである実施例2に比べて頂面部の強度が特に優れていた。また、d/Dがより好ましい値のものである実施例1は、鋳造温度が同一条件で、d/Dがより好ましい値から外れるものである実施例4に比べて頂面部の強度が特に優れていた。   As shown in Table 1, in Examples 1 to 12, in order to satisfy the scope of the present invention, the yield strength of the top surface portion was 250 MPa or more, and the strength of the top surface portion was excellent. In addition, Example 1 in which the casting temperature has a more preferable value is particularly excellent in the strength of the top surface portion compared to Example 2 in which the d / D is the same and the casting temperature deviates from a more preferable value. It was. Further, Example 1 in which d / D has a more preferable value is particularly superior in strength at the top surface portion as compared with Example 4 in which d / D deviates from a more preferable value under the same casting temperature. It was.

一方、比較例1〜9は、本発明の範囲を満たさないため、以下の結果となった。
比較例1、2は、d/D、および、鍛造温度が上限値を超えるため、頂面部の耐力に劣った。比較例3〜5は、d/Dが上限値を超えるため、頂面部の耐力に劣った。比較例6、7は、鍛造温度が上限値を超えるため、頂面部の耐力に劣った。比較例8、9は、鍛造温度が下限値未満のため、試験材に割れが生じた。
On the other hand, since Comparative Examples 1-9 did not satisfy the scope of the present invention, the following results were obtained.
In Comparative Examples 1 and 2, since d / D and the forging temperature exceeded the upper limit values, the yield strength of the top surface portion was inferior. In Comparative Examples 3 to 5, since d / D exceeded the upper limit value, the yield strength of the top surface portion was inferior. In Comparative Examples 6 and 7, the forging temperature exceeded the upper limit value, so the yield strength of the top surface portion was inferior. In Comparative Examples 8 and 9, since the forging temperature was less than the lower limit value, the test material was cracked.

なお、比較例4の試験材は、特許文献1、2に記載された従来のピストンを想定したものである。本実施例で示すように、従来のピストンは、前記の評価において一定の水準を満たさないものである。従って、本実施例によって、本発明に係るピストンが従来のピストンと比較して、優れていることが客観的に明らかとなった。   In addition, the test material of the comparative example 4 assumes the conventional piston described in patent document 1,2. As shown in the present embodiment, the conventional piston does not satisfy a certain level in the above evaluation. Therefore, this example objectively revealed that the piston according to the present invention is superior to the conventional piston.

以上、本発明について実施の形態および実施例を示して詳細に説明したが、本発明の趣旨は前記した内容に限定されることなく、その権利範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈しなければならない。なお、本発明の内容は、前記した記載に基づいて広く改変・変更等することが可能であることはいうまでもない。   The present invention has been described in detail with reference to the embodiments and examples. However, the gist of the present invention is not limited to the above-described contents, and the scope of right is widely interpreted based on the description of the claims. Must. Needless to say, the contents of the present invention can be widely modified and changed based on the above description.

1、2 鋳塊素材
10、20 鍛造装置
11 ピストン鍛造用金型
12、22 ポンチ
15、25 鍛造材(ピストン)
21 荒鍛造用金型
24 荒鍛造材
30 ピストン(マグネシウム合金鍛造ピストン)
31 頂面部
32 ピストン側壁
33 ボス部
34 溝
35 スカート部
A 頂面部
a ピストンの頂面部となる部位が接する部位
D ピストン鍛造用金型または荒鍛造用金型の内径
d 鋳塊素材の外径
1, 2 Ingot material 10, 20 Forging device 11 Piston forging die 12, 22 Punch 15, 25 Forging material (piston)
21 Rough forging die 24 Rough forging 30 Piston (magnesium alloy forged piston)
31 Top surface portion 32 Piston side wall 33 Boss portion 34 Groove 35 Skirt portion A Top surface portion a Site where the top surface portion of the piston is in contact D Inner diameter of piston forging or rough forging die d Outer diameter of ingot material

Claims (8)

鍛造により製造されるマグネシウム合金鍛造ピストンの製造方法であって、
マグネシウム合金からなる丸棒状の鋳塊素材を鍛造する鍛造工程において、ピストン鍛造用金型の内径をD、前記鋳塊素材の外径をdとしたときに、前記外径dを前記内径Dで割った値(d/D)が85%以下、且つ、鍛造時における前記鋳塊素材の温度が250〜400℃となる条件で鍛造することを特徴とするマグネシウム合金鍛造ピストンの製造方法。
A method for producing a magnesium alloy forged piston produced by forging,
In the forging process of forging a round bar-shaped ingot material made of magnesium alloy, when the inner diameter of the piston forging die is D and the outer diameter of the ingot material is d, the outer diameter d is the inner diameter D. A method for producing a magnesium alloy forged piston, comprising forging under a condition that a divided value (d / D) is 85% or less and a temperature of the ingot material during forging is 250 to 400 ° C.
前記鍛造時における前記鋳塊素材の温度が250℃以上350℃未満となる条件で鍛造することを特徴とする請求項1に記載のマグネシウム合金鍛造ピストンの製造方法。   2. The method for producing a magnesium alloy forged piston according to claim 1, wherein forging is performed under a condition in which a temperature of the ingot material during the forging is 250 ° C. or more and less than 350 ° C. 3. 鍛造により製造されるマグネシウム合金鍛造ピストンの製造方法であって、
マグネシウム合金からなる丸棒状の鋳塊素材を鍛造する鍛造工程が、荒鍛造を行った後、仕上げ鍛造を行う工程からなり、
前記鍛造工程において、前記荒鍛造に使用する荒鍛造用金型の内径をD、前記鋳塊素材の外径をdとしたときに、前記外径dを前記内径Dで割った値(d/D)が85%以下であり、前記荒鍛造用金型における、前記マグネシウム合金鍛造ピストンの頂面部となる部位が接する部位が凸形状であり、且つ、前記荒鍛造時における前記鋳塊素材の温度が250〜400℃となる条件で鍛造することを特徴とするマグネシウム合金鍛造ピストンの製造方法。
A method for producing a magnesium alloy forged piston produced by forging,
The forging process to forge a round bar-shaped ingot material made of magnesium alloy consists of a process for rough forging and then forging,
In the forging step, when the inner diameter of the rough forging die used for the rough forging is D and the outer diameter of the ingot material is d, a value obtained by dividing the outer diameter d by the inner diameter D (d / D) is 85% or less, and the portion of the rough forging die that comes into contact with the top surface portion of the magnesium alloy forged piston has a convex shape, and the temperature of the ingot material during the rough forging Forging a magnesium alloy forged piston, wherein forging is performed under a condition of 250 to 400 ° C.
前記荒鍛造時における前記鋳塊素材の温度が250℃以上350℃未満となる条件で鍛造することを特徴とする請求項3に記載のマグネシウム合金鍛造ピストンの製造方法。   4. The method for producing a magnesium alloy forged piston according to claim 3, wherein forging is performed under a condition that a temperature of the ingot material at the time of the rough forging is 250 ° C. or more and less than 350 ° C. 5. 前記外径dを前記内径Dで割った値(d/D)が60%以上70%未満であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のマグネシウム合金鍛造ピストンの製造方法。   The magnesium alloy forged piston according to any one of claims 1 to 4, wherein a value (d / D) obtained by dividing the outer diameter d by the inner diameter D is 60% or more and less than 70%. Manufacturing method. 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のマグネシウム合金鍛造ピストンの製造方法により得られたことを特徴とするマグネシウム合金鍛造ピストン。   A magnesium alloy forged piston obtained by the method for producing a magnesium alloy forged piston according to any one of claims 1 to 5. 前記マグネシウム合金鍛造ピストンの材料である合金が、Mg-Gd-Zn系合金であることを特徴とする請求項6に記載のマグネシウム合金鍛造ピストン。   The magnesium alloy forged piston according to claim 6, wherein the alloy that is a material of the magnesium alloy forged piston is an Mg—Gd—Zn-based alloy. 前記マグネシウム合金鍛造ピストンの材料である合金が、Mg-Gd-Zn-Zr系合金であることを特徴とする請求項6に記載のマグネシウム合金鍛造ピストン。   The magnesium alloy forged piston according to claim 6, wherein the alloy that is a material of the magnesium alloy forged piston is an Mg—Gd—Zn—Zr alloy.
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