JP5733640B2 - Raw material powder for cylinder liner, cylinder liner, and method for manufacturing cylinder liner - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンのシリンダブロックに鋳包まれるシリンダライナ用原料粉末、その原料粉末からなるシリンダライナ、及びそのシリンダライナの製造方法に関するものである。特に、使用温度域において高硬度で耐摩耗性に優れるシリンダライナに好適に利用できるシリンダライナ用原料粉末に関する。 The present invention relates to a raw material powder for a cylinder liner cast into a cylinder block of an engine, a cylinder liner made of the raw material powder, and a method for manufacturing the cylinder liner. In particular, the present invention relates to a raw material powder for a cylinder liner that can be suitably used for a cylinder liner having high hardness and excellent wear resistance in a use temperature range.
シリンダライナは、ピストンやピストンリングと摺接するため、Alに種々の元素を添加したAl合金に、更に、硬質物質や固体潤滑剤を含有させて耐摩耗性や耐焼付性を向上させた合金材料が用いられている。例えば、特許文献1には、硬質物質としてAl2O3、固体潤滑剤としてグラファイトを含有させたAl-Si-Fe-Cu-Mg-Mn系合金を用いることで、耐摩耗性及び耐焼付性に優れるシリンダライナが記載されている。また、特許文献2には、特許文献1の合金において、特にCuの含有量を実質的にゼロとすると共にFeの含有量を多くしたAl-Si-Fe-Mg系合金を用いることで、耐摩耗性及び摺動特性（耐焼付性など）を向上させたシリンダスリーブ（ライナ）が記載されている。 Cylinder liners are in sliding contact with pistons and piston rings, and alloy materials with improved wear resistance and seizure resistance by adding hard substances and solid lubricants to Al alloys with various elements added to Al. Is used. For example, Patent Document 1 discloses wear resistance and seizure resistance by using an Al—Si—Fe—Cu—Mg—Mn alloy containing Al 2 O 3 as a hard substance and graphite as a solid lubricant. Cylinder liners that are superior to the above are described. Further, Patent Document 2 uses an Al-Si-Fe-Mg-based alloy in which the Cu content is substantially zero and the Fe content is increased in the alloy of Patent Document 1, thereby providing high resistance. A cylinder sleeve (liner) with improved wear and sliding properties (such as seizure resistance) is described.
特許文献1のシリンダライナは、比較的多くのCuを含有しているため、高温での流動応力が大きく、固相線温度(溶融開始温度)が比較的低いため、シリンダライナの使用温度域のような高温での硬度が低下し耐摩耗性が十分でない場合があった。また、熱間押出し時の割れや表面欠陥を生じ易く、押出速度を上げることができずに生産性の向上に対する大きな制約となっていた。 Since the cylinder liner of Patent Document 1 contains a relatively large amount of Cu, the flow stress at high temperature is large and the solidus temperature (melting start temperature) is relatively low. In some cases, the hardness at such a high temperature is lowered and the wear resistance is not sufficient. In addition, cracks and surface defects are likely to occur during hot extrusion, and the extrusion speed cannot be increased, which has been a major limitation on productivity improvement.
この特許文献1に対して特許文献2のシリンダライナは、Cuの含有量を実質的にゼロとすることで固相線温度を高くして高温での硬度を向上させて耐摩耗性を向上させると共に生産性を向上させ、更に、特許文献1の合金よりもFeを多く含有することでCuの含有量低減に伴う常温での硬度の低下を抑制している。しかし、高温（使用温度域）において更に高硬度で耐摩耗性に優れるシリンダライナが望まれている。 In contrast to this Patent Document 1, the cylinder liner of Patent Document 2 raises the solidus temperature by making the Cu content substantially zero, thereby improving the hardness at high temperature and improving the wear resistance. At the same time, productivity is improved, and further, Fe is contained more than the alloy of Patent Document 1 to suppress a decrease in hardness at room temperature accompanying a reduction in Cu content. However, a cylinder liner that has higher hardness and excellent wear resistance at high temperatures (operating temperature range) is desired.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、高温において高硬度で耐摩耗性に優れるシリンダライナを得ることができるシリンダライナ用原料粉末を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and one of its purposes is to provide a raw material powder for a cylinder liner that can obtain a cylinder liner having high hardness and excellent wear resistance at high temperatures.
本発明の別の目的は、高温において高硬度で耐摩耗性に優れるシリンダライナを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a cylinder liner having high hardness and excellent wear resistance at high temperatures.
本発明の他の目的は、上記シリンダライナを製造するシリンダライナの製造方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a cylinder liner manufacturing method for manufacturing the cylinder liner.
本発明者らは、Al合金粉末に含有する添加元素の種類や量を種々変更したシリンダライナ用原料粉末からなるシリンダライナを製造し、得られたシリンダライナにおいて使用温度域（高温）において高硬度で耐摩耗性に優れるものを調べた。その結果、高硬度で耐摩耗性に優れるシリンダライナは、Cuの含有量を実質的にゼロとして、Si及びMnの含有量を多くした原料粉末を利用することが好ましい、との知見を得た。この知見に基づき、本発明を以下に規定する。 The inventors of the present invention manufactured a cylinder liner made of a raw material powder for a cylinder liner in which the types and amounts of additive elements contained in the Al alloy powder were variously changed, and the obtained cylinder liner had a high hardness in an operating temperature range (high temperature). The ones with excellent wear resistance were investigated. As a result, it was found that the cylinder liner having high hardness and excellent wear resistance preferably uses a raw material powder with an increased content of Si and Mn, with the Cu content being substantially zero. . Based on this finding, the present invention is defined below.
本発明のシリンダライナ用原料粉末は、Al2O3からなる硬質粒子を3〜5質量％含有し、残部がAlを主成分とするAl合金粉末からなる。そして、Al合金粉末が、Siを18.5〜21質量％、Feを5〜9質量％、Mnを0.7〜3質量％含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなる。 The cylinder liner raw material powder of the present invention contains 3 to 5% by mass of hard particles made of Al 2 O 3 and the balance is made of an Al alloy powder containing Al as a main component. The Al alloy powder contains 18.5 to 21% by mass of Si, 5 to 9% by mass of Fe, and 0.7 to 3% by mass of Mn, with the balance being Al and inevitable impurities.
本発明のシリンダライナ用原料粉末は、Cuの含有量を実質的にゼロとすると共に、従来よりもSi及びMnの含有量を多くすることで高温において高硬度で耐摩耗性に優れるシリンダライナを得ることができる。また、従来よりもSi及びMnの含有量を多くすることでCuの含有量減少に伴う常温での硬度の低下を防止できるので、常温においても高硬度で耐摩耗性に優れるシリンダライナを得ることができる。さらに、薄肉構造の成形物であっても鋳込み時のへたりが発生し難いシリンダライナを得ることができる。そして、高速で押出しを行っても割れや表面欠陥が発生し難くできるため、生産性に優れるシリンダライナを得ることができる。なお、Al合金粉末に含有される各元素及び硬質粒子の詳細は後述する。 The cylinder liner raw material powder of the present invention is a cylinder liner that has high hardness and excellent wear resistance at high temperatures by making the Cu content substantially zero and increasing the Si and Mn contents than before. Can be obtained. In addition, by increasing the Si and Mn contents than before, it is possible to prevent a decrease in hardness at room temperature due to a decrease in the Cu content. Can do. Furthermore, it is possible to obtain a cylinder liner which is less likely to sag during casting even with a thin-walled molded product. And since it is hard to generate | occur | produce a crack and a surface defect even if it extrudes at high speed, the cylinder liner which is excellent in productivity can be obtained. Details of each element and hard particles contained in the Al alloy powder will be described later.
本発明のシリンダライナ用原料粉末の一形態として、上記Al合金粉末は、さらに、Mgを0.5〜2質量％含有することが挙げられる。 As one form of the raw material powder for cylinder liners of the present invention, the Al alloy powder further contains 0.5 to 2% by mass of Mg.
Al合金粉末がMgの含有量を0.5質量％以上とすることで、高温において高硬度で耐摩耗性に優れるシリンダライナとすることができる。Mgの含有量を2質量％以下とすることで、硬くなりすぎることによる靭性の低下を抑制して高靭性を保持したシリンダライナとすることができる。 When the Al alloy powder has an Mg content of 0.5 mass% or more, a cylinder liner having high hardness and excellent wear resistance at high temperatures can be obtained. By setting the Mg content to 2% by mass or less, it is possible to provide a cylinder liner that maintains high toughness by suppressing a decrease in toughness due to being too hard.
本発明のシリンダライナ用原料粉末の一形態として、上記原料粉末は、さらに、固体潤滑剤を0.5質量％以下（但し、0質量％は含まない）含有することが挙げられる。 As an embodiment of the raw material powder for cylinder liner of the present invention, the raw material powder may further contain 0.5% by mass or less (however, 0% by mass is not included) of a solid lubricant.
原料粉末が固体潤滑剤を0.5質量％以下含有することで、硬度と耐摩耗性を確保しつつ、相手攻撃性を低下させたシリンダライナとすることができる。 When the raw material powder contains 0.5% by mass or less of the solid lubricant, it is possible to obtain a cylinder liner having reduced opponent attacking property while ensuring hardness and wear resistance.
本発明のシリンダライナは、上記シリンダライナ用原料粉末からなることが挙げられる。 The cylinder liner of the present invention includes the above-mentioned cylinder liner raw material powder.
本発明のシリンダライナは、上記原料粉末からなることで、高温でも高硬度で耐摩耗性に優れる。また、シリンダライナは高硬度なので、薄肉構造であっても鋳込み時のへたりが発生し難い。そのため、薄肉構造を採用できるので、自動車用部品あるいは自動二輪用部品のエンジンの軽量化に寄与する。 Since the cylinder liner of the present invention is made of the above raw material powder, it has high hardness and excellent wear resistance even at high temperatures. In addition, since the cylinder liner has a high hardness, it is difficult for casting to occur even if it has a thin structure. Therefore, since a thin-walled structure can be adopted, it contributes to the weight reduction of the engine for automobile parts or motorcycle parts.
本発明のシリンダライナの製造方法は、原料粉末を加圧成形して予備成形体を成形する予備成形工程と、予備成形体を押出加工することでシリンダライナを成形する押出工程とを含む。上記原料粉末は、Al2O3からなる硬質粒子を3〜5質量％含有し、残部がAlを主成分とするAl合金粉末からなる。このAl合金粉末が、Siを18.5〜21質量％、Feを5〜9質量％、Mnを0.7〜3質量％含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなる。そして、押出工程における予備成形体の押出速度が2mm/s〜5mm/sである。 The method for producing a cylinder liner of the present invention includes a preforming step in which a raw material powder is pressure-molded to form a preform, and an extrusion step in which the cylinder liner is molded by extruding the preform. The raw material powder contains 3 to 5% by mass of hard particles made of Al 2 O 3 and the balance is made of an Al alloy powder containing Al as a main component. This Al alloy powder contains 18.5 to 21% by mass of Si, 5 to 9% by mass of Fe and 0.7 to 3% by mass of Mn, with the balance being Al and inevitable impurities. And the extrusion speed of the preform in the extrusion process is 2 mm / s to 5 mm / s.
本発明のシリンダライナの製造方法は、上述の原料粉末を用いることで押出速度を2mm/s以上5mm/s以下と高速にできるので、高温において高硬度で耐摩耗性に優れるシリンダライナを生産性よく製造できる。 The cylinder liner manufacturing method of the present invention can increase the extrusion speed to 2 mm / s or more and 5 mm / s or less by using the above-mentioned raw material powder, so that a cylinder liner having high hardness and excellent wear resistance at high temperatures can be produced. Can be manufactured well.
本発明のシリンダライナ用原料粉末は、高温において高硬度で耐摩耗性に優れるシリンダライナとすることができる。 The cylinder liner raw material powder of the present invention can be a cylinder liner having high hardness and excellent wear resistance at high temperatures.
本発明のシリンダライナは、高温において高硬度で耐摩耗性に優れる。 The cylinder liner of the present invention has high hardness and excellent wear resistance at high temperatures.
本発明のシリンダライナの製造方法は、高温において高硬度で耐摩耗性に優れるシリンダライナを生産性よく製造できる。 The method for producing a cylinder liner of the present invention can produce a cylinder liner having high hardness and excellent wear resistance at high temperatures with high productivity.
以下、本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
《シリンダライナ》
本発明のシリンダライナの主たる特徴とするところは、特定の添加元素を特定の量含有するAl合金粉末を主たる構成要素とするシリンダライナ用原料粉末からなる点にある。以下、詳細に説明する。
《Cylinder liner》
The main feature of the cylinder liner of the present invention is that it is composed of a raw material powder for a cylinder liner whose main component is an Al alloy powder containing a specific amount of a specific additive element. Details will be described below.
〔シリンダライナ用原料粉末〕
シリンダライナ用原料粉末は、Al2O3の硬質粒子を3〜5質量％含有し、残部がAlを主体とするAl合金粉末からなる。このAl合金粉末は、Siを18.5〜21質量％、Feを5〜9質量％、Mnを0.7〜3質量％含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなる。
[Raw material powder for cylinder liner]
The cylinder liner raw material powder contains 3 to 5% by mass of Al 2 O 3 hard particles, and the balance is Al alloy powder mainly composed of Al. This Al alloy powder contains 18.5 to 21% by mass of Si, 5 to 9% by mass of Fe, and 0.7 to 3% by mass of Mn, with the balance being Al and inevitable impurities.
［Al合金粉末］
（Si:18.5〜21質量％）
Siは、製造されるシリンダライナの硬度を向上して耐摩耗性を向上するための元素である。また、熱膨張係数を調整するための元素でもある。この原料粉末を用いてシリンダライナを製造する際にAlマトリクス中にSi結晶として晶出させることで、高硬度で耐摩耗性に優れると共に、耐焼付性に優れるシリンダライナとすることができる。Siの含有量を18.5質量％以上とすることで、高温において上記効果を充分に達成できる。その上、Cuの含有量を実質的にゼロとすることに伴う常温での硬度の低下をも抑制できるため、常温においても高硬度で耐摩耗性に優れるシリンダライナとすることができる。一方、Siの含有量が21質量％以下であることで、高速押出し、具体的には押出速度を2mm/s〜5mm/sとすることができる。Siが多く存在することによる脆化を抑制できるため、高速押出しを行っても亀裂の発生を抑制できるからである。Siの含有量は、特に、19質量％以上20質量％以下であることが好ましい。
[Al alloy powder]
(Si: 18.5-21% by mass)
Si is an element for improving the hardness of the manufactured cylinder liner and improving the wear resistance. It is also an element for adjusting the thermal expansion coefficient. When a cylinder liner is produced using this raw material powder, it is crystallized as an Si crystal in an Al matrix, whereby a cylinder liner having high hardness, excellent wear resistance, and excellent seizure resistance can be obtained. By setting the Si content to 18.5% by mass or more, the above effect can be sufficiently achieved at a high temperature. In addition, since the decrease in hardness at room temperature due to the Cu content being substantially zero can be suppressed, a cylinder liner having high hardness and excellent wear resistance at room temperature can be obtained. On the other hand, when the content of Si is 21% by mass or less, high-speed extrusion, specifically, the extrusion speed can be set to 2 mm / s to 5 mm / s. This is because embrittlement due to the presence of a large amount of Si can be suppressed, and cracking can be suppressed even when high-speed extrusion is performed. The content of Si is particularly preferably 19% by mass or more and 20% by mass or less.
（Fe:5〜9質量％）
Feは、Al合金の高硬度を維持するための元素である。Feは、多く含有することにより硬度は高まるが、含有量を多くしすぎると靭性が低下する傾向にある。Feの含有量が5質量％以上であることで、高硬度で耐へたり性や耐摩耗性及び耐焼付性を向上でき、9質量％以下であることで、高靭性を保持できる。Feの含有量は、特に、6質量％以上7質量％以下であることが好ましい。
(Fe: 5-9% by mass)
Fe is an element for maintaining the high hardness of the Al alloy. When Fe is contained in a large amount, the hardness is increased, but when the content is excessively increased, the toughness tends to be lowered. When the Fe content is 5% by mass or more, high hardness can improve sag resistance, wear resistance, and seizure resistance, and when it is 9% by mass or less, high toughness can be maintained. The content of Fe is particularly preferably 6% by mass or more and 7% by mass or less.
（Mn:0.7〜3質量％）
Mnは、高温でのAl合金の硬度を向上させるための元素である。このMnを0.7質量％以上含有することで、高温で十分な硬度を有することができる。一方、Mnの含有量を3質量％以下とすることで、硬くなりすぎることによる靭性の低下を抑制して高靭性を保持できる。Mnの含有量は、特に、0.9質量％以上1.5質量％以下であることが好ましい。
(Mn: 0.7-3 mass%)
Mn is an element for improving the hardness of the Al alloy at a high temperature. By containing 0.7% by mass or more of Mn, sufficient hardness can be obtained at high temperatures. On the other hand, by setting the content of Mn to 3% by mass or less, it is possible to maintain high toughness by suppressing a decrease in toughness due to being too hard. The Mn content is particularly preferably 0.9% by mass or more and 1.5% by mass or less.
（Mg:0.5〜2質量％）
Al合金粉末は、さらに、Mgを含有することが好ましい。Mgは、硬度を向上するために含有される。Mgの含有量が0.5質量％以上であることで上記効果を充分に達成でき、2質量％以下であることで高靭性を保持できる。Mgの含有量は、特に、0.7質量％以上1.3質量％以下であることが好ましい。
(Mg: 0.5-2% by mass)
The Al alloy powder preferably further contains Mg. Mg is contained to improve the hardness. The above effect can be sufficiently achieved when the Mg content is 0.5% by mass or more, and high toughness can be maintained when the Mg content is 2% by mass or less. The content of Mg is particularly preferably 0.7% by mass or more and 1.3% by mass or less.
［硬質粒子］
（Al2O3:3〜5％）
Al2O3は、シリンダライナの耐摩耗性及び耐焼付性を向上するために含有される硬質粒子である。Al2O3の含有量は、3質量％以上であることで、耐摩耗性及び耐焼付性を向上でき、5質量％以下であることで、高靭性を保持できる。Al2O3の含有量は、特に、3質量％以上4質量％以下であることが好ましい。このAl2O3は、最大粒径が30μm以下で平均粒径が10μm以下であることが好ましい。
[Hard particles]
(Al 2 O 3 : 3 to 5%)
Al 2 O 3 is a hard particle contained for improving the wear resistance and seizure resistance of the cylinder liner. When the Al 2 O 3 content is 3% by mass or more, wear resistance and seizure resistance can be improved, and when it is 5% by mass or less, high toughness can be maintained. The content of Al 2 O 3 is particularly preferably 3% by mass or more and 4% by mass or less. The Al 2 O 3 preferably has a maximum particle size of 30 μm or less and an average particle size of 10 μm or less.
［固体潤滑剤］
シリンダライナ用原料粉末は、さらに、固体潤滑剤を含有することが好ましい。固体潤滑剤は、相手部材(ここではピストン又はピストンリング)との間の潤滑性のために含有される。固体潤滑剤を含有することで、相手攻撃性を低下することができる。固体潤滑剤の含有量は、例えば、0.5質量％以下（但し、0質量％は含まない）とすることが挙げられる。この含有量を0.5質量％以下とすることで、シリンダライナの脆化を抑制すると共に、硬度と耐摩耗性を確保しつつ、相手攻撃性を低下できる。固体潤滑剤の含有量は、特に、0.3質量％以上0.5質量％以下であることが好ましい。この固体潤滑剤は、最大粒径が10μm以下であることが好ましい。
[Solid lubricant]
The cylinder liner raw material powder preferably further contains a solid lubricant. The solid lubricant is contained for lubricity between the mating member (here, piston or piston ring). By containing the solid lubricant, the opponent aggression property can be lowered. The content of the solid lubricant is, for example, 0.5% by mass or less (however, 0% by mass is not included). By controlling the content to 0.5% by mass or less, it is possible to suppress the embrittlement of the cylinder liner and to reduce the attack of the opponent while ensuring hardness and wear resistance. The content of the solid lubricant is particularly preferably 0.3% by mass or more and 0.5% by mass or less. This solid lubricant preferably has a maximum particle size of 10 μm or less.
固体潤滑剤の種類として、例えば、グラファイト、MoS2、及びボロンナイトライド等が挙げられ、中でもグラファイトは上記効果の点で特に好適である。これらの中から複数種の固体潤滑剤を含有する場合、固体潤滑剤の合計含有量が0.5質量％以下となるようにするとよい。 Examples of the solid lubricant include graphite, MoS 2 , and boron nitride. Among these, graphite is particularly preferable in terms of the above effects. When a plurality of types of solid lubricants are contained among these, the total content of the solid lubricants is preferably 0.5% by mass or less.
《作用効果》
上述のシリンダライナは、高温において高硬度で耐摩耗性に優れる。Cuの含有量が実質的にゼロで、従来よりもSi及びMnを多く含有するAl合金粉末を主たる構成要素とするシリンダライナ用原料粉末を用いることで、高温での硬度を向上して耐摩耗性を向上できるからである。また、上述のシリンダライナは、常温でも高硬度で耐摩耗性に優れる。Al合金粉末がSi及びMnを多く含有量していることで、Cuの含有量をゼロにすることに伴う常温での硬度の低下を抑制できるからである。さらに、自動車用部品あるいは自動二輪用部品のエンジンの軽量化に寄与する。薄肉構造としても鋳込み時のへたりが発生し難いので、薄肉構造とすることができるからである。そして、生産性に優れる。2mm/s〜5mm/sの押出速度で押出しても割れや表面欠陥が発生し難いからである。
<Effect>
The above-described cylinder liner has high hardness and excellent wear resistance at high temperatures. By using the raw material powder for cylinder liners, whose main component is Al alloy powder, which has virtually no Cu content and contains more Si and Mn than before, the hardness at high temperature is improved and the wear resistance is increased. This is because the performance can be improved. Moreover, the above-mentioned cylinder liner has high hardness and excellent wear resistance even at room temperature. This is because, when the Al alloy powder contains a large amount of Si and Mn, it is possible to suppress a decrease in hardness at room temperature due to zero Cu content. Furthermore, it contributes to weight reduction of engines for automobile parts or motorcycle parts. This is because, even when the structure is thin, it is difficult for casting to occur, so that a thin structure can be obtained. And it is excellent in productivity. This is because cracks and surface defects are less likely to occur even when extruded at an extrusion speed of 2 mm / s to 5 mm / s.
《シリンダライナの製造方法》
シリンダライナの製造方法は、以下の予備成形工程と押出工程とを備える。
《Cylinder liner manufacturing method》
The cylinder liner manufacturing method includes the following preforming step and extrusion step.
［予備成形工程］
予備成形工程では、上述のシリンダライナ用原料粉末を加圧成形して予備成形体を成形する。予備成形体の成形は、例えば、CIP(冷間静水圧プレス)により作製することができる。この成形により予備成形体の形状を最終製品形状（中空円筒状）とする。
[Preformation process]
In the preforming step, the above-described cylinder liner raw material powder is pressure-molded to form a preform. The preform can be formed by, for example, CIP (cold isostatic pressing). By this molding, the shape of the preform is made the final product shape (hollow cylindrical shape).
［押出工程］
押出工程では、上記予備成形体を押出加工することでシリンダライナを成形する。具体的には、熱間押出成形用装置のコンテナ内に装填し、コンテナ内の中空円筒状の予備成形体の中心孔にマンドレルを挿入した状態で、ラムにより予備成形体の後端部を押圧してダイスを通過させることで押出する。この押出により、マンドレルの外径に相当する内径と、ダイスの内径に相当する外径を有する押出材を得ることができる。
[Extrusion process]
In the extrusion step, the cylinder liner is formed by extruding the preform. Specifically, it is loaded into a container of a hot extrusion molding device and the rear end of the preform is pressed by a ram while a mandrel is inserted into the center hole of the hollow cylindrical preform in the container. And extrude by passing the die. By this extrusion, an extruded material having an inner diameter corresponding to the outer diameter of the mandrel and an outer diameter corresponding to the inner diameter of the die can be obtained.
押出工程における予備成形体の押出速度は2mm/s〜5mm/sとすることが挙げられ、押出温度は480〜540℃、押出比(押出成形用装置のコンテナ断面積と製品断面積の比)は15〜30とすることが好ましい。この押出速度範囲であれば、割れや表面欠陥の発生を低減しつつ、生産性を向上できる。ここで言う予備成形体の押出速度は押出機のラム速度のことであり、製品の押出速度は、そのラム速度と上記押出比との積で表わされる。具体的な製品の押出速度は、ラム速度と押出比との積を調整して40mm/s〜130mm/sとすることが好ましい。 The extrusion speed of the preform in the extrusion process is 2 mm / s to 5 mm / s, the extrusion temperature is 480 to 540 ° C., the extrusion ratio (ratio of the container cross-sectional area of the extrusion molding apparatus to the product cross-sectional area) Is preferably 15-30. Within this extrusion speed range, productivity can be improved while reducing the occurrence of cracks and surface defects. The extrusion speed of the preform here refers to the ram speed of the extruder, and the extrusion speed of the product is represented by the product of the ram speed and the above-mentioned extrusion ratio. The specific product extrusion speed is preferably 40 mm / s to 130 mm / s by adjusting the product of the ram speed and the extrusion ratio.
この押出により、厚さ4〜6mmの押出材を成形することが好ましい。上記範囲の厚さとすることで、仕上げ加工代を小さくする等の後加工を容易にすることができる。 It is preferable to form an extruded material having a thickness of 4 to 6 mm by this extrusion. By setting the thickness within the above range, post-processing such as reducing the finishing allowance can be facilitated.
［後工程］
後工程として、上記押出材に対して、適宜、切断加工、機械加工、仕上げ加工などを施すことが挙げられる。それにより、所望の寸法精度のシリンダライナを得ることができる。
[Post-process]
As a post-process, cutting, machining, finishing, or the like is appropriately performed on the extruded material. Thereby, a cylinder liner having a desired dimensional accuracy can be obtained.
《作用効果》
上述のシリンダライナの製造方法は、高温において高硬度で耐摩耗性に優れるシリンダライナを生産性よく製造できる。Cuの含有量が実質的にゼロで、従来よりもSi及びMnを多く含有量するAl合金粉末を主たる構成要素とするシリンダライナ用原料粉末を用いることで、2mm/s〜5mm/sの押出速度で押出しが可能だからである。
<Effect>
The above-described cylinder liner manufacturing method can manufacture a cylinder liner having high hardness and excellent wear resistance at high temperatures with high productivity. Extrusion of 2mm / s to 5mm / s is possible by using the raw material powder for cylinder liners whose main component is Al alloy powder that contains virtually no Cu and more Si and Mn than conventional ones. This is because extrusion is possible at a speed.
《試験例》
複数のシリンダライナ用原料粉末を用意し、これら原料粉末からなる複数のシリンダライナを作製して、以下の特性を評価した。
《Test example》
A plurality of cylinder liner raw material powders were prepared, a plurality of cylinder liners made of these raw material powders were produced, and the following characteristics were evaluated.
［実施例(試料No.1〜試料No.4)］
本発明のシリンダライナ用原料粉末として、表1に示すように、試料No.1〜試料No.4を用意した。具体的には、まず、エアアトマイズ法によって、Al合金粉末を急冷凝固して形成した。これらのAl合金粉末の平均粒径は50μmであった。そして、各Al合金粉末に、硬質粒子として最大粒径5μmで、平均粒径3μmのAl2O3を3質量％と、固体潤滑剤として単位質量当たりの表面積（比表面積）が150〜250ｍ2/gのグラファイトを0.5質量％とをV型ミキサーにて均一に混合し、シリンダライナ用原料粉末を作製した。
[Example (Sample No. 1 to Sample No. 4)]
As shown in Table 1, sample No. 1 to sample No. 4 were prepared as raw material powders for cylinder liners of the present invention. Specifically, first, Al alloy powder was rapidly solidified by air atomization. The average particle diameter of these Al alloy powders was 50 μm. Each Al alloy powder has a maximum particle size of 5 μm as hard particles, 3% by mass of Al 2 O 3 having an average particle size of 3 μm, and a surface area per unit mass (specific surface area) of 150 to 250 m 2 as a solid lubricant. A cylinder liner raw material powder was prepared by uniformly mixing 0.5 mass% of graphite / g with a V-type mixer.
[比較例(試料No.101〜試料No.104)]
比較例として、表1に示すように、試料No.101〜試料No.104のシリンダライナ用原料粉末を上述の試料No.1〜No.4と同様にして用意した。
[Comparative Example (Sample No. 101 to Sample No. 104)]
As a comparative example, as shown in Table 1, cylinder liner raw material powders of Sample No. 101 to Sample No. 104 were prepared in the same manner as Samples No. 1 to No. 4 described above.
そして、上記シリンダライナ用原料粉末(試料No.1〜試料No.4、試料No.101〜試料No.104)を用いて、シリンダライナを作製した。まず、CIP(冷間静水圧プレス)により上記シリンダライナ用原料粉末で中空円筒状の予備成形体を成形する。この予備成形体を雰囲気炉で加熱した後、熱間押出成形用装置のコンテナ内に装填する。コンテナ内の中空円筒状の予備成形体の中心孔にマンドレルを挿入した状態で、ラムにより予備成形体の後端部を押圧してダイスを通過させることで押出す。その際、押出温度を480℃、押出速度を4mm/s、押出比(コンテナ断面積と製品断面積の比)を23として、厚さ4.5mmのシリンダライナを成形した。 And the cylinder liner was produced using the said raw material powder for cylinder liners (sample No. 1-sample No. 4, sample No. 101-sample No. 104). First, a hollow cylindrical preform is formed from the cylinder liner raw powder by CIP (cold isostatic pressing). The preform is heated in an atmospheric furnace and then loaded into a container of a hot extrusion molding apparatus. With the mandrel inserted into the center hole of the hollow cylindrical preform in the container, the rear end of the preform is pressed by a ram and extruded through a die. At that time, a cylinder liner having a thickness of 4.5 mm was formed with an extrusion temperature of 480 ° C., an extrusion speed of 4 mm / s, and an extrusion ratio (ratio of container cross-sectional area to product cross-sectional area) of 23.
〔評価〕
［薄肉・高速押出性］
各試料の薄肉・高速押出性の評価として、各シリンダライナの押出し時の外周表面のムシレ具合を目視にて調べた。その結果を表2に示す。ここでは、ムシレ具合が良好の場合を○、不良の場合を×で示している。
[Evaluation]
[Thin wall, high speed extrusion]
As an evaluation of the thin-walled / high-speed extrudability of each sample, the musiness of the outer peripheral surface during the extrusion of each cylinder liner was examined visually. The results are shown in Table 2. Here, a case where the mushy state is good is indicated by ◯, and a case where the state is defective is indicated by ×.
［鋳込みへたり性］
上記シリンダライナについて、引張試験用の試験片を作製し、500℃での引張強度(500℃UTS)を測定した。この温度は、シリンダブロックにシリンダライナを鋳込む際の同シリンダライナの温度を想定している。そして、この500℃UTSにより試験片のへたり性を評価した。これらの結果を表2に併せて示す。表2に示すように、この500℃での試験片のへたり性を判定した結果を良好な方から順に◎、○、△、×で示している。
[Castability]
For the cylinder liner, a test piece for a tensile test was prepared, and the tensile strength at 500 ° C. (500 ° C. UTS) was measured. This temperature assumes the temperature of the cylinder liner when casting the cylinder liner into the cylinder block. Then, the sagability of the test piece was evaluated by the 500 ° C. UTS. These results are also shown in Table 2. As shown in Table 2, the results of determining the sagability of the test piece at 500 ° C. are indicated by ◎, ○, Δ, × in order from the better.
［摺動特性］
上記シリンダライナについて、摺動試験用の試験片を作製し、室温でのHRB(ロックウェル硬度 Bスケール)を測定した。また、焼付性、自己摩耗、及び相手摩耗を以下に示すチップオンディスク摩耗試験により評価した。これらの結果を表2に併せて示す。
[Sliding characteristics]
With respect to the cylinder liner, a test piece for a sliding test was prepared, and HRB (Rockwell hardness B scale) at room temperature was measured. Moreover, seizure property, self-wear, and counterpart wear were evaluated by a chip-on-disk wear test shown below. These results are also shown in Table 2.
チップオンディスク摩耗試験では、チップ側には各試料におけるシリンダライナ用合金粉末からなる試験片(5×7×厚み10mm、自己材)を2個用い、ディスク側にはピストンスカート材(JIS規格のA4032)の円盤(φ60×厚み10mm、相手材)を用いる。チップをディスクに押し付け、ディスクを回転させることで、チップとディスクとの間で摺動させる。ディスクの表面にはエンジンオイルを薄く塗布し、ディスクの回転数を120rpmとして、大気中室温で試験を行った。チップの押し付け荷重は、0から始めて1分間に1kgずつ上昇させていき、5kgになったら3分間保持して試験を終了とする。試験途中で動摩擦係数μが上昇して焼き付きが発生した場合には、即試験を終了とする。焼き付きが発生せずに試験が終了したら、チップ及びディスクの摺動面を目視にて判定する。各試料に対して、上記試験を3回ずつ行い、その結果を良好な方から順に◎、○、△、×で示す。具体的には、3回とも焼き付きが発生しなければ◎、1回焼き付きで○、2回焼き付きで△、3回とも焼き付きが発生すれば×とした。 In the chip-on-disk wear test, two test pieces (5 x 7 x 10 mm in thickness, self-made) made of cylinder liner alloy powder in each sample are used on the chip side, and a piston skirt material (JIS standard) is used on the disk side. A4032) disk (φ60 × thickness 10 mm, mating material) is used. The chip is slid between the chip and the disk by pressing the chip against the disk and rotating the disk. The engine oil was thinly applied to the surface of the disk, and the test was performed at room temperature in the atmosphere with the disk rotating at 120 rpm. The chip pressing load starts at 0 and increases by 1 kg per minute. When it reaches 5 kg, hold for 3 minutes to complete the test. If the dynamic friction coefficient μ increases during the test and seizure occurs, the test ends immediately. When the test is completed without causing image sticking, the sliding surfaces of the chip and the disk are visually determined. The above test was performed three times for each sample, and the results are indicated by ◎, ○, Δ, × in order from the best. Specifically, ◎ if no seizure occurred 3 times, ○ if seized once, △ if seized twice, and x if seized 3 times.
《結果》
原料粉末の主たる構成要素であるAl合金粉末が、Siを18.5〜21質量％、Feを5〜9質量％、Mnを0.7〜3質量％含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなる試料No.1〜4は、ムシレが小さく、それぞれ室温でのHRBが80、83、81、82であった。一方、Al合金粉末が上記範囲を満たさない試料のうち、No.101及びNo.102は、ムシレが大きく室温でのHRBが76以下であり、No.103及びNo.104はムシレが小さいものの室温でのHRBが70以下であった。このように、試料No.1〜No.4が、試料No.101〜No.104よりもムシレが小さくかつ室温での硬度が高い結果となったのは、Al合金粉末におけるCuの含有量をゼロとすると共にSi及びMnの含有量を多くすることで、硬度を向上できたからだと考えられる。また、500℃での引張試験より、試料No.1〜No.4は、試料No.101〜No.104に比べて、500℃UTSが高く鋳込みへたり性に優れる結果となった。さらに、試料No.1〜No.4は、試料No.101〜No.104に比べて、焼き付きが発生し難い上に、自己材及び相手材共に摩耗痕が小さく、耐焼付性、自己摩耗及び相手摩耗のいずれも優れる結果となった。試料No.1〜No.4、No.101〜No.104はいずれも、試験片に対して熱処理を施していないので押出成型後から状態変化していない。そのため、常温での摺動特性の結果が、高温での摺動特性に結果に反映されると考えられる。つまり、試料No.1〜No.4は、常温において試料No.101〜No.104に比べて摺動特性に優れるため、高温においても同様に摺動特性に優れると考えられる。
"result"
Sample No. in which the Al alloy powder, which is the main component of the raw material powder, contains 18.5 to 21% by mass of Si, 5 to 9% by mass of Fe and 0.7 to 3% by mass of Mn, with the balance being Al and inevitable impurities .1 to 4 had small mussels and HRBs at room temperature of 80, 83, 81, and 82, respectively. On the other hand, among the samples in which the Al alloy powder does not satisfy the above range, No. 101 and No. 102 have large murky and HRB at room temperature of 76 or less, and No. 103 and No. 104 have small murky but room temperature. HRB was less than 70. Thus, samples No. 1 to No. 4 were less mushy and higher in hardness at room temperature than samples No. 101 to No. 104. This is probably because the hardness could be improved by increasing the Si and Mn contents to zero. Further, from the tensile test at 500 ° C., Samples No. 1 to No. 4 were higher in 500 ° C. UTS than Samples No. 101 to No. 104 and resulted in excellent castability. Samples No. 1 to No. 4 are less susceptible to seizure than Samples No. 101 to No. 104, and both the self material and the counterpart material have small wear marks, and are resistant to seizure, self wear and All of the mating wear was excellent. Samples No. 1 to No. 4 and No. 101 to No. 104 are not subjected to heat treatment on the test piece, and thus the state has not changed since extrusion molding. Therefore, it is considered that the result of the sliding characteristic at normal temperature is reflected in the result of the sliding characteristic at high temperature. In other words, Samples No. 1 to No. 4 are excellent in sliding characteristics at room temperature as compared with Samples No. 101 to No. 104, and thus are considered to be excellent in sliding characteristics at high temperatures as well.
なお、上述の各試料No.1〜No.4，No.101〜No.104と同様の原料粉末を用意して、押出速度を5mm/sとした点以外は上述と同様にしてシリンダライナを成形したところ、上述の実施例の試料No.1〜No.4と同様の原料粉末を使用したシリンダライナは、押出速度が4mm/sの各実施例の試料と同様にムシレが小さく、薄肉・高速押出性に優れる結果であった。 Note that the cylinder liner was prepared in the same manner as described above except that the same raw material powders as those of the above samples No. 1 to No. 4 and No. 101 to No. 104 were prepared and the extrusion speed was set to 5 mm / s. When molded, the cylinder liner using the same raw material powder as the sample No. 1 to No. 4 of the above-mentioned example has a small mussel, thin-walled / similar to the sample of each example with an extrusion speed of 4 mm / s. The result was excellent in high-speed extrudability.
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.
本発明のシリンダライナ用原料粉末は、自動車や自動二輪などの内燃機関のシリンダライナの原料に好適に利用できる。本発明のシリンダライナは、エンジンのシリンダブロックの摺動部材として好適に利用することができる。本発明のシリンダライナの製造方法は、シリンダライナの製造に好適に利用できる。 The raw material powder for cylinder liners of the present invention can be suitably used as a raw material for cylinder liners of internal combustion engines such as automobiles and motorcycles. The cylinder liner of the present invention can be suitably used as a sliding member of an engine cylinder block. The method for manufacturing a cylinder liner of the present invention can be suitably used for manufacturing a cylinder liner.
Claims (4)
前記原料粉末は、Al2O3からなる硬質粒子を3〜5質量％含有し、残部がAlを主成分とするAl合金粉末からなり、
前記Al合金粉末が、Siを18.5〜21質量％、Feを6〜9質量％、Mnを0.7〜3質量％、Mgを0.5〜2質量％含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなるシリンダライナ用原料粉末。 Cylinder liner raw material powder used as a cylinder liner raw material,
The raw material powder contains 3-5% by mass of hard particles made of Al 2 O 3 and the balance is made of an Al alloy powder containing Al as a main component,
Cylinder in which the Al alloy powder contains 18.5 to 21% by mass of Si, 6 to 9% by mass of Fe, 0.7 to 3% by mass of Mn , 0.5 to 2% by mass of Mg, and the balance is Al and inevitable impurities Raw material powder for liners.
予備成形体を押出加工することでシリンダライナを成形する押出工程とを含むシリンダライナの製造方法であって、
前記原料粉末は、Al2O3からなる硬質粒子を3〜5質量％含有し、残部がAlを主成分とするAl合金粉末からなり、
前記Al合金粉末が、Siを18.5〜21質量％、Feを6〜9質量％、Mnを0.7〜3質量％、Mgを0.5〜2質量％含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなり、
前記押出工程における前記予備成形体の押出速度が、2mm/s〜5mm/sであるシリンダライナの製造方法。 A preforming step in which a raw material powder for a cylinder liner is pressure-molded to form a preform,
A cylinder liner manufacturing method including an extrusion step of forming a cylinder liner by extruding a preform.
The raw material powder contains 3-5% by mass of hard particles made of Al 2 O 3 and the balance is made of an Al alloy powder containing Al as a main component,
The Al alloy powder contains 18.5 to 21% by mass of Si, 6 to 9% by mass of Fe, 0.7 to 3% by mass of Mn , 0.5 to 2% by mass of Mg, and the balance is made of Al and inevitable impurities.
A method for producing a cylinder liner, wherein an extrusion speed of the preform in the extrusion step is 2 mm / s to 5 mm / s.
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