JPH01255640A - 焼結Al合金製摺動部材 - Google Patents

焼結Al合金製摺動部材

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JPH01255640A
JPH01255640A JP63078250A JP7825088A JPH01255640A JP H01255640 A JPH01255640 A JP H01255640A JP 63078250 A JP63078250 A JP 63078250A JP 7825088 A JP7825088 A JP 7825088A JP H01255640 A JPH01255640 A JP H01255640A
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JP
Japan
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powder
alloy
wear resistance
sliding member
grain size
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Pending
Application number
JP63078250A
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English (en)
Inventor
Eitaro Koya
栄太郎 小屋
Yoshitoshi Hagiwara
好敏 萩原
Kunio Yanagida
柳田 国男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0085Materials for constructing engines or their parts

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 良1上夏且ユ史1 本発明は耐熱性、耐摩耗性の良好なる焼結AfJ合金製
摺動部材に関するものである。
先11〜術 内燃機関のシリンダブロックは機関本体の基礎どなる部
分であり、その寿命は内燃機関全体の寿命を左右する。
シリンダブロックは、耐摩耗性。
耐蝕性が良好で機械加工が容易であり、しかも廉価であ
る等の庁内により鋳鉄でこれを形成することが多いが、
近年では車体型組の軽減化を計るとともに熱伝導性を向
上させるためにAl合金製のものも採用されている。
AfJ合金製シリンダブロックとしては、■シリンダの
内壁部分に鋳鉄製スリーブを嵌め込/vだもの(例、特
開昭61−142352号公報)、および■シリンダ内
壁部分を含めて全体がAl合金で形成されたものがある
(例、特開昭61−14451号公報)。
戸 が tし  とする ところが、第一の形式である鋳鉄製スリーブを用いたも
のでは、燃焼室に臨むスリーブが熱伝導性の劣る鋳鉄製
であるが故に、熱伝導性の良好なΔρ合金製シリンダブ
ロックとしての放熱性能が十分に発揮されず、またAl
合金の熱膨張係数が鋳鉄のそれに比して約2倍であるた
め、温度上背したときに&2F鉄製スリーブとこれを包
囲するAρ合金製シリンダブロック本体との間に間隙が
生じる傾向となる。
第二の形式である全A!J合金製シリンダブロックでは
、シリンダ内壁部分の耐熱性、耐I!!耗性を確保する
ためにアルシルと呼称される高SL含有AfJ合金製鋳
造スリーブを用いているが、次の欠点を有している。■
初品S=の粒径が犬きく(30〜100μTrL)、鋳
造後の機械加工性が悪い。■SL粒子相互の間隔が大き
く、硬質粒子である81粒子を耐I〒耗性の要求される
シリンダ内壁部に露出させるためにエツチング処理を行
う必要がある。■S=粒子の硬度はさほど大きくはなく
(I−1v 1200程度)、大きな負荷が作用した場
合の耐摩耗性が不足する。■特に空冷機関においてシリ
ンダ内壁部の温度が200℃〜300℃に達すると母材
硬度が急激に低下し温度上昇峙の耐摩耗性が劣る。■ま
た、−膜内なAl合金製スリーブにおいては、前記項目
■と関連し、シリンダ内壁面に硬’is Crメツキ、
SiC分散Nλメツキ等の表面処理を施して耐摩耗性を
付与しなければならず、処理経費が嵩む。
以上により、シリンダのスリーブ材として使用可能な耐
熱性、耐摩耗性に優れたAl1合金材の開発が望まれる
ところである。
本発明は斯かる技術的背景の下に創案されたちのであり
、その店動面に硬質表面処理を施す必要がなく、耐熱性
、耐摩耗性の良好なるA、ll1合金製1ご動部材を提
供することをその目的とする。
】「′」するための   よび゛ この目的は、組織中に含まれる初晶SLの粒径が201
1m以下であって5L11〜30%、Qu0.8〜5%
Jlq0.3〜3.5%、Fe2へ・10%(数字はい
ずれも重ω%)、残部・・・八ρおJ:び不可避不純物
なる組成のAJ)合金粉末に、平均粒径1〜10μmの
球状粒子からなるAfJtOs粉末1〜5重量%を均一
に混合した混合粉末を圧粉成形後、温度400℃〜55
0℃での焼結または熱問加■によって得た焼結AfJ合
金製摺動部材を提供することによつ゛て達成される。
アルシルの如き多量のSLを含有するΔ1合金で形成さ
れた鋳造品では、粗大な初品SLが晶出して必要な強度
が得られないため、改良処理(例、溶湯中にNaを添加
する)を行なって初晶SLの微細化を計っている。しか
しながら、その微細化効果には限界があるところから、
固溶限界を越えるFeを含む高SL含有へ1合金粉末を
アトマイジング法で製造することにより初晶SLの粒径
を20μ肌以下に抑え、その圧粉成形体を熱間押出し加
工して高強度の焼結AfJ合金製部材を得る方法が提案
されている。
本発明の摺動部材はこの方法に則って得たものであるが
、常温および高温にお【ノるiJ fFF耗性全史に向
上させるために平均粒径1〜10μmの球状粒子からな
るA、l)20s粉末を添加している。
AM 20s粉末の添加量は原料Aj合金粉末に対して
1〜5MB%とするのが適当であり、1重量%未満では
耐摩耗性向上効果が得られず、5重ω%を越えると相手
摺動部材に対する影響が大きく、添加量の増大とともに
圧粉成形体の熱間加工性が低下する。また、球状化され
たAJ)20s粒子を用いるのは、その硬度がHv25
00にも達するΔg203の相手攻撃性を緩和させるた
めであり、その粒径を1〜10μmとするのは、1μm
未満では原料AfJzOs粉末の取扱い性が悪い上に必
要な耐摩耗性が得られ難く、10μmを越えると焼結晶
の機械加工性が悪化し、へ1合金マトリックスからの粒
子の脱落が生じ易く、自身および相手摺動部材の摩耗を
促進する結果となるからである。
なお、Al203粉末以外に81粒子よりも硬質の他の
セラミック粉末(例、S=C。
SLs N4 )を用いることもできるが、イの耐摩耗
性(焼結晶の耐摩耗性)はAl2O3粉末を用いた場合
に比してやや劣る。AfJ203等のセラミック粉末と
共に黒鉛、硼化物、硫化物等の潤滑性材料の粉末を用い
るのも有効であり、焼結材中に硬質のセラミック粒子を
分散させるとともに、潤滑性材料の粒子を分散させて自
己潤滑性を与えることにより1JFIP耗性を向上させ
得る。また、場合によりセラミック粉末を用いることな
く、潤滑性44Flの粉末のみを用いても、焼結材の自
己潤滑刊故に耐摩耗性の向上を計り得る。
AfJ合金粉末の組成および初晶Siの粒径を限定する
理由は以下の通りである。
(1)SL(11〜30重量%)・・・SLは焼結晶の
耐摩耗性およびVレグ率の向上に寄与し、熱膨張率を低
く抑え、熱伝導率を向上させ得る。ただし、SL含右♀
が11重M%未満では耐摩耗性1強度が劣り、30重品
%を越えると熱間押出し加工または熱間鍛造加工時の成
形性が悪く製品に割れが生じ易い。
また、初晶SL粉粒子粒径を20μm以下にするのは、
粒径20μmを越えると焼結晶の機械加工性が悪くなり
、相手摺動部材との摺接関係で大きな集中負荷を受けて
破壊され易く、破壊によって脱落した81粒子が自身お
よび相手摺動部材の摩耗を促進する結果となるからであ
る。20μm以下の粒径は、溶融へ1含金を細孔から流
出させ、これに不活性ガスを噴射させるアトマイズ法、
あるいは遠心噴霧法等により溶融状態からの冷却速度を
102〜10’℃/秒にして得ることができる。このよ
うな大きな冷却速度は溶解法によって摺動部材を形成す
る場合には得ることができない。
(2) Cu (0,8□〜5 ”Q R%)−Cuは
熱処理による71−リックスの強化に有効である。ただ
し、0.8重口%未満では添加効果がな(,5千m%を
越えると熱間加工性が低下するとともに耐応力腐蝕割れ
特性が態化する。
(3) MO(o、3〜3.5重B%)−M gはCu
と同じく熱処理によるマトリックスの強化に有効である
。ただし、0.3重量%未満では添加効果がなく、3.
5重量%を越すと熱間加工性が低下するとともに対応力
腐蝕割れ特性が悪化する。
(4) Fe (2〜110ff1%)−F eを添加
しない場合のへρ合金硬麿は第1図図示のように温度2
00℃〜300℃の加熱で急激に低下する。それに対し
、2〜10重1%のFeを添加したAl1合金では斯か
る急激な硬度低下は見られない。Feの添加聞は2〜1
0重品%にするのが好ましく、2重間%未満では焼結晶
の高温強度の向上が期待できず、10千吊%を越えると
高速熱間加工が不可能となる。
犬−l−1 第2図は自動二輪車用水冷エンジン1を要部欠截側面図
として示している。エンジン1はダブル・オーバーヘッ
ド・カム軸式〇弁機構を採用しており、クランク軸5と
連結されたピストン4(例、JIS AC8八材′I!
JJ)がシリンダ2内に1択挿されている。
その外周面にFeメツキ処理が施されたピストン4と直
接接触するシリンダ2の内壁部分は、AJ)合金(例、
JIS ADC12材)類シリンダブロック本体に鋳包
みにより一体化されたスリーブ3で形成されている。ス
リーブ3は、本発明に係る焼結Δg合金製旧動部材であ
る。
焼結晶であるスリーブ3の製造は以下のようにして行わ
れる。
■原料AJ)合金粉末の製造・・・規定組成のへρ合金
を溶融させ、不活性ガスを用いたアトマイズ法。
遠心噴霧法、ロール急冷法等により冷却速度102〜1
06℃なる条件で粒径105μm未満の粉末を製造する
■粉末の混合・・・Δ1合金粉末に平均粒径1〜10μ
mの球状粒子からなるへρ203粉末1〜5重量%を加
えて均一に混合する。
■圧粉成形・・・得られた混合粉末を冷開静水圧プレス
成形法(CIP法)により圧力4. OOONgfoc
iで圧粉成形し、押出し加工用素材としての円筒形状の
圧粉成形体を得る。
■熱間押出し加工(焼結)・・・圧粉成形体である押出
し加工用素材を温度450℃で熱間押出し加工を行なっ
てスリーブ3を得る。なお、成形品の酸化防止を考虞す
るならば非酸化性雰囲気中で熱間押出し加工を行うのが
好ましい。
斯くして得られたスリーブ3の耐摩耗性、耐熱性は良好
であり、その摺動表面に硬質Orメツキ等の表面処J!
I!を施さずとも優れた耐久性を光iする。また、スリ
ーブ3は湿度200℃〜300℃に加熱された後(常温
復帰時)でら初期常温硬度を有しているため、空冷エン
ジン用としても使用可能である。さらに、A41203
粒子を分散させたスリーブ3はシリンダブロック本体と
の鋳包みににる一体化の際の熱を受けても硬度低下しな
いという特徴があり、実用効果が大きい。
なお、スリーブ3を製造するに当り、 AjzOs粉末と共に、0.5〜5重量%の潤滑性材料
(黒鉛、(II化物、硫化物?7)の粉末を、1合金粉
末に配合しても良く、その場合スリーブに自己潤滑性を
付与できるため、ピストンとの摺動関係において焼付き
が生じ難く、Aj!合金(例、アルシル系合金)製スリ
ーブを採用する場合にへ1合金製ビス1−ンに施される
Fe等のメツキ処理を省略することができる。
l且立1浬 以上の説明から明らかなように、本発明の焼結AtJ合
金!!摺動部材は、母材であるへ1合金がそれ自身優れ
た対摩全史、耐熱性を有している上に、母材中に高硬度
のへ1203粒子が分散しているため、磨動表面に硬質
Crメツキ等の表面処理を施さずとも常温から高温に亘
る温度範囲で優れた耐11!糺性、耐久性を発揮する。
また、Δj20s粒子は高硬度であるが球状化されてい
るため、相手攻撃性が緩和され、相手摺動部材の摩耗も
少ない。
【図面の簡単な説明】
第1図はアルシル系AfJ合金の温度による硬度変化を
示すグラフ、第2図は本発明例に係るシリンダスリーブ
を採用した自動二輪車用水冷エンジンを示す要部欠截側
面図である。 1・・・エンジン、2・・・シリンダ、3・・・スリー
ブ、4・・・ピストン、5・・・クランク軸。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  組織中に含まれる初晶Siの粒径が20μm以下であ
    つてSi11〜30%,Cu0.8〜5%,Mg0.3
    〜3.5%,Fe2〜10%(数字はいずれも重量%)
    、残部・・・Alおよび不可避不純物なる組成のAl合
    金粉末に、平均粒径1〜10μmの球状粒子からなるA
    l_2O_3粉末1〜5重量%を均一に混合した混合粉
    末を圧粉成形後、温度400℃〜550℃での焼結また
    は熱間加工によって得た焼結Al合金製摺動部材。
JP63078250A 1988-04-01 1988-04-01 焼結Al合金製摺動部材 Pending JPH01255640A (ja)

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