JPH02169182A - 耐摩耗性合金部材及びその製造方法並びに該製造方法に使用する溶加材 - Google Patents
耐摩耗性合金部材及びその製造方法並びに該製造方法に使用する溶加材Info
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- JPH02169182A JPH02169182A JP32301788A JP32301788A JPH02169182A JP H02169182 A JPH02169182 A JP H02169182A JP 32301788 A JP32301788 A JP 32301788A JP 32301788 A JP32301788 A JP 32301788A JP H02169182 A JPH02169182 A JP H02169182A
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/28—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 950 degrees C
- B23K35/286—Al as the principal constituent
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Arc Welding In General (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、例えば自動車用エンジンのピストンの耐摩耗
性が要求される部位に使用される耐摩耗性合金部材及び
その製造方法並びに耐摩耗性合金部材を製造するために
使用される溶加材に関する。
性が要求される部位に使用される耐摩耗性合金部材及び
その製造方法並びに耐摩耗性合金部材を製造するために
使用される溶加材に関する。
従来の技術
従来から、例えば自動車用エンジンのアルミニウム合金
製ピストンに形成されたピストンリング溝の耐摩耗性を
向上するため、電子ビームやレーザビーム等のエネルギ
ビームにより、ピストンリング溝の表面にニッケル或い
は鉄等の金属を溶かし込んで、ピストン母材表面に合金
層を形成し、ピストンリング溝の耐摩耗性が要求される
部位の耐摩耗性を向上する技術が知られている（特開昭
５５−２７５８７号公報参照）。
製ピストンに形成されたピストンリング溝の耐摩耗性を
向上するため、電子ビームやレーザビーム等のエネルギ
ビームにより、ピストンリング溝の表面にニッケル或い
は鉄等の金属を溶かし込んで、ピストン母材表面に合金
層を形成し、ピストンリング溝の耐摩耗性が要求される
部位の耐摩耗性を向上する技術が知られている（特開昭
５５−２７５８７号公報参照）。
発明が解決しようとする課題
しかし、このような電子ビーム等のエネルギビームによ
ってピストン母材表面に合金層を形成し、ピストン母材
表面の耐摩耗性を向上させる処理方法では、ピストンを
真空容器中に保持して処理しなければならないため、処
理装置が大型化するとともに、処理装置内に空気を供給
、排出するのに時間がかかり、生産性が悪いという問題
を有していた。
ってピストン母材表面に合金層を形成し、ピストン母材
表面の耐摩耗性を向上させる処理方法では、ピストンを
真空容器中に保持して処理しなければならないため、処
理装置が大型化するとともに、処理装置内に空気を供給
、排出するのに時間がかかり、生産性が悪いという問題
を有していた。
このような問題を解決するためには、電子ビー１、等の
エネルギビームを使用した処理方法によらず、簡便でか
つ生産性のよいＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接等の溶接により
、ピストン母材表面の耐摩耗性を向上することが好まし
い。七ころが、これらＭｒＧ溶接やＴＩＧ溶接等でピス
トン母材に耐摩耗性を向上させる金属を溶着するのに適
した溶加材がなく、溶接によって耐摩耗性に優れた合金
層を形成することができなかった。
エネルギビームを使用した処理方法によらず、簡便でか
つ生産性のよいＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接等の溶接により
、ピストン母材表面の耐摩耗性を向上することが好まし
い。七ころが、これらＭｒＧ溶接やＴＩＧ溶接等でピス
トン母材に耐摩耗性を向上させる金属を溶着するのに適
した溶加材がなく、溶接によって耐摩耗性に優れた合金
層を形成することができなかった。
本発明はこれら問題点に鑑みて成されたものである。
課題を解決するための手段
即ち本発明の溶加材は、ｌに少なくともＮｉを５〜３０
重量パーセント、 Ｃｕを１５重憤パーセント以下含み
、かつ、Ｓｉを５〜ｓｏｗｓパーセント含んだことを特
徴としている。そして、この溶加材をアーク溶接により
Ａｌ合金部材に溶かし込み、Ａ＋２合金母社中にＮｉ−
Ａｌ！系金属間化合物を晶出させると共に、初晶Ｓｉ及
び集品Ｓｉを晶出させて、耐摩耗性に優れた耐摩耗性合
金部材を製造することを特徴としている。
重量パーセント、 Ｃｕを１５重憤パーセント以下含み
、かつ、Ｓｉを５〜ｓｏｗｓパーセント含んだことを特
徴としている。そして、この溶加材をアーク溶接により
Ａｌ合金部材に溶かし込み、Ａ＋２合金母社中にＮｉ−
Ａｌ！系金属間化合物を晶出させると共に、初晶Ｓｉ及
び集品Ｓｉを晶出させて、耐摩耗性に優れた耐摩耗性合
金部材を製造することを特徴としている。
作用
本発明の溶加材はＭＩＧ溶接等の比較的簡便なアーク溶
接により、Ａｐ合金部材に溶接でき、その溶接部（融解
ｉ）に溶加材の含有成分と略等しいＮｉ、Ｃｕ及びＳｉ
を含む耐摩耗性に優れた合金層が形成される。
接により、Ａｐ合金部材に溶接でき、その溶接部（融解
ｉ）に溶加材の含有成分と略等しいＮｉ、Ｃｕ及びＳｉ
を含む耐摩耗性に優れた合金層が形成される。
実施例
以下本発明の実施例を図面に基づき詳述する。
第１図は本発明に係る溶加材（溶接棒）のＭ Ｉ Ｇ溶
接における使用状態を示すもので、図において１はアル
ミニウム合金（ＡＣ８Ａ）製ピストン素材（１合金母材
）であり、このピストン素材１にはピストンリング屑形
成部位にノツチ２を切り欠き形成しである。このノツチ
２は、第２図に示すように断面略台形状を呈し、ノッヂ
幅Ｗ＝１．５＋＋ｎ。
接における使用状態を示すもので、図において１はアル
ミニウム合金（ＡＣ８Ａ）製ピストン素材（１合金母材
）であり、このピストン素材１にはピストンリング屑形
成部位にノツチ２を切り欠き形成しである。このノツチ
２は、第２図に示すように断面略台形状を呈し、ノッヂ
幅Ｗ＝１．５＋＋ｎ。
ノブチ深さＨ＝２．５ｘｘ、側面傾斜角。、＝θ、−１
５°となるようにピストン素材外周に環状に切り欠き形
成されている。３は溶接トーチであり、この溶接トーチ
３はノツチ２に対応する部位に配置されており、この溶
接トーチ３のコンタクトチップ４には溶接棒５（Ｎｉ
１４．２０％、Ｓｉ ５゜１１％、Ｃｕ ４．７４％
、ＰｅＯ，１３％、Ｔｉ０゜０１％、Ｚｎ Ｏ，０１％
、残部１（尚、成分割合（％）は重量パーセントを意味
するものとする。乃が挿入されている。この溶接棒５は
略２Ｊ１１の線径を有し、コンタクトチップ４から連続
的に供給され、不活性ガス中で溶接が行なわれる。この
ＭＩＧ溶接（パルス電流制御方式）は、平均電流１１０
Ａ、Ｔｒｉ圧１６Ｖ、溶接速度６００ ａｘ／ｓｉｎ、
不活性ガス（アルゴンガス）ｆｆ１２０Ｑ／ｓｉｎで行
なわれる。
５°となるようにピストン素材外周に環状に切り欠き形
成されている。３は溶接トーチであり、この溶接トーチ
３はノツチ２に対応する部位に配置されており、この溶
接トーチ３のコンタクトチップ４には溶接棒５（Ｎｉ
１４．２０％、Ｓｉ ５゜１１％、Ｃｕ ４．７４％
、ＰｅＯ，１３％、Ｔｉ０゜０１％、Ｚｎ Ｏ，０１％
、残部１（尚、成分割合（％）は重量パーセントを意味
するものとする。乃が挿入されている。この溶接棒５は
略２Ｊ１１の線径を有し、コンタクトチップ４から連続
的に供給され、不活性ガス中で溶接が行なわれる。この
ＭＩＧ溶接（パルス電流制御方式）は、平均電流１１０
Ａ、Ｔｒｉ圧１６Ｖ、溶接速度６００ ａｘ／ｓｉｎ、
不活性ガス（アルゴンガス）ｆｆ１２０Ｑ／ｓｉｎで行
なわれる。
その結果、第３図に示すように、ピストン素材ｌのノッ
チ２形成部及びその近傍には、ピストン素材１と溶接棒
５とが融解溶接された融解１６（Ｎｉ１３．５％、５ｉ
１１．１％、Ｃｕ ４．５％、 Ｆｅ０．２８％、Ｔｉ
Ｏ，０２％、Ｚｎ Ｏ，１５％、残部Ａｌ）が形成さ
れた。第４図は、このようにして形成された融解部６を
機械加工することにより得られたピストンリングｉＲ７
の断面形状であり、このピストンリング溝７は断面略矩
形状を呈し、図中上部側壁面８及び下部側壁面９には融
解部８の合金が露出している。
チ２形成部及びその近傍には、ピストン素材１と溶接棒
５とが融解溶接された融解１６（Ｎｉ１３．５％、５ｉ
１１．１％、Ｃｕ ４．５％、 Ｆｅ０．２８％、Ｔｉ
Ｏ，０２％、Ｚｎ Ｏ，１５％、残部Ａｌ）が形成さ
れた。第４図は、このようにして形成された融解部６を
機械加工することにより得られたピストンリングｉＲ７
の断面形状であり、このピストンリング溝７は断面略矩
形状を呈し、図中上部側壁面８及び下部側壁面９には融
解部８の合金が露出している。
次に溶接棒５の成分を変えるとともに、溶接条件、ノッ
チ形状等を変えて溶接した実施例を示す。
チ形状等を変えて溶接した実施例を示す。
即ち、この実施例では、溶接棒５の成分を（Ｎｉ１４．
３０％、Ｓｉ７．６１％、Ｃｕ ４．７０％。
３０％、Ｓｉ７．６１％、Ｃｕ ４．７０％。
Ｐｃ Ｏ，１３％、ＴｉＯ，Ｏ１％、Ｚｎ ０．０１％
。
。
残部Ａｎとし、溶接 棒５の線径が２ｗｘのものを使用
した。そして、ノツチ２の形状は、ノツチ幅Ｗ＝１．５
ｔｍ、ノツチ深さＩ（＝ ２ 、５肩ｌ、側面傾斜角θ
、＝θ、＝Ｉ５°となるように切り欠き形成され（第２
図参照）、このノツチ２に平均電流！ｌＯＡ、￥ｉ圧！
９■、溶接速度６００３１３１／ ｗｉｎ、不活性ガス
（アルゴンガス）Ｒｔ ２０ Ｑ／ ｓｉｎの条件下で
前記実施例と同様にしてＭＩＧ溶接（パルス電流制御方
式）を行なった。その結果、第３図に示すピストン素材
ｌのノッチ２形成部及びその近傍には、ピストン素材！
と溶接棒５とが融解溶接された融解部６（Ｎｉ １２
．２％、５ｉ１１．１％、 Ｃｕ４．５％、ＦｅＯ，３
０％、Ｔｉ Ｏ，０４％、ＺｎＯ。
した。そして、ノツチ２の形状は、ノツチ幅Ｗ＝１．５
ｔｍ、ノツチ深さＩ（＝ ２ 、５肩ｌ、側面傾斜角θ
、＝θ、＝Ｉ５°となるように切り欠き形成され（第２
図参照）、このノツチ２に平均電流！ｌＯＡ、￥ｉ圧！
９■、溶接速度６００３１３１／ ｗｉｎ、不活性ガス
（アルゴンガス）Ｒｔ ２０ Ｑ／ ｓｉｎの条件下で
前記実施例と同様にしてＭＩＧ溶接（パルス電流制御方
式）を行なった。その結果、第３図に示すピストン素材
ｌのノッチ２形成部及びその近傍には、ピストン素材！
と溶接棒５とが融解溶接された融解部６（Ｎｉ １２
．２％、５ｉ１１．１％、 Ｃｕ４．５％、ＦｅＯ，３
０％、Ｔｉ Ｏ，０４％、ＺｎＯ。
０４％、残部Ａｌ）が形成された。
以上述べた実施例はいずれもＭＩＧ溶接への適用例につ
いて説明したが、これに限られず、例えば交流Ｔ Ｔ
Ｇ／８接に本発明に係る溶加材を使用することができる
。
いて説明したが、これに限られず、例えば交流Ｔ Ｔ
Ｇ／８接に本発明に係る溶加材を使用することができる
。
第５図は以上説明した各実施例と同様にして形成された
ピストン素材の融解部の摩耗試験方法（サバン式）を示
すもので、この図においてＩＯはピストン素材と同一材
料（ＡＣ８Ａ）からなる試験片母材（Ａ＆合金母材）で
あり、この試験片母材１０に融解部６を形成して試験片
１１としている。
ピストン素材の融解部の摩耗試験方法（サバン式）を示
すもので、この図においてＩＯはピストン素材と同一材
料（ＡＣ８Ａ）からなる試験片母材（Ａ＆合金母材）で
あり、この試験片母材１０に融解部６を形成して試験片
１１としている。
１２はピストンリング相当材料（ＳＵＳ４２０）で形成
されたローラである。この摩耗試験は、試験片温度を８
０℃とし、ローラ１２には６０に９「の摩耗荷重が負荷
され、ローラＩ２と試験片１１とを１時間摩擦接触させ
て試験が行なわれた。
されたローラである。この摩耗試験は、試験片温度を８
０℃とし、ローラ１２には６０に９「の摩耗荷重が負荷
され、ローラＩ２と試験片１１とを１時間摩擦接触させ
て試験が行なわれた。
第６図は融解１１ｉ５６のＮｉの成分量を変えて行なっ
た摩耗試験の結果を示すものである。この試験結果によ
れば、融解部６のＮｊ成分量が増加するに 従い摩耗量
が少なくなることが分かる。これはＮｊ−Ａｒｌ系金属
間化合物のＮｉＡｔ！ｓが晶出するためであり、その晶
出量はＮｉ成分量が少ない場合には少なく、Ｎｉ成分量
が多い場合には多くなる。このＮｊ−Ａｌ系金金属間化
合物共晶点はＮｉ成分量が５．７％付近であり、５．７
％以下では亜共晶状態となり、５．７％以上では過共晶
状態となる。このうち、耐摩耗性の高いＮｉ−Ａｆｆ系
金属間化合物は過共晶状態のものであり、第６図におい
てもＮｉ成分量が５％付近（過共晶状態になる直前の状
Ｂ）で耐摩耗性向上の効果が大きくあられれることが分
かる。一方、Ｎｉ成分量が３０％を越えると、Ｎｉ成分
量を増加させても摩耗量はほとんど減少しなくなること
がこの試験結果から判明した。以上第６図の試験結果に
よれば、耐摩耗性向上のためには、融解部６のＮｉ成分
量を５〜３０ｍｍパーセントに設定すればよいことが分
かる。尚、Ｎｉ成成分９３正 （Ｎｉ−ΔＱ合金）５を工業的に容易に製造できる上限
値でらある。
た摩耗試験の結果を示すものである。この試験結果によ
れば、融解部６のＮｊ成分量が増加するに 従い摩耗量
が少なくなることが分かる。これはＮｊ−Ａｒｌ系金属
間化合物のＮｉＡｔ！ｓが晶出するためであり、その晶
出量はＮｉ成分量が少ない場合には少なく、Ｎｉ成分量
が多い場合には多くなる。このＮｊ−Ａｌ系金金属間化
合物共晶点はＮｉ成分量が５．７％付近であり、５．７
％以下では亜共晶状態となり、５．７％以上では過共晶
状態となる。このうち、耐摩耗性の高いＮｉ−Ａｆｆ系
金属間化合物は過共晶状態のものであり、第６図におい
てもＮｉ成分量が５％付近（過共晶状態になる直前の状
Ｂ）で耐摩耗性向上の効果が大きくあられれることが分
かる。一方、Ｎｉ成分量が３０％を越えると、Ｎｉ成分
量を増加させても摩耗量はほとんど減少しなくなること
がこの試験結果から判明した。以上第６図の試験結果に
よれば、耐摩耗性向上のためには、融解部６のＮｉ成分
量を５〜３０ｍｍパーセントに設定すればよいことが分
かる。尚、Ｎｉ成成分９３正 （Ｎｉ−ΔＱ合金）５を工業的に容易に製造できる上限
値でらある。
第７図は、Ｎｉを１５重量パーセント含む溶接棒５を使
用し、側面傾斜角θを変化させたノツチ２（第８図参照
）にＭＩＧ溶接した場合における融解部６のＮｉ成分量
を示ずらのである。尚、この図において、Ｔ，線は溶接
電流値１００Ａで溶接した場合の実験結果を示し、Ｔ，
線は溶接電流値１４０Ａで溶接した場合の実験結果を示
すらのである。この図によれば、ノツチ形状及び溶接条
件（溶接電流値）を適宜選択することにより、融解部６
のＮｉ成分量を溶接棒５のＮｉ成分量と略等しい値にす
ることができることが示されている。この実験結果から
溶接棒５のＮｉ成分量を５〜３０重量パーセントに設定
すれば、融解部６の合金の耐摩耗性を向上し得ることが
判明した。
用し、側面傾斜角θを変化させたノツチ２（第８図参照
）にＭＩＧ溶接した場合における融解部６のＮｉ成分量
を示ずらのである。尚、この図において、Ｔ，線は溶接
電流値１００Ａで溶接した場合の実験結果を示し、Ｔ，
線は溶接電流値１４０Ａで溶接した場合の実験結果を示
すらのである。この図によれば、ノツチ形状及び溶接条
件（溶接電流値）を適宜選択することにより、融解部６
のＮｉ成分量を溶接棒５のＮｉ成分量と略等しい値にす
ることができることが示されている。この実験結果から
溶接棒５のＮｉ成分量を５〜３０重量パーセントに設定
すれば、融解部６の合金の耐摩耗性を向上し得ることが
判明した。
次に、前記摩耗試験方法（サバン式）により溶接棒５の
Ｎｉ成分量を設定することが妥当であるか否かを実機試
験をして確認した。その結果を第９図に示す。この図に
おいて、Ｘｏはピストンリング溝部の材料がＡＣ８Ａ（
ピストン素材と同一材料）の場合であり、ＸＩはピスト
ンリング溝部にＮｉを６．５重機パーセント含む融解部
６をＭＩＧ溶接で形成した場合、Ｘ，はピストンリング
溝部にＮｉを２０重量パーセント含む融解部６をＭＩＧ
溶接で形成した場合を示す。この図によれば、ピストン
リング溝部にＮｉを所定重量パーセント含む融解部６が
形成されたＸ，及びＸ，が、ＡＣ８Ａ材のみからなるｘ
ｏに比較してリング溝の摩耗量が極めて少ないことが分
かる。又、この実験結果から、Ｎｉ成分量が多いＸ，の
方がＮｉ成分量の比較的少ないＸ，よりも摩耗量が少な
いことが分かる。尚、この実験において使用したピスト
ンリングはばねＩＩ （ＳＷＯＳＣ−Ｖ）製のピスト
ンリングであり、Ｘｏ．ＸＩ，ＸＩの各実験材料は同一
条件下で実験が行なわれたことは勿論である。この実験
結果と前記摩耗試験結果（第６図）とを比較すると、摩
耗量とＮｉ成分量との関係はほぼ同様の傾向を示してお
り、前記摩耗試験により溶接棒５のＮｉ成分量を決定す
ることが妥当であることが確認された。
Ｎｉ成分量を設定することが妥当であるか否かを実機試
験をして確認した。その結果を第９図に示す。この図に
おいて、Ｘｏはピストンリング溝部の材料がＡＣ８Ａ（
ピストン素材と同一材料）の場合であり、ＸＩはピスト
ンリング溝部にＮｉを６．５重機パーセント含む融解部
６をＭＩＧ溶接で形成した場合、Ｘ，はピストンリング
溝部にＮｉを２０重量パーセント含む融解部６をＭＩＧ
溶接で形成した場合を示す。この図によれば、ピストン
リング溝部にＮｉを所定重量パーセント含む融解部６が
形成されたＸ，及びＸ，が、ＡＣ８Ａ材のみからなるｘ
ｏに比較してリング溝の摩耗量が極めて少ないことが分
かる。又、この実験結果から、Ｎｉ成分量が多いＸ，の
方がＮｉ成分量の比較的少ないＸ，よりも摩耗量が少な
いことが分かる。尚、この実験において使用したピスト
ンリングはばねＩＩ （ＳＷＯＳＣ−Ｖ）製のピスト
ンリングであり、Ｘｏ．ＸＩ，ＸＩの各実験材料は同一
条件下で実験が行なわれたことは勿論である。この実験
結果と前記摩耗試験結果（第６図）とを比較すると、摩
耗量とＮｉ成分量との関係はほぼ同様の傾向を示してお
り、前記摩耗試験により溶接棒５のＮｉ成分量を決定す
ることが妥当であることが確認された。
第１Ｏ図は融解部６（第３図参照）に含まれるＣＵの成
分ｑを変えた試験片を数種作製し、前記摩耗試験方法（
サバン式）により摩耗試験を行ない、その結果を図に示
したものである。この試験では、溶接棒５のＮｉ成分量
は１５重量パーセントとし、Ｃｕの成分量のみを変えた
しのをＭＩＧ溶接で試験片母材１０に溶接して融解部６
を形成した試験片１１を使用した（第５図参照）。又、
ノツチ形状及び溶接条件は変化させず、融解部６のＮｉ
成分量が一定となるようＩこした。
分ｑを変えた試験片を数種作製し、前記摩耗試験方法（
サバン式）により摩耗試験を行ない、その結果を図に示
したものである。この試験では、溶接棒５のＮｉ成分量
は１５重量パーセントとし、Ｃｕの成分量のみを変えた
しのをＭＩＧ溶接で試験片母材１０に溶接して融解部６
を形成した試験片１１を使用した（第５図参照）。又、
ノツチ形状及び溶接条件は変化させず、融解部６のＮｉ
成分量が一定となるようＩこした。
この試験結果によれば、Ｃｕの成分量が増加するに従い
摩耗ｍも低下することがわかる。これは、融解部６にＣ
ｕが添加されることにより、ＡｌとＣｕとの金属間化合
物ＣｕＡ＆ｔが析出し、融解部６のＡｌ基地部の硬度増
加、結晶組織強化及び結晶組織の安定化が図られるため
である。しかし、Ｃｕの成分量が１５重量パーセント以
上に増加しても、摩耗量の低下は極めて少なくなり、Ｃ
ｕの成分ｔ１１は耐摩耗性向上の観点から、１５重量パ
ーセントを上限値とすれば充分であることが分かった。
摩耗ｍも低下することがわかる。これは、融解部６にＣ
ｕが添加されることにより、ＡｌとＣｕとの金属間化合
物ＣｕＡ＆ｔが析出し、融解部６のＡｌ基地部の硬度増
加、結晶組織強化及び結晶組織の安定化が図られるため
である。しかし、Ｃｕの成分量が１５重量パーセント以
上に増加しても、摩耗量の低下は極めて少なくなり、Ｃ
ｕの成分ｔ１１は耐摩耗性向上の観点から、１５重量パ
ーセントを上限値とすれば充分であることが分かった。
又、Ｃｕの成分量を１５重量パーセント以上に増加する
と溶接棒５の伸びが小さくなり、溶接棒５の製造が困難
になると共に、融解部６の溶接割れを発生しやすくなる
ことからも、溶接棒５のＣｕの成分ｍの上限値を１５重
量パーセントにすることは妥当である。
と溶接棒５の伸びが小さくなり、溶接棒５の製造が困難
になると共に、融解部６の溶接割れを発生しやすくなる
ことからも、溶接棒５のＣｕの成分ｍの上限値を１５重
量パーセントにすることは妥当である。
第１１図は融解部６（第３図参照）に含まれるＳｌの成
分量を変えた試験片を数種作成し、前記摩耗試験方法（
サバン式）により摩耗試験を行ない、その結果を図に示
したものである。この試験では、溶接棒５のＮｉ成分！
ｌ（１５重量パーセント）とＣｕ成分量（５重１パーセ
ント）とを変えずに、Ｓｉ成分量のみを変えたものをＭ
ＩＧ溶接で試験片母材ｌＯに溶接して融解部６を形成し
た試験片１１を使用した（第５図参照）。又、ノツチ形
状及び溶接条件は変化させず、融解部６のＮｉ成分量及
びＣｕ成分量が一定になるようにした。尚、第１１図に
おいて、溶接棒Ｘ、−ｘ、は、それぞれＳｉの含有割合
が５重量パーセント、７．５重量パーセント、１８重量
パーセント、２５重量パーセントのものである。そして
、溶接棒Ｘ０はＳｉを含まないもの、Ｘ０′はＮｉ、
Ｃｕ、 Ｓｉを含まないもの（全体がＡＣ８Ａからなる
もの）を示す。
分量を変えた試験片を数種作成し、前記摩耗試験方法（
サバン式）により摩耗試験を行ない、その結果を図に示
したものである。この試験では、溶接棒５のＮｉ成分！
ｌ（１５重量パーセント）とＣｕ成分量（５重１パーセ
ント）とを変えずに、Ｓｉ成分量のみを変えたものをＭ
ＩＧ溶接で試験片母材ｌＯに溶接して融解部６を形成し
た試験片１１を使用した（第５図参照）。又、ノツチ形
状及び溶接条件は変化させず、融解部６のＮｉ成分量及
びＣｕ成分量が一定になるようにした。尚、第１１図に
おいて、溶接棒Ｘ、−ｘ、は、それぞれＳｉの含有割合
が５重量パーセント、７．５重量パーセント、１８重量
パーセント、２５重量パーセントのものである。そして
、溶接棒Ｘ０はＳｉを含まないもの、Ｘ０′はＮｉ、
Ｃｕ、 Ｓｉを含まないもの（全体がＡＣ８Ａからなる
もの）を示す。
この試験結果によれば、Ｓｉの成分量が増加するに従い
摩耗量も低下することがわかる。これは、Ｓｉの成分量
が増加することにより、耐摩耗性に優れる大きな初晶Ｓ
ｉ及び共晶Ｓ ｉ（Ａ＋２− Ｓ ｉ）が融解；Ｍ＜６
に多く晶出するためである。しかし、溶接棒５のＳｉ成
分量が３０ｆｆｉｆｆｌパ一セント以上に増加しても、
摩耗量の低下は極めて少なくなる。従って、溶接棒５の
Ｓｉ成分量の上限値は、耐摩耗性向上の観点から３０重
量パーセントとすれば十分であることが分かる。又、溶
接棒５は、Ｓｉの成分＋、１ｈ（３Ｃ１ｆ！ｔパーセン
トを越えるとその伸びが小さ（なり、製造が困難になる
と共に、加工性が悪くなり、加工工具の寿命の低下を招
来する等の問題を生じる。よって、溶接棒５の製造上の
観点からも、そのＳｉ成分晴を３０重量パーセント以下
にするのが妥当である。一方、溶接棒５は、Ｓｉ成分量
が５重量パーセント未満のものでは指数関数的に摩耗量
が増大することから、Ｓｉ成分量の下限値を５重量パー
セントとする。
摩耗量も低下することがわかる。これは、Ｓｉの成分量
が増加することにより、耐摩耗性に優れる大きな初晶Ｓ
ｉ及び共晶Ｓ ｉ（Ａ＋２− Ｓ ｉ）が融解；Ｍ＜６
に多く晶出するためである。しかし、溶接棒５のＳｉ成
分量が３０ｆｆｉｆｆｌパ一セント以上に増加しても、
摩耗量の低下は極めて少なくなる。従って、溶接棒５の
Ｓｉ成分量の上限値は、耐摩耗性向上の観点から３０重
量パーセントとすれば十分であることが分かる。又、溶
接棒５は、Ｓｉの成分＋、１ｈ（３Ｃ１ｆ！ｔパーセン
トを越えるとその伸びが小さ（なり、製造が困難になる
と共に、加工性が悪くなり、加工工具の寿命の低下を招
来する等の問題を生じる。よって、溶接棒５の製造上の
観点からも、そのＳｉ成分晴を３０重量パーセント以下
にするのが妥当である。一方、溶接棒５は、Ｓｉ成分量
が５重量パーセント未満のものでは指数関数的に摩耗量
が増大することから、Ｓｉ成分量の下限値を５重量パー
セントとする。
尚、本発明の溶加材（溶接棒）５をプラズマアー安価で
小規模な設備で足りる。加えて、電子ビーク溶接に使用
することもできる。
小規模な設備で足りる。加えて、電子ビーク溶接に使用
することもできる。
以上の各摩耗試験の結果から溶加材（溶接棒）５の成分
は、Ｎｉ成分量を５〜３０重量パーセント。
は、Ｎｉ成分量を５〜３０重量パーセント。
Ｃｕ成分量を１５重量パーセント以下とし、がっ、Ｓｉ
成分量を５〜３０重徹パーセント含むように設定され、
残部はアルミニウムと必要に応じＦｅ。
成分量を５〜３０重徹パーセント含むように設定され、
残部はアルミニウムと必要に応じＦｅ。
Ｚｎ、Ｔｉ等の添加物とした。これによって、従来から
使用されている電子ビームにより合金層を形成する方法
に比較して、エネルギー密度の小さいアーク溶接で偏析
が少なく耐摩耗性に優れたＮｉ−へａ合金の融解部６を
形成することが可能になった。又、汎用的なアーク溶接
で耐摩耗性に優れた融解部６を形成できるため、電子ビ
ーム法等のように高価で、大規模な設備を導入すること
なく、ム法のようにピストン素材を真空中に保持して処
理する必要がなく、製造（処理）工程を簡素化できると
Ｊ（に、溶加材（溶接棒）５の連続的供給を可能とし、
製造（処理）工数を著しく削減できるものである。更に
、本発明に係る溶加材５を、アルミニウム合金（Ａ、Ｃ
８Ａ）環ピストンに溶着させて形成した融解部６には、
一般的な表面処理と異なり硬度が比較的低いＮｉＡ（Ｉ
ｓが晶出すると共に、初品Ｓｉ及び共晶Ｓｉが晶出する
ため、第４図に示すように融解部６にピストンリング溝
７を形成し、ピストンリングとの接触面に融解部６の合
金層を露出させた場合には、ピストンリングを摩耗させ
ることがなく、ピストンリング溝７の耐摩耗性を向上す
ることができるしのである。加えて、ピストン素材１と
融解部６の材料の比重が同等であるため、ピストン重量
が重くならず、加工性も良好であり、ピストン素材ｌよ
りも融点が高いので耐熱特性も向上する。そのため、本
発明に係る溶接棒５により融解部６を形成し、ピストン
リング溝の耐摩耗性を向上したピストンは、耐久信頼性
が大幅に向上し、ディゼル等の高熱負荷エンジンや、タ
クシ−等の長寿命保証が必要なエンジンに対し、特に効
果的に使用されることが期待される。
使用されている電子ビームにより合金層を形成する方法
に比較して、エネルギー密度の小さいアーク溶接で偏析
が少なく耐摩耗性に優れたＮｉ−へａ合金の融解部６を
形成することが可能になった。又、汎用的なアーク溶接
で耐摩耗性に優れた融解部６を形成できるため、電子ビ
ーム法等のように高価で、大規模な設備を導入すること
なく、ム法のようにピストン素材を真空中に保持して処
理する必要がなく、製造（処理）工程を簡素化できると
Ｊ（に、溶加材（溶接棒）５の連続的供給を可能とし、
製造（処理）工数を著しく削減できるものである。更に
、本発明に係る溶加材５を、アルミニウム合金（Ａ、Ｃ
８Ａ）環ピストンに溶着させて形成した融解部６には、
一般的な表面処理と異なり硬度が比較的低いＮｉＡ（Ｉ
ｓが晶出すると共に、初品Ｓｉ及び共晶Ｓｉが晶出する
ため、第４図に示すように融解部６にピストンリング溝
７を形成し、ピストンリングとの接触面に融解部６の合
金層を露出させた場合には、ピストンリングを摩耗させ
ることがなく、ピストンリング溝７の耐摩耗性を向上す
ることができるしのである。加えて、ピストン素材１と
融解部６の材料の比重が同等であるため、ピストン重量
が重くならず、加工性も良好であり、ピストン素材ｌよ
りも融点が高いので耐熱特性も向上する。そのため、本
発明に係る溶接棒５により融解部６を形成し、ピストン
リング溝の耐摩耗性を向上したピストンは、耐久信頼性
が大幅に向上し、ディゼル等の高熱負荷エンジンや、タ
クシ−等の長寿命保証が必要なエンジンに対し、特に効
果的に使用されることが期待される。
尚、本発明に係る溶加材５は、アルミニウム合金製ピス
トンのピストンリング溝７の耐摩耗性向上のために使用
される場合に限られず、アルミニウム合金の摺動部の耐
摩耗性向上に有効であることは勿論である。
トンのピストンリング溝７の耐摩耗性向上のために使用
される場合に限られず、アルミニウム合金の摺動部の耐
摩耗性向上に有効であることは勿論である。
以東述べたように本発明は、アルミニウムに少なくとも
Ｎｉを５〜３０市９パーセント Ｃｕを■５ Ｉｒｃ−
！−＋ｔパーセント以下含み、かつＳｉを５〜３０ｉ１
ｉ Ｆｌパーセント含んだ溶加材であるため、Ａ４合金
母材にＭＩＧ溶接等で確実に溶接でき、この溶接部に耐
摩耗性に優れた合金層を形成できる。そして、このよう
にして溶加材をＡＩ２合金母材に溶接することにより、
Ａｇ合金母材中にＮｉ−Ａｌ系金金属間化合物晶出する
と共に初晶Ｓｉ及び）（晶Ｓ１が晶出し、耐摩耗性を格
段に向上し得る耐摩耗性合金部材が形成できる。又、本
発明によれば、溶加材をＡ４合金母材に溶接することに
より耐摩耗性合金部材を形成することができるため、従
来例に比較して製造設備を小型化・簡素化することが発
明の効果 できると共に、生産効率を向上することができる。
Ｎｉを５〜３０市９パーセント Ｃｕを■５ Ｉｒｃ−
！−＋ｔパーセント以下含み、かつＳｉを５〜３０ｉ１
ｉ Ｆｌパーセント含んだ溶加材であるため、Ａ４合金
母材にＭＩＧ溶接等で確実に溶接でき、この溶接部に耐
摩耗性に優れた合金層を形成できる。そして、このよう
にして溶加材をＡＩ２合金母材に溶接することにより、
Ａｇ合金母材中にＮｉ−Ａｌ系金金属間化合物晶出する
と共に初晶Ｓｉ及び）（晶Ｓ１が晶出し、耐摩耗性を格
段に向上し得る耐摩耗性合金部材が形成できる。又、本
発明によれば、溶加材をＡ４合金母材に溶接することに
より耐摩耗性合金部材を形成することができるため、従
来例に比較して製造設備を小型化・簡素化することが発
明の効果 できると共に、生産効率を向上することができる。
第１図は本発明に係る溶加材（溶接棒）を使用したＭＩ
Ｇ溶接状態図、第２図はノツチ部形状、第３図は融解部
所面図、第４図はピストンリング溝部断面図、第５図は
摩耗試験（サバン式）概略図、第６図は融解部のＮｉ成
分量を変化させた場合の摩耗試験結果図、第７図はノツ
チ形状と融解部のＮｉ成分量との相関図、第８図は第７
図に関する試験で使用されたノツチ形状断面図、第９図
はピストンリング溝の実機試験結果図、第１０図は最解
部のＣｕ成分量を変化させた場合の摩耗試験結果図、第
１１図は溶接棒のＳｉ成分量を変化させた場合の摩耗試
験結果図である。 ｌ・・・ピストン素材ＣＡｌ合金母材）、５・・・溶加
材（溶接棒）、ｌＯ・・・試験片母材ＣＡｌ合金母材）
。 第 図 第 図 ｅ （ｄｅｇ） 第８ 図 （Ｃｕ ＝Ｏｗｔ ＠／６） ピストンリンク−、＊融解部のＮｉ広分量第１０図 融解部Ｃｕ５分量（ｕｔ’／−）
Ｇ溶接状態図、第２図はノツチ部形状、第３図は融解部
所面図、第４図はピストンリング溝部断面図、第５図は
摩耗試験（サバン式）概略図、第６図は融解部のＮｉ成
分量を変化させた場合の摩耗試験結果図、第７図はノツ
チ形状と融解部のＮｉ成分量との相関図、第８図は第７
図に関する試験で使用されたノツチ形状断面図、第９図
はピストンリング溝の実機試験結果図、第１０図は最解
部のＣｕ成分量を変化させた場合の摩耗試験結果図、第
１１図は溶接棒のＳｉ成分量を変化させた場合の摩耗試
験結果図である。 ｌ・・・ピストン素材ＣＡｌ合金母材）、５・・・溶加
材（溶接棒）、ｌＯ・・・試験片母材ＣＡｌ合金母材）
。 第 図 第 図 ｅ （ｄｅｇ） 第８ 図 （Ｃｕ ＝Ｏｗｔ ＠／６） ピストンリンク−、＊融解部のＮｉ広分量第１０図 融解部Ｃｕ５分量（ｕｔ’／−）
Claims (3)
- （１）耐摩耗性が要求される部位のＡｌ合金母材の表面
に、Ａｌに少なくともＮｉを５〜３０重量パーセント、
Ｃｕを１５重量パーセント以下含み、かつ、Ｓｉを５〜
３０重量パーセント含んだ溶加材を溶かし込み、Ｎｉ−
Ａｌ系金属間化合物をＡｌ合金母材中に晶出させると共
に、初晶Ｓｉ及び共晶Ｓｉを晶出させてなることを特徴
とする耐摩耗性合金部材。 - （２）耐摩耗性が要求される部位のＡｌ合金母材の表面
に、Ａｌに少なくともＮｉを５〜３０重量パーセント、
Ｃｕを１５重量パーセント以下含み、かつＳｉを５〜３
０重量パーセント含んだ溶加材をアーク溶接により溶接
して、Ａｌ合金母材にＮｉ−Ａｌ系金属間化合物が晶出
すると共に初晶及び共晶のＳｉが晶出した合金層を形成
することを特徴とする耐摩耗性合金部材の製造方法。 - （３）Ａｌに少なくともＮｉを５〜３０重量パーセント
、Ｃｕを１５重量パーセント以下含み、かつ、Ｓｉを５
〜３０重量パーセント含んだことを特徴とする溶加材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32301788A JPH02169182A (ja) | 1988-12-21 | 1988-12-21 | 耐摩耗性合金部材及びその製造方法並びに該製造方法に使用する溶加材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32301788A JPH02169182A (ja) | 1988-12-21 | 1988-12-21 | 耐摩耗性合金部材及びその製造方法並びに該製造方法に使用する溶加材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02169182A true JPH02169182A (ja) | 1990-06-29 |
Family
ID=18150198
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32301788A Pending JPH02169182A (ja) | 1988-12-21 | 1988-12-21 | 耐摩耗性合金部材及びその製造方法並びに該製造方法に使用する溶加材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02169182A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04323343A (ja) * | 1991-04-24 | 1992-11-12 | Showa Alum Corp | 耐摩耗性に優れたアルミニウム合金 |
| JPH055146A (ja) * | 1991-06-26 | 1993-01-14 | Showa Alum Corp | 耐摩耗性及び熱伝導性に優れたアルミニウム合金 |
| JPH055147A (ja) * | 1991-06-26 | 1993-01-14 | Showa Alum Corp | 耐摩耗性に優れた低熱膨張アルミニウム合金 |
| EP0561204A2 (en) * | 1992-03-04 | 1993-09-22 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Heat-resistant aluminum alloy powder, heat-resistant aluminum alloy and heat- and wear-resistant aluminum alloy-based composite material |
| EP0820831A1 (de) * | 1996-07-26 | 1998-01-28 | KS Kolbenschmidt GmbH | Verfahren zur Herstellung von verschleissbeständigen Oberflächen an Ringnutbereichen von Kolben aus Aluminiumwerkstoffen; Kolben für Brennkraftmaschinen |
| CN111203671A (zh) * | 2020-02-11 | 2020-05-29 | 重庆理工大学 | 一种用于铝/钢填丝搅拌摩擦焊的铝基焊丝及其制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58215291A (ja) * | 1982-05-27 | 1983-12-14 | テイ−ア−ルダブリユ・インコ−ポレ−テツド | 硬化肉盛り層を有するアルミニウム基材料 |
| JPH01113119A (ja) * | 1987-10-23 | 1989-05-01 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 巻取機 |
-
1988
- 1988-12-21 JP JP32301788A patent/JPH02169182A/ja active Pending
Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
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| JPH01113119A (ja) * | 1987-10-23 | 1989-05-01 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 巻取機 |
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| JPH055146A (ja) * | 1991-06-26 | 1993-01-14 | Showa Alum Corp | 耐摩耗性及び熱伝導性に優れたアルミニウム合金 |
| JPH055147A (ja) * | 1991-06-26 | 1993-01-14 | Showa Alum Corp | 耐摩耗性に優れた低熱膨張アルミニウム合金 |
| EP0561204A2 (en) * | 1992-03-04 | 1993-09-22 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Heat-resistant aluminum alloy powder, heat-resistant aluminum alloy and heat- and wear-resistant aluminum alloy-based composite material |
| EP0561204B1 (en) * | 1992-03-04 | 1997-06-11 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Heat-resistant aluminum alloy powder, heat-resistant aluminum alloy and heat- and wear-resistant aluminum alloy-based composite material |
| EP0820831A1 (de) * | 1996-07-26 | 1998-01-28 | KS Kolbenschmidt GmbH | Verfahren zur Herstellung von verschleissbeständigen Oberflächen an Ringnutbereichen von Kolben aus Aluminiumwerkstoffen; Kolben für Brennkraftmaschinen |
| CN111203671A (zh) * | 2020-02-11 | 2020-05-29 | 重庆理工大学 | 一种用于铝/钢填丝搅拌摩擦焊的铝基焊丝及其制备方法 |
| CN111203671B (zh) * | 2020-02-11 | 2021-09-24 | 重庆理工大学 | 一种用于铝/钢填材搅拌摩擦焊的铝基焊材及制备方法 |
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