JPH0284245A - 耐摩耗性アルミニウム合金部材の製造方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は、エンジンのシリンダブロック等の耐摩耗性に
優れることが要求される部分を有する部材を、アルミニ
ウム合金材料により形成する際に使用される、耐摩耗性
アルミニウム合金部材の製造方法に関する。

（従来の技術） 車両等のエンジンにおいては、所定の機械的強度を具え
ることに加えて、良好な放熱特性を有し、かつ、軽量化
が図られたものとされることが、船釣に望まれるところ
となる。斯かる観点から、従来、エンジンにおける外殻
構成部分であるシリンダブロックやシリンダヘッド等を
、アルミニウム合金材料で形成することが提案されてい
る。例えば、エンジンにおけるシリンダブロックがアル
ミニウム合金製とされるにあたっては、特公昭４３８１
７３号公報にも示される如く、シリンダブロックの全体
が過共晶アルミニウム−シリコン系合金材料が用いられ
て一体鋳造された後、ピストンに対する摺動面となるシ
リンダボア部の内表面に酸あるいはアルカリ溶剤による
エツチング処理が施されて、シリンダボア部の内表面に
晶出シリコンが露出せしめられ、それにより、シリンダ
ボア部における耐摩耗性及びオイル保持性の改善が図ら
れるようにされることが知られている。

（発明が解決しようとする課題） アルミニウム−シリコン系合金材料が用いられて形成さ
れる合金部材においては、その耐摩耗性には、主として
、合金材料に含有されるシリコンが貢献することになる
が、上述の如（に、シリンダブロックの全体が過共晶ア
ルミニウム−シリコン系合金材料によって一体鋳造され
る場合には、鋳造に用いられる過共晶アルミニウム−シ
リコン系合金材料におけるシリコンの含有量は、それが
過多とされると、シリンダブロックが鋳造される１＜に
、晶出した初晶シリコンの極端な粗大化がまねかれて、
得られるシリンダブロックが機械加工性が大幅に低下し
たものとなってしまうので、例えば、１９重重量以下程
度に制限されることになり、その結果、鋳造されたシリ
ンダブロックが充分な耐摩耗性を有するには含有シリコ
ン〒が不足することになってしまうという問題がある。

このような含有シリコン量不足の問題を解消すべく、含
有シリコン量が比較的多量とされる合金体を得ることが
できる急冷凝固アルミニウム−シリコン系粉末合金材料
により、シリンダブロックの全体を形成することも考え
られるが、斯かる場合には、晶出シリコンの粒子サイズ
が著しく微細なものとされて、含有シリコン量が比較的
多量とされるにもかかわらず、シリンダブロックの耐摩
耗性は期待される程には改善されない。そこで、さらに
、急冷凝固アルミニウム−シリコン系粉末合金材料によ
り形成されたシリンダブロックの全体に高温加熱処理を
施して、晶出シリコンの凝集粗大化を図ることが考えら
れる。しかしながら、斯かる晶出シリコンの凝集粗大化
が図られる場合；こは、耐摩耗性は改善されるものの、
シリンダブロックの全体に亙って晶出シリコンがｆ■大
化するため、シリンダブロックがその強度特性が劣化し
たものとされてしまうという問題を生じさせる。

また、上述の如くにしてシリンダブロックが過共晶アル
ミニウム−シリコン系合金材料により一体鋳造される場
合には、シリンダボア部の内表面に酸あるいはアルカリ
溶剤によるエツチング処理が施される工程が設けられる
ことが必要とされるという煩わしさが伴われることにな
る。

；庚かる点に鑑み、本発明は、エンジンのシリンダブロ
ック等の耐摩耗性に優れることが要求される部分を有す
る部材を、アルミニウム−シリコン系合金材料を用いて
アルミニウム合金部材として得るにあたり、得られるア
ルミニウム合金部材を、全体的強度特性が実質的に損な
われることなく、その耐摩耗性が良好であることが要求
される部分における晶出シリコンの凝集粗大化が図られ
るとともに、酸あるいはアルカリ溶剤によるエツチング
処理を要することなく、その耐摩耗性が良好であること
が要求される部分におけるオイル保持性が改善されたも
のとなすことができる、耐摩耗性アルミニウム合金部材
の製造方法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上述の目的を達成すべく、本発明に係る耐摩耗性アルミ
ニウム合金部材の製造方法は、２０重量％以上のシリコ
ンを含み、１００ｇ当たり０．２〜１　、０ｃｃの水素
ガスを残留させた急冷凝固アルミニウム−シリコン系粉
末合金材料を用いて表面素材を形成し、その表面素材を
鋳型におけるそれにより鋳造される部材の耐摩耗性が良
好であることが要求される表面部分を形成することにな
る位置に配置した後、表面素材が配置された鋳型にアル
ミニウム合金［オ料の溶湯を注湯し、表面素材を再溶融
させる状態を経て、鋳型により鋳造されたアルミニウム
合金部材を得るものとされる。

このように、本発明に係る耐摩耗性アルミニウム合金部
材の製造方法に用いられる象、冷凝固アルミニウム−シ
リコン系粉末合金材料が、２０重量％以上のシリコンを
含み、また、１００ｇ当たり０．２〜１．０ｃｃの水素
ガスを残留させたものとされるのは、以下の理由に基づ
く。

急冷凝固アルミニウム−シリコン系粉末合金材料中のシ
リコンは、鋳造されたアルミニウム合金部材における表
面部材が再溶融された部分の硬度を高めて耐摩耗性を向
上させることに寄与するものとなる。斯かる事柄を踏ま
えて、急冷凝固アルミニウム−シリコン系粉末合金材料
中のシリコンの含有量を規定する実験を行った結果、シ
リコンの含有量が２０重量％未満では、アルミニウム合
金部材における表面素材が再溶融された部分の耐摩耗性
の向上が充分に図れないことが確認された。

従って、シリコンの含有量は２０重量％以上の範囲とさ
れる。

また、急冷凝固アルミニウム−シリコン系粉末合金材料
に残留した水素ガスは、アルミニウム合金部材の鋳造時
に、その表面素材が再溶融された部分の表面及び内部に
ガス孔を形成し、そのガス孔によって表面素材が再溶融
された部分におけるオイル保持性が改善されることにな
る。このような事柄を踏まえて、急冷凝固アルミニウム
−シリコン系粉末合金材料における水素ガスの残留量を
規定する実験を行った結果、水素ガスの残留量が２００
ｇ当たり０．２ｃｃ未満では、アルミニウム合金部材に
おける表面素材が再溶融された部分の表面及び内部に形
成されるガス孔の数が不足して、オイル保持性が充分に
改善されず、一方、水素ガスの残留量が１００ｇ当たり
１．０ｃｃを越える場合には、アルミニウム合金部材に
おける表面素材が再熔融された部分の表面におけるガス
孔が粗大化する結果、耐摩耗性の低下をきたすことが確
認された。従って、水素ガスの残留量は、１００ｇ当た
り０．２〜１　、０ｃｃの範囲とされる。

（作　用） 上述の如くの本発明に係る耐摩耗性アルミニウム合金部
材の製造方法によれば、急冷凝固アルミニウム−シリコ
ン系粉末合金材料により形成された表面素材が配された
鋳型にアルミニウム合金材料の溶湯が注湯されることに
よって、アルミニウム合金部材が鋳造される際に、表面
素材が再溶融され、それにより、アルミニウム合金部材
における耐摩耗性が良好であることが要求される表面部
分において、適切な量の晶出シリコンが適切に凝集粗大
化して耐摩耗性の向上が図られることになる。また、ア
ルミニウム合金部材がｔ、η造される際に、再溶融され
る表面素材中の水素ガスが、アルミニウム合金部材にお
ける耐摩耗性が良好であることが要求される表面部分に
ガス孔を形成し、その結果、酸あるいはアルカリ溶剤に
よるエツチング処理を要することなく、アルミニウム合
金部材における耐摩耗性が良好であることが要求される
表面部分のオイル保持性が改善されることになる。

（実施例） 以下、本発明に係る耐摩耗性アルミニウム合金部材の製
造方法の一例について述べる。

この例は、本発明に係る耐摩耗性アルミニウム合金部材
の製造方法が、エンジンのシリンダブロックをアルミニ
ウム合金材料により鋳造するにあたって適用されたもの
とされている。

先ず、シリコン（Ｓｉ）を２０重量％以上含み、水素ガ
ス（Ｈ２）を１００ｇあたり０，２〜１　、０ｃｃ残留
させた急冷凝固アルミニウム−シリコン系粉末合金材料
を用意する。その際、水素ガスの残留量は、急冷凝固ア
ルミニウム−シリコン系粉末合金材料が封入された容器
内に対して真空脱気処理を施し、その際における処理温
度及び処理時間を選定することにより調整することが可
能である。

斯かる急冷凝固アルミニウム−シリコン系粉末合金材料
は、具体的には、例えば、下記の表−１に示される如く
の成分組成を有する粉末合金材料ＸＩ、Ｘ２及びＸ３の
如くに、アルミニウム（Ａｌ）を主組成要素とし、シリ
コンに加えて、銅（Ｃｕ）及びマグネシウム（Ｍｇ）を
含有したものとされる。

表−１ 次に、用意された象、冷凝固アルミニウム−シリコン系
粉末合金材料を用いてビレツトを成形した後、押出成形
用の型を用いての押出加工により、第２図に示される如
くの、得られるべきシリンダブロックにおけるシリンダ
ボア部に対応するライナー１０を、シリンダブロックに
おける耐摩耗性が良好であることが要求される表面部分
に対応する表面素材として形成する。このライナー１０
は、比較的薄肉とされた円筒部１０ａと円筒部１０ａの
一端に設けられたフランジ部１０６とから成るものとさ
れる。

続いて、ライナー１０を、例えば、４００°Ｃまで加熱
して、第１図に示される如くに、シリンダブロック用鋳
型１２に配置する。シリンダブロック用鋳型１２は、例
えば、直列４シリンダエンジンのシリンダブロックの鋳
造に用いられるものとされ、第１図は、シリンダブロッ
ク用鋳型１２における４個のシリンダボア形成部のうち
一つの中央部を通り、シリンダボア形成部の配列方向に
直行する断面を示している。

このシリンダブロック用鋳型１２は、下型１４側型１６
及び上型１８を備えて構成されており、それらによって
包囲される空間がシリンダブロック形成空間とされてい
る。また、上型１８と側型１６との間の空間には、シリ
ンダブロックにおけるウォータジャケット等を形成する
ための砂中子２０が配されている。そして、下型１４に
設けられた上方隆起部１４ａが、シリンダブロックにお
けるクランク軸収容部の形成に寄与し、上型１８に設け
られた下方突出円柱部１８ａが、その下端面を下型１４
に設けられた上方隆起部１４ａの上面に当接させるもの
とされて、シリンダブロックにおけるシリンダボア部の
形成に寄与し、さらに、側型１６がシリンダブロックに
おける側壁部の形成に寄与する。また、下型１４には、
下型１４と側型１６との間の空間に通じた注湯口２２が
設けられている。

斯かるシリンダブロック用鋳型１２に対して、ライナー
１０は、上型１８に設けられた下方突出円柱部１８ａに
嵌合せしめられるものとされる。

即ち、ライナー１０は、シリンダブロック用鋳型１２に
おける、それにより鋳造されるシリンダブロックの、耐
摩耗性が良好であることが要求される表面部分である、
シリンダボア部を形成することになる位置に配置される
のである。

このようにしてライナー１０が各シリンダボア形成部に
配置されたシリンダブロック用鋳型１２に対し、注湯口
２２を通じて、脱ガス処理等が行われたアルミニウム合
金材料（例えば、ＪＩＳ：ＡＤＣＩＯ）の溶湯を、第１
図において矢印Ｙで示される如くに注湯し、シリンダブ
ロック用鋳型１２における下型１４と側型１６との間、
及び、上型１８と側型１６との間に形成されたシリンダ
ブロック形成空間を、アルミニウム合金材料の溶湯で充
填し、それにより、アルミニウム合金材料の溶湯の熱に
よってライナー１０を再溶融される状態となす。斯かる
際、ライナー１０は、約４００°Ｃに予熱されているこ
とにより、容易に溶融されるものとなる。そして、ライ
ナー１０が？容融されることにより、ライナー１０を形
成する急冷凝固アルミニウム−シリコン系粉末合金材料
に残留せしめられた水素ガスが、溶融されたライナー１
０中に気泡を生じる。

その後、シリンダブロック用鋳型１２内のアルミニウム
合金材料が所定の冷却速度、例えば、１０〜１０２°Ｃ
／　ｓで冷却される状態とする。その際、再熔融された
ライナー１０が、アルミニウム合金材料と一体化されて
冷却され、ライナー１０に含有された初晶シリコンが、
ライナー１０の表面及び内部において、例えば、３０〜
５０μｍとされる粒子サイズを有するものとなるように
凝集粗大化されて、比較的密に散在するものとされる。

また、それとともに、気泡を生じた水素ガスが漏出し、
ライナー１０の表面及び内部に水素ガスによるガス孔が
比較的密に散在するものとされて形成される。

そして、アルミニウム合金材料及びそれと一体化された
ライナー１０とが完全に冷却凝固した後、シリンダブロ
ック用鋳型１２内に、鋳造されたアルミニウム合金部材
であるシリンダプロ・ツクを得る。その後、シリンダブ
ロック用鋳型１２を開き、さらに、砂中子２０を崩して
、得られたシリンダブロックを取り出し、必要に応して
仕上げ加工を施す。第３図は、上述の如くにして、本発
明に係る耐摩耗性アルミニウム合金部材の製造方法の一
例により得られたシリンダブロックを示し、このシリン
ダブロックは、直列に配された４個のシリンダボア部２
４ａ、２４ｂ、２４ｃ及び２４ｄの夫々が、再溶融され
た後アルミニウム合金材料と一体化され、その表面及び
内部において初晶シリコンが凝集粗大化されるとともに
、ガス孔が形成されたライナー１０により形成されてい
る。従って、シリンダボア部２４ａ、２４ｂ、２４ｃ及
び２４ｄの夫々の内表面部は、耐摩耗性に優れ、かつ、
オイル保持性が良好なものとされている。

第４図、第５図及び第６図は、夫々、急冷凝固アルミニ
ウム−シリコン系粉末合金材料が表−１に示される如く
の粉末合金材料ＸＩ、Ｘ２及びＸ３とされたもとで、上
述の如くにしてシリンダブロック用鋳型１２により鋳造
されたシリンダブロックにおける、シリンダボア部を形
成するライナー１０の無作為選択された表面近傍部分の
内部金属！ｆＡ織における結晶粒界を、倍率が１（１０
倍とされた顕微鏡写真をもって示す。

これらの写真において、灰色に見える部分は、初晶シリ
コンの結晶粒であって、通常、急冷凝固アルミニウム−
シリコン系合金材料における初晶シリコンの粒子サイズ
が略１０μｍとなるのに比して、凝集粗大化しているこ
とが確認される。また、黒色に見える部分は、水素ガス
により形成されたガス孔である。粉末合金材料Ｘｉ、Ｘ
２及びＸ３は、夫々、水素ガスの残留量が１００ｇ当た
り０．２ｃｃ　、　０．５ｃｃ及び１．０ｃｃとされて
おり、水素ガスの残留量が多くなるに従って、ガス孔の
サイズが大とされていることが確認される。

なお、上述の本発明に係る耐摩耗性アルミニウム合金部
材の製造方法の一例は、エンジンのシリンダブロックの
製造に適用されているが、本発明に係る耐摩耗性アルミ
ニウム合金部材の製造方法は、斯かる例に限られること
なく、耐摩耗性が良好であることが要求される部分を有
するアルミニウム合金部材を得るにあたって広く適用さ
れ得るものである。

（発明の効果） 以上の説明から明らかな如く、本発明に係る耐摩耗性ア
ルミニウム合金部材の製造方法によれば、急冷凝固アル
ミニウム−シリコン系粉末合金材料により形成された表
面素材が配された鋳型にアルミニウム合金材料の溶湯が
注湯されることにより、表面素材が再溶融されてアルミ
ニウム合金部材が鋳造され、それによって、全体的強度
特性が実質的に損なわれることな（、耐摩耗性が良好で
あることが要求される表面部分において、適切な量の晶
出シリコンが適切に凝集粗大化して耐摩耗性の向上が図
られることになり、また、耐摩耗性が良好であることが
要求される表面部分において、再溶融される表面素材中
の水素ガスによるガス孔が形成されることにより、酸あ
るいはアルカリ溶剤によるエツチング処理を要すること
なく、オイル保持性の改善が図られたアルミニウム合金
部材を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る耐摩耗性アルミニウム合金部材の
製造方法の一例に用いられるシリンダブロック用鋳型を
示す断面図、第２回は本発明に係る耐摩耗性アルミニウ
ム合金部材の製造方法の一例に用いられるライナーを示
す断面図、第３図は本発明に係る耐摩耗性アルミニウム
合金部材の製造方法の一例によって得られるシリンダブ
ロックの斜視図、第４図〜第６図は本発明に係る耐摩耗
性アルミニウム合金部材の製造方法の一例によって得ら
れたシリンダブロックのシリンダボア部における金属組
織を示す顕微鏡写真である。 図中、１０はライナー　１２はシリンダブロック用鋳型
である。 特許出願人　　　マツダ株式会社 第１ 図 ン・ルダフロソク用鋳Ｊ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　２０重量％以上のシリコンを含み、１００ｇ当たり０
   ．２〜１．０ｃｃの水素ガスを残留させた急冷凝固アル
   ミニウム−シリコン系粉末合金材料を用いて表面素材を
   形成する工程と、 上記表面素材を鋳型における該鋳型により鋳造される部
   材の耐摩耗性が良好であることが要求される表面部分を
   形成することになる位置に配置する工程と、 上記表面素材が配置された上記鋳型にアルミニウム合金
   材料の溶湯を注湯し、上記表面素材を再溶融させる状態
   を経て、上記鋳型により鋳造されたアルミニウム合金部
   材を得る工程と、 を含んで成る耐摩耗性アルミニウム合金部材の製造方法
   。