JPH05169257A - アルミ鋳物部品の局部強化方法 - Google Patents

アルミ鋳物部品の局部強化方法

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JPH05169257A
JPH05169257A JP33523191A JP33523191A JPH05169257A JP H05169257 A JPH05169257 A JP H05169257A JP 33523191 A JP33523191 A JP 33523191A JP 33523191 A JP33523191 A JP 33523191A JP H05169257 A JPH05169257 A JP H05169257A
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JP
Japan
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particles
welding
welding wire
capsule
particle
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Pending
Application number
JP33523191A
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English (en)
Inventor
Mitsuhiko Itaya
光彦 板屋
Yuji Matsunami
裕司 松並
Kenji Hida
健司 肥田
Akira Tsujimura
明 辻村
Tadashi Kamimura
正 上村
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Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 キレツやガス欠陥なく大幅に耐熱性を向上さ
せる。 【構成】 Cu粒子及びAl粒子の一方を核粒子に、他
方を被覆粒子にしてカプセル粒子13を形成する。この
カプセル粒子13をCu又はAlで成形した鞘材14に
充填して、その重量比がCu:Al=(10〜40):(90
〜60)となるように溶接ワイヤ15を形成する。この溶
接ワイヤにより強化対象の部位に肉盛り溶接を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、溶接肉盛りによってア
ルミ鋳物部品の局部強化を行う方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】近来にあっては、エンジンの高出力化に
伴い、シリンダヘッドに温度上昇による熱負荷と同時
に、機械的負荷の増大が問題となっている。すなわち図
5に示すように、この負荷増大により、シリンダヘッド
1の下面、特に他の部位より比較的肉薄な部分である吸
気ポート3と排気ポート4との間(弁間部)、及びこれ
らと燃料噴射ノズル孔(或いは予燃焼室孔)5との間の
部分6に、熱キレツが生じてしまう。また図6に示すよ
うに、ピストン7においても負荷の大きい燃焼室8の周
囲(図中斜線にて示す)が強化されるべき部位となる。
【0003】この対策として従来採用された局部強化方
法には、次のような技術があった。 合金化;耐熱成分(Cr,Mo,Cu,Ni等)を適
量添加し、耐熱強度を向上させる。鋳包み;熱キレツ
発生部位に鉄鋼材料,耐熱金属材料を鋳包む。改良処
理;ストロンチウムやチタンを適量添加し、析出する結
晶粒を微細化し、引張強度を高めると同時に、伸び特性
を向上させ耐熱キレツ性を向上させる。硬質アルマイ
ト処理;硬質アルマイト処理被膜を100 μm前後形成す
ることで耐熱性を向上させる。再溶融処理;レーザ,
電子ビーム,TIG等の高密度エネルギ源によりアルミ
母材を溶融、急冷凝固させることで、結晶粒の微細化を
図り耐熱強度を高める。ただしこれらの従来技術には、
次のような問題があった。
【0004】合金化…コスト高となるほか、合金添加
により鋳造性が悪くなり、“引け巣”等の鋳造欠陥発生
により、生産性、歩留まりの悪化を伴う。また鋳造性の
悪化により、耐熱強度に大きな影響を及ぼすミクロシュ
リンケージが多くなり、合金化によってかえって耐熱強
度を悪化させることになる。鋳包み…鋳包み性の確保
のため、鋳包み鉄鋼材料の前処理としてアルミナイズ処
理を必要とするほか、参加防止、鋳包み温度の徹底管
理、及び鋳包み後の非破壊検査が必要となり、大幅な工
数増大となる。改良処理…簡単な方法であるが、効果
が小さい。硬質アルマイト処理…耐熱性向上効果は上
記,と比べ大きいが、キレツ発生部位のみを処理す
るためには、他の部位のマスキングによるアルマイト除
去処理が必要となり、手間がかかる高価な処理となる。
再溶融処理…処理方法が簡便で耐熱性向上効果が大き
い処理であるが、現在求められている耐熱性向上目標に
対して不充分である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記〜の従来技術
が有している問題点を避けるものとして、の再溶融処
理時に耐熱成分を添加するようにした合金再溶融処理
と、母材のアルミよりも耐熱性のある成分となる溶接ワ
イヤにて肉盛り溶接する方法とが提案されている。合金
再溶融処理としては、耐熱金属粉末(Ni,Cu,C
r,Mo,Wなど)を高密度エネルギの照射により単独
で或いは混合させて溶かし込み、結晶粒を微細化すると
同時に合金化する方法が研究されている(例えば「アル
ミ合金鋳物製内燃機関用シリンダヘッドの改良処理方
法」,特開昭62−38786号公報)。また溶接ワイ
ヤにて肉盛りする方法としては、耐摩耗性の向上を目的
に、Cuワイヤを電子ビームにて溶融合金化する、或い
はアルミ合金ワイヤをMIG法にて肉盛りする方法がピ
ストン用材料に一部実用化されている。
【0006】しかしながら上記した合金再溶融処理にお
いては、次のような課題が残されていた。(a)耐熱金
属粉末を単独で添加する場合、母材のアルミとのなじみ
性が悪く、溶加金属層と母材との境界部でキレツが生じ
やすい。(b)耐熱金属粉末を複数種混ぜて添加する場
合、混合が均一にならないことによる溶加金属の収縮率
の違いによりキレツが生じる。(c)プラズマ溶接機及
びTIG溶接機による粉末添加では母材のガス欠陥のガ
スを溶融時放出し、これが溶接肉盛り部に現出し、ガス
欠陥の多い肉盛りとなる。
【0007】また上記溶接ワイヤによる肉盛りにおいて
は、次のような課題が残されていた。(d)アルミ合金
鋳物にCuワイヤを電子ビームにて溶融合金化させる場
合、Cu溶融部にキレツが生じる。ただしピストンのト
ップリング溝へのCu−Al合金層の活用による耐摩耗
性の向上のためには、このCuの溶融部のキレツは問題
とはならず、後工程の切削加工にて除去され、キレツの
ない金属層のみを利用することになる。(e)Al合金
ワイヤの場合、キレツは生じないが、耐熱性向上目標に
対して不充分である。
【0008】そこで本発明は、キレツやガス欠陥のな
い、しかも大幅な耐熱性の向上が図れるアルミ鋳物部品
の局部強化方法を提供すべく創案されたものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、Cu粒子及び
Al粒子の一方を核粒子に、他方を被覆粒子にしてカプ
セル粒子を形成しておき、該カプセル粒子をCu又はA
lで成形した鞘材に充填してその重量比がCu:Al=
(10〜40):(90〜60)となるように溶接ワイヤを形成
した後、該溶接ワイヤにより強化対象の部位に肉盛り溶
接を行うものである。
【0010】
【作用】上記方法によって、欠陥のないCu添加の合金
盛り金層が対象部位に形成される。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【0012】本発明は、キレツ発生の原因となるなじみ
性、異種粒子の均一性に対する解決策として、母材との
なじみ性のよいカプセル粒子の粉末をCu又はAlの鞘
に入れ込めた溶接ワイヤを使用するものとし、さらに耐
熱性分を出来るだけ多く含めることができるように、カ
プセル粒子の核−被覆粒子の組み合わせや重量比を工夫
したものである。これは、Cuを溶接肉盛りにて添加す
る際には、金属間化合物が塊状の状態で析出した場合、
溶着金属の凝固・冷却時にキレツを生じやすい、という
ことに着目したものである。なお、析出する金属間化合
物を均一に分散させた場合は、強化度合は大きくなり、
キレツも生じにくい。ただし実際的には、金属間化合物
が均一に析出するように凝固・冷却時の冷却速度をコン
トロールすることは微妙である。従って塊状状態での金
属間化合物の析出を防止することは困難であり、析出自
体がない成分組成の溶着金属層とすることが肝要であ
る。そこで本発明では、鞘材及びカプセル粒子の成分組
成を、金属間化合物が析出しないような範囲に設定する
ものとした。
【0013】次に本発明に係わるアルミ鋳物部品の局部
強化方法の一実施例を、添付図面に従って説明する。
【0014】まずAl粒子とそれより小径なCu粒子を
用意し、Al粒子の周囲にCu粒子を静電付着させ、こ
れを8,000 〜16,000rpm の回転翼を備えた容器(遠心転
動装置)の中に投入し、1 〜10分間、高速気流中で衝撃
力を与える。この衝撃作用により、Cu粒子がAl粒子
に強固に付着して、図1に示すように、Al粒子11を
核粒子とし、Cu粒子12を被覆粒子としたカプセル粒
子13が得られる。
【0015】次に図2に示すように、このカプセル粒子
13の粉末を、鞘材となるCu製パイプ14に充填し、
これを線引きして図3に示すような直径0.8 〜1.6mm の
溶接ワイヤ15を形成する。そして、HANSENの二
元素Al−Cuの状態図から、金属間化合物が析出しな
い好適な組成比率が、Cu:Al=33:67であるとされ
ていることより、(Cu製鞘材14の重量+被覆粒子の
Cu粒子12の重量):(核粒子のAl粒子11の重
量)=33:67となるように、鞘材14及びカプセル粒子
13をそれぞれ形成するものとした。ただしこの理想値
でなくとも、すなわち一部金属間化合物が析出するよう
な重量比でも、キレツが生じなければ実用に供すること
ができる。この許容範囲としては、耐熱性の向上がある
程度達成できることなどを勘案して、重量比をCu:A
l=(10〜40):(90〜60)と設定した。
【0016】図4に示すように、このようにして製造し
た溶接ワイヤ15をMIG溶接装置16にセットすると
共に、その前方にTIG溶接トーチ17を直列状に配置
する。MIG溶接装置16は、不活性ガスを吹き出すた
めのノズル18と、溶接ワイヤ15を順次送り出すため
のワイヤ供給機構19とを備え、溶接ワイヤ15を消耗
電極にしてアーク溶接を行うようになっている。またT
IG溶接トーチ17は、アークを発生させるための電極
20と不活性ガスを吹き出すためのノズル21とを備え
ている。
【0017】これらTIG溶接トーチ17及びMIG溶
接装置16を改質対象の部位、例えばアルミ製シリンダ
ヘッドの弁間部22に沿って移動させる。これで、先行
するTIG溶接トーチ17によりアルミ母材23が溶融
されて溶融層24が形成されると共に、この溶融層24
に溶接ワイヤ15の溶滴が加えられ、カプセル粒子13
(Cu)が付加された合金化層(合金盛り金部)25が
得られる。
【0018】このTIGアークの先行は、アルミ母材2
3の表面が酸化物(Al2 3 )で覆われているために
これを破壊するものであり、母材の新しい層が表面に出
てくることで、MIG溶接による肉盛りが可能になった
ものである。すなわち事前の切削加工なしで、溶接速度
が速いMIG溶接の利点が生かせると共に、再溶融の過
程でガスの溶出がなされ、ポロシティー欠陥によるブロ
ーホールの発生を防ぐことができる。またTIGアーク
の余熱効果により、母材23と溶接ワイヤ15とのなじ
みが良くなり、且つ溶け込み深さを深くすることができ
る。
【0019】このように、Al粒子11を核粒子とし、
Cu粒子12を被覆粒子としてカプセル粒子13を形成
しておき、このカプセル粒子13の粉末をCu製の鞘材
14に充填してその重量比がCu:Al=(10〜40):
(90〜60)となるように溶接ワイヤ15を形成した後、
この溶接ワイヤ15を使用したMIG溶接法により肉盛
り溶接を行うようにしたので、金属間化合物が析出せ
ず、またなじみ性及び均一性が確保されて、キレツ発生
及びガス欠陥のない合金盛り金層が得られる。
【0020】また本実施例では鞘材14及び被覆粒子を
Cuとしたので、溶接肉盛りの際の電流値の安定化が図
れる。
【0021】本発明者らは、本発明の作用効果を確認す
べく、上記実施例に則って溶接肉盛りを行った。母材と
しては、JIS AC2Bの100 ×200 ×10t のアルミ板を用
い、この板へのビードオンブレード溶接とした。溶接条
件としては、TIG;150 AでHeガスシールド、MI
G;100 AでHeガスシールドとした。また溶接ワイヤ
の重量比の組み合わせとしては、Cu:Al=10:9
0,Cu:Al=33:67,Cu:Al=40:60,
Cu:Al=50:50の四ケースで行った。この結果、本
発明の設定重量比の範囲外に相当するの場合が、一部
金属間化合物の塊状の析出により、その部分にキレツが
生じた。他のケースではキレツもガス欠陥もなく、良質
の溶着金属層が形成でき、本発明の有効性が証明され
た。
【0022】なお鞘材及びカプセル粒子の成分の組み合
わせとしては、上記実施例の他、Al製の鞘材に、核粒
子としてCu粒子を、被覆粒子をAl粒子としたカプセ
ル粒子を組み合わせるようにしてもよい。
【0023】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
【0024】Cu粒子及びAl粒子によりカプセル粒子
を形成してCu又はAl鞘材に充填し、重量比がCu:
Al=(10〜40):(90〜60)となるように溶接ワイヤ
を形成して強化対象の部位に肉盛り溶接するようにした
ので、キレツやガス欠陥がなくCu添加量の多い合金肉
盛り層が得られて、大幅な耐熱性の向上が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるアルミ鋳物部品の局部強化方法
の一実施例を説明するためのカプセル粒子を示した断面
図である。
【図2】図1の次の工程を説明するための鞘材の斜視図
である。
【図3】図2の次の工程を説明するための溶接ワイヤの
斜視図である。
【図4】図3の溶接ワイヤを使用した肉盛り溶接を説明
するための側断面図である。
【図5】従来技術の課題を説明するためのシリンダヘッ
ドの下面図である。
【図6】従来技術の課題を説明するためのピストンの斜
視図である。
【符号の説明】
13 カプセル粒子 14 鞘材 15 溶接ワイヤ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 辻村 明 神奈川県藤沢市土棚8番地 株式会社い すゞ中央研究所内 (72)発明者 上村 正 神奈川県藤沢市土棚8番地 株式会社い すゞ中央研究所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Cu粒子及びAl粒子の一方を核粒子
    に、他方を被覆粒子にしてカプセル粒子を形成してお
    き、該カプセル粒子をCu又はAlで成形した鞘材に充
    填してその重量比がCu:Al=(10〜40):(90〜6
    0)となるように溶接ワイヤを形成した後、該溶接ワイ
    ヤにより強化対象の部位に肉盛り溶接を行うことを特徴
    とするアルミ鋳物部品の局部強化方法。
JP33523191A 1991-12-18 1991-12-18 アルミ鋳物部品の局部強化方法 Pending JPH05169257A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015518536A (ja) * 2012-03-28 2015-07-02 マーレ インターナショナル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテルハフツングMAHLE International GmbH アルミニウムピストンの製造方法

Cited By (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015518536A (ja) * 2012-03-28 2015-07-02 マーレ インターナショナル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテルハフツングMAHLE International GmbH アルミニウムピストンの製造方法

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