JPH05287468A - アルミニウム合金製鋳物の製造方法 - Google Patents
アルミニウム合金製鋳物の製造方法Info
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- JPH05287468A JPH05287468A JP11979392A JP11979392A JPH05287468A JP H05287468 A JPH05287468 A JP H05287468A JP 11979392 A JP11979392 A JP 11979392A JP 11979392 A JP11979392 A JP 11979392A JP H05287468 A JPH05287468 A JP H05287468A
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- Japan
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- piston
- aluminum alloy
- ring groove
- top ring
- alloy casting
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/02—Light metals
- F05C2201/021—Aluminium
Landscapes
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】耐熱衝撃性を確保しながらＳｉの針状化による
材料強度の向上、即ち耐摩耗性の向上を図ったアルミニ
ウム合金製鋳物、特にピストンのトップリング溝の耐摩
耗性を確保して異常摩耗を解消し、優れた摺動特性を示
すピストンの製造方法の提供。 【構成】アルミニウム合金製鋳物の摺動部、特にピスト
ンのトップリング溝にＰ含有部材を供給し、Ｔ６処理等
の熱処理をしてＰ含有部材を摺動部に含有させＳｉを針
状化させて、図２示すように耐摩耗性を付与することを
特徴とするアルミニウム合金製鋳物の製造方法。
材料強度の向上、即ち耐摩耗性の向上を図ったアルミニ
ウム合金製鋳物、特にピストンのトップリング溝の耐摩
耗性を確保して異常摩耗を解消し、優れた摺動特性を示
すピストンの製造方法の提供。 【構成】アルミニウム合金製鋳物の摺動部、特にピスト
ンのトップリング溝にＰ含有部材を供給し、Ｔ６処理等
の熱処理をしてＰ含有部材を摺動部に含有させＳｉを針
状化させて、図２示すように耐摩耗性を付与することを
特徴とするアルミニウム合金製鋳物の製造方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はアルミニウム合金製鋳物
の製造方法に関し、特に内燃機関に用いられているアル
ミニウム合金製ピストンのトップリング溝の凝着摩耗お
よびへたり等による異常摩耗を防止する内燃機関用アル
ミニウム合金製ピストンの製造方法に関する。
の製造方法に関し、特に内燃機関に用いられているアル
ミニウム合金製ピストンのトップリング溝の凝着摩耗お
よびへたり等による異常摩耗を防止する内燃機関用アル
ミニウム合金製ピストンの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車の内燃機関は、近年出力の増大化
および高速回転化の傾向にあり、また低燃費化に伴い、
ピストンの熱負荷が高いとき排気側は高温になり、特に
ピストンリング溝が高温であればトップリング側面にア
ルミニウムが凝着し、リング溝摩耗を増加させたり、ま
たは、燃焼圧による加重により叩きつけられてトップリ
ングが異常摩耗したり、リング溝上下面がへたったりし
て、シール性を害し、その結果出力低下を招く。
および高速回転化の傾向にあり、また低燃費化に伴い、
ピストンの熱負荷が高いとき排気側は高温になり、特に
ピストンリング溝が高温であればトップリング側面にア
ルミニウムが凝着し、リング溝摩耗を増加させたり、ま
たは、燃焼圧による加重により叩きつけられてトップリ
ングが異常摩耗したり、リング溝上下面がへたったりし
て、シール性を害し、その結果出力低下を招く。
【０００３】これに対し、材料技術の領域より以下の様
な方法で措置したピストンが考案されている。 イ．トップリング溝部にニレジスト鋳鉄トレーガーをア
ルフィン処理し鋳ぐるんだピストン。 ロ．Ｎｉ発砲体を溶湯鍛造法にて鋳ぐるんだピストン。 ハ．トップリング溝の表面に硬質アルマイト処理を行
い、高硬度な酸化皮膜を形成したピストン。
な方法で措置したピストンが考案されている。 イ．トップリング溝部にニレジスト鋳鉄トレーガーをア
ルフィン処理し鋳ぐるんだピストン。 ロ．Ｎｉ発砲体を溶湯鍛造法にて鋳ぐるんだピストン。 ハ．トップリング溝の表面に硬質アルマイト処理を行
い、高硬度な酸化皮膜を形成したピストン。
【０００４】しかし、この様な方法はイ．やロ．では工
程が複雑でありコスト高になるため四輪車の小型ピスト
ンには一般に採用されていない。また、ハ．では酸化皮
膜の表面粗さが大きく、クラックを発生しやすいため初
期オイル消費量の増大およびブローバイの増加による出
力低下を招く。
程が複雑でありコスト高になるため四輪車の小型ピスト
ンには一般に採用されていない。また、ハ．では酸化皮
膜の表面粗さが大きく、クラックを発生しやすいため初
期オイル消費量の増大およびブローバイの増加による出
力低下を招く。
【０００５】一方、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金における初
晶Ｓｉを微細化して、耐摩耗性を確保することが知られ
ている。このために過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の鋳造時に
Ｓｉの微細化剤としてＰを添加する方法があるが、Ｐは
酸化し易いのでＣｕ−Ｐ合金粉末とＡｌ粉末の混合粉末
をＡｌフープに内包せしめて、加熱し焼結した初晶Ｓｉ
微細化剤が、特開昭６３−２４３２０８号公報に開示さ
れている。しかし、この微細化剤を用いる方法は、鋳造
時にＳｉ針状化成分のＰを添加するので、鋳造製品全体
の耐熱性を低下させ、また引巣が出来易いので製品の強
度が低下し熱衝撃性が劣る。すなわち熱衝撃性の受け易
い部位（ピストンピン、スカート部など）は、クラック
を生じやすくなる。従って、耐熱衝撃性を確保しながら
Ｓｉを針状化させて材料強度の向上を図っていくことが
重要である。しかし、これに対応する技術は現状では未
だ見あたらない。
晶Ｓｉを微細化して、耐摩耗性を確保することが知られ
ている。このために過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の鋳造時に
Ｓｉの微細化剤としてＰを添加する方法があるが、Ｐは
酸化し易いのでＣｕ−Ｐ合金粉末とＡｌ粉末の混合粉末
をＡｌフープに内包せしめて、加熱し焼結した初晶Ｓｉ
微細化剤が、特開昭６３−２４３２０８号公報に開示さ
れている。しかし、この微細化剤を用いる方法は、鋳造
時にＳｉ針状化成分のＰを添加するので、鋳造製品全体
の耐熱性を低下させ、また引巣が出来易いので製品の強
度が低下し熱衝撃性が劣る。すなわち熱衝撃性の受け易
い部位（ピストンピン、スカート部など）は、クラック
を生じやすくなる。従って、耐熱衝撃性を確保しながら
Ｓｉを針状化させて材料強度の向上を図っていくことが
重要である。しかし、これに対応する技術は現状では未
だ見あたらない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
技術の欠点を解消したアルミニウム合金製鋳物、特にピ
ストンのトップリング溝の耐摩耗性を確保して凝着摩耗
およびへたり等による異常摩耗を解消し、優れた摺動特
性を示すアルミニウム合金製鋳物の摺動部材、特に内燃
機関のピストンの製造方法を提供することを目的とす
る。
技術の欠点を解消したアルミニウム合金製鋳物、特にピ
ストンのトップリング溝の耐摩耗性を確保して凝着摩耗
およびへたり等による異常摩耗を解消し、優れた摺動特
性を示すアルミニウム合金製鋳物の摺動部材、特に内燃
機関のピストンの製造方法を提供することを目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、従来技術のように過共晶Ａｌ−Ｓｉ鋳造
製品全体にＳｉ微細化剤のＰを添加する方法ではなく、
必要部のみにＰを添加して、局部的にＳｉを針状化して
初晶Ｓｉを微細化した鋳造組織とすることを特徴とす
る。すなわち、本発明は、アルミニウム合金製鋳物の摺
動部に、Ｐ含有部材を供給し、熱処理してＰ含有部材を
該摺動部に含有させ、初晶Ｓｉを針状化し組織を微細化
して耐摩耗性を確保する。
決するために、従来技術のように過共晶Ａｌ−Ｓｉ鋳造
製品全体にＳｉ微細化剤のＰを添加する方法ではなく、
必要部のみにＰを添加して、局部的にＳｉを針状化して
初晶Ｓｉを微細化した鋳造組織とすることを特徴とす
る。すなわち、本発明は、アルミニウム合金製鋳物の摺
動部に、Ｐ含有部材を供給し、熱処理してＰ含有部材を
該摺動部に含有させ、初晶Ｓｉを針状化し組織を微細化
して耐摩耗性を確保する。
【０００８】例えば、具体的には、図４の工程ステップ
図に示すとおり、重力鋳造（第１ステップ）により得ら
れたＡｌ合金すなわちＡＣ８Ａ材製ピストン素材を、粗
加工（第２ステップ）し、得られたＡＣ８Ａ材ピストン
のトップリング溝部において最も摩耗の大きい排気（Ｅ
ｘ．）バルブ相当位置に粉末状の燐化合物を非酸化性雰
囲気で塗布または埋込み（第３ステップ）その後熱処理
としてＴ６処理（第４ステップ）を施し、Ｐを内部へ浸
透または拡散させる。これによりＳｉが粒状から針状化
になり材料強度の向上（材料の耐摩耗性と耐熱衝撃性の
確保）を図ることができる。このようにして得られた材
料を最終仕上げ加工（第５ステップ）して製品のピスト
ンを得る。燐化合物としてはＣｕ3 Ｐ、ＣｕＰ等のＣ
ｕ−Ｐ系、ＡｌＰ等のＡｌ−Ｐ系、ＮｉＰ、ＮｉＰ2 等
のＮｉ−Ｐ系の化合物である。
図に示すとおり、重力鋳造（第１ステップ）により得ら
れたＡｌ合金すなわちＡＣ８Ａ材製ピストン素材を、粗
加工（第２ステップ）し、得られたＡＣ８Ａ材ピストン
のトップリング溝部において最も摩耗の大きい排気（Ｅ
ｘ．）バルブ相当位置に粉末状の燐化合物を非酸化性雰
囲気で塗布または埋込み（第３ステップ）その後熱処理
としてＴ６処理（第４ステップ）を施し、Ｐを内部へ浸
透または拡散させる。これによりＳｉが粒状から針状化
になり材料強度の向上（材料の耐摩耗性と耐熱衝撃性の
確保）を図ることができる。このようにして得られた材
料を最終仕上げ加工（第５ステップ）して製品のピスト
ンを得る。燐化合物としてはＣｕ3 Ｐ、ＣｕＰ等のＣ
ｕ−Ｐ系、ＡｌＰ等のＡｌ−Ｐ系、ＮｉＰ、ＮｉＰ2 等
のＮｉ−Ｐ系の化合物である。
【０００９】更に、本発明は、ピストントップリング溝
をＰ含有過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金線材と高エネルギービ
ームで再溶融し、局部的にＳｉを針状化または微細初晶
Ｓｉを分散した共晶組織とすることにより、材料強度の
向上を図ることができる。
をＰ含有過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金線材と高エネルギービ
ームで再溶融し、局部的にＳｉを針状化または微細初晶
Ｓｉを分散した共晶組織とすることにより、材料強度の
向上を図ることができる。
【００１０】例えば、上記と同様にして得られたＡＣ８
Ａ材ピストンのトップリング溝部にＰ含有Ａｌ合金系線
材を介在させ、レーザー、電子ビーム、ＴＩＧ等の高エ
ネルギーにてＰ含有Ａｌ合金系線材とトップリング溝を
再溶融させ、トップリング溝部のＳｉを局部的に針状化
又は微細初晶Ｓｉにした金属組織とする。次に、このピ
ストンをＴ６処理し仕上加工を行う。
Ａ材ピストンのトップリング溝部にＰ含有Ａｌ合金系線
材を介在させ、レーザー、電子ビーム、ＴＩＧ等の高エ
ネルギーにてＰ含有Ａｌ合金系線材とトップリング溝を
再溶融させ、トップリング溝部のＳｉを局部的に針状化
又は微細初晶Ｓｉにした金属組織とする。次に、このピ
ストンをＴ６処理し仕上加工を行う。
【００１１】この場合、トップリング溝部に用いるＡｌ
合金系線材は、Ｐを含有したＡｌ−Ｓｉ系合金線材、好
ましくは、更にＣｕ、Ｍｇ等を含有したＡｌ−Ｃｕ−Ｓ
ｉ−Ｍｇ系合金線材がよい。Ｐは共晶Ｓｉの針状化、初
晶Ｓｉの微細化に対して効果があり、Ａｌ合金系線材に
含有させトップリング溝と再溶融すると局部的に組織が
強化できる。Ｃｕ、Ｍｇは基地の強化および硬さ向上に
有効でありＣｕＡｌ2としては時効作用があり、またＭ
ｇを共有するとＣｕＭｇＡｌ2 として析出硬化が起こ
る。
合金系線材は、Ｐを含有したＡｌ−Ｓｉ系合金線材、好
ましくは、更にＣｕ、Ｍｇ等を含有したＡｌ−Ｃｕ−Ｓ
ｉ−Ｍｇ系合金線材がよい。Ｐは共晶Ｓｉの針状化、初
晶Ｓｉの微細化に対して効果があり、Ａｌ合金系線材に
含有させトップリング溝と再溶融すると局部的に組織が
強化できる。Ｃｕ、Ｍｇは基地の強化および硬さ向上に
有効でありＣｕＡｌ2としては時効作用があり、またＭ
ｇを共有するとＣｕＭｇＡｌ2 として析出硬化が起こ
る。
【００１２】上記のＡｌ合金系線材をアルマイト処理し
表面にＡｌ2 Ｏ3 を形成しこの線材を用いて再溶融する
と、Ａｌ2 Ｏ3 がＡｌ合金中へ分散し局部的に複合材と
なり耐摩耗性が向上して強化が図れる。また更に線材中
にＳｉＣ、ＢＮ等のセラミック粒子を一種以上含有せし
め、この線材を用いて再溶融することも局部強化として
効果的である。
表面にＡｌ2 Ｏ3 を形成しこの線材を用いて再溶融する
と、Ａｌ2 Ｏ3 がＡｌ合金中へ分散し局部的に複合材と
なり耐摩耗性が向上して強化が図れる。また更に線材中
にＳｉＣ、ＢＮ等のセラミック粒子を一種以上含有せし
め、この線材を用いて再溶融することも局部強化として
効果的である。
【００１３】本発明は、上記のように局部的に初晶Ｓｉ
を針状化するが、この局部針状化の理由を従来技術と対
比して説明する。
を針状化するが、この局部針状化の理由を従来技術と対
比して説明する。
【００１４】従来の粒状Ｓｉを有するピストン材は、粒
状化のためにＮａ、Ｃａ等を含有しているため、融液か
ら凝固の過程において、融液、融液＋α相、α＋Ｓｉと
移行し、α相の粒界に粒状の共晶Ｓｉが晶出する。よっ
て凝固時の融液の補給性が良好となり、鋳造欠陥等の引
巣の発生が少ない。一方、針状Ｓｉを有するピストン材
は、針状化のため脱Ｎａ、Ｃａ処理を行いＰを添加する
ため、凝固は共晶点を通るため、α相とＳｉが同時に晶
出する。そのため、凝固時の融液の補給性が悪く、引け
が大きくなり引巣などの鋳造欠陥が多くなり、強度低下
の要因となる。
状化のためにＮａ、Ｃａ等を含有しているため、融液か
ら凝固の過程において、融液、融液＋α相、α＋Ｓｉと
移行し、α相の粒界に粒状の共晶Ｓｉが晶出する。よっ
て凝固時の融液の補給性が良好となり、鋳造欠陥等の引
巣の発生が少ない。一方、針状Ｓｉを有するピストン材
は、針状化のため脱Ｎａ、Ｃａ処理を行いＰを添加する
ため、凝固は共晶点を通るため、α相とＳｉが同時に晶
出する。そのため、凝固時の融液の補給性が悪く、引け
が大きくなり引巣などの鋳造欠陥が多くなり、強度低下
の要因となる。
【００１５】そこで、ピストン部品等の薄肉部材におい
ては、鋳造時の針状化材の添加は鋳造特性上好ましくな
いため、リング溝のみを改質する局部針状化が有効であ
り、また、ワークの質量効果による冷却スピードも加算
されて、鋳造欠陥の少ないピストンが得られる。
ては、鋳造時の針状化材の添加は鋳造特性上好ましくな
いため、リング溝のみを改質する局部針状化が有効であ
り、また、ワークの質量効果による冷却スピードも加算
されて、鋳造欠陥の少ないピストンが得られる。
【００１６】
【実施例】本発明の燐化合物の塗布又は埋込みによる方
法の概略図である図４に示す工程ステップ図を用いて、
本発明を概略説明すると、Ａｌ合金ＡＣ８Ａ材を金型に
より重力鋳造してピストン素材を得（第１ステップ）、
これを粗加工しトップリング溝を加工し（第２ステッ
プ）、得られたトップリング溝部の最も摩耗されやすい
排気バルブ相当位置（図５のＡで示す範囲）に燐化合物
を塗布又は埋込み（第３ステップ）、これを非酸化性雰
囲気中で加熱したのち冷却するＴ６処理し（第４ステッ
プ）、次いで最終仕上げ加工する（第５ステップ）。
法の概略図である図４に示す工程ステップ図を用いて、
本発明を概略説明すると、Ａｌ合金ＡＣ８Ａ材を金型に
より重力鋳造してピストン素材を得（第１ステップ）、
これを粗加工しトップリング溝を加工し（第２ステッ
プ）、得られたトップリング溝部の最も摩耗されやすい
排気バルブ相当位置（図５のＡで示す範囲）に燐化合物
を塗布又は埋込み（第３ステップ）、これを非酸化性雰
囲気中で加熱したのち冷却するＴ６処理し（第４ステッ
プ）、次いで最終仕上げ加工する（第５ステップ）。
【００１７】ところで、図５の（ａ）ピストン外観、に
示すように、ピストンロッド４を有するピストン本体３
には、ピストンリング溝、即ち上部からトップリング溝
５、セカンドリング溝６、オイルリング溝６、が加工さ
れている。そして、ピストンの最も摩耗されやすい個所
は、排気（Ｅｘ．）バルブ相当位置であり、図において
Ａで示すトップリング溝の部位である。ここで、図５の
（ａ）のピストン本体３の排気側Ａ部の切断線であるＸ
・Ｘ線における断面概略図を、図５の（ｂ）ピストンＡ
部（Ｅｘ．側）Ｘ・Ｘ線断面概略図、として示す。図５
（ｂ）において、トップリング溝５に形成された燐化合
物の塗布層８が示されている。
示すように、ピストンロッド４を有するピストン本体３
には、ピストンリング溝、即ち上部からトップリング溝
５、セカンドリング溝６、オイルリング溝６、が加工さ
れている。そして、ピストンの最も摩耗されやすい個所
は、排気（Ｅｘ．）バルブ相当位置であり、図において
Ａで示すトップリング溝の部位である。ここで、図５の
（ａ）のピストン本体３の排気側Ａ部の切断線であるＸ
・Ｘ線における断面概略図を、図５の（ｂ）ピストンＡ
部（Ｅｘ．側）Ｘ・Ｘ線断面概略図、として示す。図５
（ｂ）において、トップリング溝５に形成された燐化合
物の塗布層８が示されている。
【００１８】実施例１． 重力鋳造により得られたＡｌ
合金ＡＣ８Ａピストン素材（第１ステップ）を粗加工
し、トップリング溝幅を５ｍｍに加工（第２ステップ）
した。得られたピストンのトップリング溝部の最も摩耗
されやすい排気バルブ相当位置側、即ち図５の（ｂ）の
Ａ、に粉末状の燐化合物Ｃｕ3 Ｐを水ガラスに含ませ
て塗布（第３ステップ）して図５の（ｂ）に示す塗布層
８を形成する。これをＮ2 ガス雰囲気中で５１０℃で
４時間加熱したのち水冷するＴ６処理を（第４ステッ
プ）施し、Ｐを内部へ浸透拡散させた。
合金ＡＣ８Ａピストン素材（第１ステップ）を粗加工
し、トップリング溝幅を５ｍｍに加工（第２ステップ）
した。得られたピストンのトップリング溝部の最も摩耗
されやすい排気バルブ相当位置側、即ち図５の（ｂ）の
Ａ、に粉末状の燐化合物Ｃｕ3 Ｐを水ガラスに含ませ
て塗布（第３ステップ）して図５の（ｂ）に示す塗布層
８を形成する。これをＮ2 ガス雰囲気中で５１０℃で
４時間加熱したのち水冷するＴ６処理を（第４ステッ
プ）施し、Ｐを内部へ浸透拡散させた。
【００１９】実施例２． 上記のＣｕ3 Ｐを水ガラス
に含ませて塗布することに代えて、粒子径０．５ないし
１．５ｍｍのＣｕ3 ＰをＡｉｒ圧２ｋｇ／ｃｍ2 で
ショットブラストした後、実施例１と同じＴ６処理を施
しＰを内部へ浸透拡散させた。
に含ませて塗布することに代えて、粒子径０．５ないし
１．５ｍｍのＣｕ3 ＰをＡｉｒ圧２ｋｇ／ｃｍ2 で
ショットブラストした後、実施例１と同じＴ６処理を施
しＰを内部へ浸透拡散させた。
【００２０】これらの結果、Ｓｉ針状化深さ０．９ｍｍ
のものが得られ、これらを仕上加工した後、従来のピス
トンと本発明の埋め込みタイプによるピストンの高油水
温高速耐久テストを次の条件で行った。
のものが得られ、これらを仕上加工した後、従来のピス
トンと本発明の埋め込みタイプによるピストンの高油水
温高速耐久テストを次の条件で行った。
【００２１】Ｏｉｌ温度：１２０℃±５℃ 水温 ：１１０℃±５℃ 排気量 ：１５００ｃｃ １１０馬力 ５０００〜７０００ｒｐｍの回転数内で所定時間ずつ運
転 全運転時間：３００Ｈｒ
転 全運転時間：３００Ｈｒ
【００２２】この結果、図２に示すようにリング溝摩耗
量は従来材（ｃ）では約４２μｍであるのに対し、本発
明のもの（ｄ）は約１２μｍであり耐熱耐摩耗性にきわ
めて優れていることがわかる。
量は従来材（ｃ）では約４２μｍであるのに対し、本発
明のもの（ｄ）は約１２μｍであり耐熱耐摩耗性にきわ
めて優れていることがわかる。
【００２３】以上実施例１および２における燐化合物Ｃ
ｕ3 Ｐ粒子によるＳｉの針状化熱処理温度とＳｉの針
状化深さと熱処理時間の関係についてテストする。図６
に示すように、ＡＣ８Ａ材の１０ｍｍ×１５ｍｍ×１０
ｍｍのテストブロック９を準備する。このテストブロッ
ク９の上面にφ５ｍｍの孔を設ける。この孔に燐化合物
１０としてＣｕ3 Ｐ粉末を水ガラスで塗布するかあるい
はＣｕ3 Ｐの粒径０．５〜１．５ｍｍの粒子をショット
ブラストで吹き付け物理的に埋込み、酸化防止のため
（１０-2〜１０-3Ｔｏｒｒ）の真空中にてあるいは非酸
化性雰囲気中で、テストブロック９の下から加熱した。
加熱時間は１０〜２４０分、加熱温度即ち熱処理温度は
５００〜５６０℃であった。このようにしてＳｉが針状
化した層の深さ１１で示す針状化Ｓｉを生成した層を得
た。
ｕ3 Ｐ粒子によるＳｉの針状化熱処理温度とＳｉの針
状化深さと熱処理時間の関係についてテストする。図６
に示すように、ＡＣ８Ａ材の１０ｍｍ×１５ｍｍ×１０
ｍｍのテストブロック９を準備する。このテストブロッ
ク９の上面にφ５ｍｍの孔を設ける。この孔に燐化合物
１０としてＣｕ3 Ｐ粉末を水ガラスで塗布するかあるい
はＣｕ3 Ｐの粒径０．５〜１．５ｍｍの粒子をショット
ブラストで吹き付け物理的に埋込み、酸化防止のため
（１０-2〜１０-3Ｔｏｒｒ）の真空中にてあるいは非酸
化性雰囲気中で、テストブロック９の下から加熱した。
加熱時間は１０〜２４０分、加熱温度即ち熱処理温度は
５００〜５６０℃であった。このようにしてＳｉが針状
化した層の深さ１１で示す針状化Ｓｉを生成した層を得
た。
【００２４】このテスト結果を図３のグラフに示す。さ
らに、図７に熱処理温度５１０℃におけるＳｉの針状化
深さと処理時間の関係をグラフで示す。この図７のグラ
フからＡＣ８Ａ材においては、Ｔ６処理の熱処理温度５
１０℃では熱処理時間２４０分で、針状化Ｓｉの深さが
０．９ｍｍの好結果が得られることがわかる。処理温度
が５３０℃以上ではバーニングするので不適であった。
らに、図７に熱処理温度５１０℃におけるＳｉの針状化
深さと処理時間の関係をグラフで示す。この図７のグラ
フからＡＣ８Ａ材においては、Ｔ６処理の熱処理温度５
１０℃では熱処理時間２４０分で、針状化Ｓｉの深さが
０．９ｍｍの好結果が得られることがわかる。処理温度
が５３０℃以上ではバーニングするので不適であった。
【００２５】実施例３． 重力鋳造により得られたＡＣ
８Ａピストン素材を粗加工し、特にトップリング溝幅は
５ｍｍに加工した。次にこのピストンを１００℃に予熱
しトップリング溝部に外径４ｍｍのＰ含有Ａｌ合金線材
を介入させ、ピストンを３回転させつつＴＩＧ装置にて
再溶融した。Ｐ含有Ａｌ合金線材は重量比でＣｕ１．９
％、Ｓｉ１９．８％、Ｍｇ１．５％、Ｆｅ０．３８％、
Ｚｎ０．１５％、Ｍｎ０．３１％、Ｎｉ０．１５％、Ｔ
ｉ０．１１％、Ｐ０．００１５％、残部Ｆｅよりなる線
材を用いた。また再溶融条件はピストン周速１００ない
し１５０ｍｍ／ｍｉｎ、電流値１００ないし１８０Ａ、
ビームのビート幅９ｍｍで行った。再溶融後このピスト
ンをＴ６処理し、仕上加工を行い、再溶融部位を切出
し、検鏡したところ、図８に観られるように微細な共晶
組織が確認できた。図８で微細な黒色または灰色部は共
晶Ｓｉで白色部はＡｌ（α）である。なお、図８は、１
ｃｍの長さが２５μｍに相当する倍率に拡大された金属
組織写真である。
８Ａピストン素材を粗加工し、特にトップリング溝幅は
５ｍｍに加工した。次にこのピストンを１００℃に予熱
しトップリング溝部に外径４ｍｍのＰ含有Ａｌ合金線材
を介入させ、ピストンを３回転させつつＴＩＧ装置にて
再溶融した。Ｐ含有Ａｌ合金線材は重量比でＣｕ１．９
％、Ｓｉ１９．８％、Ｍｇ１．５％、Ｆｅ０．３８％、
Ｚｎ０．１５％、Ｍｎ０．３１％、Ｎｉ０．１５％、Ｔ
ｉ０．１１％、Ｐ０．００１５％、残部Ｆｅよりなる線
材を用いた。また再溶融条件はピストン周速１００ない
し１５０ｍｍ／ｍｉｎ、電流値１００ないし１８０Ａ、
ビームのビート幅９ｍｍで行った。再溶融後このピスト
ンをＴ６処理し、仕上加工を行い、再溶融部位を切出
し、検鏡したところ、図８に観られるように微細な共晶
組織が確認できた。図８で微細な黒色または灰色部は共
晶Ｓｉで白色部はＡｌ（α）である。なお、図８は、１
ｃｍの長さが２５μｍに相当する倍率に拡大された金属
組織写真である。
【００２６】実施例４． 上記の実施例３と同じ方法で
ピストンを製作した。ただし、Ｐ含有Ａｌ合金線材はあ
らかじめ２５ｖｏｌ％硫酸電解液中に浸漬し、直流にて
電圧２０ないし３５Ｖ、電流密度２Ａ／ｄｍ2 、処理
時間３０分でアルマイト処理を行った線材を用い、実施
例３と同一条件にてピストントップリング溝部を再溶融
した。この結果、ピストントップリングの溝部はＡｌ2
Ｏ3 で分散強化された。
ピストンを製作した。ただし、Ｐ含有Ａｌ合金線材はあ
らかじめ２５ｖｏｌ％硫酸電解液中に浸漬し、直流にて
電圧２０ないし３５Ｖ、電流密度２Ａ／ｄｍ2 、処理
時間３０分でアルマイト処理を行った線材を用い、実施
例３と同一条件にてピストントップリング溝部を再溶融
した。この結果、ピストントップリングの溝部はＡｌ2
Ｏ3 で分散強化された。
【００２７】実施例５． 重量％でＣｕ２．１％、Ｓｉ
８．６％、Ｍｇ０．８％、Ｆｅ０．３５％、Ｚｎ０．１
４％、Ｍｎ０．１８％、Ｎｉ０．１４％、Ｔｉ０．１１
％、Ｐ０．００１５％、残部Ａｌよりなる粒径２５０μ
ｍ以下の急冷凝固Ａｌ粉末９８％と平均粒径５μｍのＳ
ｉＣ粉末２％を混合し、真空中にて４００℃でホットプ
レス成形にてビレットを作成し、次に４００℃で熱間押
出し成形したのち、外径４ｍｍのＳｉＣ分散Ａｌ合金線
材を作成した。次いで、実施例３の方法で製作したピス
トンを１００℃に予熱し、トップリング溝部に外径４ｍ
ｍのＡｌ合金線材を介入させ、ピストンを３回転させつ
つＴＩＧ装置にて実施例３の再溶融条件にて再溶融し、
溝部をＳｉＣで分散強化した。
８．６％、Ｍｇ０．８％、Ｆｅ０．３５％、Ｚｎ０．１
４％、Ｍｎ０．１８％、Ｎｉ０．１４％、Ｔｉ０．１１
％、Ｐ０．００１５％、残部Ａｌよりなる粒径２５０μ
ｍ以下の急冷凝固Ａｌ粉末９８％と平均粒径５μｍのＳ
ｉＣ粉末２％を混合し、真空中にて４００℃でホットプ
レス成形にてビレットを作成し、次に４００℃で熱間押
出し成形したのち、外径４ｍｍのＳｉＣ分散Ａｌ合金線
材を作成した。次いで、実施例３の方法で製作したピス
トンを１００℃に予熱し、トップリング溝部に外径４ｍ
ｍのＡｌ合金線材を介入させ、ピストンを３回転させつ
つＴＩＧ装置にて実施例３の再溶融条件にて再溶融し、
溝部をＳｉＣで分散強化した。
【００２８】比較例． 重力鋳造により作成したＡＣ８
Ａピストン素材をＰを添加することなくＴ６処理後、機
械加工を行いピストントップリング溝部を切出し検鏡し
たところ図９に観られるように粗大な共晶組織が確認さ
れた。図９で粒状の灰色部は共晶Ｓｉで白色部はＡｌ
（α）である。なお、図９は、１ｃｍの長さが２５μｍ
に相当する倍率に拡大された金属組織写真である。
Ａピストン素材をＰを添加することなくＴ６処理後、機
械加工を行いピストントップリング溝部を切出し検鏡し
たところ図９に観られるように粗大な共晶組織が確認さ
れた。図９で粒状の灰色部は共晶Ｓｉで白色部はＡｌ
（α）である。なお、図９は、１ｃｍの長さが２５μｍ
に相当する倍率に拡大された金属組織写真である。
【００２９】実施例３と比較例の方法で製造したピスト
ンとトップリング溝のピストンリングによる摩耗テスト
を次の条件で実施した。この際Ａｌ合金製ピストンリン
グ溝に相当するディスクは回転し、ピストンリングに相
当するピンは固定した。ピストンリング材はＳＵＳ４３
０相当のステンレス鋼を５８０℃×１ｈｒでガス窒化
し、次いでリン酸マンガン処理した。 モーターオイル：３０番 ピストン材温度：１５０℃ 摩擦速度 ：０．５ｍ／ｓｅｃ 接触荷重 ：６ｋｇ 摩擦時間 ：１０ｈｒ 以上の結果、図１に示すように、実施例３（ａ）の摩耗
量はピストンリング溝１、ピストン２共に比較例（ｂ）
の約半分の好結果であった。
ンとトップリング溝のピストンリングによる摩耗テスト
を次の条件で実施した。この際Ａｌ合金製ピストンリン
グ溝に相当するディスクは回転し、ピストンリングに相
当するピンは固定した。ピストンリング材はＳＵＳ４３
０相当のステンレス鋼を５８０℃×１ｈｒでガス窒化
し、次いでリン酸マンガン処理した。 モーターオイル：３０番 ピストン材温度：１５０℃ 摩擦速度 ：０．５ｍ／ｓｅｃ 接触荷重 ：６ｋｇ 摩擦時間 ：１０ｈｒ 以上の結果、図１に示すように、実施例３（ａ）の摩耗
量はピストンリング溝１、ピストン２共に比較例（ｂ）
の約半分の好結果であった。
【００３０】本発明の実施例１で得られた試料のＳｉ形
態を示す顕微鏡写真を、図１０に示す。左側は１００倍
で右側は４００倍である。（ｅ）はＰ無添加のピストン
母材を示し、黒色部は粒状化Ｓｉであり、（ｆ）はＰを
添加したリング溝部を示し、黒色部は針状化Ｓｉであ
る。処理後の試料の硬さは、Ｈｖで母材が１３９で、リ
ング溝部が１５１であり、Ｐの添加により溝部の硬度が
向上していることがわかる。
態を示す顕微鏡写真を、図１０に示す。左側は１００倍
で右側は４００倍である。（ｅ）はＰ無添加のピストン
母材を示し、黒色部は粒状化Ｓｉであり、（ｆ）はＰを
添加したリング溝部を示し、黒色部は針状化Ｓｉであ
る。処理後の試料の硬さは、Ｈｖで母材が１３９で、リ
ング溝部が１５１であり、Ｐの添加により溝部の硬度が
向上していることがわかる。
【００３１】
【発明の効果】本発明によると、Ｐの添加は局部的に行
うことができるので、例えば、ピストントップリング溝
の排気バルブ相当位置など局部的に摩耗を起こしている
部位にのみＰを添加してＳｉを針状化でき、また鋳造時
に引巣を生じることなく、材料強度の向上を図り、局部
的異常摩耗を低下させて、ピストンの耐摩耗性、耐久性
を確保し向上させた。一方、ピストン、スカート部など
の熱衝撃の影響の受け易い部位は、Ｓｉの針状化を行っ
ていないので熱衝撃性は劣化することなく、従って、ク
ラックを発生することもない。
うことができるので、例えば、ピストントップリング溝
の排気バルブ相当位置など局部的に摩耗を起こしている
部位にのみＰを添加してＳｉを針状化でき、また鋳造時
に引巣を生じることなく、材料強度の向上を図り、局部
的異常摩耗を低下させて、ピストンの耐摩耗性、耐久性
を確保し向上させた。一方、ピストン、スカート部など
の熱衝撃の影響の受け易い部位は、Ｓｉの針状化を行っ
ていないので熱衝撃性は劣化することなく、従って、ク
ラックを発生することもない。
【００３２】このように本発明によると、局部的にＰ添
加を行うので耐熱衝撃性を確保しながら、Ｓｉ針状化に
よる材料強度の向上が図られる。また、本発明はＡｌ合
金のＴ６処理の熱処理を利用してＰの拡散によるＳｉの
針状化が図れるので、特別の熱処理を必要とせず効率的
である。更に、Ｐ化合物をＡｌ線材に内包したので、Ｓ
ｉＣやＢＮをさらに添加でき、Ａｌ線材表面をアルマイ
ト処理できるので、Ｐの添加と同時にＳｉＣやＢＮやＡ
ｌ2 Ｏ3 などの硬質粒子を添加でき、材料の分散強化が
図れ、耐摩耗性は一層向上できる。本発明をピストンの
トップリング溝部に適用することにより、自動車エンジ
ンは一層の高速回転、高出力化に対応できることとな
る。
加を行うので耐熱衝撃性を確保しながら、Ｓｉ針状化に
よる材料強度の向上が図られる。また、本発明はＡｌ合
金のＴ６処理の熱処理を利用してＰの拡散によるＳｉの
針状化が図れるので、特別の熱処理を必要とせず効率的
である。更に、Ｐ化合物をＡｌ線材に内包したので、Ｓ
ｉＣやＢＮをさらに添加でき、Ａｌ線材表面をアルマイ
ト処理できるので、Ｐの添加と同時にＳｉＣやＢＮやＡ
ｌ2 Ｏ3 などの硬質粒子を添加でき、材料の分散強化が
図れ、耐摩耗性は一層向上できる。本発明をピストンの
トップリング溝部に適用することにより、自動車エンジ
ンは一層の高速回転、高出力化に対応できることとな
る。
【図１】実施例３と比較例の方法で製造したピストンと
トツプリング溝の摩耗テストの結果を示すグラフ。
トツプリング溝の摩耗テストの結果を示すグラフ。
【図２】実施例２における燐化合物の埋め込みを行った
ものと従来例の、高水温高速耐久テストによる摩耗量を
示すグラフ。
ものと従来例の、高水温高速耐久テストによる摩耗量を
示すグラフ。
【図３】Ｃｕ3 Ｐ粒子によるＳｉの針状化熱処理温度
とＳｉの針状化深さと熱処理時間の関係を示すグラフ。
とＳｉの針状化深さと熱処理時間の関係を示すグラフ。
【図４】本発明の燐化合物の塗布又は埋込みによる方法
の概略を示す工程ステップ図。
の概略を示す工程ステップ図。
【図５】（ａ）は本発明におけるピストンの外観を示す
図で、（ｂ）はピストンの排気バルブ側Ｘ・Ｘ線断面の
概略図。
図で、（ｂ）はピストンの排気バルブ側Ｘ・Ｘ線断面の
概略図。
【図６】本発明における燐化合物によるＳｉの針状化深
さと加熱温度と処理時間の関係を調査するためのテスト
条件を示す図。
さと加熱温度と処理時間の関係を調査するためのテスト
条件を示す図。
【図７】本発明における熱処理温度５１０℃でのＳｉの
針状化深さと処理時間の関係を示すグラフ。
針状化深さと処理時間の関係を示すグラフ。
【図８】本発明の実施例３の方法による材料の金属組織
の微細共晶組織を示す顕微鏡写真。
の微細共晶組織を示す顕微鏡写真。
【図９】比較例の方法による材料の金属組織の粗大な共
晶組織を示す顕微鏡写真。
晶組織を示す顕微鏡写真。
【図１０】本発明で得られた試料の母材部とリング溝部
のＳｉ形態を示す金属組織の顕微鏡写真。
のＳｉ形態を示す金属組織の顕微鏡写真。
（ａ） 実施例３のもの （ｂ） 比較例のもの （ｃ） 従来例のもの （ｄ） 本発明のもの （ｅ） Ｐ無添加のピストン母材 （ｆ） Ｐ添加のリング溝部 Ａ 排気バルブ側 Ｘ 切断線 １ トップリング ２ ピストン ３ ピストン本体 ４ ピストンロッド ５ トップリング溝 ６ セカンドリング溝 ７ オイルリング溝 ８ 塗布層 ９ テストブロック １０ 燐化合物 １１ Ｓｉが針状化した層の深さ
フロントページの続き (72)発明者 松井 恵子 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 小林 文夫 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内
Claims (7)
- 【請求項１】 少なくともＳｉを含有するアルミニウム
合金製鋳物の摺動部にＰ含有部材を供給し、熱処理して
Ｐ含有部材を上記摺動部に含有させ、Ｓｉを針状化させ
ることを特徴とするアルミニウム合金製鋳物の製造方
法。 - 【請求項２】 請求項１の方法において、Ｐ含有部材の
供給は燐化合物の塗布または埋込みであり、熱処理は非
酸化性雰囲気でのＴ６処理であることを特徴とするアル
ミニウム合金製鋳物の製造方法。 - 【請求項３】 請求項１の方法において、Ｐ含有部材は
Ｐ含有アルミニウム合金線材であり、熱処理は高エネル
ギービームによる照射であることを特徴とするアルミニ
ウム合金製鋳物の製造方法。 - 【請求項４】 請求項３の方法において、Ｐ含有アルミ
ニウム合金線材は線材表面部にアルマイト処理によるＡ
ｌ2 ０3 層が形成されていることを特徴とするアルミニ
ウム合金製鋳物の製造方法。 - 【請求項５】 請求項３の方法において、Ｐ含有アルミ
ニウム合金線材は線材中にＳｉＣまたはＢＮから選ばれ
た１種または２種を含有することを特徴とするアルミニ
ウム合金製鋳物の製造方法。 - 【請求項６】 請求項３において、高エネルギービーム
がレーザー、電子ビーム、ＴＩＧ等から選ばれた１種で
あることを特徴とするアルミニウム合金製鋳物の製造方
法。 - 【請求項７】 請求項１ないし請求項６のいずれかの方
法において、アルミニウム合金製鋳物がピストンであ
り、摺動部がピストンリング溝であることを特徴とする
アルミニウム合金製鋳物の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11979392A JPH05287468A (ja) | 1992-04-13 | 1992-04-13 | アルミニウム合金製鋳物の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11979392A JPH05287468A (ja) | 1992-04-13 | 1992-04-13 | アルミニウム合金製鋳物の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05287468A true JPH05287468A (ja) | 1993-11-02 |
Family
ID=14770366
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11979392A Pending JPH05287468A (ja) | 1992-04-13 | 1992-04-13 | アルミニウム合金製鋳物の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05287468A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020052247A (ko) * | 2000-12-26 | 2002-07-04 | 이계안 | 자동차용 피스톤의 제조방법 |
| JP2013023756A (ja) * | 2011-07-25 | 2013-02-04 | Toyota Central R&D Labs Inc | 表面処理アルミニウム基板、アルミニウム樹脂複合材料、およびこれらの製造方法 |
-
1992
- 1992-04-13 JP JP11979392A patent/JPH05287468A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020052247A (ko) * | 2000-12-26 | 2002-07-04 | 이계안 | 자동차용 피스톤의 제조방법 |
| JP2013023756A (ja) * | 2011-07-25 | 2013-02-04 | Toyota Central R&D Labs Inc | 表面処理アルミニウム基板、アルミニウム樹脂複合材料、およびこれらの製造方法 |
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