JPH05346166A - 軽金属ピストン - Google Patents

軽金属ピストン

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JPH05346166A
JPH05346166A JP3094756A JP9475691A JPH05346166A JP H05346166 A JPH05346166 A JP H05346166A JP 3094756 A JP3094756 A JP 3094756A JP 9475691 A JP9475691 A JP 9475691A JP H05346166 A JPH05346166 A JP H05346166A
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piston
light metal
ring support
chip
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Siegfried Dr Mielke
ジークフリート・ミールケ
Wolfgang Henning
ボルフガング・ヘーニッヒ
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Kolbenschmidt AG
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】熱の作用を長期間続けて受けても分離せず、同
時に気密で圧油を通さないようなピストン本体との結合
を得る。 【構成】加圧ダイカスト軽金属ピストン１において、鋳
造を基本とするピストン本体に第１のリング溝３の近傍
で埋込まれかつ結合されると共に、金属材料から成りか
つその気孔がピストン本体の構成材料にて充填されるリ
ング支持体２が用いられる。上記ピストン本体との堅固
な結合を得るために、上記リング支持体２はオーステナ
イト鋳鉄の冷間締固めチップから成り、それらのチップ
とピストン本体の構成材料とは金属のボンドによって結
合される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、第１のリング溝およ
び、場合によっては第２のリング溝の近傍で、鋳造を基
本とするピストン本体に埋込まれかつ結合されると共
に、金属材料から成りかつその気孔がピストン本体の構
成材料にて充填されるリング支持体を具備した内燃機関
用、特にディーゼル機関用の加圧ダイカスト軽金属ピス
トンに関する。
【０００２】
【従来の技術】低燃料消費量という条件を満たすことが
できるように、これまで、ＮＫＷディーゼル機関の平均
有効圧力は絶えず高められてきた。この機関の場合、ピ
ストンの危険領域の連続負荷は大きく、それに伴なって
動作時温度も高くなるので、そのような状況に応じた設
計がなされなければならない。このような用途に適応す
るために、今日では、第１のリング溝および、場合によ
っては第２のリング溝の周域にも、金属のボンドによっ
てピストン本体と結合されかつ特殊なオーステナイト鋳
鉄鋳物材から成るリング支持体を埋込んだ軽金属ピスト
ンが利用される。この場合、鋳鉄材の熱膨張は軽金属ピ
ストンの熱膨張とほぼ等しいので、熱応力は相対的にご
くわずかである。このことは適切な結合を得る上で好都
合である（ネッカルスウルムのＫａｒｌ Ｓｃｈｍｉｄ
ｔ ＧｍｂＨ刊Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ｈａｎｄｂｕｃ
ｈ（１９６７年）の１０６〜１０９ページ）。なお上記
リング溝は、埋込み後のリング支持体に形成される。か
くしてピストンリングは、この耐磨耗性材料中に横わる
ことになると同時に、高温にさらされることも少なくな
る。さらにリング支持体とピストン本体の構成材料との
間には、高強度でかつ気密な結合が生じなければならな
いと共に、良好な熱伝達が維持されなければならない。
【０００３】ところで熱間の押出し加工で製造される軽
金属ピストンの高い強度に応えるような第１のリング溝
の耐摩耗性への要求が、ピストンに埋込むリング支持体
を導入したのである。オーステナイトノジュラー鋳鉄か
ら形成されたリング支持体は多数の不規則な後方へ続く
穴を伴なう裂け目の非常に多い鋳はだを有する。そして
それらの穴はピストン本体と不可分に結合されるよう
に、ピストン本体を構成する材料によって完全に充填さ
れることが要求される（独国特許第１２２４１０９
号）。ところでこのようなリング支持体は、硬度が低す
ぎるために、著しい磨耗を受ける。
【０００４】少なくとも第１のリング溝の周域に、リン
グ支持体の鋳込まれた内燃機関用軽金属ピストンを製造
する他の方法は、独国特許第３８０１８４７号から知ら
れる。この方法においては、焼結オーステナイト鉄から
成りかつ開かれた気孔を有するリング支持体が、４００
〜７５０℃に加熱されたあと２００〜４００℃に予熱し
た型の中に置かれる。そしてその型の中に所定量の溶融
アルミニウム合金が注ぎ込まれて、凝固するまで加圧さ
れる。このように加圧されると、溶融金属はリング支持
体の周囲に流れ込みかつピストン型に充満し、そのとき
リング支持体の気孔をも埋める。このようにして、リン
グ支持体とピストン本体との間に、特に堅固な結合が全
体的に得られるように意図されるが、その結合自体が機
関の中では非常に大きな負荷に耐えることになるため、
リング支持体とピストンとの結合領域に望ましくない亀
裂又は完全な破断が発生するおそれは１００％といって
良いほど回避される。ところが、このようなリング支持
体は、焼結により製造される結果として、強さの点で相
対的に劣ることがわかっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
に述べた種類の構造をもつリング支持体を備えたピスト
ンにおいて、熱の作用を長期間続けて受けても分離せ
ず、それと同時に気密で圧油を通さないようなピストン
本体との結合を得ることである。さらに、リング支持体
はすぐれた強度を有するべきである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題は、冷間で締固
められたオーステナイト鋳鉄チップから成り、このチッ
プの自由表面は金属のボンドによりピストン本体の構成
材料と結合されるようなリング支持体によって解決され
る。鋳鉄材料の場合、比較的厚い金属間層が形成され
る。さらに、鋳鉄材料に含まれる層状黒鉛には潤滑作用
があるため、良好な非常時運転特性が得られる。
【０００７】上記チップは、
【０００８】１．０〜２．８重量％のケイ素
【０００９】０．８〜１．５重量％のマンガン
【００１０】１３．５〜２２．０重量％のニッケル
【００１１】１．７５〜６．０重量％のクロム
【００１２】０．５重量％までの銅
【００１３】３．０重量％までの炭素
【００１４】０．８重量％までのリン
【００１５】残部が鉄
【００１６】という組成を有し、層状黒鉛を含んだオー
ステナイト鋳鉄材料から成る。この合金の銅含有量は
５．５〜７．５重量％に変更しても良い。
【００１７】またチップは、代りに、
【００１８】１．７５〜３．０重量％のケイ素
【００１９】０．７〜２．４重量％のマンガン
【００２０】１８．０〜２４．０重量％のニッケル
【００２１】最大０．５重量％のクロム
【００２２】最大３．０重量％の炭素
【００２３】最大０．０８重量％のリン
【００２４】残部が鉄
【００２５】という組成を有するオーステナイトノジュ
ラー鋳鉄材料から形成されてもよい。
【００２６】本発明の別の特徴によれば、オーステナイ
ト特殊鋳鉄から成るチップは、その全部又は一部をケイ
素含有量の多いアルミニウム合金、繊維で強化されたア
ルミニウム合金及び非鉄重金属から成るチップに単独又
は組合せた状態で置換されてもよい。
【００２７】チップに一様な湿潤を与えるために、チッ
プには、粒径が４０〜１００μｍの亜鉛粉末を５容積％
まで混合すると有利であることが示唆されている。
【００２８】本発明に従って構成される軽金属ピストン
の製造方法は、１〜１０ｍｍ、好ましくは２〜５ｍｍの
大きさでかつ浄化、脱脂されたチップを３５０〜８００
Ｎ／ｍｍ2 の圧力下で締固めしてリング支持体を形成
し、続いて、このリング支持体を７００〜７５０℃の溶
融アルミニウム又は溶融アルミニウム−ケイ素の中で５
〜３０分、好ましくは１０〜１５分間加熱し、この溶融
材の中から取出した後にピストン鋳型の中に配置し、こ
のピストン鋳型に溶融ピストン材を満たし、そのピスト
ン材料を好ましくは５００〜１０００バールの圧力の下
で凝固させる方法である。
【００２９】チップの自由表面と、ピストン本体の構成
材料との間にできる金属間層はリング支持体の外表面で
は約０．０１５〜０．０３０ｎｍの厚さであり、内部で
は１０μｍ未満、特に２〜５μｍの厚さである。その組
成は、純粋なアルミニウムに浸漬した場合にＦｅ2 Ａｌ
5 となる。アルミニウム合金を使用した場合の組成は、
さらに複雑となる。
【００３０】リング支持体と、ピストン本体を構成する
材料との間の結合強さは、開いた気孔を有しかつピスト
ン本体の構成材料と機械的に結合されるだけであるリン
グ支持体のそれの約２倍に達する。その上、この金属の
ボンドは温度の変化に対してもすぐれた耐性を示すと共
に、気密でありかつ圧油を通すことがない。
【００３１】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
【００３２】図１は、軽金属ピストン１の軸を含む部分
縦断面図である。このピストン１の第１のリング溝３の
周域にリング支持体２が鋳造で埋込まれる。リング支持
体２の被結合面はピストン本体の構成材料で覆われ、さ
らにリング支持体２には、リング溝３が機械加工によっ
て設けられる。
【００３３】リング支持体２はチップ４から成り、また
このチップ４は、
【００３４】２．０重量％のケイ素
【００３５】０．８５重量％のマンガン
【００３６】１９．０重量％のニッケル
【００３７】１．９５重量％のクロム
【００３８】１．５重量％の炭素
【００３９】残部が鉄
【００４０】という組成をもち、４ｍｍの平均長さを有
し、４８０Ｎ／ｍｍ2 で圧縮された球状黒鉛を含むオー
ステナイト鋳鉄から成る。
【００４１】図２は、リング支持体２およびその近傍の
半径方向仕上げ断面を示す倍率が５００倍の拡大図であ
る。図２に示すように、リング支持体２は、ピストン本
体の構成材料に明らかに埋込まれている。またリング支
持体２の外表面には、０．０１５〜０．０３０ｍｍの厚
さの品質の良い金属のボンド５ができている。なおリン
グ支持体２の開かれた気孔６は、ピストン本体７の構成
材料で充分に充填され、また金属のボンド５で塞かれる
状況は、上記断面図の凡てに亘って観察される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ピストン軸を含む部分縦断面図。
【図２】リング支持体およびその近傍の半径方向拡大断
面図。
【符号の説明】
１ 軽金属ピストン ２ リング支持体 ３ リング溝 ４ チップ ５ 金属のボンド ６ 気孔 ７ ピストン本体

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１のリング溝および、場合によっては第
    ２のリング溝の近傍で、鋳造を基本とするピストン本体
    に埋込まれかつ結合されると共に、金属材料から成りか
    つその気孔がピストン本体の構成材料にて充填されるリ
    ング支持体を具備した内燃機関用、特にディーゼル機関
    用の加圧ダイカスト軽金属ピストンにおいて、 上記リング支持体２は浄化、脱脂されたオーステナイト
    鋳鉄材のチップ４を冷間で締固めることにより形成し、
    このチップの自由表面は金属のボンドによってピストン
    本体の構成材料に結合されることを特徴とする軽金属ピ
    ストン。
  2. 【請求項２】上記チップ４は、 １．０〜２．８重量％のケイ素 ０．８〜１．５重量％のマンガン １３．５〜２２．０重量％のニッケル １．７５〜６．０重量％のクロム 最大０．５重量％の銅 最大３．０重量％の炭素 最大０．８重量％のリン 残部が鉄 という組成を有し、層状黒鉛を含んだオーステナイト鋳
    鉄材料から形成されることを特徴とする請求項１記載の
    軽金属ピストン。
  3. 【請求項３】銅の含有量は５．５〜７．５重量％である
    ことを特徴とする請求項２記載の軽金属ピストン。
  4. 【請求項４】上記チップ４は、 １．７５〜３．０重量％のケイ素 ０．７〜２．４重量％のマンガン １８．０〜２４．０重量％のニッケル 最大０．５重量％のクロム 最大３．０重量％の炭素 最大０．０８重量％のリン 残部が鉄 という組成を有し、オーステナイトノジューラー鋳鉄材
    料から形成されることを特徴とする請求項１記載の軽金
    属ピストン。
  5. 【請求項５】オーステナイト鋳鉄材料から成る上記チッ
    プ４はその全部又は一部をケイ素含有量の多いアルミニ
    ウム合金、繊維で強化されたアルミニウム合金及び非鉄
    重金属から成るチップに単独又は組合せた状態で置換さ
    れることを特徴とする請求項１から４記載の軽金属ピス
    トン。
  6. 【請求項６】粒径が４０〜１００μｍである亜鉛粉末が
    ５容積％までの範囲で上記チップ４に混合されることを
    特徴とする請求項１から５記載の軽金属ピストン。
  7. 【請求項７】請求項１〜６記載の加圧ダイカスト軽金属
    ピストンを製造する方法において、浄化、脱脂された１
    〜１０ｍｍ、好ましくは２〜５ｍｍの大きさのチップを
    ４００〜６００Ｎ／ｍｍ2 の圧力下で冷間締固めしてリ
    ング支持体を形成し、このリング支持体を７００〜７５
    ０℃の溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム−ケイ素
    中で５〜３０分、好ましくは１０〜１５分間加熱し、こ
    の溶融材の中から取出した後にピストン鋳型の中に配置
    し、このピストン鋳型に溶融ピストン材を注ぎ込み、好
    ましくは５００〜１０００バールの圧力の下で凝固させ
    ることを特徴とする方法。
JP3094756A 1990-03-31 1991-04-01 軽金属ピストン Pending JPH05346166A (ja)

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