JPH0748644A

JPH0748644A - 耐熱アルミニウム合金、耐熱アルミニウム合金粉末及びコンロッド

Info

Publication number: JPH0748644A
Application number: JP19337193A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Imahashi; ▲邦▼彦今橋; Hirohisa Miura; 宏久三浦; Chikatoshi Maeda; 千芳利前田; Koji Nishida; 幸司西田; Yasuhiro Yamada; 泰弘山田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1993-08-04
Filing date: 1993-08-04
Publication date: 1995-02-21

Abstract

(57)【要約】【目的】相手材への凝着を抑制し、フレッティング疲労
破損を抑制できる耐熱アルミニウム合金を提供するこ
と。【構成】この耐熱アルミニウム合金は、重量％で、Ｓ
ｉ：８〜２５％、Ｆｅ：０．６〜８％、Ｃｕ：０．６〜
５％、Ｍｇ：０．５〜５％、Ｍｎ：０．３〜５％、不可
避の不純物、残部Ａｌからなる合金母材に、Ｂ単体：
０．１〜５．０％が分散している。この合金は、アルミ
ニウム合金粉末とＢ粉末とが混合した混合粉末を用い、
この混合粉末を利用して粉末冶金法で製造することがで
きる。この合金で製造したコンロッドの小端孔の内周面
にはバニシュ加工が施され、表面粗さが０．７μｍＲｚ
以下とされ、残留圧縮応力が付与されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フレッティング疲労破
損の防止に適する耐熱アルミニウム合金、耐熱アルミニ
ウム合金粉末及びコンロッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、Ｂ（ボロン）を含むアルミニ
ウム合金は実用合金としてはあまり提供されていない。
その理由は、Ａｌ中に固溶するＢは常温ではほとんど０
であり、７３０°Ｃという高温域においても最大０．２
２％と少ないからである。しかし鋳造材では、ＢとＴｉ
を同時添加することにより組織を微細化することが知ら
れているが、Ｂはせいぜい０．０５％である。

【０００３】またＢを０．４〜５．５％含有させた鋳造
アルミニウム合金（特開昭５４−８８８１９号公報）、
Ｂを０．５〜１０％含有させた鋳造アルミニウム合金
（特開昭６３−２４７３３４号公報）が提案されてい
る。しかし鋳造材では溶湯が徐冷凝固されるため（冷却
速度は砂型鋳造では１０⁰〜１０^-1Ｋ／ｓ程度）、上記
した鋳造アルミニウム合金では、組織は平衡状態図に従
い、常温でＢはＡｌＢ₂等のＢ化合物となるので、０．
１〜５．０％もの多くのＢ単体が含有されることはな
い。

【０００４】ところで、内燃機関では、ピストンピンと
クランクシャフトとを連結するコネクティングロッドと
も呼ばれるコンロッド（図５参照）が用いられている。
コンロッドは圧縮力、引張力、曲げ等の荷重を繰り返し
て受けるので、これらに充分耐え得る様に一般的に鉄系
の合金鋼で形成されている。合金鋼製のコンロッドで
は、ヤンク率が高く、小端孔１００の内周面にもフレッ
ティング疲労破損は生じにくい。しかし、近年の内燃機
関の低燃費化に伴う軽量化の要請から、アルミニウム合
金製コンロッドが開発されている。アルミニウム合金で
は使用条件によっては、小端孔１００の内周面、大端孔
１０２の内周面にフレッティング摩耗が生じ、その箇所
を起点としてフレッティング疲労破損が生じることがあ
る。ここで、フレッチング疲労破損現象とは、摺動特性
を示す現象であって、高荷重下で微動な摺動を繰り返し
た場合、相手材に一部が凝着し、この部位を起点として
疲労破壊する現象である。特に、鋼系のピストンピン
（ＳＣｒ１５）に触れる小端孔の内周面、鋼系の軸受
（軟鋼）と触れる大端孔の内周面ではＡｌやＳｉが凝着
し、フレッティング疲労破損が生じることがある。この
場合、アルミと鋼との間で微動スベリが生じ、局部的な
塑性変形や凝着が生じるためと考えられる。凝着はＥＤ
Ｘ（エネルギ分散Ｘ線分光機）分析により確認されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した実情
に鑑みなされたものであり、その目的は、相手材への凝
着を抑制し、フレッティング疲労破損を抑制するのに有
利な耐熱アルミニウム合金、耐熱アルミニウム合金粉末
及びコンロッドを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記した課題
のもとに鋭意開発を進め、そして、重量％で、Ｓｉ：８
〜２５％、Ｆｅ：０．６〜８％、Ｃｕ：０．６〜５％、
Ｍｇ：０．５〜５％、Ｍｎ：０．３〜５％、不可避の不
純物、残部Ａｌからなる合金母材に、Ｂ化合物でなくＢ
単体を０．１〜５．０％を含有させれば、相手材への凝
着を防止でき、フレッティング疲労破損を抑制できるこ
とを知見し、試験で確認し、本発明の耐熱アルミニウム
合金を完成させたものである。

【０００７】更に、０．１〜５．０％のＢ単体をもつ組
成のアルミニウム合金を用い、そのアルミニウム合金に
バニシュ加工等の強圧加工を施し、表面粗さを０．７μ
ｍＲｚ以下にすると共に、深さ方向において３０ＭＰａ
以上の圧縮残留応力を付与すれば、Ｂ単体の添加と併せ
て相乗的に作用し凝着及びフレッティング疲労破損を一
層防止できることを知見し、試験で確認し、本発明のコ
ンロッドを完成したものである。

【０００８】即ち、本発明に係る耐熱アルミニウム合金
は、重量％で、Ｓｉ：８〜２５％、Ｆｅ：０．６〜８
％、Ｃｕ：０．６〜５％、Ｍｇ：０．５〜５％、Ｍｎ：
０．３〜５％、不可避の不純物、残部Ａｌからなる合金
母材に、Ｂ単体：０．１〜５．０％が分散していること
を特徴とするものである。この耐熱アルミニウム合金
は、アルミニウム合金粉末とＢ粉末とが混合した混合粉
末を用い、この混合粉末を利用して粉末冶金法で製造す
ることができる。Ｂ粉末は固結した組織においてＢ単体
を形成できる。粉末冶金法における成形手段としては、
圧縮成形、押出成形、鍛造成形、静水圧加圧成形、爆発
成形等の公知の成形法を採用できる。この耐熱アルミニ
ウム合金は、軽量化及び強度が要求されるものに適用で
き、車両においては内燃機関系の部品、例えばコンロッ
ド、バルブスプリングリテーナ、バルブリフタ等に適用
できる。

【０００９】また、溶解温度を高めにし（例えば１１０
０°Ｃ以上）多量のＢを溶解させた溶湯を急冷（冷却速
度：通常１０²〜１０⁷Ｋ／ｓ程度）して急冷凝固粉末
とすれば、非平衡状態の組成を得ることができ、多くの
Ｂ単体を含む組成の粉末や、多くのＢ単体となり得るＢ
を含む組成の粉末を期待できる。すなわち、重量％で、
Ｓｉ：８〜２５％、Ｆｅ：０．６〜８％、Ｃｕ：０．６
〜５％、Ｍｇ：０．５〜５％、Ｍｎ：０．３〜５％、不
可避の不純物、残部Ａｌ、Ｂ：０．１〜５．０％を含有
し、冷却速度１０²Ｋ／ｓ以上の急冷凝固法で製造した
非平衡状態の組成をもつ耐熱アルミニウム合金粉末であ
る。かかる粉末では、Ｂは単体として分散していても、
Ｂ単体になり得る状態でも良い。かかる粉末を利用して
粉末冶金法で製造すれば、上記した塊状の耐熱アルミニ
ウム合金を得ることができる。急冷凝固粉末は、一般的
に、溶湯を空気や不活性ガスでアトマイズ噴霧したり、
アトマイズ噴霧したものを水や液体窒素などの冷却剤に
直ちに投入したり、あるいは高速回転する冷却ロールの
表面にその溶湯を衝突させたりして製造することができ
る。アトマイズ噴霧法やロール法において、急冷凝固粉
末を得る際の冷却速度は一般的に１０³〜１０⁷Ｋ／ｓ
程度と考えられている。

【００１０】本発明に係るコンロッドは、上記した耐熱
アルミニウム合金の主要部を主要部とするものであり、
Ｂ単体を０．１〜５．０％含有する。即ちこのコンロッ
ドは、小端孔の内周面及び大端孔の内周面の少なくとも
一方が、重量％でＳｉを８〜２５％、Ｂ単体を０．１〜
５％を含むと共にＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕの少なくとも１種を
０．６〜３２％含むアルミニウム合金で構成され、該少
なくとも一方の内周面は、表面粗さが０．７μｍＲｚ以
下であり、３０ＭＰａ以上の残留圧縮応力が付与されて
いることを特徴とするものである。バニシュ量が増すに
つれて表面粗さが小さくなり、表面粗度が向上する。

【００１１】本発明の耐熱アルミニウム合金を構成する
元素の割合及び作用を以下に説明する。〔Ｓｉ：８〜２５％〕使用時における応力による歪を小
さくするためヤング率、高温強度を向上させる必要があ
る。Ｓｉが８％未満の配合では、得られるアルミニウム
合金のヤング率、高温強度及び耐摩耗性が不十分であ
る。また相手材がピストンピンや軸受等の様に鋼系の場
合には熱膨張係数を鋼に近づけることが好ましくい。こ
こでＳｉが増すにつれて、熱膨張係数が低下する。上記
事情を考慮してＳｉを８〜２５％に設定した。

【００１２】また本発明の耐熱アルミニウム合金が急冷
凝固粉末を用いた粉末冶金法により製造する場合には、
Ｓｉを２５％まで配合しても微細Ｓｉをもつアルミニウ
ム合金が得られる。Ｓｉを２５％を超えて配合すると、
急冷凝固粉末を用いた場合でも、製品に粗大Ｓｉが含ま
れて好ましくない。なお鋳造法によりアルミニウム合金
を凝固させた場合には、Ｓｉを１１．３％以上含むアル
ミニウム合金には粗大Ｓｉ初晶が晶出し、相手材攻撃性
が増し、被削性が著しく悪くなるとともに、合金自体の
伸びが著しく低下し、生産技術面（例えば、部品加工時
のクラック等）で実用的でなく、また部品として使用時
に割れが生じたりして好ましくない。従ってＳｉ量が多
い組成領域では急冷凝固粉末を利用する。〔Ｆｅ：０．６〜８％〕一般にはＦｅの添加は好ましく
なく、含まれていても０．５％以下であることが望まし
いとされるが、発明者らの実験結果では、Ｆｅを配合す
ることにより、得られるアルミニウム合金の常温強度及
び高温強度が向上することが判明した。Ｆｅが０．６％
未満の配合では、アルミニウム合金の常温強度及び高温
強度向上の効果が少なく、Ｆｅを８％を超えて配合する
と、アルミニウム合金が脆くなる。〔Ｃｕ：０．６〜５％〕Ｃｕは、耐熱アルミニウム合金
に時効硬化を付与し、Ａｌマトリックスを強化する。Ｃ
ｕが０．６％以上の配合でアルミニウム合金の常温強度
向上の効果があり、Ｃｕを５％を超えて配合すると、粗
大な晶出物が生成し、アルミニウム合金の３００℃での
高温強度を低下させる。〔Ｂ単体：０．１〜５．０％〕本発明者が試験したとこ
ろ、Ｂ単体量が増すとともにフレッティング疲労破損防
止性は向上する傾向にある。Ｂ単体：０．１％未満では
フレッティング疲労破損防止の効果が少ない。またＢ単
体が５．０％を越えると、耐熱アルミニウム合金の強度
と靱性とが低下し、鍛造性等が低下する。そこでＢ単体
を０．１〜５．０％とした。耐熱アルミニウム合金中で
Ｂが単体で存在するか否かはＴＥＭ（透過型電子顕微
鏡）などにより確認できる。

【００１３】アルミニウム合金粉末とＢ粉末との混合粉
末から圧密体を形成し、その圧密体を利用して耐熱アル
ミニウム合金を形成する場合には、溶解温度の制約はな
いので、Ｂを多量に添加することが可能である。この場
合Ｂ粉末は粒径２０μｍ以下が好ましい。粒径２０μｍ
を越えると、使用中に破壊し易く、破壊するとアブレッ
シブ摩耗により相手材（ピストンピンや軸受等）を損傷
させるからである。

【００１４】コンロッドではＮｉ（例えば５．７〜２０
％）を含有することもできる。ＮｉはＮｉＡｌ、ＮｉＡ
ｌ₃等の金属間化合物を生成し、高温強度及び耐摩耗性
の向上に貢献できる。

【００１５】

【作用】Ｂ単体が含まれているので、凝着は抑制され、
フレッティング疲労強度は向上する。更に表面粗度が向
上し且つ残留圧縮応力が付与された小端孔や大端孔の内
周面をもつコンロッドでは、凝着は相乗的に一層防止さ
れ、フレッティング疲労強度が向上する。Ｂ単体を０．
１〜５％を含むことと併せて、面粗度の向上に伴う摩擦
係数の減少化、残留圧縮応力の付与に起因する疲労強度
の向上によるものと推察される。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。この例で
は、Ｓｉが１７％、Ｆｅが５．０％、Ｃｕが４．５％、
Ｍｇが０．４５％、Ｍｎが０．５％、不可避の不純物、
残部実質的にＡｌの組成をもつ急冷凝固粉末を用いた。
急冷凝固粉末はアトマイズ噴霧法で製造したものであ
る。アトマイズ噴霧法における冷却速度は１０²〜１０
⁴Ｋ／ｓ程度と考えられている。またＢ粉末（高純度科
学研究所（株）製）を用いた。平均粒径は急冷凝固粉末
が３５μｍ、Ｂ粉末が５μｍである。

【００１７】上記した急冷凝固粉末とＢ粉末とをＶ型混
粉器により６０分間混合し、混合粉末を形成した。配合
割合は、重量％で混合粉末全体を１００％としたとき、
急冷凝固粉末が９９％、Ｂ粉末は１％とした。次に、上
記した混合粉末をゴム袋に装入し、４００ＭＰａで冷間
静水圧成形し、柱状の圧密体を得た。圧密体は密度が
２．０５ｇ／ｃｍ³、大きさが直径２３０ｍｍ×６００
ｍｍであった。そして、ゴム袋から出した圧密体を、そ
の圧密体よりやや大きめの純アルミ製の缶に装入し、４
５０°Ｃで３０分間均一になるまで加熱した。その後、
押出ダイスを用い押出比２０で押し出し成形し、押出材
を得た。なお押出比とは断面積比を意味する。そして、
押出材の表面に被覆されている上記缶が変形した純アル
ミ層を切削加工で取り除いた。更に、鍛造後の完成部品
と同じ重量になるように重量を設定した荒地体を得る。
次いでこの荒地体を４５０℃に加熱し、型温１５０℃の
鍛造型でバリを出さず、密閉鍛造して鍛造品とした。こ
の鍛造品を４８０°Ｃに１時間加熱して溶体化熱処理し
その後水冷し、更に１７５°Ｃで６時間時効処理（Ｔ６
処理）した。その後、旋削加工を施し小端孔及び大端孔
該当部分など旋削し、コンロッドを得た。

【００１８】その後、コンロッドの小端孔の内周面に第
１バニシュ加工、第２バニシュ加工の双方を順に施し
た。第１バニシュ加工では、図２及び図３に示すバニシ
ュ装置３（スギノマシン（株）スパローラ）を用い
る。図２及び図３から理解できる様に、バニシュ装置３
は、本体３０と、本体３０に内側及び外側が突出して転
動可能に保持された多数個の第１強圧ローラ３２（材
質：ハイス）と、第１強圧ローラ３２を回転させる第１
マンドレル３４（材質：ハイス）とを備えている。第１
強圧ローラ３２は円錐面状のローラ面３２ａ（テーパ度
１／３０）を備えている。第１マンドレル３４はローラ
面３２ａに対面する円錐面３４ｃを備えている。バニシ
ュ装置３の加工外径（第１強圧ローラ３２のローラ面３
２ａの径大部３２ｘ間の径）をＤ１とし、第１バニシュ
加工実施前のコンロッド１の小端孔１０の内径をＤ０
（Ｄ０＜Ｄ１）とすると、Ｄ１からＤ０を減算した差
（Ｄ１−Ｄ０）、即ち、第１バニシュ加工におけるバニ
シュ量Δｄ₁₁は、２０〜６０μｍ程度に設定されてい
る。

【００１９】上記した第１バニシュ加工では、常温域に
おいて、図３から理解できる様に、コンロッド１の小端
孔１０内に第１強圧ローラ３２を矢印Ａ１方向から押込
みつつ、第１マンドレル３４を矢印Ｂ１方向に回転駆動
させると、各第１強圧ローラ３２が従動回転し、これに
より小端孔１０の内周面１０ａは強圧される。特に、第
１強圧ローラ３２のローラ面３２ａの径大部３２ｘによ
り小端孔１０の内周面１０ａは強圧される。かかる加工
は、小端孔１０の全周、軸方向の全域において行われ
る。これにより小端孔１０の内周面１０ａに所定深さの
残留圧縮応力領域が形成されると共に、内周面１０ａの
表面粗度は向上する。第１バニシュ加工は、供給管３９
から冷却液をかけつつ行う。

【００２０】第２バニシュ加工で用いるローラ装置５
（スギノマシン（株）ベアリンガイザ）の要部を図４に
示す。ローラ装置５はピーニングを伴うローラ加工を行
なうものである。ローラ装置５は、係合溝５０ａをもつ
円筒形状のホルダー５０と、ホルダー５０の係合溝５０
ａに転動可能に保持された円柱状の多数個の第２強圧ロ
ーラ５２（材質：ハイス）と、ホルダー５０の内部に回
転可能に保持された第２マンドレル５４（材質：ハイ
ス）とを備えている。第２強圧ローラ５２は係合溝５０
ａに保持されつつつも、遠心方向に変位可能とされてい
る。第２マンドレル５４の外周面は、ローラ個数に応じ
た横断面多角形状であり、その軸芯Ｐ４を中心とする所
定の曲率半径で形成された円弧部５４ｔと（領域α）、
円弧部５４ｔ間に形成された平坦部５４ｉ（領域β）と
を備えている。第２マンドレル５４の軸芯Ｐ４から平坦
部５４ｉの中央までの距離をＬ１（図示せず）とし、軸
芯Ｐ４から円弧部５４ｔの中央までの距離をＬ２とする
と、Ｌ２はＬ１よりも大きく設定されている（Ｌ２＞Ｌ
１）。従って、第２マンドレル５４がその周方向に回転
すると、円弧部５４ｔで押圧された各第２強圧ローラ５
２が遠心方向に飛び出し、これによりピーニング作用と
ローリング作用との双方が得られる。なお、ローラ装置
５の加工外径をＤ４（図示せず）とし、第２バニシュ加
工を実施する前の小端孔１０の内径をＤ３（図示せず）
（Ｄ３＜Ｄ４）としたとき、Ｄ４からＤ３を減算した差
（Ｄ４−Ｄ３）、即ち、第２バニシュ加工におけるバニ
シュ量Δｄ ₁₂は、１〜４０μｍ程度に設定されている。

【００２１】上記した第２バニシュ加工では、常温域に
おいて、コンロッド１の小端孔１０内に第２強圧ローラ
５２を押し込んだ状態で、第２マンドレル５４をその周
方向に回転駆動させると、第２強圧ローラ５２が遠心方
向に断続的に飛び出し、これによりローリング加工の他
に、断続的なピーニング作用が得られる。かかる加工は
コンロッド１の小端孔１０の全周及び軸方向の全域で行
われる。この結果、小端孔１０の内周面１０ａの表面直
下にピークをもつ残留圧縮応力分布が得られる。なお、
第２バニシュ加工は冷却液をかけつつ行う。

【００２２】同様にコンロッドの大端孔の内周面にも第
１バニシュ加工、第２バニシュ加工を施した。ところ
で、小端孔１０の内周面１０ａにおいて深さ方向の残留
圧縮応力分布をＸ線残留応力測定装置により測定した。
第１バニシュ加工を実施した場合には、表面から１００
μｍを越えた深さでは残留圧縮応力は大きいが、表面よ
りも１００μｍ未満の表面直下では、残留圧縮応力は小
さい。この様に表面直下の残留圧縮応力が小さくなる理
由は、オーバーピーニングによる影響と考えられる。ま
た、第１バニシュ加工及び第２バニシュ加工の双方を実
施した場合には、表面よりも１００μｍ未満の深さで
は、残留圧縮応力が大きくなり、特に表面よりも深さ２
０〜３０μｍ付近の表面直下において、残留圧縮応力が
２００ＭＰａと大きくなり、更に、それよりも深い１５
０〜２００μｍの深さ位置においても残留圧縮応力が１
５０〜１００ＭＰａと大きい。また第２バニシュ加工の
みを実施した場合には、表面から５０μｍ未満の深さで
残留圧縮応力が大きいものの、それよりも深部では残留
圧縮応力が小さい。

【００２３】即ち、第１バニシュ加工及び第２バニシュ
加工の双方を実施すれば、表面直下から深部まで高い残
留圧縮応力の分布が得られる。また表面粗さも０．５μ
ｍ以下となる。そのため、高温域においても高い疲労強
度が期待できる。〔試験例１〕ところで、上記したバニシュ加工を実施し
たコンロッドを試験片ＮＯ．１とし、このコンロッドを
試験用内燃機関に組み込み、１８０時間の耐久試験を行
った。試験結果を表１に示す。表１に示す様に、小端孔
１０の内周面１０ａを観察したところ、凝着、フレッテ
ィング疲労破壊については問題はなかった。小端孔１０
よりも使用条件が緩やかな大端孔の内周面においても、
問題はなかった。

【００２４】

【表１】更にＢ単体を１％含むものの、上記したバニシュ加工を
実施しないコンロッドを試験片ＮＯ．２とした。更に比
較例として、上記したバニシュ加工を実施したものの、
Ｂ単体を含まないコンロッドを試験片ＮＯ．３とし、上
記したバニシュ加工を実施せずかつＢ単体も含まないコ
ンロッドを試験片ＮＯ．４とし、同様に試験した。試験
結果を表１に示す。表１に示す様に、試験片ＮＯ．２で
は、耐久試験は良好つまりＯＫであり、また凝着もなく
フレッティング疲労性も改善されていた。試験片ＮＯ．
３でも、耐久試験はＯＫであり、また凝着もなくフレッ
ティング疲労性も改善されていた。試験片ＮＯ．４で
は、５４時間でフレッティング疲労破損がみられた。〔試験例２〕更に、Ｂ単体量の効果を確認するため、Ｂ
単体量を変化させた試験片ＮＯ．Ａ〜Ｄを作成し、フレ
ッティング試験を行った。試験片Ａ〜Ｄの形状はほぼ正
方形で、大きさは１０×９．８である。フレッティング
試験では、窒化処理したステンレス鋼（ＪＩＳＳＵＳ
４３０）製の平板を用い、平板により試験片を１０分間
繰り返して叩き、その凝着発生面積率を測定した。凝着
面積発生率とは試験片（１０×９．８）のうち凝着が生
じている面積の割合を意味する。この試験はコンロッド
の使用温度を考慮して温度１００°Ｃ、面圧１．２ＭＰ
ａ、叩き速度５Ｈｚで行った。試験結果を図１に示す。
図１に示す様に、Ｂ無添加の試験片ＮＯ．Ａでは、凝着
発生面積は５０％を越えた。しかし、Ｂ量が増加するに
伴い凝着発生面積が減少し、Ｂが５％の試験片ＮＯ．Ｄ
では凝着発生は認められなかった。〔他の効果〕コンロッド１の小端孔１０の内周面１０ａ
における軸方向の両端は、内燃機関の爆発圧力に起因す
るピストンピンの変形により最大応力が作用するため、
疲労破壊により亀裂が生じやすい部位である。この点、
第１バニシュ加工及び第２バニシュ加工の双方を実施し
たコンロッドでは、小端孔１０の内周面１０ａの軸方向
の両端に丸味部が生じ、これにより小端孔１０に負荷さ
れる最大応力が低減される効果が期待でき、従って、コ
ンロッド作動の際にピストンピンから負荷される応力が
小さくなり、耐亀裂性が高まる。

【００２５】更に本実施例では、仕上鍛造品を得る際に
おける強圧方向は、小端孔１０の軸方向とほぼ平行な方
向であり、これ対して、第１バニシュ加工、第２バニシ
ュ加工における強圧方向は、いわば、鍛造時の強圧方向
と直交する方向、即ち、小端孔１０の軸直角方向であ
る。そのため、鍛造工程とローラ工程とでそれぞれ異な
る方向から強圧され、小端孔１０の内周面１０ａはより
効果的に強化され、耐疲労性が一層向上する。

【００２６】ところで、合金元素が過飽和の急冷凝固粉
末を用いて製造された本実施例のコンロッドは、使用時
の荷重に耐え得る様にアルミニウム合金としては高強
度、高剛性である。この場合、小端孔１０の内周面１０
ａを加工する単位時間当たりの加工量が過大であれば、
加工に起因する亀裂が生じるおそれもある。この点本実
施例では、バニシュ装置３の第１強圧ローラ３２によ
り、小端孔１０の内周面１０ａが一部づつ連続的に加工
される局部的連続加工方式が採用されている。同様に、
第２バニシュ加工でも、ローラ装置５の第２強圧ローラ
５２により内周面１０ａが一部づつ連続的に加工される
局部的連続加工方式が採用されている。そのため、コン
ロッドの材質が高剛性であっても、小端孔１０の内周面
１０ａの加工が無理なく行い得、過大加工に起因する亀
裂の回避に貢献できる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明した様に本発明の耐熱アルミニ
ウム合金によれば、Ｂ単体が含まれているので、凝着は
抑制され、フレッティング疲労破壊は抑制される。本発
明の耐熱アルミニウム合金粉末によれば上記した合金を
形成するのに有利である。更に本発明のコンロッドによ
れば、小端孔や大端孔の内周面は、Ｂ単体を０．１〜
５．０％を含むことと併せて、表面粗度が向上し且つ残
留圧縮応力が付与されているので、凝着は相乗的に一層
防止され、フレッティング疲労破壊は一層抑制されると
共に、通常の耐疲労性も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｂ量を変えた場合における凝着発生面積率の試
験結果を示すグラフである。

【図２】バニシュ装置で第１バニシュ加工している状態
を模式的に示す縦断面図である。

【図３】図２のバニシュ装置の主要部を模式的に示す縦
断面図である。

【図４】ローラ装置で第２バニッシュ加工している状態
を示す断面図である。

【図５】従来のコンロッドの斜視図である。

【符号の説明】

図中、１はコンロッド、１０は小端孔、１０ａは内周
面、３はバニシュ装置、５はローラ装置を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西田幸司愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者山田泰弘愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｓｉ：８〜２５％、Ｆｅ：０．
６〜８％、Ｃｕ：０．６〜５％、Ｍｇ：０．５〜５％、
Ｍｎ：０．３〜５％、不可避の不純物、残部Ａｌからな
る合金母材に、Ｂ単体：０．１〜５．０％が分散してい
ることを特徴とする耐熱アルミニウム合金。
【請求項２】重量％で、Ｓｉ：８〜２５％、Ｆｅ：０．
６〜８％、Ｃｕ：０．６〜５％、Ｍｇ：０．５〜５％、
Ｍｎ：０．３〜５％、Ｂ：０．１〜５．０％、不可避の
不純物、残部Ａｌの組成をもち、冷却速度１０²Ｋ／ｓ
以上の急冷凝固で製造されていることを特徴とする耐熱
アルミニウム合金粉末。
【請求項３】小端孔の内周面及び大端孔の内周面の少な
くとも一方が、重量％でＳｉを８〜２５％、Ｂ単体を
０．１〜５．０％を含むと共にＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕの少な
くとも１種を０．６〜３２％含むアルミニウム合金で構
成され、該少なくとも一方の内周面は、表面粗さが０．７μｍＲ
ｚ以下であり、３０ＭＰａ以上の残留圧縮応力が付与さ
れていることを特徴とするコンロッド。