JPH08260089A - 内燃エンジン用アルミニウム合金ピストン - Google Patents
内燃エンジン用アルミニウム合金ピストンInfo
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- JPH08260089A JPH08260089A JP6737795A JP6737795A JPH08260089A JP H08260089 A JPH08260089 A JP H08260089A JP 6737795 A JP6737795 A JP 6737795A JP 6737795 A JP6737795 A JP 6737795A JP H08260089 A JPH08260089 A JP H08260089A
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- aluminum alloy
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- combustion engine
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F2200/00—Manufacturing
- F02F2200/04—Forging of engine parts
-
- 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
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- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 内燃エンジンの稼働中、２５０℃以上の温度
状態にあっても、エンジントラブルの原因となる摩耗、
もしくは、変形等の不具合が生ぜず、かつ、押し出し成
形等の鍛造も容易な内燃エンジン用アルミニウム合金ピ
ストンを提供する。 【構成】 内燃エンジン用ピストン素材のアルミニウム
合金が、Ｓi：１０〜２２ｗｔ％、Ｃu：１〜５ｗｔ％、
Ｍg：０．３〜２ｗｔ％、Ｆe：０．２５〜１ｗｔ％、Ｍ
ｎ：０．２５〜１ｗｔ％、Ｃr：０．２５〜１ｗｔ％、
Ｎi：２〜６ｗｔ％、を含有し、残部が実質的にＡl及び
不純物であることを特徴とする。 【効果】 ピストンに用いられるＡｌーＳｉ系アルミニ
ウム合金の各元素の内、Ｎiの含有量を２〜６ｗｔ％と
することで、２５０℃以上の高温強度を改善することが
でき、ピストンボス部のピン孔部が２５０℃以上となる
内燃エンジン用として使用できる。
状態にあっても、エンジントラブルの原因となる摩耗、
もしくは、変形等の不具合が生ぜず、かつ、押し出し成
形等の鍛造も容易な内燃エンジン用アルミニウム合金ピ
ストンを提供する。 【構成】 内燃エンジン用ピストン素材のアルミニウム
合金が、Ｓi：１０〜２２ｗｔ％、Ｃu：１〜５ｗｔ％、
Ｍg：０．３〜２ｗｔ％、Ｆe：０．２５〜１ｗｔ％、Ｍ
ｎ：０．２５〜１ｗｔ％、Ｃr：０．２５〜１ｗｔ％、
Ｎi：２〜６ｗｔ％、を含有し、残部が実質的にＡl及び
不純物であることを特徴とする。 【効果】 ピストンに用いられるＡｌーＳｉ系アルミニ
ウム合金の各元素の内、Ｎiの含有量を２〜６ｗｔ％と
することで、２５０℃以上の高温強度を改善することが
でき、ピストンボス部のピン孔部が２５０℃以上となる
内燃エンジン用として使用できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ピストン素材としてア
ルミニウム合金を用いた内燃エンジン用ピストンに関
し、特に、高温強度、耐摩耗性が有り、かつ、押し出し
成形等の鍛造性のよいアルミニウム合金を用いた内燃エ
ンジン用ピストンに関する。
ルミニウム合金を用いた内燃エンジン用ピストンに関
し、特に、高温強度、耐摩耗性が有り、かつ、押し出し
成形等の鍛造性のよいアルミニウム合金を用いた内燃エ
ンジン用ピストンに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ガソリン内燃エンジンは、小
型、高回転、軽量及び低コスト化等が要求されることか
ら、ピストン素材としてアルミニウム合金が採用されて
いると共に、該アルミニウム合金を素材としてピストン
を製造する手段として、金型鋳造と押し出し鍛造とが採
用されている。該内燃エンジン用のピストンは、高温強
度、耐摩耗性、小熱膨張率等が要求されることから、珪
素（Ｓｉ）を多く含んだＡｌーＳｉ系アルミニウム合金
が多く使われる傾向がある。このＡｌーＳｉ系アルミニ
ウム合金を素材としたピストンを鋳造で製造した場合
は、該合金の金属組織が粗いものとなって、金属の晶出
物も大きくなると共に、引張り強さ、伸び等も少なくな
って加工性も低下することから、前記鋳造で製造したも
のに比べて前記合金の金属組織が微細化すると共に、か
じりも発生し難い押し出し鍛造によって前記内燃エンジ
ンのピストンを製造することが試行されている。
型、高回転、軽量及び低コスト化等が要求されることか
ら、ピストン素材としてアルミニウム合金が採用されて
いると共に、該アルミニウム合金を素材としてピストン
を製造する手段として、金型鋳造と押し出し鍛造とが採
用されている。該内燃エンジン用のピストンは、高温強
度、耐摩耗性、小熱膨張率等が要求されることから、珪
素（Ｓｉ）を多く含んだＡｌーＳｉ系アルミニウム合金
が多く使われる傾向がある。このＡｌーＳｉ系アルミニ
ウム合金を素材としたピストンを鋳造で製造した場合
は、該合金の金属組織が粗いものとなって、金属の晶出
物も大きくなると共に、引張り強さ、伸び等も少なくな
って加工性も低下することから、前記鋳造で製造したも
のに比べて前記合金の金属組織が微細化すると共に、か
じりも発生し難い押し出し鍛造によって前記内燃エンジ
ンのピストンを製造することが試行されている。
【０００３】そして、従来一般に使用されている前記珪
素（Ｓｉ）を多く含んだＡｌーＳｉ系アルミニウム合
金、例えば、ＪＩＳ規格ＡＣ８Ａ、ＡＣ９Ａ、ＡＣ９Ｂ
等の合金には、Ｃu、Ｍｇが添加されているものであ
り、該合金を用いたピストン等の製品は、通常、時効熱
処理が行われている。前記アルミニウム合金の時効熱処
理は、はじめに合金を高温に加熱して保持する溶体化処
理、続いて焼き入れ、その後合金を２００℃以下の特定
の温度に保持する時効処理を施す工程で実施され、Ｃ
u、Ｍｇの添加された前記アルミニウム合金に該時効熱
処理を行うことによって、該合金に時効硬化現象が生
じ、合金の強度及び硬さが増大するものである。また、
前記合金には、通常、Ｎiが０．５〜２未満ｗｔ％程度
含有されている。
素（Ｓｉ）を多く含んだＡｌーＳｉ系アルミニウム合
金、例えば、ＪＩＳ規格ＡＣ８Ａ、ＡＣ９Ａ、ＡＣ９Ｂ
等の合金には、Ｃu、Ｍｇが添加されているものであ
り、該合金を用いたピストン等の製品は、通常、時効熱
処理が行われている。前記アルミニウム合金の時効熱処
理は、はじめに合金を高温に加熱して保持する溶体化処
理、続いて焼き入れ、その後合金を２００℃以下の特定
の温度に保持する時効処理を施す工程で実施され、Ｃ
u、Ｍｇの添加された前記アルミニウム合金に該時効熱
処理を行うことによって、該合金に時効硬化現象が生
じ、合金の強度及び硬さが増大するものである。また、
前記合金には、通常、Ｎiが０．５〜２未満ｗｔ％程度
含有されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そして、図３は、前記
ＡＣ８Ａ、ＡＣ９ＢのＡｌーＳｉ系アルミニウム合金の
加熱温度と伸び率・最高引張強度との関係図であり、該
図から理解できるように、前記ＡｌーＳｉ系アルミニウ
ム合金は、加熱温度が２００℃を越える温度域になると
急激に引張強度が低下し、３００℃を越える温度域では
伸び率が高くなる。また、図４は、前記ＡＣ９Ａ、ＡＣ
９ＢのＡｌーＳｉ系アルミニウム合金を２００℃又は２
５０℃に特定時間保持した後の硬度（ＨＲＦ）を示した
ものであり、該図４から理解できるように、前記合金
は、いずれも保持時間の経過と共に、硬度の低下がみら
れるが、例えば、保持時間を１００（ｈｒ）で対比して
みた場合、２００℃保持に比べて２５０℃保持はその硬
度の低下が著しいことが解る。
ＡＣ８Ａ、ＡＣ９ＢのＡｌーＳｉ系アルミニウム合金の
加熱温度と伸び率・最高引張強度との関係図であり、該
図から理解できるように、前記ＡｌーＳｉ系アルミニウ
ム合金は、加熱温度が２００℃を越える温度域になると
急激に引張強度が低下し、３００℃を越える温度域では
伸び率が高くなる。また、図４は、前記ＡＣ９Ａ、ＡＣ
９ＢのＡｌーＳｉ系アルミニウム合金を２００℃又は２
５０℃に特定時間保持した後の硬度（ＨＲＦ）を示した
ものであり、該図４から理解できるように、前記合金
は、いずれも保持時間の経過と共に、硬度の低下がみら
れるが、例えば、保持時間を１００（ｈｒ）で対比して
みた場合、２００℃保持に比べて２５０℃保持はその硬
度の低下が著しいことが解る。
【０００５】この急激な引張強度及び硬度の低下は、２
００℃を越える温度域では前記合金が過時効になること
に基づくものと推測されるものであり、前記の如き時効
熱処理を行ったＡｌーＳｉ系アルミニウム合金の宿命と
も云える。ところで、この種、内燃エンジンのピストン
は、稼働中高温に曝されているものであって、熱負荷、
冷却方式、材料、構造等によってもその温度分布は異な
るが、例えば、モーターサイクル用の内燃エンジンのピ
ストンは、ピストンヘッド部で約４００℃弱、ピストン
ボス部のピン孔部でも約２５０℃に達する温度分布とな
っている。そして、前記ＡＣ９Ｂ等のＡｌーＳｉ系アル
ミニウム合金は、前述の如く加熱温度が２００℃を越え
る温度域で急激に引張強度及び硬度が低下し、かつ、３
００℃を越える温度域で伸び率が高くなることから、こ
のような合金を前記モーターサイクル用の内燃エンジン
のピストンの素材として採用すると、前記内燃エンジン
の稼働中に、前記ピストンボス部のピン孔部が、軟化
し、この軟化によって、前記ピン孔部が摩耗、もしく
は、変形等の不具合が生じる虞があり、このような不具
合によって、前記内燃エンジンにトラブルが起こり易い
との問題点がある。前記摩耗等の対処手段として、アル
マイト等の硬質表面処理手段があるが、別途に該表面処
理手段を施さなければならない等、製造コストが高くな
るとの問題点がある。
００℃を越える温度域では前記合金が過時効になること
に基づくものと推測されるものであり、前記の如き時効
熱処理を行ったＡｌーＳｉ系アルミニウム合金の宿命と
も云える。ところで、この種、内燃エンジンのピストン
は、稼働中高温に曝されているものであって、熱負荷、
冷却方式、材料、構造等によってもその温度分布は異な
るが、例えば、モーターサイクル用の内燃エンジンのピ
ストンは、ピストンヘッド部で約４００℃弱、ピストン
ボス部のピン孔部でも約２５０℃に達する温度分布とな
っている。そして、前記ＡＣ９Ｂ等のＡｌーＳｉ系アル
ミニウム合金は、前述の如く加熱温度が２００℃を越え
る温度域で急激に引張強度及び硬度が低下し、かつ、３
００℃を越える温度域で伸び率が高くなることから、こ
のような合金を前記モーターサイクル用の内燃エンジン
のピストンの素材として採用すると、前記内燃エンジン
の稼働中に、前記ピストンボス部のピン孔部が、軟化
し、この軟化によって、前記ピン孔部が摩耗、もしく
は、変形等の不具合が生じる虞があり、このような不具
合によって、前記内燃エンジンにトラブルが起こり易い
との問題点がある。前記摩耗等の対処手段として、アル
マイト等の硬質表面処理手段があるが、別途に該表面処
理手段を施さなければならない等、製造コストが高くな
るとの問題点がある。
【０００６】してみれば、この種、２５０℃程度の温度
状態で使用される内燃エンジンのシリンダー、ピストン
等の素材となるＡｌーＳｉ系アルミニウム合金は、その
内燃エンジンの稼働中に、トラブルの原因となる摩耗、
もしくは、変形等の不具合が生じない強度（硬度）を維
持する必要があり、そのためには該２５０℃程度の温度
状態で使用しても、その後の硬さの低下が少ないＡｌー
Ｓｉ系アルミニウム合金が求められていること理解され
るであろう。
状態で使用される内燃エンジンのシリンダー、ピストン
等の素材となるＡｌーＳｉ系アルミニウム合金は、その
内燃エンジンの稼働中に、トラブルの原因となる摩耗、
もしくは、変形等の不具合が生じない強度（硬度）を維
持する必要があり、そのためには該２５０℃程度の温度
状態で使用しても、その後の硬さの低下が少ないＡｌー
Ｓｉ系アルミニウム合金が求められていること理解され
るであろう。
【０００７】そして、従来技術として、２００℃を越え
る温度域での高温強度、及び、鍛造成形における押し出
し性と鍛造性を改善するべく、内燃エンジンのシリンダ
ー、ピストン等の素材のＡｌーＳｉ系アルミニウム合金
に、Ｔi：０．００１〜０．０５ｗｔ％と、Ｎi：１〜２
ｗｔ％とを含有させたものが、既に提案されている（特
公昭６１ー５１０１７号公報）。
る温度域での高温強度、及び、鍛造成形における押し出
し性と鍛造性を改善するべく、内燃エンジンのシリンダ
ー、ピストン等の素材のＡｌーＳｉ系アルミニウム合金
に、Ｔi：０．００１〜０．０５ｗｔ％と、Ｎi：１〜２
ｗｔ％とを含有させたものが、既に提案されている（特
公昭６１ー５１０１７号公報）。
【０００８】この提案されているＡｌーＳｉ系アルミニ
ウム合金は、Ｔiを含有させることによって鋳塊組織を
微細化して、該合金の機械的性質を安定化させ、かつ、
Ｎiを含有させることによって該合金に高温強度を付与
したものである。前記Ｎiの含有は、１〜２ｗｔ％とさ
れ、前記高温強度の効果は１ｗｔ％未満では改善され
ず、２ｗｔ％を越えると、該効果は飽和してしまってそ
れ以上の効果は期待できないとしている。そして、前記
高温強度は、２００℃程度を高温条件として位置づけて
おり、２５０℃以上を高温条件についての高温効果につ
いては言及しておらず、前記高温効果も高温保持をしな
い状態での耐摩耗性、引張強さ等に基づいてなされてい
るものであるから十分なものとは云えないし、耐摩耗性
については、比較ＡｌーＳｉ系アルミニウム合金（Ａｌ
ーＳｉ過共晶合金）と比べて優れているものではない。
ウム合金は、Ｔiを含有させることによって鋳塊組織を
微細化して、該合金の機械的性質を安定化させ、かつ、
Ｎiを含有させることによって該合金に高温強度を付与
したものである。前記Ｎiの含有は、１〜２ｗｔ％とさ
れ、前記高温強度の効果は１ｗｔ％未満では改善され
ず、２ｗｔ％を越えると、該効果は飽和してしまってそ
れ以上の効果は期待できないとしている。そして、前記
高温強度は、２００℃程度を高温条件として位置づけて
おり、２５０℃以上を高温条件についての高温効果につ
いては言及しておらず、前記高温効果も高温保持をしな
い状態での耐摩耗性、引張強さ等に基づいてなされてい
るものであるから十分なものとは云えないし、耐摩耗性
については、比較ＡｌーＳｉ系アルミニウム合金（Ａｌ
ーＳｉ過共晶合金）と比べて優れているものではない。
【０００９】本発明は、このような従来の内燃エンジン
のピストンの素材の合金の問題に鑑みてなされたもので
あって、その目的は、内燃エンジンの稼働中、２５０℃
以上の温度状態にあっても、エンジントラブルの原因と
なる摩耗、もしくは、変形等の不具合が生ぜず、かつ、
押し出し成形等の鍛造も容易な内燃エンジン用アルミニ
ウム合金ピストンを提供することである。
のピストンの素材の合金の問題に鑑みてなされたもので
あって、その目的は、内燃エンジンの稼働中、２５０℃
以上の温度状態にあっても、エンジントラブルの原因と
なる摩耗、もしくは、変形等の不具合が生ぜず、かつ、
押し出し成形等の鍛造も容易な内燃エンジン用アルミニ
ウム合金ピストンを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するべ
く、本発明に係る内燃エンジン用アルミニウム合金ピス
トンは、Ｓi：１０〜２２ｗｔ％、Ｃu：１〜５ｗｔ％、
Ｍg：０．３〜２ｗｔ％、Ｆe：０．２５〜１ｗｔ％、Ｍ
ｎ：０．２５〜１ｗｔ％、Ｃr：０．２５〜１ｗｔ％、
Ｎi：２〜６ｗｔ％、を含有し、残部が実質的にＡl及び
不純物である合金を用いたものであり、前記ピストンが
鍛造成形されたものであることを特徴としている。
く、本発明に係る内燃エンジン用アルミニウム合金ピス
トンは、Ｓi：１０〜２２ｗｔ％、Ｃu：１〜５ｗｔ％、
Ｍg：０．３〜２ｗｔ％、Ｆe：０．２５〜１ｗｔ％、Ｍ
ｎ：０．２５〜１ｗｔ％、Ｃr：０．２５〜１ｗｔ％、
Ｎi：２〜６ｗｔ％、を含有し、残部が実質的にＡl及び
不純物である合金を用いたものであり、前記ピストンが
鍛造成形されたものであることを特徴としている。
【００１１】前記の如き構成の本発明の内燃エンジン用
アルミニウム合金ピストンは、インゴット等の原材料を
溶解し、鋳造で棒状鋳造体合金素材を製造する。この棒
状鋳造体を一つのピストンを製造するための大きさに切
断し、離型剤を塗布した後に電気炉で加熱し、加熱した
ピストン合金素材を金型に投入して、該金型によって押
し出し恒温鍛造を行う。恒温鍛造された鍛造ピストン素
材は、所望のピストン形状に機械切削加工が施された
後、表面処理して完成させる。
アルミニウム合金ピストンは、インゴット等の原材料を
溶解し、鋳造で棒状鋳造体合金素材を製造する。この棒
状鋳造体を一つのピストンを製造するための大きさに切
断し、離型剤を塗布した後に電気炉で加熱し、加熱した
ピストン合金素材を金型に投入して、該金型によって押
し出し恒温鍛造を行う。恒温鍛造された鍛造ピストン素
材は、所望のピストン形状に機械切削加工が施された
後、表面処理して完成させる。
【００１２】そして、本発明の内燃エンジン用ピストン
に用いられる合金は、従来のＡｌーＳｉ系アルミニウム
合金の各元素の内、Ｎiの含有量を２〜６ｗｔ％とし、
前記従来のＡｌーＳｉ系アルミニウム合金よりもＮiの
含有量を多くしたことを特徴する。合金の含有成分の
内、Ｎiの含有量を多くすることによって、高温強度、
特に、２５０℃以上でのピストンの強度を改善し、該温
度でのピストン強度の低下を抑え、ピストンの摩耗、も
しくは、変形等の不具合を防止した。
に用いられる合金は、従来のＡｌーＳｉ系アルミニウム
合金の各元素の内、Ｎiの含有量を２〜６ｗｔ％とし、
前記従来のＡｌーＳｉ系アルミニウム合金よりもＮiの
含有量を多くしたことを特徴する。合金の含有成分の
内、Ｎiの含有量を多くすることによって、高温強度、
特に、２５０℃以上でのピストンの強度を改善し、該温
度でのピストン強度の低下を抑え、ピストンの摩耗、も
しくは、変形等の不具合を防止した。
【００１３】また、本発明で限定したＮi以外の各元素
の含有量のｗｔ％の範囲は、ピストンとしてのＡｌーＳ
ｉ系アルミニウム合金の機械的性質、耐摩耗性、鍛造
性、組織の微細化等の一般的な諸性質を維持するための
許容範囲の数値を定めたものである。本発明に用いられ
る合金の各元素の成分の内、Ｎiの含有成分の量を多く
すること、即ち、２ｗｔ％から３ｗｔ％に、あるいは、
３ｗｔ％から４ｗｔ％にとＮiを多くすることによっ
て、高温強度を更に高めることができる。しかし、Ｎi
の含有成分の量が６ｗｔ％以上になると、ピストンを製
造する過程における棒状鋳造体合金素材を鋳造するのが
困難になると云う不具合が生じるので、Ｎiの含有成分
の量は、２ｗｔ％以上で６ｗｔ％以下とする。
の含有量のｗｔ％の範囲は、ピストンとしてのＡｌーＳ
ｉ系アルミニウム合金の機械的性質、耐摩耗性、鍛造
性、組織の微細化等の一般的な諸性質を維持するための
許容範囲の数値を定めたものである。本発明に用いられ
る合金の各元素の成分の内、Ｎiの含有成分の量を多く
すること、即ち、２ｗｔ％から３ｗｔ％に、あるいは、
３ｗｔ％から４ｗｔ％にとＮiを多くすることによっ
て、高温強度を更に高めることができる。しかし、Ｎi
の含有成分の量が６ｗｔ％以上になると、ピストンを製
造する過程における棒状鋳造体合金素材を鋳造するのが
困難になると云う不具合が生じるので、Ｎiの含有成分
の量は、２ｗｔ％以上で６ｗｔ％以下とする。
【００１４】また、本発明は、ピストンの押し出し恒温
鍛造において、該ピストンの素材が金型による押し出し
加工で塑性加工されることによって、粗大化している金
属間化合物の組織を微細化して、更に、強度及び伸びを
高めることができる。
鍛造において、該ピストンの素材が金型による押し出し
加工で塑性加工されることによって、粗大化している金
属間化合物の組織を微細化して、更に、強度及び伸びを
高めることができる。
【００１５】
【実施例】次に、本発明の内燃エンジン用アルミニウム
合金ピストンの二つの実施例について説明する。前記二
つの実施例は、用いられるＡｌーＳｉ系アルミニウム合
金の組成が相違するのみで、その他の製造工程、製品の
構造等については、同じである。
合金ピストンの二つの実施例について説明する。前記二
つの実施例は、用いられるＡｌーＳｉ系アルミニウム合
金の組成が相違するのみで、その他の製造工程、製品の
構造等については、同じである。
【００１６】実施例１の合金組成：Ｓi：１７ｗｔ％、
Ｃu：４ｗｔ％、Ｍg：１ｗｔ％、Ｆe：０．２５〜１ｗ
ｔ％、Ｍｎ：０．２５〜１ｗｔ％、Ｃr：０．２５〜１
ｗｔ％、Ｃr：０．２５〜１ｗｔ％、Ｎi：２ｗｔ％、を
含有し、残部が実質的にＡl及び不純物であるアルミニ
ウム合金。
Ｃu：４ｗｔ％、Ｍg：１ｗｔ％、Ｆe：０．２５〜１ｗ
ｔ％、Ｍｎ：０．２５〜１ｗｔ％、Ｃr：０．２５〜１
ｗｔ％、Ｃr：０．２５〜１ｗｔ％、Ｎi：２ｗｔ％、を
含有し、残部が実質的にＡl及び不純物であるアルミニ
ウム合金。
【００１７】実施例２の合金組成：Ｓi：１７ｗｔ％、
Ｃu：４ｗｔ％、Ｍg：２ｗｔ％、Ｆe：０．２５〜１ｗ
ｔ％、Ｍｎ：０．２５〜１ｗｔ％、Ｃr：０．２５〜１
ｗｔ％、Ｃr：０．２５〜１ｗｔ％、Ｎi：３ｗｔ％、を
含有し、残部が実質的にＡl及び不純物であるアルミニ
ウム合金。
Ｃu：４ｗｔ％、Ｍg：２ｗｔ％、Ｆe：０．２５〜１ｗ
ｔ％、Ｍｎ：０．２５〜１ｗｔ％、Ｃr：０．２５〜１
ｗｔ％、Ｃr：０．２５〜１ｗｔ％、Ｎi：３ｗｔ％、を
含有し、残部が実質的にＡl及び不純物であるアルミニ
ウム合金。
【００１８】本発明の前記二つ実施例は、次のような工
程で内燃エンジン用アルミニウム合金ピストンを製造す
るものである。まず、前記各々の合金組成のＡｌーＳｉ
系アルミニウム合金のアルミニウムインゴット等の原材
料を溶解し、連続鋳造等で棒状鋳造体合金素材を製造す
る。この棒状鋳造体を一つのピストンを製造するための
大きさに切断し、離型剤を塗布した後に電気炉で加熱
し、加熱したピストン合金素材を金型に投入して、該金
型によって押し出し恒温鍛造を行う。恒温鍛造された鍛
造ピストン素材は、所望のピストン形状に機械切削加工
が施された後、表面処理がなされてピストン製品が完成
する。
程で内燃エンジン用アルミニウム合金ピストンを製造す
るものである。まず、前記各々の合金組成のＡｌーＳｉ
系アルミニウム合金のアルミニウムインゴット等の原材
料を溶解し、連続鋳造等で棒状鋳造体合金素材を製造す
る。この棒状鋳造体を一つのピストンを製造するための
大きさに切断し、離型剤を塗布した後に電気炉で加熱
し、加熱したピストン合金素材を金型に投入して、該金
型によって押し出し恒温鍛造を行う。恒温鍛造された鍛
造ピストン素材は、所望のピストン形状に機械切削加工
が施された後、表面処理がなされてピストン製品が完成
する。
【００１９】図１は、実施例１及び実施例２の内燃エン
ジン用アルミニウム合金ピストンに用いられる前記合金
組成のＡｌーＳｉ系アルミニウム合金を２５０℃に保持
したものを保持時間の経過と硬度（ＨＲＦ）との関係で
示したものである。前記図１から理解できるように、実
施例１のＮiを２ｗｔ％含有するアルミニウム合金は、
加熱しない状態で、硬度が９９（ＨＲＦ）強であるが２
５０℃での加熱保持時間が長くなるほど、その硬度が低
下する傾向にあり、１００時間保持の状態で硬度８２
（ＨＲＦ）になる。また、実施例２のＮiを３ｗｔ％含
有するアルミニウム合金も、図１に示されているように
実施例１のアルミニウム合金と同じ傾向を示している
が、加熱しない状態（硬度１０２（ＨＲＦ）強）、及
び、１００時間保持の状態（硬度９１（ＨＲＦ）弱）の
いずれでも、その硬度が前記実施例１のアルミニウム合
金よりも高い値を示している。これは、Ｎiを多く含有
させることによるＡｌとＮiとの金属間化合物の分散強
化に基づくものと解され、図１には示されていないが、
Ｎiを更に多く含有させることによって、２５０℃での
加熱保持による硬度を、更に上昇させることができるこ
とが実証されている。
ジン用アルミニウム合金ピストンに用いられる前記合金
組成のＡｌーＳｉ系アルミニウム合金を２５０℃に保持
したものを保持時間の経過と硬度（ＨＲＦ）との関係で
示したものである。前記図１から理解できるように、実
施例１のＮiを２ｗｔ％含有するアルミニウム合金は、
加熱しない状態で、硬度が９９（ＨＲＦ）強であるが２
５０℃での加熱保持時間が長くなるほど、その硬度が低
下する傾向にあり、１００時間保持の状態で硬度８２
（ＨＲＦ）になる。また、実施例２のＮiを３ｗｔ％含
有するアルミニウム合金も、図１に示されているように
実施例１のアルミニウム合金と同じ傾向を示している
が、加熱しない状態（硬度１０２（ＨＲＦ）強）、及
び、１００時間保持の状態（硬度９１（ＨＲＦ）弱）の
いずれでも、その硬度が前記実施例１のアルミニウム合
金よりも高い値を示している。これは、Ｎiを多く含有
させることによるＡｌとＮiとの金属間化合物の分散強
化に基づくものと解され、図１には示されていないが、
Ｎiを更に多く含有させることによって、２５０℃での
加熱保持による硬度を、更に上昇させることができるこ
とが実証されている。
【００２０】本発明においては、図１からも理解できる
ように、ピストン用ＡｌーＳｉ系アルミニウム合金の硬
度の好適条件として、保持温度２５０℃で、保持時間１
００ｈｒでの硬度を概ね８５（ＨＲＦ）以上としてい
る。これはこの硬度８５（ＨＲＦ）以上というその限界
に格別の技術的意義があるというものではなく、上記条
件を満たしている前記実施例１と２の合金が、ピストン
ボス部の温度が２５０℃以上となる内燃エンジンのピス
トン素材として、その耐摩耗性、及び、耐熱変形に良好
であるとの実証的結果に基づく反証的な条件と云える。
ように、ピストン用ＡｌーＳｉ系アルミニウム合金の硬
度の好適条件として、保持温度２５０℃で、保持時間１
００ｈｒでの硬度を概ね８５（ＨＲＦ）以上としてい
る。これはこの硬度８５（ＨＲＦ）以上というその限界
に格別の技術的意義があるというものではなく、上記条
件を満たしている前記実施例１と２の合金が、ピストン
ボス部の温度が２５０℃以上となる内燃エンジンのピス
トン素材として、その耐摩耗性、及び、耐熱変形に良好
であるとの実証的結果に基づく反証的な条件と云える。
【００２１】そして、実施例１及び実施例２の合金は、
従来、内燃エンジン用ピストンに使用されている前記Ａ
Ｃ９Ａ、ＡＣ９Ｂの合金の２５０℃における１００時間
保持の硬度よりも、図１に示されているように、硬度の
低下を抑えることができる。図２は、本実施例１と２、
及び、従来のＡｌーＳｉ系アルミニウム合金を各々２５
０℃で１００時間保持したものの硬度（ＨＲＦ）と摩耗
痕面積との関係を示したものである。図２記載のよう
に、本実施例１と２で用いられるＡｌーＳｉ系アルミニ
ウム合金は、従来のＡＣ８Ａ、ＡＣ９Ａ、ＡＣ９Ｂ等の
合金よりも、硬度が高く、かつ、摩耗痕面積も小さくな
ると共に、Ｎiの含有量を増加させることによって、更
に前記傾向を強くすることが理解できるであろう。
従来、内燃エンジン用ピストンに使用されている前記Ａ
Ｃ９Ａ、ＡＣ９Ｂの合金の２５０℃における１００時間
保持の硬度よりも、図１に示されているように、硬度の
低下を抑えることができる。図２は、本実施例１と２、
及び、従来のＡｌーＳｉ系アルミニウム合金を各々２５
０℃で１００時間保持したものの硬度（ＨＲＦ）と摩耗
痕面積との関係を示したものである。図２記載のよう
に、本実施例１と２で用いられるＡｌーＳｉ系アルミニ
ウム合金は、従来のＡＣ８Ａ、ＡＣ９Ａ、ＡＣ９Ｂ等の
合金よりも、硬度が高く、かつ、摩耗痕面積も小さくな
ると共に、Ｎiの含有量を増加させることによって、更
に前記傾向を強くすることが理解できるであろう。
【００２２】本実施例１と２のＡｌーＳｉ系アルミニウ
ム合金は、前記金型による押し出し恒温鍛造等の加工過
程において塑性加工されることによって、粗大化してい
る金属間化合物の組織を微細化して、更に、強度及び伸
びを高めることができる。
ム合金は、前記金型による押し出し恒温鍛造等の加工過
程において塑性加工されることによって、粗大化してい
る金属間化合物の組織を微細化して、更に、強度及び伸
びを高めることができる。
【００２３】
【発明の効果】以上の説明から理解できるように、本発
明の内燃エンジン用アルミニウム合金ピストンは、該ピ
ストンに用いられるＡｌーＳｉ系アルミニウム合金の各
元素の内、Ｎiの含有量を２〜６ｗｔ％としたので、２
５０℃以上の高温強度を改善することができ、ピストン
ボス部のピン孔部が２５０℃以上となる内燃エンジン用
として使用できる。
明の内燃エンジン用アルミニウム合金ピストンは、該ピ
ストンに用いられるＡｌーＳｉ系アルミニウム合金の各
元素の内、Ｎiの含有量を２〜６ｗｔ％としたので、２
５０℃以上の高温強度を改善することができ、ピストン
ボス部のピン孔部が２５０℃以上となる内燃エンジン用
として使用できる。
【図１】本発明の実施例の２５０℃に保持したＡｌーＳ
ｉ系アルミニウム合金の保持時間と硬度（ＨＲＦ）との
関係図。
ｉ系アルミニウム合金の保持時間と硬度（ＨＲＦ）との
関係図。
【図２】本発明の実施例、及び、従来のＡｌーＳｉ系ア
ルミニウム合金を、各々２５０℃で１００時間保持した
ものの硬度（ＨＲＦ）と摩耗痕面積との関係図。
ルミニウム合金を、各々２５０℃で１００時間保持した
ものの硬度（ＨＲＦ）と摩耗痕面積との関係図。
【図３】従来のＡｌーＳｉ系アルミニウム合金の加熱温
度と最高引張強度・伸び率との関係図。
度と最高引張強度・伸び率との関係図。
【図４】従来のＡｌーＳｉ系アルミニウム合金の加熱保
持２００℃と２５０℃との保持時間と硬度（ＨＲＦ）と
の関係図。
持２００℃と２５０℃との保持時間と硬度（ＨＲＦ）と
の関係図。
Claims (2)
- 【請求項１】 アルミニウム合金が、Ｓi：１０〜２２
ｗｔ％、Ｃu：１〜５ｗｔ％、Ｍg：０．３〜２ｗｔ％、
Ｆe：０．２５〜１ｗｔ％、Ｍｎ：０．２５〜１ｗｔ
％、Ｃr：０．２５〜１ｗｔ％、Ｎi：２〜６ｗｔ％、を
含有し、残部が実質的にＡl及び不純物であることを特
徴とする内燃エンジン用アルミニウム合金ピストン。 - 【請求項２】 前記ピストンが、鍛造成形されたもので
あることを特徴とする請求項１記載の内燃エンジン用ア
ルミニウム合金ピストン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6737795A JPH08260089A (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | 内燃エンジン用アルミニウム合金ピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6737795A JPH08260089A (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | 内燃エンジン用アルミニウム合金ピストン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08260089A true JPH08260089A (ja) | 1996-10-08 |
Family
ID=13343270
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6737795A Pending JPH08260089A (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | 内燃エンジン用アルミニウム合金ピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08260089A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105648286A (zh) * | 2016-03-02 | 2016-06-08 | 柳州正高科技有限公司 | 旋耕机专用汽缸 |
| CN105723828A (zh) * | 2016-03-02 | 2016-07-06 | 柳州正高科技有限公司 | 旋耕机专用弯刀 |
| CN105734359A (zh) * | 2016-03-02 | 2016-07-06 | 柳州正高科技有限公司 | 旋耕机专用重载轴承 |
| CN105755332A (zh) * | 2016-03-02 | 2016-07-13 | 柳州正高科技有限公司 | 旋耕机专用齿轮 |
| US20230417203A1 (en) * | 2022-06-28 | 2023-12-28 | GM Global Technology Operations LLC | Piston for use in internal combustion engines and method of making the piston |
-
1995
- 1995-03-27 JP JP6737795A patent/JPH08260089A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105648286A (zh) * | 2016-03-02 | 2016-06-08 | 柳州正高科技有限公司 | 旋耕机专用汽缸 |
| CN105723828A (zh) * | 2016-03-02 | 2016-07-06 | 柳州正高科技有限公司 | 旋耕机专用弯刀 |
| CN105734359A (zh) * | 2016-03-02 | 2016-07-06 | 柳州正高科技有限公司 | 旋耕机专用重载轴承 |
| CN105755332A (zh) * | 2016-03-02 | 2016-07-13 | 柳州正高科技有限公司 | 旋耕机专用齿轮 |
| US20230417203A1 (en) * | 2022-06-28 | 2023-12-28 | GM Global Technology Operations LLC | Piston for use in internal combustion engines and method of making the piston |
| US11994085B2 (en) * | 2022-06-28 | 2024-05-28 | GM Global Technology Operations LLC | Piston for use in internal combustion engines and method of making the piston |
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