JPH09256903A - Piston for internal combustion engine and manufacturer thereof - Google Patents

Piston for internal combustion engine and manufacturer thereof

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JPH09256903A
JPH09256903A JP8069552A JP6955296A JPH09256903A JP H09256903 A JPH09256903 A JP H09256903A JP 8069552 A JP8069552 A JP 8069552A JP 6955296 A JP6955296 A JP 6955296A JP H09256903 A JPH09256903 A JP H09256903A
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JP
Japan
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aluminum alloy
piston
particles
alloy member
ring groove
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Pending
Application number
JP8069552A
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Japanese (ja)
Inventor
Masato Sasaki
正登 佐々木
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Hitachi Unisia Automotive Ltd
Original Assignee
Unisia Jecs Corp
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Publication date
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Publication of JPH09256903A publication Critical patent/JPH09256903A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00Metals
    • F05C2201/02Light metals
    • F05C2201/021Aluminium

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve work efficiency in piston manufacturing, reduce piston cost, ensure wear and agglutination resistance and adhesion resistance and improve the junction strength of the junction boundary surface of a piston body and an aluminum alloy member. SOLUTION: This invention relates to a piston for an internal combustion engine, wherein three grooves for piston rings are formed in the ring land section 3 of a piston body 1 made of aluminum alloy. A ring-like recessed section 22 is formed at a position corresponding to the groove 4 of a top ring for the groove of the piston rings, and an aluminum alloy member 11 containing the particles of silicon carbide SiC is cast in the recessed section 22. The junction boundary surface 20 of at least the upper and lower face of the aluminum alloy member 11 and the inner face of the groove 4 for the top ring is irradiated by an electronic beam of high energy density is fused and jointed again.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術】本発明は、自動車等の内燃機関の
ピストン及び該ピストンの製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piston for an internal combustion engine such as an automobile and a method for manufacturing the piston.

【0002】[0002]

【従来の技術】周知のように、近時、自動車用内燃機関
のピストンにあっては、高出力化高性能化の要請に伴い
軽量化を図るべくその材質を鋳鉄に代えてアルミニウム
合金で形成しており、また、シリンダボアの内壁面と対
向する外周面に、ピストンリングが装着される複数のピ
ストンリング溝が形成されている。さらに、このピスト
ンリング溝のうち燃焼室に最も近いトップリング溝は、
特に高温に晒され、かつ燃焼圧力を直接受けるため、ピ
ストンリング(トップリング)との摩耗が激しい。この
ため、トップリング溝とトップリングとの間には、アル
ミ凝着が発生し易くなる。
2. Description of the Related Art As is well known, in recent years, pistons of internal combustion engines for automobiles have been formed of aluminum alloy instead of cast iron in order to reduce weight in response to demands for higher output and higher performance. Further, a plurality of piston ring grooves in which a piston ring is mounted are formed on the outer peripheral surface facing the inner wall surface of the cylinder bore. Furthermore, of these piston ring grooves, the top ring groove closest to the combustion chamber is
In particular, the piston ring (top ring) is exposed to high temperatures and is directly subjected to combustion pressure, so that the piston ring (top ring) is severely worn. Therefore, aluminum adhesion easily occurs between the top ring groove and the top ring.

【0003】そこで、斯かるアルミ凝着を防止する種々
の技術が開発されており、例えば(1)トップリング溝
の表面部に無機繊維集合体を複合させて強化するもの
(特開昭59−201953号公報)や、(2)In−
SituプロセスによるハイブリッドMMC(金属基複
合材料)をピストンへ応用するもの(自動車技術198
9−5.NO891056)、(3)トップリング溝の
表面部にニッケル多孔体を複合させて強化するもの(特
公平3−30708号公報)などがある。また、(4)
トップリング溝の表面部をアルマイト処理層により強化
したり(特開平1−190951号公報)、(5)トッ
プリング溝の表面部に銅などを電子ビームで溶融拡散さ
せることにより合金層を形成するもの(三菱自動車19
88,NO1「テクニカルレビュー」,特開平2−12
5952号)があり、更には、(6)トップリング溝部
分にニレジスト鋳鉄をアルフィン処理してアルミニウム
合金に鋳ぐるんでリング支持部材とするものなど、多く
の改良技術が提案されている。
Therefore, various techniques for preventing such aluminum adhesion have been developed. For example, (1) a method in which an inorganic fiber aggregate is compounded on the surface portion of the top ring groove to strengthen it (JP-A-59-59). (201953), and (2) In-
Application of hybrid MMC (metal-based composite material) to the piston by the Situ process (Automotive Technology 198)
9-5. No. 891056), and (3) a porous nickel body is compounded on the surface portion of the top ring groove to strengthen it (Japanese Patent Publication No. 3-30708). Also, (4)
An alloy layer is formed by strengthening the surface of the top ring groove with an alumite treatment layer (JP-A-1-190951), or (5) melting and diffusing copper or the like with an electron beam on the surface of the top ring groove. Things (Mitsubishi Motors 19
88, NO1 "Technical Review", Japanese Patent Laid-Open No. 2-12
No. 5952), and many other improved techniques have been proposed, such as (6) a ring support member in which a niresist cast iron is alfin-finished in a top ring groove portion and cast into an aluminum alloy.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、前記各従来
例には、以下のような欠点がある。即ち、(1),
(2),(3)の従来例にあっては、無機繊維材等の材
料上の点からその成形法として高圧凝固法を用いなけれ
ばならない。したがって、製造コストの上昇が余儀なく
されるばかりか、ピストンの形状が制約されてしまう。
However, each of the conventional examples has the following disadvantages. That is, (1),
In the conventional examples of (2) and (3), the high pressure solidification method must be used as the forming method in view of the material such as the inorganic fiber material. Therefore, not only is the manufacturing cost increased, but the shape of the piston is restricted.

【0005】また、(4)の従来例にあっては、アルマ
イト処理層によりピストンリングとの耐凝着性は向上す
るものの、耐摩耗性が不十分になる。更に、(5)の従
来例は、逆に耐凝着性が不足する惧れがある。
Further, in the conventional example of (4), the alumite treatment layer improves the adhesion resistance to the piston ring, but the abrasion resistance becomes insufficient. Further, in the conventional example of (5), there is a possibility that the adhesion resistance is insufficient.

【0006】また、(6)の従来例は、最も古くから行
われている技術であり、耐摩耗性や耐凝着性は確保でき
るものの、鋳鉄製であるため、重量の増加が余儀なくさ
れる。 さらに、他の従来例として特開平2ー1011
41号に記載された発明のように、アルニミウム合金
を、Si,Cu,Mg,Fe,Mnを夫々所定の重量%
を割合で配合し、このアルミ合金の粉末のマトリックス
にAl23等の一種の粒子を分散させて高強度のアルニ
ミウム合金を成形するものも提供されているが、この材
料を高いエネルギー密度の熱源により再溶融させると、
該再溶融部の接合の際に、再溶融部にブローホールが発
生するおそれがある。なぜならば、粉末粒子間に不可避
の空気が存在して最終加工まで残留してしまう可能性が
あるからである。
The prior art (6) is the oldest technique. Although it is possible to secure abrasion resistance and adhesion resistance, it is made of cast iron, so that the weight must be increased. . Further, as another conventional example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-1011
No. 41, the aluminum alloy contains Si, Cu, Mg, Fe, and Mn in predetermined weight percentages, respectively.
Is also provided to form a high-strength aluminum alloy by dispersing one kind of particles such as Al 2 O 3 in the matrix of this aluminum alloy powder, but this material is When remelted by a heat source,
During the joining of the remelted portion, blowholes may be generated in the remelted portion. This is because unavoidable air exists between the powder particles and may remain until final processing.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の各従来
例における実情に鑑みて案出されたもので、請求項1の
発明は、アルミニウム合金製からなるピストン本体の外
周に複数のピストンリング溝が形成されてなる内燃機関
のピストンにおいて、前記ピストンリング溝の少なくと
もトップリング溝に対応する位置に環状凹部を形成する
と共に、該環状凹部内に、炭化珪素の粒子を含有したリ
ング溝形成用のアルミニウム合金部材を鋳造により形成
し、かつ前記アルミニウム合金部材と前記凹部との接合
境界面を、高エネルギー密度の熱源により再溶融接合す
ると共に、前記アルミニウム合金部材の外周にリング溝
を形成したことを特徴としている。
The present invention has been devised in view of the actual situation in each of the above-mentioned conventional examples, and the invention of claim 1 is such that a plurality of pistons are provided on the outer periphery of a piston body made of an aluminum alloy. In a piston of an internal combustion engine in which a ring groove is formed, an annular recess is formed at a position corresponding to at least the top ring groove of the piston ring groove, and a ring groove containing silicon carbide particles is formed in the annular recess. An aluminum alloy member for use in casting, and the joining interface between the aluminum alloy member and the recess is remelted and joined by a heat source having a high energy density, and a ring groove is formed on the outer periphery of the aluminum alloy member. It is characterized by that.

【0008】請求項2の発明は、アルミニウム合金製か
らなるピストン本体の外周にピストンリング溝形成用の
アルミニウム合金部材を鋳造する内燃機関のピストンの
製造方法であって、前記ピストン本体の成形時に、前記
ピストンリング溝の少なくともトップリング溝に対応す
る位置に環状の凹部を形成し、続いて、該凹部内に、炭
化珪素の粒子を含有したアルミニウム合金部材を鋳造し
て凝固させた後、該アルミニウム合金部材と前記凹部と
の接合境界面を、高エネルギー密度の熱源により再溶融
して冷却接合したことを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a piston for an internal combustion engine, in which an aluminum alloy member for forming a piston ring groove is cast on the outer circumference of a piston body made of an aluminum alloy. An annular recess is formed at a position corresponding to at least the top ring groove of the piston ring groove, and subsequently, an aluminum alloy member containing silicon carbide particles is cast and solidified in the recess, and then the aluminum It is characterized in that the joint boundary surface between the alloy member and the concave portion is remelted by a heat source having a high energy density and cooled and jointed.

【0009】請求項3の発明は、アルミニウム合金製か
らなるピストン本体の外周に複数のピストンリング溝が
形成されてなる内燃機関のピストンにおいて、前記ピス
トンリング溝の少なくともトップリング溝に対応する位
置に環状凹部を形成すると共に、該凹部内に、炭化珪素
の粒子を含有しかつピストン本体の母材よりも高濃度の
合金元素を含むリング溝形成用のアルミニウム合金部材
を鋳造により形成し、かつ該アルミニウム合金部材と前
記凹部との接合境界面を、高エネルギー密度の熱源によ
り再溶融し、さらに、この再溶融部のアルミニウム合金
を、10.0重量%≦Cu≦23.0重量%、及び不可避
不純物を含むアルミニウム合金マトリックスに、Al2
3粒子,SiC粒子,Si34粒子,ZrO2粒子,S
iO2粒子,TiO2粒子,WC粒子及び金属Si粒子か
ら選択される少なくとも一種の硬質粒子を、前記アルミ
ニウム合金マトリックスに対して5体積%以上、25体
積%以下分散させたことを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, in a piston of an internal combustion engine in which a plurality of piston ring grooves are formed on the outer circumference of a piston body made of an aluminum alloy, the piston ring groove is provided at a position corresponding to at least the top ring groove. An annular recess is formed, and an aluminum alloy member for forming a ring groove, which contains silicon carbide particles and contains a higher concentration of an alloy element than the base material of the piston body, is formed in the recess by casting, and The joint interface between the aluminum alloy member and the recess is remelted by a heat source having a high energy density, and the aluminum alloy in the remelted portion is 10.0 wt% ≤ Cu ≤ 23.0 wt% and is unavoidable. Aluminum alloy matrix containing impurities, Al 2
O 3 particles, SiC particles, Si 3 N 4 particles, ZrO 2 particles, S
At least one kind of hard particles selected from TiO 2 particles, TiO 2 particles, WC particles and metal Si particles is dispersed in the aluminum alloy matrix in an amount of 5% by volume or more and 25% by volume or less.

【0010】[0010]

【作用】前記構成の本発明によれば、ピストンリング溝
を形成するためのアルミニウム合金部材は、材料上の点
から鋳造等によって成形できると共に、該アルミニウム
合金部材を単にピストン本体の成形時に鋳造することに
よって形成したため、その製造コストの低廉化が図れ
る。また、前記アルミニウム合金部材内のSiC粒子に
よってピストンリングに対する耐摩耗性が向上すると共
に、耐凝着性も向上する。
According to the present invention having the above-mentioned structure, the aluminum alloy member for forming the piston ring groove can be formed by casting or the like from the point of view of the material, and the aluminum alloy member is simply cast when the piston body is formed. Since it is formed by the manufacturing method, the manufacturing cost can be reduced. Further, the SiC particles in the aluminum alloy member improve wear resistance to the piston ring and also improve adhesion resistance.

【0011】しかも、凹部とアルミニウム合金部材との
接合境界面を、例えば電子ビームを照射して再溶融し、
その後冷却接合するようにしたため、再溶融による均質
な合金層が形成されて該両者の境界面の接合強度を著し
く高くすることができる。
Moreover, the joint boundary surface between the concave portion and the aluminum alloy member is irradiated with, for example, an electron beam to be remelted,
Since cooling and bonding are performed thereafter, a homogeneous alloy layer is formed by remelting and the bonding strength at the interface between the two can be significantly increased.

【0012】請求項3の発明によれば、溶融後の再溶融
部の合金成分を最適に調整することにより合金濃度の低
下を防止して、耐摩耗性,耐凝着性等の向上を図ること
ができる。
According to the third aspect of the present invention, the alloy component of the remelted portion after melting is optimally adjusted to prevent a decrease in alloy concentration and to improve wear resistance and adhesion resistance. be able to.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて詳述する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0014】図1〜図2は本発明に係る内燃機関用ピス
トンの断面図を示し、このピストンは、ピストン本体1
がアルミ合金製(JISAC8A−T6)で略円筒状に
形成され、燃焼室に臨む冠部2と、該冠部2の下部に有
するリングランド部3の外周面に形成された3つのピス
トンリング溝4,5,6と、該各トップ,セカンド,オ
イルリング溝4〜6に嵌着されるピストンリング7,
8,9と、各リング溝4〜6下部のスカート部10とを
備えている。
FIGS. 1 and 2 are cross-sectional views of a piston for an internal combustion engine according to the present invention.
Are made of aluminum alloy (JIS AC8A-T6) and are formed in a substantially cylindrical shape, and three piston ring grooves formed on the outer peripheral surface of the crown portion 2 facing the combustion chamber and the ring land portion 3 provided under the crown portion 2. 4, 5, 6 and piston rings 7, which are fitted in the respective tops, second and oil ring grooves 4 to 6,
8 and 9 and a skirt portion 10 below each of the ring grooves 4 to 6.

【0015】前記トップリング溝4は、冠部2の頂面2
aから9mm離れた位置を中心に、幅4mm,深さ8mmに形
成されていると共に、この表面部が後述の成形方法で成
形されたアルミニウム合金部材11によって形成されて
いる。
The top ring groove 4 is formed on the top surface 2 of the crown portion 2.
A width of 4 mm and a depth of 8 mm are formed around a position 9 mm away from a, and this surface portion is formed by an aluminum alloy member 11 formed by a forming method described later.

【0016】このアルミニウム合金部材11は、炭化珪
素(SiC)の粒子を含有したアルミニウム合金で構成
され、前記ピストン本体1の環状凹部22内に鋳造によ
って一体に形成されている。
The aluminum alloy member 11 is made of an aluminum alloy containing particles of silicon carbide (SiC), and is integrally formed in the annular recess 22 of the piston body 1 by casting.

【0017】以下、前記ピストンの具体的な製造方法に
ついて説明する。すなわち、まず、ピストン本体1のア
ルミニウム合金材(JIS AC8A−T6)を溶解し
て、993Kに保持する。一方、アルミニウム合金部材
11については、最大径で数μmから数十μmのSiC
粒子を10〜20%含有したアルミニウム合金鋳造イン
ゴットを、アルゴンガス等の不活性雰囲気中で溶解し、
993Kに保持した後、機械撹拌を行いSiC粒子をア
ルミニウム合金材内に均一に分散させる。
Hereinafter, a specific method for manufacturing the piston will be described. That is, first, the aluminum alloy material (JIS AC8A-T6) of the piston body 1 is melted and held at 993K. On the other hand, regarding the aluminum alloy member 11, the maximum diameter is several μm to several tens μm of SiC.
An aluminum alloy cast ingot containing 10 to 20% of particles is melted in an inert atmosphere such as argon gas,
After holding at 993K, mechanical stirring is performed to uniformly disperse the SiC particles in the aluminum alloy material.

【0018】その後、図3A〜Dに示す鋳型によってピ
ストン本体1とアルミニウム合金部材11の鋳造を行
う。図中の31は上型、32は主型、33は下型、34
は中子、35は内周部に凸部35aを有する凹部形成用
型、36は成形工程時に凹部形成用型35と交換される
ほぼ円環状の合金部材形成用型、37,38は湯道、3
9は押湯口である。
After that, the piston body 1 and the aluminum alloy member 11 are cast by the mold shown in FIGS. In the figure, 31 is an upper die, 32 is a main die, 33 is a lower die, 34
Is a core, 35 is a concave part forming die having a convex part 35a on the inner peripheral portion, 36 is a substantially annular alloy member forming mold which is replaced with the concave part forming die 35 in the molding step, and 37 and 38 are runners. Three
9 is a feeder.

【0019】そして、図3A,Bに示すように、まずア
ルミニウム合金材(AC8A)の溶湯を湯道37の湯口
37aからキャビティ40内に注湯する。この溶湯をキ
ャビティ40内に充填した後に凝固させてピストン本体
1を鋳造する。その際、図3Bに示すように、凹部形成
用型35によってピストン本体1のトップリング溝に対
応する位置に円環状の凹部22を形成する。
Then, as shown in FIGS. 3A and 3B, a molten aluminum alloy material (AC8A) is first poured into the cavity 40 from the spout 37a of the runner 37. This molten metal is filled into the cavity 40 and then solidified to cast the piston body 1. At that time, as shown in FIG. 3B, an annular recess 22 is formed by the recess forming die 35 at a position corresponding to the top ring groove of the piston body 1.

【0020】次に、図3Cに示すように、凹部形成用型
35を主型32から取り外し、合金部材形成用型36と
交換する。つまり、合金部材形成用型36を取り付け
る。したがって、この合金部材形成用型36の内周面と
凹部22の内面との間に円環状の空洞部23が形成され
る。また、凹部形成用型35は湯道38とキャビティ4
0との間を遮断していたが、合金部材形成用型36の所
定部位に形成された連通孔36aによって湯道38とキ
ャビティ40は連通される。
Next, as shown in FIG. 3C, the recess forming mold 35 is removed from the main mold 32 and replaced with an alloy member forming mold 36. That is, the alloy member forming die 36 is attached. Therefore, an annular cavity 23 is formed between the inner peripheral surface of the alloy member forming die 36 and the inner surface of the recess 22. In addition, the recess forming mold 35 includes the runner 38 and the cavity 4.
However, the runner 38 and the cavity 40 are communicated with each other by a communication hole 36a formed in a predetermined portion of the alloy member forming die 36.

【0021】続いて、図3Dに示すように、湯道38の
湯口38aから炭化珪素の粒子を含有したアルミニウム
合金材の溶湯を空洞部23内に注湯して凝固させる。
Subsequently, as shown in FIG. 3D, a molten aluminum alloy material containing silicon carbide particles is poured into the cavity 23 from the gate 38a of the runner 38 and solidified.

【0022】その後、離型を行って鋳造物を取り出し、
押湯口39の残部と湯道37,38の残部を切断する
と、ピストン本体1の凹部22内に炭化珪素の粒子を含
有したアルミニウム合金部材11が形成されたピストン
の粗材が完成する。
After that, the mold is released to take out the casting,
When the remaining part of the feeder 39 and the remaining parts of the runners 37, 38 are cut, the rough material of the piston in which the aluminum alloy member 11 containing the particles of silicon carbide is formed in the recess 22 of the piston body 1 is completed.

【0023】また、炭化珪素を含有したアルミニウム合
金部材11を注湯する際に溶湯の加熱温度を上げたり、
またピストン本体1を十分に予熱した場合などには、該
両者の接合境界面20が十分に溶着する現象が認められ
るが、その温度条件範囲は極めて狭く、均一に接合する
ことがむずかしい。そこで、本実施例ではアルミニウム
合金部材11とピストン本体1の接合境界面20を、電
子ビームやTiGレーザ等の高エネルギー密度の熱源
で、再溶融して接合するようになっている。
Further, when pouring the aluminum alloy member 11 containing silicon carbide, the heating temperature of the molten metal is raised,
Further, when the piston body 1 is sufficiently preheated, a phenomenon in which the joining boundary surface 20 between the two is sufficiently welded is recognized, but the temperature condition range is extremely narrow, and it is difficult to perform uniform joining. Therefore, in the present embodiment, the joining boundary surface 20 between the aluminum alloy member 11 and the piston body 1 is remelted and joined by a heat source having a high energy density such as an electron beam or a TiG laser.

【0024】以下、斯かるアルミニウム合金部材11を
ピストン本体1と再溶融して接合する工程を図4〜図5
に基づいて説明する。まず、図4に示すように前記アル
ミニウム合金部材11の外周面11aが露出しているピ
ストン本体1のリングランド部3の外周を切削加工して
表面を平滑にする。その後、図5A,Bに示すようにア
ルミニウム合金部材11の上下面とリングランド部3と
の間の境界面20を、例えば電子ビームの高いエネルギ
ービームを照射して高熱源により再溶融する。つまり、
ピストン本体1とアルミニウム合金部材11の各アルミ
ニウム合金を再溶融し、その後、急冷却して固化させ
る。したがって、斯かる再溶融部21によって、境界面
20に均質な合金層が形成されて高い接合強度が得られ
る。尚、再溶融して強固に接合した後は、図5Cに示す
ようにアルミニウム合金部材11の外周部にリング溝4
を環状に切削加工する。
The steps of remelting and joining the aluminum alloy member 11 with the piston body 1 will be described below with reference to FIGS.
It will be described based on. First, as shown in FIG. 4, the outer periphery of the ring land portion 3 of the piston body 1 in which the outer peripheral surface 11a of the aluminum alloy member 11 is exposed is cut to make the surface smooth. After that, as shown in FIGS. 5A and 5B, the boundary surface 20 between the upper and lower surfaces of the aluminum alloy member 11 and the ring land portion 3 is re-melted by a high heat source by irradiating a high energy beam of an electron beam, for example. That is,
The respective aluminum alloys of the piston body 1 and the aluminum alloy member 11 are remelted and then rapidly cooled to be solidified. Therefore, a uniform alloy layer is formed on the boundary surface 20 by the remelting portion 21 and high joint strength is obtained. After remelting and strong joining, the ring groove 4 is formed on the outer peripheral portion of the aluminum alloy member 11 as shown in FIG. 5C.
Is cut into a ring.

【0025】また、図6A,Bは第2実施例を示し、前
記アルミニウム合金部材11とリングランド部3との接
合境界面20全体を再溶融して接合したものである。ア
ルミニウム合金部材11の外周部に図に示すようにトッ
プリング溝4を形成することは先の実施例と同様であ
り、再溶融によって前記実施例と同様にアルミニウム合
金部材11とピストン本体1との強固な接合が得られ
る。特に、この実施例では、再溶融部21のSiC粒子
の分散が非常に均一になる。これは、電子ビームの高エ
ネルギービームによる撹拌効果と急冷効果によるもので
ある。
FIGS. 6A and 6B show a second embodiment in which the entire joint boundary surface 20 between the aluminum alloy member 11 and the ring land portion 3 is remelted and joined. Forming the top ring groove 4 on the outer peripheral portion of the aluminum alloy member 11 as shown in the figure is the same as in the previous embodiment, and by remelting, the aluminum alloy member 11 and the piston body 1 are separated from each other in the same manner as in the above embodiment. A strong bond can be obtained. Particularly, in this embodiment, the SiC particles in the remelting portion 21 are very uniformly dispersed. This is due to the stirring effect and the quenching effect of the high energy beam of the electron beam.

【0026】図7Aは前記高ネルギービームで再溶融さ
せる前の断面組織写真を図面化したもので、図7Bは再
溶融させた後の断面組織写真を図面化したものであっ
て、図7Aで明らかなように再溶融前のアルミニウム合
金部材11の上下面付近ではアルミニウム合金内のSi
C粒子(黒点)が局部的に集合した形になっているが、
再溶融後は、図7Bで明らかなようにSiC粒子が全体
に均一に分散した形になり、アルミニウム合金部材11
とピストン本体1の各アルミニウム合金が均質な合金相
となり、金属学的に強固に結合されている。
FIG. 7A is a drawing showing a photograph of a sectional structure before remelting with the high energy beam, and FIG. 7B is a drawing showing a photograph of a sectional structure after remelting. As is apparent, the Si in the aluminum alloy near the upper and lower surfaces of the aluminum alloy member 11 before remelting
C particles (black dots) are locally gathered,
After remelting, as apparent from FIG. 7B, SiC particles are uniformly dispersed throughout the aluminum alloy member 11
And each aluminum alloy of the piston body 1 becomes a homogeneous alloy phase and is strongly metallurgically bonded.

【0027】そして、アルミニウム合金部材11とピス
トン本体1とは、互いのアルミニウム合金自体が再溶融
して金属接合するものであり、したがって、再溶融部2
1のSiC粒子の体積%はやや低下してしまう。このた
め、第1実施例のようにトップリング溝4が再溶融部2
1に掛からない場合は問題が生じないが、再溶融部に掛
かる場合や第2実施例の場合には、SiC粒子の体積%
を大きく低下させないために、ピストン本体1側のアル
ミニウム合金の溶解量を少なくする必要がある。したが
って、少なくともアルミニウム合金部材11の外周面か
ら約1mm以内のピストン本体1側のアルミニウム合金の
溶融量とすることが望ましい。
The aluminum alloy member 11 and the piston body 1 are such that the aluminum alloys themselves are remelted and metal-bonded to each other.
The volume percentage of the SiC particles of No. 1 is slightly reduced. Therefore, as in the first embodiment, the top ring groove 4 has the re-melting portion 2
If it does not exceed 1, the problem does not occur, but in the case of applying to the remelting portion or in the case of the second embodiment, the volume% of SiC particles is
In order not to significantly reduce the amount of aluminum alloy, it is necessary to reduce the melting amount of the aluminum alloy on the piston body 1 side. Therefore, it is desirable that the melting amount of the aluminum alloy on the piston body 1 side be at least about 1 mm from the outer peripheral surface of the aluminum alloy member 11.

【0028】図8〜図9は本発明の第3実施例を示し、
アルミニウム合金部材11をピストン本体1の冠部2に
露出させて、トップランドハイトHを最小にする場合の
製造方法を示している。
8 to 9 show a third embodiment of the present invention,
It shows a manufacturing method in which the aluminum alloy member 11 is exposed to the crown portion 2 of the piston body 1 to minimize the top land height H.

【0029】即ち、予めアルミニウム合金部材11を、
図8に示したようにピストン本体1の冠部2に形成され
た凹部22内に設けた後、図9Bに示すように冠部2の
上方とリンングランド部3の側方から電子ビームの高エ
ネルギービームをアルミニウム合金部材11と凹部22
との接合境界面20に照射して再溶融し、その後該再溶
融部21を冷却固化することによって接合する。続い
て、図9Cに示すように、アルミニウム合金部材11の
外周面にトップリング溝4を形成する。
That is, the aluminum alloy member 11 is previously
After being provided in the concave portion 22 formed in the crown portion 2 of the piston body 1 as shown in FIG. 8, the electron beam is emitted from above the crown portion 2 and from the side of the ling ground portion 3 as shown in FIG. 9B. The high energy beam is applied to the aluminum alloy member 11 and the recess 22.
The joining boundary surface 20 with is irradiated with and re-melted, and then the re-melted portion 21 is cooled and solidified to join. Subsequently, as shown in FIG. 9C, the top ring groove 4 is formed on the outer peripheral surface of the aluminum alloy member 11.

【0030】したがって、この実施例によれば、トップ
ランドハイトHを可及的に小さくすることができること
は勿論のこと、冠部2のコーナ部Cがアルミニウム合金
部材11になっているため、強度が著しく向上し、エン
ジンの高出力化に十分に対応することが可能になる。
Therefore, according to this embodiment, the top land height H can be made as small as possible, and since the corner portion C of the crown portion 2 is the aluminum alloy member 11, the strength is high. Is significantly improved, and it becomes possible to sufficiently cope with the high output of the engine.

【0031】また、この場合、高熱に晒される冠部2の
上面にアルミニウム合金部材11とピストン本体1との
境界面20が露出することになるが、この部位は接合強
度の大きな再溶融部となっているため、両者間での剥離
現象が確実に防止される。即ち、従来例の前記(6)の
ようにニレジスト鋳鉄をアルフィン処理によってアルミ
ニウム合金部材とピストン本体とを接合する場合には、
冠部に発生する熱応力に耐えられず接合境界面20に剥
離が生じる惧れがあるが、前記本実施例の場合には斯か
る剥離現象を確実に回避できる。
Further, in this case, the boundary surface 20 between the aluminum alloy member 11 and the piston body 1 is exposed on the upper surface of the crown portion 2 which is exposed to high heat. This portion is a remelted portion having a large bonding strength. Therefore, the peeling phenomenon between the two is surely prevented. That is, when the Ni-resist cast iron is joined to the aluminum alloy member and the piston main body by the Alfin treatment as in the conventional example (6),
Although there is a risk that the joint boundary surface 20 will not be able to withstand the thermal stress generated in the crown portion and that peeling may occur at the joint boundary surface 20, such peeling phenomenon can be reliably avoided in the case of the present embodiment.

【0032】以下、前述のような工程で成形されたアル
ミニウム合金部材11の接合境界面20の強度と耐摩耗
性と耐凝着性及び機械加工性についての特性変化を実験
した結果を述べる。
Below, the results of experiments on changes in the properties of the joint boundary surface 20 of the aluminum alloy member 11 formed by the above-described process with respect to strength, wear resistance, adhesion resistance and machinability will be described.

【0033】まず、マトリックスのアルミニウム合金の
成分を表1に示す。この実験においては、鋳造法で製作
した試料を用いた。またSiC粒子の添加量は、0,
5,10,15,20,25,30体積%として7種の
材料について評価した。
First, Table 1 shows the components of the aluminum alloy of the matrix. In this experiment, a sample manufactured by a casting method was used. The amount of SiC particles added was 0,
Seven types of materials were evaluated at 5, 10, 15, 20, 25, and 30% by volume.

【0034】[0034]

【表1】 [Table 1]

【0035】そして、耐摩耗性の評価方法は、図10に
示す装置を用いて行った。即ち、図外のモータで回転す
る回転台15上にピストンリング7を固定して、この上
部にヒータ16の下端に固定されたテストピース17を
押し付けて摩耗させる。このテストピース17は、ピス
トン本体1のリング溝から切り出したアルミニウム合金
部材である。この方法における温度,潤滑状態等の試験
条件は実際のエンジンのピストンと相関性のあるものと
した。評価は、試験後の摩耗深さで行った。
Then, the evaluation method of wear resistance was carried out by using the apparatus shown in FIG. That is, the piston ring 7 is fixed on the rotary table 15 which is rotated by a motor (not shown), and the test piece 17 fixed to the lower end of the heater 16 is pressed against the piston ring 7 to wear it. The test piece 17 is an aluminum alloy member cut out from the ring groove of the piston body 1. The test conditions such as temperature and lubrication condition in this method are assumed to be correlated with the actual piston of the engine. The evaluation was performed by the wear depth after the test.

【0036】また、耐凝着性の評価方法は、図11に示
す装置を用いて行い、ピストン本体1のトップリング溝
4下面にピストンリング7を押し当てて、アクチュエー
タ18,19を介して矢印一方向にのみ摺動させる加速
試験法によった。評価は、リング溝4のピストンリング
7摺動面積に対する凝着摩耗した面積の割合で行った。
The adhesion resistance is evaluated by using the apparatus shown in FIG. 11, the piston ring 7 is pressed against the lower surface of the top ring groove 4 of the piston body 1, and the arrows are passed through the actuators 18 and 19. It was based on the accelerated test method of sliding only in one direction. The evaluation was performed based on the ratio of the area of the ring groove 4 where the cohesive wear occurred to the sliding area of the piston ring 7.

【0037】機械加工性の評価は、直径70mmの円柱粗
材を以下の加工条件で加工し、工具の摩耗量が0.3mm
になるまでの加工数で評価した。切削速度:200m/mi
n,切り込み量:0.3mm,送り量:0.03mm(1回転
毎),工具:気相合成ダイヤモンド工具(旭ダイヤ
(株)製) 前記各評価結果を表2に示す。
The machinability was evaluated by machining a cylindrical rough material having a diameter of 70 mm under the following processing conditions and the wear amount of the tool was 0.3 mm.
It was evaluated by the number of processings until it became. Cutting speed: 200m / mi
n, Depth of cut: 0.3 mm, Feed: 0.03 mm (per rotation), Tool: Vapor phase synthetic diamond tool (manufactured by Asahi Diamond Co., Ltd.) Table 2 shows the evaluation results.

【0038】ここで、耐摩耗性は、SiC粒子が無添加
(O)の摩耗量を100とした割合を示す。数値が小さ
い程摩耗しないことを示す。
Here, the abrasion resistance indicates a ratio with the abrasion amount of SiC particles not added (O) as 100. The smaller the value, the less wear.

【0039】また、耐凝着性は、SiC粒子が無添加の
凝着した面積を100とした割合を示す。数値が小さい
程凝着しないことを示す。
The anti-adhesion property is a ratio of the area where the SiC particles are adhered without addition as 100. The smaller the value, the less adhesion.

【0040】機械加工性は、SiC粒子の無添加の粗材
を、工具としてCPXを使って加工した場合の工具寿命
を100とした。但し、SiC粒子が添加された粗材は
気相合成ダイヤモンド工具で加工している。
As for machinability, the tool life was set to 100 when a rough material without addition of SiC particles was machined using CPX as a tool. However, the coarse material to which the SiC particles are added is processed by a vapor phase synthetic diamond tool.

【0041】[0041]

【表2】 [Table 2]

【0042】上記表2から明らかなように、SiC粒子
の添加量が5重量%でも無添加の場合に比べて耐摩耗性
は著しく向上し、10体積%でほぼその効果は一定とな
る。
As is clear from Table 2, even if the amount of SiC particles added is 5% by weight, the wear resistance is remarkably improved as compared with the case where no addition is made, and at 10% by volume, the effect becomes almost constant.

【0043】一方、耐凝着性も同様な傾向にあり、Si
C粒子の添加量が5体積%でも無添加に比べて著しく向
上していることがわかる。しかし、10体積%以上では
凝着の発生はない。
On the other hand, the adhesion resistance tends to be the same as that of Si.
It can be seen that even when the addition amount of the C particles is 5% by volume, it is significantly improved as compared with the case where no C particles are added. However, no adhesion occurs at 10% by volume or more.

【0044】また、機械加工性は、SiC粒子の添加量
が5体積%でも無添加に比べて加工性が悪くなる。更
に、添加量の増加に伴って加工性は悪化してゆき、30
体積%では工具の刃先に欠けが生じて加工不能である。
Further, the machinability of the SiC particles becomes worse even if the added amount of the SiC particles is 5% by volume, as compared with the case where the SiC particles are not added. Further, as the amount of addition increases, the processability deteriorates.
At volume%, the cutting edge of the tool is chipped and cannot be machined.

【0045】以上の実験から、最適なSiC粒子の添加
量は5体積%から25体積%までで、望ましくは10体
積%から20体積%であることがわかる。
From the above experiment, it can be seen that the optimum addition amount of SiC particles is 5% by volume to 25% by volume, preferably 10% by volume to 20% by volume.

【0046】さらに、以上説明してきたアルミニウム合
金のピストン本体1内にアルミニウム合金部材11を鋳
造により形成したピストンを、内燃機関に組み込んで試
験を行った。ここで、アルミニウム合金部材11のSi
C粒子の添加量は10体積%に設定した。尚、比較のた
めに前述のようなアルミニウム合金部材11をピストン
本体1に形成しないピストンの試験も行った。
Further, a test was carried out by incorporating the above-described piston formed by casting the aluminum alloy member 11 in the aluminum alloy piston body 1 into an internal combustion engine. Here, Si of the aluminum alloy member 11
The amount of C particles added was set to 10% by volume. For comparison, a piston test in which the aluminum alloy member 11 as described above is not formed on the piston body 1 was also tested.

【0047】運転条件は、4気筒で排気量が1,600
ccのガソリン機関を用い油温150度,冷却水温度1
20度にて100時間の連続運転を行った。
The operating conditions are four cylinders and a displacement of 1,600.
Oil temperature 150 degrees, cooling water temperature 1 using a cc gasoline engine
Continuous operation was performed at 20 degrees for 100 hours.

【0048】この結果、アルミニウム合金部材11を設
けないピストンは50μmの摩耗が発生し、トップリン
グ溝下面の85%に凝着の発生が認められたのに対し、
前記アルミニウム合金部材11を鋳ぐるんだピストンに
は、摩耗も凝着も認められなかった。
As a result, the piston not provided with the aluminum alloy member 11 was abraded by 50 μm, and adhesion was observed in 85% of the lower surface of the top ring groove.
No wear or adhesion was observed on the piston that was cast around the aluminum alloy member 11.

【0049】更に、本発明の実施例におけるSiC粒子
10体積%のアルミニウム合金部材11とピストン本体
1の接合部のせん断強度を、従来におけるニレジスト鋳
鉄をアルフィン処理したアルミニウム合金部材とピスト
ン本体の接合部のせん断強度と比較した実験を行った。
この結果、本発明によるせん断強度は、図12に示すよ
うに従来例よりも4倍以上の強度を有していることが明
らかになった。
Further, the shear strength of the joint between the aluminum alloy member 11 containing 10% by volume of SiC particles and the piston main body 1 in the embodiment of the present invention is determined by comparing the conventional joint between the aluminum alloy member obtained by alfining Niresist cast iron and the piston main body. Experiments were performed comparing with the shear strength of.
As a result, it was revealed that the shear strength according to the present invention is four times or more that of the conventional example, as shown in FIG.

【0050】請求項3に記載した発明の実施例は、前記
各実施例におけるピストン本体1内に鋳込まれるアルミ
ニウム合金部材11のアルミニウム合金母材に含有され
る成分を変更して、後述する再溶融部の合金成分を最適
に調整したものである。
In the embodiment of the invention described in claim 3, the components contained in the aluminum alloy base material of the aluminum alloy member 11 cast in the piston body 1 in each of the above-mentioned embodiments are changed, and the components to be described later are changed. The alloy composition of the fusion zone is optimally adjusted.

【0051】即ち、アルミニウム合金部材11は、Si
C粒子を20体積%を含んだアルミニウム合金インゴッ
トを溶解し、溶湯温度を約740℃に保持する。前記ア
ルミニウム合金インゴットは、商品名DURALCAN
(F3K・20Sカタログ参照)の主成分をベースとし
て、目標成分となるようにCu,Ni,Mn,Siを夫
々母合金または純金属の形で以下の表に示すように添加
する。ここで、Cuは銅線、Niは粉末またはワイヤ
ー、MnはAl−60Mn、SiはAl−40Siの母
合金の形で添加した。
That is, the aluminum alloy member 11 is made of Si.
An aluminum alloy ingot containing 20% by volume of C particles is melted and the molten metal temperature is maintained at about 740 ° C. The aluminum alloy ingot is a product name DURALCAN
Based on the main component (see F3K / 20S catalog), Cu, Ni, Mn, and Si are added in the form of mother alloy or pure metal as shown in the following table so as to be the target components. Here, Cu was added in the form of a copper wire, Ni was a powder or wire, Mn was Al-60Mn, and Si was a master alloy of Al-40Si.

【0052】[0052]

【表3】 [Table 3]

【0053】硬質粒子の添加量を前記のように特定する
と、アルミニウム合金マトリックスにおける硬質粒子の
分散状態が、そのアルミニウム合金の耐摩耗性を向上さ
せる上で最適になる。また、硬質粒子は、アルミニウム
合金マトリックスの結晶転位を固着してクリープ特性及
び耐応力腐食割れ特性の改善,熱膨張係数の低下,ヤン
グ率及び疲労強度,耐摩耗性,耐凝着性の向上等の諸効
果を有する。
When the addition amount of the hard particles is specified as described above, the dispersion state of the hard particles in the aluminum alloy matrix is optimum for improving the wear resistance of the aluminum alloy. Further, hard particles fix crystal dislocations in the aluminum alloy matrix to improve creep properties and stress corrosion cracking resistance properties, lower thermal expansion coefficient, Young's modulus and fatigue strength, wear resistance, adhesion resistance, etc. Have various effects.

【0054】ただし、アルミニウム合金マトリックスに
対する硬質粒子の含有量が0.5重量%を下回ると、耐
摩耗性が改善されず、またヤング率の向上及び熱膨張係
数の減少の程度も低くなり、一方、15.0体積%を上
回ると、相手材の摩耗が増大する。
However, when the content of the hard particles in the aluminum alloy matrix is less than 0.5% by weight, the wear resistance is not improved, the Young's modulus is improved, and the coefficient of thermal expansion is also decreased. , 15.0% by volume, the wear of the mating material increases.

【0055】他の成分の含有理由及び含有量の限定理由
は以下の通りである。
The reasons for containing the other components and the reasons for limiting the contents are as follows.

【0056】(a) Cuについて Cuは、金属間化合物を形成し、アルミニウム合金マト
リックスを強化し耐摩耗性、耐凝着性を向上させる効果
を有する。ただし、10重量%を下回ると前記効果を得
ることができず、一方、23重量%を上回ると、非常に
硬くなる一方、脆くなり、耐摩耗性が悪化する。そし
て、溶融部のCu量を変化させ、摩耗試験を行い、図1
3のような結果を得た。また、耐摩耗性の評価方法は、
図10に示す装置を用いて行った。即ち、図外のモータ
で回転する回転台上にピストンリングを固定して、この
上部にヒータの下端に固定されたテストピースを押し付
けて摩耗させる。このテストピースは、ピストン本体の
リング溝から切り出したアルミニウム合金部材である。
この方法における温度、潤滑状態等の試験条件は、実際
のエンジンのピストンと相関性のあるものとした。評価
は試験後の摩耗深さで行った。
(A) Regarding Cu Cu has the effect of forming an intermetallic compound and strengthening the aluminum alloy matrix to improve wear resistance and adhesion resistance. However, if the content is less than 10% by weight, the above effect cannot be obtained. On the other hand, if the content is more than 23% by weight, the material becomes very hard, becomes brittle, and deteriorates in wear resistance. Then, the amount of Cu in the fusion zone was changed and a wear test was conducted,
The result is 3. In addition, the evaluation method of wear resistance is
It carried out using the apparatus shown in FIG. That is, a piston ring is fixed on a turntable that is rotated by a motor (not shown), and a test piece fixed to the lower end of the heater is pressed against the piston ring to wear it. This test piece is an aluminum alloy member cut out from the ring groove of the piston body.
Test conditions such as temperature and lubrication state in this method were assumed to be correlated with the actual engine piston. The evaluation was performed based on the wear depth after the test.

【0057】このような成分構成になる様にアルミニウ
ム合金部材の成分をあらかじめ調整しておく。
The components of the aluminum alloy member are adjusted in advance to have such a composition.

【0058】そして、目標成分に調整後、溶湯中のSi
C粒子を均一に分散するため溶湯の撹拌を行う。その
後、アルミニウム合金部材11を前述の方法で鋳造す
る。
After adjusting to the target component, Si in the molten metal is adjusted.
The molten metal is stirred to uniformly disperse the C particles. Then, the aluminum alloy member 11 is cast by the above-mentioned method.

【0059】尚、鋳造後のアルミニウム合金部材11
は、合金母材が高硬度になるため、切削加工が困難にな
り、したがって、ニアネット(正味に近い)の形状に鋳
造することが望ましい。
The aluminum alloy member 11 after casting
Since the alloy base material has a high hardness, it becomes difficult to perform cutting, and therefore it is desirable to cast the alloy base material into a near net (near net) shape.

【0060】また、アルミニウム合金部材11の鋳造後
に、リングランド部3の外周切削加工を行い、アルミニ
ウム合金部材11の外周面を平滑にしてもよい。その
後、アルミニウム合金部材11とピストン本体11の境
界面20を電子ビームの高いエネルギー密度の熱源で再
溶融して接合する。
After casting the aluminum alloy member 11, the outer peripheral surface of the aluminum alloy member 11 may be smoothed by cutting the outer periphery of the ring land portion 3. Then, the boundary surface 20 between the aluminum alloy member 11 and the piston body 11 is remelted and joined with a heat source having a high energy density of the electron beam.

【0061】ここで、ピストン本体1のアルミ合金母材
が例えばAC8Aである場合は、再溶融部21の合金濃
度は前述の目標成分より低くなり、Cuが約20.0重
量%,SiCが約10体積%になる。これらが、最終的
に得たい合金成分の代表値である。
Here, when the aluminum alloy base material of the piston body 1 is, for example, AC8A, the alloy concentration of the remelted portion 21 becomes lower than the above target component, and Cu is about 20.0 wt% and SiC is about. It will be 10% by volume. These are typical values of the alloy components to be finally obtained.

【0062】即ち、再溶融部21のアルミニウム合金
は、10.0重量%≦Cu≦23.0重量%、Sic粒子
は5体積%以上、25体積%以下になる。
That is, the aluminum alloy in the remelting portion 21 is 10.0% by weight ≦ Cu ≦ 23.0% by weight, and the Sic particles are 5% by volume or more and 25% by volume or less.

【0063】このように、再溶融部21の合金濃度とす
ることにより、該再溶融部21内にブローホールの発生
を防止できると共に、合金濃度の低下が防止される。
By setting the alloy concentration in the remelting portion 21 in this way, it is possible to prevent the formation of blowholes in the remelting portion 21 and prevent the alloy concentration from decreasing.

【0064】つまり、本実施例のように再溶融部21の
合金濃度を設定しておけば、粉末粒子間に空気の残留を
防止できると共に、合金濃度の低下が防止されて、アル
ミ合金粉末を使った材料の様に耐摩耗性,耐凝着性等の
向上を図ることができる。
That is, if the alloy concentration of the remelting portion 21 is set as in the present embodiment, it is possible to prevent air from remaining between the powder particles and prevent the alloy concentration from decreasing, so that the aluminum alloy powder is Like the materials used, it is possible to improve wear resistance and adhesion resistance.

【0065】なお、本発明は前記実施例の構成に限定さ
れるものではなく、例えばアルミニウム合金部材11の
巾を大きく設定して、外周部にトップリング溝と他の二
つのピストンリング溝を形成することも可能である。
The present invention is not limited to the construction of the above-mentioned embodiment. For example, the width of the aluminum alloy member 11 is set to be large, and the top ring groove and the other two piston ring grooves are formed in the outer peripheral portion. It is also possible to do so.

【0066】[0066]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、請求項1
および2記載の発明によれば、SiC粒子を含有したリ
ング溝形成用のアルミニウム合金部材をアルミニウム合
金製のピストン本体の凹部内に鋳造により形成する構成
としたため、従来のような高圧凝固法を用いることなく
単に重力鋳造によって成形できる。
As is apparent from the above description, claim 1
According to the invention described in 1 and 2, since the aluminum alloy member for forming the ring groove containing the SiC particles is formed by casting in the concave portion of the piston body made of aluminum alloy, the conventional high pressure solidification method is used. Without gravity, it can be formed by gravity casting.

【0067】しかも、前記従来例のニレジスト鋳鉄の鋳
ぐるみ方法のように、別個に製造された鋳ぐるみ材をピ
ストン本体に鋳ぐるんで設けるのではなく、アルミニウ
ム合金部材をピストン本体の鋳造時に該ピストン本体に
直接形成したため、製造作業能率の向上とコストの低廉
化が図れる。
Moreover, as in the case of the conventional Niresist cast iron turning method, the separately manufactured cast-in-stock material is not provided around the piston body, but an aluminum alloy member is used when the piston body is cast. Since it is formed directly on the main body, the manufacturing work efficiency can be improved and the cost can be reduced.

【0068】また、ピストン本体とアルミニウム合金部
材との境界面を、高エネルギー熱源によって再溶融して
冷却接合したため、該境界面部位の接合強度が極めて高
くなる。また、アルミニウム合金部材の特異な内部構造
によって軽量化が図れることは勿論のこと、SiC粒子
が均一に分散するため、耐摩性及び耐凝着性の向上が図
れる。
Further, since the boundary surface between the piston body and the aluminum alloy member is remelted by the high energy heat source and cooled and bonded, the bonding strength at the boundary surface portion becomes extremely high. In addition, the unique internal structure of the aluminum alloy member can reduce the weight, and since the SiC particles are uniformly dispersed, the wear resistance and the adhesion resistance can be improved.

【0069】さらに、請求項3記載の発明によれば、合
金濃度の低下が防止されて、耐摩耗性,耐凝着性等が一
層向上する。
Furthermore, according to the third aspect of the present invention, a decrease in alloy concentration is prevented, and wear resistance, adhesion resistance and the like are further improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本考案の実施例を示すピストンの要部断面図。FIG. 1 is a sectional view of an essential part of a piston showing an embodiment of the present invention.

【図2】本実施例のピストンの縦断面図。FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of a piston of this embodiment.

【図3】A〜Dは本実施例のピストンの成形行程を示す
説明図。
3A to 3D are explanatory views showing a forming process of the piston of the present embodiment.

【図4】ピストン冠部の凹部にアルミニウム合金部材を
形成した状態を示す縦断面図。
FIG. 4 is a vertical cross-sectional view showing a state in which an aluminum alloy member is formed in a concave portion of a piston crown portion.

【図5】Aは図4の要部拡大図、Bはピストン本体とア
ルミニウム合金部材との境界面の再溶融部を示す要部拡
大図、Cはアルミニウム合金部材にリング溝を切削加工
した状態を示す要部拡大図。
5A is an enlarged view of an essential part of FIG. 4, B is an enlarged view of an essential part showing a remelted portion of a boundary surface between a piston body and an aluminum alloy member, and C is a state in which a ring groove is cut on the aluminum alloy member. FIG.

【図6】Aは本発明の第2実施例を示し、リング溝形成
用のアルミニウム合金部材とピストン本体の再溶融部を
示す拡大断面図、Bはアルミニウム合金部材にリング溝
を切削加工した状態を示す拡大断面図。
FIG. 6A is an enlarged cross-sectional view showing a second embodiment of the present invention showing an aluminum alloy member for forming a ring groove and a remelted portion of a piston body, and B is a state in which a ring groove is cut on the aluminum alloy member. FIG.

【図7】Aは再溶融前におけるアルミニウム合金部材の
顕微鏡写真を図面化した組織図、Bは再溶融後における
境界面部の顕微鏡写真を図面化した組織図。
FIG. 7A is a structural diagram showing a micrograph of an aluminum alloy member before remelting, and B is a structural diagram showing a micrograph of a boundary surface portion after remelting.

【図8】本発明の第3実施例を示し、冠部のトップラン
ド上部にアルミニウム合金部材を形成した状態を示す縦
断面図。
FIG. 8 is a vertical cross-sectional view showing a third embodiment of the present invention and showing a state in which an aluminum alloy member is formed on the top land of the crown portion.

【図9】Aは本実施例の再溶融前における要部拡大図、
Bはアルミニウム合金部材全体とピストン本体の境界面
とを再溶融した状態を示す要部拡大図、Cは再溶融接合
後においてアルミニウム合金部材の外周にリング溝を切
削加工した状態を示す要部拡大図。
FIG. 9A is an enlarged view of a main part before remelting of the present embodiment,
B is an enlarged view of an essential part showing a state in which the entire aluminum alloy member and the boundary surface of the piston body are remelted, and C is an enlarged view of an essential part showing a state in which a ring groove is cut on the outer periphery of the aluminum alloy member after remelting and joining. Fig.

【図10】耐摩耗性のテスト装置を示す説明図。FIG. 10 is an explanatory diagram showing a wear resistance test device.

【図11】耐凝着性のテスト装置を示す説明図。FIG. 11 is an explanatory view showing an adhesion resistance test device.

【図12】本発明と従来例のせん断強度を比較して示す
棒グラフ。
FIG. 12 is a bar graph showing the shear strengths of the present invention and a conventional example in comparison.

【図13】摩耗試験の結果を示すグラフ。FIG. 13 is a graph showing the results of a wear test.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ピストン本体 2…冠部 3…リングランド部 4…トップリング溝 7…トップリング 11…アルミニウム合金部材 20…境界面 21…再溶融部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piston main body 2 ... Crown part 3 ... Ring land part 4 ... Top ring groove 7 ... Top ring 11 ... Aluminum alloy member 20 ... Boundary surface 21 ... Remelting part.

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B23K 15/00 505 B23K 15/00 505 26/00 310 26/00 310N F16J 1/01 F16J 1/01 9/00 9/00 A Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI Technical display location B23K 15/00 505 B23K 15/00 505 26/00 310 26/00 310N F16J 1/01 F16J 1/01 9 / 00 9/00 A

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 アルミニウム合金製からなるピストン本
体の外周に複数のピストンリング溝が形成されてなる内
燃機関のピストンにおいて、 前記ピストン本体のピストンリング溝の少なくともトッ
プリング溝に対応する位置に環状凹部を形成すると共
に、環状凹部内に、炭化珪素の粒子を含有したリング溝
形成用のアルミニウム合金部材を鋳造により形成し、か
つ前記アルミニウム合金部材と前記凹部との接合境界面
を、高エネルギー密度の熱源により再溶融接合すると共
に、前記アルミニウム合金部材の外周にリング溝を形成
したことを特徴とする内燃機関のピストン。
1. A piston of an internal combustion engine having a piston body made of an aluminum alloy and having a plurality of piston ring grooves formed on an outer periphery thereof, wherein an annular recess is provided at a position corresponding to at least the top ring groove of the piston ring groove of the piston body. Together with forming a ring groove forming aluminum alloy member containing particles of silicon carbide by casting in the annular recess, and the bonding interface between the aluminum alloy member and the recess, high energy density of A piston for an internal combustion engine, characterized in that the aluminum alloy member is remelted and joined by a heat source and a ring groove is formed on the outer periphery of the aluminum alloy member.
【請求項2】 アルミニウム合金製からなるピストン本
体の外周にピストンリング溝形成用のアルミニウム合金
部材を鋳造する内燃機関のピストンの製造方法であっ
て、 前記ピストン本体の成形時に、前記ピストンリング溝の
少なくともトップリング溝に対応する位置に環状の凹部
を形成し、続いて、前記凹部内に、炭化珪素の粒子を含
有したアルミニウム合金部材を鋳造して凝固させた後、
該アルミニウム合金部材と前記凹部との接合境界面を、
高エネルギー密度の熱源により再溶融して冷却接合した
ことを特徴とする内燃機関のピストンの製造方法。
2. A method of manufacturing a piston for an internal combustion engine, wherein an aluminum alloy member for forming a piston ring groove is cast on an outer circumference of a piston body made of an aluminum alloy, wherein the piston ring groove is formed when the piston body is molded. An annular recess is formed at a position corresponding to at least the top ring groove, and subsequently, in the recess, after casting and solidifying an aluminum alloy member containing particles of silicon carbide,
A joint boundary surface between the aluminum alloy member and the recess,
A method for manufacturing a piston for an internal combustion engine, characterized in that the piston is remelted by a heat source having a high energy density and then cooled and bonded.
【請求項3】 アルミニウム合金製からなるピストン本
体の外周に複数のピストンリング溝が形成されてなる内
燃機関のピストンにおいて、 前記ピストンリング溝の少なくともトップリング溝に対
応する位置に環状凹部を形成すると共に、該凹部内に、
炭化珪素の粒子を含有しかつピストン本体の母材よりも
高濃度の合金元素を含むリング溝形成用のアルミニウム
合金部材を鋳造により形成し、かつ該アルミニウム合金
部材と前記凹部との接合境界面を、高エネルギー密度の
熱源により再溶融し、さらに、この再溶融部のアルミニ
ウム合金を、 10.0重量%≦Cu≦23.0重量%、 及び不可避不純物を含むアルミニウム合金マトリックス
に、Al23粒子,SiC粒子,Si34粒子,ZrO
2粒子,SiO2粒子,TiO2粒子,WC粒子及び金属
Si粒子から選択される少なくとも一種の硬質粒子を、
前記アルミニウム合金マトリックスに対して5体積%以
上、25体積%以下分散させたことを特徴とする内燃機
関のピストン。
3. A piston of an internal combustion engine having a plurality of piston ring grooves formed on the outer circumference of a piston body made of an aluminum alloy, wherein an annular recess is formed at a position corresponding to at least the top ring groove of the piston ring groove. With the inside of the recess,
An aluminum alloy member for forming a ring groove, which contains particles of silicon carbide and contains a higher concentration of alloying element than the base material of the piston body, is formed by casting, and a joining boundary surface between the aluminum alloy member and the recess is formed. The aluminum alloy in the remelted portion is further melted by a heat source having a high energy density, and the aluminum alloy matrix containing 10.0 wt% ≤ Cu ≤ 23.0 wt% and inevitable impurities is Al 2 O 3 Particles, SiC particles, Si 3 N 4 particles, ZrO
At least one kind of hard particles selected from 2 particles, SiO 2 particles, TiO 2 particles, WC particles and metallic Si particles,
A piston for an internal combustion engine, characterized in that it is dispersed in an amount of 5% by volume or more and 25% by volume or less with respect to the aluminum alloy matrix.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016535195A (en) * 2013-07-31 2016-11-10 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 Insertable insert parts

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