JPS5910463A - 繊維強化金属複合材料製部品の製造方法 - Google Patents

繊維強化金属複合材料製部品の製造方法

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JPS5910463A
JPS5910463A JP11783982A JP11783982A JPS5910463A JP S5910463 A JPS5910463 A JP S5910463A JP 11783982 A JP11783982 A JP 11783982A JP 11783982 A JP11783982 A JP 11783982A JP S5910463 A JPS5910463 A JP S5910463A
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JP
Japan
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piston
metal
machined
metallic base
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Application number
JP11783982A
Other languages
English (en)
Inventor
Noriyuki Kurihara
栗原 仙幸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yamaha Motor Co Ltd
Original Assignee
Yamaha Motor Co Ltd
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/14Casting in, on, or around objects which form part of the product the objects being filamentary or particulate in form
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/0009Cylinders, pistons
    • B22D19/0027Cylinders, pistons pistons
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00Pistons 
    • 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
    • F05C2253/00Other material characteristics; Treatment of material
    • F05C2253/16Fibres

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ウィスカーなどの繊維材を液体金属中に混入
して固化した繊維強化金属複合材料を用いて、高い寸法
精度の部品を製造する方法に関するものである。
金属やセラミックスの極めて細い結晶で、転位などの欠
陥をほとんど含まず理想強度に近い強度を持つウィスカ
ー(ひげ結晶)が知られている。
このウィスカーはまた高温における強度の低下が少ない
ため、このウィスカーを金属母材中に混入して耐熱性に
優れた繊維強化複合利料を得ることが、従来より提案さ
れている。この複合材料により機械部品4「とを作る場
合、高い寸法精度を得るために機械加工を施す必要が生
じる。しかしながら金属母材よりも強いウィスカーがこ
の母材中に混在するため、種々の問題が発生ずる。例え
ば、ウィスカーがfiJf1表面に混在するために一様
な切削加工が困解で、高精度な加工寸法を得ることがで
きないばかりでなく、切削工具の摩耗が早まり工具の頻
繁な交換が必要になり、能率的がっ連続的に加工を行な
うことが困難になる。また、表面に露出するウィスカー
と金属母材との境界面から亀裂が発生し易く、特にねじ
加工を行なった場合にはねじ山の折損が起こり易く、完
成した部品の耐久性が低下する。
このようにウィスカーなどの繊維材と金属母材との複合
材料には、強度が高く高温での強度低下が少ないなど、
優れた特長があるにもがかわらず、機械加工を要する部
品にはその使用が困難であっプこ。
本発明6フ1このような事情に鑑みなされたものであり
、機械加工部分の加工性が良く精度の高い加工がril
’能で、しかも量産性、耐久性に優れた繊維強化金属複
合材料製部品を製造する方法を提(J(することを目的
とする。
本発明はこの目的を達成するため、繊維材を液体金属1
好イ」中に混在させ機械加」:部が最終仕−1−げ寸法
よりも後退するように前記母材を固化し、前記機械加工
部に肉盛材料を肉盛加工した後、この肉盛部分に機械加
工を施し、所定の加に精度を得るように構成した。以下
図示の実施例に基づき2、本発明の詳細な説明する。
第1〜3図Cd本発明により製造したピストンを示し、
第1図はその側面図、第2図はそのTI −IT線断面
図、@3図は第2図における■〜■n線端面図である。
また第4図1j ri’71しく本発明により製造した
コンロッドの一部を断面した側面図である。
なおこのコンロッドはピストンとクランク軸(図示せず
)を連結する部品である。
第1〜3図で符け10はピストン素材、第4図で30は
コンロッド素利である。これら素材10.30は繊維材
を液体金属母材中に混在さぜた状態でf+)利を凝固ざ
ぜることにより作る。この際ピストン10の外周面12
及びピストンピン(図示せず)の挿通孔14は最終壮士
寸法より白側へ後退するように形成される。またコンロ
ッド30の大端部32はコンロッド本体30Aとギャッ
プ30Bとをボルト(図示せず)で結合することにより
形成されるが、これら本体30Aとギャップ30Bとの
接合面34.36はそれぞれ白側へ後退するように形成
さね、さらにこの大端部32の内周面38.40も同様
に後退するように形成される。
コンロッド30の小端部42のピストンピン挿通孔44
も同様に白側へ後退するように形成される。
ピストン10における外周面12、挿通孔14、−Zた
コンロッド30における接合面34.36、内周面38
.40.及び挿通孔44は、それぞれ機械加工部となる
これら機械加工部にG」金属母相となじみのよい肉盛部
利が肉盛りされ肉盛部Aが形成される。この肉幅・部A
に切削加工などの機械加工を施こずことによって、所定
(7)加−]二精度を得る。例えば、ピストン10の場
合CA外周面12にピストンリング(図示せず)を装着
するだめのリング溝16を切削加工する。」5だピスト
ン10の外周面12、挿通孔14を所S、’+L fl
法に切削加工する。コンロッド30の場a―・1g:台
面34.36を互いに密着するように加下し、ギャップ
30I3を本体30Aに固定した状態で内周面38.4
0を切削加工する。
また小端部42σ)挿通孔44も同様に切削加工する。
なおこのコンロッド30の場合には、犬、小端部32.
42の内周面38.40、挿通孔44だけでなく、その
端面のスラスト受面にも金属を肉盛し、切削することに
より所定の寸法精度を得るようにしてもよい。
繊維イン1金属母材及び肉盛材料としては種々のものが
使用可能である。例えば繊維材としてId]?”e(鉄
)、W(タングステン)などの金属ウィスカーや、51
3N4、SiC(シリコンカーバイト)ツファイヤ、C
(炭素)、B(ボロン)、などの非金属ウィスカーなど
が適する。
金属はイAとしては鉄、鉄系合金、アルミニウム、アル
ミ系合金など種々の鉄系、非鉄系の金属が使用可能であ
るが、使用する繊維材と母材との適合性、濡れ性の良い
ものを採用すべきである。すなわち繊維材、ケイオとの
間に多少とも反応を生ずると、繊維への母材の濡れが良
くなり、結合も強固になる。一方反応が過度に進むと繊
維が細くなり、またこの反応による生成物が脆弱な化合
物であることが多いため、繊維強化の効果が減殺される
ことに留意すべきである。また両者の適合性を改善する
ために繊維材に表面処理を施すこともある。
例えば炭素繊維(CF)の表面にチタン(T1)、ボロ
ン(B)の薄層を化学蒸着することにより、溶融アルミ
ニウムとの適合性を良好にすることができる。この化学
蒸着を行なった時には、アルミニウムだけでなく、銅(
Cu)、鉛(P I) ) 、マグネシウム(Mg )
との複合材が可能になる。
アルミナ繊維を用いる場合は、表面に酸化シリコン(S
]0゜)の薄層を形成すると溶融マグネシウムか良く含
浸する。また純アルミに対する濡わ性i;i jpjい
か、小川のリチウム(f、i ) ’Q含むアルミ合金
C111達く含浸する。
シI)コンカーハイI−(SiC)amへσ)金属のに
ノ11れCト一般に良好で、溶融アルミを良好に含浸ざ
ぜることかできる。
繊糾利σ〕a有蹴はその種々及び母材の種類に、1:り
異4I゛るか、通常はイオに対して容積比で10〜90
%の範囲でflij人される。
繊維材に金属母材を含浸させる方法としては種々の方法
があ(ツ、短い繊維材を溶融金属1廿材中に均質に?J
+’、入し、この混合物を鋳型内で凝固させる方法、或
いC」型内に繊維材を予め配列し、この型に溶融金属は
利を流し込む方法が考えられている。
後者の方法としては、さらに常圧下で溶融[廿利を注入
する溶融浸透法、低圧にした型内に母イ1を注入する真
空鋳造法、母材を注入した後凝固する過程で加圧する溶
湯鍛造法1、さらにダイギヤスト法などが考えら2[て
いる。
素材10.3rlの機械加工部へ金属を肉盛する方法と
しては、溶射、メッキ、ハンダ盛り、或いIJ溶融金属
中に浸漬する方法などか適する。溶射G」超高温を発生
ずるプラズマト−チなどの中に耐熱利料粉末k /JJ
、人させ、溶融したままで素材]0.30の機械加工部
へ吹き付GTIるものである。肉盛に使用する41判は
、素材の母4Mに応じてなじみのよい金属やセラミック
スを選定ずべきである。例えば1ユ4オかアルミ、或い
4jアルミ合金の場合は、11本アルミツト株式会社よ
り提供されているアルミツト(商品名)が適し、高い拡
張力、耐蝕性を得ることができる。またこの肉盛・用材
利として、母材と同じ金属または同種のなじみの良い金
属を肉盛りまたはコーティングした後、ざらに別ノ金属
やセラミックスをその上に肉盛りするようにしてもよい
。例えば、マグネシウムの後にアルミ、アルミの後にセ
ラミックス、アルミの後Gこ摺動性に富む材料を肉盛り
するようにしてもよい。
以上のようにこの発明においては、繊組゛材、金属母材
、肉盛用の4A判は、互いになじみがよく、互いに強固
に結合する材Flを選定するのが好ましい。
本発明G:i以1−のように、繊維イオを溶融金属母材
中に混在さゼて凝固さぜ、その(幾械加工部が最終壮士
げ寸法よりも後退するように形成し、前記機械加工部に
肉盛材イ!′1を肉’AVt加工した後、この肉!忍加
工部分に機械加工を施す」:うにしたものである。
従って繊維材により金属1せイオを強化でき耐久性を向
」−できるーlj1高濡’I−’−cσ〕強度の低下を
少なくすることができる。このため、部品の重量軽減を
図ることが可能である。士だ機械加工は肉盛部に施すの
で、高い強度の繊維材を機械加工する必要がなくなり、
一様で高精度な機械加工が可能になる。さらに加工工具
の摩耗も減るので、生産性及量産性に優れる。さらにま
た繊維材に機械加工を加えないので、繊維材と母材との
境界面に亀裂が発生ずることがなく、ねじ加工などを行
った場合にもねじ山などの折損が発生ぜず、部品の耐久
性が向−(二する。
【図面の簡単な説明】
第1〜3図は本発明により作ったピストンを示し、第1
図はその側面図、第2図iJその■−打線断面図、第3
図は第2図にお(′3るIIT −11T線端而図、で
ある。TIEだ第4図は本発明により作ったコンロッド
の一部を断面した側面図である。 12.14.34.36.38.40.44・・・機械
加I:部、 A・・・肉盛部。 特許出願人  ヤマハ発動機株式会社 代理人 弁理士山田文雄 (10) 第2図 第4図 第1 図 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 繊維材を溶融金属母材中に混在させ機械加工部の肉盛部
    分に機械加工を施し、所定の加工精度を得ることを特徴
    とする繊維強化金属複合材料製部品の製造方法。
JP11783982A 1982-07-08 1982-07-08 繊維強化金属複合材料製部品の製造方法 Pending JPS5910463A (ja)

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JPS5910463A true JPS5910463A (ja) 1984-01-19

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ID=14721531

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JP11783982A Pending JPS5910463A (ja) 1982-07-08 1982-07-08 繊維強化金属複合材料製部品の製造方法

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1988003854A1 (en) * 1986-11-26 1988-06-02 Sundstrand Corporation Composite, method of forming a composite, and article of manufacture

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1988003854A1 (en) * 1986-11-26 1988-06-02 Sundstrand Corporation Composite, method of forming a composite, and article of manufacture
US4817853A (en) * 1986-11-26 1989-04-04 Sundstrand Corporation Composite, method of forming a composite, and article of manufacture

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