JPS598660B2 - 頂部を強靭化した鋳鉄製ピストン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、頂部を強靭化して耐熱強度を高めた鋳鉄製ピ
ストンに関する。

ピストン頂部は燃焼室よりの熱負荷が大きく、そのため
この部分の耐熱強度を高める等によって熱疲労を減少さ
せる必要があ９、一方、機関の高速回転、高出力化を図
るためには出来るだけ軽量化することが必要であるが、
その為の方法として、次の３種の方法が従来から実施さ
れている。

（１） ピストン全体をアルミニウム合金で製造し、
潤滑油による内側からの冷却を工夫して良好にする方法
。

（２）熱負荷の高い大型ピストンにおいて、アルミニウ
ム合金で製造した本体に、鋳鋼、ダクタイル鋳鉄又はマ
リアブル鋳鉄等のクラウンを頂部に組付ける方法。

（３）耐熱強度の高いダクタイル鋳鉄で一体型のピスト
ンを製造する方法。

しかして、上記従来の方法において、（１）のものにお
いては、冷却効果を上げるための潤滑油通路等の構造が
非常に複雑となり、塩中子等を必要とするため鋳造コス
トが増大し、（２）のものにおいてもやはり組立式とな
るため高コストになることは避けられない欠点があり、
また、（３）の方法によると、ダクタイル鋳鉄は引巣の
発生し易い欠点があり、ピストンピンボス及び頂部の厚
肉部以外の部分を薄肉化して軽量化を図ると、肉厚のア
ンバランスのため鋳造性が悪く、また、熱伝導率、振動
減衰能も差程秀れたものとは言えない。

本発明の目的は、上記のような従来例による欠点を解消
し、頂部を強靭化して耐熱疲労強度を増大させ、又トッ
プリング溝周辺の耐摩耗性を増大させ、しかも前記以外
のその他の部分は切削性が良好で、薄肉軽量化を可能と
したピストンの構造を提供することにあり、このような
目的を達成するため、本発明においては、ピストン頂部
及びトップリング溝周辺を耐熱強度及び耐摩耗性の高い
微細球状黒鉛鋳鉄を有するパーライト系組織とし、その
他の残余部分をフエライトを伴ったバーミキュラー（虫
状）黒鉛組織としたものである。

このように特定部のみに球状黒鉛を形成する方法につい
て述べると、まず、普通鋳鉄又はそれよシややＣ，Ｓｉ
含有量の高い溶湯中に、Ｍｇ又はＭｇ合金を少量添加す
るか、或いはＭｇ又はＭｇ合金とＴｉ等の黒鉛球状化阻
害元素を適当な割合で添加して、鋳造用の溶湯を得る。

その際、Ｍｇの重量％は０．０１５〜０．０２５％が最
良であシ、多すぎると不必要な部分まで球状化し、少な
すぎると虫状化しないので注意を要する。

次いで、第１図及び第２図の如く鋳型１中に所定の中子
２を設置するとともに、頂部Ａに当る部分に鋳込後の冷
却速度を速めるための冷し材３を設置し、湯口４より前
記の溶湯５を流し込んで鋳造する。

空洞の発生を防止するため押し湯口６を設けておく。

７は幅木であり、第２図において、１ａが上型、１ｂが
下型である。

前記頂部Ａに設置した冷し材３によシこの頂部Ａ部分が
急冷され、これによって溶湯５中の黒鉛が球状化し、冷
却の緩やかな他の部分が虫状化したバーミキュラー黒鉛
組織となる。

この冷却速度を適当に定めることによって頂部Ａにはバ
ーライトを、その他の部分にフエライトを生じさせるこ
とができる。

なお、その際、遊離セメンタイトが晶出しないよう注意
する。

冷し材としては、ジルコンサイド、スチールショット入
り砂、冷し金等が挙げられる。

第３図〜第５図は上記のようにして得られた各部の組織
を示す１００倍の顕微鏡写真であって、第３図はピスト
ン項部Ａ、第４図はピストン頂部ノ肉厚中心部Ｂ、第５
図はピストンピンボス部Ｃの組織を示している。

図において、図の黒い部分が黒鉛、白い部分がフエライ
ト、灰色部分がパーライト部分を示しておシ、第３図の
写真で示すように、ピストン頂部Ａにおいては、パーラ
イト組織の中に黒鉛が球状化して析出していることが解
る。

また、第４図のピストン頂部肉厚中心部Ｂにおいては、
黒鉛は一部球状化し、一部虫状となっている。

更に、第５図のピストンピンボス部Ｃにおいては、黒鉛
はそのほとんどが虫状化してフエライトを伴ったバーミ
キュラー黒鉛組織となっていることが解る。

球状黒鉛鋳鉄の耐熱強度・耐摩耗性は極めて高いもので
あり、これによって、頂部Ａはこの球状鋳鉄を伴ったパ
ーライト組織とすることによって、耐熱疲労強度が高く
トップリング溝周辺は耐摩耗性が向上する。

また一方、それ以外の高い耐熱強度・耐摩耗性をそれ程
必要としない部分は、フエライトを伴った普通鋳鉄に近
いバーミキュラー黒鉛組織としているから、被剛性、鋳
造性が良く、しかも強度的に３５〜４５ｋ９／ｔｒｉｍ
２の抗張力を有し、薄肉軽量化が可能であり、ダクタイ
ル鋳鉄を一体化したものに比べて遥かに有利である。

また、その熱伝導率及び相対減衰能は、ダクタイル鋳鉄
よシも良好で、冷却効果及び振動騒音低減上も有利であ
る。

次に、第１図及び第２図の方法によって鋳造した場合の
実施例を示す。

化学成分は重量％で、Ｃ３．４５、Ｓｉ２．４８、Ｍｇ
Ｏ．０２８、Ｔｉ０．２５、残部をＦｅとし、ピストン
素材頂部肉厚１３ｍｍ、冷し材として、表面に黒鉛系塗
型を行なった厚さ８龍の鋳鉄製冷し金を使用し、鋳型は
、主型にＣＯ２砂とし中子フラン砂を使用して、鋳込溶
湯温度１４１０℃で行なった。

このようにして得られた各部の機械的性質を確認するた
め、ピストン各部の引張強度及び硬度を測定したところ
、別表の通りであり、ピストンピンボス部に比較してピ
ストン頂部の機械的強度が犬となっていることが確認さ
れた。

また、製品には内部欠陥などなく、ダクタイル鋳鉄の場
合では歩留４０％であったのが５５％に改善され、鋳造
性の良いことが実証された。

更に、被削性を確認するため、ドリル径１０間、ドリル
材質ＳＫＨ９とし、各試験毎に新品を使用し、穴明深さ
４０ｍｍとして各部２０個の穴明を行なって、その増加
電流値を計測したところＦＣ３０材に対する球状黒鉛組
織部分（頂部Ａ）の増加電流値の比が約５０％に対し、
バーミキュラー黒鉛組織の場合は約２０％であり、バー
ミキュラー黒鉛組織部即ち頂部以外の部分の被削性が良
好であることが実証された。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明ピストンの鋳造法を示す縦断正面図、
第２図は、同じく鋳物砂部分のみを切断して示す平面図
、第３図はピストン頂部の組織を示す顕微鏡写真、第４
図は同じくピストン頂部肉厚中心部の顕微鏡写真、第５
図は同じくピンボス部の顕微鏡写真である。 Ａ・・・ピストン頂部、Ｂ・・・ピストン頂部肉厚中心
部、Ｃ・・・ピストンボス部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ピストン頂部及びトップリング溝周辺を微細球状黒
   鉛を有する緻密なパーライト系組織とし、その他の部分
   をフエライトを伴ったバーミキュラー黒鉛組織として、
   頂部を強靭化した鋳鉄製ピストン。