JPS62240154A - 耐冷熱サイクル特性に優れた鋳物部材およびその製造方法 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば内燃機関用ビス１〜ン、シリンダヘッ
ド燃焼室などに最適な耐冷熱Ｉノーイクル特性に優れた
鋳物部材およびその製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 鋳物の任意の部分（主に表向部）に、鋳物本体と異なる
特性を付与する特例み接合技術は一般に知られており、
各種部材の製造に応用されている。

例えば、アルミニウム、マグネシウム等の鋳物部材の局
部に耐熱性が要求される場合、鋳鋼、ステンレス等を特
例んだり、これらの部材に冷熱サイクルが加わる場合に
は特例み界面に凹凸を形成して強力に接合させることに
より耐冷熱サイクル特性を向上させることが行われてい
る。従来行われている特例み方法の一例の模式図を第１
１図及び第１２図に示す。この従来方法では被紡包み部
材７に凹凸８を設【Ｊて詩包み基材９に接合している。

［発明が解決しにうとづる問題貞］ 耐冷熱サイクル特性は、従来行われでいる特例み界面形
状を凹凸に覆るなど複ＩＩることにより改善されるが、
特例み部材を構成する各部の間には熱膨張係数の差が０
右４るため、被鋳包み部材と、特例み基材との接合力が
強い場合、いずれかの部材に歪が４１じ、一方接合力が
弱い場合には、界面剥離が発生する。

上記した従来の特例み方？人の場合には第１１図及び第
１２図において訪包み部材各部（ａ、、ｂ、Ｃ）の熱膨
張係数は、 ａ　＜　ｂ　＜　ｃ　　　又は　　ａ＞ｂ＞ｃとなり、
熱膨張、収縮を繰返１ことにより被鋳包み部材あるいは
特例み基Ｈの一方に歪が生じゃすくなる。

本発明は、上記問題点のない、耐冷熱會１イクル特性を
向上させた鋳物部材およびその製造方法を提供すること
を目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決づるための手段） 本発明の鋳物部材は、第１の金属材料と、該第１の金属
材料の一部表面に固定され該第１の金属材料とは異種で
、多数の開孔部をもつ板状の第２の金属材料とからなる
被鋳包み体と、 少なくとも該特例み体の該第２の金属材料側に注湯され
該第２の金属月利の該開孔部を介して該第１の金属材料
の表面に溶着した第３の金属材料からなる鋳造体とから
なり、 該第１の金属材料の熱膨張係数をβ１、該第２の金属月
利の熱膨張係数β２、および該第３の金属材料の熱膨張
係数をβ３としたとき、β１＞β２＜β３ の関係になるように構成したことを特徴とするものであ
る。

−５＝ またこの発明の鋳物部材製造方法は、第１の金属材料と
、該第１の金属材料とは異種で、開孔部をもつ第２の金
属材料とを溶接等により該第２の金属材料が接合層をな
すように接合一体化した被鋳包み体を形成する第一の工
程と、 該被鋳包み体を、所定の姿勢で鋳型内へ配置する第二の
工程と、 該鋳型内へ特例み基材である第３の金属材料の溶湯を注
湯し、該開孔部内に該第３の金属月利を充填させ、該被
鋳包み体と該特例み基材とを該接合層を介して一体に接
合する第三の工程とからなり、かつ該第１の金属材料の
熱膨張係数β１、第２の金属材料の熱膨張係数をβ２、
および該第３の金属材料の熱膨張係数をβ３としたとき
、β　１　〉　β　２　・ぐ　β　３ の関係になるようにしたことを特徴とするものである。

（発明の構成の詳細な説明） ここで、第１の金属材料とは、ステンレス、鋳鉄、鋳鋼
、ニッケル合金、チタン合金、コバルト合金等種々の耐
熱合金から選択Ｊることかできる。

この第１の金属材料の形状は薄板状が好ましい。

第２の金属材料とは、上記した第１の金属材料の一部表
面に固定され、第１の金属材料とは異種で多数の開孔部
をもつ板状の、例えばパンチングメタル状の回礼金属の
ことである。

パンチングメタル状の材質は、炭素鋼、ステンレス、純
ニッケル、純チタン等から選択づることができる。パン
チングメタルに替えて金属繊維、多孔質金属体等を用い
てもよい。

被鋳包み体とは、第２の金属材料を第１の金属材料の一
部表面に溶接等で固定したものである。

第３の金属材料とは、鋳包み基材のことで、アルミニウ
ム、マグネシウム、銅、亜鉛およびこれらを主成分とＪ
る合金であることが好ましい。この第３の金属材料は、
その溶湯が」二記した第２の金属月利側に江湖され、第
２の金属材料の開孔部内に充填されることにより、この
開孔部を介して上記した第１の金属材料の表面に溶着さ
れる。こうして第１、第２及び第３の金属材料が接合し
た鋳造体となる。

上記した耐冷熱サイクル特性に優れ歪等を生じない鋳物
材料であるためには上記ｔｉ造体を構成する第１、第２
、および第３の各金属の熱膨張係数β１、β２、および
β３が β１＞β２＜β３ の関係になることが条件である。即ち、第１と第３の金
属材料の接合層を構成する第２の金属材料の熱膨張係数
が最も小さい値であることが必要であり、本発明の鋳物
材料はこの点に注目し、−Ｆ記関係を満足するように材
料を組合せたものである。

第１図はこの発明に係る鋳物部材の一例を示すものであ
る。ステンレス等からなる第１の金属材料である被鋳包
み部材１は第２の金属部材であるパンチングメタル２と
スポラ１〜溶接等により接合一体化される。パンチング
メタル２の多数の開孔部３には、鋳造のプロセスにおい
て第３の金属材料である鋳包み基材４の溶湯が溶浸し、
開孔内に充填され、接合を強固にする。鋳包み基材４は
バー　　８　　＝ ンチングメタル２の開孔を介して被鋳包み部材１の表面
に溶着される。

こうして構成された鋳込体各部の熱膨張係数、加熱状態
と発生応力の関係を第２図に示す。第２図において、β
１は被鋳包み部材１の熱膨張係数、β２はパンチングメ
タル２の熱膨張係数、β３は鋳包み基材４の熱膨張係数
である。図中矢印は発生応力の方向を示で。なお冷却時
は適応力となる。

接合層であるパンチングメタル２の部分の熱膨張係数を
最も小さい値になるように選択したため、この部分で歪
が緩和され、部材全体としての歪の発生が防止される。

第３図はパンチングメタル２の平面図でパンチ穴３（開
孔部）が多数穿設されている。このパンチングメタルは
、例えば、ＪＩＳ　　８０Ｍ４３２、孔径φ３ａｌＩ１
１１開孔率５０％のものを使用する。第４図は第３図の
断面図である。パンチングメタル２の開孔部３の形状は
、第５図に示すように各種の形状にすることができる。

又、パンチングメタルの開孔率は任意に変化させること
ができるため、接合層の熱膨張係数の調整が可能である
。

以」二のようなこの発明の鋳物部材を製造づるだめの具
体的方法は種々考えられるが、そのうち最も望ましい製
造方法、即ち、本願の第２番目の発明に係る製造方法を
以下に説明する。

本発明の鋳包み部材の製造方法は、被鋳包み部材の鋳包
み面部に、熱膨張係数の異なる材質からなるパンチング
メタル等の有孔材を接合一体化し、この部分を接合層と
して鋳包む。これｌＪより鋳包み基材を有孔材の開孔内
に溶浸充填させ接合をより強力化する。さらに鋳包み部
材を構成する各部をその熱膨張係数が所定関係になるよ
う予め選択しであるため、熱膨張、収縮の繰返しによっ
ても鋳包み部ｌに歪は発生しなくなり耐冷熱１ノ−イク
ル特性を確実に向上させることが出来る。

（発明の構成の詳細な説明） 本発明による鋳物材料の製造方法は以下に説明する第一
の工程、第二の工程および第三の工程よりなる。

（第一の工程） 第−の工程では第１の金属材料と、これとは異種で開孔
部をもつ第２の金属材料とを溶接等により第２金属材料
が接合層をなすように接合一体化し、被鋳包み体を形成
する。第１金属材料としては、ステンレス、鋳鉄、鋳鋼
、ニッケル合金、チタン合金、コバル１−合金等から選
択することが出来る。第１の金属材料の形状は薄板状が
好ましい。

第１の金属材料に接合する有孔の第２金属材料とは例え
ばパンチングメタル状の開孔金属のことである。パンチ
ングメタルの材質は、炭素鋼、ステンレス、純ニッケル
、純チタン等から選択することが出来る。

パンチングメタルの代わりに、金属ａｕｉ、多孔質金属
体等を用いて、溶接、ろう付は等で接合して、接合層を
形成してもよい。ただし熱膨張係数が 被鋳包み部材（第１金属材料）〉接合層（第２金属材料
）く鋳包み基材（第３金属材料）の関係にあることが必
要である。パンチングメタルを用いる場合、被鋳包み部
材への溶接は例えばスポット溶接で行う。

（第二の工程） 上記した第一の工程で、接合一体化された被鋳包み体を
、少なくともパンチングメタル部側、即ち、接合層に鋳
包み基材の溶湯が注湯されるような姿勢で鋳型内の所定
場所へ配置する工程である。

（第三の工程） 鋳型内へ配置された被鋳包み体の接合層へ向けて鋳包み
基材である第３の金属材料の溶渇を江湖し、鋳造体をつ
くる。

鋳包み基材としては、アルミニウム、マグネシウム、銅
、亜鉛およびこれらを主成分とづる合金であることが好
ましい。パンチングメタルの開孔内に、鋳包み基材を充
填させる。

こうして製造された鋳包み部材は、上記した接合層を最
も熱膨張率の小さい材質で構成Ｊることによって、良好
な耐冷熱サイクル特性が得られる。

［発明の効果］ 本発明の製造方法によれば、後述づる実施例の試験値で
示すように耐冷熱サイクル特性に優れた鋳物部材を製造
することが出来る。また従来使用されている圧力鋳造を
利用することもできるため安価であり、生産性も高く、
又、パンチングメタルの開孔率を任意に変化させること
が出来るため接合層の熱膨張係数を調整することもでき
る。

［実施例］ 本発明の第１の実施例を説明づる。

（第１の工程） 直径φ６０１１１ＩＩ１１板厚２Ｉｌ１ｍ１ステンレス
板（Ｊ■Ｓ　　５ｔＪＳ３０４）１を第１の金属材料と
して用いた。第３図及び第４図に示づ直径φ６０ＩｎＩ
ｌ１１板厚２Ｉｌｌ＋Ｉｌのクローム・モリブデン鋼パ
ンチングメタル（ＪＩｓ　　８０Ｍ４３２、孔径φ３ｍ
ｍ、間孔率５０％）２を、開孔部をもつ第２の金属材料
として用いて、これらステンレス板１とパンチングメタ
ル２を第６図に示すようにスポット溶接した。

本実施例ではスポツ］−径３ＩＩＩＩｌｌで８０点溶接
した。

５．５″は溶接機の電極である。なおパンチングメタル
２のパンチ孔形状は例えば第５図に示すようにすること
ができる。

（第二の工程） 次いで、接合一体化された被鋳包み体６を第７図に示す
ようにパンチングメタル２を上に向けて鋳型内へ配置し
た。

（第三の工程） 温湿７３０度Ｃの鋳包み基材であるアルミニウム合金４
の（Ｊｔｓ　　ＡＣ８Ａ）溶湯を注湯した後アッパパン
チ７を駆動して加圧しロアパンチ８との共働により被鋳
包み体６に５００ｋ（ｌｆ／Ｃｍ２の圧力を加えて＾圧
鋳造を行った。

こうして製造した鋳物は第８図に示すようにステンレス
板１がクローム・モリブデン鋼パンチングメタル２／ア
ルミニウム合金４層を介してアルミニウム合金４に鋳包
まれた状態となった。この鋳物下部より第９図及び第１
０図に示すような冷熱サイクル試験片を取り出した。試
験片に形成される各層ごとの熱膨張係数を第１表に示し
た。第１表に示すように熱膨張係数は接合層となるパン
チングメタル２　（８０Ｍ４３２）／アルミニウム合金
４　（ＡＣ８Ａ＞の部分が最も小さな値となっている。

また同様な方法、条件で、パンチングメタル２の材質の
みを炭素鋼（ＪＩＳ　　５５８Ｇ）、ステンレス（ＪＩ
ｓ　　５ＵＳ４３（’））、純ニッケル、純チタンにし
て実施例２〜実施例５の試験片を製造した。これらの実
施例の試験片の接合層（パンチングメタル２／アルミニ
ウム合金４）の熱膨張率を第２表に示した。実施例１の
試験片の場合と同様、接合層部分の熱膨張係数がステン
レス板１、アルミニウム合金４（鋳包み基材）よりいず
れも小さな値であった。

（比較例） 実施例１の場合と同じ方法、条伯てパンチングメタル２
の材質のみステンレス３０４．（ＳｔＪＳ３０４）に替
えて同形状の試験片を製造した。試験片中の各層の熱膨
張係数を第３表に示した。

第３表から明らかなように、試験片中の熱膨張係数が最
も低いのは、試験片の表面を形成するステンレス３０４
板の部分であり、ステンレス３０４板部からアルミニウ
ム合金４（鋳包み基４４）部第１表 第２表 １；いずれもパンチングメタル間孔率は５０％第３表 まで徐々に熱膨張係数が大きくなる材料構成となってい
る。

（試験） 実施例１〜実施例５および比較例の試験片を用いて冷熱
サイクル試験を行った。試験は試験片の表面（ステンレ
ス３０４露出側）をアセチレンバーナーで５分加熱した
後に水冷するまでを１サイクルとしこれを繰返して行っ
た。試験条件の詳細を第４表に示す。

試験結果を第５表に示す。

第５表に示すように実施例１〜実施例５の試験片の場合
にも歪は生じなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る鋳物部材の模式図であり、第２図
は本発明の鋳物各部の熱膨張状態を示す説明図である。 第３図は本発明に係る鋳物部材に使用したパンチングメ
タルの平面図であり、第４図は同断面図である。第５図
は本発明に係る鋳物部材に使用したパンチングメタルの
開孔部の各種形状を示す斜視図である。第６図は本発明
に係る鋳第４表 第５表 ＊ただし　　○：歪みなし ・：５ＬＩＳ３０４板に歪みが生じる 動部材の！ｌｊ　造におけるパンチメダルとステンレス
板とのスポット溶接の実施例を示ず説明図であり、第７
図は本発明に係る鋳造体の製造の実施例の説明図である
。第８図は本発明に係る製造方法により製造された鋳物
部材の平面図、第９図及び第１０図は試験片の構成を示
すそれぞれ平面図と断面図である。第１１図及び第１２
図は従来の鋳込み法による鋳物部材の説明図である。 １・・・被鋳包み部材（第１の金属部材）２・・・パン
チングメタル（第２の金属部材）３・・・開孔部 ４・・・鋳包み基材（第３の金属部材）５．５″・・・
溶接電極 ６・・・被鋳包み体 β１・・・第１の金属材料の熱膨張係数β２・・・第２
の金属材料の熱膨張係数β３・・・第３の金属材料の熱
膨張係数特許出願人　　　トヨタ自動車株式会社代理人
　　　　弁理士　大川　宏 同　　　　　弁理士　丸山明夫 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 ］ 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 手続補正書（方式） 昭和６１年６月３０日 特許庁長官　宇　賀　道　部　殿 昭和６１年特軒願第０８４７７１号 ２、発明の名称 耐冷熱サイクル特性に優れた鋳物部材 およびそのｌｉｔ造方法 ３、補正をする者 重付との関係　　特許出願人 愛知県費田山トヨタ町１番地 （３２０）１ヘヨタ自動車株式会社 代表者　松　本　　清 ４、代理人 〒４５０愛知県名古屋市中村区名駅 ３丁目３番の４ ５、補正命令の日付 昭和６１年６月４日 （発送日　昭和６１年６月２４日） ６、補正の対象 図面の簡単な説明の欄 ７、補正の内容 （１）明細書の第１８頁にある［第４表、第５表（１；
ただし　Ｏ：歪みなし、・：５ＵＳ３０４板に歪みが生
じる）］を削除します。 手続補正書（自梵） 昭和６１年６月３０日 特許庁長官　宇　賀　通　部　殿 ２、発明の名称 耐冷熱１ｊイクル特性に優れた鋳物部材およびその製造
方法 ３、補正をＪる者 事件との関係　　特許出願人 愛知県豊田市トヨタ町１番地 （３２０）トヨタ自動車株式金柑 代表者　松　本　　清 ４、代理人 〒４５０愛知県名古屋市中村区名駅 ３丁目３番の４ ５、補正の対象 発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 （１）明細書の第１７頁の第１２行目と第１３行目の間
に別紙第４表および第５表 （＊ただし　Ｏ：歪みなし ・：５ＵＳ３０４板に歪みが生じる）を挿入します。 ７、添附書類の目録 （１）第４表および第５表 （＊ただし　○：歪みなし ・：５ＵＳ３Ｇ４板に歪みが生じる） 別紙 第４表 第５表 ＊ただし　　Ｏ：歪みなし

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の金属材料と、該第１の金属材料の一部表面
   に固定され該第１の金属材料とは異種で、多数の開孔部
   をもつ板状の第２の金属材料とからなる被鋳包み体と、 少なくとも該鋳包み体の該第２の金属材料側に注湯され
   該第２の金属材料の該開孔部を介して該第１の金属材料
   の表面に溶着した第３の金属材料からなる鋳造体とから
   なり、 該第１の金属材料の熱膨張係数をβ１、該第２の金属材
   料の熱膨張係数β２、および該第３の金属材料の熱膨張
   係数をβ３としたとき、 β１＞β２＜β３ の関係になるように構成したことを特徴とする鋳物部材
   。
2. （２）第１の金属材料と、該第１の金属材料とは異種で
   、開孔部をもつ第２の金属材料とを溶接等により該第２
   の金属材料が接合層をなすように接合一体化した被鋳包
   み体を形成する第一の工程と、該被鋳包み体を、所定の
   姿勢で鋳型内へ配置する第二の工程と、 該鋳型内へ鋳包み基材である第３の金属材料の溶湯を注
   湯し、該開孔部内に該第３の金属材料を充填させ、該被
   鋳包み体と該鋳包み基材とを該接合層を介して一体に接
   合する第三の工程とからなり、かつ該第１の金属材料の
   熱膨張係数β１、第２の金属材料の熱膨張係数をβ２、
   および該第３の金属材料の熱膨張係数をβ３としたとき
   、β１＞β２＜β３ の関係になるようにしたことを特徴とする耐冷熱サイク
   ル特性に優れた鋳物部材の製造方法。
3. （３）上記第１の金属材料が板形状である特許請求の範
   囲第２項記載の耐冷熱サイクル特性に優れた鋳物部材の
   製造方法。
4. （４）上記第２の金属材料がパンチングメタル状の開孔
   金属である特許請求の範囲第２項記載の耐冷熱サイクル
   特性に優れた鋳物部材の製造方法。
5. （５）上記第３の金属材料が、アルミニウム、マグネシ
   ウム、銅、亜鉛、およびこれらの一種類以上を主成分と
   する合金である特許請求の範囲第２項記載の耐冷熱サイ
   クル特性に優れた鋳物部材の製造方法。