JPWO2018042494A1 - 高強度アルミニウム合金、その合金からなる内燃機関用ピストン、および内燃機関用ピストンの製造方法 - Google Patents
高強度アルミニウム合金、その合金からなる内燃機関用ピストン、および内燃機関用ピストンの製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2018042494A1 JPWO2018042494A1 JP2018536536A JP2018536536A JPWO2018042494A1 JP WO2018042494 A1 JPWO2018042494 A1 JP WO2018042494A1 JP 2018536536 A JP2018536536 A JP 2018536536A JP 2018536536 A JP2018536536 A JP 2018536536A JP WO2018042494 A1 JPWO2018042494 A1 JP WO2018042494A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piston
- internal combustion
- combustion engine
- aluminum alloy
- content
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 29
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title abstract description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title abstract description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 8
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 7
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 abstract description 13
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 23
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 21
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 20
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 15
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 14
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 13
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 11
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 11
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 6
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 6
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 5
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910017818 Cu—Mg Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910002482 Cu–Ni Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910019064 Mg-Si Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910019406 Mg—Si Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018487 Ni—Cr Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018619 Si-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910008289 Si—Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018182 Al—Cu Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018580 Al—Zr Inorganic materials 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910006639 Si—Mn Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000004512 die casting Methods 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- F02F3/00—Pistons
- F02F3/0084—Pistons the pistons being constructed from specific materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
- C22F1/043—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with silicon as the next major constituent
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
【課題】
高温強度および熱伝導性に優れたアルミニウム合金およびその合金からなる内燃機関用ピストンを提供する。
【解決手段】
本発明によれば、Ｓｉ：１１．０〜１３．０％、Ｆｅ：≦０．３％、Ｍｇ：０．３〜２．０％、Ｃｕ：２．０〜５．０％、Ｎｉ：３．０〜４．０％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｃｒ：０．０５〜０．４％、Ｖ：０．０５〜０．４％、を含み、残部がアルミニウムと不可避不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金が提供される。
【選択図】なし
高温強度および熱伝導性に優れたアルミニウム合金およびその合金からなる内燃機関用ピストンを提供する。
【解決手段】
本発明によれば、Ｓｉ：１１．０〜１３．０％、Ｆｅ：≦０．３％、Ｍｇ：０．３〜２．０％、Ｃｕ：２．０〜５．０％、Ｎｉ：３．０〜４．０％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｃｒ：０．０５〜０．４％、Ｖ：０．０５〜０．４％、を含み、残部がアルミニウムと不可避不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金が提供される。
【選択図】なし
Description
本発明は、高強度アルミニウム合金、その合金からなる内燃機関用ピストン、および内燃機関用ピストンの製造方法に関する。
自動車のエンジン等の内燃機関のピストンは、繰り返し高温に晒されながら使用されている。そのため、高温での強度や疲労強度が求められる。そこでピストン用合金には、高温での機械的強度を得るためにＡｌ母相中に高温でも軟化しにくい晶出物を形成させるために、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｎ等の元素を添加し、高温での軟化を抑制し、更にＡｌ母相組織を微細化することにより、疲労強度を向上させている（特許文献１）。また、Ａｌ‐Ｃｕ‐Ｍｇ系化合物を析出させることにより、ピストンの熱伝導性を向上させ、高温に晒されても、ピストン自体が高温にならないようにすることも行われている（特許文献２）。
近年、自動車用エンジンの高出力化が、よりいっそう要求されるようになり、エンジンの燃焼温度も高くなる傾向にある。そのため、ピストンの使用環境も過酷になってきている。そこで、本発明では、高温での繰り返しの使用に耐える内燃機関用ピストン用アルミニウム合金、具体的には耐熱性および熱伝導性に優れたアルミニウム合金を提供することを目的とする。
本発明によれば、Ｓｉ：１１．０〜１３．０％、Ｆｅ：≦０．３％、Ｍｇ：０．３〜２．０％、Ｃｕ：２．０〜５．０％、Ｎｉ：３．０〜４．０％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｃｒ：０．０５〜０．４％、Ｖ：０．０５〜０．４％、を含み、残部がアルミニウムと不可避不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金が提供される。
本発明の一態様によれば、Ｔｉ：０．０５〜０．４％、Ｚｒ：０．０５〜０．４％、Ｐ：０．０００５〜０．０１５％、を更に含有することを特徴とする上記のアルミニウム合金が提供される。
本発明の一態様によれば、上記の組成を有することを特徴とする内燃機関用ピストン用アルミニウム合金が提供される。
本発明の一態様によれば、上記組成を有するアルミニウム合金からなり、熱伝導度が１３５Ｗ／（ｋ・ｍ）以上であることを特徴とするアルミニウム合金製内燃機関用ピストンが提供される。
また、本発明によれば、上記の組成を有するアルミニウム合金を鋳造し、時効処理を施すことを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法が提供される。
また、本発明によれば、アルミニウム合金の熱伝導度が１３５Ｗ／（ｋ・ｍ）以上であることを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法が提供される。
本発明によれば、高温強度および熱伝導性に優れたアルミニウム合金およびその合金からなる内燃機関用ピストンを提供することができる。
以下、本発明の実施形態を説明するが、本発明がこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。なお、下記の説明において「Ａ〜Ｂ」は「Ａ以上かつＢ以下」を意味する。
本実施形態に係るアルミニウム合金は、Ｓｉ：１１．０〜１３．０％、Ｆｅ：≦０．３％、Ｍｇ：０．３〜２．０％、Ｃｕ：２．０〜５．０％、Ｎｉ：３．０〜４．０％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｃｒ：０．０５〜０．４％、Ｖ：０．０５〜０．４％、を含み、残部がアルミニウムと不可避不純物からなることを特徴とする。このアルミニウム合金は、高温強度および熱伝導性に優れる。
＜Ｓｉ（シリコン）＞
Ｓｉは共晶Ｓｉや、他の添加元素と化合物（Ｍｇ‐Ｓｉ系、Ａｌ‐Ｓｉ‐（Ｍｎ、Ｃｒ）Ｆｅ系等）を形成し、特に高温での機械的強度ならびに疲労強度性を向上させる。Ｓｉの含有量が１１．０％以上でこの作用は顕著となる。Ｓｉの含有量が１３％以下であることで、破壊の起点となる初晶Ｓｉが粗大化することが抑制され、常温での機械的強度の低下を抑制することができる。
Ｓｉは共晶Ｓｉや、他の添加元素と化合物（Ｍｇ‐Ｓｉ系、Ａｌ‐Ｓｉ‐（Ｍｎ、Ｃｒ）Ｆｅ系等）を形成し、特に高温での機械的強度ならびに疲労強度性を向上させる。Ｓｉの含有量が１１．０％以上でこの作用は顕著となる。Ｓｉの含有量が１３％以下であることで、破壊の起点となる初晶Ｓｉが粗大化することが抑制され、常温での機械的強度の低下を抑制することができる。
＜Ｆｅ（鉄）＞
Ｆｅは、原料となるスクラップ等から混入する不可避的不純物であるが、他の添加元素と化合物（Ａｌ−Ｓｉ−（Ｍｎ、Ｃｒ）Ｆｅ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｎｉ−Ｃｒ系、等）を形成し、常温及び高温（特に高温）での強度を向上させる。また金型への焼き付き防止の作用も有する。
Ｆｅの含有量が０．３％以下であることで、破壊の起点となる化合物が粗大化することが抑制され、常温で機械的特性が低下して疲労強度が低下することを抑制できる。また、Ｆｅの含有量が多いと熱伝導性が低下するため、この点からもＦｅ含有量は０．３％以下に規制することが好ましい。より好ましくは０．２％以下に規制することが好ましい。
Ｆｅは、原料となるスクラップ等から混入する不可避的不純物であるが、他の添加元素と化合物（Ａｌ−Ｓｉ−（Ｍｎ、Ｃｒ）Ｆｅ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｎｉ−Ｃｒ系、等）を形成し、常温及び高温（特に高温）での強度を向上させる。また金型への焼き付き防止の作用も有する。
Ｆｅの含有量が０．３％以下であることで、破壊の起点となる化合物が粗大化することが抑制され、常温で機械的特性が低下して疲労強度が低下することを抑制できる。また、Ｆｅの含有量が多いと熱伝導性が低下するため、この点からもＦｅ含有量は０．３％以下に規制することが好ましい。より好ましくは０．２％以下に規制することが好ましい。
本実施形態に係るアルミニウム合金では、熱伝導性を向上させるために従来耐熱強度を向上させる目的で添加されていたＦｅを、熱伝導性減の要因の一つであるということで、その量を規制している。本実施形態に係るアルミニウム合金では、耐熱性を向上させるために、Ｃｕ，Ｎｉ、Ｍｎの添加量を増やし、耐熱性に寄与する化合物の形成量を多くすると共に、Ｔｉ，Ｖ，ＺｒをＡｌ相中に固溶させることにより、耐熱性の向上を図っている。
＜Ｍｇ（マグネシウム）＞
Ｍｇは、他の添加元素と化合物（Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系 Ｍｇ−Ｓｉ系等）を形成し、常温および高温（特に高温）での強度を向上させる。この効果は、Ｍｇの含有量が０．３％以上の添加で顕著となる。Ｍｇの含有量が２．０％以下であることで、熱伝導度の低下を抑制できる。
Ｍｇは、他の添加元素と化合物（Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系 Ｍｇ−Ｓｉ系等）を形成し、常温および高温（特に高温）での強度を向上させる。この効果は、Ｍｇの含有量が０．３％以上の添加で顕著となる。Ｍｇの含有量が２．０％以下であることで、熱伝導度の低下を抑制できる。
＜Ｃｕ（銅）＞
Ｃｕは、他の添加元素と化合物（Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ系等）を形成し、常温及び高温（特に高温）での強度を向上させる。この効果は、Ｃｕの含有量が２．０％以上で顕著となり、Ｃｕの含有量が３．０％以上でこの効果がさらに顕著となる。Ｃｕの含有量が５．０％以下であると、破壊の起点となる化合物の粗大化が抑制され、機械的特性（引張強度、伸び）の低下を抑えることができる。そのため、疲労強度の低下や耐食性の低下を抑制できる。
なお、Ａｌ母相中へのＣｕの固溶量が多いと熱伝導性が低下するため、Ｃｕ含有量は４．０％以下であることがより好ましい。
Ｃｕは、他の添加元素と化合物（Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ系等）を形成し、常温及び高温（特に高温）での強度を向上させる。この効果は、Ｃｕの含有量が２．０％以上で顕著となり、Ｃｕの含有量が３．０％以上でこの効果がさらに顕著となる。Ｃｕの含有量が５．０％以下であると、破壊の起点となる化合物の粗大化が抑制され、機械的特性（引張強度、伸び）の低下を抑えることができる。そのため、疲労強度の低下や耐食性の低下を抑制できる。
なお、Ａｌ母相中へのＣｕの固溶量が多いと熱伝導性が低下するため、Ｃｕ含有量は４．０％以下であることがより好ましい。
＜Ｎｉ（ニッケル）＞
Ｎｉは、他の添加元素と化合物（Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｎｉ−Ｃｒ系等）を形成し、常温及び高温（特に高温）での強度を向上させる。この効果は、Ｎｉの含有量が３．０％以上の添加で顕著となる。Ｎｉの含有量が４．０％以下であれば、破壊の起点となる化合物の粗大化が抑制され、常温での機械的特性の低下や熱伝導度の低下を抑制できる。
Ｎｉは、他の添加元素と化合物（Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｎｉ−Ｃｒ系等）を形成し、常温及び高温（特に高温）での強度を向上させる。この効果は、Ｎｉの含有量が３．０％以上の添加で顕著となる。Ｎｉの含有量が４．０％以下であれば、破壊の起点となる化合物の粗大化が抑制され、常温での機械的特性の低下や熱伝導度の低下を抑制できる。
＜Ｍｎ（マンガン）＞
Ｍｎは、Ａｌ母相中に固溶することで、常温及び高温での機械的特性を向上させる。この効果は、Ｍｎの含有量が０．２％以上の添加で顕著となり、０．４％以上でより効果が顕著となる。さらに、針状化し粗大化しやすいＡｌ−Ｓｉ−Ｆｅ系化合物を、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｎ，−Ｆｅ系Ａｌ−Ｓｉ−（Ｍｎ，Ｃｒ）−Ｆｅ系化合物として、粒状化させる作用がある。針状の晶出物組織が粒状になると破壊の起点になりにくくなり、機械的特性が向上し、疲労強度も向上する。Ｍｎの含有量が１．０％以下であることで、破壊の起点となる化合物の粗大化を抑制でき、機械的特性が低下して疲労強度が低下することを抑制できる。なお、Ａｌ母相中へのＭｎの含有量が多いと熱伝導性が低下しやすいため、Ｍｎの含有量は０．５％以下であることがより好ましい。
Ｍｎは、Ａｌ母相中に固溶することで、常温及び高温での機械的特性を向上させる。この効果は、Ｍｎの含有量が０．２％以上の添加で顕著となり、０．４％以上でより効果が顕著となる。さらに、針状化し粗大化しやすいＡｌ−Ｓｉ−Ｆｅ系化合物を、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｎ，−Ｆｅ系Ａｌ−Ｓｉ−（Ｍｎ，Ｃｒ）−Ｆｅ系化合物として、粒状化させる作用がある。針状の晶出物組織が粒状になると破壊の起点になりにくくなり、機械的特性が向上し、疲労強度も向上する。Ｍｎの含有量が１．０％以下であることで、破壊の起点となる化合物の粗大化を抑制でき、機械的特性が低下して疲労強度が低下することを抑制できる。なお、Ａｌ母相中へのＭｎの含有量が多いと熱伝導性が低下しやすいため、Ｍｎの含有量は０．５％以下であることがより好ましい。
＜Ｃｒ（クロム）＞
Ｃｒは、Ｍｎとともに、針状化しやすいＡｌ−Ｓｉ−Ｆｅ系化合物を、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｎ−Ｆｅ系Ａｌ−Ｓｉ−（Ｍｎ，Ｃｒ）−Ｆｅ系化合物として、粒状化させる作用がある。針状の晶出物組織が粒状になると破壊の起点になりにくくなり、機械的特性が向上する。疲労強度も向上する。Ａｌ−Ｓｉ−（Ｍｎ，Ｃｒ）−Ｆｅ系化合物として晶出し、常温及び高温での強度を向上させる作用を有するとともに、Ｍｎ，ＦｅのＡｌ母相中への固溶量を低減させ、熱伝導性を向上させる作用を有する。この効果は、Ｃｒの含有量が０．２％以上の添加で顕著となり、Ｃｒの含有量が０．４％以下であることで、破壊の起点となる化合物の粗大化が抑制され、常温での機械的特性の低下や熱伝導性の低下を抑制できる。
Ｃｒは、Ｍｎとともに、針状化しやすいＡｌ−Ｓｉ−Ｆｅ系化合物を、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｎ−Ｆｅ系Ａｌ−Ｓｉ−（Ｍｎ，Ｃｒ）−Ｆｅ系化合物として、粒状化させる作用がある。針状の晶出物組織が粒状になると破壊の起点になりにくくなり、機械的特性が向上する。疲労強度も向上する。Ａｌ−Ｓｉ−（Ｍｎ，Ｃｒ）−Ｆｅ系化合物として晶出し、常温及び高温での強度を向上させる作用を有するとともに、Ｍｎ，ＦｅのＡｌ母相中への固溶量を低減させ、熱伝導性を向上させる作用を有する。この効果は、Ｃｒの含有量が０．２％以上の添加で顕著となり、Ｃｒの含有量が０．４％以下であることで、破壊の起点となる化合物の粗大化が抑制され、常温での機械的特性の低下や熱伝導性の低下を抑制できる。
また、本発明の他の実施形態によれば、上記実施形態のアルミニウム合金において、Ｔｉ：０．０５〜０．４％、Ｖ：０．０５〜０．４％、Ｚｒ：０．０５〜０．４％、Ｐ：０．０００５〜０．０１５％、を更に含有してもよい。
＜Ｔｉ（チタン）＞
Ｔｉは、鋳造の際にＡｌ母相を微細化させ、伸びおよび疲労強度を向上させる作用を有するとともに、Ａｌ母相中に固溶し、高温強度を上げる作用も有する。この作用は、Ｔｉの含有量が０．０５％以上で顕著となる。Ｔｉの含有量が０．４％以下で、破壊の起点となるＴｉ系化合物の粗大化を抑制でき、機械的特性の低下を抑制できる。なお、Ａｌ母相中へのＴｉの固溶量が多いと熱伝導性が低下するので、Ｔｉ含有量は、０．１５％未満がより好ましい。
Ｔｉは、鋳造の際にＡｌ母相を微細化させ、伸びおよび疲労強度を向上させる作用を有するとともに、Ａｌ母相中に固溶し、高温強度を上げる作用も有する。この作用は、Ｔｉの含有量が０．０５％以上で顕著となる。Ｔｉの含有量が０．４％以下で、破壊の起点となるＴｉ系化合物の粗大化を抑制でき、機械的特性の低下を抑制できる。なお、Ａｌ母相中へのＴｉの固溶量が多いと熱伝導性が低下するので、Ｔｉ含有量は、０．１５％未満がより好ましい。
＜Ｖ（バナジウム）＞
Ｖは、Ａｌ母相中に固溶し、高温強度を上げる作用も有する。この作用は、Ｖの含有量が０．０５％以上で顕著となる。Ｖの含有量が０．４％以下であることで、Ａｌ母相中の固溶量が大きくなることが抑制され、熱伝導性の低下が抑制される。Ｖの含有量は０．１５％未満が粗大な化合物生成抑制による靱性低下の観点からより好ましい。
Ｖは、Ａｌ母相中に固溶し、高温強度を上げる作用も有する。この作用は、Ｖの含有量が０．０５％以上で顕著となる。Ｖの含有量が０．４％以下であることで、Ａｌ母相中の固溶量が大きくなることが抑制され、熱伝導性の低下が抑制される。Ｖの含有量は０．１５％未満が粗大な化合物生成抑制による靱性低下の観点からより好ましい。
＜Ｚｒ（ジルコニウム）＞
Ｚｒは、鋳造の際にＡｌ母相を微細化させる作用を有するとともに、Ａｌ母相中に固溶し、高温強度を上げる作用も有する。この作用は、Ｚｒの含有量が０．０５％以上で顕著となり、Ｚｒの含有量が０．４％以下であることで、鋳造の際に粗大なＡｌ−Ｚｒ系化合物が晶出し、破壊の起点となる鋳造欠陥となり、機械的特性が低下することを抑制できる。なお、Ａｌ母相中へのＺｒの固溶量が多いと熱伝導性が低下するため、Ｚｒの含有量は０．２％未満がより好ましい。
Ｚｒは、鋳造の際にＡｌ母相を微細化させる作用を有するとともに、Ａｌ母相中に固溶し、高温強度を上げる作用も有する。この作用は、Ｚｒの含有量が０．０５％以上で顕著となり、Ｚｒの含有量が０．４％以下であることで、鋳造の際に粗大なＡｌ−Ｚｒ系化合物が晶出し、破壊の起点となる鋳造欠陥となり、機械的特性が低下することを抑制できる。なお、Ａｌ母相中へのＺｒの固溶量が多いと熱伝導性が低下するため、Ｚｒの含有量は０．２％未満がより好ましい。
＜Ｐ（リン）＞
Ｐは初晶Ｓｉを微細化させる作用を有する。この作用は、Ｐの含有量が０．０００５％以上で顕著となる。Ｐは０．０１５％を超えて添加しても作用の向上が見られない。
Ｐは初晶Ｓｉを微細化させる作用を有する。この作用は、Ｐの含有量が０．０００５％以上で顕著となる。Ｐは０．０１５％を超えて添加しても作用の向上が見られない。
また、本発明の他の実施形態によれば、上記の実施形態に係るアルミニウム合金を鋳造し、時効処理を施すことを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法が提供される。
本発明の合金の鋳造方法は、特定の鋳造方法に限定されるものではないが、鋳造時の冷却速度が速いほど、Ａｌ母相および晶出物が微細になり、伸びおよび疲労強度が向上しやすい。
しかし、鋳造時の冷却速度が速すぎると添加元素の固溶量が多くなり、熱伝導性が低下する虞があるので、鋳造速度は５〜２７℃／ｓの範囲であることが好ましい。
鋳造時に、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒの一部はＡｌ母相中に固溶される。Ａｌ母相中に固溶したこれらの元素は、熱伝導性を阻害する作用を呈する。時効処理を施すことにより、それら元素が、析出物として析出することにより、熱伝導性が向上するとともに機械的特性も向上する。時効処理は固溶量を十分に減らすために過時効に行うのが好ましい。なお、鋳造後時効処理の前に溶体化処理を行うとより好ましい。
上記の実施形態で説明したアルミニウム合金は、高温強度および熱伝導性に優れた高強度アルミニウム鋳造合金に関するものであり、この合金は特に高温に晒される内燃機関用ピストンに適している。内燃機関用ピストンとは、具体的には、自動車エンジン用ディゼルピストンおよびガソリンピストン等（ピストンのヘッド部など）の部材を意味する。
以下に、本発明に係る実施例を示す。本発明の内容はこれらの実施例によって限定して解釈されるものではない。
［表１］に示す組成のアルミニウム合金を、重力金型鋳造（鋳造速度１０℃／Ｓ）により、φ１５０ｍｍ、高さ２００ｍｍの円筒形状に鋳込み、保持温度２２０℃×保持時間２４０ｍｉｎで、時効処理を行った。［表１］の組成の単位は重量％である。
得られた鋳物の常温および３５０℃での引張強度，３５０℃での疲労強度と熱伝導度を測定した。［表２］に各実験例の特性評価の結果を示す。
［表２］の結果によると、比較例１では、Ｆｅが多いため、引張強度、熱伝導度が低いことがわかる。また、比較例２では、Ｎｉが少ないため、３５０℃での引張強度，疲労強度低い。比較例３では、Ｎｉが多いため、引張強度が低い。
比較例４では、Ｃｒが少ないため、熱伝導度が低い。比較例５では、Ｍｇが少ないため、３５０℃での引張強度、疲労強度が低い。比較例６では、Ｍｇが多いため、熱伝導度が低い。比較例７では、Ｓｉが少ないため、３５０℃での引張強度、疲労強度が低い。
比較例８では、Ｓｉが多いため、引張強度が低い。比較例９では、Ｃｕが少ないため、３５０℃での引張強度、疲労強度が低い。比較例１０では、Ｃｕが多いため、引張強度熱伝導度が低い。比較例１１では、Ｍｎが少ないため、引張強度、疲労強度が低い。比較例１２では、Ｍｎが多いため、引張強度、疲労強度、熱伝導度が低い。比較例１３では、Ｃｒが多いため、熱伝導度が低い。
［表２］のように合否基準を定めているが、本発明に係る実施例１から３の合金では、この合否基準を満たしているが、比較例の合金ではこの基準を満たしていないことがわかる。
Claims (6)
- Ｓｉ：１１．０〜１３．０％
Ｆｅ：≦０．３％
Ｍｇ：０．３〜２．０％
Ｃｕ：２．０〜５．０％
Ｎｉ：３．０〜４．０％
Ｍｎ：０．２〜１．０％
Ｃｒ：０．０５〜０．４％
Ｖ：０．０５〜０．４％
を含み、残部がアルミニウムと不可避不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金。 - Ｔｉ：０．０５〜０．４％
Ｚｒ：０．０５〜０．４％
Ｐ：０．０００５〜０．０１５％
を更に含有することを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金。 - 請求項１又は２に記載の組成を有することを特徴とする内燃機関用ピストン用アルミニウム合金。
- 請求項１又は２に記載の組成を有するアルミニウム合金からなり、熱伝導度が１３５Ｗ／（ｋ・ｍ）以上であることを特徴とするアルミニウム合金製内燃機関用ピストン。
- 請求項１又は２に記載の組成を有するアルミニウム合金を鋳造し、時効処理を施すことを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。
- アルミニウム合金の熱伝導度が１３５Ｗ／（ｋ・ｍ）以上であることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関用ピストンの製造方法。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2016/075214 WO2018042494A1 (ja) | 2016-08-29 | 2016-08-29 | 高強度アルミニウム合金、その合金からなる内燃機関用ピストン、および内燃機関用ピストンの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2018042494A1 true JPWO2018042494A1 (ja) | 2019-03-14 |
| JP6743155B2 JP6743155B2 (ja) | 2020-08-19 |
Family
ID=61300267
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018536536A Active JP6743155B2 (ja) | 2016-08-29 | 2016-08-29 | 高強度アルミニウム合金、その合金からなる内燃機関用ピストン、および内燃機関用ピストンの製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11549461B2 (ja) |
| EP (1) | EP3505648B1 (ja) |
| JP (1) | JP6743155B2 (ja) |
| CN (1) | CN109642275B (ja) |
| WO (1) | WO2018042494A1 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111020303A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-04-17 | 亚太轻合金(南通)科技有限公司 | 4xxx系铝合金及其制备方法 |
| CN111394628B (zh) * | 2020-05-15 | 2021-06-04 | 浙大宁波理工学院 | 一种原位双相颗粒增强富Fe活塞铝基复合材料及其制备方法 |
| CN111455233B (zh) * | 2020-05-27 | 2021-11-26 | 东莞市青鸟金属材料有限公司 | 一种高导热铝合金材料及其制备方法 |
| KR20240038990A (ko) * | 2021-07-23 | 2024-03-26 | 테슬라, 인크. | 브레이징 가능한 주조용 알루미늄 합금 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004256873A (ja) * | 2003-02-26 | 2004-09-16 | Nippon Light Metal Co Ltd | 高温強度に優れた鋳物用アルミニウム合金 |
| JP2006241531A (ja) * | 2005-03-04 | 2006-09-14 | Ryoka Macs Corp | 連続鋳造アルミニウム合金鋳塊及びその製造方法 |
| WO2008016169A1 (fr) * | 2006-08-01 | 2008-02-07 | Showa Denko K.K. | Procédé de production de pièces forgées en alliage d'aluminium, pièces forgées en alliage d'aluminium et système de production |
| JP2014152375A (ja) * | 2013-02-13 | 2014-08-25 | Art Metal Mfg Co Ltd | 内燃機関用ピストン材料及びその製造方法 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5162065A (en) * | 1989-02-13 | 1992-11-10 | Aluminum Company Of America | Aluminum alloy suitable for pistons |
| US4975243A (en) * | 1989-02-13 | 1990-12-04 | Aluminum Company Of America | Aluminum alloy suitable for pistons |
| US5055255A (en) * | 1989-02-13 | 1991-10-08 | Aluminum Company Of America | Aluminum alloy suitable for pistons |
| JP3878069B2 (ja) * | 2002-06-27 | 2007-02-07 | 日本軽金属株式会社 | 高温強度に優れたアルミニウム合金およびその製造方法 |
| JP4075523B2 (ja) | 2002-08-20 | 2008-04-16 | 株式会社豊田中央研究所 | ピストン用アルミニウム鋳造合金，ピストン及びその製造方法 |
| JP5300118B2 (ja) * | 2007-07-06 | 2013-09-25 | 日産自動車株式会社 | アルミニウム合金鋳物の製造方法 |
| JP5449754B2 (ja) * | 2008-12-08 | 2014-03-19 | 宮本工業株式会社 | エンジンまたはコンプレッサーのピストンの鍛造方法 |
| JP5482899B2 (ja) * | 2010-07-16 | 2014-05-07 | 日本軽金属株式会社 | 高温強度と熱伝導率に優れたアルミニウム合金及びその製造方法 |
| US9834828B2 (en) * | 2014-04-30 | 2017-12-05 | GM Global Technology Operations LLC | Cast aluminum alloy components |
| DE102016213352A1 (de) * | 2016-07-21 | 2018-01-25 | Federal-Mogul Wiesbaden Gmbh | Bleifreies Aluminiumgleitlagermaterial mit Funktionsoberfläche |
-
2016
- 2016-08-29 US US16/327,279 patent/US11549461B2/en active Active
- 2016-08-29 EP EP16915055.4A patent/EP3505648B1/en active Active
- 2016-08-29 WO PCT/JP2016/075214 patent/WO2018042494A1/ja active Application Filing
- 2016-08-29 CN CN201680088797.2A patent/CN109642275B/zh active Active
- 2016-08-29 JP JP2018536536A patent/JP6743155B2/ja active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004256873A (ja) * | 2003-02-26 | 2004-09-16 | Nippon Light Metal Co Ltd | 高温強度に優れた鋳物用アルミニウム合金 |
| JP2006241531A (ja) * | 2005-03-04 | 2006-09-14 | Ryoka Macs Corp | 連続鋳造アルミニウム合金鋳塊及びその製造方法 |
| WO2008016169A1 (fr) * | 2006-08-01 | 2008-02-07 | Showa Denko K.K. | Procédé de production de pièces forgées en alliage d'aluminium, pièces forgées en alliage d'aluminium et système de production |
| JP2014152375A (ja) * | 2013-02-13 | 2014-08-25 | Art Metal Mfg Co Ltd | 内燃機関用ピストン材料及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20190186410A1 (en) | 2019-06-20 |
| EP3505648B1 (en) | 2021-03-24 |
| JP6743155B2 (ja) | 2020-08-19 |
| CN109642275A (zh) | 2019-04-16 |
| CN109642275B (zh) | 2023-10-20 |
| EP3505648A1 (en) | 2019-07-03 |
| US11549461B2 (en) | 2023-01-10 |
| EP3505648A4 (en) | 2020-03-04 |
| WO2018042494A1 (ja) | 2018-03-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102676887B (zh) | 加压铸造用铝合金及该铝合金的铸件 | |
| JP5469100B2 (ja) | 加圧鋳造用アルミニウム合金および同アルミニウム合金鋳物 | |
| JP5327515B2 (ja) | 鋳造用マグネシウム合金およびマグネシウム合金鋳物 | |
| JP2011208253A (ja) | 車両材料用アルミダイカスト合金 | |
| WO2012026354A1 (ja) | Ｃｏ基合金 | |
| JP6743155B2 (ja) | 高強度アルミニウム合金、その合金からなる内燃機関用ピストン、および内燃機関用ピストンの製造方法 | |
| JP5797360B1 (ja) | ダイカスト用アルミニウム合金およびこれを用いたアルミニウム合金ダイカスト | |
| JP2016079419A (ja) | アルミニウム合金連続鋳造材及びその製造方法 | |
| JP2019516013A (ja) | 特に鋳造法用のアルミニウム合金及びそのようなアルミニウム合金から部品を製造するための方法 | |
| JP6113371B2 (ja) | 高温強度および熱伝導率に優れたアルミニウム合金鋳物、その製造方法および内燃機関用アルミニウム合金製ピストン | |
| JP2014109045A (ja) | アルミニウム合金 | |
| JP2006322062A (ja) | 鋳造用アルミニウム合金および同アルミニウム合金鋳物 | |
| JP2006028548A (ja) | 塑性加工用マグネシウム合金およびマグネシウム合金部材 | |
| JP2008025003A (ja) | 鋳造用アルミニウム合金および同アルミニウム合金鋳物 | |
| JP6835211B2 (ja) | Ａｌ−Ｓｉ−Ｆｅ系アルミニウム合金鋳造材及びその製造方法 | |
| JP4575645B2 (ja) | 鋳造用耐熱マグネシウム合金および耐熱マグネシウム合金鋳物 | |
| JP5415739B2 (ja) | 鍛造用マグネシウム合金 | |
| JP2009132985A (ja) | 熱処理用アルミニウム鋳造合金及び剛性に優れたアルミニウム合金鋳物の製造方法 | |
| JP2016017181A (ja) | 連続鋳造用アルミニウム合金及び連続鋳造材の製造方法 | |
| JP5699722B2 (ja) | マグネシウム合金 | |
| CN108070753B (zh) | 汽缸盖用铝合金及其制造方法 | |
| JP5910206B2 (ja) | アルミニウム合金 | |
| JP5449754B2 (ja) | エンジンまたはコンプレッサーのピストンの鍛造方法 | |
| JP2009007676A (ja) | 鋳造用耐熱マグネシウム合金および耐熱マグネシウム合金鋳物 | |
| JP2001107171A (ja) | 耐熱性と鋳造性に優れたマグネシウム合金およびマグネシウム合金耐熱部材 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20181102 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200107 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200226 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200721 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200729 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6743155 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |