KR100482441B1 - A multipore sinter insert composition for a piston and method for manufacturing multipore sinter insert using the said composition - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄소 0.2∼0.8 중량% 및 구리 1.0∼5.0 중량%을 포함하고 나머지는 철로 구성되는 저합금 철분말과, 탄소 1.0∼1.3 중량%, 크롬 3.5∼4.2 중량%, 몰리브덴 9.0∼10.0 중량%, 바나듐 1.0∼1.4 중량%, 텅스텐 1.2∼1.8 중량%, 코발트 7.8∼8.5 중량% 및 실리콘 0.5 중량% 이하를 함유하고 나머지는 철로 구성되는 고합금 철분말이 1:1로 혼합된 것을 특징으로 하는 피스톤용 다공질 소결재 인서트 조성물과; 상기 다공질 소결재 인서트 조성물을 금형속에 넣고 링형상의 성형체가 되도록 5∼7kgf/㎠으로 압력을 가하되, 성형체의 밀도는 5.5∼6.5 g/cm3가 되도록 하고, 상기 링형상의 성형체를 환원분위기의 소결로에서 소결온도 1050∼1250℃로 30∼60분 동안 소결하여, 기공율이 30∼50 부피%인 다공질의 소결재 인서트로 제조되는 것을 특징으로 하는 피스톤용 다공질 소결재 인서트의 제조 방법을 제공하고자 한 것이다.The present invention comprises low-alloy iron powder comprising 0.2-0.8% by weight of carbon and 1.0-5.0% by weight of copper, the remainder consisting of iron, 1.0-1.3% by weight of carbon, 3.5-4.2% by weight of chromium, and 9.0-10.0% by weight of molybdenum. A piston comprising 1.0 to 1.4% by weight of vanadium, 1.2 to 1.8% by weight of tungsten, 7.8 to 8.5% by weight of cobalt and 0.5% by weight of silicon, and a high-alloy iron powder composed of iron in a mixture of 1: 1. Porous sinter material insert composition for; The porous sintered insert composition was placed in a mold and pressurized at a pressure of 5 to 7 kgf / cm 2 to form a ring shaped body, and the density of the formed body was 5.5 to 6.5 g / cm 3 , and the ring shaped body was reduced. Sintering for 30 to 60 minutes at a sintering temperature of 1050 ~ 1250 ℃ in a sintering furnace of the present invention provides a method for producing a porous sintered insert for pistons, characterized in that the porous sintered insert having a porosity of 30 to 50% by volume It would be.
Description
본 발명은 피스톤용 다공질 소결재 인서트 조성물 및 이것을 이용한 다공질 소결재 인서트의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄소 0.2∼0.8 중량% 및 구리 1.0∼5.0 중량%을 포함하고 나머지는 철로 구성되는 합금 분말과, 탄소 1.0∼1.3 중량%, 크롬 3.5∼4.2 중량%, 몰리브덴 9.0∼10.0 중량%, 바나듐 1.0∼1.4 중량%, 텅스텐 1.2∼1.8 중량%, 코발트 7.8∼8.5 중량% 및 실리콘 0.5 중량% 이하를 함유하고 나머지는 철로 구성되는 합금 분말을 혼합시킨 피스톤용 인서트 조성물 및 이를 성형 및 소결하여 피스톤용 다공질 소결재 인서트로 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a porous sintered material insert composition for a piston and a method for producing a porous sintered material insert using the same, more specifically, an alloy comprising 0.2 to 0.8% by weight of carbon and 1.0 to 5.0% by weight of copper, the remainder being composed of iron. 1.0 to 1.3 wt% of carbon, 3.5 to 4.2 wt% of chromium, 9.0 to 10.0 wt% of molybdenum, 1.0 to 1.4 wt% of vanadium, 1.2 to 1.8 wt% of tungsten, 7.8 to 8.5 wt% of cobalt and 0.5 wt% of silicon It relates to an insert composition for a piston containing the alloy powder consisting of iron and the remainder and a method for forming into a porous sintered material insert for the piston by molding and sintering it.
통상적으로, 엔진 피스톤은 실린더내를 고속으로 직선 왕복운동하는 것으로서, 이때의 직선운동은 커넥팅로드를 거쳐서 크랭크 축에 회전력으로 전달되어진다. 상기 피스톤의 상부 둘레면에는 링 글로브가 형성되어 있고, 이곳에 피스톤 링을 장착하여 기밀을 유지하고 오일이 연소실로 들어가는 것을 방지하고 있다.Typically, the engine piston is a linear reciprocating motion at high speed in the cylinder, the linear motion at this time is transmitted to the crankshaft as a rotational force via the connecting rod. A ring glove is formed on the upper circumferential surface of the piston, and a piston ring is attached thereto to maintain airtightness and prevent oil from entering the combustion chamber.
특히, 상기 피스톤은 고온/고압 하에서 고속으로 왕복운동을 하기 때문에 스틸(steel)재로 형성된 피스톤 링(piston ring)에 의해 상부 글로브(Top ring groove)가 마모되는데, 이러한 마모를 방지하기 위하여 상부 글로브의 내부에는 인서트가 일체로 성형된다.In particular, since the piston reciprocates at high speed under high temperature / high pressure, the top ring groove is worn by a piston ring formed of steel material. The insert is integrally molded inside.
즉, 기존의 엔진 피스톤용 인서트는 철을 주성분으로 하여 제조되는 주철재 인서트로서, 상기 인서트에 피스톤의 모재인 알루미늄 주물이 고압 주조되어 인서트 일체식 피스톤이 제조된다.In other words, the conventional insert for the engine piston is a cast iron insert manufactured with iron as a main component, and the insert-integrated piston is manufactured by high-pressure casting aluminum casting, which is the base material of the piston, to the insert.
구체적으로, 기존의 엔진 피스톤용 주철재 인서트는 탄소 3.0 중량% 이하, 실리콘 1.0∼2.8 중량%, 망간 0.5∼1.5 중량%, 황 0.12 중량% 이하, 니켈 13.5∼17.5 중량%, 구리 5.5∼7.5 중량% 및 크롬 1.5∼2.5 중량%을 함유하고 나머지는 철로 구성되는 조성물로서 하기와 같은 특성을 갖는다.Specifically, the cast iron insert for the engine piston is conventionally 3.0 wt% or less carbon, 1.0-2.8 wt% silicon, 0.5-1.5 wt% manganese, 0.12 wt% or less sulfur, 13.5-17.5 wt% nickel, 5.5-7.5 wt% copper % And 1.5 to 2.5% by weight of chromium, with the remainder being a composition consisting of iron and having the following properties.
1) 경도: HB 131∼1831) Hardness: HB 131 ~ 183
2) 인장강도: 17.6 kgf/mm2 2) Tensile strength: 17.6 kgf / mm 2
3) 열팽창 계수: 11×10-6/℃3) Thermal expansion coefficient: 11 × 10-6 / ℃
4) 열전도율: 45W/m℃4) Thermal Conductivity: 45W / m ℃
5) 비중: 7.3 g/cm3 5) Specific gravity: 7.3 g / cm 3
이러한 특성을 갖는 기존의 주철재 인서트는 다음과 같은 단점이 있었다.Conventional cast iron inserts having these characteristics have the following disadvantages.
상기 기존 주철재 인서트에 피스톤의 모재인 알루미늄 주물을 고압주조하여, 기존의 주철재 인서트 일체식 피스톤으로 제작되었는 바, 피스톤 모재인 알루미늄 합금과 인서트의 주철이 서로 다른 재료이므로, 인서트와 알루미늄 모재가 계면에서만 접촉하여 계면 접합성이 떨어지고, 이로 인하여 극심한 열피로를 받아 계면이 분리될 수 있다.High-pressure casting of aluminum casting, which is the base material of the piston, to the existing cast iron insert, which is made of the existing cast iron insert integral piston. Since the cast iron of the piston alloy aluminum alloy and the insert is different from each other, the insert and the aluminum base material The interface bondability is inferior by contact only at the interface, which may result in severe thermal fatigue and the interface may be separated.
또한, 기존 주철재 인서트를 이용하여 제조된 인서트 일체식 피스톤에 있어서, 기존 주철재 인서트와 알루미늄 모재간의 열팽창 계수 차이로 인하여 피스톤과 실린더 보어(cylinder bore) 사이의 틈새(clearance)를 줄이는데 한계가 있다.In addition, there is a limit in reducing the clearance between the piston and the cylinder bore due to the difference in thermal expansion coefficient between the existing cast iron insert and the aluminum base material in the insert integral piston manufactured using the existing cast iron insert. .
또한, 인서트의 재질인 주철은 열전도율이 낮아 피스톤 상면부의 연소열을 피스톤 링을 통하여 실린더 벽으로 방출하는데 한계가 있기 때문에, 피스톤이 과열되거나 내열온도가 초과되면 피스톤이 파손(failure)될 수 있다.In addition, since cast iron, which is a material of the insert, has a low thermal conductivity and is limited in releasing combustion heat of the piston upper surface to the cylinder wall through the piston ring, the piston may fail when the piston is overheated or the heat resistance temperature is exceeded.
따라서, 본 발명은 피스톤 모재인 알루미늄과의 계면 신뢰성이 높고, 열전도도 및 열팽창 계수를 높일 수 있도록 한 저경도의 저합금 철분말과 고경도의 고합금 철분말을 혼합한 인서트 조성물과 이것을 이용한 다공질 소결재 인서트의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has a high interfacial reliability with aluminum, which is a piston base material, and an insert composition in which a low hardness low alloy iron powder and a high hardness iron alloy powder are mixed to improve thermal conductivity and thermal expansion coefficient, and a porous material using the same. It is an object to provide a method for producing a sintered material insert.
또한, 본 발명의 다른 목적은 피스톤의 모재인 알루미늄과 높은 계면 신뢰성을 가지고, 열전도도 및 열팽창 계수도 우수한 다공질 소결재 인서트에 알루미늄 주물을 고압주조하여 제조된 인서트 일체식 엔진 피스톤을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide an insert-integrated engine piston manufactured by high-pressure casting aluminum casting to a porous sintered material insert having high interfacial reliability and excellent thermal conductivity and thermal expansion coefficient.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 탄소 0.2∼0.8 중량% 및 구리 1.0∼5.0 중량%을 포함하고 나머지는 철로 구성되는 저합금 철분말과, 탄소 1.0∼1.3 중량%, 크롬 3.5∼4.2 중량%, 몰리브덴 9.0∼10.0 중량%, 바나듐 1.0∼1.4 중량%, 텅스텐 1.2∼1.8 중량%, 코발트 7.8∼8.5 중량% 및 실리콘 0.5 중량% 이하를 함유하고 나머지는 철로 구성되는 고합금 철분말이 1:1로 혼합된 것을 특징으로 하는 피스톤용 다공질 소결재 인서트 조성물을 제공한다.The present invention for achieving the above object comprises a low-alloy iron powder comprising 0.2 to 0.8% by weight of carbon and 1.0 to 5.0% by weight of copper, the remainder consisting of iron, 1.0 to 1.3% by weight of carbon, 3.5 to 4.2% by weight of chromium , High alloy iron powder containing molybdenum 9.0-10.0 wt%, vanadium 1.0-1.4 wt%, tungsten 1.2-1.8 wt%, cobalt 7.8-8.5 wt% and silicon 0.5 wt% or less and the remainder of iron is 1: 1 Provided is a porous sintered insert composition for a piston, characterized in that the mixture.
또한, 본 발명은 상기 다공질 소결재 인서트 조성물을 금형속에 넣고 링형상의 성형체가 되도록 5∼7kgf/㎠으로 압력을 가하되, 성형체의 밀도는 5.5∼6.5 g/cm3가 되도록 하고, 상기 링형상의 성형체를 환원분위기의 소결로에서 소결온도 1050∼1250℃로 30∼60분 동안 소결하여, 기공율이 30∼50 부피%인 다공질의 소결재 인서트로 제조되는 것을 특징으로 하는 피스톤용 다공질 소결재 인서트의 제조 방법을 제공한다.In the present invention, the porous sintered insert composition is placed in a mold and pressurized at a pressure of 5 to 7 kgf / cm 2 to form a ring shaped body, and the density of the shaped body is 5.5 to 6.5 g / cm 3 , and the ring shaped Is molded into a porous sintered material insert for sintering in a reducing atmosphere at a sintering temperature of 1050 to 1250 ° C. for 30 to 60 minutes, and a porous sintered material insert having a porosity of 30 to 50% by volume. It provides a method for producing.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
피스톤 모재인 알루미늄과 계면 신뢰성이 높고, 열전도도 및 열팽창 계수를 높일 수 있도록 한 본 발명의 인서트 조성물은 저경도의 저합금 철분말과 고경도의 고합금 철분말을 1:1의 비율로 혼합한 것이다.The insert composition of the present invention, which has high interfacial reliability and high thermal conductivity and thermal expansion coefficient, is mixed with a low hardness low alloy iron powder and a high hardness high alloy iron powder in a ratio of 1: 1. will be.
상기 저경도의 저합금 철분말은 탄소 0.2∼0.8 중량% 및 구리 1.0∼5.0 중량%을 포함하고 나머지는 철로 조성된 합금계 성분이고, 상기 고경도의 고합금 철분말은 탄소 1.0∼1.3 중량%, 크롬 3.5∼4.2 중량%, 몰리브덴 9.0∼10.0 중량%, 바나듐 1.0∼1.4 중량%, 텅스텐 1.2∼1.8 중량%, 코발트 7.8∼8.5 중량% 및 실리콘 0.5 중량% 이하를 함유하고 나머지는 철로 조성된 합금계 성분이다.The low hardness low-alloy iron powder contains 0.2-0.8 wt% carbon and 1.0-5.0 wt% copper, the remainder is an alloy component composed of iron, and the high-hardness high alloy iron powder is 1.0-1.3 wt% carbon. Alloy containing from 3.5 to 4.2% by weight of chromium, 9.0 to 10.0% by weight of molybdenum, 1.0 to 1.4% by weight of vanadium, 1.2 to 1.8% by weight of tungsten, 7.8 to 8.5% by weight of cobalt and 0.5% by weight of silicon. It is a system component.
본 발명의 저합금 철분말은 저경도이므로, 성형성이 우수하여 소결제의 골격을 형성시키며, 낮은 소결온도에서도 소결이 진행되어 소결재 인서트의 강도를 향상시킨다.Since the low-alloy iron powder of the present invention has low hardness, it has excellent moldability and forms a skeleton of the sintering agent.
본 발명의 고합금 철분말은 고경도이므로, 성형성이 낮아 인서트내에 다공질을 형성시키며, 내마모성과 내열성이 우수하여 피스톤 링과 인서트가 고온/고압하에서 장시간 접촉하는 경우에도 상기 피스톤 링이 마모되지 않는 특성을 부여한다.Since the high alloy iron powder of the present invention has high hardness, it has low moldability to form a porous material in the insert, and has excellent wear resistance and heat resistance, so that the piston ring does not wear even when the piston ring and the insert are in contact for a long time under high temperature / high pressure. Give it a characteristic.
이렇게 조성된 본 발명의 합금 성분계를 이용하여, 다공질 소결재 인서트를 제조하는 방법을 설명하면 다음과 같다.The method of manufacturing the porous sintered material insert using the alloy component system of the present invention thus prepared will be described below.
본 발명의 방법은 개기공(open pore)이 다량 존재하는 다공질 소결재 인서트를 제조하는데 그 특징 있고, 제조된 다공질 소결재 인서트에 알루미늄 주물을 고압 주조함으로써, 결국에는 인서트 일체식 피스톤을 제조하는데 그 주된 목적이 있다.The method of the present invention is characterized by producing a porous sintered insert having a large amount of open pores, and by high-pressure casting of an aluminum casting to the prepared porous sintered insert, eventually producing an insert integral piston. There is a main purpose.
구체적으로, 상술한 바와 같이 저경도의 저합금 철분말과 고경도의 고합금 철분말을 1:1의 비율로 혼합한 다공질 소결재 인서트 조성물을 금형속에 넣고 압력을 가하여 링형상의 성형체인 다공질 소결재 인서트를 제조하게 된다.Specifically, as described above, the porous sintered material insert composition in which the low-hardness iron alloy powder and the high-hardness iron alloy powder with high hardness are mixed in a ratio of 1: 1 is placed in a mold and subjected to pressure to form a porous element which is a ring-shaped molded body. Payment inserts are made.
이때, 가하게 되는 압력은 5∼7kgf/㎠으로 가하여, 제조되는 성형체의 밀도가 5.5∼6.5 g/cm3가 되도록 한다.At this time, the pressure to be applied is applied at 5 to 7 kgf / cm 2 so that the density of the molded product to be produced is 5.5 to 6.5 g / cm 3 .
다음으로, 상기 링형상의 성형체를 환원분위기의 소결로에서 소결온도 1050∼1250℃로 30∼60분 동안 소결함으로써, 기공율이 30∼50 부피%인 본 발명의 다공질 소결재 인서트로 제조된다.Next, the ring-shaped molded body is sintered for 30 to 60 minutes at a sintering temperature of 1050 to 1250 ° C. in a sintering furnace in a reducing atmosphere, thereby preparing a porous sintered material insert of the present invention having a porosity of 30 to 50% by volume.
이와 같이 제조된 본 발명의 다공질 소결재 인서트를 금형속의 일정한 위치에 위치시키고, 알루미늄 주물을 고압주조하여 다공질 소결재 인서트 내부에 존재하는 개기공들이 알루미늄 주물로 채워지게 함으로써, 결과적으로 상기 다공질 소결재 인서트와 피스톤의 알루미늄 모재간의 접촉면적이 증가되어진다.The porous sintered material insert of the present invention prepared as described above is placed at a predetermined position in the mold, and the high pressure casting of the aluminum casting causes the openings existing in the porous sintered material insert to be filled with the aluminum casting, resulting in the porous sintered material The contact area between the insert and the aluminum base of the piston is increased.
이에따라, 기존 인서트 일체식 피스톤에 비하여, 우수한 계면 신뢰성을 가진 인서트 일체식 피스톤이 제조되는데, 이때 알루미늄 용탕을 소결재 인서트의 기공 내부로 충분히 침투시켜 소결재를 적심으로써 계면 접촉성을 향상시킬 수 있다.Accordingly, compared with the conventional insert-integrated piston, an insert-integrated piston with excellent interfacial reliability is manufactured. At this time, the interface contactability can be improved by sufficiently infiltrating the aluminum molten metal into the pores of the sintered insert. .
본 발명의 다공질 소결재 인서트 일체식 피스톤은 다공질 소결재 인서트의 알루미늄의 복합재 부분이 열전도도가 높아져, 피스톤의 열을 효과적으로 피스톤 링에 전달하여 피스톤의 열을 약 20 내지 25℃ 감소시킴으로써, 피스톤의 과열을 방지할 수 있고, 상기 다공질 소결재 인서트의 알루미늄의 복합재 부분의 열팽창 계수가 높아져 피스톤과 실린더 보어간의 틈새를 감소시킴으로써, 오일 소모량을 낮추는 효과를 가져올 수 있다. In the integrated sintered insert of the porous sintered material of the present invention, the composite portion of the aluminum of the porous sintered insert has a high thermal conductivity, thereby effectively transferring the heat of the piston to the piston ring, thereby reducing the heat of the piston by about 20 to 25 ° C. Overheating can be prevented, and the coefficient of thermal expansion of the composite portion of the aluminum of the porous sintered insert is increased to reduce the gap between the piston and the cylinder bore, thereby lowering oil consumption.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples.
하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.The following examples are merely to illustrate the invention, but the content of the present invention is not limited to the following examples.
실시예Example
본 발명의 다공질 소결재 인서트 일체식 엔진 피스톤의 제조Preparation of the Porous Sintered Insert Integrated Engine Piston of the Present Invention
본 발명의 다공질 소결재 인서트 조성물을 이용하여 다공질 소결재 인서트 일체식 엔진 피스톤을 제조하기 위하여 하기와 같은 실험을 실시하였다.In order to manufacture a porous sintered insert integrated engine piston using the porous sintered insert composition of the present invention, the following experiment was conducted.
먼저, 탄소 0.2∼0.8 중량% 및 구리 1.0∼5.0 중량%을 포함하고 나머지는 철로 구성된 저합금 철분말과, 탄소 1.0∼1.3 중량%, 크롬 3.5∼4.2 중량%, 몰리브덴 9.0∼10.0 중량%, 바나듐 1.0∼1.4 중량%, 텅스텐 1.2∼1.8 중량%, 코발트 7.8∼8.5 중량% 및 실리콘 0.5 중량% 이하를 함유하고 나머지는 철로 구성된 고합금 철분말을 1:1의 비율로 혼합한 본 발명의 다공질 소결재 인서트 조성물을 구비한다.First, a low alloy iron powder composed of 0.2 to 0.8% by weight of carbon and 1.0 to 5.0% by weight of copper, the remainder consisting of iron, 1.0 to 1.3% by carbon, 3.5 to 4.2% by weight of chromium, 9.0 to 10.0% by weight of molybdenum, and vanadium Porous element of the present invention containing 1.0 to 1.4% by weight, tungsten 1.2 to 1.8% by weight, cobalt 7.8 to 8.5% by weight and silicon 0.5% by weight or less, and the remainder mixed with high-alloy iron powder composed of iron in a ratio of 1: 1. A billing insert composition is provided.
다음으로, 상기 다공질 소결재 인서트 조성물을 초경합금으로 제조된 금형속에 넣고 6 kgf/cm2의 압력을 가하여 밀도가 6 g/cm3인 링형상의 성형체를 제조하였다.Next, the porous sintered material insert composition was placed in a mold made of cemented carbide, and a pressure of 6 kgf / cm 2 was applied to prepare a ring-shaped molded article having a density of 6 g / cm 3 .
상기 링형상의 성형체를 환원분위기의 소결로에 넣고 1150℃에서 45 분 동안 소결하여 다공질의 소결재 인서트를 얻은 후, 상기 소결재 인서트를 금형속의 일정한 위치에 위치시키고 스퀴이즈 캐스팅 기계(squeeze casting machine)를 이용하여 알루미늄 주물로 고압주조하여 본 발명의 다공질 소결재 인서트 일체식 엔진 피스톤을 제조하였다.The ring-shaped molded body was placed in a sintering furnace in a reducing atmosphere, and sintered at 1150 ° C. for 45 minutes to obtain a porous sintered insert. The sintered insert was placed at a predetermined position in a mold and a squeeze casting machine The high pressure casting of the aluminum casting using a) to prepare a porous sintered insert integrated engine piston of the present invention.
상기 다공질 소결재 인서트 일체식 엔진 피스톤은 인서트 내부에 존재하는 다량의 개기공을 따라, 알루미늄 주물이 침투하여 다공질 소결재 인서트 전면에 알루미늄 주물이 분포함으로써, 다공질 소결재 인서트와 피스톤의 알루미늄 주물간의 접촉면적이 월등히 증가되어 계면 접촉성이 매우 향상되어 있었다.The integrated sintered insert of the engine sintered insert inserts the aluminum casting in the entire surface of the porous sintered insert by penetrating the aluminum casting along a large amount of open pores present in the insert, so that the contact between the porous sintered insert and the aluminum casting of the piston The area was greatly increased and the interface contactability was greatly improved.
비교예Comparative example
종래기술에 의한 주철재 인서트 일체식 엔진 피스톤의 제조Production of cast iron insert-integrated engine pistons according to the prior art
기존의 주철재 인서트 일체식 엔진 피스톤을 제조하기 위하여 하기와 같은 실험을 실시하였다.In order to manufacture the existing cast iron insert-integrated engine piston, the following experiment was conducted.
탄소 3.0 중량% 이하, 실리콘 1.0∼2.8 중량%, 망간 0.5∼1.5 중량%, 황 0.12 중량% 이하, 니켈 13.5∼17.5 중량%, 구리 5.5∼7.5 중량% 및 크롬 1.5∼2.5 중량%을 함유하고 나머지는 철로 구성되는 조성물을 이용하여 상술한 실시예의 방법에 따라 기존의 주철재 인서트 일체식 엔진 피스톤을 제조하였다.3.0 wt% or less of carbon, 1.0-2.8 wt% of silicon, 0.5-1.5 wt% of manganese, 0.12 wt% of sulfur, 13.5-17.5 wt% of nickel, 5.5-7.5 wt% of copper, and 1.5-2.5 wt% of chromium. According to the method of the above-described embodiment using a composition consisting of iron to prepare a conventional cast iron insert integral engine piston.
기존 주철재 인서트 일체식 엔진 피스톤은 피스톤 모재인 알루미늄 합금과 인서트의 주철이 서로 다른 재료이므로 인서트와 알루미늄 모재가 계면에서만 접촉하였다.In the existing cast iron insert-integrated engine piston, the aluminum alloy of the piston base and the cast iron of the insert are different materials, so the insert and the aluminum base contacted only at the interface.
시험예Test Example
본 발명의 다공질 소결재 인서트 일체식 엔진 피스톤과 기존의 주철재 인서트 일체식 엔진 피스톤의 열전도도 및 열팽창 계수 비교Comparison of Thermal Conductivity and Coefficient of Thermal Expansion of Porous Sintered Insert Integrated Engine Piston of the Invention and Existing Cast Iron Insert Integrated Engine Piston
실시예에 의거 제조된 본 발명의 다공질 소결재 인서트 일체식 엔진 피스톤과, 비교예에 의거 제조된 주철재 인서트 일체식 엔진 피스톤간의 열전도도를 레이져 플레시(Laser Flash)법, 그리고 열팽창 계수를 TMA 장비를 이용하여 측정하여 그 특성 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The thermal conductivity between the porous sintered insert integrated engine piston of the present invention manufactured according to the embodiment, and the cast iron insert integrated engine piston manufactured according to the comparative example, the laser flash method, and the coefficient of thermal expansion of TMA equipment Measured using the results of the characteristics are shown in Table 1 below.
상기 표 1에 나타나 있듯이, 실시예에서 제조된 본 발명의 다공질 소결재 인서트 일체식 엔진 피스톤의 다공질 소결재 인서트와 피스톤의 알루미늄 복합재 부분의 열전도도가 비교예의 기존 인서트 일체식 엔진 피스톤의 인서트와 알루미늄 복합재 부분의 열전도도 보다 약 93% 향상되어, 피스톤의 열을 효과적으로 피스톤링으로 전달시킴으로써, 피스톤의 열을 약 20 내지 25℃ 정도 감소시킴을 알 수 있었다.As shown in Table 1, the thermal conductivity of the porous composite sintered insert and the aluminum composite portion of the piston of the porous sintered insert of the present invention manufactured in Example and the insert of the conventional insert integral engine piston of the comparative example and aluminum It was found that the thermal conductivity of the composite portion was also improved by about 93%, thereby reducing the heat of the piston by about 20 to 25 ° C. by effectively transferring the heat of the piston to the piston ring.
또한, 본 발명의 다공질 소결재 인서트 일체식 엔진 피스톤의 다공질 소결재 인서트와 알루미늄 복합재 부분의 열팽창율이 비교예의 기존 인서트 일체식 피스톤의 인서트와 알루미늄 복합재 부분의 열팽창율보다 약 36% 향상되어, 피스톤과 실린더 보어간의 틈새가 기존의 주철재 인서트 일체식 엔진 피스톤에 비하여 현저히 감소됨을 알 수 있었다. Further, the thermal expansion rate of the porous sintered material insert and the aluminum composite portion of the porous sintered material insert-integrated engine piston of the present invention is improved by about 36% over the thermal expansion rate of the insert and the aluminum composite portion of the conventional insert-integrated piston of the comparative example. It was found that the clearance between the cylinder bore and the cylinder bore was significantly reduced compared to the existing piston insert piston.
이러한 시험예의 결과로부터, 본 발명의 다공질 소결재 인서트 조성물은 피스톤의 열전도도 및 열팽창율을 향상시켜, 피스톤의 변형과 파손을 효과적으로 방지할 수 있는 피스톤용 인서트를 제조하는데 유용하게 이용될 수 있음을 확인하였다.From the results of these test examples, the porous sintered insert composition of the present invention can be usefully used to manufacture an insert for piston that can effectively prevent deformation and breakage of the piston by improving the thermal conductivity and thermal expansion rate of the piston. Confirmed.
이상에서 본 바와 같이, 피스톤용 다공질 소결재 인서트 조성물 및 이것을 이용한 다공질 소결재 인서트의 제조 방법에 의하면, 저합금 철분말과 고합금 철분말이 혼합된 조성물로 성형 및 소결하여 얻은 다공질 소결재 인서트는 그 내부에 다량의 개기공을 가지고 있어, 차량의 중량을 감소시킴과 함께 개기공에 알루미늄이 채워져 결국 인서트와 피스톤의 알루미늄 모재간의 접촉면적을 증가시켜 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the method for producing a porous sintered insert composition for a piston and a porous sintered insert using the same, the porous sintered insert obtained by molding and sintering into a composition in which a low alloy iron powder and a high alloy iron powder is mixed With a large number of open pores inside, the weight of the vehicle is reduced, and the open pores are filled with aluminum, which in turn increases the contact area between the insert and the piston's aluminum base, improving reliability.
또한, 본 발명의 다공질 소결재 인서트 조성물을 이용하여 제조된 다공질 소결재 인서트는 인서트와 피스톤 모재인 알루미늄의 복합재 부분의 열전도도를 증가시켜, 피스톤의 열을 효과적으로 피스톤링으로 전달시킴으로서 피스톤의 온도저하를 유도하여 피스톤의 내열성 향상 및 엔진의 성능 향상을 유발시키는 장점을 제공한다.In addition, the porous sintered material insert manufactured using the porous sintered material insert composition of the present invention increases the thermal conductivity of the composite portion of the aluminum which is the insert and the piston base material, thereby effectively transferring the heat of the piston to the piston ring, thereby lowering the temperature of the piston. By inducing it provides the advantage of causing an increase in the heat resistance of the piston and the performance of the engine.
아울러, 본 발명의 다공질 소결재 인서트 조성물을 이용하여 제조된 다공질 소결재 인서트는 인서트와 피스톤 모재인 알루미늄의 복합재 부분의 열팽창율을 향상시켜, 피스톤과 실린더 보어간의 틈새를 감소시킴으로써, 오일의 소모량을 낮추고, 크레비스 볼륨(crevice volume)을 감소시켜 미연소가스량을 저하시킴으로써 배기가스를 저감시키는 장점을 제공한다.In addition, the porous sintered material insert manufactured using the porous sintered material insert composition of the present invention improves the thermal expansion rate of the composite part of the aluminum, which is the insert and the piston base material, and reduces the gap between the piston and the cylinder bore, thereby reducing the consumption of oil. It lowers, reduces crevice volume and lowers the amount of unburned gas, thereby reducing the exhaust gas.
도 1은 본 발명에 따른 다공질 소결재 인서트가 피스톤의 상부 글로브에 장착된 상태를 나타내는 일부 단면도,1 is a partial cross-sectional view showing a state in which a porous sintered material insert according to the present invention is mounted on an upper glove of a piston,
도 2는 기존의 주철재 인서트가 피스톤의 상부 글로브에 장착된 상태를 나타내는 일부 단면도,2 is a partial cross-sectional view showing a state in which a conventional cast iron insert is mounted to the upper glove of the piston,
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