JPH01180925A - ピストンの製造方法 - 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） 本発明は高温での機械的性質を改善して高出力エンジン
への使用に適合するピストンの製造方法に関する。

（従来の技術） 近年、ピストン材料はエンジンの高出力化に伴ない機械
的強度および耐摩耗性の向上が求められている。

この対策として、例えば特開昭６１−２７２３０１号公
報には、アルミニウム合金中にセラミックスを混合した
材料を用いて強度を高めた金属複合材料の製造方法が開
示されている。

この金属複合材料は、アルミニウム、マグネシウム、ス
ズ、銅、亜鉛及びその合金群から選ばれたマトリックス
金属体の細い短繊維と金属又はセラミックの繊維あるい
は粉末からなる補強材を振動ボールミルまたは回転ボー
ルミルによって混合粉砕し、得られた混合粉末を加圧加
熱して成形する方法により得られる。

このように複合材料の粉末を加圧加熱により成形する方
法で得られた材料は、常温での強度は十分高いが、金属
組織の微細化がなされていないため高温例えば、ピスト
ンが使用される２５０〜３００℃での温度では強度が低
下する。

また、金属とセラミック等を上記のような方法で複合し
た金属複合材料は延性に乏しく、鍛造の如き塑性加工を
容易に行なうことができないという問題点もあった。

一方、金型内に溶融または半溶融状の金属を入れ、高圧
縮力を加えが凝固させ、求める形状を得る加圧凝固法の
一種である溶湯鍛造により材料の機械的性質を向上させ
た機械部品が製造されている。

この溶湯鍛造法はこれまでの重力鍛造法に比べ、冷却速
度の増大および凝固組織の微細化をもたらすという利点
がある。

このような事情に鑑みて、本発明の目的は溶湯鍛造を利
用して高温での機械的特性を向上させるとともに鍛造に
よる塑性加工を可能にしたピストンの製造方法を提供す
ることにある。

（問題点を解決するだめの手段） 本発明の方法は、鋳造アルミニウム合金の溶湯を溶湯鍛
造によりビレットに形成し、このビレットを加工して得
た短繊維金属に、金属又はセラミックスからなる補強材
料に添加して複合し、これを加圧加熱したプリフォーム
を素材として鍛造によりピストンを成形することを特徴
としている。

（作　　用） 上述のような製造方法によれば、プリフォームの金属複
合材料は溶湯鍛造により凝固組織の微細化が施され、セ
ラミックス及び鋳造アルミニウム合金の添加元素等を含
有しても延性を有することから熱間鍛造による塑性加工
を容易にする。

これにより、製造されたピストンは高温での強度と耐摩
耗性を兼ね備える機械部品となる。

（実　施　例） 本発明のピストン製造方法に用いる鋳造アルミニウム合
金の溶湯は、ケイ素（Ｓｔ）銅（Ｃｕ　）マグネシウム
（Ｍｇ　）の１種もしくは１種以上を含有するものであ
る。好ましい実施例としては重量百分率でケイ素；７％
、銅；１％、マグネシウム；５％、およびアルミニウム
；残部とする構造でなる溶湯を使用する。

この溶湯１は第１図に模式的に示した底板２上の金型３
内に温度７４０℃に達したとき注湯され、金型５の開口
に適合して上下動する直径１５０Ｈのプランジャ４によ
って、直ちに加圧力８００　ｋｐｆ／−で加圧しながら
凝固される。

こうして出来たビレットをビビリ振動切削法で厚さ６０
μｍ１長さ３Ｗ＋の短繊維に加工する。

この短繊維金属を乾燥器にて１００℃に加熱し、２４時
間保持して乾燥する。この乾燥した短繊維金属と、混合
体積比を１５チとする平均粒径２μｍ、純度９９．５％
のＳｉＣ粉末を混合し、振動ミルにて粉砕混合して粉末
にする。このための混合条件は振動数１２０Ｏｒｐｍ、
ｆｉ幅９ｖａｎ、振動時間４０分である。

こうして得られた混合粉末を２００℃大気中で予熱し、
予め２００℃に熱した直径９３閣の金型に投入し、加圧
力３　ｔｏｎ／ｃＪ、加圧時間１０秒にて予備成形を行
なう。さらに、この予備成形体を５５０℃に予熱し、５
００℃加熱した上記金型を用い、５　ｔｏｎ／−で１０
秒間本加圧を行なって、直径９３聴厚さ４２ｍｍのプリ
フォームを形成する。

次いで、このプリフォームを４５０℃に予熱し、５５０
℃に加熱した金型において、約８　ｔｏｎ／−の加圧力
によってピストンを熱間鍛造により製造する。

この鍛造によって得られたピストンではピストン端部に
割れが発生するような現象は見られなかった。

次に機械的性質を調べるだめ、得られたピストンの頂部
から平行部片ψ５Ｘ２０１１１１１１の引張試験片を削
シ出し、この試験片に熱処理（Ｔ６）を施した。熱処理
条件は温度５２０℃、１０時間保保持水冷に続いて、１
６０℃、１０時間保持後放冷で行なった。

さらにこの試験片を２５０℃にて２４時間予備加熱し、
２５０℃の引張試験に供試した。引張試験は２トンオー
トグラフにより、引張速度は２ｒｔａｎ／　ｍ　ｉ　ｎ
で行ない、伸びは標点間距離１５ｍとして併せて測定し
た。その測定結果を第１表に示す。

本発明の実施例の効果を測定結果から明らかにするため
、実施例と同組成の鋳造アルミニウム合金の溶湯を溶湯
鍛造法でなく通常の金型鋳造法により製作したビレット
を用いて同様の方法でピストンを製造した。この場合、
ピストン材料としては金属組織から延性等の機械的性質
が劣るので、塑性加工が難しくピストン端部に割れが発
生した。

この比較例も上述の実施例と同様の試験片を作成し、同
一条件による引張試験を行なった。

その測定結果を第１表に示す。

第　　１　　表 以上の条件で作製した、本発明によるピストンの実施例
と比較例との間には、第１表で見られるように機械的性
質、特に伸びが２倍以上も向上する。

これは溶湯鍛造により金属組織が微細化するため延性の
向上が顕著となるからである。鋳造アルミニウム合金に
は、耐摩耗性、耐熱性の向上に有効な元素であるケイ素
、銅、マグネシウム等を含有するため、通常の金型鋳造
法では特に延性不足となり、熱間鍛造による塑性加工を
行なうとすると割れの発生を招く。

そのため、本発明の方法のように、溶湯鍛造法を用いて
予め上記元素を微細に分散晶出させたビレットを形成す
れば、延性の向上を図ることができる。

また、溶湯鍛造は凝固過程に高圧力を加えるため鋳物と
金型壁との間のエアギャップが発生せず、熱伝達が良く
なるので、冷却速度の増大をもたらす。

これにより、凝固時の凝固速度を早くすることができる
。この凝固速度は注湯温度を高くする方が早く々す、し
かも組織が微細化する。この注湯温度は７００℃未満で
は上記効果は得られず、また９００℃を越えると添加元
素のうち蒸気圧の高い蒸発しやすい元素（例えばマグネ
シウム）を含む合金では組成が変化し好ましくない。

、それ故、注湯温度は７００〜９００℃の範囲が最適で
ある。

さらに、溶湯鍛造のもう１つの設定加工条件である加圧
力は高くなるほど上述のエアギャップが抑制されて熱伝
達が良くなるので、鋳物の冷却速度が増大し、金属組織
が微細となる。しかしながら、加圧力は、金型の寿命の
関係から特に高圧力とすることは好ましくないので、７
００〜１ｏｏｋｑｆ／−の範囲が最適である。

（発明の効果） 本発明は溶湯鍛造にようビレットを製造し、これをピス
トン素材に用いるので、金属組織を微細化して機械的強
度および伸びが向上し鍛造によるピストンの成形を容易
に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る実施例に用いる溶湯鍛造を模式的
に説明する概略断面図である。 １・・・溶湯　　　　　２−・・底板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋳造アルミニウム合金の溶湯を加圧凝固する溶湯
   鍛造によりビレットを形成し、このビレットを加工して
   得た短繊維金属に、金属又はセラミックスからなる補強
   材料を添加して複合し、これを加圧加熱したプリフォー
   ムを素材として鍛造によりピストンを成形することを特
   徴とするピストンの製造方法。
2. （２）鋳造アルミニウム合金がケイ素、銅、マグネシウ
   ムの一種もしくは一種以上を含有していることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のピストンの製造方法。
3. （３）溶湯鍛造の設定加工条件が注湯温度７００〜９０
   ０℃加圧力７００〜１０００ｋｇｆ／ｃｍ＾２である特
   許請求の範囲第１項又は第２項記載のピストンの製造方
   法。