JPH01242732A - 急冷凝固粉末を利用したアルミニウム合金ピストンの製造法 - Google Patents
急冷凝固粉末を利用したアルミニウム合金ピストンの製造法Info
- Publication number
- JPH01242732A JPH01242732A JP63068236A JP6823688A JPH01242732A JP H01242732 A JPH01242732 A JP H01242732A JP 63068236 A JP63068236 A JP 63068236A JP 6823688 A JP6823688 A JP 6823688A JP H01242732 A JPH01242732 A JP H01242732A
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- rapidly solidified
- piston
- aluminum alloy
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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。
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］
この発明は、ピストン、特に高温強度と耐摩耗性を罪ね
備えるアルミニウム合金ピストンの製造法に関する。
備えるアルミニウム合金ピストンの製造法に関する。
［従来の技術］
内燃機関のピストン用材料には、耐摩耗性、耐焼付性、
低熱膨張性、高温強度などの特性が必要である。
低熱膨張性、高温強度などの特性が必要である。
従来、ピストンの材料としてＡＣ８Ａ、ＡＣ９Ａ、ＡＣ
９Ｂ等のＡｌ−５ｉ系鋳造合金が用いられている。しか
し、最近のエンジンの高出力化に伴って、−層高湿強度
の大きいものが必要になり、鋳造合金ではこの要求が満
足できなくなってきた。また、鋳造合金はＳｔの粒子径
が大きいために、被切削性も劣っている。
９Ｂ等のＡｌ−５ｉ系鋳造合金が用いられている。しか
し、最近のエンジンの高出力化に伴って、−層高湿強度
の大きいものが必要になり、鋳造合金ではこの要求が満
足できなくなってきた。また、鋳造合金はＳｔの粒子径
が大きいために、被切削性も劣っている。
この鋳造合金の問題を解決するために、急冷凝固粉末を
利用した粉末合金が注目されている。
利用した粉末合金が注目されている。
Ａｌ−５ｉ系粉末合金はＳｉ粒子が小さいために、被切
削性に優れ、かつ、鍛造が可能である。
削性に優れ、かつ、鍛造が可能である。
特に、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ等を添加した合金は高温強度が
優れており、ピストン用合金として注目されている。
優れており、ピストン用合金として注目されている。
Ａｌ−５ｉ系合金にＦｅ、Ｍｎ、Ｎｉを添加すると、Ａ
１７トリツクス中にＳｉ、Ａｌ−３ｉ−ＦｅＡｌ−３ｉ
−ＦｅＳＡｌ−３ｉ−−Ｆ ｅ−Ｍｎ、 Ａ ｌ −Ｎ
ｉ等の粒子が分散した組織になる。これらの粒子のう
ちＳｉ粒子が最も耐摩耗性の向上に寄与する。
１７トリツクス中にＳｉ、Ａｌ−３ｉ−ＦｅＡｌ−３ｉ
−ＦｅＳＡｌ−３ｉ−−Ｆ ｅ−Ｍｎ、 Ａ ｌ −Ｎ
ｉ等の粒子が分散した組織になる。これらの粒子のう
ちＳｉ粒子が最も耐摩耗性の向上に寄与する。
本出願の発明者らは、先にＳｉ粒子の平均粒径を５〜１
５μｌとする発明をなし、特願昭６０−４９０６号とし
て出願した。ところがピストン用としては粒径が大きす
ぎて鍛造性や切削性が劣ることが分かり、さらに研究の
結果、平均粒径か１．６μｍ以上５μｍ未満のときが最
適であることが分かり、本発明をするに至った。
５μｌとする発明をなし、特願昭６０−４９０６号とし
て出願した。ところがピストン用としては粒径が大きす
ぎて鍛造性や切削性が劣ることが分かり、さらに研究の
結果、平均粒径か１．６μｍ以上５μｍ未満のときが最
適であることが分かり、本発明をするに至った。
［発明が解決しようとする課題］
ところで、上記Ａｌ−３ｉ系合金粉末から常法により成
形体を製造すると、Ｓｉ粒子が微細に分散するために、
ピストンが用いられる環境、すなわち、潤滑油が存在す
る高温の摩擦下では、Ｓｉ粒子がマトリックスの摩耗と
共に脱落して摩耗の進行を止める作用をしないために鋳
造合金より耐摩耗性が劣ることがあった。
形体を製造すると、Ｓｉ粒子が微細に分散するために、
ピストンが用いられる環境、すなわち、潤滑油が存在す
る高温の摩擦下では、Ｓｉ粒子がマトリックスの摩耗と
共に脱落して摩耗の進行を止める作用をしないために鋳
造合金より耐摩耗性が劣ることがあった。
この発明は、高温下で、強度と耐摩耗性の高い成形体を
製造しようとする方法である。
製造しようとする方法である。
［課題を解決するための手段］
上記課題を解決するための、この発明の構成は、Ｓ ｉ
１５〜３０ｗＬ％を含有し、更に、Ｆｅ。
１５〜３０ｗＬ％を含有し、更に、Ｆｅ。
Ｍｎ、Ｎｉのうち一種以上をＦｅ十Ｍｎ＋Ｎｉの合計量
で２〜ｌＯνｔ％含有し、残部ＡＩである急冷凝固アル
ミニウム合金粉末を成形してピストンを製造する方法に
おいて、上記合金粉末、または、その成形体を ２０≦ΣＫｉ≦２０００ ここでＴｉ ： ｉ番目の加熱温度（Ｋ）ｔｉ：ｉ番目
の加熱時間（ｈ「） ΣＫｌ：加熱のたびにＫｉを求め、それらの総和を求め
たもの を満足する条件で加熱することによって、Ｓｉ粒子の・
Ｉ也均径を１．６μ国以上、５μｍ未満、かつ、その最
大径を２０μｍ以下にする急冷凝固粉末を利用したアル
ミニウム合金ピストンの製造法、ならびに、この方法に
おいて上記急冷凝固アルミニウム合金粉末として組成が
５ｉ１５〜３０Ｖ（％、Ｃｕ Ｏ，５〜Ｅｆ ｖＬ％
、Ｍ ｇ ０．３〜５ ｗＬ９６を含有し、更に、Ｆｅ
、Ｍｎ５Ｎｉのうち一種以上を、Ｆ ｅ ＋Ｍｎ ＋Ｎ
ｉの合計量で２〜ｌｏｗＬ％含有し、残部ＡＩである
ものを用いる方法である。
で２〜ｌＯνｔ％含有し、残部ＡＩである急冷凝固アル
ミニウム合金粉末を成形してピストンを製造する方法に
おいて、上記合金粉末、または、その成形体を ２０≦ΣＫｉ≦２０００ ここでＴｉ ： ｉ番目の加熱温度（Ｋ）ｔｉ：ｉ番目
の加熱時間（ｈ「） ΣＫｌ：加熱のたびにＫｉを求め、それらの総和を求め
たもの を満足する条件で加熱することによって、Ｓｉ粒子の・
Ｉ也均径を１．６μ国以上、５μｍ未満、かつ、その最
大径を２０μｍ以下にする急冷凝固粉末を利用したアル
ミニウム合金ピストンの製造法、ならびに、この方法に
おいて上記急冷凝固アルミニウム合金粉末として組成が
５ｉ１５〜３０Ｖ（％、Ｃｕ Ｏ，５〜Ｅｆ ｖＬ％
、Ｍ ｇ ０．３〜５ ｗＬ９６を含有し、更に、Ｆｅ
、Ｍｎ５Ｎｉのうち一種以上を、Ｆ ｅ ＋Ｍｎ ＋Ｎ
ｉの合計量で２〜ｌｏｗＬ％含有し、残部ＡＩである
ものを用いる方法である。
以下、上記急冷凝固アルミニウム合金粉末の成分とその
作用について説明する。
作用について説明する。
Ｓｉ：１５νｔ％以上添加することで耐摩耗性か向上し
、熱膨脹係数を低下させることができる。ａｏｖｔ％を
越すと被切削性、鍛造性が劣る。
、熱膨脹係数を低下させることができる。ａｏｖｔ％を
越すと被切削性、鍛造性が劣る。
Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ ：これらの成分は、Ａ ｉ −Ｓ
１−Ｆｅ、 Ａｌ−３ｉ−Ｍｎ、 ＡＩ −３
１−Ｆｅ−Ｍｎ５Ａｌ−Ｎｉなどの化合物として分散し
、高温強度を向上させ、ピストン用材料として充分な強
度を発揮させる。
１−Ｆｅ、 Ａｌ−３ｉ−Ｍｎ、 ＡＩ −３
１−Ｆｅ−Ｍｎ５Ａｌ−Ｎｉなどの化合物として分散し
、高温強度を向上させ、ピストン用材料として充分な強
度を発揮させる。
これらの成分の合計で２ｖｔ％未満では効果が小さく、
１０μｍ％を越えると延性が低下し、鍛造性が劣る。
１０μｍ％を越えると延性が低下し、鍛造性が劣る。
Ｃｕ：合金に時効硬化性を付与し、常温〜１５０℃にお
ける強度、耐摩耗性を向上させる。
ける強度、耐摩耗性を向上させる。
この効果はＭｇと共存した時に著しい。また、Ｃｕは固
液硬化により高温強度を向上させる特徴も有する。Ｃｕ
の添加量が０．５％未満ではこれらの作用が十分でなく
、Ｂ９６を越えると鍛造性、耐食性が害される。
液硬化により高温強度を向上させる特徴も有する。Ｃｕ
の添加量が０．５％未満ではこれらの作用が十分でなく
、Ｂ９６を越えると鍛造性、耐食性が害される。
Ｍ ｇ ： Ｃｕと共存して合金に時効硬化性を付与し
、常温〜１５０℃における強度、耐摩耗性を向上させる
。Ｍｇの添加量が０．３％未満では十分でなく、５％を
越えると効果が飽和するとともに、鍛造性が害される。
、常温〜１５０℃における強度、耐摩耗性を向上させる
。Ｍｇの添加量が０．３％未満では十分でなく、５％を
越えると効果が飽和するとともに、鍛造性が害される。
また、Ｓｉ粒子径は平均径にて１．６μｍ以上、５μｍ
未満に、最大径にて２０μＩ以下に制御することが８反
である。すなわち、Ｓｔ粒子の平均径が１．０μｍ未満
になると耐摩耗性が十分でなく、潤滑下で用いられるピ
ストンに適さなくなる。また平均径が５μｍ以上になっ
たり、あるいは最大径が２０μｍを越えると、鍛造性が
害されると同時に波切削性が劣るようになる。
未満に、最大径にて２０μＩ以下に制御することが８反
である。すなわち、Ｓｔ粒子の平均径が１．０μｍ未満
になると耐摩耗性が十分でなく、潤滑下で用いられるピ
ストンに適さなくなる。また平均径が５μｍ以上になっ
たり、あるいは最大径が２０μｍを越えると、鍛造性が
害されると同時に波切削性が劣るようになる。
このようなＳｉ粒子径は粉末あるいは成形体を
ここでＴｉ：ｉ番１゛１の加熱温度（Ｋ）ｔｉ：ｉ番目
の加熱時間（ｈ「） Σに１：加熱のたびにＫｉを求め、それらの総和を求め
たもの を満足する条件で加熱することによって達成される。
の加熱時間（ｈ「） Σに１：加熱のたびにＫｉを求め、それらの総和を求め
たもの を満足する条件で加熱することによって達成される。
すなわちΣＫｉが２０未満ではＳｉ粒子径が小さくなり
、必要とする粒子径にならない。従って、耐摩耗性が劣
る結果となる。ΣＫｆが２０００を越えるとＳｉ粒子径
が大きくなり、平均径が５μ自以上になったり、あるい
は最大径が２０μｍを越えたりする。その結果鍛造性や
被削性か劣る結果となる。
、必要とする粒子径にならない。従って、耐摩耗性が劣
る結果となる。ΣＫｆが２０００を越えるとＳｉ粒子径
が大きくなり、平均径が５μ自以上になったり、あるい
は最大径が２０μｍを越えたりする。その結果鍛造性や
被削性か劣る結果となる。
ここで上記の加熱は粉末を成形固化してピストンにする
までの工程中に行われるものすべてを対象とする。すな
わち、一般に粉末は（ａ）’Ｊ’ｆｉｉｉｉ圧縮−容器
封入−加熱真空脱ガスー押出、 （ｌ））予備圧縮−容器封入−加熱真空脱ガスーホット
プレス、 （ｅ）予備圧縮−容器封入−加熱真空脱ガスーホットプ
レスー容器除去−押出、 （ｄ）予備圧縮−加熱一理出、 （ｃ）予備圧縮−容器封入−加熱真空脱ガスーＨＩＰ（
高温等方圧圧縮） などの工程により固化成形されるが、これらの工程の中
のいずれの加熱も対象とする。例えば粉末そのものの加
熱、予備圧縮体の加熱、脱ガス時の加熱、押出時の加熱
、ホットプレス時の加熱、ＨＩＰ処理時の加熱、成形後
の材料の加熱、鍛造時の加熱、熱処理時の加熱等容々に
ついてＫｉが計算され、その総和（ΣＫｉ）が求められ
る。なお、熱処理の際の時効処理時の加熱は一般に温度
が低く、Ｋｉが極めて少なくなるので無視してもかまわ
ない。
までの工程中に行われるものすべてを対象とする。すな
わち、一般に粉末は（ａ）’Ｊ’ｆｉｉｉｉ圧縮−容器
封入−加熱真空脱ガスー押出、 （ｌ））予備圧縮−容器封入−加熱真空脱ガスーホット
プレス、 （ｅ）予備圧縮−容器封入−加熱真空脱ガスーホットプ
レスー容器除去−押出、 （ｄ）予備圧縮−加熱一理出、 （ｃ）予備圧縮−容器封入−加熱真空脱ガスーＨＩＰ（
高温等方圧圧縮） などの工程により固化成形されるが、これらの工程の中
のいずれの加熱も対象とする。例えば粉末そのものの加
熱、予備圧縮体の加熱、脱ガス時の加熱、押出時の加熱
、ホットプレス時の加熱、ＨＩＰ処理時の加熱、成形後
の材料の加熱、鍛造時の加熱、熱処理時の加熱等容々に
ついてＫｉが計算され、その総和（ΣＫｉ）が求められ
る。なお、熱処理の際の時効処理時の加熱は一般に温度
が低く、Ｋｉが極めて少なくなるので無視してもかまわ
ない。
Ｃ実施例］
以下、実施例及び比較例によってこの発明を具体的に説
明する。
明する。
実施例及び比較例に示す試料の試験条件は下記の、とお
りである。
りである。
高温強度は３００℃（１００ｈｒ保持）における引張強
さによって、また、耐摩耗性はビン・ディスク式摩耗試
験によって調べた。このビン・ディスク式摩耗試験にお
いて、ビンを試験材、ディスク（相手材）をＳＣＭ４１
５浸炭焼入鋼とし、１５０℃のエンジンオイル中で、面
圧５７０ｋｇ／ｃｍ ２、摩擦速度３０ｍｍ／ｓｅｃの
条件で６０分間摩擦を行い、ビンの摩耗量を測定した。
さによって、また、耐摩耗性はビン・ディスク式摩耗試
験によって調べた。このビン・ディスク式摩耗試験にお
いて、ビンを試験材、ディスク（相手材）をＳＣＭ４１
５浸炭焼入鋼とし、１５０℃のエンジンオイル中で、面
圧５７０ｋｇ／ｃｍ ２、摩擦速度３０ｍｍ／ｓｅｃの
条件で６０分間摩擦を行い、ビンの摩耗量を測定した。
第１表の合金のアトマイズ粉（粉末粒径２９７μｍ以下
）を金型圧縮し、脱ガスを行った後、押出またはホット
プレスにより固化成形を行った。その後、合金Ｂ、Ｃに
ついては熱処理Ｃ溶体化処理−水冷−時効処理（１７５
℃ｘ ８ｈｒ））を行った。
）を金型圧縮し、脱ガスを行った後、押出またはホット
プレスにより固化成形を行った。その後、合金Ｂ、Ｃに
ついては熱処理Ｃ溶体化処理−水冷−時効処理（１７５
℃ｘ ８ｈｒ））を行った。
各々の加熱条件とそれから計算したΣＫｉの値を第２表
に、またＳｉ粒子径、３００℃引張強さ、摩耗量もｍ２
表に示す。同一合金の場合について比較すると、Ｎｏ、
６よりＮ ｏ、 １とＮｏ、２の方がＮｏ、７よりＮ
ｏ、 ３の方が、Ｎｏ、８よりＮｏ、４の方が各々Ｓｉ
粒子径が大きくなり、摩耗量が小さくなっている。そし
て実施例の摩耗量はいずれもＡＣ８Ａ合金鋳物のそれよ
り小さく、ＡＣ９Ａ合金鋳物のそれと同等程度である。
に、またＳｉ粒子径、３００℃引張強さ、摩耗量もｍ２
表に示す。同一合金の場合について比較すると、Ｎｏ、
６よりＮ ｏ、 １とＮｏ、２の方がＮｏ、７よりＮ
ｏ、 ３の方が、Ｎｏ、８よりＮｏ、４の方が各々Ｓｉ
粒子径が大きくなり、摩耗量が小さくなっている。そし
て実施例の摩耗量はいずれもＡＣ８Ａ合金鋳物のそれよ
り小さく、ＡＣ９Ａ合金鋳物のそれと同等程度である。
また実施例の３００℃引張強さはＡＣ８Ａ、ＡＣ９Ａ合
金鋳物のそれより高い。
金鋳物のそれより高い。
第１表
〔発明の効果〕
以上説明したように、この発明の方法によって、耐熱性
、鍛造性、被削性に優れた急冷凝固粉末合金の耐摩耗性
を改浮し、優れたピストンを製造することができる。
、鍛造性、被削性に優れた急冷凝固粉末合金の耐摩耗性
を改浮し、優れたピストンを製造することができる。
特許出願人 住友軽金属工業株式会社
代理人 弁理士 小 松 秀 岳
代理人 弁理士 旭 宏
Claims (2)
- （１） Ｓｉ１５〜３０ｗｔ％を含有し、更に、Ｆｅ、
Ｍｎ、Ｎｉのうち一種以上をＦｅ＋Ｍｎ＋ Ｎｉの合計量で２〜１０ｗｔ％含有し、残部Ａｌである
急冷凝固アルミニウム合金粉末を成形してピストンを製
造する方法において、上記合金粉末、または、その成形
体を ２０≦ΣＫｉ≦２０００ ▲数式、化学式、表等があります▼ ここでＴｉ：ｉ番目の加熱温度（Ｋ） ｔｉ：ｉ番目の加熱時間（ｈｒ） ΣＫｉ：加熱のたびにＫｉを求め、そ れらの総和を求めたもの を満足する条件で加熱することによって、 Ｓｉ粒子の平均径を１．６μｍ以上、５μｍ未満、かつ
、その最大径を２０μｍ以下にすることを特徴とする急
冷凝固粉末を利用したアルミニウム合金ピストンの製造
法。 - （２） Ｓｉ１５〜３０ｗｔ％、Ｃｕ０．５〜６ｗｔ％
、Ｍｇ０．３〜５ｗｔ％を含有し、更に、Ｆｅ、Ｍｎ、
Ｎｉのうち一種以上をＦｅ＋Ｍｎ＋Ｎｉの合計量で２〜
１０ｗｔ％含有し、残部Ａｌである急冷凝固アルミニウ
ム合金粉末を成形してピストンを製造する方法において
、上記合金粉末、または、その成形体を ２０≦ΣＫｉ≦２０００ ▲数式、化学式、表等があります▼ ここでＴｉ：ｉ番目の加熱温度（Ｋ） ｔｉ：ｉ番目の加熱時間（ｈｒ） ΣＫｉ：加熱のたびにＫｉを求め、そ れらの総和を求めたもの を満足する条件で加熱することによって、 Ｓｉ粒子の平均径を１．６μｍ以上、５μｍ未満、かつ
、その最大径を２０μｍ以下にすることを特徴とする急
冷凝固粉末を利用したアルミニウム合金ピストンの製造
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63068236A JPH01242732A (ja) | 1988-03-24 | 1988-03-24 | 急冷凝固粉末を利用したアルミニウム合金ピストンの製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63068236A JPH01242732A (ja) | 1988-03-24 | 1988-03-24 | 急冷凝固粉末を利用したアルミニウム合金ピストンの製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01242732A true JPH01242732A (ja) | 1989-09-27 |
Family
ID=13367951
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63068236A Pending JPH01242732A (ja) | 1988-03-24 | 1988-03-24 | 急冷凝固粉末を利用したアルミニウム合金ピストンの製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01242732A (ja) |
-
1988
- 1988-03-24 JP JP63068236A patent/JPH01242732A/ja active Pending
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