JPH0154152B2 - - Google Patents
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- JPH0154152B2 JPH0154152B2 JP7901684A JP7901684A JPH0154152B2 JP H0154152 B2 JPH0154152 B2 JP H0154152B2 JP 7901684 A JP7901684 A JP 7901684A JP 7901684 A JP7901684 A JP 7901684A JP H0154152 B2 JPH0154152 B2 JP H0154152B2
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Description
本発明は内燃機関のシリンダー、副燃焼室、ピ
ストン等の材料として有用なセラミクス−金属複
合体に関するものである。 部分安定化ジルコニア（以下PSZと言う）は立
方晶マトリツクス中に準安定相である正方晶を残
留させたものであり、その焼結体は高強度かつ高
靭性を有する材料として知られており、構造用セ
ラミクス材料として今後期待されている。しかし
PSZは200〜300℃の温度範囲において残留する正
方晶が安定な単斜晶へ転移する性質を有してお
り、該転移が生ずると焼結体の強度および耐久性
が低下してしまう。該転移を抑制するにはPSZを
上記温度範囲において１〜400Kg／mm2程度の圧縮
応力場におくことが必要である。PSZを上記圧縮
応力場におくために、PSZ焼結体の外周に鋳造に
よつて金属層を形成する方法（鋳ぐるみ法）が提
供されている。即ち一般の金属はPSZよりも熱膨
脹係数が大きく、したがつて金属とPSZとの熱膨
脹係数の差によつてPSZ焼結体には金属層による
圧縮応力が及ぼされるのである。しかしPSZ焼結
体を金属層で鋳ぐるんだ場合、該金属層によつて
PSZ焼結体に過度の圧縮応力が及ぼされるとPSZ
焼結体が破壊される場合がある。このような過度
の圧縮応力が発生する原因としては下記のものが
考えられる。 即ち中空なPSZ焼結体の内側から加熱が始まつ
た場合にPSZ焼結体の温度は金属層に比して高く
なり、その結果PSZ焼結体に及ぼされる圧縮応力
は過度となつてPSZ焼結体が破壊される。 この破壊の原因を解消するためには耐力の低い
金属を用いて200℃以下におけるPSZ焼結体層に
及ぼされる圧縮応力を低下させることが考えられ
るが、このような金属では200〜300℃で耐力が更
に低下してPSZの転移を抑制するに充分な圧縮応
力が発生しない。 上記したようにして破壊の原因を解消すると共
に200〜300℃の温度でも充分な圧縮応力を生ずる
ような金属は従来提供されておらずPSZ実用化に
際しての大きな障害となつていた。 本発明は上記従来の問題を解消することを目的
とし、PSZ焼結体を鋳ぐるむ金属材料としてAf
点が常温以上120℃以下のNi−Ti系合金を用いる
ことを骨子とするものである。 本発明に用いられるNi−Ti系合金とはNi−Ti
の合金、あるいは該合金に更にCu、Al、Zr、
Co、Cr、Ta、Ｖ、Mo、Nb、Pd、Pt、Mn、Fe
等の他の金属の一種もしくは二種以上を含有せし
めた合金を言い、形状記憶合金としても使用され
ている。そしてNi：Tiの重量比は凡そ44：56〜
47：53であるが、本発明では更にこの合金のAf
点が常温以上120℃以下になるように、成分調整
をおこなう。 該Ni−Ti系合金（以下単に本合金と言う）は、
Af点以上のオーステナイト相では20〜60Kgｔ／
mm2の高い降伏強さ（耐力）を示し、かつAf点近
傍では温度が高くなるにつれて降伏強さは増大
し、一方Af点以下のマルテンサイト相では降伏
強さ（耐力）が５〜20Kgｔ／mm2であり極めて低
い。したがつてAf点以下の温度では破壊原因は
解消される。更に詳しく述べれば、この破壊原因
を解消しかつPSZの転移を阻止するためには本合
金のうち120℃下でかつ常温以上のAf点を有する
ものを選択する。第１図はPSZ焼結体の内側から
加熱した場合のPSZ焼結体の温度と圧縮応力の関
係を示すグラフであり、一点鎖線で示す。従来の
金属材料ではPSZ焼結体の加熱開始後Ａ点（100
℃）迄はPSZ焼結体と金属との温度差が大きくて
PSZ焼結体の選択的熱膨脹により金属層からPSZ
焼結体に及ぼされる圧縮応力は増大し、Ａ点に至
ると金属層もPSZ焼結体を介して加熱され始め
PSZ焼結体よりも大きな熱膨脹係数で熱膨脹し始
めるから圧縮応力は漸減する。しかし200〜300℃
でPSZの転移を抑制するに充分な圧縮応力を確保
した場合、Ａ点では既に圧縮応力が斜線域に入つ
て過度となりPSZ焼結体は破壊されてしまう。 一方本合金においては実線で示すようにAf点
以下のマルテンサイト相域では上記したように降
伏強さ（耐力）が極めて低い。そのため本合金層
とPSZ焼結体との温度差が大きくてPSZ焼結体が
選択的に熱膨脹しても合金層の温度は常温付近で
あつてマルテンサイト相であるため圧縮応力は殆
んど増大しない。しかしPSZ焼結体の温度が100
℃以上になつて本合金が加熱され始めAf点以上
になるとオーステナイト相域に入つて上記したよ
うに降伏強さ（耐力）が高くなりＢ点に至るまで
PSZ焼結体に及ぼされる圧縮応力は増大する。し
かしＢ点以後は本合金とPSZとの熱膨脹係数も略
同一となるから圧縮応力もオーステナイト相の降
伏強さ（耐力）のレベルで安定する。そしてPSZ
焼結体の200〜300℃の間で転移を阻止するに充分
な圧縮応力が発生し、かつ斜線域に入らずPSZ焼
結体は破壊されない。 実施例 第２図はPSZ焼結体をデイーゼルエンジンの副
燃焼室に応用した例であり、該PSZ焼結体１は金
属層２で鋳ぐるまれている。該PSZ焼結体１は
Y2O33mol％含有ZrO2粉末をラバープレスによつ
て成形した後に焼成して得られた。該PSZ焼結体
の外周にワツクスパターンを形成した後、ジルコ
ン砂を主体とするセラミツクシエルモールドを製
作した。本シエルモールドを1150℃に予熱した上
で、下記に示す２種の組成の本合金を鋳込温度
1300℃で鋳造した。 (A)：Ni−44.5％Ti Af＝20℃ (B)：Ni−46.4％Ti Af＝110℃ 材料は各10個作成された。比較のため従来の金
属材料としてインコネル713C（鋳込温度420℃）、
およびSUS430（鋳込温度1480℃）で鋳造し同様
な試料を各10個作成した。その結果、鋳造時には
熱膨脹係数が高いインコネル713Cを用いた試料
４個のPSZ焼結体に割れが認められた。次いで試
料各１個について歪ゲージ法により、PSZ焼結体
に加わつている圧縮応力を測定した。
ストン等の材料として有用なセラミクス−金属複
合体に関するものである。 部分安定化ジルコニア（以下PSZと言う）は立
方晶マトリツクス中に準安定相である正方晶を残
留させたものであり、その焼結体は高強度かつ高
靭性を有する材料として知られており、構造用セ
ラミクス材料として今後期待されている。しかし
PSZは200〜300℃の温度範囲において残留する正
方晶が安定な単斜晶へ転移する性質を有してお
り、該転移が生ずると焼結体の強度および耐久性
が低下してしまう。該転移を抑制するにはPSZを
上記温度範囲において１〜400Kg／mm2程度の圧縮
応力場におくことが必要である。PSZを上記圧縮
応力場におくために、PSZ焼結体の外周に鋳造に
よつて金属層を形成する方法（鋳ぐるみ法）が提
供されている。即ち一般の金属はPSZよりも熱膨
脹係数が大きく、したがつて金属とPSZとの熱膨
脹係数の差によつてPSZ焼結体には金属層による
圧縮応力が及ぼされるのである。しかしPSZ焼結
体を金属層で鋳ぐるんだ場合、該金属層によつて
PSZ焼結体に過度の圧縮応力が及ぼされるとPSZ
焼結体が破壊される場合がある。このような過度
の圧縮応力が発生する原因としては下記のものが
考えられる。 即ち中空なPSZ焼結体の内側から加熱が始まつ
た場合にPSZ焼結体の温度は金属層に比して高く
なり、その結果PSZ焼結体に及ぼされる圧縮応力
は過度となつてPSZ焼結体が破壊される。 この破壊の原因を解消するためには耐力の低い
金属を用いて200℃以下におけるPSZ焼結体層に
及ぼされる圧縮応力を低下させることが考えられ
るが、このような金属では200〜300℃で耐力が更
に低下してPSZの転移を抑制するに充分な圧縮応
力が発生しない。 上記したようにして破壊の原因を解消すると共
に200〜300℃の温度でも充分な圧縮応力を生ずる
ような金属は従来提供されておらずPSZ実用化に
際しての大きな障害となつていた。 本発明は上記従来の問題を解消することを目的
とし、PSZ焼結体を鋳ぐるむ金属材料としてAf
点が常温以上120℃以下のNi−Ti系合金を用いる
ことを骨子とするものである。 本発明に用いられるNi−Ti系合金とはNi−Ti
の合金、あるいは該合金に更にCu、Al、Zr、
Co、Cr、Ta、Ｖ、Mo、Nb、Pd、Pt、Mn、Fe
等の他の金属の一種もしくは二種以上を含有せし
めた合金を言い、形状記憶合金としても使用され
ている。そしてNi：Tiの重量比は凡そ44：56〜
47：53であるが、本発明では更にこの合金のAf
点が常温以上120℃以下になるように、成分調整
をおこなう。 該Ni−Ti系合金（以下単に本合金と言う）は、
Af点以上のオーステナイト相では20〜60Kgｔ／
mm2の高い降伏強さ（耐力）を示し、かつAf点近
傍では温度が高くなるにつれて降伏強さは増大
し、一方Af点以下のマルテンサイト相では降伏
強さ（耐力）が５〜20Kgｔ／mm2であり極めて低
い。したがつてAf点以下の温度では破壊原因は
解消される。更に詳しく述べれば、この破壊原因
を解消しかつPSZの転移を阻止するためには本合
金のうち120℃下でかつ常温以上のAf点を有する
ものを選択する。第１図はPSZ焼結体の内側から
加熱した場合のPSZ焼結体の温度と圧縮応力の関
係を示すグラフであり、一点鎖線で示す。従来の
金属材料ではPSZ焼結体の加熱開始後Ａ点（100
℃）迄はPSZ焼結体と金属との温度差が大きくて
PSZ焼結体の選択的熱膨脹により金属層からPSZ
焼結体に及ぼされる圧縮応力は増大し、Ａ点に至
ると金属層もPSZ焼結体を介して加熱され始め
PSZ焼結体よりも大きな熱膨脹係数で熱膨脹し始
めるから圧縮応力は漸減する。しかし200〜300℃
でPSZの転移を抑制するに充分な圧縮応力を確保
した場合、Ａ点では既に圧縮応力が斜線域に入つ
て過度となりPSZ焼結体は破壊されてしまう。 一方本合金においては実線で示すようにAf点
以下のマルテンサイト相域では上記したように降
伏強さ（耐力）が極めて低い。そのため本合金層
とPSZ焼結体との温度差が大きくてPSZ焼結体が
選択的に熱膨脹しても合金層の温度は常温付近で
あつてマルテンサイト相であるため圧縮応力は殆
んど増大しない。しかしPSZ焼結体の温度が100
℃以上になつて本合金が加熱され始めAf点以上
になるとオーステナイト相域に入つて上記したよ
うに降伏強さ（耐力）が高くなりＢ点に至るまで
PSZ焼結体に及ぼされる圧縮応力は増大する。し
かしＢ点以後は本合金とPSZとの熱膨脹係数も略
同一となるから圧縮応力もオーステナイト相の降
伏強さ（耐力）のレベルで安定する。そしてPSZ
焼結体の200〜300℃の間で転移を阻止するに充分
な圧縮応力が発生し、かつ斜線域に入らずPSZ焼
結体は破壊されない。 実施例 第２図はPSZ焼結体をデイーゼルエンジンの副
燃焼室に応用した例であり、該PSZ焼結体１は金
属層２で鋳ぐるまれている。該PSZ焼結体１は
Y2O33mol％含有ZrO2粉末をラバープレスによつ
て成形した後に焼成して得られた。該PSZ焼結体
の外周にワツクスパターンを形成した後、ジルコ
ン砂を主体とするセラミツクシエルモールドを製
作した。本シエルモールドを1150℃に予熱した上
で、下記に示す２種の組成の本合金を鋳込温度
1300℃で鋳造した。 (A)：Ni−44.5％Ti Af＝20℃ (B)：Ni−46.4％Ti Af＝110℃ 材料は各10個作成された。比較のため従来の金
属材料としてインコネル713C（鋳込温度420℃）、
およびSUS430（鋳込温度1480℃）で鋳造し同様
な試料を各10個作成した。その結果、鋳造時には
熱膨脹係数が高いインコネル713Cを用いた試料
４個のPSZ焼結体に割れが認められた。次いで試
料各１個について歪ゲージ法により、PSZ焼結体
に加わつている圧縮応力を測定した。
【表】
インコネル713Cの圧縮応力はかなり高くなつ
ており、PSZ焼結体の過度の応力が及ぼされてい
ることが認められる。 ついで各試料の次の２つの方法で熱サイクルを
与えた。 () 400℃に加熱した炉に５分間装入10分間放
冷 () 第４図に示すように内孔部へ都市ガスバー
ナー炎をあて３分間加熱し10分間放冷 上記熱サイクルを与えてPSZ焼結体に割れが発
生するまでの回数を調べた。
ており、PSZ焼結体の過度の応力が及ぼされてい
ることが認められる。 ついで各試料の次の２つの方法で熱サイクルを
与えた。 () 400℃に加熱した炉に５分間装入10分間放
冷 () 第４図に示すように内孔部へ都市ガスバー
ナー炎をあて３分間加熱し10分間放冷 上記熱サイクルを与えてPSZ焼結体に割れが発
生するまでの回数を調べた。
【表】
インコネル713C、SUS430を用いた試料は過度
の圧縮応力が発生しPSZ焼結体に早期に割れが発
生するのに対し、本合金を用いた試料ではPSZ焼
結体の割れの発生が充分防止出来ることが認めら
れる。
の圧縮応力が発生しPSZ焼結体に早期に割れが発
生するのに対し、本合金を用いた試料ではPSZ焼
結体の割れの発生が充分防止出来ることが認めら
れる。
第１図はPSZ焼結体の内側から加熱した場合の
PSZ焼結体の温度と圧縮応力の関係を示すグラフ
であり、縦軸は圧縮応力、横軸は温度（℃）を示
し、金属層として一点鎖線は従来の金属材料、実
線は本合金を用いた場合である。第２図は実施例
で用いた試料の断面図、第３図は実施例の説明図
である。 図中、１……PSZ焼結体、２……金属層、３…
…バーナー。
PSZ焼結体の温度と圧縮応力の関係を示すグラフ
であり、縦軸は圧縮応力、横軸は温度（℃）を示
し、金属層として一点鎖線は従来の金属材料、実
線は本合金を用いた場合である。第２図は実施例
で用いた試料の断面図、第３図は実施例の説明図
である。 図中、１……PSZ焼結体、２……金属層、３…
…バーナー。
Claims (1)
- １ 部分安定化ジルコニア焼結体からなる中空体
の外周に鋳造によつてAf点が常温以上120℃以下
のNi−Ti系合金層を形成したことを特徴とする
セラミクス−金属複合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7901684A JPS60223653A (ja) | 1984-04-19 | 1984-04-19 | セラミクス−金属複合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7901684A JPS60223653A (ja) | 1984-04-19 | 1984-04-19 | セラミクス−金属複合体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60223653A JPS60223653A (ja) | 1985-11-08 |
| JPH0154152B2 true JPH0154152B2 (ja) | 1989-11-16 |
Family
ID=13678145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7901684A Granted JPS60223653A (ja) | 1984-04-19 | 1984-04-19 | セラミクス−金属複合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60223653A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7250220B1 (en) * | 2002-10-03 | 2007-07-31 | Tosoh Set, Inc. | Bond strength of coatings to ceramic components |
| CN112439889B (zh) * | 2020-11-23 | 2021-12-28 | 西北有色金属研究院 | 一种包覆富镍镍钛合金的钛或钛合金复合刀具的制备方法 |
-
1984
- 1984-04-19 JP JP7901684A patent/JPS60223653A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60223653A (ja) | 1985-11-08 |
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