JPH02277751A - アルミニウム粉末合金コンロッドの製造方法 - 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、アルミニウム粉末合金コンロッドの製造方法
に関する。

［従来の技術］ 自動車やオートバイなどの省エネルギ一対策としてその
軽量化の要望が高い。特に内燃機関の部品なかんづくコ
ンロッドを軽量化、すれば、エンジンの性能が大幅に向
上するため、このコンロッドを中心に他の部品とともに
アルミニウム化したいという要望が高い。

ところで、コンロッドは常温から　２００℃で用いられ
る。このため、フンロッド材料には常温〜２００℃にお
ける引張強度、疲労強度が必要とされ、また縦弾性係数
が高いこと、線膨張係数が低いことも重要である。

従来、高温強度にすぐれたアルミニウム合金としてはＡ
２２１ｇ、Ａ２８１８などが知られている。

又、急冷凝固粉末を成形したアルミニウム合金材が提案
されており、本出願人もさきに特願昭８２−２６３８５
７号、特願昭８２−２８３６５８号を提案した。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来の高温強度にすぐれたアルミニウム合金とされ
ている合金であっても、その引張強度、疲労強度、切欠
疲労強度は１５０℃以上においては未だ十分ではない。

とくにコンロッド用アルミ、ニウム合金においては疲労
強度の一層の向上が要望されている。

本発明は、こうした実情の下に、高強度で、かつ疲労強
度の向上したアルミニウム粉末合金コンロッドの製造方
法を提供せんとするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、前記した課題を解決するため鋭意研究の
結果、特定組成のアルミニウム粉末合金から、コンロッ
ドを成形して、これに選択された条件の下でショットピ
ーニング加工することが有効であることを見出し、本発
明に至った。

すなわち、本発明は、重量％で、Ｓ　ｉ　：　１５〜１
８％、Ｆｅ：５〜７％、Ｃｕ：４〜ｌＩ％を含む粉末ア
ルミニウム合金材料から得た押出し材を、４００〜５０
０℃における熱間鍛造によりコンロッドに成形し、これ
をＴ６処理に付した後、０．０５〜０．２（ＩｇｖＡ　
２の範囲でショットピーニング加工することを特徴とす
るアルミニウム粉末合金コンロッドの製造方法である。

本発明における合金材料の組成の限定理由は下記のとお
りである。

Ｓｉ：Ｆｅと共存してＡｌ−８ｉ−Ｆｅ系化合物として
分散し、疲労強度、切欠疲労強度を高める。また、弾性
係数を高め、線膨脹係数を下げる。その量が１５％未満
では疲労強度、切欠疲労強度が低くなり、線膨脹係数が
大きくなる。１８％を越えると靭性が劣ってくる。

Ｆｅ：Ｓｌと共存してＡｌ−５ｉ−Ｆｅ系化合物として
分散し、またＳｉ粒子を微細にする。これらにより引張
強度、疲労強度、切欠疲労強度を高める。また、弾性係
数を高め、線膨脹係数を下げる。その量が５％未満では
引張強度、疲労強度、切欠疲労強度が不足する。７％を
越えると靭性が著しく低下する。また、鍛造性も劣って
くる。

Ｃｕ：Ｍｇと共存し、時効硬化性を付与する。

時効硬化により引張強度、疲労強度、切欠疲労強度が向
上する。その量が４％未満では効果が十分でなく、６％
を越えると靭性が劣る。

以上の必須成分の他に、本発明において使用する粉末ア
ルミニウム合金には、１％未満のＭｎ、１％未満のＭｇ
、　　０．２％未満のＣｒ。

０．３％未満Ｚｎｓ　　０．２％未満の’ｒｉ％０．２
％未満のＮＬを含んでいてもよい。

次に製造工程について説明する。アルミニウム合金粉末
は、ガスアトマイズ、単ロール法、双ロール法、噴霧ロ
ール法などの急冷凝固法をもちいて１．製造する。平均
冷却速度は１０３℃／ｓｅｃ以上とすることが、強度お
よび靭性向上のために必要である。合金粉末は次いで脱
ガス工程に付される。この脱ガス工程は、４００〜５２
０℃において行われた。これは靭性の向上のために重要
である。脱ガス温度が４００℃未満では脱ガス効果が不
十分となって靭性が低くなり、５２０℃を越えると化合
物粒子の成長が生じて強度が低下する。脱ガスは粉末を
缶に詰めて行ったり、真空炉中で行ったりする。脱ガス
時の雰囲気は、真空、Ｎ２ガス、不活性ガスなどとした
り、場合によっては空気中加熱後短時間真空引きをした
りする。

次いで押出工程に付される。押出によりメタルフローを
与えることは靭性の向上に重要であ、る。押出しは３０
０〜５００℃において押出比４以上で行なわれる。押出
比４未満では粉末同士の結合が不十分であり、靭性が不
足する。押出温度が８００℃未満では変形抵抗が大きく
押出が困難となり、又押出温度が５００℃を越えると、
押出割れが生じる。このようにして得られた押出し材を
コンロッド成形するため、熱間鍛造工程に付される。

熱間鍛造は４００℃〜５００℃で行なわれる。鍛造温度
が４００℃未満では変形能が十分でなく割れを生じる。

また、５００℃を越えても鍛造割れを生じる。成形され
たコンロッドは、次いでＴ６処理工程に付される。

Ｔ６処理工程は、溶体化処理、焼入れ、焼戻しにより時
効硬化を生じさせ、強度を向上させる。通常焼入れは水
冷によって行い、焼戻しは最高強度が得られる条件で行
う。ただし、焼入れ歪みや残留応力を緩和するために温
水焼入れや比較的高温での過時効焼戻しも行われる。

ショットピーニング加工工程は、Ｔ６処理後、コンロッ
ド表面にショットピーニング加工を施す。この工程はコ
ンロッドをローラーコンベア上で回転させ、ショツト材
をインペラの回転により投射してコンロッド表面に加工
を施すというものである。このショットピーニング加工
は、アークハイトを０．０５〜０．２０ｓｖＡ　２の範
囲内で行う。このときの表面粗さ（Ｒａ）は１．５〜４
，５μＩであり、加工による圧縮残留応力の最大値！；
Ｌ　１７〜２５ｋｇｒ／ａｓ　２テある。

このショットピーニング加工により、疲労強度［σｗ（
１０７）］は約ｌＯ％向上させることができる。加工範
囲が上記より小さいと圧縮残留応力が過小で、疲労強度
の向上は見られない。

また、加工範囲が上記範囲を越えると、表面粗さが過大
で疲労強度は低下する。

本発明においては以上の工程に加えて、さらに必要に応
じ工程を付加することができる。例えば、脱ガス工程の
前に粉末を予備圧縮しておいたり、脱ガス後真空を保持
したままホットプレスによって緻密化し、それから押出
を行うなどの工程を採用することができる。さらには、
粉末やフレーク、リボンの粉砕、分級なども適宜実施す
ることができる。

［実施例］ 実施例Ｉ Ｓ　Ｌ　：　ｔｙ重量％、Ｆｅ：　　８重量％、Ｃｕ：
４．５重量％、Ｍｎ：０．５重量％、Ｍｇ：０．５重量
からなるアルミニウム合金を溶解後、エアアトマイズに
より粉末を製造した。そして１４９μ−以下に分級した
。こうして得た粉末の平均粒径はＢＯμ−であり、平均
冷却速度は８ＸＬＯ３”Ｃ／ｓｅｃであった。

この粉末をＣＩ　Ｐ　（Ｃｏｌｄ　ｌ５ｏｓｔａｔｉｃ
　Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）により予備圧縮し、アルミニウム
缶の中に装入して真空脱ガスを行った。脱ガス温度は４
９０℃とした。その後、アルミニウム缶を密封し、押出
用ビレットとした。この後、４００℃において押出を行
い、断面形状３０Ｘ　１１０　ａｍの角棒を得た。

このとき押出比は１５であった。この押出棒を鍛造素材
として、コンロッド形状に鍛造した。鍛造温度は４５０
℃であった。この後、４９０℃ＸＬｈｒ→水冷→１７５
℃Ｘ　６ｈｒのＴ６処理を行った。

次いで、前記したようにコンロッドの表面をショットピ
ーニング加工してコンロッド製品として仕上げた。

結果を以下の表に示す。

表　アークハイトと疲労強度 以上説明したように、本発明の構成によれば、アルミニ
ウム粉末合金コンロッドの疲労強度を向上せしめること
ができ、スチール製に代わる軽量コンロッドを得ること
ができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で、Ｓｉ：１５〜１８％、Ｆｅ：５〜７％
   、Ｃｕ：４〜６％を含み、残部Ａｌからなる粉末アルミ
   ニウム合金材料から得た押出し材を、４００〜５００℃
   における熱間鍛造によりコンロッドに成形し、これをＴ
   ６処理に付した後、０．０５〜０．２０ｍｍＡ＿２の範
   囲でショットピーニング加工することを特徴とするアル
   ミニウム粉末合金コンロッドの製造方法。