JPH0364582B2 - - Google Patents
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- JPH0364582B2 JPH0364582B2 JP20325686A JP20325686A JPH0364582B2 JP H0364582 B2 JPH0364582 B2 JP H0364582B2 JP 20325686 A JP20325686 A JP 20325686A JP 20325686 A JP20325686 A JP 20325686A JP H0364582 B2 JPH0364582 B2 JP H0364582B2
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Description
A 発明の目的
(1) 産業上の利用分野
本発明は少なくとも一部をセラミツク繊維によ
り強化した繊維強化軽合金部材に関する。 (2) 従来の技術 従来、軽合金製部材に対する強化用無機繊維と
しては、例えば金属繊維、セラミツク繊維等が用
いられているが、その性能、生産性、コスト等を
考慮すると、一般に断熱材として市販されている
セラミツク繊維が有利である。このセラミツク繊
維を製造する場合には、最も効率的で安価な方法
としてブローイング法が採用されており、この方
法は繊維原料を溶融した後、それを高速エアによ
りブローイングして繊維化するもので、チツプ状
繊維を得る上に非常に優れた方法であるが、ブロ
ーイング時溶融原料が粒状になり、その後繊維化
されるため、得られた繊維は一部に粒状部を有す
る形状となる。これら粒状部はブランケツト作製
時または繊維成形体成形時脱落してブランケツト
または繊維成形体中に粒状繊維(一般にシヨツト
と称される)として含有されることとなり、この
粒状繊維は一般に50重量%以上含有されている。 (3) 発明が解決しようとする問題点 本発明者等は、軽合金部材として内燃機関用ピ
ストンを選定し、そのトツプランド部およびリン
グ地帯を前記セラミツク繊維により強化した場合
に上記粒状繊維が与える影響について種々検討し
たところ下記のような問題のあることを究明し
た。 即ち、リング溝の旋削加工において、粒状繊維
はバイトとの接触により脆性破壊を惹起するた
め、その旋削面は平滑ではなく、ぎざぎざの凹凸
粗面となり、大きな切欠きをもつこととなるの
で、疲労起点になり易い。この切欠き効果は粒状
繊維の粒度および含有量と近密な相関関係を有
し、例えば、粒度が100メツシユ以下である第8
図斜線領域においては繊維強化部の疲れ強さが著
しく低下する。この傾向は繊維直径の大小、繊維
量の多少によつてはあまり影響されない。またリ
ング溝旋削加工時バイト刃先が粒度の粗い粒状繊
維に断続的に接触すると旋削抵抗が断続的に増
し、その結果バイト刃先の摩耗が激しく、繊維強
化部の被削性が悪くなり、リング溝加工精度が低
下する。さらに粒度の粗い粒状繊維は脱落し易い
ので、その脱落した粒状繊維により相手材である
シリンダスリーブの摩耗が促進される。 本発明は上記に鑑み、セラミツク繊維に含まれ
る粒状繊維の粒度及びその含有量を調整して疲れ
強さ、加工精度及び摺動特性の優れた前記繊維強
化軽合金部材を提供することを目的とする。 B 発明の構成 (1) 課題を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明は、少なくと
も一部をセラミツク繊維により強化した繊維強化
軽合金部材において、前記セラミツク繊維に含ま
れる粒状繊維の全含有量を使用繊維量に対して
34.0重量%以下に設定し、また粒度が100メツシ
ユ以下の前記粒状繊維の含有量を前記使用繊維量
に対して10.0重量%以下に設定したことを特徴と
する。 (2) 作用 前記のように粒状繊維の粒度およびその含有量
を調整することにより、粒状繊維に起因する切欠
き効果を抑制して疲れ強さを向上させ、また被削
性を良好にして優れた加工精度を有し、さらに粒
度の粗い粒状繊維の脱落を回避して優れた摺動特
性を有する軽合金部材を提供することができる。 (3) 実施例 以下、本発明の一実施例について説明する。 〔実施例〕 セラミツク繊維として下記の性状を有するもの
を使用した。 化学成分:Al2O3 47.3重量% SiO2 52.3重量% その他 0.36重量% 繊維長:短繊維〜250mm 平均繊維径:2.8μ 融 点:1760℃ 最高使用温度:1260℃ 上記繊維よりなるブラケツトを用いて、外形68
mm、内径54mm、厚さ20mmで、かさ密度0.2g/c.c.
の環状繊維成形体を作製した。この成形体の使用
繊維量に対する全粒状繊維含有量は53.0重量%、
また粒度が100メツシユを上回る粒状繊維含有量
xは使用繊維量に対して33.0重量%、さらに粒度
が100メツシユ以下の粒状繊維含有量yは使用繊
維量に対して19.7重量%、さらにまたy/xは
59.6であつた。この成形体をAとする。こゝで粒
度100メツシユ以下とは、粒径149μm以上のもの
が該当する。 上記ブランケツトに加振および湿式法からなる
粒大粒状繊維除去処理を施して粒状繊維含有量を
減少させ、粒状繊維含有量を異にする複数のブラ
ンケツトを作製し、これらブランケツトから三種
のものを選定して前記と同一形状で、且つ同一か
さ密度の環状繊維成形体B〜Dを作製した。 各環状繊維成形体A〜Dの使用繊維量に対する
全粒状繊維含有量等をまとめれば下表の通りであ
る。
り強化した繊維強化軽合金部材に関する。 (2) 従来の技術 従来、軽合金製部材に対する強化用無機繊維と
しては、例えば金属繊維、セラミツク繊維等が用
いられているが、その性能、生産性、コスト等を
考慮すると、一般に断熱材として市販されている
セラミツク繊維が有利である。このセラミツク繊
維を製造する場合には、最も効率的で安価な方法
としてブローイング法が採用されており、この方
法は繊維原料を溶融した後、それを高速エアによ
りブローイングして繊維化するもので、チツプ状
繊維を得る上に非常に優れた方法であるが、ブロ
ーイング時溶融原料が粒状になり、その後繊維化
されるため、得られた繊維は一部に粒状部を有す
る形状となる。これら粒状部はブランケツト作製
時または繊維成形体成形時脱落してブランケツト
または繊維成形体中に粒状繊維(一般にシヨツト
と称される)として含有されることとなり、この
粒状繊維は一般に50重量%以上含有されている。 (3) 発明が解決しようとする問題点 本発明者等は、軽合金部材として内燃機関用ピ
ストンを選定し、そのトツプランド部およびリン
グ地帯を前記セラミツク繊維により強化した場合
に上記粒状繊維が与える影響について種々検討し
たところ下記のような問題のあることを究明し
た。 即ち、リング溝の旋削加工において、粒状繊維
はバイトとの接触により脆性破壊を惹起するた
め、その旋削面は平滑ではなく、ぎざぎざの凹凸
粗面となり、大きな切欠きをもつこととなるの
で、疲労起点になり易い。この切欠き効果は粒状
繊維の粒度および含有量と近密な相関関係を有
し、例えば、粒度が100メツシユ以下である第8
図斜線領域においては繊維強化部の疲れ強さが著
しく低下する。この傾向は繊維直径の大小、繊維
量の多少によつてはあまり影響されない。またリ
ング溝旋削加工時バイト刃先が粒度の粗い粒状繊
維に断続的に接触すると旋削抵抗が断続的に増
し、その結果バイト刃先の摩耗が激しく、繊維強
化部の被削性が悪くなり、リング溝加工精度が低
下する。さらに粒度の粗い粒状繊維は脱落し易い
ので、その脱落した粒状繊維により相手材である
シリンダスリーブの摩耗が促進される。 本発明は上記に鑑み、セラミツク繊維に含まれ
る粒状繊維の粒度及びその含有量を調整して疲れ
強さ、加工精度及び摺動特性の優れた前記繊維強
化軽合金部材を提供することを目的とする。 B 発明の構成 (1) 課題を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明は、少なくと
も一部をセラミツク繊維により強化した繊維強化
軽合金部材において、前記セラミツク繊維に含ま
れる粒状繊維の全含有量を使用繊維量に対して
34.0重量%以下に設定し、また粒度が100メツシ
ユ以下の前記粒状繊維の含有量を前記使用繊維量
に対して10.0重量%以下に設定したことを特徴と
する。 (2) 作用 前記のように粒状繊維の粒度およびその含有量
を調整することにより、粒状繊維に起因する切欠
き効果を抑制して疲れ強さを向上させ、また被削
性を良好にして優れた加工精度を有し、さらに粒
度の粗い粒状繊維の脱落を回避して優れた摺動特
性を有する軽合金部材を提供することができる。 (3) 実施例 以下、本発明の一実施例について説明する。 〔実施例〕 セラミツク繊維として下記の性状を有するもの
を使用した。 化学成分:Al2O3 47.3重量% SiO2 52.3重量% その他 0.36重量% 繊維長:短繊維〜250mm 平均繊維径:2.8μ 融 点:1760℃ 最高使用温度:1260℃ 上記繊維よりなるブラケツトを用いて、外形68
mm、内径54mm、厚さ20mmで、かさ密度0.2g/c.c.
の環状繊維成形体を作製した。この成形体の使用
繊維量に対する全粒状繊維含有量は53.0重量%、
また粒度が100メツシユを上回る粒状繊維含有量
xは使用繊維量に対して33.0重量%、さらに粒度
が100メツシユ以下の粒状繊維含有量yは使用繊
維量に対して19.7重量%、さらにまたy/xは
59.6であつた。この成形体をAとする。こゝで粒
度100メツシユ以下とは、粒径149μm以上のもの
が該当する。 上記ブランケツトに加振および湿式法からなる
粒大粒状繊維除去処理を施して粒状繊維含有量を
減少させ、粒状繊維含有量を異にする複数のブラ
ンケツトを作製し、これらブランケツトから三種
のものを選定して前記と同一形状で、且つ同一か
さ密度の環状繊維成形体B〜Dを作製した。 各環状繊維成形体A〜Dの使用繊維量に対する
全粒状繊維含有量等をまとめれば下表の通りであ
る。
【表】
第2図は各環状繊維成形体A〜Dにおける粒状
繊維の粒度に対する含有量の分布を示したもの
で、粒状繊維含有量の多いもの程度然にその分布
が広がるため粒度の粗大な粒状繊維の含有量も多
くなる。環状繊維成形体Aにおいては粒度が100
〜150メツシユの粒状繊維が最も多く、粗大粒状
繊維除去処理を施し、またその処理の程度を増
す、即ち環状繊維成形体B〜Cに至るに従い粗大
な粒状繊維が除去されて、その分布幅が狭まると
同時に粒度150〜200メツシユの微細な粒状繊維が
最も多くなる傾向にある。上記粗大粒状繊維除去
処理をさらに行つても粒度100メツシユ以下の粒
状繊維を完全に除去することは困難であり、第3
図に示すように粒度100メツシユ以下の粒状繊維
の減少は全粒状繊維含有量の減少となる。 前記各環状繊維成形体A〜Dを順次ピストン鋳
造用の鋳型内に設置し、マトリツクスMとしてマ
グネシウム合金を用いて高圧凝固鋳造法により第
1図に示すトツプランド部Lおよびリング地帯R
(但し、油かきリング溝部を除く。)を繊維強化し
た四種類の内燃機関用ピストンA′〜D′を鋳造し
た。この種ピストンは、トツプランド部Lおよび
リング地帯Rが繊維強化されているので、それら
の高温強度が高く、またトツプランド部Lに囲繞
されるヘツド主体部がマグネシウム合金より構成
されているので放熱性が良好であるといつた利点
を有する。 鋳造後各ピストンA′〜D′に旋削加工等の機械
加工を施して第1、第2リング溝R1,R2、油か
きリング溝O等を形成した後、各ピストンA′〜
D′のリング溝加工精度を比較したところ第4、
第5図の結果が得られた。 第4図はリング溝幅精度を示し、ピストンB′,
C′,D′が許容される精度範囲に属し、ピストン
A′は不適当であつた。 また第5図はリング溝たおれを示し、ピストン
C′,D′が許容される精度範囲に属しピストンA′,
B′は不適当であつた。 この場合、リング溝たおれとは、第1リング溝
R1の底面に、その開口縁より20mmだけ突出する
ような長さを持つた角棒3の一端を当接した状態
において、或基準面よりリング溝開口縁での角棒
3上面までの距離aと、前記基準面より角棒3の
先端上縁までの距離bとの差を意味する。また、
第4、第5図において、旋削長さとは、その長さ
分旋削加工を行つた工具を用いてリング溝を旋削
加工した場合を意味する。 第4、第5図から明らかなように、リング溝幅
精度およびリング溝たおれの両方の許容精度範囲
に属するピストンC′,D′が加工精度の面から最適
であり、これはピストンC′,D′において用いられ
た環状繊維成形体の全粒状繊維含有量が26.4、
16.4重量%と低く、また粒度100メツシユ以下の
粒状繊維含有量も7.0、0.8重量%と低いので、リ
ング溝加工時にバイト刃先に作用する断続的な旋
削抵抗が軽減され、その結果バイト刃先の摩耗を
低減して繊維強化部の被削性が著しく向上するこ
とに起因する。これはリング幅(軸方向高さ)
1.5mm以下において、その効果が大きい。 各ピストンA′〜D′に疲れ試験を行うため、そ
れらの第1リング溝R1に第6図に示す単体疲れ
試験機1のチヤツク2を挟み、ガス圧(最高50
Kg/cm2)相当の負荷を400時間繰返して第1リン
グ溝R1に加え、S−N値とばらつきを考慮して
疲労破損確率を求めたところ第7図の結果が得ら
れた。 第7図から明らかなように、粒度100メツシユ
以下の粒状繊維含有量が10.0重量%以下であるピ
ストンC′,D′は十分な疲れ強さを有するが、粒度
100メツシユ以下の粒状繊維量が10.0重量%を越
えると粒度の粗い粒状繊維が増加して、切欠き効
果が著しく増大するため疲れ強さが減少し、実用
上信頼性にかけることが判明した。 また摺動特性について調べたところ、ピストン
C′,D′については粒度が100メツシユ以下の粒状
繊維含有量が少ないので、その脱落も抑制され、
これによりシリンダスリーブの摩耗量が減少し、
ピストンC′,D′は優れた摺動特性を有することが
判明した。 さらに各種環状繊維成形体を用いてピストンを
鋳造し、それらピストンについて前記同様の比較
等を行つたところ、疲れ強さ、加工精度および摺
動特性を向上させるためには、第2図斜線領域の
ように、全粒状繊維含有量が34.0重量%以下、粒
度100メツシユを上回る粒状繊維含有量xが24.0
重量%以下、粒度100メツシユ以下の粒状繊維含
有量yが10.0重量%以下およびy/xが41.7以下
の各条件を満たす必要のあることが確認された。 C 発明の効果 本発明によれば、粒状繊維の粒度およびその含
有量を前記のように調整することにより、粒状繊
維に起因する切欠き効果を抑制して疲れ強さを向
上させ、また被削性を良好にして優れた加工精度
を有し、さらに粒度の粗い粒状繊維の脱落を回避
して優れた摺動特性を有する軽合金部材を提供す
ることができる。
繊維の粒度に対する含有量の分布を示したもの
で、粒状繊維含有量の多いもの程度然にその分布
が広がるため粒度の粗大な粒状繊維の含有量も多
くなる。環状繊維成形体Aにおいては粒度が100
〜150メツシユの粒状繊維が最も多く、粗大粒状
繊維除去処理を施し、またその処理の程度を増
す、即ち環状繊維成形体B〜Cに至るに従い粗大
な粒状繊維が除去されて、その分布幅が狭まると
同時に粒度150〜200メツシユの微細な粒状繊維が
最も多くなる傾向にある。上記粗大粒状繊維除去
処理をさらに行つても粒度100メツシユ以下の粒
状繊維を完全に除去することは困難であり、第3
図に示すように粒度100メツシユ以下の粒状繊維
の減少は全粒状繊維含有量の減少となる。 前記各環状繊維成形体A〜Dを順次ピストン鋳
造用の鋳型内に設置し、マトリツクスMとしてマ
グネシウム合金を用いて高圧凝固鋳造法により第
1図に示すトツプランド部Lおよびリング地帯R
(但し、油かきリング溝部を除く。)を繊維強化し
た四種類の内燃機関用ピストンA′〜D′を鋳造し
た。この種ピストンは、トツプランド部Lおよび
リング地帯Rが繊維強化されているので、それら
の高温強度が高く、またトツプランド部Lに囲繞
されるヘツド主体部がマグネシウム合金より構成
されているので放熱性が良好であるといつた利点
を有する。 鋳造後各ピストンA′〜D′に旋削加工等の機械
加工を施して第1、第2リング溝R1,R2、油か
きリング溝O等を形成した後、各ピストンA′〜
D′のリング溝加工精度を比較したところ第4、
第5図の結果が得られた。 第4図はリング溝幅精度を示し、ピストンB′,
C′,D′が許容される精度範囲に属し、ピストン
A′は不適当であつた。 また第5図はリング溝たおれを示し、ピストン
C′,D′が許容される精度範囲に属しピストンA′,
B′は不適当であつた。 この場合、リング溝たおれとは、第1リング溝
R1の底面に、その開口縁より20mmだけ突出する
ような長さを持つた角棒3の一端を当接した状態
において、或基準面よりリング溝開口縁での角棒
3上面までの距離aと、前記基準面より角棒3の
先端上縁までの距離bとの差を意味する。また、
第4、第5図において、旋削長さとは、その長さ
分旋削加工を行つた工具を用いてリング溝を旋削
加工した場合を意味する。 第4、第5図から明らかなように、リング溝幅
精度およびリング溝たおれの両方の許容精度範囲
に属するピストンC′,D′が加工精度の面から最適
であり、これはピストンC′,D′において用いられ
た環状繊維成形体の全粒状繊維含有量が26.4、
16.4重量%と低く、また粒度100メツシユ以下の
粒状繊維含有量も7.0、0.8重量%と低いので、リ
ング溝加工時にバイト刃先に作用する断続的な旋
削抵抗が軽減され、その結果バイト刃先の摩耗を
低減して繊維強化部の被削性が著しく向上するこ
とに起因する。これはリング幅(軸方向高さ)
1.5mm以下において、その効果が大きい。 各ピストンA′〜D′に疲れ試験を行うため、そ
れらの第1リング溝R1に第6図に示す単体疲れ
試験機1のチヤツク2を挟み、ガス圧(最高50
Kg/cm2)相当の負荷を400時間繰返して第1リン
グ溝R1に加え、S−N値とばらつきを考慮して
疲労破損確率を求めたところ第7図の結果が得ら
れた。 第7図から明らかなように、粒度100メツシユ
以下の粒状繊維含有量が10.0重量%以下であるピ
ストンC′,D′は十分な疲れ強さを有するが、粒度
100メツシユ以下の粒状繊維量が10.0重量%を越
えると粒度の粗い粒状繊維が増加して、切欠き効
果が著しく増大するため疲れ強さが減少し、実用
上信頼性にかけることが判明した。 また摺動特性について調べたところ、ピストン
C′,D′については粒度が100メツシユ以下の粒状
繊維含有量が少ないので、その脱落も抑制され、
これによりシリンダスリーブの摩耗量が減少し、
ピストンC′,D′は優れた摺動特性を有することが
判明した。 さらに各種環状繊維成形体を用いてピストンを
鋳造し、それらピストンについて前記同様の比較
等を行つたところ、疲れ強さ、加工精度および摺
動特性を向上させるためには、第2図斜線領域の
ように、全粒状繊維含有量が34.0重量%以下、粒
度100メツシユを上回る粒状繊維含有量xが24.0
重量%以下、粒度100メツシユ以下の粒状繊維含
有量yが10.0重量%以下およびy/xが41.7以下
の各条件を満たす必要のあることが確認された。 C 発明の効果 本発明によれば、粒状繊維の粒度およびその含
有量を前記のように調整することにより、粒状繊
維に起因する切欠き効果を抑制して疲れ強さを向
上させ、また被削性を良好にして優れた加工精度
を有し、さらに粒度の粗い粒状繊維の脱落を回避
して優れた摺動特性を有する軽合金部材を提供す
ることができる。
第1図は本発明の一実施例の縦断側面図、第2
図は粒状繊維の粒度と粒状繊維の含有量の関係を
示すグラフ、第3図は全粒状繊維含有量と粒度
100メツシユ以下の粒状繊維含有量の関係を示す
グラフ、第4図はリング溝幅精度において、旋削
長さと誤差の関係を示すグラフ、第5図はリング
溝たおれにおいて、旋削長さと誤差の関係を示す
グラフ、第6図は疲れ試験の説明図、第7図は粒
度100メツシユ以下の粒状繊維含有量と破損確率
の関係を示すグラフ、第8図は粒状繊維の粒度と
応力の関係を示すグラフである。 C′……ピストン、C……環状繊維成形体、L…
…トツプランド部、M……マトリツクス、R……
リング地帯。
図は粒状繊維の粒度と粒状繊維の含有量の関係を
示すグラフ、第3図は全粒状繊維含有量と粒度
100メツシユ以下の粒状繊維含有量の関係を示す
グラフ、第4図はリング溝幅精度において、旋削
長さと誤差の関係を示すグラフ、第5図はリング
溝たおれにおいて、旋削長さと誤差の関係を示す
グラフ、第6図は疲れ試験の説明図、第7図は粒
度100メツシユ以下の粒状繊維含有量と破損確率
の関係を示すグラフ、第8図は粒状繊維の粒度と
応力の関係を示すグラフである。 C′……ピストン、C……環状繊維成形体、L…
…トツプランド部、M……マトリツクス、R……
リング地帯。
Claims (1)
- 1 少なくとも一部をセラミツク繊維により強化
した繊維強化軽合金部材において、前記セラミツ
ク繊維に含まれる粒状繊維の全含有量を使用繊維
量に対して34.0重量%以下に設定し、また粒度が
100メツシユ以下の前記粒状繊維の含有量を前記
使用繊維量に対して10.0重量%以下に設定したこ
とを特徴とする、繊維強化軽合金部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20325686A JPS6244543A (ja) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | 繊維強化軽合金部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20325686A JPS6244543A (ja) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | 繊維強化軽合金部材 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56094461A Division JPS57210140A (en) | 1981-06-18 | 1981-06-18 | Fiber reinfoced piston for internal combustion engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6244543A JPS6244543A (ja) | 1987-02-26 |
| JPH0364582B2 true JPH0364582B2 (ja) | 1991-10-07 |
Family
ID=16471010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20325686A Granted JPS6244543A (ja) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | 繊維強化軽合金部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6244543A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57210140A (en) * | 1981-06-18 | 1982-12-23 | Honda Motor Co Ltd | Fiber reinfoced piston for internal combustion engine |
-
1986
- 1986-08-29 JP JP20325686A patent/JPS6244543A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6244543A (ja) | 1987-02-26 |
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