JPH04274862A - 複合強化ピストン - Google Patents

複合強化ピストン

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Publication number
JPH04274862A
JPH04274862A JP5794291A JP5794291A JPH04274862A JP H04274862 A JPH04274862 A JP H04274862A JP 5794291 A JP5794291 A JP 5794291A JP 5794291 A JP5794291 A JP 5794291A JP H04274862 A JPH04274862 A JP H04274862A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reinforced
piston
pressure ring
reinforcing material
hybrid fiber
Prior art date
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Pending
Application number
JP5794291A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenichi Tanaka
健一 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
EE M TECHNOL KK
Original Assignee
EE M TECHNOL KK
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Publication date
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Publication of JPH04274862A publication Critical patent/JPH04274862A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00Pistons 
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00Metals
    • F05C2201/02Light metals
    • F05C2201/021Aluminium

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はホウ酸アルミニウムウィ
スカ−と1種又は2種以上を含む無機質短繊維とから成
るハイブリッド繊維を強化材とした安価で、耐摩耗性,
耐熱性及び切削性の良好な複合強化ピストンに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、アルミニウム合金のピストン本体
の圧力リング溝部を強化材で強化した複合強化ピストン
に関しては、特開昭58−93560号に、セラミック
ス等の繊維を用いた強化材でピストン本体の圧力リング
溝部を補強したものが開示されている。
【0003】またアルミニウム合金のピストン本体の冠
部(またはヘッド部とも言う)を強化材で複合強化した
複合強化ピストンに関しては、本発明者が提案した特願
昭63−108207号には、アルミニウム合金のピス
トン本体の冠部をチタン酸カリウムウィスカ−の強化材
で複合強化した安価で、耐熱性及び切削性の良好な複合
強化ピストンが開示されている。更に、アルミニウム合
金のピストン本体の圧力リング溝部及び冠部を一体の同
じ強化材で複合強化した複合強化ピストンを製作するた
めには、圧力リング溝部に必要な性能、例えば切削性,
耐摩耗性,適度な熱膨張率が必ず必要であり、また冠部
に必要な性能、例えば耐熱性,耐熱疲労が必ず必要と成
り、両者の性能を満足する強化材は今までに無かった。 従って、圧力リング溝部及び冠部を一体の同じ強化材で
複合強化した複合強化ピストンは以前に無かった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記強化材としては一
般にアルミナ質短繊維が用いられ、該強化材で圧力リン
グ溝部が複合強化された複合強化ピストンは、耐摩耗性
が良好であるが、相手材を著しく損ねたり、或は後加工
する際、非常に切削性が悪いため加工代が高くなり、生
産性が悪かった。しかもアルミナ質短繊維自体の価格が
非常に高価であるため製造単価に影響し、コストダウン
が困難であった。
【0005】また前記チタン酸カリウムウィスカ−を用
いた強化材で冠部が複合強化された複合強化ピストンは
安価であり、且つ耐熱性及び切削性が良好であるが、ピ
ストンの特性としては充分なものと言えない。特に、ト
ラック等のエンジン用ピストンはトラックの寿命が来る
間に必ず1回以上のピストン交換が行われている。尚、
ピストンの重量はエンジン性能に直接影響するので、各
自動車メ−カ−に於いてはピストン交換が不要で軽量な
ピストンの開発も要望されていた。
【0006】本発明は強化材自体が安価で、耐摩耗性及
び切削性が非常に良好なホウ酸アルミニウムウィスカ−
に無機質短繊維の1種又は2種以上が混成されたハイブ
リッド繊維を強化材として用い、加工代がコストダウン
でき、耐摩耗性,耐熱性等の機械的特性がより一層良好
で、ピストン交換が不要で軽量な複合強化ピストンを提
供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記従来の問題
点を解決するために成されたものであり、つまりアルミ
ニウム合金のピストン本体の圧力リング溝部,冠部の一
方或は両方が、ホウ酸アルミニウムウィスカ−と1種又
は2種以上を含む無機質短繊維とから成るハイブリッド
繊維を適宜に形成させて強化材とし、その強化材にアル
ミニウム合金を含浸し複合強化させて成す。
【0008】
【実施例】図1は圧力リング溝がハイブリッド繊維の強
化材で強化された第1発明の実施例を示す図面であり、
この図面に基づいて説明すると、(1)はアルミニウム
合金で鋳造されるピストン本体である。(2)はピスト
ン本体(1)の圧力リング溝部であり、(3)はピスト
ン本体(1)の冠部である。(4)は補強材として用い
るハイブリッド繊維であり、該ハイブリッド繊維(4)
としてはホウ酸アルミニウムウィスカ−と、アルミナ質
短繊維又はセラミック短繊維等の無機質短繊維の、1種
又は2種以上を含ませたものを用いる。このうちホウ酸
アルミニウムウィスカ−の化学式は9Al2O3・2B
2O3で表され、その径は約0.1〜1.0μm,長さ
は約5〜30μmのものを用いる。また前記アルミナ質
短繊維はAl2O3質を80%以上含み、残りをMgO
やSiO2などからなるもので、その径は約2〜5μm
の不連続繊維で、長さは数Cmから10μmまでの適当
な長さのものを用いることが可能である。又、前記セラ
ミック短繊維はAl2O3質を80%未満含み、残りを
SiO2,MgO,CaO,B2O3などの酸化物から
なるもので、その径は約1〜10μmの不連続繊維で、
長さは数Cmから10μmまで、適当な長さのものを用
いることが可能である。 尚、前記ハイブリッド繊維(4)の具体例としては、ホ
ウ酸アルミニウムウィスカ−と、アルミナ質短繊維又は
セラミック短繊維の一種又は両方を含むものとを用い、
その比率はホウ酸アルミニウムウィスカ−が20%以上
90%以下含まれていれば良く、20%以下では、複合
材としての耐摩耗性は充分であるが、相手材を著しく摩
耗によって損なうので好ましくなく、90%以上だと複
合材としての耐摩耗性が不充分である。又、90%以上
だとホウ酸アルミニウムウィスカ−の長さが短かいため
、繊維の成形体の強度が充分でなく、その後の工程の鋳
造工程での加圧により、成形体が破壊されたり、変形し
たりして所期の目的を達成させることは困難である。よ
り好ましいホウ酸アルミニウムウィスカ−の比率は、4
0%以上85%以下が望ましい。尚、前記アルミナ質短
繊維とセラミック短繊維の比率は、特に制約はなく、単
独でホウ酸アルミニウムウィスカ−と混合しても良く、
両方を同時にホウ酸アルミニウムウィスカ−と混合して
も構わない。しかしながら、アルミナ質短繊維又はセラ
ミック短繊維のいずれも、平均長さとしては30μm以
上、より好ましくは50μm以上のものを使用した方が
、より強度の大きい繊維成形体を得ることが出来る。
【0009】また前記ハイブリッド繊維(4)を円環状
に形成させ強化材として成形する方法及びその鋳造する
方法については、本提案者が提案した特願昭62−27
0032号の「繊維強化複合鋳造体の製造方法」の中で
開示する如く、先ず液体中に前記ハイブリッド繊維(4
)を投入すると共に撹拌させて分散懸濁し、布等を用い
て堆積凝集させた後に接合剤を添加して所定形状に圧縮
成形する。それを乾燥及び加熱焼成させ、体積率20%
のハイブリッド繊維(4)の強化材を得る。次にこの所
定形状に形成したハイブリッド繊維(4)を図示しない
ピストン用金型内の所定位置にセットし、その金型内に
700℃のJIS−AC8A合金湯を鋳込んで複合強化
ピストンを成形する。
【0010】図2は冠部がハイブリッド繊維で強化され
た第2発明の実施例を示す図面であり、この発明が第1
発明と異なるところは、ハイブリッド繊維(4)の形状
が円盤状であり、その複合強化される部分が冠部(3)
であること以外は同一である。
【0011】図3は圧力リング溝部及び冠部がハイブリ
ッド繊維で強化された第3発明の実施例を示す図面であ
り、この発明が第1・2発明と異なるところは、ハイブ
リッド繊維(4)の形が帽子形状であり、その複合強化
される部分が圧力リング溝部及び冠部であること以外は
同一である。
【0012】次ぎにハイブリッド繊維で強化した本発明
品と、ホウ酸アルミニウムウィスカ−だけで強化したも
の及びアルミナ質短繊維で強化した従来品と、チタン酸
カリウムウィスカ−で強化した従来品との特性を比較す
る。つまり繊維成形体の成形方法や鋳込み方法等の条件
を同一にさせ成形して繊維成形体及び複合材を作製する
。その後、各複合材から試験片を作製し、切削性,耐摩
耗性,相手材への損傷,熱膨張率,300℃時に於ける
引張り試験の測定を行う。また耐熱疲労試験を行うに当
り、先ず外径80mm,内径20mm,厚さ15mmの
円環状の各試験片(5)を作製する(図4参照)。この
試験片(5)の耐熱疲労試験方法としては、図5に示す
耐熱疲労試験過程を1サイクル(=60秒)とし、前記
試験片(5)の中心穴周辺にクラックが最初に現われる
迄の耐熱疲労試験を行い、その試験結果のサイクル数を
測定する。又、繊維成形体の強度試験は、先ず縦10m
m,横10mm,長さ75mmの角棒状の各試験片(6
)を作製し、図6に示す如く、前記試験片(6)の一端
から15mmを図中の支持金具で挾持させ、且つ他端か
ら10mmの位置で破断するまで荷重を加え、その荷重
を測定する。
【0013】上記切削性,耐摩耗性,相手材への損傷,
熱膨張率,300℃時に於ける引張り試験,耐熱疲労,
繊維成形体の強度試験の結果を下記表に示す。
【0014】
【0015】以上のように本発明品はホウ酸アルミニウ
ムウィスカ−で強化した従来品と比べ、耐摩耗性が良く
、耐熱疲労試験によるクラックが最初に現れるまでのサ
イクル数が約3割増加し、繊維成形体の強度が約2.4
倍増加する。
【0016】また本発明品はアルミナ質短繊維で強化し
た従来品と比べ、切削性が良好であると共に相手材への
損傷が殆ど無く、熱膨張率が1.6割程度小さくなって
熱に対する安定度を増加させ、且つ300℃時に於ける
引張り強度が3倍向上すると共に耐熱疲労試験によるク
ラックが最初に現れるまでのサイクル数が約9.5倍以
上も向上した。
【0017】又、本発明品はチタン酸カリウムウィスカ
−で強化した従来品と比べ、耐摩耗性が良く、熱膨張率
が1割程度小さくなって熱に対する安定度を増加させ、
且つ300℃時に於ける引張り強度が約3割向上すると
共に耐熱疲労試験によるクラックが最初に現れるまでの
サイクル数が約1.9倍以上も向上し、繊維成形体の強
度が約2.1倍増加され、機械強度,耐摩耗性,耐熱疲
労特性が充分に満足されるものと成る。
【0018】
【発明の効果】このように圧力リング溝部(2)がハイ
ブリッド繊維(4)で複合強化した複合強化ピストンを
鋳造すれば、切削性が良好であるため、ピストン本体(
1)の圧力リング溝部(2)の後加工が容易となり、且
つ強化材としてのハイブリッド繊維(4)自体の単価が
安価であるためコストダウンも可能となる。
【0019】又、冠部(3)がハイブリッド繊維(4)
で複合強化した複合強化ピストンは、相手材への損傷が
少なく、耐熱性,耐熱疲労特性,機械強度,耐摩耗性が
従来のものよりも更に向上して充分に満足された特性と
なるので、ピストンの交換が不要となり、且つ、軽量化
の点に於いても、ハイブリッド繊維(4)の比重は2.
97〜3.08であり、チタン酸カリウムウィスカ−の
比重が3.30であるため、チタン酸カリウムウィスカ
−よりも軽く、一般のトラック用ピストンを製作すると
、重量が約20g軽量化され、エンジン性能の向上にも
貢献出来るものとなる。
【0020】更に圧力リング溝部(2)と冠部(3)が
ハイブリッド繊維(4)で複合強化された複合強化ピス
トンは、上記のように圧力リング溝部(2)と冠部(3
)とに必要なそれぞれの性能が満足出来るものと成るた
め、同じハイブリッド繊維(4)で一体成形したものを
強化材として使用でき、生産性が向上するのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の圧力リング溝部がハイブリッド繊維の
強化材で強化された第1発明の実施例を示す説明図であ
る。
【図2】本発明の冠部がハイブリッド繊維の強化材で強
化された第2発明の実施例を示す説明図である。
【図3】本発明の圧力リング溝部及び冠部がハイブリッ
ド繊維の強化材で強化された第3発明の実施例を示す説
明図である。
【図4】本発明品の試験片を示す斜視図である。
【図5】本発明品の耐熱疲労試験内容を示す説明図であ
る。
【図6】強化材として使用される各繊維成形体の強度試
験方法を示す説明図である。
【符号の説明】
1  ピストン本体 2  圧力リング溝部 3  冠部 4  ハイブリッド繊維

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  アルミニウム合金のピストン本体(1
    )の圧力リング溝部(2)を、ホウ酸アルミニウムウィ
    スカ−と1種又は2種以上を含む無機質短繊維とから成
    るハイブリッド繊維(4)で複合強化したことを特徴と
    する複合強化ピストン。
  2. 【請求項2】  アルミニウム合金のピストン本体(1
    )の冠部(3)を、ホウ酸アルミニウムウィスカ−と1
    種又は2種以上を含む無機質短繊維とから成るハイブリ
    ッド繊維(4)で複合強化したことを特徴とする複合強
    化ピストン。
  3. 【請求項3】  アルミニウム合金のピストン本体(1
    )の圧力リング溝部(2)及び冠部(3)を、ホウ酸ア
    ルミニウムウィスカ−と1種又は2種以上を含む無機質
    短繊維とから成るハイブリッド繊維(4)で複合強化し
    たことを特徴とする複合強化ピストン。
JP5794291A 1991-02-28 1991-02-28 複合強化ピストン Pending JPH04274862A (ja)

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JP5794291A JPH04274862A (ja) 1991-02-28 1991-02-28 複合強化ピストン

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JPH04274862A true JPH04274862A (ja) 1992-09-30

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JP5794291A Pending JPH04274862A (ja) 1991-02-28 1991-02-28 複合強化ピストン

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JP (1) JPH04274862A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112648104A (zh) * 2020-12-07 2021-04-13 中国兵器科学研究院宁波分院 晶须增强铝合金活塞及制备方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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