JPH0478706B2 - - Google Patents

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JPH0478706B2
JPH0478706B2 JP61222662A JP22266286A JPH0478706B2 JP H0478706 B2 JPH0478706 B2 JP H0478706B2 JP 61222662 A JP61222662 A JP 61222662A JP 22266286 A JP22266286 A JP 22266286A JP H0478706 B2 JPH0478706 B2 JP H0478706B2
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JP
Japan
Prior art keywords
reinforcing particles
particles
mechanical alloying
composite material
volume ratio
Prior art date
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Expired - Lifetime
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JP61222662A
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English (en)
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JPS6376904A (ja
Inventor
Tsunemasa Miura
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.)
Altemira Co Ltd
Original Assignee
Showa Aluminum Corp
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Publication date
Application filed by Showa Aluminum Corp filed Critical Showa Aluminum Corp
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Publication of JPS6376904A publication Critical patent/JPS6376904A/ja
Publication of JPH0478706B2 publication Critical patent/JPH0478706B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野 この発明は、圧縮機や内撚機関に使用されるコ
ネクテイングロツド、特に軽量化の要請に応えて
材質的に改善されたコネクテイングロツドに関す
る。 従来の技術 コネクテイングロツドは、高速運転に伴う往復
慣性力を極力小さくして振動を少なくするため
に、可及的軽量であることが望まれる。一方、慣
性力によつて破壊しないだけでなく、騒音低下、
エンジン効率の向上等のために、弾性変形を少な
くして極力ピストン上死点におけるクリアランス
を小さくすることが必要である。 従来、上記のような要請に対応するものとし
て、Al−Cu系のA2024合金、あるいは過共晶範
囲に多量のSiを含有するAl−高Si合金よるなる
コンロツドが使用されている。 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記のような高強度アルミニウ
ム合金を用いたコネクテイングロツドの場合、材
質的にその弾性率はせいぜい7500〜8000Kgf/mm2
程度であり、期待値に対して未だ充分に満足すべ
きものではなかつた。このため、即ち弾性率が低
いために、その分の強度を補うべく、断面積を大
きくせざるを得ず、軽量化の要請に十分な満足を
与えることができなかつた。 問題点を解決する為の手段 この発明は、弾性率及び高温強度特性に極めて
優れた特定構成の粒子分散形Al基複合材を用い
ることにより、コネクテイングロツドの軽量化、
小型化に成功したものである。 即ち、この発明はメカニカルアロイングによつ
てアルミニウムまたはアルミニウム合金マトリツ
クスと強化粒子とが複合化され、上記マトリツク
ス中に強化粒子が分散された粒子強化による複合
材であつて、前記強化粒子の平均粒径1が10μm
以下であり、かつメカニカルアロイングによつて
不可避的に含有されるO及びCの合計含有量が、
酸化物としてのAl2O3及び炭化物としてのAl4C3
の容積比〔Vf(Al2O3+Al4C3)〕において、 Vf(Al2O3+Al4C3)≦20% であり、しかも強化粒子と前記O及びCの合計含
有量が、強化粒子の容積比と前記Al2O3及びAl4
C3の容積比との合計値〔Vf(強化粒子)+Vf(Al2
O3+Al4C3)〕において、Vf(強化粒子)+Vf(Al2
O3+Al4C3)≦40%であることを特徴とする、コ
ネクテイングロツドを要旨とする。 ところで、軽量かつ高強度素材として、アルミ
ニウムベースの粒子分散形複合材の存在は従来か
ら良く知られているところである。斯る複合材に
あつて、その特性を充分に発揮せしめるために
は、強化粒子がマトリツクス中に均一に分散して
いることが重要である。而して、従来、粒子分散
形複合材の製造においては、強化粒子の均一分散
性を向上する目的から、メカニカルアロイングの
技術を利用することが検討され注目されている。
即ち、メカニカルアロイングにより、予めマトリ
ツクス材料と強化粒子との間に強い結合を生じさ
せた複合粉をつくり、この複合粉を二次的材料と
して通常の粉末冶金の技術に従つて複合材を製造
することが検討されている(例えば特開昭60−
131943号、同60−1319号、同60−9837号参照)。 ところが、メカニカルアロイングの技術を用い
て製造されたアルミニウム基複合材においては、
概して延性が低く脆くなる傾向を示し、低靱性、
難加工であるというような問題を有するところか
ら、コネクテイングロツドへの適用は阻まれてい
たのが実情である。 本発明者は、このような問題点の原因について
考究したところ、その主要な1つの原因として、
メカニカルアロイングを用いるかぎり、該工程中
に不可避的に入り込んでくるO及びCの含有によ
り、その結果生成される百乃至数百Åオーダーの
微細な酸化物であるAl2O3及び炭化物であるAl4
C3粒子の分散によつて、マトリツクス中におけ
る平均粒子間距離が短くなつて転位の拘束力が高
まるため、延性の低下をもたらし、脆くなるもの
であることを解明し得た。この発明は、斯る知見
から、複合材中のO,Cの含有量を強化粒子の分
散含有量との相対関係で制御することにより、良
好な延性を保持しつつ、高弾性、高耐熱強度を得
て、コネクテイングロツドへの適用の道を開いた
ものである。 この発明によるコネクテイングロツドは、その
材料として用いる粒子分散形Al基複合材、特に
メカニカルアロイングによつてアルミニウムまた
はアルミニウム合金マトリツクスと強化粒子とが
複合化され、上記マトリツクス中に強化粒子が分
散された粒子強化による複合材において、次の条
件を満たすべきものとする。 (1) 先ず、メカニカルアロイングによつて不可避
的に含有される複合材中のO及びCの含有量
が、それらによつて生じる酸化物Al2O3及び炭
化物Al4C3の合計における容積比において20%
以下であるものとする。 即ち、前記O及びCの合計含有量を、前記強
化粒子以外の、百乃至数百Åオーダーの極めて
微細な微粒子として分散しているAl2O3及び
Al4C3の重量百分率から下記の式によりそれら
の体積分率、即ち容積比〔Vf(Al2O3+Al4
O3)〕に換算する。 Vf(Al2O3+Al4C3)=1.71×(wt%Al2O3)+
3.71×(wt%Al4C3) そして、この容積比が、 Vf(Al2O3+Al4O3)≦20% であることを必要条件とする。 このOとCの合計含有量がAl2O3及びAl4C3
の合計容積比において20%をこえると、複合材
のマトリツクス中において上記酸化物及び炭化
物の平均粒子間距離が短いものとなり、転移の
拘束力が高まる結果、複合材の延性の低下、脆
化を招き、所期する高弾性率を得ることができ
ない。最も好ましくは、O及びCの含有量の範
囲は上記酸化物及び炭化物の容積比の合計にお
いて、 Vf(Al2O3+Al4C3)≦10% に制御されるべきである。 (2) 次に、強化粒子と前記O及びCの合計含有量
が、強化粒子の容積比と前記Al2O3及びAl4C3
の容積比との合計値〔Vf(強化粒子)+Vf(Al2
O3+Al4C3)〕において40%以下であること、
即ち Vf(強化粒子)+Vf(Al2O3 +Al4C3)≦40% であることを必要とする。 この値が40%をこえるときも、延性の低下に
より材料が脆いものとなり、所期の高弾性複合
材を得ることができない。 (3) 更に、強化粒子の平均粒径1が10μ以下、即
ち 1≦10μm であることを必要とする。即ち、粒子強化によ
る複合材の場合、その強化粒子には少なくとも
平均粒径0.1μm以上のものが用いられ、最も一
般的には1μm以上のものが用いられるが、一
方、その平均粒径が10μmをこえるような粗大
なものを用いるときは、均一分散性が悪くなる
ため、複合材の機械的強度の向上効果に乏し
く、延性、ヤング率も低いものとなる。好まし
くは上記平均粒径1は5μm以下のものを用い
るのが良い。 上記複合材の製造は、Al粉末と強化粒子とを
必要に応じて予備混合したのち、メカニカルアロ
イング処理を行つて複合粉とし、これを回収して
圧粉容器に充填し、加熱による脱ガス処理を行
う。そして更に熱間圧粉を行つて所定の塊とした
のち、熱間押出し、熱間鍛造、熱間圧延等の所要
の熱間加工を施して所期する分散強化形Al基複
合材を得るものである。なお、上記工程は、バツ
チ処理工程によるが、連続処理工程で複合材をつ
くる場合は、メカニカルアロイング後、搬送、加
熱脱ガス、コンテナ充填、熱間圧粉の処理を順次
行い、次いで上記熱間押出し等の成形加工を施し
て複合材とするものである。そして、この発明の
コネクテイングロツドは、上記により製造された
複合材を、更に鍛造等の2次加工を施して製品と
するものである。 上記製造工程において、この発明のコネクテイ
ングロツドは、O及びCの含有量を複合材の製造
工程において前記の範囲に制御する手段として、
特にメカニカルアロイング工程から、回収または
搬送、脱ガス、熱間圧粉に至る一連の工程を、
Arガス、N2ガス、あるいは真空等により非酸化
性に制御した雰囲気中で行い、もつてOの侵入を
防ぐものとすると共に、かつメカニカルアロイン
グ工程中に混合粉末材料中に必要的に添加される
有機焼付き防止剤の添加量を可及的少量に規制し
て、複合材中にCが過剰に含有されないようにす
る。 焼付き防止剤には、エタノールその他の各種有
機溶剤が使用される。従つて、その添加量が増え
るに従つて、複合材中に多くのCが含有される結
果を生じるので、可及的少ない添加量を選ぶべき
であるが、メカニカルアロイングを支障なく行う
ためには、マトリツクスAl粉末及び強化粒子の
混合物の全体重量1Kgに対し、概ね5c.c.程度は最
低必要である。しかしながら、60c.c.をこえて多量
に添加することは有害であり、好ましくは40c.c.程
度以下の範囲で使用することが望ましい。 マトリツクスとするAlまたはその合金粉末は、
特に限定されるものではないが、それ自体も高強
度のものを選んで使用することが望ましい。例え
ばA6000系の合金を好適に使用しうるが、他の系
の各種のものを任意に単独または組合わせにおい
て使用しても良い。そのAl粉末の平均粒径は20μ
m程度のものが一般的に良好に用いられる。 一方、強化相のための強化粒子は、既知の硬い
酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、金属間化合
物の群から選択される任意の1種または2種以上
が用いられる。 発明の効果 前記の構成になるこの発明のコネクテイングロ
ツドは、それ自体高弾性率、高耐熱強度を有し、
ひいてはその肉厚を減らして大幅な軽量化を達成
しうる。ちなみに従来のA2024合金を用いたコネ
クテイングロツドに較べ、20%以上の軽量化が可
能となり、小型化、騒音低下、エンジン効率の向
上等に貢献しうる。 実施例 実施例 1
【表】 上記表1に示すAl粉末と強化粒子とを、予備
混合し、これをアトライターを使用して、Arガ
ス雰囲気中で3時間のメカニカルアロイング処理
を行い複合粉を製造した。このメカニカルアロイ
ング工程において焼付防止剤としてエタノール22
c.c./1Kgの割合で添加した。比較例の試料No.4
は、エタノール添加量を73c.c./1Kgとした。 次に、メカニカルアロイングを終えた複合粉を
回収し、Al製圧粉容器に充填した。この回収・
充填を、試料No.1〜3についてはArガス雰囲気
中で行い、試料No.4については大気中で行つた。
そして圧粉容器を3×10-3torrの真空下で、いず
れも500℃×5時間の加熱脱ガス処理を施したの
ち、熱間プレス機により、500℃×7000Kg/cm2
条件で圧粉成形を行つた。続いて押出比10:1、
押出し温度450℃で熱間押出し成形を行い、得ら
れた各種のAl基複合材に鍛造加工を施して、図
示のような油孔4を有する連杆部3の両端に小端
部2と大端部1を有するコネクテイングロツドA
を制作した。 そこで、この得られたコネクテイングロツドに
つき、T6調質処理後、それらの有する機械的性
質を調べると共に、O及びCの含有量を調べた。
そして、従来のA2024合金製のコネクテイングロ
ツドの機械的性質と比較した。結果を表2及び表
3に示す。
【表】 δ:伸び
【表】 上表2,3に示されるように、この発明に従う
試料No.1〜3のコネクテイングロツドは、いずれ
も引張強度において60Kgf/mm2以上、弾性率
11000Kgf/mm2以上を有し、従来のA2024合金製
コネクテイングロツドに較べ、弾性率及び強度の
増大により、その肉厚を減らして30%以上の軽量
化をはかることが可能なものであつた。なお、比
較例の試料No.4は、メカニカルアロイングの焼付
防止剤(エタノール)の添加量が相対的に多く、
しかもメカニカルアロイング処理後の複合粉の回
収及び容器充填を大気中で行つたために、O及び
Cの含有量〔Vf(o+c)〕が20%をこえて多く
なり、そのため脆化して、コネクテイングロツド
の形状に鍛造加工することができないものであつ
た。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に係るコネクテイングロツド
の正面図、第2図は同縦断面図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 メカニカルアロイングによつてアルミニウム
    またはアルミニウム合金マトリツクスと強化粒子
    とが複合化され、上記マトリツクス中に強化粒子
    が分散された粒子強化による複合材であつて、 前記強化粒子の平均粒径1が10μm以下であ
    り、かつ メカニカルアロイングによつて不可避的に含有
    されるO及びCの合計含有量が、酸化物としての
    AL2O3及び炭化物としてのAl4C3の容積比〔Vf
    (Al2O3+Al4O3)〕において、 Vf(Al2O3+Al4O3)≦20% であり、しかも 強化粒子と前記O及びCの合計含有量が、強化
    粒子の容積比と前記Al2O3及びAl4C3の容積比と
    の合計値〔Vf(強化粒子)+Vf(Al2O3+Al4O3)〕
    において、 Vf(強化粒子)+Vf(Al2O3 +Al4C3)≦40% であることを特徴とする、コネクテイングロツ
    ド。
JP61222662A 1986-09-19 1986-09-19 コネクテイングロツド Granted JPS6376904A (ja)

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JP61222662A JPS6376904A (ja) 1986-09-19 1986-09-19 コネクテイングロツド

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JP61222662A JPS6376904A (ja) 1986-09-19 1986-09-19 コネクテイングロツド

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JPS6376904A JPS6376904A (ja) 1988-04-07
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ID=16785961

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JP61222662A Granted JPS6376904A (ja) 1986-09-19 1986-09-19 コネクテイングロツド

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4409038A (en) * 1980-07-31 1983-10-11 Novamet Inc. Method of producing Al-Li alloys with improved properties and product
EP0079749A3 (en) * 1981-11-12 1984-04-25 MPD Technology Corporation Dispersion strengthened mechanically-alloyed aluminium-based alloy

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JPS6376904A (ja) 1988-04-07

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