JPH07133743A - 形状記憶合金繊維強化アルミニウムピストン - Google Patents
形状記憶合金繊維強化アルミニウムピストンInfo
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- JPH07133743A JPH07133743A JP30219293A JP30219293A JPH07133743A JP H07133743 A JPH07133743 A JP H07133743A JP 30219293 A JP30219293 A JP 30219293A JP 30219293 A JP30219293 A JP 30219293A JP H07133743 A JPH07133743 A JP H07133743A
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- 229910001285 shape-memory alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 25
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 7
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 230000035882 stress Effects 0.000 claims abstract description 16
- KHYBPSFKEHXSLX-UHFFFAOYSA-N iminotitanium Chemical compound [Ti]=N KHYBPSFKEHXSLX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/02—Light metals
- F05C2201/021—Aluminium
Landscapes
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、熱応力や機械的応力の繰返
しなどによるピストンリング溝部での疲労き裂の発生を
抑止できるようにしたエンジン用の形状記憶合金繊維強
化アルミニウムピストンを提供するにある。 【構成】 アルミニウム合金の母材２２にＮｉ−Ｔｉ形
状記憶合金繊維２１をホットプレス法や溶射法などの方
法で一方向に配向させることにより、疲労強度の優れた
繊維強化アルミニウム合金２３を製造することができ
る。該繊維強化アルミニウム合金を応力が集中するピス
トンリング溝部の周囲に配置することにより、該リング
溝部における疲労き裂の発生を抑止できる形状記憶合金
繊維強化アルミニウムピストンを製造することができ
る。
しなどによるピストンリング溝部での疲労き裂の発生を
抑止できるようにしたエンジン用の形状記憶合金繊維強
化アルミニウムピストンを提供するにある。 【構成】 アルミニウム合金の母材２２にＮｉ−Ｔｉ形
状記憶合金繊維２１をホットプレス法や溶射法などの方
法で一方向に配向させることにより、疲労強度の優れた
繊維強化アルミニウム合金２３を製造することができ
る。該繊維強化アルミニウム合金を応力が集中するピス
トンリング溝部の周囲に配置することにより、該リング
溝部における疲労き裂の発生を抑止できる形状記憶合金
繊維強化アルミニウムピストンを製造することができ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高強度アルミニウム合
金に関する。特に熱応力や機械的応力の繰返しに対する
強度向上を必要とするエンジン構造部材に有利に適用で
きる。
金に関する。特に熱応力や機械的応力の繰返しに対する
強度向上を必要とするエンジン構造部材に有利に適用で
きる。
【０００２】
【従来の技術】一般にエンジンのピストンはアルミニウ
ム合金で製造されているが、図４に示すように、ピスト
ンリングを装着するための溝部３２、特にトップリング
溝部３３には熱応力や機械的応力の繰返しなどにより、
疲労き裂４３を生じることがあり問題点として指摘され
ていた。
ム合金で製造されているが、図４に示すように、ピスト
ンリングを装着するための溝部３２、特にトップリング
溝部３３には熱応力や機械的応力の繰返しなどにより、
疲労き裂４３を生じることがあり問題点として指摘され
ていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記問題点を
解決し、エンジンのピストンヘッド部のピストンリング
を装着するための溝部３２、特にトップリング溝部３３
における疲労き裂の発生を防止するため、該リング溝部
をＮｉ−Ｔｉ形状記憶合金繊維強化アルミニウム合金に
よって部分強化した形状記憶合金繊維強化アルミニウム
ピストンを提供することを目的としている。
解決し、エンジンのピストンヘッド部のピストンリング
を装着するための溝部３２、特にトップリング溝部３３
における疲労き裂の発生を防止するため、該リング溝部
をＮｉ−Ｔｉ形状記憶合金繊維強化アルミニウム合金に
よって部分強化した形状記憶合金繊維強化アルミニウム
ピストンを提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】疲労強度の優れた繊維強
化アルミニウム合金を、機械構造部材の応力集中が発生
する溝部や頭部の周囲に配置することにより、疲労強度
を向上させることができる。図１（ａ）に示すように、
アルミニウム合金の母材２２にＮｉ−Ｔｉ形状記憶合金
繊維２１をホットプレス法、溶射法などの方法で一方向
に配向させることにより、疲労強度の優れた繊維強化ア
ルミニウム合金２３を製造することが可能である（特願
平５−６８３６６）。このようなＮｉ−Ｔｉ形状記憶合
金繊維強化アルミニウム合金２３を、図１（ｂ）に示す
ように機械構造部材２４の応力が集中する溝部２５の周
囲に配置することにより、疲労き裂の進展を抑制し、機
械構造部材２４の疲労強度を向上させることが可能とな
る。
化アルミニウム合金を、機械構造部材の応力集中が発生
する溝部や頭部の周囲に配置することにより、疲労強度
を向上させることができる。図１（ａ）に示すように、
アルミニウム合金の母材２２にＮｉ−Ｔｉ形状記憶合金
繊維２１をホットプレス法、溶射法などの方法で一方向
に配向させることにより、疲労強度の優れた繊維強化ア
ルミニウム合金２３を製造することが可能である（特願
平５−６８３６６）。このようなＮｉ−Ｔｉ形状記憶合
金繊維強化アルミニウム合金２３を、図１（ｂ）に示す
ように機械構造部材２４の応力が集中する溝部２５の周
囲に配置することにより、疲労き裂の進展を抑制し、機
械構造部材２４の疲労強度を向上させることが可能とな
る。
【０００５】
【作用】Ｎｉ−Ｔｉ形状記憶合金繊維２１を用いた繊維
強化アルミニウム合金２３には、形状記憶合金繊維が有
する形状記憶効果や超弾性効果などにより、アルミニウ
ム合金の母材２２に圧縮残留応力が誘起され、その誘起
された圧縮残留応力は疲労によって発生したき裂を閉じ
る作用を有する。図２（ａ）を参照してその作用を説明
する。Ｎｉ−Ｔｉ形状記憶合金繊維２１を用いた繊維強
化アルミニウム合金２３の機械構造部材の左側面に、熱
応力や機械的応力の繰返しにより疲労き裂４２が生じた
場合、き裂の始端部ではアルミニウム合金の母材２２と
共に何本かの形状記憶合金繊維２１が破断されている
が、き裂の終端部近傍では母材２２は破断されている
が、若干の繊維２１は破断されていない。前記した疲労
き裂を閉じる作用５２は、疲労き裂４２の発生部で破断
されずに残った形状記憶合金繊維２１の形状記憶効果に
よってアルミニウム合金の母材２２に生じた圧縮残留応
力（矢印で図示）によるものである。
強化アルミニウム合金２３には、形状記憶合金繊維が有
する形状記憶効果や超弾性効果などにより、アルミニウ
ム合金の母材２２に圧縮残留応力が誘起され、その誘起
された圧縮残留応力は疲労によって発生したき裂を閉じ
る作用を有する。図２（ａ）を参照してその作用を説明
する。Ｎｉ−Ｔｉ形状記憶合金繊維２１を用いた繊維強
化アルミニウム合金２３の機械構造部材の左側面に、熱
応力や機械的応力の繰返しにより疲労き裂４２が生じた
場合、き裂の始端部ではアルミニウム合金の母材２２と
共に何本かの形状記憶合金繊維２１が破断されている
が、き裂の終端部近傍では母材２２は破断されている
が、若干の繊維２１は破断されていない。前記した疲労
き裂を閉じる作用５２は、疲労き裂４２の発生部で破断
されずに残った形状記憶合金繊維２１の形状記憶効果に
よってアルミニウム合金の母材２２に生じた圧縮残留応
力（矢印で図示）によるものである。
【０００６】図２（ｂ）は、疲労き裂が閉じられること
により、Ｎｉ−Ｔｉ形状記憶合金繊維強化アルミニウム
合金２３の疲労き裂伝播速度が低下し、疲労き裂伝播抵
抗は増大することを、母材であるアルミニウム合金２２
と対比して示した説明図である。図２（ｂ）において、
ｄａ／ｄＮは１サイクル当りのき裂生長量を示すき裂伝
播速度で、ａはき裂長さ、Ｎは応力の繰返し回数であ
る。Ｋは応力拡大係数とよばれ、き裂伝播速度を支配す
るパラメータで、応力σとき裂長さａによって決まる。
横軸にとったΔＫを同じとして、アルミニウム合金（点
線）のき裂伝播速度と繊維強化アルミニウム合金（実
線）のき裂伝播速度を比較すると、後者のほうがき裂伝
播速度ｄａ／ｄＮが低い。ここで、Ｋはσ√（πａ）に
等しいことから、同一の外力（応力）を加えた場合、ア
ルミニウム合金より繊維強化アルミニウム合金のほうが
き裂伝播速度が低いことを示している。
により、Ｎｉ−Ｔｉ形状記憶合金繊維強化アルミニウム
合金２３の疲労き裂伝播速度が低下し、疲労き裂伝播抵
抗は増大することを、母材であるアルミニウム合金２２
と対比して示した説明図である。図２（ｂ）において、
ｄａ／ｄＮは１サイクル当りのき裂生長量を示すき裂伝
播速度で、ａはき裂長さ、Ｎは応力の繰返し回数であ
る。Ｋは応力拡大係数とよばれ、き裂伝播速度を支配す
るパラメータで、応力σとき裂長さａによって決まる。
横軸にとったΔＫを同じとして、アルミニウム合金（点
線）のき裂伝播速度と繊維強化アルミニウム合金（実
線）のき裂伝播速度を比較すると、後者のほうがき裂伝
播速度ｄａ／ｄＮが低い。ここで、Ｋはσ√（πａ）に
等しいことから、同一の外力（応力）を加えた場合、ア
ルミニウム合金より繊維強化アルミニウム合金のほうが
き裂伝播速度が低いことを示している。
【０００７】縦軸にとったき裂伝播速度ｄａ／ｄＮを同
一として比較すると、アルミニウム合金より繊維強化ア
ルミニウム合金のほうが大きな作用力を必要とするこ
と、即ちき裂伝播抵抗が増大していることを示してい
る。図においてアルミニウム合金の特性の線（点線）か
ら出ている矢印付きの直線はアルミニウム合金の母材を
Ｎｉ−Ｔｉ形状記憶合金繊維で強化することにより、き
裂伝播抵抗が増大する成果を示している。
一として比較すると、アルミニウム合金より繊維強化ア
ルミニウム合金のほうが大きな作用力を必要とするこ
と、即ちき裂伝播抵抗が増大していることを示してい
る。図においてアルミニウム合金の特性の線（点線）か
ら出ている矢印付きの直線はアルミニウム合金の母材を
Ｎｉ−Ｔｉ形状記憶合金繊維で強化することにより、き
裂伝播抵抗が増大する成果を示している。
【０００８】き裂の伝播速度の低下、即ちき裂の生長す
る速度が遅くなることは、破壊に至るまでの寿命が延び
ることであるから、図１（ｂ）で示したようにＮｉ−Ｔ
ｉ形状記憶合金繊維強化アルミニウム合金を機械構造部
材の溝部の周囲に配置することにより疲労強度を向上さ
せることが可能となる。さらに、Ｎｉ−Ｔｉ形状記憶合
金繊維強化アルミニウム合金を、機械構造部材の特定し
た部分にのみ限定して使用することにより、該構造部材
全体の加工性を良好に保ち、且つまた比較的高価な材料
を使用することによるコストの上昇を最小限に抑制する
ことも可能となる。
る速度が遅くなることは、破壊に至るまでの寿命が延び
ることであるから、図１（ｂ）で示したようにＮｉ−Ｔ
ｉ形状記憶合金繊維強化アルミニウム合金を機械構造部
材の溝部の周囲に配置することにより疲労強度を向上さ
せることが可能となる。さらに、Ｎｉ−Ｔｉ形状記憶合
金繊維強化アルミニウム合金を、機械構造部材の特定し
た部分にのみ限定して使用することにより、該構造部材
全体の加工性を良好に保ち、且つまた比較的高価な材料
を使用することによるコストの上昇を最小限に抑制する
ことも可能となる。
【０００９】
【実施例】本発明による製造された機械構造部材の実施
例として、形状記憶合金繊維強化アルミニウムピストン
３１を図３（ａ），（ｂ）に示す。アルミニウムピスト
ン３１の頭部には、ピストン３１とシリンダ３６の間の
気密保持と、ピストン３１の熱をシリンダ３６に逃がす
ためにピストンリングが装着され、このピストンリング
装着用の溝が設けられている。従来のアルミニウム合金
製のピストンでは、図４に示すようにピストンリング装
着のための溝部、特にトップリング溝部３３には、熱応
力や機械的応力の繰返しなどにより疲労き裂４３を生じ
ることがある。そこで、図３（ｂ）に示すように、トッ
プリングの溝部３３の周囲にＮｉ−Ｔｉ形状記憶合金繊
維強化アルミニウム合金２３を局所的に配置し、疲労き
裂の伝播を遅らせる作用をさせることにより、該溝部の
疲労強度の向上を図ることが可能になる。なお別の手段
として図３（ｂ）に示すように、メッシュ状にしたＮｉ
−Ｔｉ形状記憶合金繊維３４により強化することも有効
である。このような手段によれば、トップリング溝部３
３の位置については、頂面３５との間に特に間隔をとら
なくても当該溝部を強化することが可能となり、エンジ
ンの排ガス性能を低下することなく、疲労強度の向上を
図ることが可能となる。
例として、形状記憶合金繊維強化アルミニウムピストン
３１を図３（ａ），（ｂ）に示す。アルミニウムピスト
ン３１の頭部には、ピストン３１とシリンダ３６の間の
気密保持と、ピストン３１の熱をシリンダ３６に逃がす
ためにピストンリングが装着され、このピストンリング
装着用の溝が設けられている。従来のアルミニウム合金
製のピストンでは、図４に示すようにピストンリング装
着のための溝部、特にトップリング溝部３３には、熱応
力や機械的応力の繰返しなどにより疲労き裂４３を生じ
ることがある。そこで、図３（ｂ）に示すように、トッ
プリングの溝部３３の周囲にＮｉ−Ｔｉ形状記憶合金繊
維強化アルミニウム合金２３を局所的に配置し、疲労き
裂の伝播を遅らせる作用をさせることにより、該溝部の
疲労強度の向上を図ることが可能になる。なお別の手段
として図３（ｂ）に示すように、メッシュ状にしたＮｉ
−Ｔｉ形状記憶合金繊維３４により強化することも有効
である。このような手段によれば、トップリング溝部３
３の位置については、頂面３５との間に特に間隔をとら
なくても当該溝部を強化することが可能となり、エンジ
ンの排ガス性能を低下することなく、疲労強度の向上を
図ることが可能となる。
【００１０】
【発明の効果】疲労強度の優れたＮｉ−Ｔｉ形状記憶合
金繊維強化アルミニウム合金を、エンジンのピストンヘ
ッド部のピストンリング装着のための溝部、特にトップ
リング溝部の周囲に配置することにより、該リング溝部
の疲労強度を向上させたエンジンピストンを製造するこ
とを可能とした。
金繊維強化アルミニウム合金を、エンジンのピストンヘ
ッド部のピストンリング装着のための溝部、特にトップ
リング溝部の周囲に配置することにより、該リング溝部
の疲労強度を向上させたエンジンピストンを製造するこ
とを可能とした。
【図１】本発明による機械構造部材の説明図。
【図２】本発明による疲労強度向上の効果を示す説明
図。
図。
【図３】本発明の実施例に係るエンジンピストンの説明
図。
図。
【図４】従来のエンジンピストンにおけるき裂発生状況
の説明図。
の説明図。
２１…Ｎｉ−Ｔｉ形状記憶合金繊維、２２…母材（アル
ミニウム合金）、２３…繊維強化アルミニウム合金（Ｎ
ｉ−Ｔｉ形状記憶合金繊維）、２４…機械構造部材、２
５…溝部、３１…ピストン、３３…トップリング溝、３
４…メッシュ状Ｎｉ−Ｔｉ形状記憶合金繊維、３５…頂
面、３６…シリンダ、４２…疲労き裂、４３…疲労き
裂、５２…き裂を閉じる作用。
ミニウム合金）、２３…繊維強化アルミニウム合金（Ｎ
ｉ−Ｔｉ形状記憶合金繊維）、２４…機械構造部材、２
５…溝部、３１…ピストン、３３…トップリング溝、３
４…メッシュ状Ｎｉ−Ｔｉ形状記憶合金繊維、３５…頂
面、３６…シリンダ、４２…疲労き裂、４３…疲労き
裂、５２…き裂を閉じる作用。
Claims (1)
- 【請求項１】 熱応力や機械的応力によるき裂の発生を
防止するために、リング溝部（３２）をＮｉ−Ｔｉ形状
記憶合金繊維強化アルミニウム合金（２３）によって部
分強化したことを特徴とする形状記憶合金繊維強化アル
ミニウムピストン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30219293A JPH07133743A (ja) | 1993-11-09 | 1993-11-09 | 形状記憶合金繊維強化アルミニウムピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30219293A JPH07133743A (ja) | 1993-11-09 | 1993-11-09 | 形状記憶合金繊維強化アルミニウムピストン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07133743A true JPH07133743A (ja) | 1995-05-23 |
Family
ID=17906049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30219293A Withdrawn JPH07133743A (ja) | 1993-11-09 | 1993-11-09 | 形状記憶合金繊維強化アルミニウムピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07133743A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10208868A1 (de) * | 2002-03-01 | 2003-09-18 | Mtu Aero Engines Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Bauteils und/oder einer Schicht aus einer schwingungsdämpfenden Legierung oder intermetallischen Verbindung sowie Bauteil, das durch dieses Verfahren hergestellt wurde |
| EP1516936A4 (en) * | 2002-06-04 | 2005-08-31 | Nat Inst Of Advanced Ind Scien | A VERY FINE WIRE OF MOLDED ALLOY ALLOY, COMPOSITE MATERIAL COMPRISING IT, AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME |
| US7393595B2 (en) * | 2001-12-07 | 2008-07-01 | Qinetiq Limited | Composite comprising a metal or alloy and a shape memory alloy |
-
1993
- 1993-11-09 JP JP30219293A patent/JPH07133743A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7393595B2 (en) * | 2001-12-07 | 2008-07-01 | Qinetiq Limited | Composite comprising a metal or alloy and a shape memory alloy |
| DE10208868A1 (de) * | 2002-03-01 | 2003-09-18 | Mtu Aero Engines Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Bauteils und/oder einer Schicht aus einer schwingungsdämpfenden Legierung oder intermetallischen Verbindung sowie Bauteil, das durch dieses Verfahren hergestellt wurde |
| DE10208868B4 (de) * | 2002-03-01 | 2008-11-13 | Mtu Aero Engines Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Bauteils und/oder einer Schicht aus einer schwingungsdämpfenden Legierung oder intermetallischen Verbindung sowie Bauteil, das durch dieses Verfahren hergestellt wurde |
| EP1516936A4 (en) * | 2002-06-04 | 2005-08-31 | Nat Inst Of Advanced Ind Scien | A VERY FINE WIRE OF MOLDED ALLOY ALLOY, COMPOSITE MATERIAL COMPRISING IT, AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010130 |