JPS6314057B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 従来、アルミニウム合金は、その軽量さの故
に、内燃機関のエンジンブロツクに使用されてい
た。シリンダボアに必要な耐摩耗性を与えるため
に、シリンダボアにクロムメツキを施したり、あ
るいは、シリンダボアに鉄ライナを鋳込んだりす
るのが普通であつた。シリンダボアを均一にメツ
キするのは難しく、メツキ作業は費用のかかる作
業である。鋳込み鉄ライナを使用した場合には、
エンジンブロツクの全コストが増大すると共にエ
ンジン重量も増大する。

17〜19重量％の珪素を含有する過共晶アルミニ
ウム・珪素合金は主相をなす析出珪素結晶のおか
げで良好な耐摩耗性を持つている。この耐摩耗性
の故に、シリンダボアをメツキしたり、ライナを
鋳込んだりする必要性を排除すべくエンジンブロ
ツクのための鋳造合金として過共晶アルミニウ
ム・珪素合金を利用する試みがなされてきた。

アルミニウム・珪素・銅合金の珪素成分が17〜
19％の範囲まで増加すると、三元素合金の鋳造性
に悪影響がることがわかつている。たとえば、16
〜18％の珪素、0.6〜1.1％の鉄、4.0〜5.0％の銅、
0.1％のマンガン、0.45〜0.65％のマグネシウム、
残りアルミニウムを含有する普通の過共晶アルミ
ニウム・珪素・銅合金は良好な耐摩耗性を持つと
共に共晶温度で望ましい低分別固形物を有し、良
好な流動性を示す。しかしながら、この合金は
250度付近の広い凝固温度範囲を有し、その鋳造
性が著しく低い。さらに、この合金はかなりの量
の銅を含有しているので塩水環境において耐腐蝕
性が低く、船用エンジンには使えない。

別の普通に用いられている過共晶アルミニウ
ム・珪素合金は19％の珪素、0.6％の銅、１％の
マグネシウム、0.4％のマンガン、残りアルミニ
ウムの公称組成を有する。ここでも、この合金は
その析出珪素結晶の故に良好な耐摩耗性を示す
が、塩水環境では耐腐蝕性が比較的低い。

発明の概要 本発明は船用エンジンのエンジンブロツクを鋳
造するのに使用できる改良した過共晶アルミニウ
ム・珪素鋳造合金に向けたものである。

本発明の合金は16〜19重量％の珪素と、0.4〜
0.7重量％のマグネシウムと、1.4重量％までの鉄
と、0.3重量％までのマンガンと、0.37重量％ま
での銅と、残りアルミニウムとを含有する。銅成
分はできるだけ低く保ち、0.37％以下とするのが
好ましい。

析出珪素結晶の故に、この合金は優れた耐摩耗
性を有する。

銅成分が最低限に抑えられるので、合金の塩水
に対する耐腐蝕性は大きく改善され、船用エンジ
ンの鋳造ブロツクとして特に有用である。

銅成分を抑えることによつて、三元素アルミニ
ウム・珪素・銅共晶が回避され、まつたく予期し
ないことであつたが、150〓以下、好ましくは100
〓以下の比較的挟い凝固範囲を得ることができ
る。これらの特性は三元素過共晶アルミニウム・
珪素合金の鋳造性をかなり改善する。

他の目的、利点は以下の説明から明らかとなろ
う。

好ましい実施例の説明 本発明の過共晶アルミニウム・珪素鋳造合金は
重量パーセントで次の概略組成を有する。

珪素 16〜19％ マグネシウム 0.4〜0.7％ 鉄 1.4％まで マンガン 0.3％まで 銅 0.37％まで アルミニウム 残部 マグネシウムは合金を強化するように作用し、
鉄およびマンガンは合金高度を高め、その熱膨張
率を低め、その機械加工性を高め、高温で機械的
特性を維持するのを助け、ダイキヤスト用途での
耐はんだ性を高める傾向がある。

銅成分は0.37％以下に保たれ、好ましくは最低
限に保たれる。銅濃度をかなり抑えることによつ
て、塩化環境に対する合金の耐腐蝕性がかなり改
善され、強度、耐摩耗性および耐腐蝕性を必要と
する船用エンジンのエンジンブロツクその他の部
品として特に有用な合金となる。この合金は５％
の塩化ナトリウム溶液に200時間さらしたときに
１％未満の重量損失がある。

この合金は少量、それぞれ0.2％までの残留硬
化性元素、たとえば、ニツケル、クロム、亜鉛ま
たはチタンも含有してもよい。

この合金は耐摩耗性に優れ、上述の珪素成分で
流動性にも優れている。

銅成分が最小限に抑えられているので、アルミ
ニウム・珪素・銅共晶はそれ相応に排除され、そ
の結果、合金の凝固範囲は比較的挟く、150〓未
満、好ましくは100〓以下である。

良好な流動性および狭い凝固範囲のこれらの特
性は公知の過共晶三元素アルミニウム・珪素鋳造
合金よりも鋳造性で改善された合金を与える。

さらに、本発明の合金は20000〜35000psiの極
限引張強さと、15000〜30000psiの降伏強さと、
０〜２％の伸び率パーセントとを有する。

溶液からの冷却時、珪素は比較的大きい結晶を
析出させる。しかしながら、金属中子を使用して
ブロツクを鋳造する際、金属中子への急速な熱の
放散のために珪素結晶がほとんどない各シリンダ
ボアを境する領域が生じる。通常のゆつくりした
冷却では、この領域は約0.02インチの厚さを有
し、一方、急速な冷却条件下ではこの領域の厚さ
は0.05インチまでとなる。珪素結晶が欠如してい
るがために、この領域の耐摩耗性は低くなる。従
来は、シリンダボア表面に珪素結晶が露出するよ
うにかなりの機械加工を行なつてこの珪素結晶欠
如領域を除いているのが普通であつた。

しかしながら、本発明の合金でエンジンブロツ
クを鋳造した場合、乾燥砂または塩の中子を資料
することによつて珪素結晶欠如領域がなくなるこ
とがわかつた。このような中子は溶融合金からの
熱の伝達を遅らせ、比較的ゆつくりした速度で鋳
造物を冷却させるのである。この場合、珪素結晶
はシリンダボアの表面に広がり、激しい機械加工
が不要となり、エンジンブロツクの製造コストを
かなり減じる。

以下に、本発明の合金の特殊な実施例をその機
械特性と共に示す。

実施例 合金組成（重量％） 珪素 16.90 鉄 0.92 銅 0.14 マンガン 0.12 マグネシウム 0.41 アルミニウム 81.51 凝固範囲 79〓 腐蝕重量損失 （５％NaCl溶液に200時間） 0.18％ 極限引張強さ 31157psi 降伏強さ 31157psi 伸び率パーセント ０ 実施例 合金組成（重量％） 珪素 16.80 鉄 1.03 銅 0.33 マンガン 0.18 マグネシウム 0.50 アルミニウム 81.16 凝固範囲 86〓 腐蝕重量損失 （５％NaCl溶液に200時間） 0.49％ 極限引張強さ 29164psi 降伏強さ 29164psi 伸び率パーセント ０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関用の構成部品であつて、過共晶アル
   ミニウム・珪素合金からなる鋳造物を含み、この
   合金が、本質的に、16〜19重量％の珪素と、0.4
   〜0.7重量％のマグネシウムと、1.4重量％までの
   鉄と、0.3重量％までのマンガンと、0.37重量％
   までの銅と、残りアルミニウムとからなり、この
   合金が優れた流動性と150〓未満の凝固範囲とを
   有することを特徴とする構成部品。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の構成部品におい
   て、前記鋳造物が均一に分布し珪素結晶を含有す
   ることを特徴とする構成部品。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の構成部品におい
   て、前記合金が20000〜35000psiの極限引張強さ
   と、15000〜30000psiの降伏強さと、０〜２％の
   伸び率パーセントとを有することを特徴とする構
   成部品。 ４ 特許請求の範囲第１項記載の構成部品におい
   て、この構成部品が少なくとも１つのシリンダボ
   アを有するエンジンブロツクであり、前記ブロツ
   クが、鋳造時に、前記シリンダボアの各々を境す
   る領域を含めてブロツク全体に均一に分布する析
   出珪素結晶を含有していることを特徴とする構成
   部品。 ５ 特許請求の範囲第１項記載の構成部品におい
   て、前記鋳造物が５％の塩化ナトリウム溶液に周
   囲温度で200時間さらしたときに1.0％未満の重量
   損失を持つことを特徴とする構成部品。 ６ エンジンブロツクを鋳造する方法であつて、
   鋳造エンジンブロツクにシリンダボアを形成する
   ように構成、配置した複数の非金属中子を有する
   鋳型を形成する段階と、本質的に16〜19重量％の
   珪素と、0.4〜0.7重量％のマグネシウムと、1.4重
   量％までの鉄と、0.3重量％までのマンガンと、
   0.37重量％までの銅と、残りアルミニウムからな
   り、150〓未満の凝固範囲を有し、周囲温度で200
   時間５％の塩化ナトリウム溶液にさらされたとき
   に１％未満の重量損失がある過共晶アルミニウ
   ム・珪素合金を作る段階と、この合金を鋳型に注
   入して前記中子と接触させる段階と、鋳造合金を
   冷却して全体にほぼ均一に分布する析出珪素結晶
   を有する凝固した鋳造エンジンブロツクを作る段
   階とを包含することを特徴とする方法。