JP5555657B2 - 内燃機関のピストン - Google Patents
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Description
〔ピストンのMg合金材料及び製造方法〕
そして、前記ピストン1のMg合金材は、以下の中国特許CN100545286Cに記載されているものである。
〔第1実施例〕
すなわち、この中国特許のMg合金材は、6%≦Y≦10%、1%≦Gd≦6%、0.5%≦Zn≦4%で、残りがMgと不可避的な不純物のマグネシウム合金材から構成されている。
6%≦Y≦10%、1%≦Gd≦6%、0.5%≦Zn≦4%、残りはMgと不可避的な微量不純物である。なお、含有不純物はFe<0.005%、Cu<0.015%、Ni<0.002%である。各不純物の含有量を越えると、合金の耐食性が低下するとの影響がある。
〔溶解処理〕
(1)Mg溶解:溶解炉の中に予熱した工業用の純マグネシウムを入れて、加熱溶解する。
(2)Znの添加:マグネシウムが完全に溶け落ちた後に、600から700℃で工業用純Znを添加する。
(3)YとGd添加:700〜740℃でマグネシウム溶液にMg−Y、MgーGd中間合金を添加する。
(4)Zn添加:マグネシウム溶湯の温度を780〜800℃まで上げた後、Mg−Zr中間合金を添加し、十分溶解するために2〜5分間攪拌する。
(5)溶解:マグネシウム溶湯の温度を780〜800℃まで上げて、20〜30分間保温した後、750〜755℃まで低下し、6〜10分間連続して溶湯処理をする。その後、処理後の静置時間が25〜40分間に控え、マグネシウム溶液を700〜720°まで冷却して表面に浮いているスラグを除去する。
その後、200〜250℃まで予熱した図2に示す重力型の鋳造用金型11(スチール金型)によって溶湯鋳造を行う。
〔第2実施例〕
第2実施例は、合金成分(重量%)を変えたもので、6%≦Y≦10%、1%≦Gd≦6%、0.5%≦Zn≦4%、0.3≦Zr≦0.9であり、残りはMgと不可避的な微量不純物である。本実施例における具体的な成分配合は、7%Y、4%Gd、0.5%Zn、0.4%Zrで、不純物質は0.02%以下であり、残りはMgである。
〔溶解処理〕
この合金の溶解処理は以下の通りである。
(1)以上のような成分で合金を配置し、溶解炉の中に純マグネシウムを入れて、溶解の過程はSF6/CO2混合気体保護の条件下で行う。
(2)マグネシウムが完全に溶け落ちた後、690℃で工業用純Znを添加する。
(3)マグネシウム溶液の温度は725℃に達した後、Mg−Gd中間合金をマグネシウム溶液に直接添加する。Mg−Gd溶解後、マグネシウム溶液の温度が725℃に戻ったとき、Mg−Y中間合金を添加する。
(4)マグネシウム溶液の温度を760℃まで上げた後、Mg−Zr中間合金を添加し、十分溶解するために2分間攪拌する。
(5)マグネシウム溶液の温度を780℃まで上げて、20分間保温した後、750℃まで下がり、6分間連続して溶湯処理を行う。その後、処理後の静置時間が30分間に控え、マグネシウム溶液を710℃まで冷却して、表面に浮いているスラグを除去する。
〔重力鋳造〕
その後は、予め220℃まで予熱した前述の鋳造用金型11を用いてピストン基材2を鋳造する。この鋳造によって得られたピストン基材2を、535℃、16時間の条件で溶体化処理すると共に、225℃、24時間の条件で時効処理を行う。これによって、前述と同じマグネシウム合金材のピストン基材2が得られる。
〔第3実施例〕
この実施例も合金成分(重量%)を変えたもので、具体的な成分配合は、10%Y、5%Gd、2%Zn、0.4%Zrで、不純物質は0.02%以下であり、残りはMgである。
〔溶解処理〕
この合金の溶解処理は以下の通りである。
(1)以上のような成分で合金を配置し、溶解炉の中に純マグネシウムを入れて、溶解の過程はSF6/CO2混合気体保護の条件下で行う。
(2)マグネシウムが完全に溶け落ちた後、700℃で工業用純Znを添加する。
(3)マグネシウム溶液の温度は730℃に達した後、Mg−Gd中間合金をマグネシウム溶液に直接添加する。Mg−Gd溶解後、マグネシウム溶液の温度が730℃に戻ったとき、Mg−Y中間合金を添加する。
(4)マグネシウム溶液の温度を760℃まで上げた後、Mg−Zr中間合金を添加し、十分溶解するために2分間攪拌する。
(5)マグネシウム溶液の温度を780℃まで上げて、20分間保温した後、750℃まで下がり、6分間連続して溶湯処理を行う。その後、処理後の静置時間が40分間に控え、マグネシウム溶液を710℃まで冷却して、表面に浮いているスラグを除去する。
〔重力鋳造〕
その後は、予め220℃まで予熱した前記鋳造用金型11を用いてピストン基材2を鋳造する。この鋳造によって得られたピストン基材2を、535℃、16時間の条件で溶体化処理すると共に、225℃、24時間の条件で時効処理を行う。これによって、前述と同じマグネシウム合金材のピストン基材2が得られる。
前記ピストン基材を重力型の鋳造用金型によって成形すると共に、
該鋳造用金型の金属材料をオーステナイト系ステンレス鋼か、あるいはオーステナイト系ステンレス鋳鉄によって形成したことを特徴とする金型構造。
前記鋳造用金型を、モールド型と、該モールド型の上端部に設けられて、ピストンの冠面を生成する移動可能なトップコアと、を備え、該トップコアの内トップコアを、メッシュが250〜1000の金属粉材によって成形されていることを特徴とする金型構造
〔請求項c〕請求項bに記載の金型構造において、
前記内トップコアを熱間等方圧プレス(HIP)によって成形すると共に焼結し、あるいは放電焼結法により成形した後、前記内トップコアのキャビティ形成面を放電加工によって形成したことを特徴とする金型構造。
2…ピストン基材
3…冠部
4…冠面
4a…凹部
5…円筒部
11…鋳造用金型
12…基台
13…モールド型
14…中子
15…トップコア
16…湯道
17…キャビティ
18…内トップコア
18a…冠面形成面
19…空間部
20…外トップコア
21…アダプター
Claims (2)
- 円筒部と該円筒部の軸方向端部に一体に形成された冠部とを有し、6%≦Y≦10%、1%≦Gd≦6%、0.5%≦Zn≦4%で、残りがMgと不可避的な不純物のマグネシウム合金材からなる内燃機関のピストンにおいて、
少なくとも前記冠部の結晶粒径を80μm以上に設定したことを特徴とする内燃機関のピストン。 - 円筒部と該円筒部の軸方向端部に一体に形成された冠部とを有し、6%≦Y≦10%、1%≦Gd≦6%、0.5%≦Zn≦4%、0.3%≦Zr≦0.9%で、残りがMgと不可避的な不純物のマグネシウム合金材からなる内燃機関のピストンにおいて、
少なくとも前記冠部の結晶粒度を80μm以上に設定したことを特徴とする内燃機関のピストン。
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