JPH01108339A

JPH01108339A - ピストン用耐熱高強度アルミニウム合金

Info

Publication number: JPH01108339A
Application number: JP26588287A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Shamoto; 社本　裕幸
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1987-10-21
Filing date: 1987-10-21
Publication date: 1989-04-25

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】（産業上の利用分野）本発明はピストン用耐熱高強度アルミニウム合金に関す
る。

（従来の技術）内燃機関のピストンは、軽く、しかも高温における強度
が優れていることが要求される。

このため、ピストン用アルミニウム合金としては、一般
に、耐熱性に優れ、軽く、熱膨張係数の小さいローエッ
クス合金（例えばＪＩＳＡＣ８Ａ）が用いられ、主とし
て金型重力鋳造法により製造されていた。また、耐熱性
かつ高強度のアルミニウム合金として、重量比テケイ素
（Ｓｉ）９ないし１４％、ｆＩ（Ｃｕ）４ないし５．５
％、マグネシウム（Ｍｇ）０．５ないし１．５％、ニッ
ケル（Ｎｉ）０．５ないし１．５％、チタン（Ｔ　ｉ）
　０．１ないし０．２５％、マンガン（Ｍ　ｎ）０．３
％以下及び残部ＡＩからなるアルミニウム合金が特開昭
６１−２６７４３号に開示されている。ところで、近年
、内燃機関の高出力化にともなってピストンにかかる負
荷が増大してきたため、従来にも増して、高強度かつ高
信鯨性が求められるようになった。

そのため、重力鋳造法よりも組織が緻密になり、欠陥が
少なく、強度の高い製品が得られる竪型加圧鋳造法や溶
湯鋳造法等の加圧鋳造法が行われている。該方法に用い
るアルミニウム合金としては、重量比で鉄（Ｆｅ）を１
．２２％以下、マンガン（Ｍｎ）を０．６５％以下、ニ
ッケル（Ｎｉ）を０．６５ないし２．５％、銅（Ｃｕ）
を０．８ないし１．３％、ケイ素（ＳＬ）を１１．０な
いし１３．０％、マグネシウム（Ｍｇ）を０．７ないし
１．３％、亜鉛（Ｚｎ）を０．１％以下、チタン（Ｔｉ
）を０．２％以下含み、且つ鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍ
ｎ）、ニッケル（Ｎｉ）の含有量がＦｅ％≦（Ｆ　ｅ　＋Ｍｎ　＋Ｎ　ｉ）％−１，１％Ｆ
ｅ％≧（Ｆ　ｅ　＋Ｍｎ＋Ｎ　ｉ）％−３．１％Ｆｅ％
≦−０．１２　（Ｆ　ｅ　＋Ｍｎ＋Ｎ　ｉ）％＋１．５
％及びＦｅ％〉０．８％の４式で規定される範囲内にあることを特徴とする、強
度に優れ、型かじりの少ないアルミニウム合金が特開昭
６１−１９５９４８号で提案されている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、内燃機関の高性能化に伴い、ピストンは
さらに高い温度に曝されるようになっできたため、ピス
トン用アルミニウム合金としては、高温での材料特性、
即ち高温強度が従来のアルミニウム合金よりも更に優れ
ているものが要求されている。

本発明は、上記要求に答えるもので、高温、特に１５０
ないし２５０℃における強度を向上させたピストン用ア
ルミニウム合金を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段）上記の目的を達成するために、本発明のピストン用耐熱
高強度アルミニウム合金は、ケイ素（３１）９〜１２重
量％、！ｆｉｌ（Ｃｕ）０．５〜２．５重量％、マグネ
シウム（Ｍｇ）０．８〜２．０重量％、コバルト（Ｃｏ
　）　０．５〜３重量％、ニッケル（Ｎｉ）１〜３重量
％、鉄（Ｆ　ｅ）　０．３〜１重量％、マンガン（Ｍｎ
）０．１〜１重量％、チタン（Ｔ　ｉ）０．０１〜０．
１５重量％及びアルミニウム（Ａｌ）を含有することを
特徴とする。

本発明のピストン用耐熱高強度アルミニウム合金は、好
ましくは、ナトリウム（Ｎ　ａ　）０．００１〜０．０
０５重量％を含有する。

以下に、本発明のピストン用耐熱高強度アルミ合金の組
成の限定理由を示す。なお、本明細書においては、％は
重量％を意味する。

Ｓｔは、流動性、鋳造性を向上させるが、９％未満では
充分な鋳造性が得られず、１２％を超えると、初晶Ｓｔ
が晶出し、靭性が低下するため、９％以上、１２％以下
とした。

Ｃｕは、固溶体を硬化させ、強度を向上させるが、０．
５％未満では高温での強度向上の効果が小さく、２．５
％より高いと流動性が悪くなり、鋳造性が劣るため、０
．５％以上、２．５％以下とした。

Ｍｇは、Ｍｇ１ｓｔの析出物を生成して合金を強化する
が、０．８％未満では、強化の効果が小さく、２．０％
を超えると、鋳造性及び靭性が悪化するため、０．８％
以上、２．０％以下とした。

Ｃｏは、高温強度を強化させるが、０．５％未満では、
効果が小さく、また、３％を超えても、添加量の割には
効果がなく、コストアップにつながるため、０．５％以
上、３％以下とした。

Ｎｉは、高温強度を強化させるが、１％未満では効果が
小さく、３％を超えるとＡｌ−Ｆｅ−Ｎｉ及びＡｌ−Ｎ
ｉ−ＣｕＯ晶出が多くなり、熱衝撃に対する抵抗性が悪
くなるため、１％以上、３％以下とした。

Ｆｅは、金型とのかじりを少なくするために添加される
が、０．３％未満では効果が弱く、１％を超えると強度
が低下するため、０．３％以上、１％以下とした。

Ｍｎは、針状のＡ１ａＦｅ相を塊状にして靭性を向上さ
せるが、０．１％未満では効果が弱く、１％を超えると
、巨大な化合物を生成し、強度が低下するため、０．１
％以上、１％以下とした。

Ｔｉは、組織の微細化効果があり、機械的性質を安定さ
せるが、０．０１％未満では効果が小さく、０．１５％
を超えると、Ａｌ−Ｔｉ−３ｉの巨大な化合物を生成し
、靭性が低下するため、０．０１％以上、０．１５％以
下とした。

Ｎａは、共晶Ｓｔを微細化し、改良処理を行なうために
添加されるが、０．００１％未満では、完全な微細化組
織にならず、一部針状のＳｔが残る。また、０．００５
％より多く添加しても、添加量はどの微細化効果は得ら
れないため、０．００１％以上、０．００５％以下とし
た。

（作用）本発明のピストン用耐熱高強度アルミ合金は、Ｓｉ、Ｃ
ｕ、Ｍｇ５Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ。

Ｍｎ、Ｔｉ及びＡＩを所定の割合で含有するアルミ合金
からなるため、高温条件下でも、耐熱性及び強度が高い
。

（実施例）以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。

実施例１〜５：下記の第１表に示す成分のうち、ナトリウム（Ｎａ）を
除いた材料を、８００　”Ｃで溶解した後、Ｎａ添加処
理を施し、脱ガスを行なって、第１表の組成のアルミニ
ウム合金を得た。

これを１．ＬＩＳｄ号試験片のとれる母金型を用いて、
金型型温３００℃にて、鋳造した。得られた鋳造品に、
５２０℃で４時間の溶体化処理を施し、水焼入れを行っ
た後、２１０”Ｃで５時間の時効処理を行った。

なお、比較別品の製造のためには、第１表に比較例とし
て記載した組成を存する、従来使用されているローエッ
クスＡ１合金（ＪＩＳ　ＡＣ８Ａ）を使用した。

第１表上記の方法により得られた製品の中央から、ＪＩＳ４号
の引張試験片を切り出し、各実施例の引張試験片につい
て、それぞれ室温、１５０℃、２００℃、２５０°Ｃの
温度で引張試験を行った。

１５０　”Ｃ，２００℃及び２５０℃の高温引張試験に
ついては、１００時間の予備過熱を行った後に試験した
。試験装置としては、２０トンのオートグラフを使用し
た。結果を下記の第２表に示す。

第２表表より明らかなように、本発明の組成のアルミニウム合
金により製造した製品は、比較測高に比べて、室温、１
５０℃、２００°Ｃ及び２５０℃の各温度において引張
強度が高い。

（発明の効果）本発明のピストン用耐熱高強度アルミニウム合金は、Ｓ
　ｔ、Ｃｕ、Ｍｇ５Ｃｏ、Ｎｉ。

Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉ及びＡＩを所定の割合で含有するアル
ミニウム合金からなるため、高温、特に１５０ないし２
５０℃の高温条件下において、高い強度が達成される。

また、該合金は、靭性、鋳造性にも優れている。従って
、本発明のアルミニウム合金は、良好な鋳造性で鋳造さ
れ、これにより製造されたピストンは、欠陥が少なく、
信幀性も高い。しかも、高性能化された内燃機関におい
て、高温に曝された場合でも、高い強度が得られ、非常
に優れた耐久性を示す。

（ほか２名）

Claims

【特許請求の範囲】　ケイ素（Ｓｉ）９〜１２重量％、銅（Ｃｕ）０．５〜
２．５重量％、マグネシウム（Ｍｇ）０．８〜２．０重
量％、コバルト（Ｃｏ）０．５〜３重量％、ニッケル（
Ｎｉ）１〜３重量％、鉄（Ｆｅ）０．３〜１重量％、マンガン（Ｍｎ）０．１〜
１重量％、チタン（Ｔｉ）０．０１〜０．１５重量％及
びアルミニウム（Ａｌ）を含有するピストン用耐熱高強
度アルミニウム合金。