JPH11335766A - 鍛造用アルミニウム合金及びその製造方法 - Google Patents
鍛造用アルミニウム合金及びその製造方法Info
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- JPH11335766A JPH11335766A JP10143832A JP14383298A JPH11335766A JP H11335766 A JPH11335766 A JP H11335766A JP 10143832 A JP10143832 A JP 10143832A JP 14383298 A JP14383298 A JP 14383298A JP H11335766 A JPH11335766 A JP H11335766A
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Abstract
たAl−Si合金について、その有用性を発揮できる用
途を開発する。 【解決手段】 アルミニウムを基本成分とし、少なくと
も、12%以上の重量割合のSi成分を含有し、初晶S
iの粒子の平均サイズが30μm以下である鍛造用アル
ミニウム合金。初晶Si粒子の平均サイズを30μm以
下とすることにより、鍛造時の延性が高められ割れが抑
制されて鍛造性が高められる点に着目して、鍛造製品と
して用いることを特徴とする鍛造用アルミニウム合金。
Description
合金及びその製造方法に関する。
ンやシリンダライナー、コンロッド等の高温高負荷にさ
らされる材料として、高温における疲労強度および耐摩
耗性が優れるとともに薄肉形状が成型可能な鍛造性に優
れた材料が要求される。
ミニウム(Al)合金が用いられていた。このアルミニ
ウム合金にはシリコン(Si)が添加され、金属組織中
に硬質の初晶または共晶シリコン粒子を晶出させてピス
トンの摺動面に要求される耐摩耗性および耐焼付け性を
高めることを図っている。
ンゴットの状態でまたは各成分ごとのインゴットまたは
粉末の状態で溶解炉中で溶融され、これを冷却凝固させ
て丸棒状の連続鋳造体として引き出し、これを切断して
ビレットを形成し、このビレットを型内に投入してピス
トンを鍛造成型している。
ンの含有量が重量割合で約12%以上となった場合にお
いては、図9のAl−Si状態図に示すように、高融点
の初晶シリコンが析出し、この初晶シリコンの粒子が冷
却過程で成長して80〜100μmあるいはそれ以上の
大きさになって共晶組織中に散在する。このように初晶
シリコン粒子のサイズが大きいと、組織の延びが小さく
結晶が割れやすくなって鍛造性が低下し、また結晶粒子
サイズが不均一となって耐摩耗性が低下する。
す際、丸棒の周囲と中心部とで温度分布が生じ、周囲が
速く冷却されて先に凝固し中心部が遅く凝固するため、
中心部の粒子がさらに成長して大きくなり粒子サイズが
さらに不均一になる。
すことにより、結晶の核が攪拌分散されて冷却作用が高
められ、結晶粒子の成長が抑制されることが知られてい
る。したがって、Al−Si合金において、溶融合金の
冷却過程で攪拌作用を施すことにより、初晶シリコンの
粒子サイズを例えば30μm程度以下に充分小さくでき
ることが考えられる。
粒子サイズを充分に小さくしたAl−Si合金につい
て、その有用性を発揮できる用途は知られていない。
て、初晶シリコンの粒子サイズを充分に小さくしたAl
−Si合金について、その有用性を発揮できる用途を開
発したアルミニウム合金の提供を目的とする。
め、本発明では、アルミニウムを基本成分とし、少なく
とも、12%以上の重量割合のSi成分を含有し、初晶
Siの粒子の平均サイズが30μm以下であることを特
徴とする鍛造用アルミニウム合金を提供する。
サイズを30μm以下とすることにより、鍛造時の延性
が高められ割れが抑制されて鍛造性が高められる点に着
目して、鍛造製品として用いる鍛造用アルミニウム合金
を提供するものである。
ムと、少なくとも、12%以上の重量割合のSi成分と
を溶融した後、凝固して得られる鍛造用アルミニウム合
金において、溶融合金を凝固温度まで冷却する冷却過程
において、初晶Siの析出温度近傍において前記溶融合
金を攪拌することにより初晶Siの粒子の平均サイズを
30μm以下としたことを特徴とする鍛造用アルミニウ
ム合金を提供する。
iの析出温度近傍で攪拌作用を施すことにより、初晶S
iの粒子の平均サイズを確実に30μm以下とすること
ができる。
ムと、少なくとも、12%以上の重量割合のSi成分と
を溶融した後、凝固するようにした鍛造用アルミニウム
合金の製造方法において、溶融合金を凝固温度まで冷却
する冷却過程において、初晶Siの析出温度近傍におい
て前記溶融合金を攪拌することを特徴とする鍛造用アル
ミニウム合金の製造方法を提供する。
の粒子の平均サイズを確実に30μm以下とすることが
できる。
ム合金を、鍛造型内において溶融温度以下の所定温度に
加熱した後鍛造し、あるいは鍛造型外において溶融温度
以下の所定温度に加熱したものを鍛造型内で鍛造するこ
とを特徴とする鍛造用アルミニウム合金からなる製品の
鍛造方法を提供する。
金を溶融しない程度に加熱してから鍛造するため、鍛造
性がさらに高められる。
一例としては内燃機関用ピストンがある。
の例として内燃機関用シリンダライナーがある。
シリンダライナーを鋳込んで内燃機関用シリンダブロッ
クが構成される。
機関の一例の構成図である。この例は4サイクルエンジ
ン1を示す。シリンダブロック2の内面にシリンダライ
ナー3が圧入または鋳込まれて装着され、その内面をピ
ストン4が摺動する。ピストン4は、ピストンピン5、
コンロッド6およびクランクアーム7を介してクランク
軸8に連結される。シリンダブロック2の上方のシリン
ダヘッド部には、吸気管9および排気管10が接続さ
れ、それぞれ吸気弁11および排気弁12が装着され
る。吸気管9上にはスロットル13および燃料噴射弁1
4が装着される。15は点火プラグである。ピストン4
の上面にはバルブ逃げ16が形成される。
ンダライナー3あるいはコンロッド6等は、エンジンの
高出力化に伴い高温高回転で作動するため、充分な耐熱
性、耐摩耗性、強度が要求されるとともに製造時の鍛造
性が要求される。本発明ではこのような要求を満たすア
ルミニウム合金を提供する。
合金を製造するための溶解炉の構成図であり、図3はこ
の鍛造用アルミニウム合金により鍛造品を製造する工程
を示すフローチャートである。
する溶解炉18の周囲にヒータ19が巻回され内部の溶
融した溶湯20を加熱する。溶融した合金(溶湯)20
は冷却されながら溶解炉18の底部からローラ21によ
り棒状の固体円柱形状の連続鋳造体23として引き出さ
れる。このような固体連続鋳造体23を引き出す際、丸
棒の周囲から冷却されるため中心部の冷却が遅れ、Aで
示すように温度分布が生じて周囲が固体で内部が液体の
状態ができる。本実施形態では、このような凝固位置の
近傍に電磁石または超音波発振器からなる攪拌装置24
を設けて、電磁誘導あるいは超音波振動により溶融金属
を攪拌し、結晶の核を分散させる。これにより中心部と
外周部の温度差が緩和され温度分布Aが抑制されて冷却
速度が速められ、粒子の成長が抑制されて粒子サイズが
小さくなるとともに結晶粒子が均一に分散して安定した
特性の製品が得られる。
場合のフローチャートを図3に示す。まず本発明合金の
1つの例である以下の表1に示す組成のAl−Si合金
のインゴットを準備して、これを溶解炉18(図2)の
投入口17から投入する(ステップS1)。
てもよいし、あるいは各成分ごとのインゴットまたは粉
末を投入して溶解炉内部で溶融混合してもよい。
うに電磁石等の攪拌装置24(図2)により溶融金属を
攪拌し核を分散させながら凝固させる(ステップS
2)。このとき、Si含有量は重量割合で17%(表
1)であり、図9の状態図から分かるように、温度降下
に伴い、初晶シリコンが析出するが、攪拌作用によりそ
の成長が抑制されるため粒子サイズは30μm程度以下
である。
リン(P)、ナトリウム(Na)、ストロンチウム(S
r)、アンチモン(Sb)等を添加しておくことによ
り、結晶の核が多くなり初晶シリコンの微細化がさらに
促進される。
のを示したが、12%〜25%のものでも良い。また他
の成分Cu、Mg、Fe、Mn、Cr、Zr、Tiの各
々について表1の重量%のものに限らずCu1〜7%、
Mg、Fe、Mu、Cr、Zr、Tiについて各々0〜
1,5%であっても良い。
を30μm程度以下にした連続鋳造体は自然冷却されな
がら引き出され(ステップS3)、鍛造品単位に切断さ
れてビレットが形成される(ステップS4)。各ビレッ
トが型に入れられて鍛造品が成型される(ステップS
5)。このとき、アルミニウム合金のビレットを溶融し
ない程度に加熱してから、すなわち共晶温度(約570
℃)程度に加熱してから鍛造することが望ましい。この
場合、鍛造型内で加熱し加熱後に鍛造したもよいし、あ
るいは鍛造型外で加熱してこれを鍛造型内で鍛造しても
よい。これにより、鍛造性が高められ高品質の鍛造品が
得られる。
れ焼戻しのT6処理等の熱処理を施し(ステップS
6)、機械加工を施して形状を整えて鍛造加工処理を終
了する(ステップS7)。
金を用いて鍛造するピストンの型の構成図であり、図5
は、鍛造したピストンの断面図である。
1)に対応する凸部25および強化用ファイバーフロー
形成のための凹部26を有する上型27と、枠型28a
および中型28bからなる下型28との間に、前述の本
発明に係る鍛造用アルミニウム合金からなるビレット2
9が挿入される。中型28bの肩部には鍛造品を成型後
にこれを抜出すための突出し棒30が備わり、突出し棒
30は油圧シリンダ30Aにより駆動される。
ン素材32には、外形の凹凸形状にしたがってファイバ
ーフロー31が形成され、これにより素材強度が高めら
れる。このようなピストン素材に機械加工を施してトッ
プランドやリング溝およびピストンピン孔等を加工形成
し、図5(B)に示すようにピストン33が完成する。
ックの断面図である。冷却水ジャケット36を有し、下
部にクランク室37が形成されたシリンダブロック34
の内面にシリンダライナー35が圧入または鋳込まれて
装着される。このシリンダライナー35の内面に沿って
前述のピストンが摺動するため、このシリンダライナー
35に対してもピストンと同様に、充分大きい耐熱性、
耐摩耗性、強度および鍛造性が要求される。したがっ
て、このシリンダライナーについても、前述の本発明に
係る鍛造用アルミニウム合金を用いて鍛造成型すること
により、鍛造性が優れ充分な強度で耐熱性および耐摩耗
性が優れた鍛造品が得られる。また、本発明の鍛造用ア
ルミニウム合金を使用し、鍛造プロセスを経てコンロッ
ドを製造してもよい。
粒径に対する鍛造割れによる不良発生率のグラフであ
る。図から分かるように、平均粒径が約30μm以下に
なると不良発生率が急激に低下する。したがって、本発
明に係る鍛造用アルミニウム合金の初晶Siの粒子の平
均粒径は30μm以下であることが望ましい。
合金の顕微鏡写真である。(A)は100倍、(B)は
400倍を示す。黒色部分が初晶Siであり、写真から
分かるように、粒子のサイズは約30μm以下でほぼ均
一に散在している。
Siが析出する重量割合で12%以上のSiを含有する
アルミニウム合金において、凝固温度の近傍で溶融合金
を攪拌することにより、さらに好ましくは接種材を添加
することにより、初晶Si粒子の平均粒径を30μm以
下にすることができ、これにより、耐熱性とともに鍛造
性に優れ、耐摩耗性に優れ強度の高いアルミニウム合金
が得られ、このアルミニウム合金を用いて鍛造すること
により薄肉部の成型性が良好で強度が高く耐熱性および
耐摩耗性に優れた信頼性の高い鍛造品が得られる。
トンおよびシリンダライナーを形成することにより、エ
ンジンの高出力化に対応して、高温高負荷時に焼き付け
を起こさず、耐熱性、耐摩耗性に優れ強度が強く信頼性
の高い動作が達成されるエンジンが得られる。
図。
図。
真。
イナー、4:ピストン、5:ピストンピン、6:コンロ
ッド、7:クランクアーム、8:クランク軸、9:吸気
管、10:排気管、11:吸気弁、12:排気弁、1
3:スロットル、14:燃料噴射弁、15:点火プラ
グ、16:バルブ逃げ、17:投入口、18:溶解炉、
19:ヒータ、20:溶湯、21:ローラ、23:連続
鋳造体、24:攪拌装置、25:凸部、26:凹部、2
7:上型、28:下型、29:ビレット、30:突出し
棒、31:ファイバフロー、32:ピストン素材、3
3:ピストン、34:シリンダブロック、35:シリン
ダライナー、36:冷却ジャケット、37:クランク
室。
Claims (7)
- 【請求項1】アルミニウムを基本成分とし、 少なくとも、12%以上の重量割合のSi成分を含有
し、 初晶Siの粒子の平均サイズが30μm以下であること
を特徴とする鍛造用アルミニウム合金。 - 【請求項2】基本成分のアルミニウムと、 少なくとも、12%以上の重量割合のSi成分とを溶融
した後、凝固して得られる鍛造用アルミニウム合金にお
いて、 溶融合金を凝固温度まで冷却する冷却過程において、初
晶Siの析出温度近傍において前記溶融合金を攪拌する
ことにより初晶Siの粒子の平均サイズを30μm以下
としたことを特徴とする鍛造用アルミニウム合金。 - 【請求項3】基本成分のアルミニウムと、 少なくとも、12%以上の重量割合のSi成分とを溶融
した後、凝固するようにした鍛造用アルミニウム合金の
製造方法において、 溶融合金を凝固温度まで冷却する冷却過程において、初
晶Siの析出温度近傍において前記溶融合金を攪拌する
ことを特徴とする鍛造用アルミニウム合金の製造方法。 - 【請求項4】請求項2に記載の鍛造用アルミニウム合金
を、鍛造型内において溶融温度以下の所定温度に加熱し
た後鍛造し、あるいは鍛造型外において溶融温度以下の
所定温度に加熱したものを鍛造型内で鍛造することを特
徴とする鍛造用アルミニウム合金からなる製品の鍛造方
法。 - 【請求項5】請求項1に記載の鍛造用アルミニウム合金
からなる内燃機関用ピストン。 - 【請求項6】請求項1に記載の鍛造用アルミニウム合金
からなる内燃機関用シリンダライナー。 - 【請求項7】請求項6に記載のシリンダライナーを鋳込
んでなる内燃機関用シリンダブロック。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10143832A JPH11335766A (ja) | 1998-05-26 | 1998-05-26 | 鍛造用アルミニウム合金及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP10143832A JPH11335766A (ja) | 1998-05-26 | 1998-05-26 | 鍛造用アルミニウム合金及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11335766A true JPH11335766A (ja) | 1999-12-07 |
Family
ID=15347992
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10143832A Pending JPH11335766A (ja) | 1998-05-26 | 1998-05-26 | 鍛造用アルミニウム合金及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11335766A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011012338A (ja) * | 2009-06-30 | 2011-01-20 | Hyundai Motor Co Ltd | 車両シリンダーライナー用アルミニウム合金およびそのシリンダーライナーの製造方法 |
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-
1998
- 1998-05-26 JP JP10143832A patent/JPH11335766A/ja active Pending
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