JPS62980B2

JPS62980B2 -

Info

Publication number: JPS62980B2
Application number: JP54066941A
Authority: JP
Inventors: Buruuni Rudoiko; Iguera Pieeruantonio
Original assignee: Associated Engineering Italy SpA
Current assignee: Associated Engineering Italy SpA
Priority date: 1978-05-31
Filing date: 1979-05-31
Publication date: 1987-01-10
Also published as: US4297976A; EP0005910B2; EP0005910B1; GB1583019A; EP0005910A1; DE2967125D1; JPS54161508A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は殊にピストンがアルミニウム合金製
の、これに限定されるものではないけれどとくに
内燃機関又は往復圧縮機用のピストン及びシリン
ダアセンブリに関する。ピストン及び他のエンジン部品製造に使用する
ために適当なアルミニウムを主体とする合金は英
国特許第334656号及び同第480499号明細書、米国
特許第2357450号明細書並びにフランス国特許第
998474号明細書に記載されている。本発明の課題はピストンがアルミニウム製であ
るだけでなく、シリンダブロツク又はシリンダラ
イナの１部を形成するシリンダ壁もアルミニウム
合金製であり、かつアルミニウム合金ピストンが
アルミニウム合金シリンダ壁との間に他の金属、
例えば比較的硬い金属の永久保護コーテイングの
介在なしに、直接アルミニウム合金シリンダ壁上
を摺動しうるピストン及びシリンダアセンブリを
提供することである。アルミニウム合金ピストンを摺動するための適
当なアルミニウム合金シリンダライナ材料を提供
するという課題は相当な注目を受けた。例えばシ
ボレー・ベガ（Chevrolet Vega）のシリンダブ
ロツクはレイノルズ・メタルズ（Reynolds
Metals）の17％の珪素アルミニウム合金で製造
され、シリンダの摺動面は特別な化学的エツチン
グ処理を受けており、ピストンは鉄メツキしてあ
る。シリンダの摺動面が電気メツキされたニツケ
ル及び炭化珪素でコーテイングされている12％の
珪素アルミニウム合金の空冷式アルミニウム合金
シリンダを製造することも公知である。溶体化及び析出熱処理した後の、珪素18.33
％；ニツケル1.48％；銅1.49％；マグネシウム
1.20％；鉄0.40％の組成を有するアルミニウム合
金を使用して、溶体化及び析出熱処理した後の、
珪素11.46％；ニツケル１％；銅1.13％；マグネ
シウム0.91％；鉄0.17％の組成を有する亜共晶ア
ルミニウム合金の試験棒に対して摺動させる試験
の結果は、２つの要素の間に焼付が生じた。ピストン及びシリンダ壁の両方がアルミニウム
合金製であるピストン及びシリンダアセンブリを
提供する本発明の目的は、ピストンに接触するシ
リンダの壁が、珪素（Si）12〜20％；銅（Cu）
0.5〜５％；鉄（Fe）1.0〜６％；マグネシウム
（Mg）0.2〜２％；ニツケル（Ni）0.5〜４％；ス
ズ（Sn）８％以下、残部アルミニウムの組成
（重量％）を有する過共晶珪素アルミニウム合金
から形成されることによつて達成され、この合金
は有利にはさらに選択的にマンガン（Mn）５％
以下；コバルト（Co）３％以下；クロム（Cr）
３％以下；チタン（Ti）0.3％以下および鉛
（Pb）５％以下の群から選択した１つ以上の成分
を含むことができる。シリンダ壁のこの合金組成は上記のことに関し
て文献に記載されている合金組成に類似している
が、この文献はアルミニウム合金ピストンが滑動
するシリンダ壁の構造に使用するためにこのよう
な合金組成を使用することにはふれていない。本発明による合金組成において珪素は地の強化
剤として使用され、さらに合金のベアリング特性
を改善する。12％以下ではその効果が低く、20％
を超えると珪素粒子が粗大になり、合金が脆くな
る。高い珪素含量により合金の凝固温度範囲が広
くなり、収縮孔が発生しやすくなる。0.5％以上
の銅は高温の合金硬度を維持するために役立つ。
５％を超えれば脆くなる。鉄含量はシリンダライ
ナが支持しうる比圧力を決定する。１％より低い
鉄含量ではシリンダライナは最近のエンジンの圧
力または負荷に耐えられず、６％を超えると合金
が脆化する。マグネシウムは固溶体強化添加剤で
あり、２％より高くしても効果は増加せず、0.2
％より低いマグネシウム含量では効果が現れな
い。ニツケルは合金を強化し、高い高温強度の維
持に効果を示す。ニツケルは鉄―アルミニウム金
属間化含物の形を３元系化合物の形成によつて改
善する。この３元化合物は高融点の硬い安定な粒
子からなり、シリンダライナとして使用する合金
のベアリング特性も改善される。ニツケル含量が
0.5％より低ければその効果が認められず、４％
を超えるとアルミニウム―ニツケル金属間化合物
が初晶の形で現れ、合金が脆化する。マンガンは高い鉄含量による脆化を改善するた
めに使用される。５％より高ければ逆効果が現れ
る。コバルトは珪素と鉄の安定な金属間化合物を
得るために使用される。３％を超えるとコバルト
が析出し始める。クロムは鉄と金属間化合物を形
成して合金の強度および硬度を改善する。３％を
超えても付加的効果は得られない。錫の存在は合
金のベアリング特性を改善するけれども、８％を
超えると合金の強度および硬度が低下する。チタ
ンは合金の組織および粒子サイズを均一にする核
を与えるけれど、0.3％を超えても効果の上昇は
認められない。鉛は合金のベアリング特性を改善
する。５％を超える鉛の存在は合金の硬度および
強度を低下する。本発明による合金は高合金アルミニウムのため
の常用法によつて製造することができる。まず純
アルミニウムのなまこおよびたとえば珪素40％の
アルミニウム―珪素合金からなる基材を溶解し、
約850〜900℃の温度で他の合金成分を種々の形で
添加する。たとえば鉄はAl／Fe20合金の形で添
加する。銅は純銅として添加できるけれども、ク
ロムおよびチタンのような酸化膜を形成しやすい
元素は前合金の形で使用しなければならない。鉄
およびニツケルの含量が比較的高いので、鋳造前
の温度は900〜950℃に保持される。アルミニウム合金ピストン及び上記定義のよう
な過共晶珪素アルミニウム合金の協働シリンダ又
はシリンダライナのアセンブリにおいて、潤滑油
及び／又はならしコーテイングは別として、運転
中にピストン及びシリンダの２つのアルミニウム
合金の間の直接接触が可能なことが判明した。ならしの目的のために、ピストン又はシリンダ
内壁を錫、グラフアイト又は同様の材料でメツキ
するか又はコーテイングできるが、クロムメツキ
又は同様の長時間の特殊処理は必要がない。この
ようなならしコーテイングは公知であり、例え
ば、ピストンの全寿命の間永続する鉄又はクロム
の電気メツキとは異なり、主にならし期間の間に
ほとんど摩耗する。試験されたシリンダライナの例は次の割合（重
量％）の組成を有する：

【表】

【表】この材料は、常用のシリンダライナ仕上で、ピ
ストンとシリンダライナとの間の（常用の潤滑油
は別として）直接接触によつて常用のアルミニウ
ム合金材料のピストンとともに運転でき、コーテ
イングはピストンにもシリンダにも必要ないこと
が判明した。シリンダライナの性質としてもつとも重要な高
温硬度（Ｈ_B）を例１〜４の平均値および珪素17
％のレイノルズ金属（比較例）の対比によつて次
表に示す。

【表】高温に長時間保持した後の高温硬度で本発明の
合金の比較合金より優れていることが明らかであ
る。なおこの合金の冷間硬度（Ｈ_B）は140〜145
である。常用のアルミニウム合金材料の例は珪素11.46
％を含有する亜共晶アルミニウム合金（全組成は
上記した）；珪素12.6％；ニツケル2.1％；銅１
％；マグネシウム1.2％；チタン0.15％及び鉄0.4
％を含有するアルミニウム合金；並びに例えば珪
素21％；銅1.4％；ニツケル1.5％；コバルト1.2
％；マグネシウム0.9％；マンガン0.6％；鉄0.5
％；残部がアルミニウムの組成を有する過共晶合
金を包含する。本発明のアセンブリはシリンダ内径をエンジン
のオーバホールの間に簡単なダイヤモンドボーリ
ング作業により増大できるという利点がある。

Claims

【特許請求の範囲】１ピストンがアルミニウム合金製であるピスト
ン及びシリンダアセンブリにおいて、ピストンに
接触するシリンダ壁が珪素（Si）12〜20％；銅
（Cu）0.5〜５％；鉄（Fe）1.0〜６％；マグネシ
ウム（Mg）0.2〜２％；ニツケル（Ni）0.5〜４
％；スズ（Sn）８％以下及び残部がアルミニウ
ムの組成（重量％）を有する過共晶珪素アルミニ
ウム合金から形成されていることを特徴とするピ
ストン及びシリンダアセンブリ。２ピストンとシリンダの壁の間に配置される材
料がピストン及びシリンダ壁の接触面の１面上の
ならしコーテイングおよび潤滑油だけである、特
許請求の範囲第１項記載のピストン及びシリンダ
アセンブリ。３ピストンのアルミニウム合金の組成が珪素
11.46％；ニツケル１％；銅１〜1.13％；マグネ
シウム0.91％；及び鉄0.17％を含有し、残部がア
ルミニウムである、特許請求の範囲第１項または
第２項記載のピストン及びシリンダアセンブリ。４ピストンの合金の組成が珪素12.6％；ニツケ
ル2.1％；銅１％；マグネシウム1.2％；チタン
0.15％及び鉄0.4％を含有し、残部がアルミニウ
ムである、特許請求の範囲第１項または第２項記
載のピストン及びシリンダアセンブリ。５ピストンの合金の組成が珪素21％、銅1.4
％；ニツケル1.5％；コバルト1.2％；マグネシウ
ム0.9％；マンガン0.6％及び鉄0.5％を有し、残部
がアルミニウムである、特許請求の範囲第１項ま
たは第２項記載のピストン及びシリンダアセンブ
リ。