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JPH01190951A - Piston for internal combustion engine - Google Patents

Piston for internal combustion engine

Info

Publication number
JPH01190951A
JPH01190951A JP63013567A JP1356788A JPH01190951A JP H01190951 A JPH01190951 A JP H01190951A JP 63013567 A JP63013567 A JP 63013567A JP 1356788 A JP1356788 A JP 1356788A JP H01190951 A JPH01190951 A JP H01190951A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piston
top ring
wear
alumite treatment
ring groove
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP63013567A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hirobumi Michioka
博文 道岡
Yoshio Fuwa
良雄 不破
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP63013567A priority Critical patent/JPH01190951A/en
Publication of JPH01190951A publication Critical patent/JPH01190951A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/12Details
    • F16J9/22Rings for preventing wear of grooves or like seatings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00Metals
    • F05C2201/02Light metals
    • F05C2201/021Aluminium

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve the abrasion resistance and aluminum coagulation resistance of the groove part of a piston ring by forming each alumite treatment layer onto the upper and lower surfaces of the groove part of a top ring and depositing the primary crystal Si in dispersion onto the surface of the alumite treatment layer. CONSTITUTION:A piston basic member 1 is made of hyper-eutectic Al-Si group alloy. The alumite treatment layers 12 and 13 through the anode oxidation are formed on the upper and lower surfaces 10 and 11 of the groove part 6 of a top ring. The primary crystal Si particles 14 are exposed in dispersion in the alumite treatment layers 12 and 13. Therefore, the abrasion resistance and aluminium coagulation resistance of the groove part of a piston ring can be improved.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明はAl−8i系合金よりなる内燃機関用のピス
トンに関し、特にそのトップリング溝部を強化したピス
トンに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application This invention relates to a piston for an internal combustion engine made of an Al-8i alloy, and more particularly to a piston having a reinforced top ring groove.

従来の技術 近年のターボチャージャ等のBitによるエンジンの高
出力化に伴ない、内燃機関用ピストンにおいては特にト
ップリング溝部での熱負荷が厳しくなっており、そのた
めへ2合金製ピストンでのトップリング溝部では相手材
であるトップリングとの間て一摩耗やスカッフが生じ易
い問題がある。そこでトップリング溝部の耐熱性、耐摩
耗性を向上させるため、トップリング溝部をセラミック
m維等で複合強化したピストン(例えば特願昭58−7
5184号等)が提案されている。またトップリング溝
部に関してではないが、ピストン頂面に陽極酸化による
硬質アルマイト層を形成して、頂面の熱的、握械的応力
による亀裂発生を防止するようにしたピストンも提案(
例えば特開昭61−229963号)されている。
Conventional technology In recent years, with the increase in engine output due to bits such as turbochargers, the heat load on pistons for internal combustion engines has become particularly severe at the top ring groove. In the groove portion, there is a problem in that wear and scuffing easily occur between the groove portion and the top ring, which is the mating material. Therefore, in order to improve the heat resistance and wear resistance of the top ring groove, pistons whose top ring grooves were compositely reinforced with ceramic M fibers (for example, Japanese Patent Application No. 58-7
No. 5184, etc.) have been proposed. Although not related to the top ring groove, we have also proposed a piston in which a hard alumite layer is formed on the top surface of the piston by anodizing to prevent cracks from occurring due to thermal and mechanical stress on the top surface (
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 61-229963).

発明が解決すべき問題点 前述のようにトップリング溝部をセラミック繊維で複合
強化したへβ合金製ピストンでは、特に熱負荷が厳しい
場合は未だ摩耗やスカッフが生じ易く、ピストンの耐久
性や信頼性を充分に満足させることは困難であった。ま
たピストン頂面に硬質アルマイト層を形成する方法では
ピストン頂面は強化されてもトップリング溝部は強化さ
れないため、トップリング溝部の摩耗やスカッフの問題
は解決されない。さらに、ピストン頂面に限らず、ピス
トンの全面に陽極酸化による硬質アルマイト1を形成す
ることも考えられるが、この場合はピストンのスカート
部において油膜切れによるスカッフが発生する等の間珀
をJ&<。
Problems to be Solved by the Invention As mentioned above, the hebta alloy piston whose top ring groove is compositely reinforced with ceramic fibers is still prone to wear and scuffing, especially when subjected to severe heat loads, and the durability and reliability of the piston are affected. It was difficult to fully satisfy the requirements. Further, in the method of forming a hard alumite layer on the top surface of the piston, the top ring groove is not strengthened even though the top surface of the piston is strengthened, so the problems of wear and scuffing of the top ring groove are not solved. Furthermore, it is conceivable to form hard alumite 1 by anodizing not only on the top surface of the piston but also on the entire surface of the piston, but in this case, scuffing may occur due to lack of oil film on the skirt of the piston, etc. .

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、厳
しい熱負荷が加わるトップリング溝部の耐摩耗性、耐熱
性を向上させて、トップリング溝部での摩耗やスカッフ
の発生を防止し、これによって耐久性、信頼性を向上さ
せたピストンを提供することを目的とするものである。
This invention was made against the background of the above-mentioned circumstances, and improves the wear resistance and heat resistance of the top ring groove, which is subjected to severe thermal loads, thereby preventing wear and scuffing in the top ring groove. The purpose is to provide a piston with improved durability and reliability.

問題点を解決するための手段 この発明の内燃機関用ピストンは、Si含有量が14〜
30wt%の範囲内の過共晶Af−8i系合金によりピ
ストン母材が作られ、かつトップリング溝部の内面のう
ち、少なくとも上下面に厚さ10〜50翔のアルマイト
処理層が形成され、しかもそのアルマイト処理層表面に
10〜40μmの大きさの初晶8iが露呈していること
を特徴とするものである。
Means for Solving the Problems The piston for an internal combustion engine of the present invention has a Si content of 14 to 14.
The piston base material is made of a hypereutectic Af-8i alloy within the range of 30 wt%, and an anodized layer with a thickness of 10 to 50 mm is formed on at least the upper and lower surfaces of the inner surface of the top ring groove, and It is characterized in that primary crystals 8i with a size of 10 to 40 μm are exposed on the surface of the alumite treated layer.

作   用 この発明のピストンにおいては、母材として過共晶A&
−8i系合金を用いているか−ら、その組織はα−A2
マトリックス中に初晶S1が分散して晶出したものとな
っている。そして特にアルマイト処yJ!層を形成した
トップリング溝部の少なくども上下面においても、アル
マイト処理層表面に初晶Siが分散して露呈している。
Function: In the piston of this invention, hypereutectic A&
-Since the 8i alloy is used, its structure is α-A2
The primary crystal S1 is dispersed and crystallized in the matrix. And especially the alumite treatment yJ! Even on at least the upper and lower surfaces of the top ring groove where the layer is formed, primary crystal Si is dispersed and exposed on the surface of the alumite treated layer.

アルマイト処理層はそれ自体で硬質であるとともに非金
属層であるため相手材であるピストンリングに対して凝
肴が生じにくく、したがってアルマイト処理層をトップ
リング溝部の上下面に形成しただけでもある程度耐摩耗
性、耐スカツフ性は向上するが、それだけでは必ずしも
充分ではない。
The alumite treatment layer itself is hard and is a non-metallic layer, so it is difficult to cause corrosion to the piston ring, which is the mating material. Although abrasion resistance and scuff resistance are improved, this alone is not necessarily sufficient.

すなわちアルマイト処理層自体が摩滅して母材が露出し
てしまえば、急激にスカッフや摩耗が進行するようにな
る。そこでこの発明のピストンでは過共晶Af−Si系
合金を母材として用いて、アルマイト処flI層表面に
Hシフ50程度の著しく硬質な初晶Siを分散露呈させ
、その硬質な初晶S1により相手材からの荷重を支持さ
せて、アルマイト処理層の摩耗の進行を防止している。
That is, if the alumite treatment layer itself is worn away and the base material is exposed, scuffing and wear will rapidly progress. Therefore, in the piston of this invention, a hypereutectic Af-Si alloy is used as the base material, extremely hard primary crystal Si with an H shift of about 50 is distributed and exposed on the surface of the alumite treated flI layer, and the hard primary crystal S1 It supports the load from the mating material and prevents the progress of wear on the alumite treated layer.

すなわち、アルマイト5I!!理層と初晶Siとの相乗
効果によって、トップリング溝部の耐摩耗性、耐凝着性
を著しく向上させることが可能となったのである。
In other words, alumite 5I! ! The synergistic effect of the physical layer and the primary Si makes it possible to significantly improve the wear resistance and adhesion resistance of the top ring groove.

ここで、アルマイト処理層を形成する部分は、トップリ
ング溝部の内面のうち、少なくとも上下面とする。すな
わちこの上下面が最も摩耗し易いからであるが、もちろ
んトップリング溝部の内面の全面にアルマイト処理層を
形成しても良い。但し、トップリング溝部以外の部分、
特にピストン外周面(スカート部)にはアルマイト処理
層を形成しないことが望ましい。スカート部にアルマイ
ト処理層が形成されている場合はその部分で油膜切れが
生じてスカッフが発生し易くなるからである。
Here, the portions on which the alumite treatment layer is formed are at least the upper and lower surfaces of the inner surface of the top ring groove. That is, this is because these upper and lower surfaces are most likely to wear, but of course the alumite treatment layer may be formed on the entire inner surface of the top ring groove. However, parts other than the top ring groove,
In particular, it is desirable not to form an alumite treatment layer on the outer peripheral surface (skirt portion) of the piston. This is because if an alumite treatment layer is formed on the skirt portion, the oil film breaks at that portion and scuffing is likely to occur.

なおアルマイト処理層の厚さが101JIR未満では充
分な耐摩耗性が得られず、一方50IJaを越えれば表
面あらざが大きくなり、処理コストも高くなるから、ア
ルマイト処理層の厚みは10〜50IJIIの範囲内に
限定した。
If the thickness of the alumite treatment layer is less than 101JIR, sufficient wear resistance will not be obtained, while if it exceeds 50IJa, surface roughness will become large and the processing cost will increase. limited within range.

また初晶Siの大きさが10IIIn未満の場合には、
相手材の荷重を充分に支持することが困難であるため、
充分な耐摩耗性を示すことが困難であり、一方40珈を
越えれば相手攻ν性が大きくなって相手材であるトップ
リングが摩耗し易くなるとともに、アルマイト処理層に
クランクが生じ易くなって剥離し易くなるから、初晶S
1の大きさは10〜40μmの範囲内に定めた。なお初
晶Siの大きさはピストン鋳造時に6ける冷却速度を制
御することによって調整可能である。
In addition, when the size of primary Si is less than 10IIIn,
Because it is difficult to sufficiently support the load of the mating material,
It is difficult to show sufficient abrasion resistance, and on the other hand, if it exceeds 40 strands, the abrasiveness to the other material increases and the top ring, which is the mating material, becomes more likely to wear out, and the alumite treatment layer becomes more prone to cracking. Because it becomes easy to peel off, primary crystal S
The size of 1 was set within the range of 10 to 40 μm. Note that the size of primary Si can be adjusted by controlling the cooling rate during piston casting.

母材となるA&−8i系合金は、Si含有吊が12wt
%程度以上であれば初品SIが晶出した過共晶合金とな
るが、Siが14wt%未満では初晶Siの晶出量が不
足して相手材の荷重を充分に支えることが困難となるお
それがある。一方Si含有Φが過剰となれば初晶S1の
墨が多過ぎて相手材の ゛摩耗が大きくなり、またSi
lが30w【%を越えれば製造性、特にvI造性(引は
栄の発生)ヤ加工性が悪くなるから、Silは14〜3
0wt%の範囲内とした。なおこの範囲内でも特に14
〜2511%の範囲内が好ましい。
The base material A&-8i alloy has a Si content of 12wt.
% or more, it becomes a hypereutectic alloy in which the initial SI crystallizes, but if the Si content is less than 14 wt%, the amount of primary Si crystallized is insufficient and it becomes difficult to sufficiently support the load of the mating material. There is a risk that On the other hand, if the Si-containing Φ is excessive, there will be too much ink in the primary crystal S1, which will increase the wear of the mating material, and the Si
If l exceeds 30w%, the manufacturability, especially the VI buildability (occurrence of cracks) and processability will deteriorate, so the Sil should be 14 to 3.
It was set within the range of 0 wt%. In addition, within this range, especially 14
It is preferably within the range of ~2511%.

実施例 [実施例11 第1図〜第3図に、この発明の一実施例のビスひンを示
す。
Example [Example 11 Figures 1 to 3 show a screw thread according to an example of the present invention.

第1図〜第3図において、ピストン母材1はA l −
17wt%S i −4,5wt%Cu −0,55w
t%MQの成分組成を有する過共晶、l’−8i系合金
によって形成されている。そのピストン母材1の側部外
周面2の上部には、燃焼ガスがピストンとシリンダブロ
ック3のシリンダ壁面との間を経て燃焼至から漏洩する
ことを防止するためのコンプレッションリング4,5を
受入れる二つのリング溝部6.7(トップリング湾部6
およびセカンドリング溝部7)と、余分のオイルをかき
落すめたのオイルリング8を受入れるリング溝部9とが
形成されている。そして特にリング溝部6.7.9のう
ち、トップリング4奢受入れてそのトップリング4と摺
動するトップリング溝部6の上面10および下面11に
は、陽極酸化によるアルマイト処理層12.13が形成
されている。このアルマイト処j!層12.13には、
第3図に模式、的に示すように、初晶Si粒子14が分
散露呈している。
In FIGS. 1 to 3, the piston base material 1 is A l −
17wt%S i -4,5wt%Cu -0,55w
It is formed from a hypereutectic, l'-8i alloy having a component composition of t%MQ. The upper part of the side outer peripheral surface 2 of the piston base material 1 receives compression rings 4 and 5 for preventing combustion gas from leaking from the combustion chamber through the gap between the piston and the cylinder wall surface of the cylinder block 3. Two ring grooves 6.7 (top ring bay 6
A second ring groove 7) and a ring groove 9 for receiving an oil ring 8 from which excess oil has been scraped off are formed. In particular, an alumite treatment layer 12.13 is formed by anodic oxidation on the upper surface 10 and lower surface 11 of the top ring groove 6, which receives the top ring 4 and slides on the top ring 4, of the ring groove 6.7.9. has been done. This alumite treatment! In layer 12.13,
As schematically shown in FIG. 3, primary crystal Si particles 14 are dispersed and exposed.

このようなピストンは、次のようにして製造した。すな
わち先ずピストン高圧鋳造用の鋳型内に前記成分組成の
合金溶湯を注湯し、その凭型に液密的に嵌合するプラン
ジャにより合金溶湯を1000Kf1 / cmの加圧
力で加圧しつつ凝固させて、ピストンの予成形体を得た
。次いでその予成形体をT6処理により熱処理した後、
所定の寸法に加工し、リング渦部6.7.9を形成した
。その後、トップリング溝部6の上面10および下面1
1のみに、電解浴、例えば硫酸浴、ショウ酸浴、あるい
はこれらの混酸浴等を用いて陽極酸化処理を施し、厚さ
約201JII、硬さHv 400のアルマイト処理1
112゜13を形成した。なおこのときの初晶Siの大
きさは約20顯である。
Such a piston was manufactured as follows. That is, first, a molten alloy having the above-mentioned composition is poured into a mold for high-pressure piston casting, and the molten alloy is solidified while being pressurized with a pressure of 1000 Kf1/cm using a plunger that fits liquid-tightly into the crown shape. , a piston preform was obtained. Then, after heat-treating the preformed body by T6 treatment,
It was processed to predetermined dimensions to form a ring vortex portion 6.7.9. After that, the top surface 10 and bottom surface 1 of the top ring groove 6 are
1 is anodized using an electrolytic bath, such as a sulfuric acid bath, a sulfuric acid bath, or a mixed acid bath thereof, to form an alumite treatment 1 with a thickness of approximately 201 JII and a hardness of Hv 400.
112°13 was formed. Note that the size of primary Si at this time is about 20 mm.

[実施例21 母材のA1−5i系合金におけるSi含有量の影響を次
のようにして調べた。
[Example 21] The influence of the Si content in the A1-5i base alloy was investigated as follows.

第1表に示1各SilのA1−5r系合金を用いて、実
施例1と同様な方法によりピストン母材を鋳造し、各ピ
ストン母材から16X 6X10Mの大きさのブロック
試験片を切出し、そのブロック試験片の16×6市の試
験面に前記同様にして厚さ20μmのアルマイト処理層
を形成した。
Using the A1-5r alloy of each Sil shown in Table 1, a piston base material was cast in the same manner as in Example 1, and a block test piece with a size of 16 x 6 x 10M was cut out from each piston base material. An alumite treatment layer having a thickness of 20 μm was formed on the 16×6 test surface of the block test piece in the same manner as described above.

第     1     表 これらのブロック試験片を順次摩擦摩耗試験機にセット
し、相手部伺として外径35mg、内径30M、@io
、のJIS  5UJ2の鋼からなる円筒試験片の外周
面と接触させ、両試験片の接触部に150℃の潤滑油(
商品名:ギャスモータオイル5W−30)を供給しつつ
荷重15−1回転数1sorpnにて円筒試験片を0.
5時間回転させる摩耗試験を行なった。その試験結果を
各試験片のSilに対応させて第4図に示す。
Table 1 These block test pieces were sequentially set in a friction and wear tester, and the outer diameter was 35 mg, the inner diameter was 30 M, and @io
A cylindrical test piece made of JIS 5UJ2 steel of
A cylindrical test piece was heated to 0.000 mA at a load of 15-1 and a rotational speed of 1 sorpn while supplying gas motor oil (product name: 5W-30).
A wear test was conducted by rotating for 5 hours. The test results are shown in FIG. 4 in correspondence with the Sil of each test piece.

第4図に示すように、ピストン材(アルマイト処理層を
形成したブロック試験片)においては、Si量が9wt
%ではアルマイト処理層(厚さ2o趨)が摩滅して消失
しさらに摩耗が急激に進行した状態となっている。これ
は初晶Siが全く晶出しなかったためと考えられる。ま
たSilが12wt%では耐摩耗性が若干向上してはい
るが、アルマイト処理層がほぼ消失するまで摩耗が進行
した。これは、荷重を支えるべき初晶Siの晶出量が著
しく少ないためと考えられる。一方Silが14wt%
以上では、試験片の摩耗は著しく少なくなり、アルマイ
ト処J!!層と初晶Siの相乗効果によって優れた耐摩
耗性を示している。
As shown in Fig. 4, the amount of Si in the piston material (block test piece with an alumite treatment layer formed) was 9 wt.
%, the alumite treatment layer (thickness of about 20 mm) was worn away and disappeared, and further wear progressed rapidly. This is considered to be because primary Si did not crystallize at all. Further, when the Sil content was 12 wt%, the wear resistance was slightly improved, but the wear progressed until the alumite treatment layer almost disappeared. This is considered to be because the amount of primary Si crystallized, which should support the load, is extremely small. On the other hand, Sil is 14wt%
With the above, the wear of the test piece was significantly reduced, and the alumite treatment J! ! It exhibits excellent wear resistance due to the synergistic effect of the layer and primary Si.

また相手材である円筒試験片の摩耗は、81mが増加す
るに従って大きくなる傾向を示す。これは硬さの高い(
lv 750)初晶Siの晶出量が多くなるためと考え
られる。
Furthermore, the wear of the cylindrical test piece, which is the mating material, tends to increase as the length of 81 m increases. This has high hardness (
lv 750) This is thought to be due to an increase in the amount of primary Si crystallization.

以上のような試験結果、および5riiが30wt%を
越えれば鋳造性や加工性が悪くなることから、既に述べ
たようにSi含有量は14〜30vt%の範囲内、好ま
しくは14〜25wt%の範囲内とした。
Based on the above test results and the fact that if 5rii exceeds 30 wt%, castability and workability deteriorate, as mentioned above, the Si content should be in the range of 14 to 30 vt%, preferably 14 to 25 wt%. It was within the range.

[実施例3] 初晶Siの大きさによる影響を次のようにして調べた。[Example 3] The influence of the size of primary Si was investigated as follows.

A i’ −17w1%5 i −4,Ovt%CU−
0,5wt%M9からなる過共晶Al−8i系合金を用
い、実施例1と同様な方法でピストンを鋳造し、その時
の冷却速度を変えることによって第2表に示すような種
々の大きさの初晶Siを有するピストンを作成した。各
ピストンから実施例2と同様なブロック試験片を切出し
、このブロック試験片の試験面に厚さ20.Bのアルマ
イト処理層を形成した。
A i' -17w1%5 i -4, Ovt%CU-
Using a hypereutectic Al-8i alloy consisting of 0.5 wt% M9, pistons were cast in the same manner as in Example 1, and by changing the cooling rate at that time, various sizes as shown in Table 2 were obtained. A piston containing primary Si crystals was prepared. A block test piece similar to that in Example 2 was cut from each piston, and the test surface of this block test piece was coated with a thickness of 20. An alumite treated layer B was formed.

第     2     表 これらのブロック試験片を順次摩擦摩耗試験機にセット
し、相手部材として実施例2で用いたものと同様な円筒
試験片を用いて、実施例2と同じ条件で摩耗試験を行な
った。その結果を初晶Siの大きさと対応させて第5図
に示す。
Table 2 These block test pieces were sequentially set in a friction and wear tester, and a wear test was conducted under the same conditions as Example 2 using a cylindrical test piece similar to that used in Example 2 as a mating member. . The results are shown in FIG. 5 in correspondence with the size of primary Si.

第5図に示すよう゛に、ピストン材(ブロック状試験片
)においては、初晶Siの大きさが5伽と小さい場合は
、アルマイト処理層が摩滅して消失し、さらに急激に大
きな摩耗が進行した。これに対し初晶5iの大きさが1
0趨以上となれば荷Φを支持する効果が発現されて、摩
耗が大幅に減少し、25趨以上では耐摩耗性がほぼ一定
となった。
As shown in Figure 5, in the piston material (block-shaped specimen), when the size of the primary Si crystal is as small as 5, the alumite treatment layer is worn away and disappears, and even more rapid wear occurs. It progressed. On the other hand, the size of primary crystal 5i is 1
When it was 0 or more, the effect of supporting the load Φ was expressed, and the wear was significantly reduced, and when it was 25 or more, the wear resistance was almost constant.

一方相手材である円筒試験片の摩耗は、初晶Siが25
趨以上となれば次第に大きくなって、相手攻撃性が現わ
れる。特に初晶Siの大きさが30趨以上になれば相手
攻撃性がかなり大きくなる傾向を示す。
On the other hand, the wear of the cylindrical test piece, which is the counterpart material, is as follows:
If it becomes more than a trend, it will gradually become larger and the opponent's aggressiveness will appear. In particular, when the size of primary Si is 30 or more, the aggressiveness toward the opponent tends to increase considerably.

以上のような試験結果、および初晶Siの大きさが40
IJIIを越えればアルマイト処理層にクラックが発生
し易くなることから、既に述べたように初晶Siの大き
さは10〜40fiの範囲内、好ましくは10〜30伽
とした。
The above test results and the size of primary Si are 40
If IJII is exceeded, cracks are likely to occur in the alumite treated layer, so as mentioned above, the size of the primary Si crystal is set within the range of 10 to 40 fi, preferably 10 to 30 fi.

[実施例4] 実施例1と同様な方法で第3表に示14種のピストン母
材をH造し、実施例1と同様にトップリング溝部の上面
および下面に20〜25μmの厚さのアルマイト処理層
を形成した。これらのピストンについて、硬さHv 4
00のSUS  420J2からなる鋼製のトップリン
グと組合せて、ターボP−ジャー付4気筒4サイクルデ
ィーゼルエンジンに組込み、実機による耐久試WA (
5400rpn x全負荷×300時間)を行なった。
[Example 4] The 14 types of piston base materials shown in Table 3 were made in the same manner as in Example 1, and as in Example 1, a 20 to 25 μm thick layer was formed on the top and bottom surfaces of the top ring groove. An alumite treatment layer was formed. For these pistons, the hardness Hv 4
In combination with a steel top ring made of 00 SUS 420J2, it was installed in a 4-cylinder, 4-cycle diesel engine with a turbo P-jar, and the durability test WA (
5400 rpm x full load x 300 hours).

第   3   表 以上の実機耐久試験終了後、ピストンのトップリング溝
部下面の最大摩耗深さと相手材であるトツブリング下面
の最大摩耗深さを調べた結果を第6図に示す。
After completing the actual machine durability test shown in Table 3, the maximum wear depth of the bottom surface of the top ring groove of the piston and the maximum wear depth of the bottom surface of the mating ring, which is the mating material, were investigated, and FIG. 6 shows the results.

第6図に示すように、符号AおよびBのピストンでは、
トップリング溝部下面のアルマイト処理層(厚さ20〜
25顯)が摩滅して消失し、さらに大きく摩耗が進行し
ている。これは、初晶Siの晶出量が過少であるかもし
くは初晶Siの大きさが小さいため、アルマイト処理層
が摩滅し、その時点で母材のAl−5r系合金とトップ
リングとの接触が生じたためにトップリングとの間でア
ルミ凝着が生じ、それにより大幅な摩耗が進行したため
と考えられる。これに対し、符号C,Dのピストンでは
、トップリング溝部下面の摩耗が少なく、アルマイト処
理層は残存している。但し符@Dのピストンでは初晶S
iの大きさがやや大きいために若干の相手攻撃性が現わ
れ、符号Cのピストンを用いた場合と比較してピストン
リング下面の摩耗がやや大きくなる。
As shown in FIG. 6, for the pistons labeled A and B,
Anodized layer on the bottom of the top ring groove (thickness 20~
25) has worn out and disappeared, and the wear is progressing further. This is because the amount of primary Si crystallized is too small or the size of the primary Si is small, so the alumite treatment layer is worn away, and at that point, the base material Al-5r alloy and top ring contact each other. It is thought that this caused aluminum adhesion between the top ring and the top ring, which caused significant wear. On the other hand, in the pistons labeled C and D, the lower surface of the top ring groove has less wear, and the alumite treatment layer remains. However, for the piston with mark @D, primary crystal S
Since the magnitude of i is a little large, some aggressiveness appears, and the wear on the lower surface of the piston ring is slightly greater than when a piston with code C is used.

[実施例51 実施例4における符号Cのピストン(トップリング溝部
の上下面にアルマイト処理層を形成済みのもの)を用い
、相手トップリング材として、第4表に示す4種の材質
のものを用い1.各組合せについて実施例4と同様な実
機耐久試験を行なった。
[Example 51] Using the piston with code C in Example 4 (with an alumite treatment layer formed on the top and bottom surfaces of the top ring groove), four types of materials shown in Table 4 were used as the mating top ring material. Use 1. An actual machine durability test similar to that in Example 4 was conducted for each combination.

第     4     表 上記の実機耐久試験後の各ピストンにおけるトップリン
グ溝部下面の最大摩耗深さおよびトップリング下面の最
大摩耗深さを調べた結果を第7図に示す。
Table 4 Figure 7 shows the results of investigating the maximum wear depth on the bottom surface of the top ring groove and the maximum wear depth on the bottom surface of the top ring in each piston after the above actual machine durability test.

第7図に示すように、アルマイト処理層より硬さの低い
FCC70のピストンリングを用いた場合には、リング
側が大幅に摩耗するが、アルマイト処理層の硬さと同等
かそれ以上の硬さ(Hv 350以上)を有するリング
を用いれば、リング側の摩耗は大幅に少なくなることが
判明した。したがってこの発明のピストンの場合、トッ
プリングの摩耗を少なくするため、Hv 350以上の
硬さを有するPツブリングを用いることが望ましい。
As shown in Figure 7, when a piston ring of FCC70, which has a lower hardness than the alumite treatment layer, is used, the ring side will wear significantly, but the hardness is equal to or higher than the hardness of the alumite treatment layer (Hv It has been found that if a ring having a hardness of 350 or higher is used, the wear on the ring side is significantly reduced. Therefore, in the case of the piston of the present invention, it is desirable to use a P ring having a hardness of Hv 350 or more in order to reduce wear of the top ring.

発明の効果 以上の実施例からも明らかなように、この発明の内燃機
関用ピストンは、トップリング溝部の内面のうち少なく
とも上下面にアルマイト処理層を形成しかつそのアルマ
イト処理層表面に適正な大きさの初晶Siを分散晶出さ
せておくことによって、トップリング溝部の耐摩耗性、
耐アルミ凝肴性を従来よりも大幅に改善゛することかで
きたものであり、したがって特に大きな熱負荷が加わる
内燃機関に用いてその耐久性、信頼性を従来よりも大幅
に向上さゼることができる。
Effects of the Invention As is clear from the above embodiments, the piston for an internal combustion engine of the present invention has an alumite treatment layer formed on at least the upper and lower surfaces of the inner surface of the top ring groove, and an appropriate size on the surface of the alumite treatment layer. By dispersing and crystallizing the primary Si crystals, the wear resistance of the top ring groove can be improved.
The aluminum corrosion resistance has been significantly improved compared to conventional products, and therefore, it can be used in internal combustion engines that are subjected to particularly large heat loads, and their durability and reliability can be greatly improved compared to conventional products. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの光明の内燃機関用ピストンの一例の全体構
成を示す縦断面図、第2図は第1図のピストンの要部(
トップリング溝部付近)を拡大して示す縦断面図、第3
図はトップリング溝部の下面の組織を模式的に示す断面
図である。第4図は実施例2にお(ブる摩擦摩耗試験結
果を示すグラフ、第5図は実施例3における摩擦摩耗試
験結果を示すグラフ、第6図は実施例4における実機耐
久試験後の最大摩耗深さを示す線図、第7図は実施例5
における実機耐久試験後の最大摩耗深さを示す線図であ
る。 1・・・ピストン母材、 6・・・トップリング溝部、
10・・・トップリング溝部の上面、  11・・・ト
ップリング溝部の下面、 12.13・・・アルマイト
処3!!!層、 14・・・初晶Si粒子。 出願人  トヨタ自動車株式会社 代理人  弁理士 ! 1)酸欠 (ほか1名) 第1図 第2図           第3図 第4因 S ! t(、W L ”A ) 第5図 初晶Sia人きネ□im)
Fig. 1 is a vertical cross-sectional view showing the overall structure of an example of Komei's piston for internal combustion engine, and Fig. 2 shows the main parts of the piston shown in Fig. 1 (
3rd longitudinal cross-sectional view showing an enlarged view of the area (near the top ring groove)
The figure is a sectional view schematically showing the structure of the lower surface of the top ring groove. Fig. 4 is a graph showing the results of the friction and wear test in Example 2, Fig. 5 is a graph showing the results of the friction and wear test in Example 3, and Fig. 6 is the maximum after the actual machine durability test in Example 4. Diagram showing wear depth, Figure 7 is Example 5
FIG. 2 is a diagram showing the maximum wear depth after an actual machine durability test. 1... Piston base material, 6... Top ring groove,
10...Top ring groove top surface, 11...Top ring groove bottom surface, 12.13...Alumite treatment 3! ! ! Layer 14...Primary Si particles. Patent attorney representing applicant Toyota Motor Corporation! 1) Oxygen deficiency (1 other person) Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Cause S! t(, W L ”A ) Figure 5 Primary crystal Sia person □im)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] Si含有量が14〜30wt%の範囲内の過共晶Al−
Si系合金によりピストン母材が作られ、かつトップリ
ング溝部の内面のうち、少なくとも上下面に厚さ10〜
50μmのアルマイト処理層が形成され、しかもそのア
ルマイト処理層表面に10〜40μmの大きさの初晶S
iが露呈していることを特徴とする内燃機関用ピストン
Hypereutectic Al- with a Si content in the range of 14 to 30 wt%
The piston base material is made of a Si-based alloy, and at least the top and bottom surfaces of the inner surface of the top ring groove have a thickness of 10 to 10 mm.
A 50 μm alumite treated layer is formed, and primary crystals S with a size of 10 to 40 μm are formed on the surface of the alumite treated layer.
A piston for an internal combustion engine, characterized in that i is exposed.
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