JPH0914045A - Cylinder liner, cylinder block, and manufacturing method thereof - Google Patents
Cylinder liner, cylinder block, and manufacturing method thereofInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 強度、剛性、寸法安定性が高く良好な摺動
特性を具備する粒子分散型短繊維強化複合合金製のシリ
ンダライナ及び該粒子分散型短繊維強化複合合金製シリ
ンダボア部を備えたシリンダブロック並びにそれらの製
造方法の提供。
【解決手段】 軽金属マトリクス中にセラミックス粒子
とアルミナを主成分とするアルミナ短繊維が分散するシ
リンダライナ又はスリーブレスのシリンダボア部を有し
た軽金属製シリンダブロックを提供する。セラミックス
粒子とアルミナを主成分とする短繊維を混合してシリン
ダライナ用又はシリンダボア相当部用プリフォームを成
形する。鋳造時に該プリフォームの空孔に軽金属を溶浸
させる。プリフォーム自体の強度や剛性が高く、溶浸後
も高い寸法安定性を具備するとともに、セラミックス粒
子が中空体であれば、潤滑油溜まりとして作用するので
摺動特性が良好となる。
(57) 【Abstract】 PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cylinder liner made of particle-dispersed short fiber reinforced composite alloy having high strength, rigidity, dimensional stability and good sliding characteristics, and a cylinder bore made of the particle dispersed short fiber reinforced composite alloy. Cylinder block provided with parts and a method of manufacturing the same. Provided is a light metal cylinder block having a cylinder liner or a sleeveless cylinder bore portion in which ceramic particles and alumina short fibers containing alumina as a main component are dispersed in a light metal matrix. Ceramic particles and short fibers containing alumina as a main component are mixed to form a preform for a cylinder liner or a portion corresponding to a cylinder bore. Light metal is infiltrated into the pores of the preform during casting. The preform itself has high strength and rigidity, and has high dimensional stability even after infiltration, and when the ceramic particles are hollow bodies, they function as a reservoir of lubricating oil and thus have good sliding characteristics.
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はシリンダライナ及び
シリンダブロック並びにそれらの製造方法に関し、特
に、シリンダライナ自体やシリンダブロックにおけるシ
リンダボア部が粒子分散型短繊維強化複合材料製である
シリンダライナ及びシリンダブロック並びにそれらの製
造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cylinder liner and a cylinder block, and a method for manufacturing them, and more particularly to a cylinder liner and a cylinder block in which a cylinder bore portion of the cylinder liner is made of a particle dispersion type short fiber reinforced composite material. And the manufacturing methods thereof.
【０００２】[0002]
【従来の技術】内燃機関用のシリンダライナやシリンダ
ブロックは、高い強度、剛性、寸法安定性を備えるとと
もに相手材であるピストンリング及びピストンに対して
良好な摺動特性を発揮する必要がある。このような必要
性から従来鋳鉄製のシリンダブロックが用いられてい
た。しかし軽量化を目的としてシリンダブロックをアル
ミ合金製とし摺動特性上シリンダライナのみ鋳鉄製とし
たシリンダブロックや、全体を過共晶アルミシリコン合
金製としたシリンダブロックが提案されている。2. Description of the Related Art A cylinder liner or cylinder block for an internal combustion engine is required to have high strength, rigidity, and dimensional stability, and to exhibit good sliding characteristics with respect to a mating piston ring and piston. Due to such a need, a cast iron cylinder block has been conventionally used. However, for the purpose of weight reduction, there have been proposed cylinder blocks made of aluminum alloy and only the cylinder liner made of cast iron due to sliding characteristics, and cylinder blocks entirely made of hypereutectic aluminum silicon alloy.
【０００３】例えば特開昭６２−１８７５６２号公報で
は、炭素繊維とアルミナ繊維との混合繊維にてプリフォ
ームを形成し、その内周面に鋳鉄製筒体を配置して鋳造
機に配置させ、プリフォーム中にアルミ合金溶湯が充填
されて、シリンダボア回りが繊維強化複合体より形成さ
れる繊維強化シリンダブロックについて記載している。For example, in Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 62-187562, a preform is formed from a mixed fiber of carbon fiber and alumina fiber, a cast iron cylinder is arranged on the inner peripheral surface of the preform, and the preform is arranged in a casting machine. A fiber-reinforced cylinder block is described in which a preform is filled with a molten aluminum alloy and the circumference of the cylinder bore is formed of a fiber-reinforced composite.
【０００４】シリンダボア部の摺動特性を鋳鉄材並みま
たはそれ以上とする軽合金材を得るためには、アルミニ
ウム合金基複合材料などを使用する。例えば特公平３−
７１９３９号公報記載の発明では、摺動部をアルミナ繊
維や炭素繊維等の強化繊維により強化したアルミ合金製
摺動部材について記載している。In order to obtain a light alloy material in which the sliding characteristics of the cylinder bore portion are equal to or better than those of cast iron material, an aluminum alloy matrix composite material or the like is used. For example
In the invention described in Japanese Patent No. 71939, a sliding member made of an aluminum alloy in which a sliding portion is reinforced with a reinforcing fiber such as alumina fiber or carbon fiber is described.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】過共晶アルミシリコン
合金によりスリーブレスの一体のエンジンブロックを製
造すれば、エンジンブロックの熱伝導率が向上し、シリ
ンダボア間のアルミ有効肉厚が拡大して鋳造性が向上す
るなどの利点が得られ、コンパクト化、軽量化が可能に
なる。しかし初晶シリコン粒径のコントロールが煩雑で
あるために鋳造生産性が低下し、また切削加工性などの
問題が生じている。またアルミシリコン合金の摺動特性
は鋳鉄材と比較すると劣り、シリンダボア相当部材料と
しては未だ改良の余地がある。If a sleeveless integral engine block is manufactured from a hypereutectic aluminum-silicon alloy, the thermal conductivity of the engine block is improved, and the effective aluminum wall thickness between the cylinder bores is increased for casting. It is possible to obtain advantages such as improved efficiency, and to make it compact and lightweight. However, since the control of the primary crystal silicon grain size is complicated, the casting productivity is lowered, and there are problems such as machinability. Further, the sliding characteristics of aluminum silicon alloy are inferior to those of cast iron materials, and there is still room for improvement as a material corresponding to the cylinder bore.
【０００６】また従来の繊維強化型複合材料では、複合
化過程でプリフォームに侵入した溶湯が途中で凝固して
その充填性を悪化させたり、プリフォームの変形、割
れ、撓み、溶浸不良等が発生しやすく、摺動部に用いた
場合に品質に問題が生じる。また、炭素短繊維等を用い
た場合には、アルミニウム合金と複合化した場合に高温
で反応しやすいので、鋳造時の複合過程でアルミニウム
合金と炭素短繊維との界面に脆いカーバイト層を生成す
ることがあり、耐衝撃性などの機械的性質が低下する可
能性がある。Further, in the conventional fiber reinforced composite material, the molten metal that has penetrated into the preform during the composite process solidifies on the way to deteriorate the filling property, or the preform deforms, cracks, bends, or has poor infiltration. Is likely to occur, which causes a problem in quality when used in a sliding part. In addition, when carbon short fibers etc. are used, they easily react at high temperature when compounded with an aluminum alloy, so a brittle carbide layer is formed at the interface between the aluminum alloy and carbon short fibers during the compounding process during casting. May occur, and mechanical properties such as impact resistance may deteriorate.
【０００７】更にＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3などの粒子をアルミ
合金中に分散複合化した粒子分散型アルミ合金基複合金
属材料の場合には、複合化過程で粒子の凝集などが起こ
る可能性があり、均一な粒子の分散が得られず、またボ
ア材としての耐摩耗性は向上するものの相手材への攻撃
性も増すので、ライナー構成材として用いた場合にはピ
ストンリング及びピストンを過度に摩耗させるなどの問
題が生じる。Further, in the case of a particle-dispersed aluminum alloy-based composite metal material in which particles of SiC, Al 2 O 3 or the like are dispersed and composited in an aluminum alloy, particles may agglomerate during the composite process. However, since it is not possible to obtain a uniform particle distribution and the wear resistance of the bore material is improved, it also increases the aggressiveness to the mating material.Therefore, when used as a liner constituent material, the piston ring and piston are excessively worn. It causes problems such as
【０００８】そこで本発明は、マトリックス金属溶浸後
もプリフォームの変形がなく、短繊維とセラミックス粒
子とがマトリックス金属中に均一に分布し、高い寸法精
度と強度と剛性と摺動特性を具備したセラミックス粒子
分散型短繊維強化複合材料製のシリンダライナ及び当該
複合材料がボア部をなすシリンダブロック並びにそれら
の製造方法を提供することを目的とする。In view of this, the present invention does not deform the preform even after infiltration of the matrix metal, the short fibers and the ceramic particles are uniformly distributed in the matrix metal, and has high dimensional accuracy, strength, rigidity and sliding characteristics. It is an object of the present invention to provide a cylinder liner made of the above ceramic particle-dispersed short fiber reinforced composite material, a cylinder block in which the composite material forms a bore portion, and a manufacturing method thereof.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、軽金属マトリックス中にセラミックス粒子
とアルミナ短繊維が分散する強化複合材料により形成さ
れているシリンダライナを提供している。To achieve the above object, the present invention provides a cylinder liner made of a reinforced composite material in which ceramic particles and alumina short fibers are dispersed in a light metal matrix.
【００１０】本発明はまた軽金属製のシリンダブロック
本体と、該シリンダブロック本体内に形成されピストン
リング及びピストンと摺動関係にあるボア部とを有する
シリンダブロックにおいて、該ボア部は、該軽金属と同
一又は異なった成分を有する軽金属をマトリックスとす
る粒子分散型アルミナ短繊維強化複合材料により形成さ
れているシリンダブロックを提供している。The present invention also relates to a cylinder block having a cylinder block body made of a light metal and a bore portion formed in the cylinder block body and in a sliding relationship with the piston ring and the piston, wherein the bore portion is made of the light metal. Provided is a cylinder block formed of a particle-dispersed alumina short fiber reinforced composite material using a light metal having the same or different components as a matrix.
【００１１】本発明は更に、シリンダライナ又はシリン
ダブロックのボア部と同一形状を有し、アルミナ短繊維
とセラミックス粒子の混合物により形成され、混合物に
は空孔を有して溶融状態の軽金属を溶浸せしめて粒子分
散型アルミナ短繊維強化複合材料となるプリフォームを
提供している。Further, the present invention has the same shape as the bore portion of the cylinder liner or cylinder block and is formed by a mixture of alumina short fibers and ceramic particles, and the mixture has pores to melt a light metal in a molten state. We provide a preform that is dipped to form a particle-dispersed alumina short fiber reinforced composite material.
【００１２】本発明は更に、セラミックス粒子とアルミ
ナを主成分とする短繊維とを混合してシリンダライナ用
のプリフォームを成形する工程と、該プリフォームをシ
リンダライナ用金型に装着して軽金属を該金型に充填
し、該プリフォーム中の空孔に該軽金属をマトリックス
として溶浸させてセラミックス粒子分散型アルミナ短繊
維強化複合材料よりなるシリンダライナを鋳造する工程
を有するシリンダライナ製造方法を提供している。The present invention further comprises a step of forming a preform for a cylinder liner by mixing ceramic particles and short fibers containing alumina as a main component, and attaching the preform to a cylinder liner mold to make a light metal. A cylinder liner manufacturing method having a step of casting a cylinder liner made of a ceramic particle-dispersed alumina short fiber reinforced composite material by infiltrating the mold with the light metal as a matrix into the holes in the preform. providing.
【００１３】本発明は更に、シリンダブロック本体を軽
金属にて鋳造する工程と、セラミックス粒子とアルミナ
を主成分とする短繊維とを混合してシリンダライナ用の
プリフォームを成形する工程と、該プリフォームをシリ
ンダライナ用金型に装着してシリンダブロック本体の軽
金属と同一又は異なった成分を有する軽金属を該シリン
ダライナ用金型に充填し、該プリフォーム中の空孔に該
軽金属をマトリックスとして溶浸させてセラミックス粒
子分散型アルミナ短繊維強化複合材料よりなるシリンダ
ライナを鋳造する工程と、鋳造されたシリンダブロック
本体に鋳造されたシリンダライナを圧入する工程とを有
するシリンダブロックの製造方法を提供している。The present invention further includes a step of casting the cylinder block body with a light metal, a step of mixing ceramic particles and a short fiber containing alumina as a main component to form a preform for a cylinder liner, Attach the reform to the cylinder liner mold, fill the cylinder liner mold with a light metal having the same or different composition as the light metal of the cylinder block body, and melt the light metal as a matrix in the holes in the preform. Provided is a method of manufacturing a cylinder block, which comprises a step of casting a cylinder liner made of a ceramic particle-dispersed alumina short fiber reinforced composite material, and a step of press-fitting the cast cylinder liner into a cast cylinder block body. ing.
【００１４】本発明は更にセラミックス粒子とアルミナ
を主成分とする短繊維とを混合してシリンダライナ用の
プリフォームを成形する工程と、該プリフォームをシリ
ンダライナ用金型に装着して軽金属を該シリンダライナ
用金型に充填し、該プリフォーム中の空孔に該軽金属を
マトリックスとして溶浸させてセラミックス粒子分散型
アルミナ短繊維強化複合材料よりなるシリンダライナを
鋳造する工程と、該鋳造されたシリンダライナをシリン
ダブロック本体用金型のボア相当部に装着する工程と、
該シリンダブロック本体用金型に該軽金属と同一又は異
なった成分を有する軽金属を充填して該鋳造されたシリ
ンダライナと一体にシリンダブロック本体を鋳造する工
程を有するシリンダブロックの製造方法を提供してい
る。The present invention further comprises a step of mixing ceramic particles and short fibers containing alumina as a main component to form a preform for a cylinder liner, and mounting the preform on a cylinder liner mold to form a light metal. Filling the mold for the cylinder liner, infiltrating the holes in the preform with the light metal as a matrix to cast a cylinder liner made of a ceramic particle-dispersed alumina short fiber reinforced composite material, and the casting Mounting the cylinder liner to the bore equivalent part of the cylinder block body die,
Provided is a method for manufacturing a cylinder block, which comprises a step of filling a mold for a cylinder block body with a light metal having the same or different composition as the light metal and casting the cylinder block body integrally with the cast cylinder liner. There is.
【００１５】本発明は更にセラミックス粒子とアルミナ
を主成分とする短繊維とを混合してボア相当部用のプリ
フォームを成形する工程と、該ボア相当部用プリフォー
ムをシリンダブロック本体用金型のボア相当部に装着す
る工程と、該シリンダブロック本体用金型に軽金属を充
填して、該プリフォーム中の空孔に該軽金属をマトリッ
クスとして溶浸させてセラミックス粒子分散型アルミナ
短繊維強化複合材料よりなるボア相当部を形成するとと
もに、シリンダブロック本体を該軽金属にて一体に鋳造
する工程を有するシリンダブロックの製造方法を提供し
ている。The present invention further comprises a step of mixing ceramic particles and short fibers containing alumina as a main component to form a preform for a portion corresponding to a bore, and the preform for a portion corresponding to the bore is a mold for a cylinder block body. Of the cylinder block body is filled with a light metal, and the holes in the preform are infiltrated with the light metal as a matrix to form a ceramic particle-dispersed alumina short fiber reinforced composite. Provided is a method for manufacturing a cylinder block, which includes a step of integrally forming a cylinder block body with the light metal while forming a portion corresponding to a bore made of a material.
【００１６】上記構成を有する本発明のシリンダライナ
及びシリンダブロックでは、軽金属マトリックス中にセ
ラミックス粒子とアルミナ短繊維が分散した強化複合材
料により形成されており、強度、剛性、寸法精度に優
れ、また耐摩耗性が高く相手攻撃性が少ない等、優れた
性能を発揮する。また上述したシリンダライナ及びシリ
ンダブロック製造方法によると、粒子がプリフォーム中
に既に一様に分散されており、アルミナ短繊維とセラミ
ックス粒子との相互作用により粒子と短繊維との相対的
位置関係が変化しないために、母材金属複合化過程にお
いて機械的性質に影響を及ぼす粒子の凝集は生じず、該
プリフォーム空孔中にマトリックス合金が円滑に溶浸す
る。又複合化過程においてプリフォームの変形が少な
い。In the cylinder liner and the cylinder block of the present invention having the above-mentioned structure, they are formed of a reinforced composite material in which ceramic particles and alumina short fibers are dispersed in a light metal matrix, and are excellent in strength, rigidity, dimensional accuracy, and resistant to It exhibits excellent performance such as high wearability and low opponent attack. Further, according to the above-described cylinder liner and cylinder block manufacturing method, the particles are already uniformly dispersed in the preform, and the relative positional relationship between the particles and the short fibers is caused by the interaction between the alumina short fibers and the ceramic particles. Since it does not change, no agglomeration of particles affecting the mechanical properties occurs in the base metal composite process, and the matrix alloy smoothly infiltrates into the preform pores. Also, the deformation of the preform is small in the compounding process.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】本発明の１実施の形態によるシリ
ンダライナ及びその製造方法について図１に基づき説明
する。シリンダライナ１はセラミックス粒子分散型アル
ミナ短繊維強化複合材料製であり、母材はアルミニウ
ム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合
金のような軽金属素材よりなり、アルミニウム合金はＡ
ＤＣ１２、ＡＤＣ１０、ＡＣ８Ａ、ＡＣ４ＣＨ等であ
る。そして母材中にはセラミックス粒子とアルミナ短繊
維が均一に分散している。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A cylinder liner and a method of manufacturing the cylinder liner according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The cylinder liner 1 is made of ceramics particle dispersion type alumina short fiber reinforced composite material, the base material is made of light metal material such as aluminum, aluminum alloy, magnesium, magnesium alloy, and the aluminum alloy is A
DC12, ADC10, AC8A, AC4CH and the like. Then, the ceramic particles and the alumina short fibers are uniformly dispersed in the base material.
【００１８】セラミックス粒子は、炭素、黒鉛粉、Ａ
ｌ、Ｓｉ、Ｔｉ，Ｚｒ、Ｍｇ、Ｂ、Ｆｅ等の金属酸化
物、炭化物、例えばＳｉＯ2、ＳｉＣ、Ｔｉ０2、Ｆｅ2
Ｏ3粉末や、窒化物等であり、好ましくは、アルミナ
（Ａｌ2Ｏ3）、ムライト（３Ａｌ2０3・２ＳｉＯ2）、
シリカアルミナ（Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2＝５０／５０〜９
５／５）、シリカ（ＳｉＯ2）、粒径は１００μｍ以下
であり、好ましくは６０μｍ以下である。更に、シリカ
アルミナ（Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2＝５０／５０〜９５／
５）及びシリカ（ＳｉＯ2）は中空球であることが好ま
しい。The ceramic particles are carbon, graphite powder, A
l, Si, Ti, Zr, Mg, B, Fe and other metal oxides and carbides such as SiO 2 , SiC, TiO 2 , Fe 2
O 3 powder, nitride, etc., preferably alumina (Al 2 O 3 ), mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 ),
Silica Alumina (Al 2 O 3 / SiO 2 = 50 / 50-9
5/5), silica (SiO 2 ), and the particle size is 100 μm or less, preferably 60 μm or less. Further, silica alumina (Al 2 O 3 / SiO 2 = 50/50 to 95 /
5) and silica (SiO 2 ) are preferably hollow spheres.
【００１９】またアルミナ短繊維はアルミナを主成分と
する短繊維、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、ムライト
（３Ａｌ2０3・２ＳｉＯ2）、シリカアルミナ（Ａｌ2Ｏ
3／ＳｉＯ2＝５０／５０〜９５／５）であり、その長さ
は１ｍｍ以下、好ましくは０．８ｍｍ以下であり、直径
は５０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下である。Alumina short fibers are short fibers containing alumina as a main component, such as alumina (Al 2 O 3 ), mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 ), and silica alumina (Al 2 O 3 ).
3 / SiO 2 = 50/50 to 95/5), the length is 1 mm or less, preferably 0.8 mm or less, and the diameter is 50 μm or less, preferably 30 μm or less.
【００２０】上記セラミックス粒子とアルミナ短繊維を
主成分としてプリフォームが作成される。具体的には、
アルミナ短繊維とシリカ球、ムライト粒子等とシリカゾ
ル等の無機バインダーを混合、分散、ろ過、プレス、乾
燥、焼成等を行うことによりプリフォームが作成され
る。次に該プリフォームに軽金属溶湯を溶浸させる。例
えば図１に示される第１の実施の形態によるライナー１
の場合には、それと同一形状のプリフォームを作成し、
ライナー用金型キャビティに該プリフォームをセット
し、中子を挿入して軽金属溶湯をダイカスト法により金
型に充填し、プリフォームの空孔に軽金属溶湯を一様に
溶浸させることにより鋳造される。なおダイカストによ
る鋳造条件は、プリフォーム予熱温度が室温〜５００
℃、溶湯温度が６８０℃〜７７０℃、金型温度が１５０
℃〜３００℃、射出速度が０．１〜１．０ｍ／ｓ、鋳造
圧力が２５０〜７００ｋｇ／ｃｍ2である。A preform is prepared by using the above ceramic particles and alumina short fibers as main components. In particular,
A preform is prepared by mixing, dispersing, filtering, pressing, drying and firing an alumina short fiber and silica spheres, a mullite particle and the like and an inorganic binder such as silica sol. Then, a light metal melt is infiltrated into the preform. For example, the liner 1 according to the first embodiment shown in FIG.
In the case of, create a preform with the same shape as that,
It is cast by setting the preform in the mold cavity for the liner, inserting the core, filling the mold with the molten light metal by the die casting method, and uniformly infiltrating the molten light metal into the holes of the preform. It The casting conditions by die casting are that the preform preheating temperature is room temperature to 500.
℃, melt temperature 680 ℃ 770 ℃, mold temperature 150
° C. to 300 ° C., injection speed 0.1~1.0m / s, casting pressure is 250~700kg / cm 2.
【００２１】マトリックス金属溶浸後のセラミックス粒
子分散型アルミナ短繊維強化複合材料における粒子と短
繊維の含有量合計は、該複合材料の９乃至５０体積％で
あるのが好ましい。９体積％未満では金属の所望の強化
が図れず、５０体積％を超えるとマトリックス金属溶湯
が短繊維と粒子により囲まれる空孔内に十分に溶浸する
ことができないからである。The total content of particles and short fibers in the ceramic particle-dispersed alumina short fiber reinforced composite material after matrix metal infiltration is preferably 9 to 50% by volume of the composite material. This is because if it is less than 9% by volume, the desired reinforcement of the metal cannot be achieved, and if it exceeds 50% by volume, the molten matrix metal cannot be sufficiently infiltrated into the pores surrounded by the short fibers and the particles.
【００２２】このようにして鋳造されたライナーは、ラ
イナーのマトリックス材料と同一又は異なった成分を有
する軽合金製のシリンダブロックのボア部に圧入され
る。又は、ライナーのマトリックス材料と同一又は異な
った成分を有する軽合金によってシリンダブロックを鋳
造する際に、該シリンダブロックの金型内に上述した粒
子分散型アルミナ短繊維強化複合材料よりなる鋳造され
たライナーをセットして一体に鋳込めばよい。The liner thus cast is pressed into the bore of a light alloy cylinder block having the same or different composition as the matrix material of the liner. Alternatively, when a cylinder block is cast by a light alloy having the same or different composition as the matrix material of the liner, the cast liner made of the above-mentioned particle-dispersed alumina short fiber reinforced composite material in the mold of the cylinder block. Set and cast in one.
【００２３】次に本発明の第２の実施の形態について説
明する。第２の実施の形態では、ライナを単体で鋳造せ
ずに、シリンダブロックの鋳造時に、該ブロックの金型
内のボア部に相当する箇所に上述した筒状のプリフォー
ムをセットし、アルミ合金溶湯を金型に充填する。この
ことにより、シリンダブロック本体が鋳造されるととも
に、シリンダブロックのボア部に位置するプリフォーム
の空孔に一様にアルミ合金が溶浸することで、該ボア部
はセラミックス粒子分散型アルミナ短繊維強化複合材料
製となる。なお、シリンダブロックの鋳造条件は、プリ
フォーム予熱温度が室温〜５００℃、溶湯温度が６８０
℃〜７７０℃、金型温度が１５０℃〜３００℃、射出速
度が０．１〜１．０ｍ／ｓ、鋳造圧力が２５０〜７００
ｋｇ／ｃｍ2である。第２の実施の形態では、シリンダ
ブロックの材料とそのボア部の金属マトリックス材料は
当然ながら同一となる。Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, when the cylinder block is cast, the above-mentioned tubular preform is set at a position corresponding to the bore portion in the mold of the block without casting the liner by itself, and the aluminum alloy is used. Fill the mold with molten metal. As a result, the cylinder block body is cast, and the aluminum alloy is uniformly infiltrated into the pores of the preform located in the bore portion of the cylinder block. Made of reinforced composite material. The casting conditions for the cylinder block are that the preform preheating temperature is room temperature to 500 ° C. and the molten metal temperature is 680.
C to 770 C, mold temperature 150 C to 300 C, injection speed 0.1 to 1.0 m / s, casting pressure 250 to 700.
It is kg / cm 2 . In the second embodiment, the material of the cylinder block and the metal matrix material of its bore are naturally the same.
【００２４】図２はアルミナ短繊維と中空のＳｉＯ2球
からなるハイブリット成形体にＡＤＣ１２マトリックス
合金を溶浸させたシリンダライナーの金属組織写真であ
り、図３はアルミナ短繊維、中空のＳｉＯ2球、ムライ
ト粒子からなるハイブリット成形体にＡＤＣ１２マトリ
ックス合金を溶浸させたシリンダライナー部の金属組織
写真である。図２、図３において、線状のものはアルミ
ナ短繊維であり、丸い黒色のものは中空のＳｉＯ2球で
ある。また図３において点状のものはムライト粒子であ
り、線状のものはアルミナ短繊維であり、丸い黒色のも
のは中空のＳｉＯ2球である。また複合部とは、上述の
成形体にＡＤＣ１２マトリックス合金が複合化された部
分である。なおプリフォームは以下のように成形した。FIG. 2 is a photograph of the metallographic structure of a cylinder liner in which a ADC12 matrix alloy is infiltrated in a hybrid compact consisting of alumina short fibers and hollow SiO 2 spheres, and FIG. 3 is a short structure of alumina short fibers and hollow SiO 2 spheres. 3 is a photograph of the metallographic structure of a cylinder liner portion in which a ADC12 matrix alloy is infiltrated into a hybrid molded body containing mullite particles. 2 and 3, the linear ones are alumina short fibers and the round black ones are hollow SiO 2 spheres. In FIG. 3, dot-shaped particles are mullite particles, linear particles are short alumina fibers, and round black particles are hollow SiO 2 spheres. The composite part is a part in which the ADC12 matrix alloy is composited with the above-mentioned compact. The preform was molded as follows.
【００２５】まずＡｌ2Ｏ3：ＳｉＯ2 が７２：２８（重
量比）のアルミナ短繊維などを、約５０重量倍の水とデ
イゾルバー等の装置に入れ解繊処理を行う。これに固形
分濃度１０重量％の酢酸系アルミナゾルを２００重量部
添加して、引続き湿式条件下で攪拌処理を行った後、円
筒金型に注型して上下面から濾水し、濾水成形する。こ
のようにして得た成形体を１０５℃の乾燥機中で１０時
間乾燥後、１２００℃で３時間焼成してプリフォームを
作成する。得られたプリフォームは、アルミナ短繊維と
中空のＳｉＯ2球が一様に分散しており、また中空のＳ
ｉＯ2球が骨格となってアルミナ短繊維を移動不能に固
定しており、互いの相乗効果によりプリフォームの強度
や剛性を高めている。First, alumina short fibers having a ratio of Al 2 O 3 : SiO 2 of 72:28 (weight ratio) are put in about 50 weight times water and a device such as a dissolver to carry out a defibration process. To this, 200 parts by weight of acetic acid-based alumina sol having a solid content concentration of 10% by weight was added, followed by stirring under wet conditions, and then poured into a cylindrical mold to drain water from the upper and lower surfaces, and drainage molding. To do. The molded body thus obtained is dried in a dryer at 105 ° C. for 10 hours and then fired at 1200 ° C. for 3 hours to prepare a preform. In the obtained preform, alumina short fibers and hollow SiO 2 spheres were uniformly dispersed, and hollow S
The io 2 spheres serve as a skeleton to immobilize the alumina short fibers, and the synergistic effect of each other enhances the strength and rigidity of the preform.
【００２６】このようにして得られたプリフォームにア
ルミニウム合金（ＡＤＣ１２合金）を溶浸させた。鋳造
条件は、プリフォーム予熱温度が室温〜５００℃、溶湯
温度が６８０℃〜７７０℃、金型温度が１５０℃〜３０
０℃、射出速度が０．１〜１．０ｍ／ｓ、鋳造圧力が２
５０〜７００ｋｇ／ｃｍ2であった。The preform thus obtained was infiltrated with an aluminum alloy (ADC12 alloy). As for the casting conditions, the preform preheating temperature is room temperature to 500 ° C, the molten metal temperature is 680 ° C to 770 ° C, and the mold temperature is 150 ° C to 30 ° C.
0 ° C, injection speed 0.1-1.0 m / s, casting pressure 2
It was 50 to 700 kg / cm 2 .
【００２７】図２、図３に示されるいずれの場合も、マ
トリックス合金の成形体への溶浸性が良好である。この
理由は粒子が成形体に含まれていて隙間が存在し、隙間
への溶浸が容易に行われるためである。In both cases shown in FIG. 2 and FIG. 3, the infiltration of the matrix alloy into the compact is good. The reason for this is that the particles are contained in the molded body and there are gaps, so that infiltration into the gaps is easily performed.
【００２８】次に、本発明によるセラミックス粒子分散
型アルミナ短繊維強化複合材料の摺動特性を調べるため
に大越式摩耗試験を行った。用意したサンプルは本発明
品１として、アルミナ短繊維と中空のＳｉＯ2球が混在
する複合合金（図２の複合材料）、本発明品２としてア
ルミナ短繊維と中空のＳｉＯ2球とムライトが混在する
複合合金（図３の複合材料）である。いずれの場合もマ
トリックス合金はＡＤＣ１２であった。また比較例とし
てＢ３９０合金のみからなるサンプル３を用意した。相
手材として鋳鉄（ＦＣ２５）を用意し、以下の条件によ
りそれぞれのサンプルの摩耗量を測定した。Next, in order to investigate the sliding characteristics of the ceramic particle-dispersed alumina short fiber reinforced composite material according to the present invention, an Ogoshi-type wear test was conducted. The prepared sample is a composite alloy in which alumina short fibers and hollow SiO 2 spheres are mixed as the product 1 of the present invention (composite material of FIG. 2), and short alumina fibers, hollow SiO 2 spheres and mullite are mixed as the product 2 of the present invention. Is a composite alloy (composite material of FIG. 3). In each case the matrix alloy was ADC12. Further, as a comparative example, a sample 3 made of only the B390 alloy was prepared. Cast iron (FC25) was prepared as a mating material, and the wear amount of each sample was measured under the following conditions.
【００２９】図４において摩耗速度とは相手材の摺速度
である。また比摩耗量とは相手材に対する摩耗特性を示
すものであり、比摩耗量をＷｓとすると Ｗｓ＝Ａ・Ｗｏ／Ｐｏ・Ｌｏ と表すことができる。ここでＡは定数（約１．５）、Ｗ
ｏは摩耗量、Ｐｏは最終荷重、Ｌｏは摩耗距離である。
条件は以下のとおりである。 潤滑剤 ＳＡＥ１０Ｗ４０ 荷重 １８．９ｋｇｆ 摩耗距離 ４００ｍ 図４に示される摩耗試験結果によると、本発明品は比較
材と比較し耐摩耗性に優れていることがわかる。In FIG. 4, the wear speed is the sliding speed of the mating material. Further, the specific wear amount indicates the wear characteristic with respect to the mating material, and can be expressed as Ws = A · Wo / Po · Lo when the specific wear amount is Ws. Where A is a constant (about 1.5), W
o is the amount of wear, Po is the final load, and Lo is the wear distance.
The conditions are as follows. Lubricant SAE10W40 Load 18.9 kgf Wear distance 400 m According to the wear test results shown in FIG. 4, it is found that the product of the present invention is superior in wear resistance to the comparative material.
【００３０】更に、摩耗試験終了後、サンプル１、２、
３の摩耗面をＥＰＭＡで分析した結果、サンプル３の摩
耗面には相手材であるＦＣ２５からのＦｅ粉の付着が認
められた。一方サンプル１や２の摩耗面では、Ｆｅ粉の
付着は認められなかった。よって本発明品は相手攻撃性
が低いことがわかる。これは複合材料としてＳｉＯ2中
空球体を用いたため、中空部が潤滑剤溜まりの働きをし
て摺動特性を向上させたためと考えられる。又サンプル
２でムライト粒子を混ぜたことにより、相手材に対する
攻撃性を増すことなく、耐摩耗性が高められることが判
る。Further, after the abrasion test, samples 1, 2,
As a result of the EPMA analysis of the worn surface of No. 3, Fe powder from the mating material FC25 was found to be attached to the worn surface of Sample 3. On the other hand, Fe powder was not adhering to the worn surfaces of Samples 1 and 2. Therefore, it can be seen that the product of the present invention has low opponent attack. It is considered that this is because, since the SiO 2 hollow spheres were used as the composite material, the hollow portion acted as a lubricant reservoir to improve the sliding characteristics. Further, it can be seen that by mixing the mullite particles in Sample 2, the wear resistance can be improved without increasing the aggressiveness to the mating material.
【００３１】[0031]
【発明の効果】以上説明した本発明のシリンダライナ及
びシリンダブロックによれば、材料の一部である強化物
がアルミナ短繊維とセラミックス粒子の混合物であるた
め、良好な耐摩耗性と低い相手攻撃性を発揮することが
できる。セラミックス粒子として中空体のセラミックス
粒子を用いたときは、該中空部が潤滑油溜まりとして作
用し、摺動特性を更に向上させることができる。またそ
のことによりアルミナ短繊維の体積％を低下させ、相手
攻撃性を更に低下させることができる。According to the cylinder liner and the cylinder block of the present invention described above, since the reinforcing material that is a part of the material is a mixture of alumina short fibers and ceramic particles, it has good wear resistance and low opponent attack. You can exercise your sexuality. When hollow ceramic particles are used as the ceramic particles, the hollow portion acts as a lubricating oil reservoir, and the sliding characteristics can be further improved. Further, by this, the volume percentage of the alumina short fibers can be reduced, and the opponent attack can be further reduced.
【００３２】又本発明によるプリフォームは、シリンダ
ライナ又はシリンダブロックのボア部と同一形状を有し
ており、アルミナ短繊維とセラミックス粒子の相互作用
により強度の高い骨格構造を有するので、高圧の鋳造に
供される場合でも、プリフォームの変形がなく、また空
孔が確保されて溶融状態の軽金属を良好に溶浸させるこ
とができるものであり、ひいては寸法安定性や品質の均
一性の高い製品の製造に寄与するものである。The preform according to the present invention has the same shape as the bore portion of the cylinder liner or cylinder block, and has a strong skeletal structure due to the interaction between the alumina short fibers and the ceramic particles. Even if it is supplied to the product, the preform is not deformed, and the holes are secured so that the molten light metal can be satisfactorily infiltrated, and as a result, products with high dimensional stability and high quality uniformity. It contributes to the production of.
【００３３】また本発明によるシリンダライナ及びシリ
ンダブロックの製造方法によると、セラミックス粒子が
プリフォーム中に一様に分散されており、アルミナ短繊
維との相互作用によりセラミックス粒子とアルミナ短繊
維との相対的位置関係が変化しないために、母材金属複
合化過程において機械的性質に影響を及ぼす粒子の凝集
は生じない。よって均質物からなる摺動部材を提供する
ことが可能となる。即ち、成形体がアルミナ短繊維のみ
ならずセラミックス粒子を含んでいるために成形体中に
適当な隙間が提供され、溶浸性が向上する。また溶浸後
に成形体の変形も少ない。Further, according to the method of manufacturing the cylinder liner and the cylinder block of the present invention, the ceramic particles are uniformly dispersed in the preform, and the interaction between the alumina short fibers causes the ceramic particles and the alumina short fibers to move relative to each other. Since the physical relationship does not change, the agglomeration of particles, which affects the mechanical properties, does not occur in the base metal-metal complexing process. Therefore, it is possible to provide a sliding member made of a homogeneous material. That is, since the compact contains not only the alumina short fibers but also the ceramic particles, an appropriate gap is provided in the compact, and the infiltration property is improved. Further, the deformation of the molded body is small after the infiltration.
【図１】本発明の第１の実施の形態によるシリンダライ
ナーのプリフォームを示す斜視図。FIG. 1 is a perspective view showing a preform of a cylinder liner according to a first embodiment of the present invention.
【図２】中空のＳｉＯ2球とアルミナ短繊維を主成分と
するプリフォームにＡＤＣ１２合金を複合化した本発明
のシリンダライナに用いられる複合材料の顕微鏡金属組
織写真であり、（Ａ）は複合部とマトリックス部の境界
近傍の金属組織写真、（Ｂ）は複合部の金属組織写真で
あってそれぞれ倍率１００倍である。FIG. 2 is a photomicrograph of the metallographic structure of a composite material used for the cylinder liner of the present invention in which a preform containing hollow SiO 2 spheres and alumina short fibers as a main component is combined with an ADC12 alloy, and (A) is a composite. (B) is a metallographic photograph of the composite portion, and the magnification is 100 times, respectively.
【図３】中空のＳｉＯ2粒子とムライト粒子とアルミナ
短繊維を主成分とするプリフォームにＡＤＣ１２合金を
複合化した本発明のシリンダライナに用いられる複合材
料の顕微鏡金属組織写真であり、（Ａ）は複合部とマト
リックス部の境界近傍の金属組織写真、（Ｂ）は複合部
の金属組織写真であってそれぞれ倍率１００倍である。FIG. 3 is a microscopic metallographic photograph of a composite material used in the cylinder liner of the present invention in which a preform containing hollow SiO 2 particles, mullite particles, and alumina short fibers as a main component is combined with an ADC12 alloy, and (A) ) Is a metallographic photograph of the vicinity of the boundary between the composite portion and the matrix portion, and (B) is a metallographic photograph of the composite portion at a magnification of 100.
【図４】本発明による摺動部材の摩耗特性を示すグラフ
である。FIG. 4 is a graph showing wear characteristics of a sliding member according to the present invention.
【符号の説明】 １ シリンダライナプリフォーム[Explanation of symbols] 1 Cylinder liner preform
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２２Ｃ 1/09 Ｃ２２Ｃ 1/09 Ｇ Ｆ０２Ｆ 1/10 Ｆ０２Ｆ 1/10 Ａ (72)発明者 新田 真 東京都千代田区外神田３丁目15番１号 リ ョービ株式会社東京本社内 (72)発明者 高橋 庸輔 東京都千代田区外神田３丁目15番１号 リ ョービ株式会社東京本社内 (72)発明者 臼井 弘武 東京都千代田区外神田３丁目15番１号 リ ョービ株式会社東京本社内 (72)発明者 磯本 淳 東京都港区芝５丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 森 春久 東京都港区芝５丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 山口 孝司 新潟県上越市福田町１番地 三菱化学株式 会社直江津事業所内 (72)発明者 宮崎 弘 新潟県上越市福田町１番地 三菱化学株式 会社直江津事業所内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location C22C 1/09 C22C 1/09 G F02F 1/10 F02F 1/10 A (72) Inventor Nitta Shin 3-15-1, Sotokanda, Chiyoda-ku, Tokyo Ryobi Co., Ltd. Tokyo Main Office (72) Inventor Yosuke Takahashi 3-15-1, Sotokanda, Chiyoda-ku, Tokyo Ryobi Co., Ltd. Tokyo Main Office (72) Invention Person Hiroshi Usui 3-15-1, Sotokanda, Chiyoda-ku, Tokyo Ryobi Co., Ltd. Tokyo headquarters (72) Inventor Atsushi Isomoto 5-3-8 Shiba, Minato-ku, Tokyo Mitsubishi Motors Corporation (72) Invention Haruhisa Mori 5-3-8 Shiba, Minato-ku, Tokyo Mitsubishi Motors Corporation (72) Inventor Koji Yamaguchi 1 Fukuda-cho, Joetsu City, Niigata Prefecture Naoe Mitsubishi Chemical Corporation Business-house (72) inventor Joetsu, Niigata Prefecture Hiroshi Miyazaki Fukudamachi address 1 Mitsubishi Chemical Co., Ltd. Naoetsu workplace
Claims (7)
子とアルミナ短繊維が分散する強化複合材料により形成
されていることを特徴とするシリンダライナ。1. A cylinder liner made of a reinforced composite material in which ceramic particles and alumina short fibers are dispersed in a light metal matrix.
シリンダブロック本体内に形成されピストンリング及び
ピストンと摺動関係にあるボア部とを有するシリンダブ
ロックにおいて、 該ボア部は、該軽金属と同一又は異なった成分を有する
軽金属をマトリックスとする粒子分散型アルミナ短繊維
強化複合材料により形成されていることを特徴とするシ
リンダブロック。2. A cylinder block having a cylinder block body made of a light metal and a bore portion formed in the cylinder block body and in a sliding relationship with a piston ring and a piston, wherein the bore portion is the same as the light metal or A cylinder block formed of a particle-dispersed alumina short fiber reinforced composite material having a matrix of light metals having different components.
ボア部と同一形状を有し、アルミナ短繊維とセラミック
ス粒子の混合物により形成され、混合物には空孔を有し
て溶融状態の軽金属を溶浸せしめて粒子分散型アルミナ
短繊維強化複合材料となることを特徴とするプリフォー
ム。3. A cylinder liner or a cylinder block having the same shape as that of a bore portion, which is formed of a mixture of alumina short fibers and ceramic particles, and the mixture has pores in which molten light metal is infiltrated. A preform which is a particle-dispersed alumina short fiber reinforced composite material.
する短繊維とを混合してシリンダライナ用のプリフォー
ムを成形する工程と、 該プリフォームをシリンダライナ用金型に装着して軽金
属を該金型に充填し、該プリフォーム中の空孔に該軽金
属をマトリックスとして溶浸させてセラミックス粒子分
散型アルミナ短繊維強化複合材料よりなるシリンダライ
ナを鋳造する工程を有することを特徴とするシリンダラ
イナの製造方法。4. A step of forming a preform for a cylinder liner by mixing ceramic particles and a short fiber containing alumina as a main component, and mounting the preform in a cylinder liner mold to apply a light metal to the metal. A cylinder liner characterized by comprising a step of filling a mold and infiltrating the holes in the preform with the light metal as a matrix to cast a cylinder liner made of a ceramic particle-dispersed alumina short fiber reinforced composite material. Production method.
する工程と、 セラミックス粒子とアルミナを主成分とする短繊維とを
混合してシリンダライナ用のプリフォームを成形する工
程と、 該プリフォームをシリンダライナ用金型に装着してシリ
ンダブロック本体の軽金属と同一又は異なった成分を有
する軽金属を該シリンダライナ用金型に充填し、該プリ
フォーム中の空孔に該軽金属をマトリックスとして溶浸
させてセラミックス粒子分散型アルミナ短繊維強化複合
材料よりなるシリンダライナを鋳造する工程と、 鋳造されたシリンダブロック本体に鋳造されたシリンダ
ライナを圧入する工程とを有することを特徴とするシリ
ンダブロックの製造方法。5. A step of casting a cylinder block body with a light metal; a step of mixing ceramic particles and short fibers containing alumina as a main component to form a preform for a cylinder liner; It is attached to a liner mold, and the cylinder liner mold is filled with a light metal having the same or different composition as the light metal of the cylinder block body, and the holes in the preform are infiltrated with the light metal as a matrix. A method of manufacturing a cylinder block, comprising: a step of casting a cylinder liner made of a ceramic particle-dispersed alumina short fiber reinforced composite material; and a step of press-fitting the cast cylinder liner into a cast cylinder block body.
する短繊維とを混合してシリンダライナ用のプリフォー
ムを成形する工程と、 該プリフォームをシリンダライナ用金型に装着して軽金
属を該シリンダライナ用金型に充填し、該プリフォーム
中の空孔に該軽金属をマトリックスとして溶浸させてセ
ラミックス粒子分散型アルミナ短繊維強化複合材料より
なるシリンダライナを鋳造する工程と、 該鋳造されたシリンダライナをシリンダブロック本体用
金型のボア相当部に装着する工程と、 該シリンダブロック本体用金型に該軽金属と同一又は異
なった成分を有する軽金属を充填して該鋳造されたシリ
ンダライナと一体にシリンダブロック本体を鋳造する工
程を有することを特徴とするシリンダブロックの製造方
法。6. A step of forming a preform for a cylinder liner by mixing ceramic particles and a short fiber containing alumina as a main component, and mounting the preform on a cylinder liner mold to attach a light metal to the cylinder. A step of filling a die for a liner, infiltrating the holes in the preform with the light metal as a matrix to cast a cylinder liner made of a ceramic particle dispersed alumina short fiber reinforced composite material, and the cast cylinder A step of mounting the liner on a portion corresponding to a bore of a cylinder block body mold, and filling the cylinder block body mold with a light metal having the same or different composition as the light metal, and integrally with the cast cylinder liner; A method of manufacturing a cylinder block, comprising a step of casting a cylinder block body.
する短繊維とを混合してボア相当部用のプリフォームを
成形する工程と、 該ボア相当部用プリフォームをシリンダブロック本体用
金型のボア相当部に装着する工程と、 該シリンダブロック本体用金型に軽金属を充填して、該
プリフォーム中の空孔に該軽金属をマトリックスとして
溶浸させてセラミックス粒子分散型アルミナ短繊維強化
複合材料よりなるボア相当部を形成するとともに、シリ
ンダブロック本体を該軽金属にて一体に鋳造する工程を
有することを特徴とするシリンダブロックの製造方法。7. A step of mixing ceramic particles and a short fiber containing alumina as a main component to form a preform for a portion corresponding to a bore, and the preform for a portion corresponding to the bore is bored in a die for a cylinder block body. A step of mounting in a corresponding portion, and filling the mold for the cylinder block body with a light metal, and infiltrating the holes in the preform with the light metal as a matrix to obtain a ceramic particle-dispersed alumina short fiber reinforced composite material. And a step of integrally casting the cylinder block main body with the light metal while forming the corresponding bore.
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1996
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