JPS62188705A

JPS62188705A - 焼結アルミニウム合金軸受部材およびその製造方法

Info

Publication number: JPS62188705A
Application number: JP3018786A
Authority: JP
Inventors: Haruo Shiina; 治男椎名; Riyouichi Murakashi; 村樫　良一; Masami Hoshi; 星　雅巳
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1986-02-14
Filing date: 1986-02-14
Publication date: 1987-08-18
Also published as: JPH0565254B2

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】Ａ０発明の目的（１）産業上の利用分野本発明は、焼結アルミニウム合金軸受部材およびその製
造方法に関する。

（２）　　従来の技術従来、例えば内燃機関用コンロッドキャップ等の軸受部
材は鋳造品または鍛造品である。

（３）発明が解決しようとする問題点しかしながら鋳造品は、その製造上鋳造欠陥を避けるこ
とができないので、その欠陥を見込んで安全率を多くと
るため重量の増加を来たすと共に小型化に限界があり、
鋳造コンロッドキャップの場合は小型且つ軽量な高出力
内燃機関に適用することができない。

一方、鍛造品は押出し加工により得られた棒状素材に鍛
造加工を施して製造されるので、その鍛造加工時のぼり
の発生に起因して素材の歩留りが悪く、また加工コスト
も高くなり、製品の製造コストの増加を来たす。

本発明は上記に鑑み、軽量で、優れた疲労強度および耐
摩耗性を有する前記軸受部材およびその軸受部材を安価
に量産することのできる前記製造方法を提供することを
目的とする。

Ｂ０発明の構成ｆｉｌ　　問題点を解決するための手段本発明は、アル
ミニウムまたはアルミニウム合金粉末に、圧粉成形、加
熱処理および熱間押出し加工を順次施して製造された軸
受部材であって、外周部の粒径が内部の粒径よりも微細
化され、また繊維状組織の流れ方向が押出し方向と平行
に揃えられていることを特徴とする。

また本発明に係る焼結アルミニウム合金軸受部材の製造
方法は、冷却速度１０２℃／ｓｅｃ以上の条件の下に製
造されたアルミニウムまたはアルミニウム合金粉末を用
いてビレットを圧粉成形する工程と；前記ビレットに４
３０℃以上、５２０℃以下の加熱処理を施す工程と；ビ
レット温度３００℃以上、４５０℃以下および押出し比
５以上、３５以下の条件の下に前記ビレットに熱間押出
し加工を施す工程と１を用いることを特徴とする。

（２）作　用前記軸受部材は焼結アルミニウムまたはアルミニウム合
金より構成されるので、その軽量化および小型化が達成
される。

また外周部の粒体が内部のそれよりも微細化され、また
外周部における繊維状ｗ織の流れ方向が押出し方向と平
行に揃えられることにより外周部は塑性加工度が高度に
進行した緻密で均一な層となり、これにより優れた疲労
強度および耐摩耗性を有する軸受部材を稈供することが
でＡる。

前記製造方法においては、アルミニウムまたはアルミニ
ウム合金粉末の冷却速度を前記のように１０”℃／ｓｅ
ｃ以上に特定することにより、前記粉末を急冷凝固させ
てその強度を向上させることができる。

またビレットの加熱温度を前記のように４３０℃以上、
５２０℃以下に特定することによって、ビレ・７トにお
ける液相の発生を回避しつつそのビレットに十分な脱ガ
ス処理を施すと共にビレットの焼結を十分に進行させる
ことができる。

さらに熱間押出し加工において、前記のようにビレット
温度を３００　’Ｃ以上、４５０℃以下に、また押出し
比を５以上、３５以下にそれぞれ設定することによって
、全体に亘って微細且つ均一な焼結組織を有し、また外
周部の粒径が押出し用ダイスとの摩擦接触により内部の
それよりも微細化され、さらに繊維状Ｍ１織の流れ方向
が押出し方向と平行に揃えられている軸受部材をスムー
ズに成形することができる。その上、ばりの発生がなく
、加工コストも安価であり、優れた量産性を有するので
、軸受部材の製造コストを大幅に低減することができる
。

なお、前記合金粉末の冷却速度が１０２℃／ｓｅｃを下
回ると、金属間化合物が粗大に晶出し、その金属間化合
物が押出し加工後においても十分に破壊されないので疲
労強度が低くなって実用に供し得ない。

また加熱処理温度が４３０℃を下回ると、脱ガス効果が
少ないので強度の低下を来たし、また焼結も十分に進行
せず、一方５２０℃を上回ると液相を生じて強度の低下
を来たすので、粉末製造時急冷凝固を採用した意義が失
われる。

さらに熱間押出し加工において、ビレ、７ト温度が３０
０℃を下回ると変形抵抗が太き（なって押出し加工が不
可能になると共に粉末を完全に焼結させることができず
、一方４５０　’Ｃを上回ると組織の粗大化が進行して
強度が低下する。また押出し比が５を下回ると強度のば
らつきが発生し、一方３５を上回ると変形抵抗が大きく
なり、成形性が悪化して量産性が損なわれる。

（３）実施例本発明において用いられるアルミニウム合金としては、
下記範囲の化学成分を含有するものが該当する。

記１２．０重量％≦Ｓｉ≦２８．０重量％０．８重量％≦
Ｃｕ≦　５．０重量％０．３重量％≦’Ｍｇ≦　３．５重量％２、０重量％≦
Ｆｅ≦１０．０重量％０．５重量％≦Ｍｎ≦　５．０重量％Ｓｉは、耐摩耗性、ヤング率、強度および熱伝導率を向
上させ、また熱膨張係数を低下する効果を有する。但し
、Ｓｉの含有量が１２．０重量％を下回ると耐摩耗性お
よび強度が低下し、一方２８゜０重量％を上回ると熱間
押出し加工における成形性が悪化し、量産性の低下を招
く。

Ｃｕは、熱処理によりＡ１マトリックスを強化する効果
を有する。但し、Ｃｕの含有量が０．８重量％を下回る
と前記効果が得られず、一方５．０重量％を上回ると、
熱間押出し加工における成形性および耐応力腐食割れ特
性が悪化する。

Ｍｇは、Ｃｕと同様に熱処理によりＡ４マトリックスを
強化する効果を有する。但し、Ｍｇの含有量が０．３重
量％を下回ると前記効果が得られず、一方３．５重量％
を上回ると、熱間押出し加工における成形性および耐応
力腐食割れ特性が悪化する。

Ｆｅは、高温強度およびヤング率を向上させる効果を有
する。但し、Ｆｅの含有量が２．０重量％を下回ると高
温強度の向上を期待できず、一方１０．０重量％を上回
ると熱間押出し加工における成形が不可能となる。

Ｍｎは、重要化学成分であり、特にＦｅ２４重量％の範
囲において、高温強度および耐応力腐食割れ特性を改善
し、また熱間押出し加工における成形性を向上させる効
果を有する。但し、Ｍｎの含有量が０．５重量％を下回
ると前記効果が得られず、一方５．０重量％を上回ると
前記成形性が悪化する。

前記アルミニウム合金粉末の製造には、例えばエア噴霧
法が通用される。

圧粉成形法としては、冷間静水圧プレス成形法（ＣＩ　
Ｐ法）または金型圧縮成形法が適用される。

また熱間押出し加工法は直接押出しく前方押出し）およ
び間接押出しく後方押出し）の何れも適用可能である。

次に軸受部材としての内燃機関用コンロノドキャップの
製造方法について説明する。

表Ｉは本発明において使用されるアルミニラ合金１、■
および比較例に使用されるアルミニウム合金■、■の組
成を示す。

表　　　Ｉ＋ａ＋　　表■のアルミニウム合金１．ＩＩを用いてエ
ア噴霧法を適用し、冷却速度１０２〜１０４℃／ｓｅｃ
の条件下で粉末を製造し、粒度１００メツシユよりも小
さい粒径に分級された合金粉末を得る。

この場合、冷却速度が１０”℃／ｓｅｅを下回ると、粗
大なＡＡ−３ｉ−Ｆｅ系金属間化合物が晶出して前記不
具合を生じるので、前記冷却速度を厳守する必要がある
。

（ｂｌ　　各合金粉末を用いて冷間静水圧プレス成形法
または金型圧縮成形法を適用し、密度比７５％で直径２
２５龍の押出し加工用丸棒状ビレットを圧粉成形する。

冷間静水圧プレス成形法においては、ゴム製チューブ内
に合金粉末を入れ、１．５〜３．　Ｏｔｏｎ　／Ｃｌ１
１の静水圧下で成形を行い、また金型圧縮成形法におい
ては、金型内に合金粉末を入れ、常温大気中で１．５〜
３．　Ｏｔｏｎ　／　ｃｎｌの圧力下で成形を行う。

（Ｃ）　　各ビレットを炉内温度５００℃の均熱炉内に
設置して４時間保持し、各ビレットに加熱処理を施す。

（ｄ）　　ビレット温度３８０℃および押出し比２８で
各ビレットに押出し加工を施し、第１図に示すコンロノ
ドキャップ素材１を成形する。

この素材１は、その軸受面１ａの中心線０−０がクラン
ク軸の軸線と平行するように押出され、その中心線０−
０方向２等分位置、即ち第１図鎖線示の位置で切断され
て２個のコンロッドキャップｌ＋、１□を得るようにな
っている。

このような押出し加工を行うことにより前記素材１にお
ける繊維状組織の流れ方向は押出し方向と平行、したが
ってクランク軸の軸線と平行に揃えられる。

ＴＱＩ　　各素材１に、４９０℃、２時間の加熱、水冷
、および１７５℃２８時間の加熱よりなるＴ６処理を施
す。

（［１各素材１を前記のように殿械的に２等分し、それ
らに機械加工仕上げを施してコンロッドキャンプ１＋、
１ｇを得る。

比較のため、前記表Ｉのアルミニウム合金■を用いて鍛
造用素材を溶製し、その素材に鍛造加工を施してコンロ
ッドキャンプを得る。このコンロッドキャップにおいて
は、その繊維状組織の流れ方向は加圧方向に起因して軸
受面の中心線に対し直角方向となる。また前記表■のア
ルミニウム合金■を用いて鋳造によりコンロッドキャッ
プを得る。このコンロッドキャップにおいては繊維状組
織は発生しない。

前記各コンロノドキャップにおける軸受面１ａの中心線
○−０と直角、したがって本発明においては押出し方向
に対し直角な断面を研摩した後、その断面の外周部およ
び内部の組織を光学顕微鏡により観察し、本発明に係る
コンロッドキャップにおいては粉末に起因して生じる粒
子の粒径を求め、また比較例においては結晶粒径を求め
た。アルミニウム合金粉末は、その表面にＡ　１２　ｚ
　Ｏｙの膜を有するので熱間押出し加工後に粒子間の粒
界を光学顕微鏡により判別して粒径の測定を行うことが
可能である。

また、第２図に示すように疲労試験のために前記各コン
ロノドキャンプ１５等をコンロッド本体型の治具２に一
対のボルト３により組付け、その小端孔４および大端孔
５に丸棒６６，６□を嵌合した。

疲労試験は、２００℃の雰囲気下において両丸棒６３，
６□に、矢印ａで示すように互いに逆方向の引張り荷重
を１０″回繰り返して付与することにより行われ、疲労
強度は前記繰返し回数においてコンロノドキャップ１８
等が破壊しない最大引張り荷重とした。

表■、■は各コンロ７ドキヤツプ、したがって各合金１
〜■における粒径および結晶粒径の測定結果ならびに疲
労強度試験結果をそれぞれ示す。

表　　　■ 表　　　■ 本発明にかかるコンロッドキャップにおいては、負荷応
力が最も高くなる外周部の粒径が内部のそれよりも大幅
に微細化され、また外周部の繊維状組織の流れ方向がク
ランク軸の軸線方向に揃えられることにより外周部は塑
性加工度が高度に進行した緻密で均一な層となり、これ
により表■に示すように、本発明に係るコンロッドキャ
ップは表■のものに比べて疲労強度が向上する。

本発明における前記外周部の粒径の微細化は、押出し用
ダイスに対する外周部の摩擦接触により発生する。また
前記微細化と同時に摩擦熱により共晶Ｓｉの球状化が進
行するので、特にコンロッドキャンプの切欠き疲労強度
を向上させることができる。

前記外周部の最大粒径は１００μｍ以下、また内部の最
大粒径は１５０μｍ以下が最適範囲である。外周部の最
大粒径が１００μｍを上回ると、押出し加工による効果
が少なく、また内部の最大粒径が１５０μｍを上回ると
疲労強度が低下する。

前記のように外周部および内部の粒径を設定するために
は、粒度が１００メソシユより小さい前記アルミニウム
合金粉末を用いればよい。

なお、本発明軸受部材においてはアルミニウム粉末を用
いることも可能である。

Ｃ９発明の効果本発明によれば、軸受部材をアルミニウムまたはアルミ
ニウム合金より構成するので、その軽量化および小型化
を達成することができる。

また外周部の粒径が内部のそれよりも微細化され、また
外周部の繊維状組織の流れ方向が押出し方向と平行に揃
えられることにより外周部は塑性加工度が高度に進行し
た機密で均一な層となり、これにより優れた疲労強度お
よび耐摩耗性を有する軸受部材を提供することができる
。

本発明に係る前記製造方法によれば、前記軸受部材を素
材の歩留まりを良好にすると共に加工コストを低減して
安価に量産することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はコンロッドキャップ素材の斜視図、第２図＋ａ
ｌ、　ｆｂｌは疲労試験法を示し、（ａｌは正面図、（
ｂｌは側面図である。 ■・・・熱間押出し加工により得られたコンロッドキャ
ップ素材、１１．１□・・・軸受部材としてのコンロノ
ドキャップ胃ぽ特　許　出　願　人　　本田技研工業株式会社第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）アルミニウムまたはアルミニウム合金粉末に、圧
粉成形、加熱処理および熱間押出し加工を順次施して製
造された軸受部材であって、外周部の粒径が内部の粒径
よりも微細化され、また繊維状組織の流れ方向が押出し
方向と平行に揃えられていることを特徴とする焼結アル
ミニウム合金軸受部材。
（２）押出し方向に対し直角な断面において、前記外周
部の最大粒径が１００μｍ以下に、また前記内部の最大
粒径が１５０μｍ以下にそれぞれ設定される、特許請求
の範囲第（１）項記載の焼結アルミニウム合金軸受部材
。
（３）前記繊維状組織の流れ方向が、支承すべき軸の軸
線と平行に揃えられている、特許請求の範囲第（１）ま
たは第（２）項記載の焼結アルミニウム合金軸受部材。
（４）前記軸受部材は内燃機関用コンロッドキャップで
ある、特許請求の範囲第（１）、第（２）または第（３
）項記載の焼結アルミニウム合金軸受部材。
（５）冷却速度１０＾２℃／ｓｅｃ以上の条件の下に製
造されたアルミニウムまたはアルミニウム合金粉末を用
いてビレットを圧粉成形する工程と；前記ビレットに４
３０℃以上、５２０℃以下の加熱処理を施す工程と；ビ
レット温度３００℃以上、４５０℃以下および押出し比
５以上、３５以下の条件の下に前記ビレットに熱間押出
し加工を施す工程と；を用いることを特徴とする焼結ア
ルミニウム合金軸受部材の製造方法。