[发明专利]铝合金铸件及其生产方法以及生产滑动构件的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过冷却和凝固铝合金(Al合金)熔融物而获得的铝合金铸件、用于生产所述铝合金铸件的方法以及用于从金属熔融物生产滑动构件的设备和方法。

背景技术

在大多数内燃机中，圆柱形滑动构件(套筒)被插入缸体中形成的膛中，而活塞在套筒内往复运动。当活塞可滑动地与缸体中的膛内壁直接接触时，内壁可能被磨损。套筒起着避免内壁磨损的作用。

当缸体由铸造法生产时，套筒被置于腔体中的预定位置，然后将用于形成缸体的熔融物导入所述腔体，从而使套筒被熔融物围绕。因此，进行所谓的铸涂(封铸)以获得包含套筒的缸体。

作为套筒材料，通常使用具有较高硅(Si)含量的Al-Si合金(高硅合金)，这是由于该合金重量轻、高度耐磨并且强度高。然而，由高硅合金制成的套筒不适于由缸体用熔融物进行铸涂，从而难以获得套筒与缸体之间的足够的结合强度。

该问题可以通过在缸体用熔融物中也使用高硅合金来解决。然而，高硅合金通常昂贵，因此该方法的成本较高。

上述问题也可以通过在套筒中使用如Al-Fe-Mn-Si合金等Al合金来解决，所述合金适用于对于缸体的铸涂并且耐磨性优异。

然而，当将Al-Fe-Mn-Si合金的熔融物铸造以生产套筒时，所得铸件(套筒)含有基于铁(基于Fe)的金属间化合物的针形粗糙结晶物质。该针形粗糙结晶物质能引起断裂，因此所获得的套筒在强度和韧性方面可能不足。

从这一角度出发，已经进行了有关使所述结晶物质小型化的若干研究。例如，日本特开第2007-216239号公报公开了一种包含下述步骤的技术：在将熔融物冷却至低于液相线温度(凝固起始点)之前对所述熔融物进行超声振动然后使该熔融物凝固。

在使用如日本特开第2007-216239号公报的常规技术中所描述的这种超声振动(频率为20kHz以上)的情况中，尽管能产生大量晶胚，但难以施加足以使晶胚成长为晶核的能量。因此，大多数晶胚被重新熔化，从而产生如日本特开第2007-216239号公报的图9所示的基于Fe的金属间化合物的针形晶体。由此显而易见，日本特开第2007-216239号公报中所描述的常规技术的缺点在于，难以避免可能造成断裂的针形结晶物质的生成。

本申请人已在日本特开第2008-155271号公报中提出了这样的技术：在熔融物的温度高于凝固起始点但比高出凝固起始点10℃的温度低时以1000Hz以下的频率振动熔融物。

通过使用日本特开第2008-155271号公报中所描述的技术，可以在减少针形晶体的形成的同时实现结晶物质的小型化。但仍需要进一步的小型化。

可以通过各种方法来生产缸体用套筒。例如，由基于铁的材料制成的套筒通常通过旋转铸模法来生产。在该方法中，由于铁相对较重，因此可能需要较大的生产设备。

由铝合金制成的套筒可以通过如日本特开第2000-109944号公报中所描述的常规技术那样的喷射成型法等来生产。在该技术中，需要最终挤出工序来获得套筒材料。

此外，可以通过利用例如离心力将硬金属化合物颗粒设置在铸件外表面来生产如耐磨性等机械性能优异的铸件(见日本特开昭第58-116968号公报)。

在日本特开第2000-109944号公报所描述的技术中，由于需要最终挤出工序，因而可能需要更高的成本、更多的时间和人力。

日本特开昭第58-116968号公报所述的技术仅被设计来改善铸件外周表面的耐磨性，而所获得的滑动构件仅具有有限的应用。因此，所述铸件不能被用作缸体用套筒等。

在日本特开第2007-216239号和第2008-155271号公报中所述的常规技术中，可以通过振动Al合金熔融物以使铸造金属组织小型化来生产具有改善的机械性能的套筒铸件。然而，为了将铸件用作滑动构件，铸件的滑动表面应该具有优异的耐磨性。

发明内容

本发明涉及日本特开第2008-155271号公报，且本发明的目的是提供具有不含针形结晶物质的足够精细的结晶结构的铝合金铸件、用于生产所述铝合金铸件的方法，以及用于生产如耐磨性等机械性能优异的滑动构件的设备和方法。

根据本发明的第一方面，提供了通过冷却含铁的铝合金熔融物而获得的铝合金铸件。铝合金铸件中的至少一个表面的金属组织含有铁，所述铁处于纯铁或基于铁的与另一种金属的金属间化合物的颗粒状态，并且所述金属组织还含有在二维平面中的最大直径为10μm以下的共晶硅。在第一方面中，颗粒(grain)是指长径比(最短直径与最大直径之比)为0.5以下的物体。