[发明专利]高温强度和导热率优异的铝合金铸件及其制造方法和内燃机用铝合金制活塞

说明书

本发明提供高温强度和耐热性优异的铝合金铸件及其制造方法和使用该铸件的内燃机用铝合金制活塞。该铝合金铸件具有如下的化学组分：包含Si：12.0～13.5mass％、Cu：4.5～5.5mass％、Mg：0.6～1.0mass％、Ni：0.7～1.3mass％、Fe：1.15～1.25mass％、Ti：0.10～0.2mass％、P：0.004～0.02mass％，剩余部分由Al和不可避免的杂质构成，在0.2mm²的观察视野中，选取Al‐Fe‐Si系结晶物的长轴长度最大的10个结晶物，该10个结晶物的平均长度为100μm以下。该内燃机用铝合金制活塞由上述铝合金铸件构成。该铝合金铸件的制造方法以冷却速度100℃/s以上对具有上述化学组分的铝合金的熔液进行铸造后，进行时效处理。

技术领域

本发明涉及高温强度和导热率优异的铝合金制铸件及其制造方法。本发明的铝合金铸件特别适于内燃机用活塞。

背景技术

铝合金通常温度越高强度越下降。因此，用于内燃机用活塞等高温下使用的部件的铝合金通过使Si、Cu、Ni、Mg和Fe等添加元素多并且使即使高温也不容易软化的第二相粒子等的结晶物量多，来抑制高温时的强度下降。

在添加元素中，特别而言，为了维持高温强度，Fe是有效的元素，但添加量变多时，容易形成粗大的针状的结晶物。该粗大的针状的结晶物成为破坏的起点而使伸长性和强度下降。因此，可以进行添加Mn而使Fe系结晶物成为块状的步骤。

然而，Mn的添加量多时，铝合金的导热率会下降，不容易利用散热降低温度，活塞被长时间暴露于高温下，负荷变大。

因此，本申请人提案了，通过在铸造时对熔液照射超声波振动，不添加Mn而使针状的Fe系结晶物变短，防止粗大化的技术(专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5482899号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，如上述所提案的那样，铸造时进行超声波照射的方法存在装置费用、生产率等的问题，生产成本增加。

因此，本发明的目的在于：提供不进行Mn的添加(耐热性下降的主要原因)和超声波的照射(生产成本增加的主要原因)、针状Fe系结晶物短且高温强度和耐热性优异的铝合金铸件及其制造方法和使用该铸件的内燃机用铝合金制活塞。

用于解决课题的方法

本发明人进行了精心研究，结果发现，通过抑制合金组分中Fe的添加量并在铸造时快速冷却，即使不进行Mn含量的下降和超声波照射，也能够使Fe系结晶物的长度变短。进一步进行研究，结果新发现，在铸造时，以100℃/s以上的高速进行冷却时，能够使Fe系结晶物的平均长度变短至不损害活塞的机械特性的程度(100μm以下)。

另外，优选使所铸造的铝合金熔液的Cu与Ni的含量的比Cu/Ni比变大时，Al－Ni－Cu系化合物的结晶温度下降，因此，从结晶开始至凝固结束的时间变短了，已结晶的Al－Ni－Cu系化合物几乎不会成长地铸造结束(当然在铸造速度的影响下)。作为其结果，也发现了Al－Ni－Cu系化合物变得微细，铸造性和机械特性提高。进一步可知，使结晶物变得微细时，能够抑制精加工切削时的被切削材的缺陷。

因此，为了解决上述的课题，本发明的铝合金铸件的特征在于，具有如下的化学组分：

包含Si：12.0～13.5mass％、Cu：4.5～5.5mass％、Mg：0.6～1.0mass％、Ni：0.7～1.3mass％、Fe：1.15～1.25mass％、Ti：0.10～0.2mass％、P：0.004～0.02mass％，剩余部分由Al和不可避免的杂质构成，