(57)【要約】【課題】ピン孔周辺部の高温強度を従来の鍛造ピストンよりも向上させ、併せてサイドウォールなどの部位をさらに薄肉化しても鍛造時に割れが発生したりすることなく健全なＡｌ合金製鍛造ピストンを製造し得るようにする。【解決手段】熱処理型の共晶系Ａｌ―Ｓｉ系合金によって構成され、ピンボス孔内面から内部に向け１ｍｍの範囲内の領域中において、アスペクト比が３以上でかつ長径１０μｍ以上の晶出物が、４００個／ｍｍ２以上存在して、晶出物ネットワーク組織を形成しており、しかも前記領域の任意の３２０μｍ×２３０μｍの方形領域内における、前記条件を満たす晶出物の相互間に、その条件を満たす晶出物が存在しない領域として、直径１０μｍの円形領域が３０以上、１００以下存在するＡｌ合金製鍛造エンジンピストン。【選択図】図１
2019119926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｓｉ：１０．５〜１３．５％、
Ｆｅ：０．１５〜０．９０％、
Ｃｕ：２．５〜５．５％、
Ｍｇ：０．３％〜１．５％、
Ｎｉ：０．８〜５．０％
を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金によって構成され、
ピンボス孔の内周面から材料内部に向けて１ｍｍの範囲内の表面層領域中における任意の断面において、アスペクト比が３以上でかつ長径１０μｍ以上の晶出物が、個数密度にして４００個／ｍｍ２以上存在して、前記晶出物が網状に分布した晶出物ネットワーク組織を形成しており、
しかも前記任意の断面において、その断面での任意の３２０μｍ×２３０μｍの方形領域内における、前記アスペクト比および長径の条件を満たす晶出物の相互間に、その条件を満たす晶出物が存在しない領域として、直径１０μｍの円形領域が３０以上、１００以下存在することを特徴とするアルミニウム合金製鍛造エンジンピストン。
【請求項２】
前記アルミニウム合金が、前記各成分のほか、質量％で、Ｐ：０．００３〜０．０２％、Ｍｎ：０．１０〜１．０％、Ｚｒ：０．０４〜０．３０％、Ｖ：０．０１〜０．２０％、Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、Ｂ：０．００２〜０．０４％のうちの１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金製鍛造エンジンピストン。
【請求項３】
請求項１、請求項２のいずれかに記載された成分組成のアルミニウム合金からなる連続鋳造棒に、均質化処理として２００〜５００℃で２〜７時間保持する前熱処理を施し、
前記連続鋳造棒を切断して得られた短尺材を鍛造用素材として鍛造成形するにあたり
鍛造用下型に鍛造用素材を投入する際の鍛造用素材の材料温度が３８０〜４６０℃の範囲内となるように、投入前の鍛造用素材を予備加熱し、かつ鍛造用下型に鍛造用素材を投入する際の鍛造用下型の内面温度が３８０〜４６０℃の範囲内でしかも鍛造用素材の材料温度との差が±１０℃以内となるように下金型を加熱しておき、
鍛造成形された鍛造上がり材を、４８０〜５２０℃の範囲内の温度で溶体化して焼入れし、その後、１７０〜２３０℃で１〜１０時間保持する時効処理を施し、
さらにピストン形状に機械加工することを特徴とするアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載のアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの製造方法において、前記溶体化処理及び焼入れを省略して、鍛造成形された鍛造上がり材に直ちに前記時効処理を施すことを特徴とするアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの製造方法。
【請求項５】
請求項３、請求項４のいずれかの請求項に記載のアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの製造方法によって、
ピンボス孔の内周面から材料内部に向けて１ｍｍの範囲内の表面層領域中における任意の断面において、アスペクト比が３以上でかつ長径１０μｍ以上の晶出物が、個数密度にして４００個／ｍｍ２以上存在して、前記晶出物が網状に分布したネットワーク状に分散した組織を形成しており、
しかも前記任意の断面において、その断面での任意の３２０μｍ×２３０μｍの方形領域内における、前記アスペクト比および長径の条件を満たす晶出物の相互間に、その条件を満たす晶出物が存在しない領域として、直径１０μｍの円形領域が３０以上、１００以下存在する鍛造エンジンピストンを得ることを特徴とするアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金からなる連続鋳造棒を素材として用いて、鍛造成形によって得られるエンジンピストン及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、四輪自動車の車両（以下、単に「自動車」という）では、高性能化のため、また環境問題に対応するために、エンジンのピストンとしてアルミニウム合金製ピストンの採用が検討されている（例えば特許文献１）。アルミニウム合金を用いれば、ピストンなどのエンジンの駆動部品を軽量化することができ、運転したときの負荷の低減、出力向上、燃費低減が図られる。
【０００３】
アルミニウム合金製のエンジンピストンとしては、従来は鋳造品が多く採用されていたが、鋳造品では、鋳造時に発生する内部欠陥を抑えることが困難であり、強度を安全設計するために余肉を設けざるを得ず、そのため、より軽量化を図ることは困難であった。そこで最近では、鋳造品に代えて、鍛造品をアルミニウム合金製のエンジンピストンに使用することが検討されている。鍛造品では、鋳造品と比較して内部欠陥が少なく、そのため鋳造品を用いた場合よりもエンジンピシトンの薄肉化が可能であり、一層の軽量化を図ることが可能となる。
【０００４】
従来のアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの製造方法としては、次のような方法が一般的である。すなわち、通常の溶製法にて所定の成分組成のアルミニウム合金溶湯を溶製し、そのアルミニウム合金溶湯を連続鋳造法、半連続鋳造法（ＤＣ鋳造法）、ホットトップ鋳造法などのいわゆる連続鋳造法のうち、いずれかの方法によって連続鋳造して所定の長さごとに切断し、連続鋳造棒を得る。続いて、連続鋳造棒に必要に応じて曲り矯正やピーリング（皮剥き）などを施し、鍛造に適した長さに切断して短尺材（鍛造用素材）とする。そして、鍛造（一般には温間鍛造）によって、ピストン粗形材に成形し、さらに、合金種に応じて熱処理（一般にはＴ６処理（溶体化処理―焼入れ、時効硬化処理））を施し、機械加工によってピストン製品形状に仕上ることにより、アルミニウム合金鍛造エンジンピストンが製造されることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１８１７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、世界的に環境・資源問題意識が高まって、ＣＯ２規制への取り組みが進み、現状よりも一層の低燃費化にむけて、自動車エンジンのダウンサイジングが進んでいる。自動車エンジンをダウンサイジングすれば、トルクが低下するため、エンジン出力も低下する。そこで、出力を上げるためにエンジンの回転数を上げることが検討されている。一方、回転数が増加すれば、ピストンの加速度が増加するため、ピストンピンを支持するピンボス部に、コンロッドおよびピシトンピンから負荷される荷重も大きくなり、ピストンが壊れやすくなる。回転数が増加しても負荷が大きくならないようにするためには、ピストンの重量を小さくすることが有効となる。そこで最近では、サイズを小さくしても（ダウンサイジング化しても）高回転で高出力を維持できるような、より軽量でかつ高温での機械的強度が高いエンジンピストンが求められるようになっている。
【０００７】
ピストン重量の軽量化を図るためには、ピストンとしての機能に影響を与えずかつ比較的強度に関係しない箇所を凹状に掘り込んだ部分、すなわちいわゆる肉盗み部を形成し、それに伴ってピンボス部周囲などの各部の厚みを肉薄に仕上げる方策が有効である。
【０００８】
しかしながら、従来のアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの製造方法では、薄肉でも高温での強度を充分に維持できると考えられるような高温高強度鍛造用材料を用いても、実際上は、現今の厳しいダウンサイジングの要求に十分に答えることができる程度まで、薄肉軽量で高強度の鍛造エンジンピストンを得ることは困難であった。
【０００９】
例えば、後に改めて説明する図１〜５に示すエンジンピストンにおいて、軽量化のために、冠面部３の裏側における、ピンボス部４の両側の付け根部分を掘り込んで肉盗み部７とすることが考えられる。しかしながらその場合、スカート部２とピンボス部６をつなぐサイドウォール６の付け根部分を薄肉化させることになり、その結果、鍛造時にサイドウォール６に割れが発生しやすくなってしまう。
【００１０】
ここで、鋳造後の均質化処理（前熱処理）の温度や、鍛造前の素材の予備加熱の温度を高くすれば、鍛造時における材料の変形抵抗を小さくして、サイドウォールなどの薄肉化した部位に割れを発生させずに鍛造を行うことは可能ではあるが、その場合にはピストンの高温強度が低下してしまうことが懸念される。したがって前熱処理や予備加熱の温度をむやみに高温とすることは避けなければならないから、これらの熱処理温度の高温化による対応策は、実際的ではなかった。
【００１１】
さらに、エンジンを高回転化させるために過給機を付けて燃焼圧を大きくする場合などにおいては、エンジンピストンの受ける爆発圧力（図６の符号Ｆ）をクランクシャフトに伝えるため、ピンボス部の冠面側に応力が集中し、その部位で疲労破壊が生じる恐れがある。特にエンジンの回転数を上げた場合には、ピストンとコンロッドをつなぐピストンピンが接触するピンボス部への負荷は、従来のものよりも増大する。そのため、ガソリンエンジン車のダウンサイジング化に好適なエンジンピストンとしては、最も温度が高くなる冠面部ばかりでなく、ピンボス部の強度、とりわけピン孔の周辺部位の高温強度を重視しなければならないことを本発明者らは認識した。
【００１２】
本発明は、以上の事情を背景としてなされたもので、アルミニウム合金製鍛造ピストンとして、ピンボス部、とりわけピン孔周辺部の高温強度、耐疲労特性を、従来の鍛造ピストンよりも向上させ、併せてサイドウォールなどの部位を、従来よりもさらに薄肉化しても、鍛造時に割れが発生したりすることなく、健全なピストンを製造し得るようにすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述の課題を解決するべく、本発明者等は、種々実験、検討を重ねた結果、鍛造用アルミニウム合金として、時効硬化し得る、いわゆる熱処理型のＡｌ−Ｓｉ共晶系合金を用いるばかりでなく、ピンボス部のミクロ組織、とりわけピン孔の内面の表面層に相当する部位のミクロ組織を適切に調整することによって、その部位の高温強度及び耐疲労特性を充分に向上させて、上記の課題を解決し得ることを見出した。また、エンジンピストンの製造方法として、その熱履歴を適切に規制することによって、ピンボス部のミクロ組織を上記のような高温強度及び耐疲労特性を示す組織とすることが可能となると同時に、そのほかの部位、特に軽量化のために薄肉化することが望まれる部位について、鍛造時の割れ発生を回避しながら薄肉化が可能となることを見出した。そしてこれらの新規な知見に基づき、本発明をなすに至った。
【００１４】
したがって本発明の基本的な態様（第１の態様）によるアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンは、
質量％で、
Ｓｉ：１０．５〜１３．５％
Ｆｅ：０．１５〜０．９０％、
Ｃｕ：２．５〜５．５％、
Ｍｇ：０．３％〜１．５％、
Ｎｉ：０．８〜５．０％、
を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金によって構成され、
ピンボス孔の内周面から材料内部に向けて１ｍｍの範囲内の表面層領域中における任意の断面において、アスペクト比が３以上でかつ長径１０μｍ以上の晶出物が、個数密度にして４００個／ｍｍ２以上存在して、前記晶出物が網状に分布した晶出物ネットワーク組織を形成しており、
しかも前記任意の断面において、その断面での任意の３２０μｍ×２３０μｍの方形領域内における、前記アスペクト比および長径の条件を満たす晶出物の相互間に、その条件を満たす晶出物が存在しない領域として、直径１０μｍの円形領域が３０以上、１００以下存在することを特徴とするものである。
【００１５】
また本発明の第２の態様によるアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンは、
第１の態様のアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンにおいて、
前記アルミニウム合金が、前記各成分のほか、質量％で、Ｐ０．００３〜０．０２％、Ｍｎ０．１０〜１．０％、Ｚｒ０．０４〜０．３０％、Ｖ０．０１〜０．２０％、Ｔｉ０．０１〜０．２０％、Ｂ０．００２〜０．０４％のうちの１種又は２種以上を含有することを特徴とすることを特徴とするものである。
【００１６】
さらに本発明の第３の態様によるアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの製造方法は、
前記第１もしくは第２の態様に記載された成分組成のアルミニウム合金からなる連続鋳造棒に、均質化処理として２００〜５００℃で２〜７時間保持する前熱処理を施し、
前記連続鋳造棒を切断して得られた短尺材を鍛造用素材として鍛造成形するにあたり
鍛造用下型に鍛造用素材を投入する際の鍛造用素材の材料温度が３８０〜４６０℃の範囲内となるように、投入前の鍛造用素材を予備加熱し、かつ鍛造用下型に鍛造用素材を投入する際の鍛造用下型の内面温度が３８０〜４６０℃の範囲内でしかも鍛造用素材の材料温度との差が±１０℃以内となるように下金型を加熱しておき、
鍛造成形された鍛造上がり材を、４８０〜５２０℃の範囲内の温度で溶体化して焼入れし、その後、１７０〜２３０℃で１〜１０時間保持する時効処理を施し、
さらにピストン形状に機械加工することを特徴とするものである。
【００１７】
さらに本発明の第４の態様によるアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの製造方法は、
前記第３の態様のアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの製造方法において、前記溶体化処理及び焼入れを省略して、鍛造成形された鍛造上がり材に直ちに前記時効処理を施すことを特徴とするものである。
【００１８】
さらに本発明の第５の態様によるアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの製造方法は、前記第３、第４のいずれかの態様のアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの製造方法によって、
ピンボス孔の内周面から材料内部に向けて１ｍｍの範囲内の表面層領域中における任意の断面において、アスペクト比が３以上でかつ長径１０μｍ以上の晶出物が、個数密度にして４００個／ｍｍ２以上存在して、前記晶出物が網状に分布した晶出物ネットワーク組織を形成しており、
しかも前記任意の断面において、その断面での任意の３２０μｍ×２３０μｍの方形領域内における、前記アスペクト比および長径の条件を満たす晶出物の相互間に、その条件を満たす晶出物が存在しない領域として、直径１０μｍの円形領域が３０以上、１００以下存在する鍛造エンジンピストンを得ることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、アルミニウム合金製鍛造ピストンとして、ピンボス部、とりわけピン孔周辺部の高温強度、耐疲労特性を、従来の鍛造ピストンよりも向上させ、併せてサイドウォールなどの部位を、従来よりもさらに薄肉化しても、鍛造時に割れが発生したりすることなく、健全なピストンを得ることができる。
したがって本発明のエンジンピストンは、エンジン出力を維持したまま、軽量化による燃費向上を図るという鍛造ピストンのより一層のダウンサイジング化に最適である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの一例の形状を示す底面図である。
【図２】図１に示されるエンジンピストンの正面図である。
【図３】図１におけるＣ−Ｃ線での縦断側面図である。
【図４】図１におけるＡ−Ａ線での縦断正面図である。
【図５】図１におけるＢ−Ｂ線での縦断正面図である。
【図６】エンジンピストンの使用時の状況の一例を原理的に示す略解図である。
【図７】本発明のアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの製造方法の一例を示すフロー図である。
【図８】本発明のアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの製造に使用される鍛造用金型装置の一例として、恒温鍛造装置を模式的に示す略解図である。
【図９】本発明のアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンの製造過程中における鍛造上がりの粗形材の一例を示す縦断側面図である。
【図１０】図９におけるＸ―Ｘ線での縦断正面図である。
【図１１】晶出物ネットワーク組織を説明するための模式図である。
【図１２】実施例１による鍛造上がり材（ピストン粗形材）についての、ピン孔周辺相当部位の視野Ｎｏ．１での組織写真である。
【図１３】実施例１による鍛造上がり材（ピストン粗形材）についての、ピン孔周辺相当部位の視野Ｎｏ．２での組織写真である。
【図１４】実施例１による鍛造上がり材（ピストン粗形材）についての、ピン孔周辺相当部位の視野Ｎｏ．３での組織写真である。
【図１５】実施例１による鍛造上がり材（ピストン粗形材）についての、ピン孔周辺相当部位の視野Ｎｏ．４での組織写真である。
【図１６】実施例１による鍛造上がり材（ピストン粗形材）についての、ピン孔周辺相当部位の視野Ｎｏ．５での組織写真である。
【図１７】比較例１による鍛造上がり材（ピストン粗形材）についての、ピン孔周辺相当部位の視野Ｎｏ．１での組織写真である。
【図１８】比較例１による鍛造上がり材（ピストン粗形材）についての、ピン孔周辺相当部位の視野Ｎｏ．２での組織写真である。
【図１９】比較例１による鍛造上がり材（ピストン粗形材）についての、ピン孔周辺相当部位の視野Ｎｏ．３での組織写真である。
【図２０】比較例１による鍛造上がり材（ピストン粗形材）についての、ピン孔周辺相当部位の視野Ｎｏ．４での組織写真である。
【図２１】比較例１による鍛造上がり材（ピストン粗形材）についての、ピン孔周辺相当部位の視野Ｎｏ．５での組織写真である。
【図２２】実施例２による鍛造上がり材（ピストン粗形材）についての、ピン孔周辺相当部位の組織写真である。
【図２３】実施例３による鍛造上がり材（ピストン粗形材）についての、ピン孔周辺相当部位の組織写真である。
【図２４】比較例２による鍛造上がり材（ピストン粗形材）についての、ピン孔周辺相当部位の組織写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明のアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンと、その製造方法について、詳細に説明する。
【００２２】
先ず本発明のエンジンピストンの形状の一例の概略について、図１〜図５を参照して説明する。
本実施形態のピストン１は、一般のエンジン用ピストンと同様に、図示しないエンジンシリンダに挿入されるよう全体としては略短円筒状に作られており、その外形は、それぞれ円筒面の一部をなす形状の一対のスカート部２と、その円筒の軸線方向の一方の側の端部（上端部）を閉じる頂壁部（冠面部）３によって形成されている。冠面部３からは、一対のピンボス部４が軸線方向に沿って一体に突出（垂下）しており、各ピンボス部４には、図示しないピストンピンが挿入されるピン孔５が軸線方向に対し直交する方向に貫通形成されている。一対のスカート部２の間には、軸線方向と平行な板状のサイドウォール６が設けられており、これらのサイドウォール６は、スカート部２と冠面部３に一体に連続している。そして前記各ピンボス部４は、軸線方向と平行な板状のサイドウォール６に一体に連続している。したがって各ピンボス部４は、サイドウォール６によって補強されていることになる。
さらに冠面部３の内面側のうち、ピンボス部４とサイドウォール６とがなす隅部は、軽量化のために彫り込んだ（窪んだ）肉盗み部７とされている（図１、図５参照）。
【００２３】
ここで、サイドウォール６の厚みｔａ（図１参照）は、例えばピストン径が５０〜１００ｍｍ程度の寸法のエンジンピシトンの場合、軽量化のため、２ｍｍ以下とすることが好ましい。このように２ｍｍ以下の薄肉のサイドウォールであっても、本発明の場合、高温強度が従来のアルミニウム合金製鍛造ピストンよりも高強度化されているため、サイドウォール６に割れが発生するおそれは少ない。但し、０．５ｍｍより薄肉となれば、割れが発生する恐れがあるから、実際上は、２ｍｍ以下、０．５ｍｍ以上とすることが望ましい。
また、肉盗み部７の最深部における頂壁部３の厚みｔｂ（図５参照）は、平行一対のサイドウォール６の内側（軸線を含む側）の位置の頂壁部３の厚み（天井厚み）ｔｃ（図４参照）と同等とすることが好ましい。ここで、天井厚み）ｔｃは、上記の寸法のピストンの場合、２ｍｍが一般的であり、そこで、肉盗み部７の最深部における頂壁部３の厚みｔｂも、２ｍｍ±０．２ｍｍの範囲内とすることが好ましい。
【００２４】
以上のようなエンジンピストン１は、例えば図６に示しているように、シリンダ１０内での爆発圧力Ｆを頂壁部（冠面部）の外面（冠面）３Ａによって受けて、シリンダ１０内で軸線方向に沿って摺動し、その際、ピンボス部から、ピン孔に挿入されているピストンピン１１、コンロッド１２に力が伝達されて、クランクシャフト１３により回転運動に変換される。
ここで、ピストン１の各部のうち、シリンダ１０の内壁に摺擦されるスカート部２には耐摩耗性及び耐熱性が要求され、またシリンダ１０内での爆発圧力Ｆを受ける冠面３Ａには、高温強度（耐熱性）及び高温耐疲労特性が要求され、爆発圧力をピストンピン１１に伝達するピンボス部４には高温強度、高温耐疲労特性、耐摩耗性が要求される。そしてピンボス部４のうちでも、とりわけピン孔５の内面の表面層は、他の部位と比較して、より高い高温強度、耐疲労特性が望まれる。すなわち、エンジンを高回転化させるために過給機を付けて燃焼圧を大きくする場合などにおいては、エンジンピストンの冠面３Ａで受ける急激かつ大きな爆発圧力Ｆをクランクシャフト１３に伝えるため、ピンボス部４のピン孔５の周辺部分、特にピン孔５の内面の表面層のうち冠面側の部位に応力が集中するため、その部位に疲労破壊が生じる恐れがある。
【００２５】
しかるに、従来のアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンでは、ピンボス部４におけるピン孔５の内面の表面層については、必ずしも十分な高温強度及び耐疲労特性が得られていなかったのが実情である。
【００２６】
そこで本発明のピストンでは、鍛造によって製造されるアルミニウム合金製ピストンとして、その全体的な材料の成分組成を適切に調整するばかりでなく、特に、ピン孔５の内面の表面層のミクロ組織を適切に調整することとしている。
【００２７】
なおピストンの具体的形状は図１〜図５に示す形状に限られるものではなく、要はピストンピンが挿入されて、ピストンピンを回動可能に支持するピン孔を有するピストンにはすべて適用可能である。
【００２８】
本発明の鍛造エンジンピストンに用いられるアルミニウム合金は、基本的には、質量％で、Ｓｉ：１０．５〜１３．５％、Ｆｅ：０．１５〜０．９０％、Ｃｕ：２．５〜５．５％、Ｍｇ：０．３％〜１．５％、Ｎｉ：０．８〜５.０％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物よりなるものである。
また本発明のエンジンピストンに用いられるアルミニウム合金は、上記各成分のほか、さらにＰ：０．００３〜０．０２％、Ｍｎ：０．１０〜１．０％、Ｚｒ：０．０４〜０．３０％、Ｖ：０．０１〜０．２０％、Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、Ｂ：０．００２−０．０４％のうちの１種又は２種以上を含有していてもよい。次にこれらの各成分の限定理由について説明する。
【００２９】
［Ｓｉ：１０．５〜１３．５％］
Ｓｉは、Ａｌ−Ｓｉ共晶点付近の組成として連続鋳造時に共晶Ｓｉを充分に晶出させ、その共晶Ｓｉを鍛造及び熱処理後もネットワーク状に残存させることによって、耐摩耗性、強度、耐熱性を向上させるに寄与する。Ｓｉ量が１０．５％未満では、初晶のαＡｌが多く晶出して、強度及び耐摩耗性、耐熱性が不足する。Ｓｉ量が１３．５％を超えれば、粗大な初晶Ｓｉが発生してしまい、疲労破壊の起点となって、機械的強度及び疲労強度が低下する原因となってしまう。そこでＳｉは１０．５〜１３．５％とした。なお好ましくは、Ｓｉ量は１１．０〜１２．０％とする。
【００３０】
［Ｆｅ：０．１５〜０．９０％］
Ｆｅは、融点の高い金属間化合物を生成して、高温域での機械的特性を高める作用がある。Ｆｅが０．１５％未満の場合、鍛造後の熱処理工程の温度域では、発生する晶出物の量が少なく、ネットワーク組織が分断されやすくなり、高温域での高温特性が不足する。Ｆｅが０．９０％を超えれば、金属間化合物が粗大化し、成形性の低下、機械的強度及び疲労強度低下の原因となる。そこでＦｅ量は０．１５〜０．９０％とした。なおこの範囲内でも、Ｆｅ量は０．２０〜０．５０％が好ましい。
【００３１】
［Ｃｕ：２．５〜５．５％］
Ｃｕは、上記の範囲内で含有させることによって、鍛造後の後熱処理工程での時効処理によってＡｌ２Ｃｕを析出させることにより、強度を向上させる効果がある。Ｃｕ量が２．５％未満では、鍛造後の溶体化処理温度でＣｕが母相に固溶したとしても、その固溶量が少ないため、その後の時効処理でのＡｌ２Ｃｕの析出は少なく、そのため時効処理による強度向上が充分ではなく、製品強度が不足するおそれがある。一方、Ｃｕ量が５．５％を超えれば、粗大な晶出物の発生による疲労強度の低下や、耐食性の低下などを招く。そこでＣｕ量は２．５〜５．５％とした。なおこの範囲内でも、３．５〜４．５％が好ましい。
【００３２】
［Ｍｇ：０．３〜１．５％］
Ｍｇも、上記の範囲内で含有させることにより、鍛造後の後熱処理工程での時効処理によってＭｇ２Ｓｉを析出させることにより、強度を向上させる効果がある。Ｍｇ量が０．３％未満では、鍛造後の溶体化処理温度でＭｇが母相に固溶したとしても、その固溶量が少ないため、その後の時効処理でのＭｇ２Ｓｉの析出量は少なく、そのため時効処理による強度向上が充分ではなく、製品強度が不足するおそれがある。一方、Ｍｇ量が１．５％を超えれば、伸びが低下し、加工性が低下する。そこでＭｇ量は０．３〜１．５％とした。なおＭｇ量は、この範囲内でも、０．３〜１．０％が好ましい。
【００３３】
［Ｎｉ：０．８〜５．０％］
ＮＩは、この範囲内で添加することによって、融点の高い金属間化合物を生成して、高温域での機械的特性を高める作用がある。これ未満では、後熱処理工程の温度域では、形成される晶出物の量が少なく、ネットワーク組織が分断されやすくなり、高温域での高温特性が不足する。これを超えると金属間化合物が粗大化し、成形性の低下、機械的強度及び疲労強度低下の原因となる。
【００３４】
［Ｐ：０．００３〜０．０２％］
Ｐは初晶Ｓｉの微細化効果がある。Ｐ量が０．００３％未満ではその効果が少なく、０．０２％を超えると溶湯にＰの酸化物が混入し、疲労強度に有害な影響を及ぼす介在物が増加する。したがってＰ量は０．００３〜０．０２％が好ましい。なおＰ量は、０．００３〜０．０１％がより好ましい。
【００３５】
［Ｍｎ：０．１０〜１．０％］
ＭｎはＡｌ−Ｍｎ系化合物として晶出し、耐熱性や耐摩耗性を改善する効果がある。０．１０％未満ではその効果が少なく、１．０％を超えると粗大な化合物が晶出し、疲労強度の低下、及び塑性加工性の低下の原因となる。したがってＭｎ量は０．１０〜１．０％が好ましい。なおＭｎ量は、０．１０〜０．３０％がより好ましい。
【００３６】
［Ｚｒ：０．０４〜０．３０％］
Ｚｒを添加すれば、固溶強化による高温強度向上が見込まれるが、０．０４％ではその効果が少なく、一方０．３０％を超えれば粗大な化合物が晶出し、疲労強度の低下、及び塑性加工性の低下の原因となる。したがってＺｒを添加する場合のＺｒ量は０．０４〜０．３０％が好ましい。なおＺｒ量は、０．０４〜０．１５％がより好ましい。
【００３７】
［Ｖ：０．０１〜０．２０％］
Ｖを添加すれば、固溶強化による高温強度向上が見込まれるが、０．０１％未満ではその効果が小さく、一方０．２０％を超えれば粗大な化合物が発生し、加工性や強度、靱性が低下するおそれがある。したがってＶを添加する場合のＺｒ量は０．０１〜０．２０％が好ましい。なおＶ量は、０．０１〜０．１０％がより好ましい。
【００３８】
［Ｔｉ：０．０１〜０．２０％］
Ｔｉを添加すれば、固溶強化による高温強度向上が見込まれるほか、アルミニウム固溶体の凝固組織の微細化に有効に働く。Ｔｉ０．０１％未満では、その効果が小さく、一方０．２０％を超えれば粗大な化合物が発生し、加工性や強度、靱性が低下するおそれがある。したがってＴｉを添加する場合のＴｉ量は０．０１〜０．２０％が好ましい。なおＴｉ量は、０．０１〜０．０５％がより好ましい。
【００３９】
［Ｂ：０．００２〜０．０４％］
Ｂを添加すれば、アルミニウム固溶体の凝固組織の微細化に有効に働く。Ｂ０．００２未満ではその効果が小さく、一方で０．０４％を超えた場合、高硬度のＴｉ‐Ｂ粒子が加工性を低下させるおそれがある。したがってＢを添加する場合のＴｉ量は０．００２〜０．０４％が好ましい。
【００４０】
＜ミクロ組織＞
本発明のピストンにおいては、ピンボス孔の内周面から材料内部に向けて１ｍｍの範囲内の表面層領域中における組織を、次のように規定している。
【００４１】
すなわち、先ず第1には、上記のピンボス孔の近傍の表面層領域中における任意の断面において、アスペクト比が３以上でかつ長径１０μｍ以上の晶出物が、個数密度にして４００個／ｍｍ２以上存在して、前記晶出物が網状に分布した晶出物ネットワーク組織を形成していることが必要である。
【００４２】
第２には、上記のピンボス孔の近傍の表面層領域中における任意の断面において、その断面での任意の３２０μｍ×２３０μｍの方形領域内に、前記アスペクト比および長径の条件を満たす晶出物（アスペクト比が３以上でかつ長径１０μｍ以上の晶出物）の相互間に、前記アスペクト比および長径の条件を満たす晶出物が存在しない領域として、直径１０μｍの円形領域が３０以上、１００以下存在することが必要である。
【００４３】
ここで、上記の第２の条件における直径１０μｍの円形領域とは、スペクト比が３以上でかつ長径１０μｍ以上の晶出物が存在しない領域内に、仮想的に円を描いたときに、直径１０μｍの円形を描き得る領域を意味する。
【００４４】
例えば晶出物ネットワーク組織について仮想的に円形領域を描いた状態を図１１に示す。図１１に示すように、アスペクト比が３以上でかつ長径１０μｍ以上の晶出物４０がネットワーク状に存在している場合、網目内のアスペクト比が３以上でかつ長径１０μｍ以上の晶出物４０が存在していない領域に、仮想的に直径１０μｍの円形領域４２を描いている。なお符号４３は初晶Ｓｉである。
【００４５】
上記の第１及び第２の条件を、ピンボス孔の内周面から材料内部に向けて１ｍｍの範囲内の表面層領域の組織が満たすことによって、ピンボス部、とりわけピン孔の周囲の部位の高温強度を顕著に向上させることができる。
すなわち、このようにアスペクト比が大きくかつ長い晶出物による晶出物ネットワーク組織では、ピストンとして使用した際に、これらの晶出物が、高温下でのアルミニウムマトリックスの変形に対する抵抗として機能する。その結果、ピン孔周辺部について、２５０℃を超える高温下であっても、優れた機械的強度（高温強度）及び耐疲労特性が得られる。
【００４６】
ここで、上記の第１の条件について、アスペクト比が３以上でかつ長径１０μｍ以上の晶出物が、個数密度にして４００個／ｍｍ２未満では、高温強度向上の効果が充分に得られない。また第２の条件に関して、直径１０μｍの前記円形領域が３０未満でも、同様に高温強度向上の効果が充分に得られない。また、第２の条件に関して、直径１０μｍの前記円形領域が１００を越えれば、高温強度向上の効果が充分に得られない。
【００４７】
このようなミクロ組織条件は、ピンボス部のうち、ピンボス孔の内周面から材料内部に向けて１ｍｍの範囲内の表面層領域中の任意の断面で満たされていれば、所期の目的は達成できるが、ピン孔の内周面から材料内部に向けて１ｍｍを越える領域まで上記の条件を満たす組織となっていてもよいことはもちろんである。
【００４８】
＜ピストン製造工程全体の概要＞
図７に、アルミニウム合金製鍛造エンジンピストンを製造するための製造工程の一例の概要を示し、これにしたがって本発明のアルミニウム合金製鍛造エンジンピストンを製造する方法の一例を説明する。
【００４９】
先ず常法にしたがって前記成分組成のアルミニウム合金溶湯を溶製し（Ｓ１）、棒状に連続鋳造し（Ｓ２）、得られる鋳塊（連続鋳造鋳塊）を切断して、所定長さの連続鋳造棒とする。ここで連続鋳造法としては、公知のホットトップ連続鋳造法、縦型連続鋳造法、水平連続鋳造法、ＤＣ鋳造法(半連続鋳造法)の何れかを用いることができる。
【００５０】
続いて、所定長さの連続鋳造棒に、均質化処理としての前熱処理を施す（Ｓ３）。さらに、均質化処理後の連続鋳造棒に、必要に応じて曲り矯正（Ｓ４）、ピーリング（Ｓ５）を施してから、所定長さの短尺材(鍛造用素材)に切断する（Ｓ６）。さらにその短尺材の表面に、鍛造時の金型と鍛造用素材との間の潤滑のための潤滑処理を施す（Ｓ７）。潤滑処理後の短尺材(鍛造用素材)は、後に改めて説明するように、本発明のエンジンピストンを鍛造成形によって得るために適した温度として、３８０〜４６０℃の範囲内の温度に予備加熱する（Ｓ８）。
【００５１】
続いて、その予備加熱された短尺材(鍛造用素材)を、鍛造装置に投入して、金型鍛造によってピストン粗形材形状に鍛造成形する（Ｓ１０）。ここで、鍛造に当たっては、後に改めて説明するように、予め金型（少なくとも下型）を加熱しておく（Ｓ９）。この場合の金型加熱は、下型の内面温度（成形用キャビティの表面温度）が、予備加熱を経て投入された鍛造用素材の表面温度と同等となるように行うことが望ましい。具体的には、鍛造用素材の予備加熱温度±１０℃とすることが望ましい。
【００５２】
鍛造された材料（鍛造上がり材）には、後熱処理を施す（Ｓ１１）。この後熱処理は、溶体化処理温度に加熱（Ｓ１１Ａ）して、焼入れし（Ｓ１１Ｂ）、さらに時効処理（Ｓ１１Ｃ）を施す工程からなる。
後熱処理後の鍛造上がり材には、切削加工、さらには研磨などの機械加工（Ｓ１２）を施して、製品のピストン形状とする。
【００５３】
さらに本発明の鍛造ピストンを製造するための方法における、各工程の詳細について説明する。
【００５４】
＜溶製（Ｓ１）〜連続鋳造（Ｓ２）＞
本発明で用いているＡｌ−Ｓｉ共晶組成付近のアルミニウム合金では、その溶湯の凝固時に、晶出物として共晶Ｓｉ共晶の他、Ａｌ−Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ化合物が多量に晶出する。そして特に連続鋳造を適用した場合、凝固速度が高いため、共晶Ｓｉが網目状（ネットワーク状）に晶出した鋳造組織（晶出物ネットワーク組織）が得られる。そして、後述するように、連続鋳造組織における晶出物ネットワーク組織は、本発明の製造方法における熱履歴によれば、ピンボス部、とりわけピン孔の周辺部分では、鍛造および後熱処理の後の状態でも少なくともその一部は残り、ピン孔周辺部位の高温強度、耐疲労特性のより一層の向上に寄与することになる。
【００５５】
なお、ピンボス部を除く、薄肉化が求められる部位、例えばサイドウォールやスカート部、冠面部などは、本発明の製造方法における熱履歴によれば、鍛造時の変形抵抗を小さくして十分に塑性流動を生起させ、鍛造時の割れの発生させることなく、薄肉化を図ることができる。この場合、これらの部位では鍛造時の塑性流動により鋳造組織は破壊されてしまうのが通常であるが、鍛造後の後熱処理によって、これらの部位に要求される程度の高温強度は確保することが可能となる。
【００５６】
連続鋳造法としては、公知のホットトップ連続鋳造法、縦型連続鋳造法、水平連続鋳造法、ＤＣ鋳造法(半連続鋳造法)の何れを用いてもよい。
なお連続鋳造鋳型から引き出された鋳塊は、連続鋳造設備内に設けられている切断機によって直ちに切断されて、所定長さの連続鋳造棒として連続鋳造設備から排出される。
【００５７】
＜前熱処理（均質化処理）（Ｓ３）＞
連続鋳造棒に対しては、均質化処理として前熱処理（Ｓ３）を施す。この前熱処理では、連続鋳造棒を、２００〜５００℃の範囲内の温度に２〜７時間加熱保持する。加熱保持温度が２００℃未満では、充分な均質化の効果が得られず、一方５００℃を越えれば、共晶融解が生じるおそれがある。また加熱保持時間が２時間未満でも均質化の効果が充分に得られず、一方７時間を越える長時間の加熱では、均質化の効果は飽和し、生産性、経済性を損なうだけとなる。なお前熱処理の温度は、上記の範囲内の温度のうちでも、特に４６０〜４８０℃の範囲内が好ましく、また前熱処理の時間は、上記の範囲内の時間のうちでも、特に４〜６時間の範囲内の温度が好ましい。
【００５８】
＜曲り矯正（Ｓ４）〜ピーリング（Ｓ５）＞
前熱処理後の連続鋳造棒に対しては、通常は前熱処理で生じた曲りを矯正し、さらに連続鋳造棒の表面の凹凸などの表層欠陥部分を除去するためのピーリングを施す。これらの曲り矯正、ピーリングは、常法にしたがって行えばよい。
【００５９】
＜短尺切断（Ｓ６）＞
曲り矯正〜ピーリング後の連続鋳造棒は、所定長さの短尺材(鍛造用素材)に切断する。この短尺切断は、通常の切断機を用いて行えばよい。
【００６０】
短尺に切断して得られた鍛造用素材は、そのまま次の潤滑剤被覆工程（Ｓ７）に供してもよいが、場合によっては、予備的に据え込みを行って、ピストン粗形材に鍛造成形するための鍛造工程（Ｓ１０）での成形に適した形状としてもよい。この場合の据え込みは、冷間で行っても、あるいは鍛造用素材を３８０〜４６０℃程度に加熱して、温間で行ってもよい。
【００６１】
＜潤滑処理（Ｓ７）＞
短尺材(鍛造用素材)には、鍛造時の金型と鍛造用素材との間の潤滑のために、表面に潤滑材層もしくは潤滑皮膜を形成するための潤滑処理を施す。この潤滑処理は、通常の金型鍛造の場合と同様に、水溶製潤滑剤、例えば黒鉛系潤滑剤などを短尺材表面に塗布するか、あるいは黒鉛系潤滑剤などの潤滑剤糟中に浸漬させて、表面を潤滑材で被覆したり、あるいはボンデ処理（りん酸塩処理）などによって潤滑用化成皮膜を表面に形成したりすれば良い。なお潤滑材による被覆に当たっては、必要に応じて短尺材を加熱してもよい。この場合の加熱温度は、１００℃以下とすることが望ましい。
【００６２】
＜予備加熱（Ｓ８）＞
潤滑処理後の短尺材（鍛造用素材）には、その後の鍛造に適した材料温度となるように予備加熱を施す。この際の加熱は、引き続く鍛造のために金型に鍛造用素材が投入される際の鍛造用素材の材料温度が３８０〜４６０℃の範囲内となるように行う。予備加熱における加熱時間は特に限定しないが、通常は１５〜６０分程度であればよい。すなわち、鍛造用素材の全体が均一に３８０〜４６０℃の範囲内の温度となるように、１５分以上とすることが好ましく、一方６０分を越える加熱は経済性、生産性を損なうだけであり、したがって予備加熱の加熱時間は、１５〜６０分程度とすることが好ましい。
【００６３】
＜金型加熱（Ｓ９）＞
鍛造に先立っては、金型、特に鍛造用素材が投入される下型を加熱しておくことが望まれ、さらには下型のみならず、上型をも予め加熱しておくことが望ましい。このように金型を予熱しておくことによって、金型に鍛造用素材を投入した際に、金型表面との接触によって鍛造用素材の温度（材料温度）が低下することが防止されて、ほぼ一定の温度での鍛造、すなわちいわゆる恒温鍛造が可能となる。
【００６４】
このような恒温鍛造用の鍛造装置（鍛造用金型装置）の一例を図８に模式的に示す。
図８に示される金型装置２０においては、成型用キャビティ（成形用凹部）２１Ａが形成された下型２１の周囲に、高周波誘導コイル２２Ａが巻装されており、また上型２３の周囲にも高周波誘導コイル２２Ｂが巻装されている。なお下型２１、上型２３の適宜の箇所には、銅製遮蔽版２４が配設されている。このような金型装置では、高周波誘導コイル２２Ａ、２２Ｂに、図示しない高周波電源から高周波電流を通電させることによって、下型２１、上型２３が誘導加熱されることになる。
【００６５】
ここで、下型の加熱温度は、下型に鍛造用素材が投入される際に、下型における表面温度（鍛造用キャビティの内面温度）が、鍛造用素材の材料温度と同等となるように設定することが望ましい。具体的には、下型に鍛造用素材が投入される際の下型の表面温度が、３８０〜４６０℃の範囲内で、かつ下型に鍛造用素材が投入される際の鍛造用素材の材料温度との差が±１０℃以内となるように加熱しておくことが望ましい。また下型と併せて上型をも加熱する場合、上型における鍛造用素材に接する面（下側の先端面）が、上記の下型表面温度と同様な温度となるように上型を加熱することが望ましい。
なお図８の例では、高周波誘導加熱によって金型を加熱することとしているが、加熱手段は高周波誘導加熱に限らず、例えば熱媒体を用いての熱交換方式によって加熱してもよい。
【００６６】
＜鍛造（Ｓ１０）＞
上記のように金型、特に下型を加熱した状態で、下型の鍛造用キャビティ内に、予備加熱された鍛造用素材を投入し、密閉型鍛造もしくは半密閉型鍛造により鍛造を行って、最終的に得るべき製品（エンジンピストン）の形状に近い粗形材（鍛造上がり材）とする。
鍛造用素材の金型への投入時には、前述のように鍛造用素材は３８０〜４６０℃の範囲内となるように予備加熱されており、また金型も、少なくとも下型の表面温度が３８０〜４６０℃の範囲内となるように予熱されており、しかも下型表面温度と鍛造用素材の材料温度との差が±１０℃以内とされている。したがって鍛造用素材の金型への投入から鍛造を開始して鍛造を終了するまでの間、材料温度は３８０〜４６０℃の範囲内のほぼ一定の温度に保たれる。このように、材料温度を３８０〜４６０℃という比較的高い温度域に保持しながら鍛造することによって、鍛造用素材の変形能が高い状態（変形抵抗が小さい状態）で鍛造成形が行われることになる。
【００６７】
ここで、素材の変形能が高くて変形抵抗が低い状態では、鍛造時に素材の表層部位が容易に塑性流動するため、粗形材の外側の輪郭形状を容易に形作ることができる。このことは、逆に素材の内部の領域については、ほとんど塑性流動を生起させなくて済むことを意味する。
【００６８】
鍛造上がりの粗形材の一例を図９、図１０に示す。図９、図１０から理解できるように、鍛造上がり素形材３０において、最終的なピストン製品におけるスカート部２、冠面部３、およびサイドウォール６となるべき各部位は、いずれも素材の表層領域から形成される部位であって、これらの部位は、上記のように変形能が高いことに起因して、たとえ薄肉の部位であっても割れの発生を招くことなく容易に形成することができる。
【００６９】
一方、鍛造上がり素形材３０において、最終的なピストン製品におけるピンボス部４となるべきピンボス部相当部位４´、とりわけピン孔５の周辺となる部位５´（図１０において点線で囲った部分；ピン孔周辺相当部位）は、鍛造上がり粗形材３０における内部の領域であり、このピン孔周辺相当部位５´は、鍛造時にほとんど材料の塑性流動が生じずに形成される。すなわちピン孔周辺相当部位５´では、鍛造による材料の変形量が少ない。そのため、ピン孔周辺相当部位５´では、鍛造前の組織がほとんど破壊されずに、そのまま残る割合が高くなる。すなわち、連続鋳造に由来する共晶Ｓｉが網目状（ネットワーク状）に晶出した組織が、鍛造中もかなりの割合で維持されて、鍛造上がり粗形材３０におけるピン孔周辺相当部位５´に、共晶Ｓｉのネットワーク組織が残ることになる。
【００７０】
なお、鍛造時の材料温度が３８０℃未満では、材料の変形能が小さく、鍛造時にサイドウォール相当部位６´などの薄肉部に割れが生じやすくなり、また同時に鍛造素材内部の変形量も大きくなって、内部の組織が破壊されやすくなり、ピン孔周辺相当部位５´の共晶Ｓｉのネットワーク組織を維持することが困難となる。そこで鍛造用素材に対する予備加熱温度の下限は３８０℃とした。また下型の加熱温度が３８０℃未満でも、鍛造時に下型に投入した鍛造用素材の温度が３８０℃より低温に下がってしまい、上記と同様な問題を招く。
【００７１】
一方、鍛造時の材料温度が４６０℃を越えれば、素材が脆化して鍛造時に割れが発生しやすくなることがあるばかりでなく、鍛造中に晶出物の球状化が進行して、ピン孔周辺相当部位５´の共晶Ｓｉのネットワーク組織を維持することが困難となる。また下型の加熱温度が４６０℃を超える場合も、鍛造時に下型に投入した鍛造用素材の温度が４６０℃より高温に上がってしまい、上記と同様な問題を招く。
そこで、鍛造前の鍛造用素材の予備加熱温度、及び下型の加熱温度は、いずれも３８０〜４６０℃の範囲内とした。なお紺範囲内でも、特に３８０〜４２０℃の範囲内が好ましい。
【００７２】
さらに、下型表面温度と鍛造用素材の材料温度との差が±１０℃を越えれば、下型に鍛造用素材を投入した際に、下型に接する鍛造用素材の表面温度が大きく変化することになる。この際、素材の表面温度は、下型との接触状況や、接触部位の形状などによってばらついてしまうから、材料の成分組成などに応じて定めた最適な目標鍛造温度を確保できなくなるおそれがある。上記の温度差が±１０℃以内であれば、このようなばらつきが生じるおそれが少なく、最適な目標鍛造温度を容易に確保することが可能となる。
【００７３】
＜後熱処理（Ｓ１１）＞
鍛造上がり材（粗形材）に対しては、後熱処理（Ｓ１１）として、溶体化処理（Ｓ１１Ａ）、焼入れ（Ｓ１１Ｂ）、時効処理（Ｓ１１Ｃ）を施す。
【００７４】
溶体化処理温度は、４８０〜５２０℃の範囲内の温度とする。溶体化処理温度が４８０℃未満では、時効硬化に寄与するＣｕ、Ｍｇなどを充分に固溶させることができず、その結果、時効処理後の強度が充分ではなくなるおそれがある。一方５２０℃を越えれば、局所溶融のおそれがある。溶体化処理における４８０〜５２０℃の温度域での加熱保持時間は、０．５〜３時間とすることが好ましい。０．５時間未満では、時効硬化に寄与するＣｕ、Ｍｇなどを充分に固溶させることができず、その結果、時効処理後の強度が充分ではなくなるおそれがある。一方、３時間を越えれば、溶体化の効果が飽和するばかりでなく、共晶Ｓｉの球状化が進行して、連続鋳造に由来する共晶Ｓｉのネットワーク組織を維持することが困難となるおそれがある。
【００７５】
溶体化に引き続いての焼入れは特に限定されないが、１００℃程度以下（通常は常温〜６０℃）まで冷却速度１０℃／sec以上で急冷することが好ましい。
【００７６】
焼入れ後には時効処理を施す。この時効処理は、１７０〜２３０℃に、１〜１０時間の持保持とする。時効処理温度が１７０℃未満では、時効硬化による強度向上の効果が充分に得られず、一方２３０℃を越えれば、過時効処理となって強度が低下するおそれがある。また時効処理の加熱保持時間が１時間未満でも、時効硬化による強度向上の効果が充分に得られず、一方１０時間を越えれば、時効硬化はそれ以上進行せず、生産性、経済性を損なうだけである。なお時効処理の条件は、好ましくは、１９０〜２２０℃に１〜１０時間保持とする。
【００７７】
以下に本発明の実施例を記す。なお以下の実施例は、本発明の作用、効果を明確化するためのものであって、実施例に記載された条件が本発明の技術的範囲を限定するものでないことはもちろんである。
【実施例】
【００７８】
〔実施例１〕
表１に示す成分組成のアルミニウム合金溶湯を常法にしたがって溶製し、気体加圧式ホットトップ連続鋳造法によって外径８４ｍｍの丸棒状に連続鋳造し、長さ５０００ｍに切断して連続鋳造棒とした。その連続鋳造棒に、４９０℃×７時間保持の均質化処理（前熱処理）を施した後、常法にしたがって曲げ矯正及びピーリングを行った。続して、長さ３０ｍｍの短尺材に切断し、鍛造用素材とした。そして鍛造前の予備加熱として、４００℃に３０分加熱し、図８に示したような恒温鍛造装置によって、エンジンピストン粗形材の形状に鍛造した。ここで、恒温鍛造装置における下型及び上型は、その内面温度が４００〜４５０℃となるように予熱し、かつ鍛造中も加熱を継続させた。鍛造中の素材の温度は４００〜４５０℃であった。
鍛造後、鍛造上がり材（ピストン粗形材）に、後熱処理として４９５℃×３Ｈｒ保持の溶体化処理後、水冷によって焼入れし、さらに時効処理として１８０℃×６Ｈｒ保持を実施した。
【００７９】
〔比較例１〕
表１に示す成分組成のアルミニウム合金溶湯を常法にしたがって溶製し、実施例１と同様に、連続鋳造、切断、前熱処理（均質化処理）、曲げ矯正、ピーリング、短尺切断を行って、鍛造用素材とし、予備加熱を行って、恒温鍛造装置ではない一般的な温間鍛造装置によって、ピストン粗形材の形状に鍛造した。この場合の鍛造中の金型温度は、２５０〜３５０℃であり、材料温度（４００〜４５０℃）よりも格段に低温であった。得られた、鍛造上がり材（ピストン粗形材）に、実施例１と同様な後熱処理を施した。
【００８０】
〔実施例１と比較例１の評価結果〕
後熱処理後の各部位について、実施例１により得られたピストン粗形材（鍛造品）及び比較例１により得られたピストン粗形材（鍛造品）の断面のミクロ組織を観察した。特に、製品ピストンにおけるピン孔内面から１ｍｍまでの領域に相当する部位の２００μｍ×２３０μｍの領域について、アスペクト比が３以上でかつ長径１０μｍ以上の晶出物の平均個数密度を調べるとともに、アスペクト比が３以上でかつ長径１０μｍ以上の晶出物が含まれていない円形領域の個数を、異なる５視野で数え（視野Ｎｏ．１〜視野Ｎｏ．５）、晶出物のネットワーク組織の有無を判定した。その結果を表２に示す。また実施例１における各視野Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５の組織写真を図１２〜図１６に示し、比較例１における各視野Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５の組織写真を図１７〜図２１に示す。なおこれらの組織写真中のアスペクト比が３以上でかつ長径１０μｍ以上の晶出物が存在しない領域のうち、直径１０ｍｍの円形領域が描ける箇所には、その円形領域を○で囲んで示した。
【００８１】
【表１】
2019119926.tif 000003
【００８２】
【表２】
2019119926.tif 000004
【００８３】
表２から、本発明による実施例１では、晶出物のネットワーク組織が存在しており、いずれの視野についても、前述の円形領域が３０以上描けることが確認された。これに対して比較例１では、晶出物のネットワーク組織が存在しておらず、前述の円形領域が３０以上は描けないことが確認された。
【００８４】
〔実施例２、実施例３〕
表３の実施例２及び実施例３に示す成分組成のアルミニウム合金について、実施例１と同様のプロセス条件を適用して、ピストン粗形材（鍛造品）とした。
【００８５】
〔比較例２〕
表３の比較例２に示す成分組成のアルミニウム合金について、比較例１と同様のプロセス条件を適用して、ピストン粗形材（鍛造品）とした。
【００８６】
実施例１及び比較例１の場合と同様に、実施例２、実施例３、比較例２について、ピストン粗形材（鍛造品）の断面のミクロ組織を観察した。特に、製品ピストンにおけるピン孔内面から１ｍｍまでの領域に相当する部位の３２０μｍ×２３０μｍの領域について、アスペクト比が３以上でかつ長径１０μｍ以上の晶出物の平均個数密度を調べるとともに、アスペクト比が３以上でかつ長径１０μｍ以上の晶出物が含まれていない円形領域の個数を調べた。その結果を表４中に示す。
また実施例２、実施例３、比較例２によるピストン粗形材（鍛造品）について、製品ピストンにおけるピン孔内面から１ｍｍまでの領域に相当する部位の２００μｍ×２３０μｍの方形領域の組織写真を図２２〜図２４に示す。
【００８７】
【表３】
2019119926.tif 000005
【００８８】
【表４】
2019119926.tif 000006
【００８９】
〔高温引張試験〕
さらに、実施例２、実施例３、比較例２について、ピストン粗形材（鍛造品）から、製品ピストンにおけるピン孔内面に相当する部位から、ＪＩＳ  Ｇ  ０５６７に準拠する高温引張試験片を切出し、２５０℃での高温引張試験を行った。その結果を表４中に示す。
【００９０】
表４から明らかなように、本発明による実施例２、実施例３では、晶出物のネットワーク組織が存在しており、前述の円形領域が３０以上描けることが確認された。これに対して比較例２では、晶出物のネットワーク組織が存在しておらず、前述の円形領域が３０以上は描けないことが確認された。
また高温引張試験の結果から、本発明の実施例２、実施例３では、比較例２と比較して２５０℃での高温引張強度が明確に高いことが確認された。
【００９１】
上記の結果から、ピンボス部に晶出物のネットワーク組織が存在すれば、その部位で、高温域での変形抵抗が増加して高温強度が向上し、その結果、ピストンピンの小径化による往復運動部の軽量化を実現できることが明らかである。また、冠面部での高温強度も、従来の材料を上回る強度が得られることが、別途行った試験により確認されている。したがって本発明のエンジンピストンは、エンジン出力を維持したまま、軽量化による燃費向上が要求されダウンサイジング化するためのアルミニウム合金製鍛造ピストンに適している。
【００９２】
なお上記の各実施例では、サイドウォールは薄肉（２ｍｍ）としたが、割れずに設計通り鍛造成形することができた。これに対して鍛造条件を従来の一般的な条件とした各比較例では、サイドウォールに割れが発生した。
【符号の説明】
【００９３】
１…ピストン、  ２…スカート部、  ３…冠面部、  ４…ピンボス部、  ５…ピン孔、  ６…サイドウォール、  ７…肉盗み部、  ２０…鍛造用金型装置、  ２１…下型、  ３０…鍛造上がり材（ピストン粗形材）、  ４０…晶出物  ４２…円形領域  
【図１】
2019119926.tif 000007
【図２】
2019119926.tif 000008
【図３】
2019119926.tif 000009
【図４】
2019119926.tif 000010
【図５】
2019119926.tif 000011
【図６】
2019119926.tif 000012
【図７】
2019119926.tif 000013
【図８】
2019119926.tif 000014
【図９】
2019119926.tif 000015
【図１０】
2019119926.tif 000016
【図１１】
2019119926.tif 000017
【図１２】
2019119926.tif 000018
【図１３】
2019119926.tif 000019
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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