(57)【要約】【課題】ディーゼルエンジン等の高負荷エンジンに適した、熱疲労特性に優れたアルミニウム合金製シリンダーヘッドとその製造方法を提供する。【解決手段】Ｓｉ：５．０〜６．０ｗｔ％、Ｃｕ：０．５〜１．５ｗｔ％、Ｍｇ：０．４〜０．６ｗｔ％、Ｔｉ：０．１〜０．２ｗｔ％、さらに必要によりＳｂ：０．０８〜０．１２ｗｔ％を含み、残部が不可避的不純物を含むＡｌからなる組成を有し、二次デンドライトアームスペーシングが４０μｍ以下で気孔率が０．５ｖｏｌ％以下の組織を有するアルミニウム合金製シリンダーヘッドとする。このようなシリンダーヘッドは上記組成のアルミニウム合金溶湯を鋳造し、５００〜５５０℃で３〜６時間保持して溶体化処理して空気冷却した後、１５０〜２００℃で２〜５時間保持して時効処理することにより得られる。【選択図】          なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ：５．０〜６．０ｗｔ％、Ｃｕ：０．５〜１．５ｗｔ％、Ｍｇ：０．４〜０．６ｗｔ％、Ｔｉ：０．１〜０．２ｗｔ％を含み、残部が実質的に不可避的不純物を含むＡｌからなり、マトリックス中の二次デンドライトアームスペーシング（ＤＡＳ２）が４０μｍ以下であることを特徴とするディーゼルエンジンシリンダーヘッド用アルミニウム合金材料。
【請求項２】
請求項１において、さらにＳｂ；０．０８〜０．１２ｗｔ％を含むことを特徴とするディーゼルエンジンリンダーヘッド用アルミニウム合金材料。
【請求項３】
気孔率が０．５ｖｏｌ％以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のディーゼルエンジンシリンダーヘッド用アルミニウム合金材料。
【請求項４】
Ｓｉ：５．０〜６．０ｗｔ％、Ｃｕ：０．５〜１．５ｗｔ％、Ｍｇ：０．４〜０．６ｗｔ％、Ｔｉ：０．１〜０．２ｗｔ％を含み、さらに必要によりＳｂを０．０８〜０．１２ｗｔ％含み、残部が実質的に不可避的不純物を含むＡｌからなる合金用湯を鋳造し、５００〜５５０℃で３〜６時間保持して空気冷却した後、１５０〜２００℃で２〜５時間保持する熱処理を施すことを特徴とするディーゼルエンジンリンダーヘッド用アルミニウム合金材料の製造方法。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のディーゼルエンジンシリンダーヘッド用アルミニウム合金材料からなるシリンダーヘッドを具備してなることを特徴とするディーゼルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンシリンダーヘッド用アルミニウム合金材料及びその製造方法並びにディーゼルエンジンに係わり、特に熱疲労特性に優れたディーゼルエンジンシリンダーヘッド用アルミニウム合金材料及びその製造方法に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車エンジン等の高温領域で使用される耐熱アルミニウム合金としては、一般的にＪＩＳ  ＡＣ２Ａ、ＡＣ２Ｂ、ＡＣ４Ｂ、ＡＣ４Ｃ、ＡＣ４Ｄ合金等が使用されている。例えばＪＩＳ  ＡＣ２Ｂ合金の基本組成は、Ａｌ−６ｗｔ％Ｓｉ−３ｗｔ％Ｃｕである。一般的には、Ｓｉは５．０〜７．０ｗｔ％、Ｃｕは２．０〜４．０ｗｔ％含まれている。Ｓｉを高めて鋳造性を確保するとともに、Ｃｕを多く添加して強度を高めたものである。
また、ＪＩＳ  ＡＣ４Ｄの基本組成は、Ａｌ−５ｗｔ％Ｓｉ−１．３ｗｔ％Ｃｕ−０．５ｗｔ％Ｍｇで、一般的にはＳｉは４．５〜５．５ｗｔ％、Ｃｕは１．０〜１．５ｗｔ％、Ｍｇは０．４〜０．６ｗｔ％含まれている。Ｓｉ及びＣｕを低めにする代わりにＭｇを添加して強度を高めたものである。
【０００３】
近年内燃機関の高出力化に伴い、例えばシリンダーヘッドのような内燃機関のうちでも高温となりがちな燃焼室を形成する構成部品では、さらなる耐熱性の向上が要請されている。しかし上記のような従来材では耐熱性は必ずしも充分ではなく、熱疲労寿命のさらなる向上が求められている。
このような特性の向上を目的として、例えば、Ｓｉを４〜１０ｗｔ％、Ｃｕを０〜５ｗｔ％、Ｍｇを０〜１．０ｗｔ％、Ｎａ：０．００２〜０．０３０ｗｔ％、Ｓｒ：０．００２〜０．０３０ｗｔ％、Ｓｂ：０．０２〜０．２０ｗｔ％のうち少なくとも１種を含み、残部が実質的にＡｌ及び不可避的不純物からなる組成を有し、二次デントライトアームスペーシングが４５μｍ以下、共晶Ｓｉの平均円相当径が１０μｍ以下で、かつ平均円形度７０％以上の金属組織を有するアルミニウム合金鋳物が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
このアルミニウム合金鋳物からなるシリンダーヘッドは、微細な組織を有するため熱疲労特性に優れ、５０〜２５０℃の熱疲労寿命が７８０〜８００サイクルに達するとされている。
【０００４】
また、例えば、Ｓｉを５．０〜７．０ｗｔ％、Ｃｕを５．０超〜６．０ｗｔ％、Ｍｇを０．２〜０．４ｗｔ％を含み、残部が実質的にＡｌ及び不可避的不純物からなる組成を有し、二次デントライトアームスペーシングが４０μｍ以下、鋳巣の最大径が６００μｍ以下の金属組織を有するアルミニウム合金鋳物も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
この合金は、ＪＩＳ  ＡＣ２Ｂ系材料のＣｕ含有量を増やし、従来のＪＩＳ材よりも微細なＣｕＡｌ２  析出物を増加させることにより、材料の機械的強度を高め、一層の耐熱性の向上を図るようにしたものである。さらに、鋳物中の鋳巣の最大径を６００μｍ以下、マトリックス中の二次デンドライトスペーシングを４０μｍ以下とすることにより、高耐熱性が得られるとされている。
このような金属組織を有するアルミニウム合金は、次のような製造工程を経て得ることができる。すなわち所定の組成の合金溶湯を７４０℃から２００℃に予熱した金型に鋳造し、鋳型中に冷却水を流して水冷して凝固速度を調整する。凝固後熱処理（Ｔ６処理）を施す。Ｔ６処理は、加熱温度５００°Ｃで３時間保持して溶体化処理をした後、８０°Ｃの水で焼入れし、その後２１０°Ｃで３時間加熱保持して時効処理を施す。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２５１７９０号公報（第１頁、請求項１）
【特許文献２】
特許第３２７１５５０号公報  （第１頁、特許請求の範囲）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ディーゼルエンジンのシリンダーヘッドのようなより高温の環境に曝される部材では、上記のような改良されたアルミニウム合金材料でも、なお熱疲労寿命が不足する。すなわち、上記のアルミニウム合金では、高温保持を１８０℃で３分間とし、１００℃と１８０℃の間の冷熱サイクルを繰り返す熱疲労試験における熱疲労寿命は１０，０００  サイクルに達するものの、高温保持が２５０℃３分間で、１００℃と２５０℃の間の冷熱サイクルを繰り返す熱疲労試験では、５０００サイクル程度まで低下してしまう。疲労寿命に近付くと、図１０に示すようにシリンダーヘッド１の吸気ポート３と排気ポート２を繋ぐように亀裂４が発生してくる。これは材質的に強度は高いものの、靱性が不足しているためと推察される。
ディーゼルエンジンの高出力化に対応するためには、上記のような亀裂を生じない熱疲労特性に優れたシリンダーヘッド用のアルミニウム合金材料が求められている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、添加合金元素のより少ないＪＩＳ  ＡＣ４Ｄ系合金を採用し、熱処理状条件を適正化することにより靱性が高く、しかも熱疲労特性に優れたシリンダーヘッド用のアルミニウム合金材料としたものである。
すなわち、本発明のアルミニウム合金材料は、Ｓｉ：５．０〜６．０ｗｔ％、Ｃｕ：０．５〜１．５ｗｔ％、Ｍｇ：０．４〜０．６ｗｔ％、Ｔｉ：０．１〜０．２ｗｔ％を含み、残部が実質的に不可避的不純物を含むＡｌからなり、マトリックス中の二次デンドライトアームスペーシング（ＤＡＳ２）が４０μｍ以下のアルミニウム合金材料とした。
このような組成及び金属組織のアルミニウム合金材料とすることにより、２００℃以上の高温でも靱性が高く、しかも熱疲労特性に優れたアルミニウム合金材料となる。
【０００９】
本発明のアルミニウム合金材料では、上記組成に加えさらにＳｂ；０．０８〜０．１２ｗｔ％を含むものとすることが好ましい。
Ｓｂを適量添加することにより共晶シリコンが微細・球状化されるので、内部応力が低減され高温度に曝された場合でも高い機械的強度と靱性を備えたアルミニウム合金材料となる。
さらに、本発明のアルミニウム合金材料では、シリンダーヘッド用の鋳造合金とした場合に、気孔率を０．５ｖｏｌ％以下とすることが好ましい。
亀裂の発生起点となる空孔が少なくなれば、亀裂の発生を抑制できるからである。
【００１０】
また、上記のような本発明のアルミニウム合金材料の製造方法は、重量比で、Ｓｉ：５．０〜６．０ｗｔ％、Ｃｕ：０．５〜１．５ｗｔ％、Ｍｇ：０．４〜０．６ｗｔ％、Ｔｉ：０．１〜０．２ｗｔ％を含み、必要によりＳｂを０．０８〜０．１２ｗｔ％含み、残部が実質的に不可避的不純物を含むＡｌからなる合金溶湯を鋳造し、５００〜５５０℃で３〜６時間保持して空気冷却した後、１５０〜２００℃で２〜５時間保持する熱処理を施す方法により得ることができる。
この方法によれば、５００〜５５０℃での溶体化処理後の冷却速度が比較的遅いので内部応力の発生が少なく、マトリックスを構成するα−アルミニウムの面積割合が大きくなり、共晶シリコンやＣｕ−Ａｌ系金属間化合物の晶出量が少なく、しかも微細組織となるので機械的強度が高く、しかも靱性に富んだアルミニウム合金材料となる。しかも高温に曝されても割れが発生しにくいアルミニウム合金材料となる。
【００１１】
本発明のディーゼルエンジンは、上記の本発明のアルミニウム合金材料を使用したシリンダーヘッドを具備したものである。したがって、高温度に曝されても機械的強度が高く、しかも靱性に富み、熱疲労特性に優れていて割れの発生も無いので、軽量で高出力化に対応するディーゼルエンジンが得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明者等はディーゼルエンジンのシリンダーヘッドにおいて、割れが発生するのはアルミニウム合金の材質が高温での靱性不足に起因するものであると考え、鋳造性が良く、２５０℃以上の高温での強度が高く、しかも靱性も高いアルミニウム合金の材質を選定することを試みた。その結果、材質の選定基準としてＪＩＳ  ＡＣ４Ｄ系合金を取り上げた。ＪＩＳ  ＡＣ４Ｄ系合金はＳｉを４．４〜５．５ｗｔ％、Ｃｕを１．０〜１．５ｗｔ％、Ｍｇを０．４〜０．６ｗｔ％を含むＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系鋳造用合金である。この合金は先に挙げた公知のアルミニウム合金に比較してＳｉやＣｕの含有量が低く、したがってα−Ａｌ中に晶出する晶出物量が少なくなり、しかも組織が微細になることが期待できる。このＡＣ４Ｄ系合金をベースに、若干の成分調整を加えることにより高温靱性を向上させることを試みた。
まず、Ｓｉ量を５〜６ｗｔ％の間で変化させ、Ｃｕを１．０ｗｔ％、Ｍｇを０．５ｗｔ％とし、Ｔｉを０．１５ｗｔ％加えて結晶粒を微細化したアルミニウム合金を溶製し、鋳造性と基本的な機械的性質を把握する実験を行った。さらに、共晶Ｓｉの微細化と形態制御を目的としてアンチモン（Ｓｂ）を微量添加した合金についても同様に検討した。実験に供したこれら合金の組成を表１に、鋳造試片の気孔率及びＴ６処理後の常温における機械的性質を表２に示す。これらの合金はＴｉを微量添加して結晶粒の微細化を図ったものであり、鋳造体の内部はいずれも健全で、気孔率も通常のＡＣ４Ｄ合金と同等であった。また、常温における機械的性質は表２に示すとおり標準的な値を示していた。従ってこれらの合金は利用可能な合金と判断された。
【００１３】
【表１】
2004225134.tif 000002
【００１４】
【表２】
2004225134.tif 000003
【００１５】
次に、共晶Ｓｉの微細化と形態制御を目的として、アンチモン（Ｓｂ）とストロンチウム（Ｓｒ）の共晶Ｓｉの改良剤としての効果を比較することを試みた。表３に示す組成のアルミニウム合金を溶製し、鋳造性と基本的な機械的性質を把握する試験を行った。試験に供した合金の組成を表３に、常温における機械的特性を表４に示す。
【００１６】
【表３】
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【００１７】
【表４】
2004225134.tif 000005
【００１８】
さらに、共晶Ｓｉの改良剤を使用した場合の鋳造性への影響を調べるために、Ｓｉが４．５ｗｔ％又は５．５ｗｔ％の合金に共晶Ｓｉの改良剤としてＳｒ又はＳｂを添加した合金について、テータモールドによるヒケ性試験を実施した。
ヒケ性試験は底面が直径１００ｍｍ、肉厚８ｍｍで、鋳湯口が直径１４ｍｍ、円錐部の肉厚が６．５ｍｍの鋳鉄製のテータモールドを使用し、テータモールドを３５０°Ｃに予熱して試験対象溶湯を注入して凝固させ、凝固体を形成した後切断して断面を観察することにより行った。
凝固体の中央域では凝固収縮に基づく内引けによりパイプ状状の空洞部が発生するので、この空洞部の深さを測定してパイプ深さとした。
試験に供したアルミニウム合金の組成を表５に、また、ヒケ性試験の結果を
表６に示す。
【００１９】
【表５】
2004225134.tif 000006
【００２０】
【表６】
2004225134.tif 000007
【００２１】
さらに、共晶Ｓｉの改良剤としてＳｂを使用した供試合金Ｎｏ．１２のテータモールドで形成した凝固体の断面図を図１に示す。また、共晶Ｓｉの改良剤としてＳｒを使用した供試合金Ｎｏ．１４のテータモールドで形成した凝固体の断面図を図２に示す。
【００２２】
表４，表６及び図１，図２の結果から、共晶Ｓｉの改良剤を使用すると引張強度及び伸びが高くなり、改良効果が発揮されることが判明した。共晶Ｓｉの改良剤としてはＳｒよりもＳｂの方が高強度、高硬度で強度が強く、かつ高い伸びが得られる。
また、Ｓｉ含有量が増えるとパイプ深さは減少し、健全な鋳造体が得られやすくなる。さらに、共晶Ｓｉの改良剤としてはＳｒよりもＳｂの方がパイプ深さが減少し、健全な鋳造体が得られ易くなることが判った。したがって、以後は共晶Ｓｉの改良剤としてはＳｂを使用することとした。
【００２３】
以上の実験を基にして、鋳造性に優れ、ＳｉやＣｕの含有量が低くてα−Ａｌ中に晶出する晶出物量が少なく、しかも組織が微細になることが期待できる合金組成を決めるべくさらに実験を重ねた結果、合金組成をＳｉ：５．０〜６．０ｗｔ％、Ｃｕ：０．５〜１．５ｗｔ％、Ｍｇ：０．４〜０．６ｗｔ％、Ｔｉ：０．１〜０．２ｗｔ％を含み、残部が実質的に不可避的不純物を含むＡｌからなる合金に設定した。さらに、共晶Ｓｉの改良剤を使用する場合には、Ｓｂを０．０８〜０．１２ｗｔ％含む合金に設定した。以下に、各成分の限定理由を明らかにする。
【００２４】
（Ｓｉ）  Ｓｉは鋳造性に影響を及ぼすと共に、α−Ａｌマトリックス中に多量に晶出すると内部応力が大きくなり、熱疲労寿命にも悪影響を及ぼす。したがってＳｉ含有量は鋳造性を損なわない範囲で少なくした方が好ましい。すなわち、Ｓｉの含有量が５．０ｗｔ％未満では、凝固収縮量が大きくなり、鋳巣が発生しやすくなって（図１，図２参照）、鋳造性が低下する。また、Ｓｉの添加量が６．０ｗｔ％を越えると、ざく巣が増え、耐圧不良が発生し易くなり、割れ発生の起点も多くなる。
さらに、Ｓｉの含有量が共晶点（一般的にはＳｉ：１２．６ｗｔ％）以上となると粗大なＳｉが初晶として晶出し、靱性に悪影響を及ぼす。Ｓｉ含有量が亜共晶領域でもなるべく少ない方が晶出物が少なくなり、共晶Ｓｉの微細化や形状制御が容易となり、材料の靱性、特に高温での靱性が向上する。したがってＳｉの含有量は５．０〜６．０ｗｔ％とすることにした。
【００２５】
（Ｃｕ）  Ｃｕは時効処理によってＣｕＡｌ２  の微細な析出物となって出現し、材料の機械的強度を高める効果を有する。しかし、析出物の量が多くなりすぎると応力腐食割れを起こしやすくなり、内部応力が大きくなるので高温での靱性はかえって低下する。したがって本発明のアルミニウム合金ではＣｕ含有量はなるべく低くするのが好ましい。すなわち、Ｃｕ含有量が０．５ｗｔ％未満ではシリンダーヘッドとしての強度が得られず、一方１．５ｗｔ％を越えると高温靱性が低下する。したがってＣｕの含有量は０．５〜１．５ｗｔ％に設定した。
【００２６】
（Ｍｇ）  Ｍｇは、アルミニウム合金鋳物の常温強度向上に有効な成分元素である。Ｍｇの含有量が０．４ｗｔ％未満ではシリンダーヘッドとしての強度が得られず、一方Ｍｇの含有量が０．６ｗｔ％を越えると析出物の量が多くなり、靱性が低下する。したがってＭｇの適正な含有量は０．４〜０．６ｗｔ％とした。
【００２７】
（Ｔｉ）  Ｔｉはアルミニウム合金の結晶サイズを微細化する効果を有する。共晶Ｓｉを微細化し、二次デンドライトアームスペーシング（ＤＡＳ２）を適当な大きさに制御して高温における靱性を向上させるには、０．１〜０．２ｗｔ％のＴｉ含有量が適量である。
【００２８】
（Ｓｂ）  Ｓｂは共晶Ｓｉを微細化し、球状化する形状制御効果を有する。共晶Ｓｉが微細になり、しかも球状化すれば内部応力が低下して、割れの起点となり難くなるので、靱性、特に高温における靱性が一段と向上する。Ｓｂ添加量が０．０８ｗｔ％未満ではこの効果が発現されず、０．１２ｗｔ％を越えＡｌ，Ｓｉとの３元化合物が生成し、かえって靱性を低下させる。したがって、Ｓｂ添加量は０．０８〜０．１２ｗｔ％とするのが適当である。
【００２９】
上記のような組成のアルミニウム合金を選択すれば、シリンダーヘッドとして使用に耐える強度の鋳造体が得られる。さらに例えばディーゼルエンジン用のシリンダーヘッドのように、高温で高負荷に曝される条件下でも割れの発生が無く、熱疲労を起こし難いアルミニウム合金鋳造体とするには、金属組織が重要な役割を果たす。すなえわち、鋳造体のＤＡＳ２を４０μｍ以下にする必要がある。高温での靱性を向上させるには、その他の例えばＡｌＣｕ２  や共晶Ｓｉの大きさもできる限り細かい方が好ましいことは勿論である。
【００３０】
上記のようなＤＡＳ２が４０μｍ以下で、内部応力が低く高温靱性に優れた組織を有するアルミニウム合金鋳造体は、合金溶湯を鋳造し、５００〜５５０℃で３〜６時間保持して溶体化処理し、空気冷却した後、１５０〜２００℃、好ましくは１６０℃〜１８０℃で２〜５時間保持して時効処理する熱処理を施す工程を経て得ることができる。ここで重要なのは溶体化処理した後空気冷却する点である。従来は溶体化処理後水冷して焼き入れする工程が一般に採用されていたが、あまり急冷すると内部応力が蓄積されて、高温度の環境に曝された場合に、熱疲労を起こす原因となる。そこで本発明の方法では、溶体化処理した後空気冷却して内部応力が蓄積しないように配慮した。ちなみに空気冷却時の冷却速度は平均４０〜５０℃／ｈｒ程度と推計される。
このように晶出物をなるべく少なくし、しかもサイズを小さくすると共に、ゆっくり冷却して内部応力が蓄積しないようにすることにより、高温靱性に優れ熱疲労特性にも優れたアルミニウム合金鋳造体を得ることができる。このようなアルミニウム合金鋳造体は、例えばディーゼルエンジン用のシリンダーヘッドに好適である。
【００３１】
【実施例】
次に、上記の実験結果を基にして、Ｓｉ：５〜６ｗｔ％、Ｃｕ：０．５〜１．５ｗｔ％、Ｍｇ：０．４〜０．６ｗｔ％、Ｔｉ：０．１〜０．２ｗｔ％の組成を有するアルミニウム合金を使用してシリンダーヘッドを鋳造により作製し、諸特性を測定した。さらに上記組成にＳｂを０．０８〜０．１２ｗｔ％添加して共晶Ｓｉの微細化処理を施したアルミニウム合金を使用してシリンダーヘッドを作成した。試験に供した各試片は２００℃に予熱した金型に鋳造後、５３０℃で５時間溶体化処理した後空冷し、１７０℃で３時間時効処理したものから採取した。空冷時の冷却速度は平均で４０〜５０℃／ｈｒと推計される。
また、比較のためＪＩＳ  ＡＣ４Ｃ系合金でＣｕを０．８ｗｔ％に増やしたアルミニウム合金を使用して上記と同様にしてシリンダーヘッドを作製し、諸特性を測定した。
試験に供した実施例と比較例のアルミニウム合金の組成を表７に、常温における機械的諸特性を表８に示す。
【００３２】
【表７】
2004225134.tif 000008
【００３３】
【表８】
2004225134.tif 000009
【００３４】
表８において二次デンドライトアームスペーシング（ＤＡＳ２）の値は、軽金属協会指定の二次枝法により測定した値である。すなわち、顕微鏡組織観察して樹枝状晶（デンドライト）の実質的に平行に成長している２次アームを複数本（ｎ本とする、ただしｎは５本以上）視野に選び、それらのデンドライトアームとほぼ直交するように直線Ｐを引き、ｎ本のデンドライトアームが直線Ｐを横切る距離Ｌｉを、それらのデンドライトアームの本数ｎより１本少ない数、すなわち（ｎ−１）で除し、これをＤＡＳ２とする。つまり二次デンドライトアームスペーシング（ＤＡＳ２）＝Ｌｉ／（ｎ−１）とする。この測定を数視野繰り返した後、平均値をＤＡＳ２の値とする。
【００３５】
次に、この実施例３及び比較例１の顕微鏡組織写真を図３と図４に示す。倍率はいずれも８６倍である。図に示すとおり、実施例３の顕微鏡組織はデンドライトのα−Ａｌ晶の面積割合が多く、共晶Ｓｉが細かく晶出している。これに対して比較例１の顕微鏡組織は、デンドライトのα−Ａｌ晶の面積割合が少なく、しかも共晶Ｓｉが粗くなっている。
【００３６】
次に、この実施例３及び比較例１と同一の鋳造体から採取した試片を使用して高温特性を評価した。図５に引張試験における温度と引張強さ及び０．２％耐力との関係を、また、図６には温度と破断伸びとの関係を示した。測定には５ｔｏｎのオートグラフ式引張試験機を使用し、引張速度は１ｍｍ／ｍｉｎとした。測定温度は▲１▼室温、▲２▼１５０℃、▲３▼２００℃、▲４▼２２５℃、▲５▼２５０℃の５水準とし、各試片には試験温度において１００時間の予備加熱を施した。
図５及び図６の結果から、引張強さ及び０．２％耐力については実施例も比較例も有意差は無い。これは両材料とも硬さがほぼ等しいためと考えられる。
破断伸びは本発明合金では高温になるほど伸びが大きくなるのに対して、比較材では高温でも伸びはそれほど大きくなっていない。これは静的破壊において亀裂の発生源となる共晶Ｓｉ量の差に起因するものと考えられ、Ｓｉ含有量の少ない本発明材料の方が、高温で靱性に富んでいると言える。
【００３７】
次に、図７に常温における回転曲げ疲労試験結果を、また、図８には１５０℃における回転曲げ疲労試験結果を示す。１５０℃における回転曲げ疲労試験では、１００時間に及ぶ予備加熱を実したのち測定した。また、測定には高温小野式回転曲げ疲労試験機を使用し、回転数は３０００ｒｐｍとした。図７及び図８に示すように、常温回転曲げ疲労試験では１０７  回における疲労強度は、本発明材では８５ＭＰａ、比較材では９５ＭＰａであった。１５０℃における１０７  回疲労強度は、本発明材では８８ＭＰａ、比較材では９５ＭＰａであり、両者の差は若干縮小した。いずれの合金もシリンダーヘッド用アルミニウム合金として利用可能な疲労強度を示していた。
【００３８】
最後に図９に熱疲労試験の結果を示す。熱疲労試験は高温保持を２５０℃で１５分とし、５０℃から２５０℃までの加熱・冷却を繰り返し、熱疲労破壊が発生するまでの熱サイクル数を熱疲労寿命として示した。図９から明らかなとおり、本発明材では熱疲労寿命の平均値が２，９８３サイクルであるのに対して、比較材では熱疲労寿命の平均値は１，６６７サイクルであり、本発明材の熱疲労寿命は１．８倍向上していた。
【００３９】
本発明のディーゼルエンジンは、上記本発明のアルミニウム合金を使用したシリンダーヘッドを具備したものである。熱疲労特性に優れた本発明のアルミニウム合金を使用しているので、ディーゼルエンジンのような高温・高負荷の条件に曝されても割れは発生することもなく、熱疲労寿命も長いので、ディーゼルエンジンの高出力化と軽量化に寄与することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば高負荷のかかるディーゼルエンジンにおいても耐える熱疲労強度を有するシリンダーヘッドが得られ、ディーゼルエンジンの高出力化に寄与する点がまことに大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のディーゼルエンジンシリンダーヘッド用アルミニウム合金のひけ巣の発生状況を示す図である。
【図２】比較例のディーゼルエンジンシリンダーヘッド用アルミニウム合金のひけ巣の発生状況を示す図である。
【図３】本発明のディーゼルエンジンシリンダーヘッド用アルミニウム合金の顕微鏡組織写真である。
【図４】比較例のディーゼルエンジンシリンダーヘッド用アルミニウム合金の顕微鏡組織写真である。
【図５】温度と引張強度及び耐力の関係を示す図である。
【図６】温度と伸びの関係を示す図である。
【図７】常温回転曲げ試験の結果を示す図である。
【図８】高温回転曲げ試験の結果を示す図である。
【図９】熱疲労試験の結果を示す図である。
【図１０】シリンダーヘッドに発生する亀裂の状態を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１・・・・・シリンダーヘッド、２・・・・・排気ポート、３・・・・・吸気ポート、４・・・・・亀裂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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