(57)【要約】【課題】  アルミニウム合金の代わりに優れた機械的特性を有する鋼を使用して高性能内燃機関のピストンを製造する。【解決手段】  鋼の固相化温度と液相化温度との間の中間温度になるように加熱したビレットを半溶融鍛造することによって形状化されるピストンおよびその製造方法。鋼の化学成分は、重量百分率で表して、０．３５％≦Ｃ≦１．２％、０．１０％≦Ｍｎ≦２．０％、０．１０％≦Ｓｉ≦１．０％、痕跡量≦Ｃｒ≦４．５％、痕跡量≦Ｍｏ≦２．０％、痕跡量≦Ｎｉ≦４．５％、痕跡量≦Ｖ≦０．５％、痕跡量≦Ｃｕ≦３．５％、痕跡量≦Ａｌ≦０．０６０％、痕跡量≦Ｃａ≦０．０５０％、痕跡量≦Ｂ≦１００ｐｐｍ、痕跡量≦Ｔｉ≦０．０５０％、痕跡量≦Ｎｂ≦０．０５０％であり、その他の元素は、鉄と、製造の結果生じるありきたりの不純物とである。【選択図】図２
2004181534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のピストンの製造方法において、上記ピストンは、一体に鋳造された金属の部品から形成され、ビレットの加熱は、上記金属の固相線温度と液相線温度との間の中間温度になるように行なわれ、半溶融鍛造によってピストンの形状化が行なわれることを特徴とする製造方法。
【請求項２】
一体に鋳造された金属の部品から成る内燃機関のピストン（１２）において、ビレットを上記金属の固相線温度と液相線温度との間の中間温度になるように上記ビレットを加熱し、次に、半溶融鍛造による形状化によって製造されることを特徴とするピストン。
【請求項３】
請求項２に記載のピストンにおいて、
突出部は、ピストン（１２）の内部キャビティ（２）の基部に設けられた鐙状部（１３）によって形成され、上記鐙状部（１３）には、上記ピストン（１２）を上記ロッドに結合するピンの通路としての穴（１０）が設けられ、ピストン（１２）のスカート部（３）には、上記鐙状部（１３）の穴（１０）に近接する開口部（１４）が在ることを特徴とするピストン。
【請求項４】
請求項２または３に記載のピストンにおいて、
ピストン頂部（７）の壁の形状は、上記ピストン頂部（７）の表面（８）の形状に追随して、上記表面の側部では、燃焼チャンバに向くように曲げられていることを特徴するピストン。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか１つに記載のピストンにおいて、
強化リブを有していることを特徴するピストン。
【請求項６】
請求項２乃至５のいずれか１つに記載のピストンにおいて、
炭素鋼から製造されていることを特徴するピストン。
【請求項７】
請求項６に記載のピストンにおいて、
上記ピストン（１２）の化学成分は、重量百分率で表して、
０．３５％ ≦ Ｃ   ≦ １．２％
０．１０％ ≦ Ｍｎ ≦ ２．０％
０．１０％ ≦ Ｓｉ ≦ １．０％
痕跡量     ≦ Ｃｒ ≦ ４．５％
痕跡量     ≦ Ｍｏ ≦ ２．０％
痕跡量     ≦ Ｎｉ ≦ ４．５％
痕跡量     ≦ Ｖ   ≦ ０．５％
痕跡量     ≦ Ｃｕ ≦ ３．５％
痕跡量     ≦ Ａｌ ≦ ０．０６０％
痕跡量     ≦ Ｃａ ≦ ０．０５０％
痕跡量     ≦ Ｂ   ≦ １００ｐｐｍ
痕跡量     ≦ Ｔｉ ≦ ０．０５０％
痕跡量     ≦ Ｎｂ ≦ ０．０５０％
であり、その他の元素は、鉄と、製造の結果生じるありきたりの不純物とであることを特徴するピストン。
【請求項８】
請求項７に記載のピストンにおいて、
０．０８０％までのＢｉと、
０．０２０％までのＴｅと、
０．０４０％までのＳｅと、
０．０７０％までのＰｂとの中から
選択された少なくとも１つの元素と、０．１８０％までのＳとを含んでいることを特徴するピストン。
【請求項９】
請求項２乃至５のいずれか１つに記載のピストンにおいて、
高温工具鋼から作られていることを特徴するピストン。
【請求項１０】
請求項２乃至５のいずれか１つに記載のピストンにおいて、
高速度鋼から製造されていることを特徴するピストン。
【請求項１１】
請求項２乃至５のいずれか１つに記載のピストンにおいて、
ステンレス鋼から製造されていることを特徴とするピストン。
【請求項１２】
請求項２乃至５のいずれか１つに記載のピストンにおいて、
鋳鉄から製造されていることを特徴するピストン。
【請求項１３】
請求項２乃至５のいずれか１つに記載のピストンにおいて、
Ｆｅ−Ｎｉをベースにした合金から製造されていることを特徴するピストン。
【請求項１４】
請求項２乃至５のいずれか１つに記載のピストンにおいて、
Ｎｉ−Ｃｏをベースにした合金から製造されていることを特徴するピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関、特に、自動車、重貨物車、農業機械、公共事業機械、船舶のピストンの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、炭酸ガスに関する新規かつ将来的な汚染防止基準に合致させるために、特に、高レベルの特定出力を有する高性能内燃機関が開発されている。これは、特にディーゼルエンジンの場合に当て嵌まる。この特定出力レベルでの増加は、エンジン部品とりわけピストンが受ける熱的、機械的なストレスの実質的な増加となる。その結果、益々、ピストンの設計が複雑なものになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
通常、ピストンは、鋳造または鍛造されたアルミニウム合金から一体品として作られる。しかし、上述したストレスの増大した状況では、従来型ピストンが適合しなくなっている。その結果、アルミニウム製ピストンを高性能エンジンに適合させるべく、様々な解決法が考えられている。例えば、合金を強化するためにアルミナ繊維を合金に挿入するか、ピストンを許容作動温度に維持するために、冷却用チャンネルを加工して空気やオイルを循環させている。しかし、これらの解決法は全て高価なものとなる。
【０００４】
考えられる解決方法の１つは、アルミニウム合金を鋼によって置き換えることである。鋼は、外形が類似していても、機械的ストレスや熱的ストレス或いは疲労に対してより良好な抵抗を有すると共に、より良好な温度抵抗を有している。事実、過去において、ピストンの製造に鋼が使用されたことがある。しかし、実際のところ、この材料の高い密度のために、また、経済的観点から、高性能エンジン用のピストンの製造に鋼を優先的に用いることは考えらない。エジンの高性能化を得るために充分に小さな質量をピストンに提供することが望まれる場合、ピストンを鍛造した後の壁厚を著しく減少させる必要がある。コスト節減のためにピストンを一体で製造し続けたくとも、このような壁厚は従来の鍛造技術では得難い。
【０００５】
本発明の目的は、経済的に有利な条件の下で、高性能内燃機関のピストンの製造を可能にすることである。特に、この目的のために、特別に処理された或いは形状化されたアルミニウム合金の代わりに、優れた機械的特性を有する鋼あるいはその他の緻密合金を使用できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このために、本発明は内燃機関のピストンの製造方法に関し、上記ピストンは、一体に鋳造された金属の部品から形成され、ビレットの加熱は、上記金属の固相線温度と液相線温度との間の中間温度になるように行なわれ、半溶融鍛造によってピストンの形状化が行なわれる。
【０００７】
本発明は、一体に鋳造された金属部品から成る内燃機関のピストンに関し、ビレットを上記金属の固相線温度と液相線温度との間の中間温度になるように上記ビレットを加熱し、次に、半溶融鍛造による形状化によって製造される。
【０００８】
一実施形態においては、突出部は、ピストンの内部キャビティの基部に設けられた鐙状部によって形成され、上記鐙状部には、上記ピストンを上記ロッドに結合するピンの通路としての穴が設けられ、ピストンのスカート部には、上記鐙状部の穴に近接する開口部が在る。
【０００９】
ピストン頂部の壁の形状は、上記ピストン頂部の表面の形状に追随して、上記表面の側部では、燃焼チャンバに向くように曲げられている。
【００１０】
ピストンは強化リブを有し得る。
【００１１】
ピストンは炭素鋼から製造され得る。
【００１２】
そのとき、上記ピストンの化学成分は、重量百分率で表して、
０．３５％ ≦ Ｃ   ≦ １．２％
０．１０％ ≦ Ｍｎ ≦ ２．０％ 
０．１０％ ≦ Ｓｉ ≦ １．０％ 
痕跡量     ≦ Ｃｒ ≦ ４．５％ 
痕跡量     ≦ Ｍｏ ≦ ２．０％ 
痕跡量     ≦ Ｎｉ ≦ ４．５％ 
痕跡量     ≦ Ｖ   ≦ ０．５％ 
痕跡量     ≦ Ｃｕ ≦ ３．５％ 
痕跡量     ≦ Ａｌ ≦ ０．０６０％ 
痕跡量     ≦ Ｃａ ≦ ０．０５０％ 
痕跡量     ≦ Ｂ   ≦ １００ｐｐｍ
痕跡量     ≦ Ｔｉ ≦ ０．０５０％ 
痕跡量     ≦ Ｎｂ ≦ ０．０５０％ 
であり、その他の元素は、鉄と、製造の結果生じるありきたりの不純物とである。
なお、痕跡量は零よりも大きい量である。
【００１３】
ピストンは、また、
０．０８０％までのＢｉと、
０．０２０％までのＴｅと、
０．０４０％までのＳｅと、
０．０７０％までのＰｂとの中から
選択された少なくとも１つの元素と、０．１８０％までのＳとを含み得る。
【００１４】
ピストンは、高温工具鋼から製造され得る。
【００１５】
ピストンは、高速度鋼から製造され得る。
【００１６】
ピストンは、ステンレス鋼から製造され得る。
【００１７】
ピストンは、鋳鉄から製造され得る。
【００１８】
ピストンは、Ｆｅ−Ｎｉをベースにした合金から製造され得る。
【００１９】
ピストンは、Ｎｉ−Ｃｏをベースにした合金から製造され得る。
【００２０】
本発明は、「半溶融鍛造（thixoforging）」として知られた成形方法を使用することに基づいているが、半溶融鍛造自体はピストンの製造に適用されたことが一度もない。
【００２１】
半溶融鍛造は、ビレットが固相化温度と液相化温度との間の中間温度になった後に、ビレット内で固体物質と液体物質とが親密に混合して共存するようにさせて、ビレットを鍛造することにより金属部品を形成することから成るプロセスである。これは、従来の熱間鍛造プロセスと比較すると、薄い肉厚を持つ複雑な形状の部品を製造することが可能となる。実際、外部力の下で、半溶融鍛造の作用を受ける金属は粘性流体のような挙動をする。
【００２２】
半溶融鍛造は様々な種類の合金に使用することができる。本発明の以下の記載は、炭素鋼の半溶融鍛造に焦点を当てているが、他の合金も半溶融鍛造によるピストンの製造に適切であることが分かる。
【００２３】
半溶融鍛造鋼の成否は、第一に、半溶融鍛造による形状化前の、ビレットの加熱サイクル時の固相線と液相線との間の中間温度において得られる主要構造に依る。実験は、ビレットが、形状化作業前に、樹枝状でなく球状の主要構造を有しなければならないことを示している。後者の場合、樹枝状物と樹枝状物間のスペースとの間での様々な合金元素の偏析によって、加熱過程で、金属が、合金元素で濃縮された樹枝状物間のスペースへ優先的に拡散するようになる。その結果得られた液体は、形状化作業の開始時に、噴き出される傾向にあって、これは印加すべき力の増加となる（予測よりもより硬い金属に作用する）。部品内の欠陥の様相は偏析と内部条件の問題である。球状の主要構造への半溶融鍛造による形状化作業が適切な加熱によって行なわれるとき、製品は高速で変形できて、均質なものが得られる。ビレットの樹枝状主要構造は、半溶融鍛造前の加熱時に、均一な球状主要構造を得るために最適化される。これは、連続鋳造品が固化する際に、特に、樹枝状物の寸断を可能にする強さの電磁気を作用させることによって、また、樹枝状物の成長および偏析元素の拡散を制限する強さの冷却を製品に作用させることによって、樹枝状物を寸断することができる。これは、あらゆる所定の製品サイズに対して当て嵌まる。
【００２４】
ビレットが、連続鋳造のブルームまたはインゴットから得られたロールバーから製造され、そのビレットでこの作業が実施されるならば、主要構造の球状化作業を別に行なうことなく、半溶融鍛造前の加熱過程において球状構造を得ることができる。実際、鋼が受ける度重なる再加熱と実質的な変形によって、散在した鱗状の構造となって、主要構造は実際にみられない。
【００２５】
半溶融鍛造温度に到達するためのビレットの加熱は、電磁誘導によって行なわれ、ビレットの全断面に渡って優れた温度均一性と、１つのビッレトから別のベレットへの優れた作業再現性とを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明は、添付の図面を参照して以下の説明を精読すると、より良く理解される。
【００２７】
参照のために、図１に、従来技術によるピストン１が断面斜視図で示されている。ピストン１は、高圧直接噴射装置付き１９００ＣＣディーゼルエンジンに使用されるように設計されている。それは、アルミナ繊維によって強化されたアルミニウム合金ＡＳ１２ＵＮＧを鍛造することによって製造される。その外径は８０ｍｍである。
その様々な構成部分は、従来通り、
ピストン１を駆動するロッドが収容される内部キャビティ２と、
ピストン１の横壁を構成するスカート３とを含み、上記横壁は、ピストン１の頂部７の高さにおいて、特に、スカート３の外周部に設けられた凹部４，５，６に配置されるセグメント（図示せず）によって、上記シリンダと接触するようになっており、
ピストン頂部の表面８を含み、上記表面８は、ピストン１がシリンダに配置されたとき、燃焼チャンバに対向するピストン１の部分を構成し、上記表面の形状は、単なる一例として示されているが、従来通り、燃料の燃焼に有利なように設計されていて、
スカート３に設けられた穴１０を有する突出部９を含み、上記穴の壁はピストン１の内部に向かって強化され、ピンの穴１０を貫く通路はピストン１とロッドとを接合するようになっていて、同様の突出部が、図示されていないピストン１の半部分に、突出部９に対向して対称的に配置される。
【００２８】
以下の点が注目される。
スカート３は６ｍｍの比較的に大きな厚みを有すること、
ピストンの頂部７は厚く、その表面８と内部キャビティ２のベース１１との間の最大距離が２９ｍｍであること、
頂部圧縮リング（その内の１つは表面８に最も近い凹部６に配置される）とピストン頂部７の表面８との間の距離が１１ｍｍであること、
圧縮高さ、すなわち、突出部９の穴１０の中心とピストン頂部７の表面８との間の距離が５１ｍｍであること、
突出部９の穴１０の直径が２８ｍｍであること、
ピストン１の全高が６８ｍｍであること、
機械加工後のピストンの重量が５２５ｇであること。
【００２９】
図２に示された本発明によるピストン１２は、上述した従来技術によるピストン１の代替えとなるものである。ピストン１２は、次の成分（重量％）の炭素鋼によって製造される。
Ｃ  ＝０．９６２％、
Ｍｎ＝０．３４１％、
Ｓｉ＝０．２３７％、
Ｃｒ＝１．５００％、
Ｎｉ＝０．０８９％、
Ｍｏ＝０．０１７％、
Ｃｕ＝０．１６１％、
Ａｌ＝０．０３７％、
Ｓ  ＝０．００１％、
Ｐ  ＝０．００９％、
Ｖ  ＝０．００４％、
Ｔｉ＝０．００２％、
Ｓｎ＝０．００２％、
Ｎ＝０．００４１％。
従来技術によるピストン１の構成要素と機能的に等しい構成要素は、同一の参照番号で示されている。
【００３０】
従来技術によるピストン１と比較すると、以下の点が注目される。
シカート３は遥かに肉厚が薄く、その厚みは１．５ｍｍであること、
ピストン頂部７の厚みは、非常に僅かなもので、約３ｍｍであり、壁の形状はその表面８の形状に引き続き、その側部では燃焼チャンバに向くように曲げられており、その結果、ピストン１２の内部キャビティ２は非常に大きな容積を有し、そのことが、材料を非常に節減し、ピストン１２を極めて軽量にしていること、
凹部６に配置される頂部圧縮リングとピストン頂部７の表面８との間の距離は、５ｍｍであること、
突出部は、最早、スカート３に一体化されていなく、キャビティ２のベースに設けられた三角形の鐙状部１３によって構成される。同様の鐙状部が、図示されていないピストン１２の半部分に、上記鐙状部１３と対称的に配置されている。鐙状部１３と穴１０とに近接するため、スカート３は大きな開口部１４を有し、この開口部１４は、ピストン１２を軽くし、スカート３とシリンダライナーとの間の接触面を減少させ、したがって、使用時にピストン１２が受ける摩擦を減少させることが可能となること、
圧縮高さは僅か３２ｍｍであること、
鐙状部１３の穴１０の直径は、僅か２０ｍｍであり、このことによって、ピストン１２とロッドとを結合するピンの直径を減少させることが可能となること、
ピストン１２の全高は７５ｍｍであること（従来技術によるピストン１の値と同一の値を取り得る）、
機械加工後のピストン１２の重量は５００ｇであること。
【００３１】
この複雑な形状は、炭素鋼から一体に鋳造された部品について、半溶融鍛造プロセスを用いることによって得られる。特に、これのみが、上述した僅かな厚みのスカート３を可能にする。
【００３２】
なお、注目すべきは、この形状によって得られた重量上の利得は、ピストンのみならず、ピストンピン全体およびピストンロッドアセンブリに渡って適用されることである。ピストンの重量上の利得は２５ｇである。この部品について、ピストンピンの直径を２８ｍｍから２０ｍｍに減少させ、長さを８０ｍｍから５０ｍｍに短くすると（ピストンピンは両方とも６ｍｍ厚の管である）、１５６ｇの利得を得ることができる。ロッドの重量も数グラムだけ減少される。
【００３３】
アルミニウム合金で作られた従来技術によるピストン１と、本発明による上記成分を有する半溶融鍛造品から作られたピストン１２との間で明らかになった寸法上の変更は、表１に示される鉄鋼の良好な機械的特性および熱的特性によって可能となる。特性は全て３５０℃で測定されたものである。この温度は、作動中の極端な場合に、ピストンが到達する平均温度であるが、シリンダの燃焼チャンバの近傍では局所的に著しく超える可能性がある。
【００３４】
表１：強化アルミニウム合金Ａ５１２ＵＮＧと上記例の鋼との４５０℃での比較特性
2004181534.tif 000003
【００３５】
鋼の良好な機械的特性によって、少量の材料を使用して、等価の応力抵抗を得ることができることが分かる。このことは、鋼の大きな密度を補償し、アルミニウム製相当品よりも軽い部品を得ることを可能にする。
【００３６】
さらに、鋼の機械的特性はアルミニウムの機械的特性よりも温度的に安定している。
【００３７】
表に示したように、鋼の低い熱伝導率のために、頂部圧縮リングとピストンのベース８との間の距離を実質的に短くすることができる。上記リング間の間隔も減少することができる。これら全ては材料使用量の減少となる。一方、燃焼チャンバで放出される熱は、ピストンのベースに集中したままでとなる。このように、鋼の膨張係数がアルミニウムのような他の金属合金に対して小さいために、スカートはより少ない温度変化を受け、そのことは膨張の問題を減少させる。スカート３とシリンダライナーとは、略同じように膨張し、そのことは、作動公差を減少させ、熱を上記ライナーに向けていっそう急速に排出させることが可能となる。
【００３８】
同じ理由により、燃焼チャンバからの熱は、鋼製ピストンを通って、アルミニウム製ピストンよりも少なく排出される。このことは、エンジンの性能を増大させる。
【００３９】
圧縮高さの減少は、シリンダの高さを減少させることを可能にし、したがって、エンジンの小型化を向上させる。これがまたエンジンの重量を減少させる要因となる。
【００４０】
ピストンの頂部７が過剰温度に達した場合、キャビティ２内に方向付けられた噴射オイルによって、頂部を冷却する措置が取られる。この解決方法は、いずれにせよ、アルミニウム製のピストンにしばしば必要となるピストン内部の冷却チャンネルを用いるよりも簡単である。
【００４１】
上述したピストン１２の形態は、これがピストンの一般的外観のためであろうと、或いは、異なる部分の精確な寸法のためであろうと、本発明の実施形態の一例に過ぎない。また、半溶融鍛造は、ピストンの異なるゾーンにおいて、薄厚の強化リブを設ける可能性を提示している。
【００４２】
半溶融鍛造によってピストンを製造するために使用される鋼の非限定的例は、次の一般的範囲（重量％）によって構成されている。
０．３５％ ≦ Ｃ   ≦ １．２％
０．１０％ ≦ Ｍｎ ≦ ２．０％ 
０．１０％ ≦ Ｓｉ ≦ １．０％ 
痕跡量     ≦Ｃｒ ≦ ４．５％ 
痕跡量     ≦ Ｍｏ ≦２．０％ 
痕跡量     ≦ Ｎｉ ≦４．５％ 
痕跡量     ≦ Ｖ   ≦０．５％ 
痕跡量     ≦ Ｃｕ ≦ ３．５％ 
他の元素は、鉄と、製造から生じるＰ，Ｓｎ，Ｎ，Ａｓなどのありきたりの不純物である。
【００４３】
随意に、次の元素の添加が可能である。
脱酸元素：アルミニウム（Ａｌ：０．０６０％まで）および／またはカルシウム（Ｃａ：０．０５０％まで）
硬度改善元素：例えばボロン（Ｂ：１００ｐｐｍまで）
機械加工性改善元素：硫黄（Ｓ：０．１８０％まで）ビスマス（Ｂｉ：０．０８０％まで）テルル（Ｔｅ：０．０２０％まで）セレン（Ｓｅ：０．０４０％まで）鉛（Ｐｂ：０．０７０％まで）
粒度拡大防止元素：例えば、チタン（Ｔｉ：０．０５０％まで）ニオブ（Ｎｂ：０．０５０％まで）
【００４４】
特に、このような鋼の３例を述べる。
【００４５】
例１：
Ｃ  ＝０．３７７％、
Ｍｎ＝０．８２５％、
Ｓｉ＝０．１９０％、
Ｃｒ＝０．１６７％、
Ｎｉ＝０．１１３％、
Ｃｕ＝０．１４３％、
Ａｌ＝０．０２２％、
Ｓ  ＝０．０１％、
Ｐ  ＝０．００７％、
Ｓｎ＝０．０１％、
Ｎ  ＝７５ｐｐｍ、
Ｃａ＝６ｐｐｍ。
【００４６】
この鋼の測定された固相化温度は、１４３０℃であり、測定された液相化温度は１４８７℃である。好ましくは、半溶融鍛造は１４８０℃で行なわれる。
【００４７】
例２（図２によるピストンを製造するために使用される）：
Ｃ  ＝０．９６２％、
Ｍｎ＝０．３４１％、
Ｓｉ＝０．２３７％、
Ｃｒ＝１．５００％、
Ｎｉ＝０．０８９％、
Ｍｏ＝０．０１７％、
Ｃｕ＝０．１６１％、
Ａｌ＝０．０３７％、
Ｓ  ＝０．０１％、
Ｐ  ＝０．００９％、
Ｖ  ＝０．００４％、
Ｔｉ＝０．００２％、
Ｓｎ＝０．００２％、
Ｎ  ＝４１ｐｐｍ。
【００４８】
この鋼の測定された固相化温度は、１３１５℃であり、測定された液相化温度は１４８７℃である。好ましくは、半溶融鍛造は１４０５℃で行なわれる。
【００４９】
例３：
Ｃ  ＝０．８２５％、
Ｍｎ＝０．６４９％、
Ｓｉ＝０．２１３％、
Ｃｒ＝０．１００％、
Ｎｉ＝０．０６２％、
Ｃｕ＝０．１０７％、
Ａｌ＝０．０３５％、
Ｓ  ＝０．００７％、
Ｐ  ＝０．００７％、
Ｎ  ＝５５ｐｐｍ。
【００５０】
この鋼の測定された固相化温度は、１３６０℃であり、測定された液相化温度は１４９０℃である。好ましくは、半溶融鍛造は１４２９℃で行なわれる。
【００５１】
なお、今言及した測定された液相化温度および固相化温度は、従来より文献から入手できる公式によって鋼の成分の関数として計算される液相化温度および固相化温度と、かなり異なる可能性がある。実際、冷却によって固化する際に、鋼の温度が１分に付き数度ほど低い場合、これらの公式は価値がある。最適の半溶融鍛造温度を決定するために、固相化温度および液相化温度は、ビレットが受ける実際の条件下で、すなわち、雰囲気温度に対する再加熱および１分当り数十度の速さという電磁誘導による影響下で、測定されねばならない。しかし、この測定は、格別な困難がない従来の試験を用いて当業者によって実施されてもよい。
【００５２】
半溶融鍛造は、好ましくは、今述べた材料に対して、鋼の液化比率が１０％〜４０％を示すときに行なわれる。１０％以下では、金属が正しく流れず、工具と接触すると、非常に早く固化するというリスクが存在する。鋼の液化比率が４０％以上では、加熱工程中に、金属が崩れたり、金属が流れる危険がある。ビレットを成形工具に正しく移動させることが困難になる。
【００５３】
上述した成分の鋼は、鍛造品や機械に使用される構造用鋼あるいは熱処理鋼である。それらは、自動車、重貨物車両、農業機械、公共事業機械、船舶などの大多数に使用されるピストンの製造に適している。
【００５４】
ピストンヘッドにおける到達温度という観点から要求される適用例に対して、例えば、高温工具鋼３８ＣｒＭｏＶ５、４５ＣｒＭｏＶ６、５５ＮｉＣｒＭｏＶ７、従来の高速度鋼または高炭素鋼、鋳鉄または鉄ニッケルあるいはコバルトニッケルを基盤とした合金などの高温加工のできる鋼を使用することが考えられる。また、ピストンが特に腐食性添加剤を含む燃料と接触して作動することが要求される場合、ステンレス鋼の使用が考えられる。例えば、マルテンサイトステンレス鋼Ｚ４０Ｃｒ１３〜Ｚ２００Ｃｒ１３である。これら全ての材料は、本発明で使用され得る炭素鋼と同様、炭素含有量が高い（少なくとも０．３５％）あるいは非常に高いという特徴を有している。それが固相化温度を低下させ、固化範囲を広げるので、これは、揺変作業にとって非常に好都合な要素となる。したがって、これによって、容易に金属における液体比率の好適範囲に接近することができる。
【００５５】
本発明が非常に様々な合金に適用され得ること、その本質的な特徴として、それらの機械的熱的特徴がピストンの形成に用いるのに非常に適しているということ、そして、それらが半溶融鍛造によく適合していることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】従来技術によって従来通り鍛造されたアルミニウム合金から製造されたピストンの斜視図および縦断面図を示す。
【図２】上記と同様、上記ピストンと交換可能な半溶融鍛造された炭素鋼から製造された本発明によるピストンの例を示す。
【符号の説明】
【００５７】
２    内部キャビティ
３    スカート
７    ピストン頂部
８    ピストン頂部表面
１０  穴
１２  ピストン
１３  突出部
１４  開口部
【図１】
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【図２】
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