(57)【要約】【課題】  高圧鋳造シリンダブロックの熱処理方法を提供する。【解決手段】  高圧鋳造シリンダブロックの熱処理方法は、シリンダブロックを溶体化温度まで昇温する段階と、溶体化温度まで昇温した後、設定温度範囲で設定時間に亘ってシリンダブロックを溶体化処理する段階と、溶体化処理したシリンダブロックを急冷させた後に時効処理する段階と、を含む。設定温度は、４４０℃乃至４６０℃とすることができ、また、設定時間は、１時間乃至２時間の範囲とすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧鋳造シリンダブロックの熱処理方法であって、
シリンダブロックを溶体化温度まで昇温する段階と、
設定温度範囲で設定時間に亘って前記シリンダブロックを溶体化処理する段階と、
前記シリンダブロックを急冷させた後に時効処理する段階と、を含むことを特徴とする高圧鋳造シリンダブロックの熱処理方法。
【請求項２】
前記高圧鋳造はダイカスト法であることを特徴とする請求項１に記載の高圧鋳造シリンダブロックの熱処理方法。
【請求項３】
前記溶体化温度までの昇温時間は１．５〜２時間であることを特徴とする請求項１又は２に記載の高圧鋳造シリンダブロックの熱処理方法。
【請求項４】
前記シリンダブロックの急冷時の冷却温度は６５℃〜９０℃であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の高圧鋳造シリンダブロックの熱処理方法。
【請求項５】
前記シリンダブロックを急冷した後、温度範囲１５０℃〜２００℃で２〜５時間に亘って時効処理することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の高圧鋳造シリンダブロックの熱処理方法。
【請求項６】
前記シリンダブロックの材質は、アルミニウム合金ＡＤＣ１０であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の高圧鋳造シリンダブロックの熱処理方法。
【請求項７】
前記設定温度は４４０℃〜４６０℃の範囲に含まれ、前記設定時間は１乃至２時間の範囲に含まれることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の高圧鋳造シリンダブロックの熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関用シリンダブロックの製造方法に係り、より詳しくは、高圧鋳造シリンダブロックの熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジン用シリンダブロックは、砂型鋳造法、重力鋳造法、低圧鋳造法、および高圧鋳造法などによって製造されている。砂型鋳造法としては、鋳鉄（ｃａｓｔ  ｉｒｏｎ）、アルミニウム合金素材のシリンダブロックを製造しており、使用圧力は重力と押湯によって調節しており、サイクルタイムが３０〜６０秒（ｓｅｃ）と極めて低い特性を有している。また、砂型鋳造法は、適用材質の影響がなく、アンダーカット成形が可能であるが、工程が複雑であって初期投資費用が多く必要となる短所がある。
【０００３】
重力鋳造法は、アルミニウム合金素材のシリンダブロック製造に用いられ、使用圧力は重力と押湯を利用している。低圧鋳造法は、アルミニウム合金素材のシリンダブロック製造に使用されており、使用圧力は０．１５〜０．５ｂａｒであり、サイクルタイムは６００秒程度であるという特性を有している。重力鋳造法と低圧鋳造法は、鋳造品の内部品質が優れており、アンダーカット成形が可能であり、サイクルタイムが長いという特性を有しており、特に低圧鋳造の場合には回収率が高いという特性を有する。
【０００４】
高圧鋳造法は、アルミニウム、マグネシウム合金素材のシリンダブロック製造に応用されており、使用圧力は４００〜１，０００ｂａｒ、サイクルタイムは５０〜１５０秒であるという特性を有する。このような高圧鋳造法は、高い生産性、大量生産が可能、および素材重量を減少させることができるという長所があるが、内部の起泡形成によってガソリンエンジン出力を高める場合、これに対応したジャーナル部の強度確保において問題がある。
【０００５】
高圧鋳造法の高圧ダイカスト製品は、低圧鋳造法および重力鋳造法とは異なり、内部気孔のために溶体化工程を含む熱処理適用が不可能であるという短所がある。すなわち、高圧鋳造製品に無理に溶体化工程を含む熱処理を適用する場合、鋳造品内部の気孔が発砲するブリスタが発生するようになる。このような溶体化工程を含む熱処理を適用する場合、一般的なアルミニウム合金製品の強度を向上させることが可能であるため、ブリスタが発生しない溶体化温度および条件に対する研究が希求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−２５８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上述の問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、高圧ダイカスト製品であるアルミニウム素材のシリンダブロックに対して最適な溶体化処理および時効処理条件を適用することにより、強度および耐久性能が向上したシリンダブロックの熱処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明による高圧鋳造シリンダブロックの熱処理方法は、シリンダブロックを溶体化温度まで昇温する段階と、設定温度範囲で設定時間に亘って前記シリンダブロックを溶体化処理する段階と、前記シリンダブロックを急冷させた後に時効処理する段階と、を含むことを特徴とする。このような、高圧鋳造シリンダブロックの熱処理方法において、前記高圧鋳造はダイカスト法であることが好ましく、また、前記溶体化温度までの昇温時間は１．５〜２時間であることが好適であり、さらに、前記シリンダブロックの急冷時の冷却温度は６５℃〜９０℃であることが好ましい。そして、前記シリンダブロックを急冷した後、温度範囲１５０℃〜２００℃で２〜５時間に亘って時効処理することが好適であり、また、前記シリンダブロックの材質は、アルミニウム合金ＡＤＣ１０であることが好ましく、さらには、前記設定温度は４４０℃〜４６０℃の範囲に含まれ、前記設定時間は１乃至２時間の範囲に含まれることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る高圧鋳造シリンダブロックの熱処理方法によれば、熱処理されたシリンダブロックの強度増加および耐久性の向上により、内燃機関用シリンダブロックの軽量化が可能となる。また、この熱処理方法は、高圧鋳造によって製造されるシリンダブロックに拡大適用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るシリンダブロックの熱処理方法の一例を示す工程図である。
【図２】本発明に係るシリンダブロックの溶体化処理および時効処理の熱処理工程の一例を示すグラフである。
【図３】本発明によって熱処理されたシリンダブロックの時効処理による硬度（強度）変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態に係る高圧鋳造シリンダブロックの熱処理方法について説明する。本実施形態に係る高圧鋳造シリンダブロックの熱処理方法における工程は図１に示すように、高圧鋳造シリンダブロック又はシリンダブロック高圧鋳造用材を溶体化温度まで昇温する段階（Ｓ１０）、設定温度範囲で設定時間に亘ってシリンダブロックを溶体化（熱）処理する段階（Ｓ２０）、およびシリンダブロックを急冷させた後に時効処理する段階（Ｓ３０）を含む。段階Ｓ１０におけるシリンダブロックは、例えば、予め高圧鋳造し鋳型に収容されたシリンダブロック又はアルミニウム合金材（インゴット）のようなシリンダブロック高圧鋳造用材を用いることができる。ここで、予め高圧鋳造されたシリンダブロックは、例えばブリスタが発生したような好ましくないシリンダブロックを用いブリスタ発生のない良品に再生することもできる。なお、より強度および耐久性能が向上したシリンダブロックを製造できる場合がある点では、段階Ｓ１０においてシリンダブロック高圧鋳造用材を用いることが好ましい。段階Ｓ２０における設定温度は、後述するように、４４０℃以上が好ましく、４４５℃以上がより好ましい。また、段階Ｓ２０における設定温度の上限は、４７０℃未満とすることが好ましく、４６０℃以下がより好ましく、４５５℃以下がさらに好ましい。なお、段階Ｓ２０における設定時間は、設定温度との兼ね合いもあり特定し難いが、６０分以上とすることが好ましく、７０分以上がより好ましく、８０分以上がさらに好ましい。設定時間の上限は、１２０分以下とすることが好ましく、１１０分以下がより好ましく、１００分以下がさらに好ましい。
【００１２】
溶体化処理（ｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｈｅａｔ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）は、鋳造された製品の微細組織内に生成された化合物（ｃｏｍｐｏｕｎｄ）や合金元素（ａｌｌｏｙｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）を基地（ｍａｔｒｉｘ）内に固溶させる工程である。溶体化温度は固溶が行われる範囲である４４０℃〜４６０℃に調節し、溶体化時間は処理時間が長いほど完全な固溶が行われるという長所があるが、長時間処理による費用増加および素材の物性を低下させるような過度の結晶粒成長（ｇｒａｉｎ  ｇｒｏｗｔｈ）を招く場合がある点では、１〜２時間維持することが好ましい。また、高圧鋳造はダイカスト法であることが好ましい。この場合、ダイカスト（ｄｉｅ  ｃａｓｔｉｎｇ）時の圧力は４００〜１，０００ｂａｒとすることができる。
【００１３】
本実施形態に係るシリンダブロックの熱処理方法における溶体化処理および時効処理を含む工程の概念的グラフを図２に示したように、高圧鋳造などによって鋳造された製品を常温から溶体化温度（Ｔ２）まで昇温させた後、一定時間を溶体化温度に維持した後に急冷させ、急冷した製品を時効温度（Ｔ１）まで加熱した後、一定時間を維持する時効処理（ａｇｉｎｇ  ｔｒｅａｔｅｍｅｎｔ）を行うこととなる。溶体化（ｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｈｅａｔ  ｔｒｅａｔｅｍｅｎｔ）温度までの昇温時間は、１．５〜２時間であることが好ましい。高圧鋳造によって製造されたシリンダブロックを溶体化温度まで加熱時間を１．５〜２時間に維持することにより、シリンダブロックの微細組織内に析出相が再溶解されるのに必要な時間を十分に確保することができる。シリンダブロックの急冷時の冷却温度は６５℃〜９０℃であることが好ましい。シリンダブロックを急冷させることにより、過冷によってシリンダブロックの内部微細組織上の固溶体（ｓｏｌｉｄ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ）が冷却された温度で安定な析出相を形成することを可能とする駆動力を確保することができる。
【００１４】
シリンダブロックを急冷した後、温度範囲１５０℃〜２００℃で２〜５時間に亘って時効処理することが好ましい。このような時効温度で時効時間が５時間を超過するときは、析出物の成長が粗大になって強度および伸び率の減少を招く場合があり、時効時間が２時間未満である場合には、核生成された析出相が極めて微細な大きさで存在するようになり、シリンダブロック素材の微細組織で転位（ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）移動を妨害するほどの障壁としての機能を果たせなくなり、強度増加の効果を期待し難い。上述の時効温度では、冷却によって冷却時の温度で安定した析出相（ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓ）が核生成（ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ）されて成長するようになり、核生成の駆動力（ｄｒｉｖｉｎｇ  ｆｏｒｃｅ）は溶体化温度からの急冷による温度差によって発生する。
【００１５】
生成された核（ｎｕｃｌｅａｔｅｓ）が一定の大きさの析出相（ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓ）に成長するためには拡散変態（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎａｌ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）が伴うようになるが、拡散が起こるためには原子が固溶体（ｓｏｌｉｄ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ）乃至微細組織（ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）内で格子拡散を行えるように熱エネルギーが供給されなければならず、時効処理温度がこのような拡散の最適条件を提供することとなる。なお、シリンダブロックの材質は、ＪＩＳ規格ＡＤＣ１０のアルミニウム合金（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系アルミニウム合金ダイカスト）であることが好ましい。
【実施例】
【００１６】
以下、本発明に係る高圧鋳造シリンダブロックの熱処理方法について実施例を示して具体的に説明する。ただし、後述する実施例は本発明を例示するためのものに過ぎず、これによって限定されない。
【００１７】
上述した好ましい実施形態に準じて高圧ダイカスト（ｄｉｅ−ｃａｓｔｉｎｇ）法によって自動車用シリンダブロックを鋳造した。シリンダブロックの素材は、ＪＩＳ規格ＡＤＣ１０のアルミニウム合金を用いた。ダイカスト法によって鋳造されたシリンダブロックを誘導加熱炉に装入した後、２時間で４５０℃まで加熱した。４５０℃まで加熱した後、同じ温度で２時間に亘って溶体化（熱）処理を行った。溶体化熱処理によってシリンダブロックを構成するアルミニウム合金の微細組織内部の析出相がアルミニウム合金基地内に均一に固溶された状態で存在するようになる。溶体化処理後にシリンダブロックを９０℃温度まで急冷した。急冷したシリンダブロックを１７０℃まで加熱した後、５時間に亘って時効処理（ａｇｉｎｇ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）を行った。１７０℃で５時間に亘って時効処理する間、アルミニウム合金基地（ｍａｔｒｉｘ）内で析出相の核が生成されて成長するようになる。時効処理が完了したシリンダブロックの微細組織を確認した結果、内部欠陥の発生は認められなかった。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
本実施例に係るシリンダブロックの熱処理方法によって熱処理が完了したシリンダブロックの硬度を測定した結果を図３に示した。具体的には、溶体化温度４５０℃、維持時間を１．５ｈｒで溶体化処理した後、時効温度１７０℃で時効処理（ａｇｉｎｇ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）したシリンダブロックの試験結果である。図３のグラフによれば、時効時間を５時間にした場合、ブリネル硬さ（Ｂｒｉｎｅｌｌ  Ｈａｒｄｎｅｓｓ：ＨＢ）が１１５（ｋｇｆ／ｍｍ２）以上と顕著に増加したことが分かる。
【００２０】
また、時効処理が完了したシリンダブロックから試片を抽出して引張試験を行った結果を表２に示した。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
表２に示す引張試験の結果、引張強度は、最大値については溶体化処理を行った試片の強度が熱処理しなかった試片に比べて５９％増加し、最小値については２０％増加し、引張強度平均値は３２％増加した。上述したように、本実施例に係る熱処理方法により、シリンダブロックの強度を著しく増加させることによって耐久性能を向上させ、その結果、シリンダブロックの軽量化が可能となった。以上、添付の図面を参照しながら本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態はすべての面において例示的なものであり、これに限定されず、特許請求の範囲によって示した範囲内で、その均等概念から導き出されるすべての変更形態が本発明に包含される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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