在背景技术中，例如在汽车发动机中，广泛地使用由铸造铝类 合金构成的汽缸体，以达到重量的减轻。在这样的发动机中，当在铝 类合金(热膨胀系数：约21.0×10-6/℃)汽缸体处形成轴颈部分，并 且铁类材料(热膨胀系数：约9×10-6至12×10-6/℃)制造的曲轴通过 其间放入轴瓦而由轴颈部分轴向方式支承时，运行发动机时，由汽缸 内部混合气体燃烧产生的热传递到该轴颈部分。当该轴颈部分的温度 上升时，由于铁类材料的热膨胀系数与铝类合金制成的基金属的热膨 胀系数之间的差异，轴颈部分的轴承面与放置轴瓦的曲轴之间的间隙 变得过大，以至于在驾驶车辆时引起振动或者噪音。
因此，例如在用于对水平对置的4缸发动机中的曲轴进行轴向 支承的轴颈部分中，在具有轴承面的轴颈部分上(其中，通过把铝类 合金制成的左缸体和右缸体的各中心部分做成凹陷，成为半圆弧形 状，构成该轴承面)，通过在缸体中镶铸铁类粉末烧结构件制成的铁 类预成型件，由铁类预成型件构成金属基复合物，达到轴颈部分所需 要的热膨胀系数，而不改变构成基材的汽缸体的铝类合金。
然而，当铝类合金铸造制品的一部分或者全部由金属基复合物 构成时，极难于通过使用一般的铸造方法(尤其是高压模铸(HPDC) 法)保证界面的结合强度，并且极难于通过容易地熔化铝类合金以侵 入包含铁类粉末烧结构件的预成型件而稳定地保证粘附性能。而且还 公知，当把由铁类粉末烧结构件构成的预成型件埋入铝类合金中进行 镶铸时，在镶铸步骤后，侵入预成型件的熔化的铝类合金的状态对机 械特性或者物理特性造成明显的影响，因此常常通过限制铸造条件来 降低这种影响。
此外，JP-A-2004-204298披露，通过把铁类粉末烧结构件制成 的预成型件的结构构成为其中游离的Cu相被分散到基体中的结构， 并且通过进行喷丸处理或者蒸汽处理，以构成特定粗糙度范围的预成 型件表面粗糙度，改进由铁类粉末烧结构件和熔化的铝类合金制造的 预成型件的润湿性，以及改进铝类合金的镶铸性能，从而提高由铝类 合金制造的汽缸主体与铁类预成型件之间的结合强度。
根据JP-A-2004-204298，可以通过熔化Cu构成固溶体，从而增 加由铁类粉末烧结构件构成的预成型件的强度，并且可以通过沉积进 作为游离Cu相的基体，用铝类合金镶铸预成型件时，与铝类合金反 应提高界面的结合强度。
然而，当用铝类合金镶铸预成型件时，有这样一种担心，就是 在预成型件与基材之间的界面达到恒定的结合强度以前，在埋入预成 型件的熔化的铝类合金固化和收缩的过程中产生应力时，由于预成型 件的形状、特性等，界面的粘附性能变得不稳定并且在界面处产生间 隙使得结合强度不稳定。当譬如在HPDC中伴随快速冷却和固化时， 界面处结合强度不稳定和产生间隙等现象是显著的。
当轴颈部分中，包含铝类合金的基材与预成型件的界面处存在 有间隙时，在基材与预成型件材料之间的热传导系数降低，引起沿轴 颈部分的外围方向的热传导性的分散。由于这种分散使轴颈部分不均 匀地膨胀，由轴颈部分轴承面的轴瓦支承变得不稳定，并且在曲轴与 轴瓦之间的磨擦系数增加。由于磨擦系数的增加，也就是说由于磨擦 阻力的增加，轴瓦的磨损显著地增加，构成恶化发动机的燃油成本、 性能和使用寿命等等的因素。
此外，在轴颈部分处，预成型件与基材之间的界面处存在间隙 时，在机加工轴颈部分的轴承面时，由于机加工时的负荷，使由该薄 壁形成的部分弹性地形变，降低了轴颈部分的机加工精确度。
而且，在界面处存在该间隙时，由于其中镶铸由铁类粉末烧结 构件构成的预成型件的熔化的铝类合金固化和收缩时产生的残余应 力，或者热膨胀差的高负荷，引起应力集中。另外还有铝类合金部分 毁坏的情况，也就是预成型件镶铸于其中的基材毁坏的情况。

本发明的第一个目的是提供一种铁类预成型件，其在用铝类合 金进行镶铸的性能方面优异，并且能够确保稳定的界面结合强度和紧 密接触。此外，本发明的第二个目的是提供一种具有该铁类预成型件 的轴颈部分结构。
根据本发明的一个或者多个实施方式，在第一方面中，用于形 成金属基复合物的铁类预成型件设有预成型件主体，预成型件主体用 铝类合金基材镶铸，铝类合金基材包括凹面，该凹面具有呈半圆弧形 状的截面，并且沿中心轴线的方向连续地延伸。预成型件主体具有沿 凹面呈半圆弧形状或者U字形状的截面。该预成型件主体设有连续 地沿中心轴线延伸方向延伸的内周面和外周面。该预成型件主体制成 有孔，该孔是从内周面围绕的空间到外周面穿透的通孔。
进一步，根据本发明的第二方面，在根据第一方面的铁类预成 型件中，通孔的内径“A”可以设在1mm≤A≤19mm的范围内。
进一步，根据本发明的第三方面，在根据第一方面的铁类预成 型件中，当通孔的内径用“A”表示时，通孔的深度“C”设在0.5A≤C≤5A 的范围内。
此外，根据本发明的第四方面，在根据第一至第三方面中任一 方面的铁类预成型件中，可以由平滑连续曲面或者斜切，构成通孔中 对内周面开口的内端与内周面相连续的部分。
进一步，根据本发明的第五方面，在根据第一至第四方面中任 一方面的铁类预成型件中，可以对通孔的内面进行表面积增大处理。
进一步，根据本发明的第六方面，在根据第一至第五方面中任 一方面的铁类预成型件中，可以制成多个通孔，并且在用“A”代表 通孔的内径时，在内周面处相邻通孔的开口中心之间的间隙“B”可 以设在1.5A≤B≤5A的范围内。
进一步，根据本发明的第七方面，在根据第一至第六方面中任 一方面的铁类预成型件中，预成型件主体的内周面和/或外周面可以 制成有向该周面开口的底孔。
另外，根据本发明的一个或者多个实施方式，在第八方面中， 用于形成金属基复合物的铁类预成型件设有预成型件主体，预成型件 主体用铝类合金基材镶铸，该结构具有凹面，凹面具有半圆弧形状的 截面，并且沿中心轴线方向连续地延伸。预成型件主体具有沿凹面呈 半圆弧形状或者U字形状的截面。该预成型件主体设有连续地沿中 心轴线延伸方向延伸的内周面和外周面。此外，该预成型件主体制有 底孔，底孔向内周面和/或外周面开口。
进一步，根据本发明的第九方面，在根据第七或第八方面的铁 类预成型件中，底孔的内径“a”可以设在1mm≤a≤19mm的范围内。
进一步，根据本发明的第十方面，在根据第七至第九方面中任 一方面的铁类预成型件中，当底孔的内径用“a”代表时，该底孔的 深度“c”可以设在0.5a≤c≤5a的范围内。
进一步，根据本发明的第十一方面，在根据第一至第十方面中 任一方面的铁类预成型件中，铁类预成型件可以由铁类粉末烧结构件 构成。
另外，根据本发明的一个或者多个实施方式，在第十二方面中， 通过用具有轴承面的铝类合金基材镶铸如第一至第十一方面中任一 方面的铁类预成型件，构成轴颈部分结构，轴承面呈凹面形状，具有 沿预成型件主体内周面的半圆弧形状截面，并且形成为沿中心轴线的 方向连续地延伸。
根据第一方面的铁类预成型件，由于在预成型件主体中制成使 内周面与外周面连通的通孔，在镶铸步骤中，注入铁类预成型件外周 面一侧的熔化的铝合金沿铁类预成型件的表面侵入内周面一侧，并且 借助于通孔从外周面侧提供到内周面侧，以实现良好的熔化金属通道 性能。而且，当注入半圆形凹面与铁类预成型件的内周面之间的熔化 的铝类合金固化和收缩时，收缩应力沿内周面作用，并且由于注入外 周面一侧的熔化的铝类合金固化和收缩使收缩应力沿外周面起作用 时，沿内周面和外周面的收缩应力被分散，并且由于对侵入通孔的铝 类合金固化和收缩时收缩应力造成的阻抗力而被吸收，熔化的铝类合 金的移动受限制，并且使熔化的铝类合金与内周面和外周面紧密接 触，并且减轻了收缩以后在基材处产生的残余应力。
进一步，通过在熔化的铝类合金固化和收缩时，限制熔化的铝 类合金移动，可以避免在基材与铁类预成型件的界面处造成间隙，并 且可以确保稳定的界面结合强度和紧密接触。
根据第二方面的铁类预成型件，由于使通孔内径等于或者大于 1mm且等于或者小于19mm，相应地确保与因熔化的铝类合金固化和 收缩而产生的沿内周面和外周面的收缩应力相抵抗的约束力，并且使 界面的结合强度稳定。当假定地通孔的内径小于1mm时，与由于熔 化的铝类合金固化和收缩而产生的沿内周面和外周面的应力相抵抗 的约束力变得过小，促进界面的粘附作用变得过小。而且当进行喷丸 处理时，难于对通孔的内面进行喷丸处理，从而不能获得喷丸处理的 效果。另一个方面，当通孔的内径A大于19mm时，铁类预成型件 的体积下降，并且有下述担心情况：预成型件的内在功能和效果降低， 由于在通孔中熔化的铝类合金固化而产生的收缩影响增加，在通孔处 与基材的粘附作用变得过小，并且界面的结合强度变得不稳定。
根据第三方面的铁类预成型件，通过使通孔的深度等于或者大 于内径的0.5倍并等于或者小于内径的5倍，在镶铸的步骤中，在内 冷时容易地使熔化的铝类合金侵入进通孔，并且便于形成通孔。
根据第四方面的铁类预成型件，通过由平滑连续曲面或者斜切， 构成通孔中对内周面开口的内端与内周面的连续部分，可以确保界面 结合强度和紧密接触，限制熔化的铝类合金固化和收缩时的应力集 中，并且可以防止基材破裂或者裂开。
根据第五方面的铁类预成型件，通过对通孔的内面进行表面积 增大处理，就是说，通过增大通孔的内面面积，例如用螺旋形沟槽、 肋或者狭长裂口来增大面积，对由于侵入通孔的熔化的铝类合金固化 和收缩造成的收缩应力的阻抗力增大。
根据第六方面的铁类预成型件，通过使相邻通孔的开口中心之 间的间隙等于或者大于通孔的1.5倍且等于或者小于通孔的5倍，便 于形成通孔，且避免在界面处产生间隙，并且可以确保界面的结合强 度。
根据第七方面铁类预成型件，通过制成对预成型件主体的内周 面和/或外周面开口的底孔，通过对由于侵入底孔的熔化的铝类合金 固化和收缩时的收缩应力的阻抗力，使沿内周面或者外周面起作用的 收缩应力被分散和吸收，限制了熔化的铝类合金的移动，并且使熔化 的铝类合金与内周面和外周面紧密接触，并且减轻收缩后在基材处产 生的残余应力。对底孔的制孔限制小于对通孔的制孔限制，并且甚至 可以在限制制孔或者通孔的位置处制成底孔。
根据第八方面的铁类预成型件，通过侵入预成型件主体内周面 和/或外周面开口的底孔的熔化的铝类合金固化和收缩时的阻抗力， 在熔化的铝类合金固化和收缩时沿内周面和外周面起作用的收缩应 力被分散和吸收，熔化的铝类合金沿内周面和外周面的移动受到限 制，并且使熔化的铝类合金与内周面和外周面紧密接触，而且减轻了 固化和收缩以后在基材处产生的残余应力。而且，因在熔化的铝合金 固化和收缩时限制熔化的铝合金的移动，避免在基材与铁类预成型件 的界面产生间隙，镶铸性能优异，并且可以确保稳定的界面结合强度 和紧密接触。
根据第九方面的铁类预成型件，通过使底孔内径等于或者大于 1mm且等于或者小于19mm，适当地确保与因熔化的铝类合金固化和 收缩而产生的沿内周面和/或外周面的应力相抵抗的约束力，并且使 基材的界面强度稳定。假定底孔的内径小于1mm时，与因熔化的铝 类合金固化和收缩而产生的沿内周面和/或外周面的应力相抵抗的约 束力变得过小，并且促进界面的粘附作用变得过小。而且当经受喷丸 处理时，难于很好地对底孔的内面处理，从而不能获得喷丸处理的效 果。另一个方面，当底孔的内径A大于19mm时，铁类预成型件的 体积下降，并且有如下担心情况：预成型件的内在功能和效果降低， 在通孔中由于熔化的铝类合金固化而产生的收缩影响增加，在通孔中 与基材的粘附作用变得过小，约束力过小，并且界面的强度变得不稳 定。
根据第十方面的铁类预成型件，通过使底孔的深度等于或者大 于内径的0.5倍且等于或者小于内径的5倍，在镶铸的步骤中，容易 使熔化的铝类合金侵入底孔，并且便于形成底孔。
根据第十一方面的铁类预成型件，由铁类粉末烧结构件构成的 铁类预成型件包括微孔，在用熔化的铝类合金镶铸铁类预成型件时， 容易并稳定地使熔化的铝类合金与铁类预成型件紧密接触，根据具体 情况，熔化的铝类合金被熔化以侵入铁类预成型件，并且铁类预成型 件可以适当地构成金属基复合物。
根据第十二方面的结构，通过埋入铁类预成型件以与具有轴承 面的铝类合金基材镶铸而形成轴颈部分，轴承面呈凹面形状，由半圆 弧形状的截面沿铁类预成型件的内周面形成，在这样的轴颈部分中， 铁类预成型件与铁类材料制成的轴之间的热膨胀系数差减少，从而， 即使轴颈部分的温度上升，也可将轴与轴承面之间的间隙限制在可允 许的范围内，并且可以避免在转动轴时引起的振动或者噪音。
此外，避免在铁类预成型件的内周面处产生界面间隙，提高了 基材和铁类预成型件的热传导系数，并且使在轴颈部分周向的热传导 率变得均匀，轴颈部分的轴承面侧均匀地膨胀并且确保了圆度。从而， 限制了轴颈与轴之间磨擦系数增加，从而由于磨擦阻力降低，可以确 保发动机的燃油成本、功能和使用寿命等等。
通过下文说明和所附权利要求，本发明的其它技术方面和优点 将更为明了。
附图说明
图1是轴侧图，示出根据第一示意性实施例的铁类预成型件的 轮廓；
图2是图1的线I-I的剖视图；
图3是在正交于汽缸体曲轴的方向的竖直剖视图；
图4是图3箭头II所示方向的视图；
图5是轴颈部分的示意图；
图6(a)是剖视图，示出另一个通孔；
图6(b)是图6(a)的通孔的视图，为图6(a)的箭头III所 示方向的视图；
图7(a)是剖视图，示出另一个通孔；
图7(b)是图7(a)的通孔的视图，为图7(a)的箭头IV所 示方向的视图；
图8是另一铁类预成型件的剖视图；
图9是根据第二示意性实施例的铁类预成型件的剖视图；
图10是轴颈部分的示意图；
图11(a)是另一个底孔的剖视图；
图11(b)是图11(a)的底孔的视图，为图11(a)的箭头V 所示方向的视图；
图12(a)是另一个底孔的剖视图；以及
图12(b)是图12(a)的底孔的视图，为图12(a)的箭头V 所示方向的视图。

下面参照附图，通过以水平对置的4缸发动机的曲轴的轴颈部 分和布置在轴颈部分处的铁类预成型件为例，说明用于形成金属基复 合物的铁类预成型件，以及具有根据本发明的铁类预成型件的轴颈部 分结构的实施例。
(第一实施例)
图1是轴侧图，示出根据第一示意性实施例的轮廓，而图2是 沿图1的线I-I的剖视图。
根据本示意性实施例的用于形成金属基复合物的铁类预成型件 (以下称为“铁类预成型件”)1由铁类粉末烧结构件形成，铁类粉 末烧结构件的构成是通过：混合铁类粉末、铜粉末、石墨粉末、润滑 剂粉末或者进一步地混合用于提高可机加工性的细粉末，以构成混合 粉末，然后把混合粉末装填进模具中，以通过使用压力机等等加压成 型，在1100至1250℃的温度下烧结。而且，对于烧结条件，优选地， 调节温度和时间，从而使铁类粉末烧结构件的热膨胀系数等于或者小 于13.5×10-6/℃。
如在图1和图2中所示，铁类预成型件1包括预成型件主体10 和相互对置的端面13、14，预成型件主体具有内周面11和外周面12， 内周面和外周面呈半圆弧形状，或者呈沿中心轴线L的方向延伸的U 字形状，预成型件主体10的两个端缘都与法兰部分15、16一体形成， 并且各个法兰部分15、16钻有通孔15a、16a。
预成型件主体10的内周面11包括：第一内周面11a，大致呈半 圆弧形状，并且沿中心轴线L的方向延伸；第二内周面11b，为平坦 面的形状，形成为连续于内周面11a的一端；以及第三内周面11c 和第四内周面11d，为平坦面的形状，分别形成为连续于第二内周面 11b和第一内周面11a的另一端，并且相互对置。外周面12包括： 第一外周面12a，呈半圆弧形状，并且沿中心轴线L的方向延伸；第 二外周面12b，为平坦面的形状，形成为连续于第一外周面12a的一 端；以及第三外周面12c和第四外周面12d，分别形成为连续于第二 外周面12b和第一外周面12a的另一端，并且相互对置。
钻有多个使预成型件主体10的外周面12与内周面11连通的通 孔。根据本示意性实施例，制成下列各通孔：第一通孔21A，具有正 交于中心轴线L的基准线La，并且使第一内周面11a与第一外周面 12a连通；第二通孔21B，具有平行于基准线La的基准线Lb，并且 使第二内周面11b与第二外周面12b连通；第三通孔21C，具有正 交于基准线La的基准线Lc，并且使第三内周面11c与第三外周面 12c连通；以及第四通孔21D，具有正交于基准线La的基准线Ld， 并且使第四内周面11d附近的第一内周面11a与第四外周面12d连 通。
通过形成第一至第四通孔21A至21D，当连通铁类预成型件1 的内周面11和外周面12以把铁类预成型件1埋入铝类合金中时，改 进了熔化金属的通道，铁类预成型件1的表面面积增加，以得到粘附 性能以及与熔化的铝类合金的结合强度，容易且稳定地使熔化的铝类 合金与之紧密接触，以实现其金属基复合物成型。视情况而异，可以 把熔化的铝类合金熔化以侵入铁类预成型件1。在用模具加压成型或 者机加工烧结构件时，形成第一至第四通孔21A至21D。优选地， 通过在用模具加压成型时同时形成通孔，达到制造加工的高效成型并 且限制制造加工成本。
第一通孔21A包括：通孔主体22A，通孔主体的截面是圆形的， 设有在基准线La的方向呈圆筒形连续的内面，和对内周面11a开口 的内端22Aa；以及呈锥度的孔部分23A，呈锥度的孔部分形成为与 通孔主体22A外端22Ab连续，向第一外周面12a开口，并且呈锥度 的孔部分的内径从通孔主体22A的外端22Ab一侧向第一外周面12a 一侧逐渐增加。
第二通孔21B包括：通孔主体22B，通孔主体的截面是圆形的， 包括在基准线Lb的方向呈圆筒形连续的内面，和对第二内周面11b 开口的内端22Ba；以及呈锥度的孔部分23B，呈锥度的孔部分形成 为与通孔主体22B的外端22Bb连续，并且向第二外周面12b开口， 并且呈锥度的孔部分的内径从通孔主体22B的外端22Bb一侧向第二 外周面12b一侧逐渐增加。
第三通孔21C包括：通孔主体22C，通孔主体的截面是圆形的， 包括在基准线Lc的方向呈圆筒形连续的内面，和对第三内周面11c 开口的内端22Ca；以及呈锥度的孔部分23C，呈锥度的孔部分形成 为与通孔主体22C的外端22Cb连续，并且对第三外周面12c开口， 并且呈锥度的孔部分的内径从通孔主体22C的外端22Cb一侧向第三 外周面12c一侧逐渐增加。
第四通孔21D包括：通孔主体22D，通孔主体的截面是圆形的， 包括沿基准线Ld的方向呈圆筒形连续的内面，和对第一内周面11a 开口的内端22Da；以及呈锥度的孔部分23D，呈锥度的孔部分形成 为与通孔主体22D的外端22Db连续，并且对第四外周面12d开口， 并且呈锥度的孔部分的内径从通孔主体22D的外端22Db一侧向第四 外周面12d一侧逐渐增加。
尽管各个通孔21A至21D的形状由于构成金属基复合物的产品 形状等等的特性而不同，优选地，当预成型件主体10的厚度(也就 是说从内周面11至外周面12的尺寸)为5至20mm，并且，通过用 铝类合金镶铸预成型件而形成在内周面11一侧上的下述薄壁部分 38、39(参见图5)的厚度是0.5至9.5mm时，各个通孔主体22A至 22D的内径“A”是1至19mm(1mm≤A≤19mm)。而且在相邻的通 孔21之间的间隙“B”，也就是，在内周面11一侧上的第一通孔21A 的通孔主体22A内端22Aa的开口中心与第二通孔21B的通孔主体 22B内端22Ba的开口中心之间的间隙“B”，第二通孔21B通孔主 体22B的内端22Ba的开口中心与第三通孔21C的通孔主体22C的 内端22Ca的开口中心之间的间隙“B”，第一通孔21A的通孔主体 22A的内端22Aa的开口中心与第四通孔21D的通孔主体22D的内 端22Da的开口中心之间的间隙“B”，形成得等于或者大于通孔主 体22A至22D的内径“A”的1.5倍且等于或者小于通孔主体22A 至22D的内径“A”的5倍(1.5A≤B≤5A)。
由平滑连续的弯曲面，即所谓的R形状或者斜切，形成各个通 孔主体22A至22D的内端22Aa至22Da(对内周面11开口)与内 周面11连续的部分。
此外，优选地，第一至第四通孔21A至21D的深度“C”等于 或者大于通孔主体22A至22D的内径“A”的0.5倍且等于或者小于 内径“A”的5倍(0.5A≤C≤5A)。
优选的是，事先通过试验或者模拟，按照产品的界面紧密接触 状态和在基材侧产生裂开等情况，决定各个通孔21A至21D的通孔 主体22A至22D的内径“A”、相邻的第一至第四通孔21A至21D 的各间隙“B”、各第一至第四通孔21A至21D的深度“C”、以及 各通孔主体22A至22D的内端22Aa至22Da与内周面11处的连续 部分的曲面形状，以通过构成金属基复合物的产品形状等特性进行优 化设定。
如需要，对铁类预成型件1进行喷丸处理，以构成Rz为10至 100μm的表面粗糙度。通过对铁类预成型件1进行喷丸处理，去除 形成在表面上的氧化膜等等而清理其表面，并且把分散进基体中的游 离Cu相曝露到表面上。从而改进与熔化的铝类合金的润湿性并且提 高了用铝类合金的镶铸性能。
把以此方式形成的铁类预成型件1固定到模具，并且通过把铁 类预成型件1埋入熔化的铝类合金中，进行镶铸，铝类合金容易地进 行粘附，且稳定地粘附到铁类预成型件1上，并且视情况而异被熔化 以侵入铁类预成型件1，从而构成金属基复合物。
图3和图4示出使用铁类预成型件1的轴颈部分的实施方式。 本实施方式示出对水平对置的4缸发动机的轴(例如曲轴)进行轴向 支承的轴颈部分，图3是沿正交于该汽缸体的曲轴的方向的竖直剖视 图，而图4是图3箭头II所示方向的视图。
在图3和图4中，通过用铝类合金铸造分开地形成左和右汽缸 体31、32，在左侧的汽缸体31形成有多个左侧轴颈部分33，左侧轴 颈部分具有以半圆弧形状形成在其中心部分的构成凹面的轴承面 34，并且右侧的汽缸体32也形成有多个右侧轴颈部分35，右侧轴颈 部分具有与之相似的轴承面36。
曲轴41布置为，通过将对接形状的轴瓦40a、40b置于各轴颈 部分33、35的左和右轴承面34、36之间，以用之夹紧，并且通过把 轴瓦40a、40b置于各轴颈部分33、35的半圆弧形状轴承面34、36 上，曲轴41轴向地受到支承。曲轴41由铁类材料形成，并且通过在 汽缸内部燃烧混合气体，利用连杆，将活塞的往复运动转换为旋转， 因此曲轴总是受到大的冲击负荷，并且由于传递燃烧混合气体产生的 热而产生热膨胀。
根据本实施方式，通过构成金属基复合物，左和右各轴颈部分 33、35设有具有图1和图2中所示结构的铁类预成型件。在铸造时， 将各铁类预成型件1布置在铸模的轴颈部分形成位置处，形成各汽缸 体31、32，以在镶铸步骤中构成金属基复合物。
在镶铸步骤中，注入到铁类预成型件1外周面12一侧的熔化铝 合金沿铁类预成型件1的表面侵入铁类预成型件1的内周面11侧， 并且还借助于各通孔21A至21D而提供到内周面11侧，以获得优异 的熔化铝类合金通道性能。据此，即使，如图5中具体地所示，在轴 颈部分33、35处形成的半圆弧形状轴承面34、36与铁类预成型件1 的内周面11之间形成的薄壁部分38、39(极薄到约2至3mm)处， 也能够得到优异的熔融金属通道性能。
注入到轴颈部分33、35的轴承面34、36与铁类预成型件1的 内周面11之间的薄壁部分38、39处的熔化铝类合金固化和收缩时， 收缩应力σ1沿内周面11的周向起作用，并且也由于注入到外周面 12一侧的铝类合金固化和收缩，收缩应力σ2沿外周面12的周向起 作用。另一方面，由于侵入铁类预成型件1的各个通孔21A至21D 的熔化铝类合金固化和收缩，收缩应力σ3、σ4、σ5、σ6分别地沿各 通孔21A至21D起作用。
通过对因侵入铁类预成型件1各通孔21A至21D的熔化铝类合 金固化和收缩而产生的收缩应力σ3、σ4、σ5、σ6的阻抗力，在注入 薄壁部分38、39的熔化铝类合金固化和收缩时，沿内周面11在周向 上起作用的收缩应力σ1被分散和吸收。从而，熔化铝类合金沿内周 面11的移动受到限制，并且使熔化铝类合金与内周面11紧密接触， 可以减轻和均匀地分散在收缩后由熔化铝类合金在薄壁部分38、39 处产生的残余应力，减轻薄壁部分38、39的残余应力，从而可以避 免该部分裂开等等。
类似地，通过对因侵入铁类预成型件1各通孔21A至21D的熔 化铝类合金固化和收缩所产生的收缩应力σ3、σ4、σ5、σ6的阻抗力， 在注入铁类预成型件1外周面12侧的熔化铝类合金固化和收缩时沿 外周面12起作用的收缩应力σ2，被分散和吸收，从而熔化铝类合金 沿外周面12的移动受到限制，并且使熔化铝类合金与外周面12紧密 接触，可以减轻并均匀地分散在收缩后在该部分处产生的残余应力。
而且，由于在固化和收缩熔化铝类合金并使熔化铝类合金与铁 类预成型件1紧密接触时，限制熔化铝类合金沿铁类预成型件1内周 面11和外周面12在周向移动，可以避免在铁类预成型件1与铝类合 金构成的基材的界面处产生间隙，并且可以确保在铁类预成型件1 的内周面11和外周面12与包含薄壁部分38、39在内的基材之间的 界面强度。
在此，铁类预成型件1由铁类粉末烧结构件构成，并且因此铁 类预成型件1包括微孔。因此在镶铸步骤中，根据具体情况，容易并 稳定地熔化以侵入铁类预成型件1，从而构成金属基复合物的熔化铝 类合金与铁类预成型件1紧密接触。结果，减少了构成金属基复合物 的铁类预成型件1的热膨胀系数与铁类材料制成的曲轴41的热膨胀 系数之间的差异，并且因此，即使轴颈部分33、35的温度上升，也 能够把曲轴41与轴承面34、36之间的间隙限制在可允许的范围内， 并且可以避免引起转动曲轴41时的振动或者噪音。
而且，通过避免在铁类预成型件1的内周面11与外周面12的 界面处产生的间隙，并通过确保内周面11和外周面12的界面强度， 提高了基材与铁类预成型件1之间的热传导效率，并且沿轴颈部分 33、35周向的热传导率变均匀，轴颈部分33、35的轴承面34、36 侧均匀地膨胀，并且由轴颈部分33、35的轴瓦40a、40b的支承变 得稳定，限制了曲轴41与轴瓦40a、40b之间磨擦系数的增加。由 于降低了磨擦阻力，可以确保发动机的燃油成本、功能和使用寿命等 等。
此外，在轴颈部分33、35处排除了薄壁部分38、39与铁类预 成型件1的界面处的间隙，当机加工轴颈部分33、35的轴承面34、 36时，由于机加工时的负荷而在形成为薄壁的薄壁部分38、39产生 的形变受到限制，并且提高机加工轴颈部分33、35的精度。
在此，当第一至第四通孔21A至21D中的收缩应力σ3、σ4、σ5、 σ6过小时，与熔化铝类合金固化和收缩时薄壁部分38、39的应力σ1 相抵抗的约束力变得过小，在内周面11与基材的界面处形成连续的 间隙，并且界面强度变得不稳定。因此，根据本实施方式，对铁类预 成型件1钻制的第一至第四通孔21A至21D的通孔主体22A至22D 形成为圆筒形，在其内面处以内径为1至19mm的圆形截面连续，当 假定以圆锥孔形成通孔21A至21D时，尽管圆锥孔有利于界面的紧 密接触，但是难于机加工铁类预成型件，制造成本上升，在通孔与内 周面连续部分处形成底切部分，并且与收缩应力σ1相抵抗的约束力 变得过大，在固化和收缩时产生应力集中，特别地，薄壁部分38、 39的破裂或裂开的概率增加。
而且当通孔21A至21D的内径“A”小于1mm时，与由于熔化 铝类合金固化和收缩而产生的薄壁部分38、39的应力σ1相抵抗的约 束力变得过小，并且促使界面粘附作用变得过小。而且在进行喷丸处 理时，难于良好地射流冲击到通孔的内表面，从而不能获得喷丸处理 的效果。
另一方面，当通孔21A至21D的内径“A”大于19mm时，铁 类预成型件的体积变小，并且有预成型件的固有功能和效果降低的担 心，而且由于在第一至第四通孔21A至21D中的熔化铝类合金固化 和收缩而产生的收缩影响变得显著，与第一至第四通孔21A至21D 中基材的粘附力下降，与薄壁部分38、39的应力σ1相抵抗的约束力 变得过小，并且内周面11与基材的界面强度变得不稳定。
当相邻的通孔21之间的间隙“B”，也就是说，在内周面11一 侧上的第一通孔21A的通孔主体22A的内端22Aa的开口中心与第 二通孔21B的通孔主体22B的内端22Ba的开口中心之间的间隙“B”， 第二通孔21B通孔主体22B的内端22Ba的开口中心与第三通孔21C 的通孔主体22C的内端22Ca的开口中心之间的间隙“B”，第一通 孔21A的通孔主体22A的内端22Aa的开口中心与第四通孔21D的 通孔主体22D的内端22Da的开口中心之间的间隙“B”，形成得小 于内径“A”的1.5倍时，难于用模具加压成型铁类预成型件1，为 了附加地用机床等加工各第一至第四通孔21A至21D而显著地增加 了制造成本，铁类预成型件1的体积下降，并且有预成型件的固有功 能和效果降低的担心。在另一方面，当相邻的通孔21之间的间隙“B” 超过内径“A”的5倍时，在通孔之间的部分处产生间隙的概率增加。
而且，当第一至第四通孔21A至21D中对内周面11开口的各 个通孔主体22A至22D内端22Aa至22Da与内周面11连续的部分 的曲面或者斜切的曲率半径过大，则损害界面强度和紧密接触，另一 方面，如果该曲率半径过小则难于制造铁类预成型件1，在熔化铝类 合金固化和收缩时产生应力集中，尤其是，薄壁部分38、39破裂或 者裂开。
而且，当第一至第四通孔21A至21D的深度“C”小于内径“A” 的0.5倍时，在镶铸操作时，熔化的铝类合金难于侵入第一至第四通 孔21A至21D，而在深度“C”超过内径“A”的5倍时，难于用模 具加压成型铁类预成型件1，这样，为了通过机加工等附加地机加工 各第一至第四通孔21A至21D，使制造成本显著地增加。
而且，尽管根据本实施方式，铁类预成型件1的第一至第四通 孔21A至21D的通孔主体22A至22D的内面由圆形截面连续的圆筒 形形成，对通孔的内面进行表面积增大处理：通过在通孔主体22A 至22D的内面处以螺旋的形状形成沟槽22c，如示出其截面的图6(a) 所示，并且如示出图6(a)箭头III所示方向视图的图6(b)所示； 通过在通孔主体22A至22D的内面处形成多个肋22d，如示出其截 面的图7(a)所示，并且如示出图7(a)箭头IV标记所示方向视图 的图7(b)所示；或者通过形成狭长裂口等等，由于通孔主体22A 至22D的内面面积增加，可以增加对在侵入各个通孔21A至21D的 熔化铝类合金固化和收缩时产生的收缩应力σ3、σ4、σ5、σ6的对抗 力。因此进一步地稳固地吸收沿内周面11作用的收缩应力σ1和沿外 周面12作用的收缩应力σ2，限制熔化铝类合金沿内周面11和沿外 周面12移动，并且可以提高使内周面11和外周面12与基材紧密接 触的作用，而且可以降低收缩后在基材处产生的残余应力。
而且如图2中的铁类预成型件1的截面所示，在图8中，按照 构成金属基复合物的产品形状等特性，可以对用于连通内周面11和 外周面12的通孔的数量、布置、尺寸等进行优化设定，通过形成： 第一通孔21A，具有正交于中心轴线L的基准线La，并且使第一内 周面11a与第一外周面12a连通；第二通孔21B，具有平行于基准线 La的基准线Lb，并且使第二内周面11b与第二外周面12b连通；一 对直径相对小的第五通孔21E和第六通孔21F，具有正交于基准线 La的基准线Le、Lf，并且使第三内周面11c与第三外周面12c连通； 直径相对小的第七通孔21G，具有正交于基准线La的基准线Lg， 并且使在第四内周面11d附近的第一内周面11a与第四外周面12d 连通；直径相对小的第八通孔21H，具有平行于基准线Lg的基准线 Lh，并且使第四内周面11d与第四外周面12d连通；以及第九通孔 21J，在第一通孔21A与第八通孔21H之间，具有与中心轴线L斜 交的基准线Lj，并且使第一内周面11a与第一外周面12a连通。优 选地，事先通过实验或者模拟，由产品的界面紧密接触状态和在基材 侧引起裂开等的情况，决定通孔的数量、布置、尺寸等等。
(第二实施例)
图9示出根据第二示意性实施例的铁类预成型件51的轮廓，并 且是与图2对应的剖视图。而且，使与图2中一致的部分具有相同的 标号，并省略对这些部分的详细说明。
根据该第二示意性实施例的铁类预成型件51与铁类预成型件1 相似地由铁类粉末烧结构件形成。
如在图9中所示，与铁类预成型件1相似，铁类预成型件51包 括预成型件主体10，预成型件主体10具有：内周面11，其截面由半 圆弧形状或者U字形状构成，具有第一内周面11a、第二内周面11b、 第三内周面11c、第四内周面11d；以及外周面12，其截面由半圆弧 形状或者U字形状构成，具有第一外周面12a、第二外周面12b、第 三外周面12c、第四外周面12d，铁类预成型件51在预成型件主体 10的两个端部一体形成有法兰部分15、16。
钻有多个连通预成型件主体10的外周面12与内周面11的通孔 和对外周面12开口的底孔。对钻底孔的限制小于对钻通孔的限制， 并且底孔甚至可以钻在限制钻通孔的部分上。根据本第二示意性实施 例，钻有：第一底孔61A，具有正交于中心轴线L的基准线La，并 且对第一外周面12a开口；通孔65，具有平行于基准线La的基准线 Lb，并且使第二内周面11b与第二外周面12b连通；第二底孔61B， 具有正交于基准线La的基准线Lc，并且对第三外周面12c开口；以 及第三底孔61C，具有正交于基准线La的基准线Ld，并且对第四 外周面12d开口。
通过形成通孔65，当把铁类预成型件51埋入铝类合金中以进行 镶铸时，利用通孔65连通铁类预成型件51的内周面11和外周面12 并且改进熔化金属的通道，通过形成第一至第三底孔61A至61C， 铁类预成型件51的表面面积增加，以提高与熔化铝类合金的粘附性 能和结合强度，视情况而异，可以把熔化铝类合金熔化以侵入铁类预 成型件51，以构成金属基复合物。用模具加压成型时，或者在机加 工烧结构件时，形成第一至第三底孔61A至61C和通孔65。优选地， 通过在用模具加压成型时同时地形成通孔，达到制造加工的高效成型 并且限制制造成本。
通孔65包括：截面为圆形的通孔主体66，包括沿基准线Lb的 方向呈圆筒形连续的内面，和对第二内周面11b开口的内端66a；以 及呈锥度的孔部分67，呈锥度的孔部分形成为与通孔主体66的外端 66b连续，且对第二外周面12b开口，并且呈锥度的孔部分的内径从 通孔主体66外端66b一侧向第二外周面12b一侧逐渐增加。与第一 示意性实施例的各个通孔21A至21G相似，优选地，通孔主体66 的内径“A”是1至19mm(1mm≤A≤19mm)，并且优选地，通过平 滑的连续弯曲面，即所谓的R形状或者斜切，使通孔主体66内端66a 对内周面11开口的部分与内周面11构成为连续的，并且，使通孔 65的深度“C”等于或者大于通孔主体66的内径“A”的0.5倍且等 于或者小于内径“A”的5倍(0.5A≤C≤5A)。
第一底孔61A包括：截面为圆形的底孔主体62A，包括沿基准 线La的方向呈圆筒形连续的内面，和包括底部62Ac的内端62Aa； 呈锥度的孔部分63A，形成为与底孔主体62A的外端62Ab连续，并 且对第一外周面12a开口，并且呈锥度的孔部分的内径从底孔主体 62A的外端62Ab一侧向第一外周面12a一侧逐渐增加。
第二底孔61B包括：截面为圆形的底孔主体62B，包括沿基准 线Lc的方向呈圆筒形连续的内面，和包括底部62Bc的内端62Ba； 以及呈锥度的孔部分63B，形成为与底孔主体62B的外端62Bb连续， 并且呈锥度的孔部分的内径从底孔主体62B的外端62Bb一侧向第三 外周面12c一侧逐渐增加。
第三底孔61C包括：截面为圆形的底孔主体62C，包括沿基准 线Ld的方向呈圆筒形连续的内面，和包括底部62Cc的内端62Ca； 以及呈锥度的孔部分63C，形成为与底孔主体62C的外端62Cb连续， 并且对第四外周面12d开口，并且呈锥度的孔部分的内径从底孔主 体62C的外端62Cb一侧向第四外周面12d一侧逐渐增加。
尽管由于构成金属基复合物的产品形状等等的特性，第一至第 三底孔61A至61C和通孔65的形状不同，但是优选地，第一至第三 底孔61A至61C的底孔主体62A至62C的内径“a”为1mm至19mm (1mm≤a≤19mm)。并且优选地，第一至第三底孔61A至61C的深 度“c”等于或者大于底孔主体62A至62C的内径“a”的0.5倍且 等于或者小于内径“a”的5倍(0.5a≤c≤5a)。
优选地，由产品的界面紧密接触状态和在基材一侧上产生裂开 等的情况，决定各个底孔61A至61C的底孔主体62A至62C的内径 “a”等，以由构成金属基复合物的产品形状等特性优化地进行设定。
如果需要，对铁类预成型件51进行喷丸处理。通过对铁类预成 型件51进行喷丸处理，去除形成在表面上的氧化膜等以清理表面， 并且把分散进基体中的游离Cu相曝露，并且促进进行铝类合金的内 部冷却。
图10示出使用铁类预成型件51的轴颈部分实施方式，在通过 浇铸形成各汽缸体时，在铸模中形成轴颈部分的位置处布置，以在镶 铸步骤中构成金属基复合物的方式设置铁类预成型件51。
在镶铸步骤中，注入铁类预成型件51外周面12一侧的熔化铝 类合金，沿铁类预成型件51的表面，侵入铁类预成型件的内周面11 侧，并且还借助于通孔65，提供到内周面11侧，以实现优异的熔化 铝类合金的熔化金属通道性能。
使注入轴颈部分33、35的轴承面34、36与铁类预成型件51的 内周面11之间的薄壁部分38、39的熔化铝类合金固化和收缩时，收 缩应力σ1沿内周面11的周向起作用，并且也由于注入外周面12一 侧的熔化铝类合金的固化和收缩，收缩应力σ2沿外周面12的周向起 作用。另一方面，由于侵入铁类预成型件51的第一底孔61A、通孔 65、第二底孔61B和第三底孔61C的熔化铝类合金的固化和收缩， 收缩应力σ3、σ4、σ5、σ6沿第一底孔61A、通孔65、第二底孔61B 和第三底孔61C起作用。
通过对因侵入铁类预成型件51通孔65的熔化铝类合金固化和 收缩而产生的收缩应力σ4的阻抗力，在注入薄壁部分38、39的熔化 铝类合金固化和收缩时沿内周面11在周向上起作用的收缩应力σ1， 被分散和吸收，熔化铝类合金沿内周面11的移动受到限制，并且使 熔化铝类合金与内周面11紧密接触，可以减轻和均匀地分散收缩后 在薄壁部分38、39处产生的残余应力，减轻薄壁部分38、39的残余 应力，从而可以避免产生裂开等。
类似地，通过对因侵入铁类预成型件51的第一底孔61A、通孔 65、第二底孔61B和第三底孔61C的熔化铝类合金固化和收缩而产 生的收缩应力σ3、σ4、σ5、σ6的阻抗力，在注入到铁类预成型件51 外周面12侧的熔化铝类合金固化和收缩时沿外周面12作用的收缩应 力σ2，被分散和吸收，熔化铝类合金沿外周面12的移动受到限制， 并且使熔化铝类合金与外周面12紧密接触，可以减轻和均匀地分散 在收缩后在该部分处产生的残余应力。
而且，由于在固化和收缩熔化的铝类合金并且使熔化的铝类合 金与铁类预成型件51紧密接触时，限制熔化的铝类合金沿铁类预成 型件51的内周面11和外周面12移动，可以避免在铁类预成型件51 与铝类合金构成的基材之间的界面处产生间隙，并且可以确保在铁类 预成型件51的内周面11和外周面12与包含薄壁部分38、39在内的 基材之间的界面结合强度。
在此，铁类预成型件51由铁类粉末烧结构件构成，并且因此铁 类预成型件51包括微孔，在执行镶铸步骤时，容易并且稳定地使熔 化的铝类合金与铁类预成型件51紧密接触，视情况而异，构成金属 基复合物，减少了构成金属基复合物的铁类预成型件51的热膨胀系 数与铁类材料制成的曲轴41的热膨胀系数之间的差。因此，即使在 轴颈部分33、35的温度上升时，也能够把曲轴41与轴承面34、36 之间的间隙限制在可允许的范围内，并且可以避免转动曲轴41时引 起振动或者噪音。
而且，通过避免在铁类预成型件51的内周面11与外周面12的 界面处产生间隙，并确保内周面11和外周面12的界面强度，提高了 包含铝类合金的基材与铁类预成型件51之间的热传导效率，并且沿 轴颈部分33、35的周向的热传导率变均匀，轴颈部分33、35的轴承 面34、36侧均匀地膨胀，并且由轴颈部分33、35的轴瓦支承变得稳 定，限制了曲轴与轴瓦之间磨擦系数的增加，从而，由于降低了磨擦 阻力，可以确保发动机的燃油成本、功能、使用寿命等。
此外，当机加工轴颈部分33、35的轴承面34、36时，在轴颈 部分33、35处，排除了薄壁部分38、39与铁类预成型件51的界面 处的间隙，由于机加工时的负荷而在形成为薄壁的薄壁部分38、39 中产生形变受到限制，并且提高机加工轴颈部分33、35的精度。
在此，当施加在通孔65内周面11侧的收缩应力过小时，与在 熔化的铝类合金固化和收缩时薄壁部分38、39的应力σ1相抵抗的约 束力变得过小，在内周面11与基材的界面处形成连续的间隙，使界 面强度变得不稳定。因此，根据本示意性实施方式，对铁类预成型件 51钻制的通孔65的通孔主体66形成为内径为1至19mm并以圆形 截面连续的圆筒形形状，当假定通孔65的内径“A”小于1mm时， 与由于熔化的铝类合金固化和收缩时薄壁部分38、39的应力σ1相抵 抗的约束力变得过小，并且促进界面粘附的作用变得过小。另一方面， 当通孔65的内径“A”大于19mm时，铁类预成型件51的体积变小， 并且有预成型件的固有功能和效果降低的担心，而且由于在通孔65 中熔化铝类合金固化而产生的收缩影响变得显著，在通孔65中与基 材的粘附力下降，与薄壁部分38、39的应力σ1相抵抗的约束力变得 过小，并且内周面11与基材的界面强度变得不稳定。
而且，当对因侵入第一至第三底孔61A至61C和通孔65的熔 化铝类合金固化和收缩而产生的收缩应力σ3、σ4、σ5、σ6的阻抗力 过小时，与熔化铝类合金固化和收缩时外周面12侧的基材的应力σ2 相抵抗的约束力变得过小，在外周面12与基材的界面连续地形成间 隙，并且界面强度变得不稳定。因此，根据本实施方式，在内面中， 对铁类预成型件51钻制的通孔65的内径为“A”，第一至第三底孔 61A至61C的内径a为1至19mm，并由圆形的截面连续而形成为圆 筒形的内面，当通孔65的内径“A”和各个底孔61A至61C的内径 a小于1mm时，与由于熔化的铝类合金固化和收缩而在外周面12侧 处产生的应力σ2相抵抗的约束力变得过小，促使界面粘附的作用变 得过小，而且，当进行喷丸处理时，难于对通孔主体66和底孔主体 62A至62C的内面进行良好地射流冲击，从而不能获得喷丸处理的 效果。
另一方面，当通孔65的内径“A”和各个底孔61A至61C的内 径a大于19mm时，铁类预成型件51的体积减少，并且有预成型件 的固有功能和效果降低的担心，而且，在通孔主体66和底孔主体62A 至62C中，由于熔化的铝类合金固化而产生的收缩影响变得显著， 与通孔主体66和底孔主体62A至62C中的基材的粘附力下降，与外 周面12和基材的应力σ2相抵抗的约束力变得过小，从而使得外周面 12与基材的界面强度变得不稳定。
而且，当通孔65的深度“C”和第一至第三底孔61A至61C的 深度“c”分别小于内径“A”、内径“a”的0.5倍时，在内冷却时， 熔化的铝类合金难于侵入通孔65和第一至第三底孔61A至61C，而 上述深度超过内径“A”、内径“a”的5倍时，难于用模具加压成 型铁类预成型件51，从而为了通过机加工等方式附加地机加工通孔 65和第一至第三底孔61A至61C，显著地增加了制造成本。
而且，尽管根据本示意性实施方式，铁类预成型件51的第一至 第三底孔61A至61C的底孔主体62A至62C的内面，由圆形截面连 续形成为圆筒形，通过如示出其截面的图11(a)所示，以及如示出 图11(a)箭头V所示方向视图的图11(b)所示，在底孔主体62A 至62C的内面处以螺旋形状形成沟槽62c，通过如示出其截面的图 12(a)所示，以及如示出图12(a)箭头VI所示方向视图的图12 (b)所示，在底孔主体62A至62C的内面处形成多个肋62d，对底 孔主体62A至62C的内面进行表面积增大处理，增加了底孔主体62A 至62C的内面面积，在这种情况下，可以增加在侵入第一至第三底 孔61A至61C的熔化铝类合金固化和收缩时的收缩应力σ3、σ5、σ6。 因此，可进一步地稳固地吸收沿外周面12在周向起作用的收缩应力 σ2，通过对形成在外周面12上的熔化铝类合金的移动进行限制，促 进使外周面12与基材紧密接触的作用，而且可以降低收缩后在基材 上的残余应力。
而且，尽管根据本示意性实施例，制成对外周面12开口的第一 至第三底孔61A至61C，然而，可以布置对内周面11开口的底孔。 而且，可以按照构成金属基复合物的产品形状等特性，优化通孔和底 孔的数量、布置、尺寸等等。优选地，事先通过实验或者模拟，按照 产品的界面紧密接触状态和在基材侧引起裂开等的情况，决定通孔的 数量、布置、尺寸等等。
本申请要求2005年9月提交的日本专利申请2005-287941号的 优选权，该申请的全部内容以引用方式并入本文。
对于本领域的普通技术人员，容易对所说明的本发明示意性实 施例做各种修改和变化，而不偏离本发明的精神和范畴。因此本发明 覆盖与所附权利要求范围一致的所有修改和变例及其等同置换。