JPH01182667A - ピストンリングの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、自動車エンジン等の内燃機関において、燃焼
室の気密性を保持することを主目的として使用されるピ
ストンリングの製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

自動車エンジン等におけるピストンリングの発展過程は
、軽量化を目的として鋳鉄リングから薄肉化の可能な溶
製法によるスチール製リングに移行し、例えば特公昭６
１−２２１３１、特公昭５７−８３０２、特公昭５８−
４６５４２．特公昭６１−２１３０２など多くの材質が
提案されている。

最近になりヂーゼルエンジンやターボチャージャーの普
及にともなう高出力化によりピストンリングに対する要
求特性がさらに厳しくなっており、この対策には耐摩耗
性や耐焼付性向上を図る方法としてシリンダーと摺動す
るリング外周部に金属やセラミツツクの溶射あるいは硬
質粒子を分散させた複合メツキ等の試みが行なわれてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ピストンリングは、内燃機関の重要部品であり、その耐
焼付性、耐摩耗性、機械的性質等の向上は、直接エンジ
ンの高性能化に結びつくため、従来のスチール製ピスト
ンリングに対しても、より特性の高い材質が望まれてい
る。そのためには、基地の強化、硬質炭化物の生成が効
果的であり、かかる材質には高炭素高合金化が有効であ
る。しかし、従来行なわれてきた溶製法では、造塊の凝
固過程で晶出する共晶炭化物がその後の塑性加工中に十
分微細化できず、製品の母材中に巨大炭化物あるいはス
トリンガ−状の炭化物を形成してミクロ偏析となり、ピ
ストンリングとしての要求特性を発揮させることが困難
となるばかりでなく、特に高炭素の場合は冷間加工はも
とより、熱間加工さえ不可能となる。

また、塑性加工による線材は、最終的に略ＨＲＣ３８〜
４５の硬さに焼入れ焼もどしの後、冷間でリング形状に
曲げ加工されるが、母材中に巨大炭化物やストリンガ−
状炭化物が多く存在すると、曲げ加工時に折損する問題
があり、特別な例として先に本願出願人が提案（特願昭
６２−１７５６７０）　Ｌ、た温間で曲げ加工を施す場
合がある。しかし、さらにピストンリングの高性能化を
目的として基地の強化および硬質炭化物量の増加を図ろ
うとしても溶製法による高炭素高合金鋼では、上記の問
題点を回避することには限界がある。

一方、前述のようなシリンダーと摺動するリング外周部
にセラミックの溶射あるいは硬質粒子を分散させる複合
メツキ等の表面処理を施した場合には、シリンダー内面
の摩耗が激しくなるばかりでなく、表面処理層の剥離や
亀裂が発生しリング材の疲労破壊の原因となる欠点があ
る。

本願発明は、かかる問題点を解決するために強靭な基地
中に硬質炭化物を均一微細に分散させて耐摩耗性および
疲労強度に優れ、さらに塑性加工や曲げ加工性に有効な
ピストンリングの製造方法を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本願発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、塑性加工により線材となし、これを調質した後曲
げ加工を行うピストンリングの製造方法において、出発
原料が粉末冶金法からなる中高炭素含有金属粉末を圧密
化したものであることを特徴とするピストンリングの製
造方法である。

本願発明において、中高炭素含有金属粉末は汎用のダイ
ス鋼および高速度工具鋼でも良いが、従来の溶製法では
塑性加工ができなかった高炭素高合金系についても適用
できるほか、高Ｃｒｌを用いることができる。

これらの中高炭素含有金属粉末は、一般的には水アトマ
イズまたはガスアトマイズ法で製造し、熱間静水圧プレ
ス（以下ＨＩＰと記す）によって圧密化してビレットを
得た後、熱間加工および冷間加工を施して線材に仕上げ
られる。

本願発明の目的のひとつは、かかる中高炭素含有金属の
塑性加工性を改善することにある。従来の溶製法によれ
ば、鋳塊に存在する巨大な共晶炭化物が熱間加工性を著
しく害するほか、冷間加工においても疵の発生源となっ
て１パス当りの減面率を小さくする必要があり、また加
工量の限界が低いために、しばしば焼なまし処理を実施
しなければならなかった。これに対して１本願発明の中
高炭素含有金属粉末をスタート材にすると共晶炭化物が
極めて小さく均一に分散するために、熱間加工性が著し
く改善されるほか冷間加工による疵の発生が著しく抑制
され、作業工程の短縮やリングの曲げ加工性向上に大き
く寄与することがわかった。また従来の溶製法では加工
できなかった高炭素含有金属も本願発明の粉末法によっ
て線材の製造が可能になった。

本願発明の二つめの目的は、ピストンリングの特性を向
上することにあり、中高炭素含有金属粉末からピストン
リングを製造した場合、従来の溶製法による鋼と比較し
てより多くの均一微細な硬質炭化物を形成できるために
耐摩耗性、疲労強度を著しく改善することができる。

〔実施例〕

以下本願発明の実施例に基づき説明する。

第１表に示す化学組成を有するダイス鋼、高速度工具鋼
および高Ｃｒ　Ｉｌｌを粉末法または溶製法によってイ
ンゴットを得た。

試料工ないし試料３は、ガスアトマイズ法で粉末鋼を得
た後、これをＨＩＰで圧密化してインゴットを作成した
。

ＨＩＰ処理は、加熱温度１１６０℃、１０００気圧で３
時間保持する条件で行なった。十分な圧密化を得るため
には加熱温度は１０００℃以上で材料の溶融温度以下と
し、５００気圧以上とすることが必要である。

試料４ないし試料６は、電気炉で大気溶解し、鋳造して
インゴットを得た。

これらのインゴットは熱間鍛造した後、熱間圧延して５
．５ｎｎφのコイルにした。このコイルを伸線したあと
冷間圧延により断面寸法３ｍｍ（ｗ）Ｘ２ｍｍ（１）の
平線に仕上げた。

第２表は、それぞれの試料について各製造工程における
塑性加工状況を評価したものである。

なお平線に仕上げた各試料の一部を調質して１１ＲＣ４
２に調整した後、均−伸びを測定し、その結果を第２表
に併記する。

第１表に示す試料工ないし試料３は、本願発明の粉末か
ら製造する方法で、試料１および試料２は、塑性加工の
不可能な高炭素を含有する高速度工具鋼およびダイス鋼
、試料３は溶製から製造可能な高Ｃｒステンレス鋼の５
ＵＳ４４０Ｂであり、試料４ないし試料６は従来法の溶
製法から造塊した汎用高速度鋼５ＫＨ５５、ダイス鋼５
ＫＤＩＩおよび比較鋼として粉末法の試料３に相当する
高Ｃｒステンレス鋼ＥＵＳ４４０Ｂである。

第２表に示すように、試料１および試料２は通常の溶製
法では、鋳塊中６巨大な共晶炭化物のために分塊が不可
能であるのに対して、粉末法の場合は、共晶炭化物が超
微細化するために熱間加工が容易となるだけでなく、冷
間加工においても溶製材の試料４および試料５に比較し
て同等またはより大きな断面減面率の限界を表わすこと
がわかる。

また５ＵＳ４４０Ｂを粉末法と溶製法で比較すると、溶
製法からなる試料６は、連続伸線における減面率の限界
が約４０％であるのに対して、粉末法からなる試料３は
約６０％になり、伸線作業の短縮に大きな効果の有るこ
とを示している。

前述したように、これらの平線をピストンリング材とし
て使用する場合には１選定する材質にもよるが、一般に
はＨＲＣａ８〜４５の硬さに調質した後に曲げ加工を施
すが、これは耐摩耗性をより向上させるためには、さら
に高い硬さが要求されるのに対して曲げ加工の点で、こ
れ以上の硬さでは折損するなどの不具合を生じるため、
材料本来の硬さよりかなり低い硬さに調質して使用され
ているのが現状である。

第２表に示すように、本願の粉末法から製造して調質さ
れた試料の均−伸びは溶製法から得た試料に比較して大
きいので、より高い硬さに調質して曲げ加工することも
可能となり、ピストンリングの耐摩耗性の向上に寄与す
ることができる。

本願発明の製造方法によるピストンリングは。

従来行なわれてきた摺動部のメツキ処理や窒化処理など
の表面処理を施すことができるほか、従来の溶製法によ
る鋼から製造されるピストンリングより耐摩耗性や疲労
強度が一段と向上することから薄肉化も合せて可能とし
たものである。

〔発明の効果〕

本願発明の粉末冶金法による中高炭素含有金属粉末を出
発原料とした場合、従来の溶製したスチール製ピストン
リングでは得られない優れた熱間加工性および冷間加工
性を有するばかりでなく、靭性が著しく向上するので、
より高い硬さで曲げ加工が容易になり耐摩耗性や疲労強
度などの向上に寄与するとともに、さらに高炭素高合金
化によってピストンリングの要求特性の改善を図ること
ができ工業上非常に有益なものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　塑性加工により線材となし、これを調質した後曲げ
   加工を行うピストンリングの製造方法において、出発原
   料が粉末冶金法からなる中高炭素含有金属粉末を圧密化
   したものであることを特徴とするピストンリングの製造
   方法。 ２、中高炭素含有金属粉末がダイス鋼、高速度工具鋼、
   高Ｃｒ鋼の１種または２種以上である特許請求の範囲第
   １項記載のピストンリングの製造方法。