JPH0119060B2

JPH0119060B2 -

Info

Publication number: JPH0119060B2
Application number: JP56056274A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hiraoka; Shigeru Urano
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1981-04-16
Filing date: 1981-04-16
Publication date: 1989-04-10
Also published as: JPS57171049A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は内燃機関に関するもので、詳しくは鋼
製サイドレールとスペーサーエキスパンダーより
構成されてなる組み合わせオイルリングのサイド
レールと該サイドレールと相対的に摺動関係にあ
るシリンダーライナーの最適の組み合わせを提供
せんとするものである。

かかるオイルリンダは第１図に示す如く２本の
サイドレール１，１をスペーサーエキスパンダー
２が軸方向及び半径方向に支承し、サイドレール
の外周面１１がシリンダーライナー内周面３１を
摺動するものである。

先ずこのオイルリングはサイドレールが通常
1.0mm以下の薄巾リングであつて半径方向の挙動
に柔軟性を持つことによつてシリンダーライナー
内周面への追従性が向上されシール機能が優れる
ものである。従つて基本的な条件としての薄巾化
には鋼線材を用いざるを得ず、この鋼材の機械的
性質がピストンリング用途としては種々問題があ
つて改良が望まれるものであつた。その最も大き
な問題としては、デイーゼル機関の如き高温、高
負荷の条件において鋼材はいわゆる熱へたり現象
を起こし自己張力を失なうものであり、又サイド
レールの摩耗が著しく大きく耐摩耗対策を要する
ものであつた。

すなわち、従来にあつてはオイルリングの上記
の問題、特に耐摩耗対策においてはサイドレール
（材料としては炭素鋼）の外周面に硬質クロムメ
メツキに代表される表面被覆処理がなされてい
た。この硬質クロムメツキ処理を行なわず、サイ
ドレールを炭素鋼のままで使用するとスカツフイ
ングが発生てしまうのが現状であつた。

即ち、サイドレールの外周面はシリンダー内周
面との摺動面であるため最も耐摩耗性を要求され
るが、一般的には前述の如くクロムメツキが施さ
れるが、クロムメツキはクロムメツキしたシリン
ダーと組み合わせて使用した場合の同一材料金属
接触による摩耗が生じ、又デイーゼル機関、高鉛
ガソリン機関で腐食摩耗が進行しやすいばかりで
なく、クロムメツキ廃液公害等の問題があつた。

本発明では、上述の点に鑑み、オイルリングの
サイドレールの外周面に全く表面処理を行なわず
に耐摩耗性に優れたサイドレールであり、又該サ
イドレールと最適な組み合わせである焼入したシ
リンダーライナーを提供するものである。

即ち、本発明におけるオイルリングのサイドレ
ールとしては、母材の基地組織が焼戻マルテンサ
イトであり、10μ以下で硬度HV1200〜1500であ
る微細粒状炭化物が面積比で３〜７％分散してお
り、全体硬度がHRC38〜43であり、かつ重量比
でC0.85〜0.95％、Si1.0％以下、Mn1.0％以下、
Cr17.0〜19.0％、Mo1.0〜1.3％、V0.07〜0.12％、
残部不可避的不純物を含むマルテンサイト系ステ
ンレス鋼であり、シリンダーライナーとしては、重量比でT.
C.2.5〜3.5％、Si1.5〜2.5％、Mn0.5〜1.0％、P0.2
〜0.8％、S0.2％以下、B0.02〜0.15％、Cu又は
Ni0.15〜1.0％、Mo0.1〜1.0％、Cr又はV0.1〜1.0
％、残部鉄および不可避的不純物からなり、基地
組織は、焼入処理を施すことによりマルテンサイ
ト基地とし、基地中に高硬度の炭化物が面積比で
５〜25％で、かつ基地と炭化物の硬度差が
HV300以上である合金鋳鉄とし、両者を組み合
わせてなるものである。

以下に本発明のオイルリングのサイドレールの
成分限定理由について述べる。

サイドレールの表面組織が10μ以下である微細
粒状炭化物が均一に分散しているために炭化物周
囲から発生するクラツク発生を防止することが可
能であり、又炭化物量も面積比３〜７％の範囲に
設定することによつて脆化を防止しうるものであ
る。また微細粒状炭化物の硬度はHV1200未満で
はサイドレール外周面摩耗が過大となり、
HV1500超ではスペーサーエキスパンダーを著し
く摩耗させてしまうためHV1200〜HV1500の範
囲に設定する必要がある。

サイドレールの全体硬度としてはHRC38未満
では、鋼材の機械的性質としてピストンリング用
途としては使用に供することが困難であり、
HRC43超では、成形加工に困難が生じるため
HRC38〜HRC43に設定されるものである。

Ｃ量については炭化物量を制御するものであつ
て0.85％未満では炭化物が不足し、0.95％超では
多すぎる。

Siは脱酸剤としての作用をするが1.0％超では、
その作用が強すぎもろい組織となりやすく悪影響
を及ぼす。

Mnにつては、脱酸脱硫の作用を有するが1.0％
超では耐酸化性、耐酸性を劣化せしめる。

Crは炭化物生成元素として作用するほか、耐
熱性、耐食性を向上するために用いるものであ
り、17.0％未満ではその効果が充分得られず19.0
％超ではもろくなり使用に耐えないため17.0〜
19.0％に設定する。

Mo、Ｖについては母材の軟化に対する抵抗元
素として作用するほか、炭化物生成にも寄与する
ものであり、Moでは1.0％以上、Ｖでは0.07％以
上で効果を発揮し、Mo1.3％超、Ｖでは0.12％超
では添加量に対しての顕著な効果の向上が得られ
ないため、この範囲で選ばれるものである。

次にシリンダーライナーについて述べる。

Ｃ量については、2.5％未満では耐スカツフイ
ング性の優れた黒鉛量及び黒鉛形状が不適当にな
り、3.5％超では黒鉛が粗大になり、シリンダー
ライナー材として必要な強度が不足する。

Si量は、1.5％未満では黒鉛量が不足し、チル
化の問題を生じ、2.5％超では黒鉛化が促進され
過ぎ黒鉛の粗大を招き強度低下をもたらす。

Mn量については、0.5％未満では材料の強度、
不純物で材料の脆化をもたらすＳの悪影響を除く
ことができなく、又Mnはパーライトを強化し、
Ｓと結合してMnSになり材料の脆化をも防止す
るために含有させるが、1.0％超では不必要であ
る。

Ｐ量は、0.2％未満では耐摩耗性の優れたステ
ダイトの量が少なくなり、0.8％超ではステダイ
ト量が増大し、熱処理時に焼割れにつながる。

Ｓ量は、0.2％超では材料の脆化につながつて
しまう。

Ｂ量は、0.02％未満では耐摩耗性に寄与する特
殊ステダイトの量が少なく、0.15％超では特殊ス
テダイトの量が過大となり、材料が脆化する。

Cu又はNiは主に基地組織の強化を目的に含有
させるが、0.1％未満では効果無く、1.0％超含有
させると基地組織が変化するので望ましくない。

Mo量は焼入性の向上と共に基地組織を強化す
るのに有効な元素であり、0.1％未満では著しい
効果が得られず、1.0％超では基地組織がベーナ
イト化する傾向があり、被削性を必要とする部分
の硬化が高くなるので1.0％以下とした。

Cr又はＶは、炭化物形成元素であり、0.1％未
満ではその効果がなく、1.0％超では炭化物が増
大し、材料が硬化し、脆化する。

本発明のシリンダーライナー材では、炭化物を
適当量組織中に析出させ、耐スカツフイング性を
高め、また炭化物の高硬度から耐摩耗性を向上さ
せるが、面積比５％未満では充分な耐スカツフイ
ング性及び耐摩耗性が得られず25％超では炭化物
が過剰となり被削性をそこなうことになる。基地
組織は、素材を高周波焼入、火焔焼入等の熱処理
により、急速加熱を行い炭化物を分解させること
なく焼入を行いマルテンサイト化させるが硬さと
してはHV400以上が一般的で、析出物で一番低
硬度がステダイトでありHV700程度であり、基
地と炭化物との硬度差がHV300未満であると
各々の摩耗速度があまりなく、潤滑油保持の点で
難点が生じ、耐摩耗性、耐スカツフイング性の効
果が得られない。

以上記した如く本発明にあつては、オイルリン
グのサイドレールの外周面に全く表面処理を行な
わずに耐摩耗性に優れたサイドレールであり、又
該サイドレールと最適な組み合わせである焼入し
たシリンダーライナーを得るものである。

このことを立証するために以下、摩耗試験の結
果を示す。

Γ本発明（サイドレール材） ●成分（重量％）Ｃ：0.82、Si：0.42、Mn：
0.38、Ｐ：0.0023、Ｓ：0.008、Ni：0.18、Cr：
17、20、Mo：1.12、Ｖ：0.14、残Fe ●硬さ HRC41 （シリンダーライナー材） ●成分（重量％）Ｃ：3.32、Si：2.19、Mn：
0.79、Ｐ：0.31、Ｓ：0.08、Ｂ：0.025、Cu：
0.33、Mo：0.21、Cr：0.67、残Fe ●基地組織：マルテンサイト、炭化物（焼入焼戻
し）・硬さ HRC40 従来例１（サイドレール材） ●成分（重量％）Ｃ：081、Si：0.30、Mn：
0.43、Ｐ：0.025、Ｓ：0.013、残Fe ●硬さ HV351 （シリンダーライナー材） ●成分（重量％）Ｃ：3.32％、Si：2.19、Mn：
0.79、Ｐ：0.31、Ｓ：0.08、Cu：0.25、Mo：
0.21、残Fe ●基地組織：パーライト、ステダイト ●硬さ HRB97 従来例２（サイドレール材） ●成分（重量％）Ｃ：0.82、Si：0.42、Mn：
0.38、Ｐ：0.0023、Ｓ：0.008、Ni：0.18、Cr：
17.20、Mo：1.12、Ｖ：0.14、残Fe ●硬さ HRC41 （シリンダーライナー材） ●成分（重量％）Ｃ：3.32％、Si：2.19、Mn：
0.79、Ｐ：0.31、S0.08、Cu：0.25、Mo：0.21、
残Fe ●基地組織：パーライト、ステダイト ●硬さ HRB97 従来例３（サイドレール） ●炭素鋼に硬質Crメツキを施す。

●硬さ HV900 （シリンダーライナー材） ●成分（重量％）Ｃ：3.32、Si：2.19、Mn：
0.79、Ｐ：0.31、Ｓ：0.08、Cu：0.25、Mo：
0.21、残Fe ●基地組織：パーライト、ステダイト ●硬さ HRB97 以上の実施例で、固定片（12mm×18mm×５mm）
をサイドレール材相当とし、円板状試料（内径
105mm、外径139mm、厚さ７mm）をシリンダーライ
ナー材相当とし、この固定片を円板状試料の上面
に平面接触するように圧接し、その圧接面に対し
常時潤滑油を供給しつつ円板状試料を回転させ
て、スカツフイングが発生するまでの時間を測定
した。

（試験条件） ●すべり速度：0.15ｍ／sec ●面圧：50Kg／cm² ●潤滑油：SAE＃30 ●油温：60℃ この結果は第２図に示す如くであり、本発明は
従来例１、従来例２よりも耐スカツフイング性に
優れていることは明らかであり、従来例３に示さ
れる従来一般的に使用されていて耐摩耗性の高い
とされているサイドレール外周面に硬質クロムメ
ツキ処理を施したものとほぼ同等もしくはそれ以
上の耐スカツフイング性が得られた。

以上の如く、本発明にあつてはオイルリングの
サイドレールの外周面に全く表面処理を行なわず
に耐摩耗性に優れたサイドレールであり、又該サ
イドレールと最適な組み合わせである焼入シリン
ダーライナーを得ることができ、その効果は大な
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図：組み合わせオイルリングとシリンダー
ライナーの組み合わせを示す断面図。第２図：本
発明と従来例の比較を示す試験結果のグラフであ
る。

Claims

【特許請求の範囲】１鋼製のサイドレールとスペーサーエキスパン
ダーより構成されてなる組み合わせオイルリング
のサイドレールを下記の如くサイドレールとな
し、一方シリンダーライナーは下記の如くシリン
ダーライナーとしたことを特徴とする内燃機関。組み合わせオイルリングのサイドレール：母材
の基地組織が焼戻マルテンサイトであり、10μ以
下で硬度HV1200〜1500である微細粒状炭化物が
面積比で３〜７％分散しており、全体硬度が
HRC38〜43であり、かつ重量比でC0.85〜0.95
％、Si1.0％以下、Mn1.0％以下、Cr17.0〜19.0
％、Mo1.0〜1.3％、V0.07〜0.12％残部不可避的
不純物を含むマルテンサイト系ステンレス鋼であ
るサイドレール。シリンダーライナー：重量比でT.C.2.5〜3.5
％、Si1.5〜2.5％、Mn0.5〜1.0％、P0.2〜0.8％、
S0.2％以下、B0.02〜0.15％、Cu又はNi0.15〜1.0
％、Mo0.1〜1.0％、Cr又はV0.1〜1.0％残部鉄お
よび不可避的不純物からなり、基地組織はマルテ
ンサイト基地中に高硬度の炭化物が面積比で５〜
25％で、かつ基地と炭化物との硬度差がHV300
以上であるシリンダーライナー。