JPH01279733A - 鋼製ピストンリング材 - 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） 本発明はピストンリングに使用される鋼種に係り、さら
に詳しくは、耐焼付性の改善された耐久性に優れたピス
トンリングの鋼種に関する。

（従来の技術） 現在、最も一般的で重要な内燃機関用ピストンリング材
料として鋳鉄が使用されている。ピストンリング材とし
ての諸性性を比較的よく具備している鋳鉄は、黒鉛を基
地内に有し保油性が良いため耐焼付性に優れ、シリンダ
面に接触する外周面に硬質クロムめっき等の表面処理を
せずに使用することができる。

しかし、近年内燃機関の軽量化および高速化に伴って各
機能部品を軽量化する努力がなされており、ピストンリ
ング材質に対する要求も一段と高度になってきており、
ピストンリングの薄肉化が求められ、しかも高い面圧を
有するピストンリングが要求されるようになった。ピス
トンリングとして重量をできるだけ小さくし、しかも、
折損の危険のないことが必要とされ、鋳鉄では機械的強
度かに不十分であり鋼製ピストンリングの使用が増えつ
つある。

（発明が解決しようとする課題） 鋼製ピストンリング材として通常は炭素鋼が用いられて
いるが、耐焼付性が低いために何らかの表面処理を必要
とし、耐焼付性の改善と耐摩耗性を付与するために、ピ
ストンリングの外周摺動面や上下面に高価な硬質クロム
めっき等の表面処理を施さなければならないためコスト
高になるという問題点がある。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、
鋼材の化学成分を調整することにより鋳鉄と同等の耐焼
付性と耐摩耗性を有し、ピストンリングの外周摺動面に
硬質クロムめっき等の表面処理を施さなくても使用する
ことができる鋼製ピストンリング材を安価に提供するこ
とを目的とする。

本発明は、鋼材の耐焼付性の向上を図り上記目的を達成
するため、 （１）第１の発明として、通常ピストンリング用鋼とし
て使用されている炭素量の０．４〜０．９重量％を超え
る炭素０．９〜１．４重量％とすることにより耐焼付性
を鋳鉄と同等とすることができる。

（２）第２の発明として、炭素量を０．９〜１．４重量
％とじ、更にクロム、モリブデンおよびバナジウムを合
金元素としてそのうちの１種または２種以上を、その合
計が０．１〜１０．０重量％添加することにより、耐焼
付性を低下することなく自己の耐摩耗性を向上さすこと
ができる。

各成分の組成範囲の限定理由について説明する。

炭素は、耐焼付性を改善するが０．９％以下ではその効
果は顕著でなく、１．４％を超えるとピストンリングへ
の加工性が悪くなると共に相手材を摩耗させてしまうの
で、炭素の含有量の範囲を０．９〜１．４重量％とじた
。

クロム、モリブデン、およびバナジウムは炭素と結合し
て複合炭化物を形成し、耐摩耗性の向上に寄与するもの
であり、そのうちの１種または２種以上で０．１重量％
以下では炭化物の形成が不足して充分な耐摩耗性が得ら
れず、１０．０重量％を超えると炭化物の粗大化が起こ
り加工性の低下を来すために含有量の範囲を０．１〜１
０重量％とした。

（実施例） 本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。

第１表に示す本発明の第１の発明の炭素量が０゜９〜１
．４重量％のもの（試料番号Ａ、Ｂ、Ｃ）と第２の発明
のクロム、モリブデンおよびバナジウムを添加したもの
（試料番号り、Ｅ）を用いて下記の試験を行った。

（１）耐焼付性試験 （２）耐摩耗性試験 尚、比較材として第１の発明より炭素の含有量が少ない
もの（試料番号Ｆ）と多いもの（試料番号Ｇ）及びライ
ナ材としてＦｅ１２材（試料番号Ｈ）を用いて同様な試
験を行なった。

試験装置及び試験方法は下記の通りである。

（１）耐焼付性試験 本発明により得られた試料から縦５ｍｍＸ横５ｍｍ×高
さ１０ＩＩ１１の試験片を作成して、超高圧摩耗試験機
によって耐焼付性試験を行なった。

試験結果を第１図に示す。

第１表 本試験に用いた超高圧摩耗試験機の装置と試験条件は次
の通りである。

試験装置は第４図および第４図のＡ−Ａ矢視断面図であ
る第５図に要部を図解的に示すものであって、ステータ
ホルダ１１に取外し可能に取付けられた直径８０＋ａｍ
Ｘ厚さｉｏａｍの研磨仕上げを施した円板１２（相手材
）の中央には裏側から注油孔１３を通して潤滑油が注油
される。ステータホルダ１１には図示しない油圧装置に
よって図において右方に向けて所定圧力で押圧力Ｐが作
用するようにしである。円板１２に相対向してロータ１
４があり１図示しない駆動装置によって所定速度で回転
するようにしである。ロータ１４の円板１２に対する端
面に取付られた試験片保持具１５には。

表面処理層を形成した５■角の正方形端面を摺動面とし
て試験片１０が同心円上に等間隔に４個取外し可能に且
つ円板１２に対して摺動自在に取付けである。

このような装置において、ステータホルダ１１に所定の
押圧力Ｐをかけ、所定の面圧で円板１２と試験片１０と
が接触するようにしておいて、注油孔１３から摺動面に
所定給油速度で給油しながらロータ１４を回転させる。

一定時間毎にステータホルダ１１に作用する圧力を段階
的に増加していき、ロータ１４の回転によって試験片１
０と相手の円板１２との摩擦によってステータホルダ１
１に生ずるトルクＴをスピンドル１６を介してロードセ
ル１７に作用せしめ、その変化を動歪計１８で読み取り
記録計１９に記録させる。トルクＴが急激に上昇したと
き焼付けが発生したものとして、この時の接触面圧をも
って耐焼付性の良否を判断する。

試験条件は次の通りである。

摩擦速度：　　８　ｍ／ｓｅｅ 相手材：　シリンダライナ用鋳鉄ＦＣ２５接触面圧：　
　２０ｋｇ／ｃ＋＊”でならした後、焼付は発生まで１
０ｋｇ／Ｃｍ”つ ずつ増圧、各面圧に３分間保持 潤滑油：　モータオイル＃３０ 油温８０℃ 供給ｉ！　３００　ｃｃ／ｌ１ｉｎ （２）耐摩耗性試験 耐摩耗性試験装置及び試験方法は、第３図に要領を図解
的に示すように、ライナ材ＣＦＣ２５相当材）に硬質ク
ロムめっきを施したのち研磨仕上げをしたドラムと試験
片を用い科研式回転摩耗試験機によって行なった。

試験結果を第２図に示す。

試験方法はレバー３を支点６で支持し、その両端に重錘
４とバランサ５を取付け、レバー３に取付けた試験片１
を、回転トラム２に圧接させその面圧を一定にしておい
て、潤滑油タンク７より潤滑油を試験片１とドラム２と
の間に供給させながらドラム２を回転させ、試験片１の
摩耗厚さ（μｍ）を測定した。

試験条件 摩擦速度：　　０．２５　膳／Ｓ 摩擦時間：　３　時間 重　　　錘：２ｋｇ 潤滑油：　モータオイル＃３０ 供給Ｊｉ：　　Ｉ　Ｑ　ｃｃ／ｗｉｎ 耐焼付性は第１図から明らかなように、耐焼付性に優れ
ている比較材のＦＣ２５材（試料番号Ｈ）は９０　ｋｇ
／ａ＠”で焼付けが発生したが、本発明品（試料番号Ａ
−Ｅ）は９０〜１００　ｋ　ｇ／ｃｍ２と同等以上であ
り、一方、炭素含有量の少ない比較量（試料番号Ｆ）は
７０　ｋｇ／ｃｍ”と低くく耐焼付性の改善は不十分で
あったが、炭素含有量の多い比較量（試料番号Ｇ）はｌ
　ＯＯｋ　ｇ／ｃｍ”と高く、炭素含有量を多くするこ
とにより耐焼付性が改善されたことが確認された。

耐摩耗性の試験結果は第２図から明らかなように、耐焼
付性に優れている比較量のＦｅ１２材（試料番号Ｈ）の
摩耗量２１μ耐二対して、本発明品（試料番号Ａ、Ｂ、
Ｃ）は１３〜１４μ議と著しく耐摩耗性が改善されてお
り、更に、クロム、モリブデン及びバナジウムを添加し
たもの（試料番号り、Ｅ）は８〜１０μｍとその効果は
より顕著である。

炭素含有量の多い比較材（試料番号Ｇ）は耐焼付性に優
れ、且つ、耐摩耗性にも優れていることが認められるが
、相手材の摩耗量が１．９μ重と他の試料の約２倍と著
しく多い。

本発明品の炭素量の含有量が０．９〜１．４重量％のも
のや、これにクロム、モリブデンおよびバナジウムを含
有させることにより、耐摩耗性を損なうことなく耐焼付
性が改善されたことが確認された。

（効果） 本発明による１通常のピストンリングの鋼種の炭素量０
．４〜０．９％を超える０、９〜１．４％と多くするこ
とにより、更に、クロム、モリブデン。

バナジウムを添加することにより相手材を摩耗させず、
且つ、耐焼付性を低下さすことなく耐摩耗性を向上させ
ることができ、表面処理を施すことなく内燃機関用ピス
トンリングとして使用することが可能となり、鋳鉄と同
等の耐焼付性と耐摩耗性を具備し軽量化が図られた鋼製
ピストンリング材が安価に得られた効果は顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図　耐焼付性の試験結果を示すグラフ第２図　耐摩
耗性の試験結果を示すグラフ第３図　摩耗試験方法の要
領を示す図解図第４図　超高圧摩耗試験装置の一部破砕
説明図第５図　第４図のＡ−Ａ矢視断面図 １：試験片　　２ニドラム　　３ニレバー４：重錘　　
１０：試験片

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素０．９〜１．４重量％、残部が実質的に鉄か
   らなる耐焼付性の改善れさたことを特徴とする鋼製ピス
   トンリング材。
2. （２）炭素０．９〜１．４重量％、クロム、モリブデン
   、バナジウムのうち１種または２種以上を含有しその合
   計が０．１〜１０．０重量％、残部が実質的に鉄からな
   る耐焼付性の改善されたことを特徴とする鋼製ピストン
   リング材。