JPH0149773B2 - - Google Patents
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- JPH0149773B2 JPH0149773B2 JP60100372A JP10037285A JPH0149773B2 JP H0149773 B2 JPH0149773 B2 JP H0149773B2 JP 60100372 A JP60100372 A JP 60100372A JP 10037285 A JP10037285 A JP 10037285A JP H0149773 B2 JPH0149773 B2 JP H0149773B2
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- Japan
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- cylinder
- tig torch
- hardening
- pulse frequency
- hardened
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D5/00—Heat treatments of cast-iron
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/06—Surface hardening
- C21D1/09—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/08—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
- C21D9/14—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes wear-resistant or pressure-resistant pipes
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は炭素含有鋳鉄製シリンダ表面の鋳直し
焼入れ方法に関し、特にピストン往復内燃機関に
おけるシリンダ表面の鋳直し焼入れ方法に関す
る。
焼入れ方法に関し、特にピストン往復内燃機関に
おけるシリンダ表面の鋳直し焼入れ方法に関す
る。
従来の技術
ピストン往復内燃機関のシリンダ表面をその摩
耗耐性向上のため改鋳焼入れを行うことは既に提
案されている。エネルギー源として用いられるの
はこの場合電子ビーム銃またはレーザ光線銃また
はTIGトーチである。特に、シリンダブロツクの
場合鋳直し焼入れにより生じる利点として、コス
トの有利な基礎材料（たとえば層状ねずみ鋳鉄）
の使用にもかかわらず、約1000HV10までシリン
ダ表面の摩耗耐性を高めることできる。
耗耐性向上のため改鋳焼入れを行うことは既に提
案されている。エネルギー源として用いられるの
はこの場合電子ビーム銃またはレーザ光線銃また
はTIGトーチである。特に、シリンダブロツクの
場合鋳直し焼入れにより生じる利点として、コス
トの有利な基礎材料（たとえば層状ねずみ鋳鉄）
の使用にもかかわらず、約1000HV10までシリン
ダ表面の摩耗耐性を高めることできる。
発明が解決しようとする問題点
しかし、公知の方法では、実際に鋳直し焼入れ
を実施するにあたつてなお大きな問題が生じる。
一つには特にシリンダブロツクがその大きい質量
により、またゆがみの危険のため予加熱できない
ため、鋳直しの際に著しく高い電圧を焼入れすべ
き表面領域に加えなければならず、このような電
圧は極端な場合、焼入れ層の剥離を生じさせる。
を実施するにあたつてなお大きな問題が生じる。
一つには特にシリンダブロツクがその大きい質量
により、またゆがみの危険のため予加熱できない
ため、鋳直しの際に著しく高い電圧を焼入れすべ
き表面領域に加えなければならず、このような電
圧は極端な場合、焼入れ層の剥離を生じさせる。
さらに鋳直しにより場合によつては、既に形成
されているシリンダの表面形態が再び著しく劣化
し、その場合必要となる再加工は表面の高い硬度
のため極めてコストと時間を要し、工具（たとえ
ばホーニングヘツド）の耐用時間が減少する。ま
た、シリンダ表面に対し部分的に鋳直し焼入れす
る場合はさらに、均等で寸法上統一した円筒度を
得ることが困難であり、これは工具により行われ
た表面研削の度合が異なる表面硬度に対応して異
なつてしまうためである。
されているシリンダの表面形態が再び著しく劣化
し、その場合必要となる再加工は表面の高い硬度
のため極めてコストと時間を要し、工具（たとえ
ばホーニングヘツド）の耐用時間が減少する。ま
た、シリンダ表面に対し部分的に鋳直し焼入れす
る場合はさらに、均等で寸法上統一した円筒度を
得ることが困難であり、これは工具により行われ
た表面研削の度合が異なる表面硬度に対応して異
なつてしまうためである。
本発明の目的は、極めて耐摩耗性があり、応力
が少なく、謹かな再加工しか必要としないシリン
ダが製作を可能にさせる鋳直し焼入れ方法を提供
することにある。
が少なく、謹かな再加工しか必要としないシリン
ダが製作を可能にさせる鋳直し焼入れ方法を提供
することにある。
問題点を解決するための手段
本発明は、上記従来の欠点を解消するために、
炭素含有鋳鉄製のシリンダ表面がエネルギー源に
より主として円形の単数または複数の焼入れ軌道
に沿つて局部的に融解され、続いてレデブライト
凝固することによる鋳直焼入れ方法であつて、 (a) エネルギー源としてTIGトーチが使用され、 (b) TIGトーチが周期的に変化するエネルギー密
度で指定したパルス周波数で作動され、 (c) TIGトーチのパルス周波数と送り速度が、順
次局部的に融解形成される鱗状のセグメント同
志が20％から90％、好ましくは約60％重なり合
うように調整する。
炭素含有鋳鉄製のシリンダ表面がエネルギー源に
より主として円形の単数または複数の焼入れ軌道
に沿つて局部的に融解され、続いてレデブライト
凝固することによる鋳直焼入れ方法であつて、 (a) エネルギー源としてTIGトーチが使用され、 (b) TIGトーチが周期的に変化するエネルギー密
度で指定したパルス周波数で作動され、 (c) TIGトーチのパルス周波数と送り速度が、順
次局部的に融解形成される鱗状のセグメント同
志が20％から90％、好ましくは約60％重なり合
うように調整する。
ことを特徴とする炭素含有鋳鉄製シリンダ表面の
鋳直し焼入れ方法を提供する。
鋳直し焼入れ方法を提供する。
作 用
以上の構成において、単数または複数のTIGト
ーチの使用により先ず電子ビーム銃またはレーザ
光線銃に比して装置費用が減少する。さらにシリ
ンダの鋳直し処理は特にTIGトーチを用いての大
量生産の場合、接近の容易さ、生産制御および生
産監視の点でより有利である。
ーチの使用により先ず電子ビーム銃またはレーザ
光線銃に比して装置費用が減少する。さらにシリ
ンダの鋳直し処理は特にTIGトーチを用いての大
量生産の場合、接近の容易さ、生産制御および生
産監視の点でより有利である。
TIGトーチのエネルギー密度の一定脈動は焼入
れ軌道の有効なセグメント分割を可能にし、これ
は作業中における従来のような不利な結果を伴わ
ず、著しく表面電圧の削減と焼入れによるゆがみ
の完全な除去をもたらす。焼入れ軌道は１cmあた
り約２から６のセグメントを含んでおり、これら
は脈動による鋳直し作業のため、意図された通り
鱗状である。実験から明らかになつた通り、これ
らのセグメント分割された焼入れ軌道は決して割
れ形成や剥離の傾向はない。まして内燃機関での
使用の場合、シリンダ表面の比較的高い温度のた
め、いずれにせよ相対的にシリンダジヤケツトに
主として圧縮応力が現れる。
れ軌道の有効なセグメント分割を可能にし、これ
は作業中における従来のような不利な結果を伴わ
ず、著しく表面電圧の削減と焼入れによるゆがみ
の完全な除去をもたらす。焼入れ軌道は１cmあた
り約２から６のセグメントを含んでおり、これら
は脈動による鋳直し作業のため、意図された通り
鱗状である。実験から明らかになつた通り、これ
らのセグメント分割された焼入れ軌道は決して割
れ形成や剥離の傾向はない。まして内燃機関での
使用の場合、シリンダ表面の比較的高い温度のた
め、いずれにせよ相対的にシリンダジヤケツトに
主として圧縮応力が現れる。
鋳直し域の反覆した融解はさらに組織構造での
二次セメンタイト分離を生じさせ、これは問題な
く850から950HV10の硬度に達する。
二次セメンタイト分離を生じさせ、これは問題な
く850から950HV10の硬度に達する。
さらに明らかとなつたのは、鋳直し域でのセグ
メント同志の重なり合いにより焼入れした領域の
優れた平滑さと形態安定性が生じることであり、
これはホーニングなどによる謹かで問題のない再
加工を必要とするだけである。
メント同志の重なり合いにより焼入れした領域の
優れた平滑さと形態安定性が生じることであり、
これはホーニングなどによる謹かで問題のない再
加工を必要とするだけである。
その他の適切で有利な処理態様は特許請求の範
囲第２項から第４項までの特徴から明らかな通り
である。電流強度の上方値により、一方では充分
な深さの融解、すなわち充分な焼入れ深さが確保
され一方脈動電流の下方値では局部的溶湯の鎮静
と冷却が生じる。この場合重要であるのは、電流
強度の変化の際（焼入れの最初と最後も含めて）
に、溶湯中の細かいクレータや盛り上がりを発生
させる気泡を生じさせないことである。焼入れ軌
跡でのセグメント分割の配分は、TIGトーチのパ
ルス周波数やトーチの送り速度を調整することに
より最適化することができる。
囲第２項から第４項までの特徴から明らかな通り
である。電流強度の上方値により、一方では充分
な深さの融解、すなわち充分な焼入れ深さが確保
され一方脈動電流の下方値では局部的溶湯の鎮静
と冷却が生じる。この場合重要であるのは、電流
強度の変化の際（焼入れの最初と最後も含めて）
に、溶湯中の細かいクレータや盛り上がりを発生
させる気泡を生じさせないことである。焼入れ軌
跡でのセグメント分割の配分は、TIGトーチのパ
ルス周波数やトーチの送り速度を調整することに
より最適化することができる。
特許請求の範囲第５項の特徴はピストン往復内
燃機関のシリンダ表面焼入れのための特にコスト
の有利な方法に関するものであり、量産では短か
いサイクル時間を可能とする。一般に知られてい
るように内燃機関のシリンダにあつては燃焼室の
最も近くにある上部ピストンリングの上部運動方
向転換点はシリンダ表面いおいても最も摩耗を受
ける個所であるため、この一ケ所だけを焼入れ軌
道により保護することで多くの型式の内燃機関の
場合充分である。
燃機関のシリンダ表面焼入れのための特にコスト
の有利な方法に関するものであり、量産では短か
いサイクル時間を可能とする。一般に知られてい
るように内燃機関のシリンダにあつては燃焼室の
最も近くにある上部ピストンリングの上部運動方
向転換点はシリンダ表面いおいても最も摩耗を受
ける個所であるため、この一ケ所だけを焼入れ軌
道により保護することで多くの型式の内燃機関の
場合充分である。
特許請求の範囲第６項により電気化学的ホーニ
ングと続く機械的摩耗加工が鋳直し焼入れの後に
行なわれる。これによりとりわけ焼入れ軌道周辺
のマルテンサイ／黒鉛領域が開孔露出するため、
ここに強化されたオイル保持またはピストン対シ
リンダ面のスライドパートナーの最適潤滑が達せ
られる。
ングと続く機械的摩耗加工が鋳直し焼入れの後に
行なわれる。これによりとりわけ焼入れ軌道周辺
のマルテンサイ／黒鉛領域が開孔露出するため、
ここに強化されたオイル保持またはピストン対シ
リンダ面のスライドパートナーの最適潤滑が達せ
られる。
実施例
以下、本発明の一実施例を添付図面に基づき説
明する。
明する。
第１図において、層状ねずみ鋳鉄製複数シリン
ダ内燃機関のシリンダブロツク２の中に複数のシ
リンダ４が配置されており、これからは通常殆ど
仕上げ寸法に加工されてある。各シリンダ４にお
いて、シリンダ４の中を滑動する図示されていな
いピストンのそれぞれ燃焼室に最も近い上部ピス
トンリングの上部運動方向転換個所に環状の焼入
れ軌道６が形成されている。
ダ内燃機関のシリンダブロツク２の中に複数のシ
リンダ４が配置されており、これからは通常殆ど
仕上げ寸法に加工されてある。各シリンダ４にお
いて、シリンダ４の中を滑動する図示されていな
いピストンのそれぞれ燃焼室に最も近い上部ピス
トンリングの上部運動方向転換個所に環状の焼入
れ軌道６が形成されている。
焼入れ軌道６はシリンダ表面に近い層の局部的
融解により、また続く急速な再凝固により製作さ
れ、その際直接の鋳直し域８にはレデブライト組
織が形成され、一方なお熱影響を受けた周辺領域
１０はマルテンサイト組織となる。
融解により、また続く急速な再凝固により製作さ
れ、その際直接の鋳直し域８にはレデブライト組
織が形成され、一方なお熱影響を受けた周辺領域
１０はマルテンサイト組織となる。
第２図に示すように、焼入れ軌道６はTIGトー
チ１２により形成される。この時、シリンダ４の
対応する表面は、電源に接続したタングステン電
極１４とシリンダ４の間においてイナートガス１
８の中で形成されたアーク１６により局部融解さ
れる。この種のTIGトーチの詳細はたとえば同じ
出願者による西ドイツ特許出願P3339447.4から知
ることができる。TIGトーチ１２は1.5mm／秒の
送り速度で第２図の矢印２０の方向にシリンダ４
に対して均等な間隔で製作される焼入れ軌道６に
沿い前方に動かされる。
チ１２により形成される。この時、シリンダ４の
対応する表面は、電源に接続したタングステン電
極１４とシリンダ４の間においてイナートガス１
８の中で形成されたアーク１６により局部融解さ
れる。この種のTIGトーチの詳細はたとえば同じ
出願者による西ドイツ特許出願P3339447.4から知
ることができる。TIGトーチ１２は1.5mm／秒の
送り速度で第２図の矢印２０の方向にシリンダ４
に対して均等な間隔で製作される焼入れ軌道６に
沿い前方に動かされる。
アーク１６のエネルギー密度を決定する電流強
度、すなわち時間ｔでのアンペアＡを第３図のグ
ラフに示す。点Ｅでの電流投入は電流強度15Aの
下方値で行われ、この電流は継いで１Hzの周波数
で15Aと80Aの間で方形パターンで脈動させられ
る。TIGトーチ１２に対する電流遮断は再び点Ａ
で15Aの電流強度下方値で行われる。この結果、
電流強度の脈動により作られた焼入れ軌道６にお
いて、個別セグメント２２同志の約60から70％の
鱗状重なり合いが生じ、その硬度は約350から
950HV10に達する。
度、すなわち時間ｔでのアンペアＡを第３図のグ
ラフに示す。点Ｅでの電流投入は電流強度15Aの
下方値で行われ、この電流は継いで１Hzの周波数
で15Aと80Aの間で方形パターンで脈動させられ
る。TIGトーチ１２に対する電流遮断は再び点Ａ
で15Aの電流強度下方値で行われる。この結果、
電流強度の脈動により作られた焼入れ軌道６にお
いて、個別セグメント２２同志の約60から70％の
鱗状重なり合いが生じ、その硬度は約350から
950HV10に達する。
鋳直し焼入れを行つた後、シリンダ４に対し電
気化学的ホーニング及びこれに続く機械的摩擦被
覆が行われる。この時焼入れ軌道６の謹かな凹凸
が除去され、周辺領域１０のマルテンサイト／黒
鉛構造が露出する。電気化学的ホーニングと機械
的摩擦被覆は、必要に応じて西ドイツ特許出願
P3119847.3に開示されている態様に従つて行うこ
とができる。
気化学的ホーニング及びこれに続く機械的摩擦被
覆が行われる。この時焼入れ軌道６の謹かな凹凸
が除去され、周辺領域１０のマルテンサイト／黒
鉛構造が露出する。電気化学的ホーニングと機械
的摩擦被覆は、必要に応じて西ドイツ特許出願
P3119847.3に開示されている態様に従つて行うこ
とができる。
発明の効果
以上に述べた如く、本発明の鋳直し焼入れ方法
によれば、TIGトーチを用い、これを移動させつ
つ脈動するエネルギー密度で作動させることによ
り鋳直し焼入れを行なうので、コスト的にも有利
で、しかも焼入れした部分に剥離や亀裂を伴なう
ことなく、さらにわずかな後処理しか要しないと
いう優れた効果があるものである。
によれば、TIGトーチを用い、これを移動させつ
つ脈動するエネルギー密度で作動させることによ
り鋳直し焼入れを行なうので、コスト的にも有利
で、しかも焼入れした部分に剥離や亀裂を伴なう
ことなく、さらにわずかな後処理しか要しないと
いう優れた効果があるものである。
第１図は本発明による方法により焼入れされた
シリンダ表面をもつ内燃機関のシリンダブロツク
を示す断面図、第２図はTIGトーチによる鋳直し
焼入れ作業途中を示す第１図のＺ部の拡大詳細
図、第３図はTIGトーチの電流強度とパルス周波
数の関係を示すグラフである。 ４……シリンダ、６……焼入れ軌道、１２……
TIGトーチ、２２……セグメント。
シリンダ表面をもつ内燃機関のシリンダブロツク
を示す断面図、第２図はTIGトーチによる鋳直し
焼入れ作業途中を示す第１図のＺ部の拡大詳細
図、第３図はTIGトーチの電流強度とパルス周波
数の関係を示すグラフである。 ４……シリンダ、６……焼入れ軌道、１２……
TIGトーチ、２２……セグメント。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 炭素含有鋳鉄製のシリンダ表面がエネルギー
源により主として円形の単数または複数の焼入れ
軌道に沿つて局部的に融解され、続いてレデブラ
イト凝固することによる鋳直し焼入れ方法であつ
て、 (a) エネルギー源としてTIGトーチ１２が使用さ
れ、 (b) TIGトーチ１２が周期的に変化するエネルギ
ー密度で指定したパルス周波数で作動され、 (c) TIGトーチ１２のパルス周波数と送り速度
が、順次局部的に融解形成される鱗状のセグメ
ント２２同志が20％から90％、好ましくは約60
％重なり合うように調整する ことを特徴とする炭素含有鋳鉄製シリンダ表面の
鋳直し焼入れ方法。 ２ TIGトーチ１２の電流強度が10Aから100A、
好ましくは15Aから80Aの間で脈動することを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３ TIGトーチ１２の導電開始及び遮断が脈動す
る電流強度の下方値で行われることを特徴とする
特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の方法。 ４ TIGトーチ１２のパルス周波数が３Hz以下、
好ましくは１Hzであり、送り速度が0.4から４
mm／秒、好ましくは1.5mm／秒であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項ないし第３項のいず
れかに記載の方法。 ５ 各シリンダ４ごと単一の円形焼入れ軌道６が
設けられ、この焼入れ軌道６がシリンダ４の中に
取付けられるピストンリングの運動方向転換点に
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項ない
し第４項のいずれかに記載の方法。 ６ シリンダ４が引続き電気化学的ホーニングと
場合により機械的摩擦加工を受けることを特徴と
する特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれ
かに記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3418555.0 | 1984-05-18 | ||
| DE3418555A DE3418555C1 (de) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | Verfahren zum Umschmelzhaerten der Oberflaeche von Zylindern aus kohlenstoffhaltigem Gusseisen |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60245725A JPS60245725A (ja) | 1985-12-05 |
| JPH0149773B2 true JPH0149773B2 (ja) | 1989-10-26 |
Family
ID=6236254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60100372A Granted JPS60245725A (ja) | 1984-05-18 | 1985-05-10 | 炭素含有鋳鉄製シリンダ表面の鋳直し焼入れ方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0161408B1 (ja) |
| JP (1) | JPS60245725A (ja) |
| DE (2) | DE3418555C1 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3510393C1 (de) * | 1985-03-22 | 1986-04-03 | Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart | Zylinder-Kurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine |
| DE4124644A1 (de) * | 1991-07-25 | 1993-01-28 | Audi Ag | Verfahren zum haerten und/oder umschmelzen der oberflaechen von metallischen werkstuecken |
| DE4241527A1 (de) * | 1992-12-10 | 1994-06-16 | Opel Adam Ag | Verfahren zum Aufhärten und ggf. Glätten von Maschinenbauteilen sowie nach diesem Verfahren hergestellten Maschinenbauteilen |
| ITRE20050025A1 (it) * | 2005-03-10 | 2006-09-11 | Ognibene Spa | Metodo ed attrezzatura per l'indurimento della superficie interna di fori, in pezzi meccanici di ghisa a matrice prevalentemente ferritica |
| DE102013219784A1 (de) | 2013-09-30 | 2015-04-02 | Federal-Mogul Friedberg Gmbh | Gleitringe mit ledeburitischem Gefüge an der Oberfläche |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2134662A1 (de) * | 1971-07-12 | 1973-01-25 | Teves Thompson Gmbh | Verfahren zur verbesserung der festigkeitseigenschaften von bauteilen |
| DE2811400C3 (de) * | 1978-03-16 | 1981-12-17 | Aeg-Elotherm Gmbh, 5630 Remscheid | Verfahren zum Umschmelzhärten von Werkstücken |
-
1984
- 1984-05-18 DE DE3418555A patent/DE3418555C1/de not_active Expired
-
1985
- 1985-03-08 EP EP85102673A patent/EP0161408B1/de not_active Expired
- 1985-03-08 DE DE8585102673T patent/DE3569751D1/de not_active Expired
- 1985-05-10 JP JP60100372A patent/JPS60245725A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60245725A (ja) | 1985-12-05 |
| EP0161408A3 (en) | 1986-07-23 |
| DE3418555C1 (de) | 1985-07-25 |
| EP0161408A2 (de) | 1985-11-21 |
| DE3569751D1 (en) | 1989-06-01 |
| EP0161408B1 (de) | 1989-04-26 |
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