JPH02217436A

JPH02217436A - 耐摩耗性に優れたシリンダーライナー材

Info

Publication number: JPH02217436A
Application number: JP3703589A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Nakagawa; 中川　義弘; Noburou Maeie; 前家　信朗; Harunaga Kitamura; 北村　晴祥
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1989-02-15
Filing date: 1989-02-15
Publication date: 1990-08-30

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）自動車等のピストンエンジンに使用されるシリンダーラ
イナーの材料に関する。

（従来の技術）エンジンの主要構成部品の一つであるシリンダーライナ
ーには、耐摩耗性が良いこと、熱伝導性が良いこと、強
度・剛性が大きいこと、ピストンとのなじみが良いこと
、耐食性が良いことが必要条件とされ、近年、低ＮＯｘ
対策や高出力化のため過酷な条件で使用される傾向にあ
る。このため、その耐久性を向上させる工夫が種々なさ
れている。

材質面では、一般にＰ−Ｃｒ系鋳鉄が主流で、その他に
、Ｎｉ５Ｃｒ、　Ｃｕ５Ｖ等を加えたもの、あるいは、
Ｎｂ、　Ｂを添加したものがある。ライナー摺動面には
、片状黒鉛を晶出させ、基地をパーライトとし、更にス
テダイトおよびセメンタイト炭化物を析出させ、摺動面
の硬度は、ＩＩＲＩ　９５〜１０１程度とされている。

又、シリンダーライナーには、ピストンリングとのなじ
みが問題となり、摺動面にホーニング加工を行なって、
一定の深さの溝を形成させて、エンジンの潤滑油消費量
（ＬＯＣ）の減少が図られている。一方、製造法として
は、普通鋳造法が主流であるが、金型遠心力鋳造法も開
発されている。

（発明が解決しようとする課Ｈ）従来の片状黒鉛鋳鉄を硬く、強くするために合金を多く
含有させた場合は、硬度が高くなっても・、片状黒鉛が
少なくなり、摺動部材としての機能が低下する傾向があ
った。

本発明はかかる問題点に鑑みなされたもので、片状黒鉛
を晶出させながら、従来材よりも高硬度で、強度や剛性
が大きく、かつ耐摩耗性に優れたシリンダーライナー材
を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するためになされた本発明のシリンダー
ライナー材は、化学組成が重量％で、Ｃ：２．４〜３．
４％、　Ｎｉ：４，５〜１０．０％Ｓｉ　：　　２．０
〜３．４％、　Ｃｒ：　　５〜１０％Ｍｎ　：　　０．
５〜１．５％、　Ｍｏ　：　　０．４〜３．０％、残部
実質的にＦｅから成り、組織中に片状黒鉛が面積率で５
〜２０％晶出していることを発明の構成とするものであ
る。

（作　用）本発明のシリンダーライナー材の化学組成は以下の理由
により限定される。組成単位は以下すべて重量％である
。

Ｃ：２．４〜３．４％ＣはＣｒと結合してＣｒ炭化物を形成し、また後述のＳ
ｉ、　Ｎｉの黒鉛生成元素により微細な黒鉛となって晶
出する。２．４％未満ではＣｒ炭化物量が減少すると共
に黒鉛の晶出もほとんどなくなる。

一方、３．４％を越えると、本発明の場合Ｃｒ含有量が
１０％以下とされているので、過飽和のＣが高濃度Ｓｊ
、　Ｎｉのため多量に黒鉛化し、晶出黒鉛が過剰となっ
て耐摩耗性が劣化する。

Ｓｉ：２．０〜３．４％Ｓｉは高クロム材質に黒鉛を晶出させるために必要で、
２．０％未満ではこの効果がほとんどなく、３．４％を
越えると黒鉛量が過多となり耐摩耗性を劣化させる。な
おＳｉの添加については、鋳込前のＳｉ量を上記限定範
囲よりも低目にしておき、鋳込時に接種を行い最終製品
の組成で上記範囲に入るように調整する方が黒鉛の晶出
に有効である。

Ｍｎ　：　０．５〜１．５％Ｍｎは溶湯の脱酸のためにＳｉ　と共に積極的に添加す
る。０．５％未満ではこの効果が不足し、１．５％を越
えると機械的性質特に靭性の劣化が著しくなる。

Ｎｉ　：　４．５〜１０％旧は基地組織の改良と黒鉛を晶出させるために積極的に
含有させるもので、４．５％未満では黒鉛の晶出が困難
となる。一方、１０％を越えるとＳｔの場合と同様、晶
出黒鉛が過多となる。また、残留オーステナイトが増加
して、耐肌荒性の面で問題となる。

Ｃｒ　：　５〜１０％ＣｒはＣと結合してＣｒ炭化物を形成するが、５％未満
では該炭化物が少なく耐摩耗性の点で劣り、１０％を越
えると上記Ｎｉ、　Ｓｔの組成範囲では黒鉛が晶出困難
となる。

Ｍｏ　：　０．４〜３．０％Ｍｏは焼入焼戻し抵抗を高めると共に、炭化物中に入り
、炭化物硬度を高めると同時に焼戻軟化抵抗を向上させ
るのに有効である。その含有量が０．４％未満ではこの
ような効果が少なく、一方３．０％を越えると白銑化傾
向が強く黒鉛の晶出が困難となる。

本発明の鋳鉄材は以上の成分のばか残部実質的にＦｅで
形成される。尚、Ｓは成分を脆くするので少ない程望ま
しく、ｓ：ｏ、、ｏｅ％以下に止めておくのがよい。一
方、Ｐも一般的に材質を脆くするので少ない程望ましい
が、摺動耐摩耗材としては、Ｐ共晶組織を出すことによ
り、耐焼付性、耐摩耗性を向上させるため、０．８％程
度以下の含有が許容される。

一方、組織中の片状黒鉛量は面積％で５〜２０％に規制
される。５％未満では耐焼付性に劣り、方２０％を越え
ると、強度、ヤング率が低下し、ひいては剛性も低下す
る。

本発明の鋳鉄材は、前記化学組成の溶湯を普通鋳造法又
は金型遠心力鋳造法によりシリンダーライナーとして鋳
造する。その際、Ｆｅ−３ｉ等の接種材によって接種を
行ない、黒鉛化を促進するのがよい。

（実施例）〈実施例Ａ〉（１）下記第１表の化学組成（重量％）の鋳鉄材を溶製
し、砂型鋳造を行なって試験素材を得た。

尚、同表中Ｎα１〜３が本発明実施例、ＮＩＩＬ４が比
較例、阻５が従来例である。

第１表（２）　　（１）の素材より試料を採取し、引張試験お
よび焼付性試験に供した。その結果を第１表に示す。

また、実施例中代表的成分であるＮα２および比較例Ｎ
α４について、光学顕微鏡による組織観察を行った。そ
の結果を随２については、第１図（１）および（２）に
、Ｎα４については第２図（１）および（２）に示す。

各組織写真とも５０倍であり、図中（１）は腐食なし、
（２）は腐食後のものである。また、Ｎα２および漱５
について、熱的特性を調べた結果を第２表に併せて示す
。

第２表中、焼付性試験は下記のファレックス試験により
、判定したものであり、Ｏは焼付発生有、×は無を意味
する。

■　ファレックス試験は、第３図に示すように、テスト
ビン１１の一端を回転機１２にシアービン１３によって
固定し、その他端を一定荷重Ｐの下で一対の■ブロック
１４．１４により挾み付けながらテストピース１１を回
転させ、回転に要したトルクにより焼付の有無、程度を
調べるものである。

■　試験条件は下記の通りであった。

テストビン寸法−・−・・−φ６．５　Ｘ４０ｆ■ブロ
ック寸法・・・−・・φ１２（材質ＳＵＳ　４３０）テ
ストビン回転数・−３００ｒｐ１１負荷荷重Ｐ−・−−−−−−−−−−３５ｋｇ　ｆ試験
環境−・〜−−−−−−−−−−・−・−大気中無潤滑
第２表（３）評価従来例Ｎｏ、５は、片状黒鉛が多量に発生し、基地はパ
ーライトの軟らかい組織であり、硬度は１１ｓ３４　（
ｉｌｌｓ　９９）、ヤング率は９９００ｋｇｆ／ｍｍ”
であったが、実施例は、第１図のように片状黒鉛と、多
くのＣｒ炭化物、基地から成り、硬度も、１１！１７０
〜７５、ヤング率１８０００　ｋｇｆ／ａｍ”程度あっ
た。

また、焼付試験の結果には、従来例、実施例（Ｎａｌ〜
３）では、黒鉛が片状であり、面積が６％以上あるので
、焼付は生じなかった。しかし、比較例Ｎα４の如く、
黒鉛が粒状で面積が４％程度では、焼付が発生した。

また、引張強さは、実施例は従来例の２倍以上もあり、
ヤング率も１．８倍に達している。−方、熱伝導率は、
従来の片状黒鉛鋳鉄に比べてやや悪いが、引張強さ、ヤ
ング率が格段に大きいので、シリンダーライナーの厚さ
を薄くすることが可能となり、熱放散効果については何
ら問題がない。

〈実施例Ｂ〉（１）第１表Ｎα２の溶湯を遠心力金型鋳造により、外
径１１９ｍｍφ、内径１０４ｗａφ、肉厚７．５鴫、長
さ１８３５ｍｍの円筒素材を鋳造した。鋳造に際して接
種材としてＣａ−５ｉを１．２％（Ｓｉ分として０．６
％）取鍋および鋳込中に添加した。

（２）　　その後、該素材に５５０’ＣＸ　１５ｔｌｒ
の歪除去熱処理を施した後、目標の寸法のシリンダーラ
イナーに加工した。硬度を測定したところＨｓ７１であ
った、また、組織観察したところ、基地中に片状黒鉛が
面積率で７．５％晶出していた。尚、硬度については、
機械加工の面からあまり高くできない場合は、歪取温度
を高くして低硬度にすることも可能である。

（３）該シリンダーライナーを組み込んだエンジンを用
いて試験運転したところ、耐久性の著しい向上が見られ
、期待通りの効果が得られた。

（発明の効果）以上説明した通り、本発明のシリンダーライナー材は特
定組成のニッケル・クロム鋳鉄材で形成したので、基地
中に片状黒鉛を晶出させると共に多量の高硬度Ｃｒ炭化
物を生成させることができ、硬度、引張強さおよびヤン
グ率を大きくすることができ、そのためシリンダーライ
ナーの厚さを薄くすることができ、しかも耐摩耗性に優
れる。また片状黒鉛晶出量を所定量に規定しているので
、優れた耐焼付を具備している。更に、ヤング率が大き
いため、機械加工時のチャックによる保持に対しても変
形が少なく、寸法精度の向上効果も期待することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（１）および（２）は実施例のシリンダーライナ
ー材の金属組織写真、第２図（１）および（２）は比較
例のニッケルクロム鋳鉄材の金属組繊写真、第３図はフ
ァレックス試験要領説明図を示す。第３図２閏（１）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）化学組成が重量％で、Ｃ：２．４〜３．４％、Ｎｉ：４．５〜１０．０％Ｓｉ
：２．０〜３．４％、Ｃｒ：５〜１０％Ｍｎ：０．５〜
１．５％、Ｍｏ：０．４〜３．０％、残部実質的にＦｅ
から成り、組織中に片状黒鉛が面積率で５〜２０％晶出
していることを特徴とする耐摩耗性に優れたシリンダー
ライナー材。