JPH0421743A - ピストンリング材 - Google Patents
ピストンリング材Info
- Publication number
- JPH0421743A JPH0421743A JP12718690A JP12718690A JPH0421743A JP H0421743 A JPH0421743 A JP H0421743A JP 12718690 A JP12718690 A JP 12718690A JP 12718690 A JP12718690 A JP 12718690A JP H0421743 A JPH0421743 A JP H0421743A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- less
- ring
- wear resistance
- resistance
- piston ring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/16—Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
- F02B75/18—Multi-cylinder engines
- F02B75/22—Multi-cylinder engines with cylinders in V, fan, or star arrangement
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F2200/00—Manufacturing
- F02F2200/06—Casting
Landscapes
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
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。
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、内燃機関に使用されるピストンリングのうち
特に自動車エンジンに装着されるセカンドリングとして
使用される材料に関するものである。
特に自動車エンジンに装着されるセカンドリングとして
使用される材料に関するものである。
内燃機関、特に自動車エンジンに使用されるピストンリ
ングは従来の鋳鉄製から鋼製平線をリング状に加工して
用いられる、いわゆるスチールピストンリングへと移行
が進んでいる。これはエンジンの高速化、高出力化要求
に対応するためのすングの軽量化や機械的強度向上の必
要性が背景（、あり、さらにリング製造工程の大幅短縮
の効果１その大きな要因となっている。
ングは従来の鋳鉄製から鋼製平線をリング状に加工して
用いられる、いわゆるスチールピストンリングへと移行
が進んでいる。これはエンジンの高速化、高出力化要求
に対応するためのすングの軽量化や機械的強度向上の必
要性が背景（、あり、さらにリング製造工程の大幅短縮
の効果１その大きな要因となっている。
スチールピストンリングの適用は、高負荷環勾にあるト
ップリングや、オイルリングにおいてり行しており、そ
の材質としては５ｉ−Ｃｒ＃１．１７Ｃマルテンサイト
鋼、あるいは特公昭５８−４６５４２号、特公昭６１−
１９７０３号にみられるようなマルテンサイト系ステン
レス鋼が窒化処理等の表面処理が施されて使用されてい
る。さらに特開昭６３−２１６９４９号、特開昭６３−
２２３１４７号、特開平１−２７９７３３号にもピスト
ンリング材が提案されている。
ップリングや、オイルリングにおいてり行しており、そ
の材質としては５ｉ−Ｃｒ＃１．１７Ｃマルテンサイト
鋼、あるいは特公昭５８−４６５４２号、特公昭６１−
１９７０３号にみられるようなマルテンサイト系ステン
レス鋼が窒化処理等の表面処理が施されて使用されてい
る。さらに特開昭６３−２１６９４９号、特開昭６３−
２２３１４７号、特開平１−２７９７３３号にもピスト
ンリング材が提案されている。
しかし、比較的負荷の少ないセカンドリングにについて
は、依然としてＦＣ２５のような鋳鉄が適用されている
。
は、依然としてＦＣ２５のような鋳鉄が適用されている
。
上述したように、トップリングとオイルリングにおいて
は、スチール化が進んでいるが、さらにエンジンの高性
能化を図るために、セカンドリングのスチール化の要求
も高まってきている。セカンドリングは摺動部材として
耐摩耗性、耐焼付性が要求されるが、その作動環境はト
ップリングはど過酷でないので、トップリングはどの高
性能の特性は必要とされない。
は、スチール化が進んでいるが、さらにエンジンの高性
能化を図るために、セカンドリングのスチール化の要求
も高まってきている。セカンドリングは摺動部材として
耐摩耗性、耐焼付性が要求されるが、その作動環境はト
ップリングはど過酷でないので、トップリングはどの高
性能の特性は必要とされない。
したがって、できるだけ低合金系の鋼を用いて低コスト
化を図ることが望ましい。しかし、窒化処理等の表面処
理を施さなくとも使用できることが望ましいので、ある
程度の鋼内体の耐摩耗性と耐焼付性が要求される。
化を図ることが望ましい。しかし、窒化処理等の表面処
理を施さなくとも使用できることが望ましいので、ある
程度の鋼内体の耐摩耗性と耐焼付性が要求される。
本発明は、これらの要求を満足し低コストでかつ十分な
耐摩耗性と耐焼付性を有するセカンドリング材を提供す
ることを目的とするものである。
耐摩耗性と耐焼付性を有するセカンドリング材を提供す
ることを目的とするものである。
本＠明者らは、上記要求を満たす材料を開発するために
種々検討を重ねた結果、低合金鋼においても炭化物（Ｍ
、Ｃ型）を富化させ、かつ高硬度のマトリックスとする
ことにより、良好な耐摩耗性、耐焼付性が得られること
を見出した。また、そのための基本組成として０．８−
１．４Ｃ−０，５〜３，ＯＣｒが適正であることを見出
した５ 耐摩耗性を重視する場合には、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ。
種々検討を重ねた結果、低合金鋼においても炭化物（Ｍ
、Ｃ型）を富化させ、かつ高硬度のマトリックスとする
ことにより、良好な耐摩耗性、耐焼付性が得られること
を見出した。また、そのための基本組成として０．８−
１．４Ｃ−０，５〜３，ＯＣｒが適正であることを見出
した５ 耐摩耗性を重視する場合には、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ。
Ｎｂ等を添加することにより、耐摩耗性の向上を図るこ
とができるが、低コスト化のためには、高価なこれ等の
元素はできるだけ少量添加に止めるのが望ましい。
とができるが、低コスト化のためには、高価なこれ等の
元素はできるだけ少量添加に止めるのが望ましい。
特開昭６３−２１６９４９号、特開昭６３−２２３１４
７号には、低合金系で５ｉ−Ｃｒ［に代替し得る材料が
示されているが、これらはいずれも窒化処理を前提とし
て、窒化層形成のためにＡ１添加を必須としている。し
かしながら、本発明鋼は、窒化処理を行なわないのでＡ
］は必要とせず、むしろアルミナ系介在物による疲労強
度低下を避けるため、Ａ１は低目に抑えることが望まし
い。
７号には、低合金系で５ｉ−Ｃｒ［に代替し得る材料が
示されているが、これらはいずれも窒化処理を前提とし
て、窒化層形成のためにＡ１添加を必須としている。し
かしながら、本発明鋼は、窒化処理を行なわないのでＡ
］は必要とせず、むしろアルミナ系介在物による疲労強
度低下を避けるため、Ａ１は低目に抑えることが望まし
い。
すなわち本発明の第１発明は、重量％でｃｌ、］％を越
え１．４％以下、Ｓｉ １．０％以下、Ｍｎ １．５％
以下、Ｃｒ ０．５〜３．０％、ＭｏとＷの１種または
２種をＭｏ＋１／２Ｗで１．５％以下、残部 Ｆｅおよ
び不可避の不純物からなることを特徴とするピストンリ
ング材であり、第２発明は重量％でｃ】、１％を越え１
．４％以下、Ｓｉ １．０％以下、Ｍｎ１．５％以下、
Ｃｒ ０．５〜３．０％、ＭｏとＷの１種または２種を
Ｍｏ＋１７２Ｗで１．５％以下、ｖｏ、５％以下、Ｎｂ
０．５％以下（７）１種または２種、残部Ｆｅおよび
不可避の不純物からなることを特徴とするピストンリン
グ材である。また、第３発明は重量％でＣ１，１％を越
え１．４％以下、Ｓｉ１．０％以下、Ｍｎ１．．５％以
下、Ｃｒ ００５〜３．０％、ＭｏとＷの１種または２
種をＭｏ＋１７２Ｗで１．５％以下、さらにＮｉ ２．
０％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避の不純物から
なることを特徴とするピストンリング材であり、第４発
明は、重量％でＣ１，１％を越え１，４％以下、Ｓｉ１
．０％以下、Ｍｎ １．５％以下、Ｃｒ ０．５〜３，
０％、ＭｏとＷの１種または２種をＭｏ＋１／２Ｗテ１
．５％ｙ下、〜’０．５％以下、Ｎｂ０．５％以下の１
種または２種、さらにＮｉ ２．０％以下を含有し、残
＠ｌ！ Ｆｅおよび不可避の不純物からなることを特徴
とするピストンリング材である。
え１．４％以下、Ｓｉ １．０％以下、Ｍｎ １．５％
以下、Ｃｒ ０．５〜３．０％、ＭｏとＷの１種または
２種をＭｏ＋１／２Ｗで１．５％以下、残部 Ｆｅおよ
び不可避の不純物からなることを特徴とするピストンリ
ング材であり、第２発明は重量％でｃ】、１％を越え１
．４％以下、Ｓｉ １．０％以下、Ｍｎ１．５％以下、
Ｃｒ ０．５〜３．０％、ＭｏとＷの１種または２種を
Ｍｏ＋１７２Ｗで１．５％以下、ｖｏ、５％以下、Ｎｂ
０．５％以下（７）１種または２種、残部Ｆｅおよび
不可避の不純物からなることを特徴とするピストンリン
グ材である。また、第３発明は重量％でＣ１，１％を越
え１．４％以下、Ｓｉ１．０％以下、Ｍｎ１．．５％以
下、Ｃｒ ００５〜３．０％、ＭｏとＷの１種または２
種をＭｏ＋１７２Ｗで１．５％以下、さらにＮｉ ２．
０％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避の不純物から
なることを特徴とするピストンリング材であり、第４発
明は、重量％でＣ１，１％を越え１，４％以下、Ｓｉ１
．０％以下、Ｍｎ １．５％以下、Ｃｒ ０．５〜３，
０％、ＭｏとＷの１種または２種をＭｏ＋１／２Ｗテ１
．５％ｙ下、〜’０．５％以下、Ｎｂ０．５％以下の１
種または２種、さらにＮｉ ２．０％以下を含有し、残
＠ｌ！ Ｆｅおよび不可避の不純物からなることを特徴
とするピストンリング材である。
Ｃ作用〕
以下に本発明における成分限定理由について述べる。
Ｃは強度と靭性を付与する重要な必須元素であリ、炭化
物を形成し、耐摩耗性を発揮する主因となる元素である
。本発明では、十分な耐摩耗性と耐焼付性を確保するた
め焼入、焼もどし後の未固溶炭化物を体積率で２．０％
以上含有させる必要が有ることが判明した。このために
はＣは少なくとも１．１％を越えることが必要であり、
また１、４％以上では、平線の製造性やリングへの加工
性を困難にするため１．４％を上限とした。
物を形成し、耐摩耗性を発揮する主因となる元素である
。本発明では、十分な耐摩耗性と耐焼付性を確保するた
め焼入、焼もどし後の未固溶炭化物を体積率で２．０％
以上含有させる必要が有ることが判明した。このために
はＣは少なくとも１．１％を越えることが必要であり、
また１、４％以上では、平線の製造性やリングへの加工
性を困難にするため１．４％を上限とした。
Ｓｉは通常脱酸剤として添加されるが、１．０％を越え
ると冷間加工性を害するだけでなく、熱伝導率を低下さ
せることにより、摺動による接触面の昇温を助長し、耐
焼付性を害するため１．０％を上限とした。
ると冷間加工性を害するだけでなく、熱伝導率を低下さ
せることにより、摺動による接触面の昇温を助長し、耐
焼付性を害するため１．０％を上限とした。
ＭｎはＳｉと同様に脱酸剤として添加されるが、１．５
％以上では熱間における加工性を害する。特に本発明の
ような平線では高い加工率を必要とするため１．５％を
上限とした。
％以上では熱間における加工性を害する。特に本発明の
ような平線では高い加工率を必要とするため１．５％を
上限とした。
本発明でのＣｒは、Ｍ、Ｃ型炭化物となって材料を強化
するとともに、一部基地に固溶して軟化抵抗を高め、エ
ンジン稼働中の昇温による熱へタリに対して効果がある
。また、焼入性を確保し十分な熱処理硬さを得るために
も必要である。このためには、少なくとも０．５％以上
必要である。しかし、Ｓｉ同様に過度の添加は熱伝導率
を低下せしめ、耐焼付性を害するため３．０％を上限と
した。
するとともに、一部基地に固溶して軟化抵抗を高め、エ
ンジン稼働中の昇温による熱へタリに対して効果がある
。また、焼入性を確保し十分な熱処理硬さを得るために
も必要である。このためには、少なくとも０．５％以上
必要である。しかし、Ｓｉ同様に過度の添加は熱伝導率
を低下せしめ、耐焼付性を害するため３．０％を上限と
した。
Ｍ ｏ 、 Ｗは、いずれも炭化物形成元素であり、こ
れらの元素を添加することにより耐摩耗性が一層向上す
る。しかしながら、過度の添加は炭化物量を増し、加工
性、靭性を劣化させる。またこれらの元素はいずれも高
価な元素であるので、安価であることを要求される本用
途に対してはできるだけ少量添加に留めるべきである。
れらの元素を添加することにより耐摩耗性が一層向上す
る。しかしながら、過度の添加は炭化物量を増し、加工
性、靭性を劣化させる。またこれらの元素はいずれも高
価な元素であるので、安価であることを要求される本用
途に対してはできるだけ少量添加に留めるべきである。
Ｗの効果はＭ。
量の２倍の添加と等価であるので（Ｍｏ＋１／２Ｗ）の
量で上限を１．５％とした。
量で上限を１．５％とした。
Ｖ、Ｎｂｔ＋Ｍｏ、Ｗと同様炭化物形成元素であり、耐
摩耗性向上に有効である。しかしながら、■。
摩耗性向上に有効である。しかしながら、■。
Ｎｂも高価な元素であり、過度の添加は加工性、靭性を
劣化させるとともに、Ｍ ｏ 、 Ｗよりも硬質の炭化
物を形成するので、相手（シリンダー）を摩耗させやす
い。したがって、Ｖ、Ｎｂ共その上限を０．５％とした
。
劣化させるとともに、Ｍ ｏ 、 Ｗよりも硬質の炭化
物を形成するので、相手（シリンダー）を摩耗させやす
い。したがって、Ｖ、Ｎｂ共その上限を０．５％とした
。
Ｎｉは基地中に固溶し靭性と耐食性を付与する作用を有
する。しかしながら、過度の添加は焼なまし硬さの低下
を妨げるので成形が困難となる。
する。しかしながら、過度の添加は焼なまし硬さの低下
を妨げるので成形が困難となる。
したがってＮｉは上限を２％とした。
以下、実施例により本発明の詳細な説明する。
第１表に、供試材の化学成分を示す。本発明材および比
較材は溶製、鍛伸後、所定の焼入、焼もどし処理（８０
０℃焼入、４００〜ｂ 硬さをＨＲＣ４０〜５０に調整した。本発明材３と４は
硬さレベルを２通りに変化させて試験を行なった。
較材は溶製、鍛伸後、所定の焼入、焼もどし処理（８０
０℃焼入、４００〜ｂ 硬さをＨＲＣ４０〜５０に調整した。本発明材３と４は
硬さレベルを２通りに変化させて試験を行なった。
従来材ＦＣ２５は鋳鉄である。
摩耗試験は、往復動摩擦試験機を用いて、シリンダ材で
あるＦｅ１２を相手材として試験を行ない、摩耗量を測
定して、セカンドリングの従来材ＦＣ２５の値を１００
とする指数で示した。
あるＦｅ１２を相手材として試験を行ない、摩耗量を測
定して、セカンドリングの従来材ＦＣ２５の値を１００
とする指数で示した。
耐焼付性は、ファビリー摩耗試験機により評価した。こ
の試験は３００ｒｐｍで回転する試験材を相手材である
■ブロックではさみ、荷重を徐々に加えながら、テスト
ビンのトルク変動で焼付を感知し、この時の焼付荷重を
検出するものである。
の試験は３００ｒｐｍで回転する試験材を相手材である
■ブロックではさみ、荷重を徐々に加えながら、テスト
ビンのトルク変動で焼付を感知し、この時の焼付荷重を
検出するものである。
試験には相手材にＦｅ１２を用い、潤滑油を滴下しなが
ら試験を行なった。耐焼付性も従来材ＦＣ２５の値を１
００として指数で示した。
ら試験を行なった。耐焼付性も従来材ＦＣ２５の値を１
００として指数で示した。
第２表に硬さ、摩耗量比、焼付荷重比を示す。
本発明材は、従来材ＦＣ２５に比べると耐摩耗性が大幅
に向上している。これは、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ。
に向上している。これは、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ。
Ｎｂ等で強化されたＭ、Ｃ型炭化物を適正量含み、また
高硬度であることによる。比較材１１の耐摩耗性は従来
材ＦＣ２５よりは良好であるが、本発明材よりは劣る。
高硬度であることによる。比較材１１の耐摩耗性は従来
材ＦＣ２５よりは良好であるが、本発明材よりは劣る。
これは主としてＣ量が低目であることにより、Ｍ、Ｃ型
炭化物量か不足しているためである。
炭化物量か不足しているためである。
次に耐焼付性については、本発明材は従来材ＦＣ２５と
ほぼ同等あるいはそれ以上の値を示し、実用上十分な耐
焼付性を有している。
ほぼ同等あるいはそれ以上の値を示し、実用上十分な耐
焼付性を有している。
第
表
〔発明の効果〕
以上の結果、本発明材は従来材ＦＣ２５と同等以上の耐
焼付性ならびにＦＣ２５を大幅に上回る耐摩耗性を有し
ており、さらに鋳鉄材より格段に強度が高いため、スチ
ールセカンドリングとして用いて、軽量化ならびに性能
の向上に大きく寄与するものである。
焼付性ならびにＦＣ２５を大幅に上回る耐摩耗性を有し
ており、さらに鋳鉄材より格段に強度が高いため、スチ
ールセカンドリングとして用いて、軽量化ならびに性能
の向上に大きく寄与するものである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 重量％でＣ１．１％を越え１．４％以下、Ｓｉ１．
０％以下、Ｍｎ１．５％以下、Ｃｒ０．５〜３．０％、
ＭｏとＷの１種または２種をＭｏ＋１／２Ｗで１．５％
以下、残部Ｆｅおよび不可避の不純物からなることを特
徴とするピストンリング材。 ２ 重量％でＣ１．１％を越え１．４％以下、Ｓｉ１．
０％以下、Ｍｎ１．５％以下、Ｃｒ０．５〜３．０％、
ＭｏとＷの１種または２種をＭｏ＋１／２Ｗで１．５％
以下、Ｖ０．５％以下、Ｎｂ０．５％以下の１種または
２種、残部Ｆｅおよび不可避の不純物からなることを特
徴とするピストンリング材。 ３ 重量％でＣ１．１％を越え１．４％以下、Ｓｉ１．
０％以下、Ｍｎ１．５％以下、Ｃｒ０．５〜３．０％、
ＭｏとＷの１種または２種をＭｏ＋１／２Ｗで１．５％
以下、さらにＮｉ２．０％以下を含有し、残部Ｆｅおよ
び不可避の不純物からなることを特徴とするピストンリ
ング材。 ４ 重量％でＣ１．１％を越え１．４％以下、Ｓｉ１．
０％以下、Ｍｎ１．５％以下、Ｃｒ０．５〜３．０％、
ＭｏとＷの１種または２種をＭｏ＋１／２Ｗで１．５％
以下、Ｖ０．５％以下、Ｎｂ０．５％以下の１種または
２種、さらにＮｉ２．０％以下を含有し、残部Ｆｅおよ
び不可避の不純物からなることを特徴とするピストンリ
ング材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12718690A JPH0421743A (ja) | 1990-05-17 | 1990-05-17 | ピストンリング材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12718690A JPH0421743A (ja) | 1990-05-17 | 1990-05-17 | ピストンリング材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0421743A true JPH0421743A (ja) | 1992-01-24 |
Family
ID=14953812
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12718690A Pending JPH0421743A (ja) | 1990-05-17 | 1990-05-17 | ピストンリング材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0421743A (ja) |
-
1990
- 1990-05-17 JP JP12718690A patent/JPH0421743A/ja active Pending
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