JPH1068042A - 内燃機関のピストンリングを製造するための合金鋳鉄 - Google Patents

内燃機関のピストンリングを製造するための合金鋳鉄

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JPH1068042A
JPH1068042A JP18637097A JP18637097A JPH1068042A JP H1068042 A JPH1068042 A JP H1068042A JP 18637097 A JP18637097 A JP 18637097A JP 18637097 A JP18637097 A JP 18637097A JP H1068042 A JPH1068042 A JP H1068042A
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alloy
nickel
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Hans-Juergen Veutgen
フォイトゲン ハンス−ユルゲン
Wilfried Dipl-Ing Langner
ラングナー ヴィルフリート
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    • C22C37/10—Cast-iron alloys containing aluminium or silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の、特にピストンリングを製造する
ための、高強度で耐熱性の合金鋳鉄を提供する。 【解決手段】 球状又は蠕虫状の析出グラファイトを含
む主としてパーライト型基礎組織を有する下記組成の合
金鋳鉄。 炭素 ２．５ − ４．０ 重量％ 珪素 １．５ − ４．０ 〃 マンガン ０．２ − ２．０ 〃 燐 最高 ０．３５ 〃 硫黄 最高 ０．０３ 〃 クロム 最高 ３．０ 〃 バナジウム 最高 １．５ 〃 モリブデン 最高 ２．５ 〃 ニッケル 最高 ０．２ 〃 銅 １．０ − ３．５ 〃 アルミニウム ０．０２ − ２．５ 〃 マグネシウム ０．００５− ０．０４ 〃 及び残分の鉄

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高い温度負荷の内燃
機関用ピストンリングを製造するための合金鋳鉄に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関用のピストンリングは主とし
て、球状ないし薄板状の析出グラファイトの部分を有す
るねずみ鋳鉄合金よりなる。中でも燃焼室に隣接する最
上部のピストン溝の中に配置されるピストンリングは高
い温度負荷にさらされ、従ってこれには高い耐温度安定
性を有する機械的強度値が求められる。例えばドイツ特
許公開ＤＥ ＯＳ ３ ６２８ １５７によれば、高温
にさらされるピストンリングにマルテンサイト型基礎組
織を有する球状グラファイト型の合金鋳鉄が用いられ、
これはその基礎組織の中で球状ないし小粒状に析出した
銅を１ないし１５重量％含んでおり、これはその高い熱
伝導率に基づき迅速な熱の排除、また従ってピストンリ
ング材料の温度負荷を低下させる。
【０００３】特に最近の内燃機関においては走行、運転
及び騒音についての快適性を、同時に明らかな出力上昇
とともに改善するために、軽量構造の箱形ピストンを有
する短行程機（Ｋｕｒｚｈｕｂｅｒ）が用いられ、これ
においては、振動の少ない運転を達成するためにピスト
ンリングの取り付け部材は極端に上方へ片寄せられてい
る。中でも、最上部ピストンリング、また部分的には２
番目の、いわゆる掻取りリングも、それによってより高
い温度にさらされ、従ってその材料には改善された耐温
度安定性を有する機械的強度値が求められる。ドイツ特
許公開ＤＥ ＯＳ ３ ６２８ １５７により公知のマ
ルテンサイト型鋳鉄合金の耐熱性はこのような高い要求
条件に対しては不十分である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明は、高い
温度において耐久性のある強度値を有する内燃機関の、
高温度にさらされるピストンリングのための鋳鉄合金を
提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明によ
る、球状又は蠕虫状（ｖｅｒｍｉｋｌａｒｆｏｅｒｍｉ
ｇ）の析出グラファイトを含むパーライト型組織を有
し、かつ下記の組成 炭素 ２．５ − ４．０ 重量％ 珪素 １．５ − ４．０ 〃 マンガン ０．２ − ２．０ 〃 燐 最高 ０．３５ 〃 硫黄 最高 ０．０３ 〃 クロム 最高 ３．０ 〃 バナジウム 最高 １．５ 〃 モリブデン 最高 ２．５ 〃 ニッケル 最高 ０．２ 〃 銅 １．０ − ３．５ 〃 アルミニウム ０．０２ − ２．５ 〃 マグネシウム ０．００５− ０．０４ 〃 及び残分の鉄 を有する合金鋳鉄によって解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明による合金鋳鉄を用いて試
験的にいくつかのピストンリングを鋳造し、これを耐熱
性を調べるために熱処理により５００℃と７００℃との
間の温度に３０分間さらした。その合金鋳鉄の基礎的パ
ーライト組織が本質的に変化することなく硬度値の通常
の低下が確認された。強度値はこの温度負荷によっては
本質的に変化せず、従ってこの材料は要求された高い耐
熱性を有している。
【０００７】更にパーライト化させるためにこの合金鋳
鉄は０．４重量％までのアンチモンを含有できるが、こ
れはその合金にその融解の間に、又は添加手段を介して
添加されていてもよい。同様にこの合金には、ニッケ
ル、コバルト、錫、チタン、ニオブ、タンタル、硼素及
び／又はビスマスの各元素の少なくとも１つが合計して
４．０重量％まで合金されていてもよい。この合金鋳鉄
は追加的に、最高で３００ｐｐｍまでの、充填ワイヤイ
ンジェクション（Ｆｕｅｌｌｄｒａｈｔ−Ｉｎｊｅｋｔ
ｉｏｎ）により導入された窒素を含んでいてもよい。加
工性を改善するためにこの合金鋳鉄を７５０℃までの温
度において焼きなまし処理することができる。更に各ピ
ストンリングをその耐摩耗性の改善のために追加的にそ
の全表面に、又はその滑り面及び／又は側面に、浸浴窒
化、ガス窒化、プラズマ窒化、又はパルスプラズマ窒化
のような通常的方法の１つによって窒化処理を施すこと
ができる。この場合に、その特許請求した合金範囲内の
全ての鋳鉄材料は好適に窒化できるが、珪素、クロム、
バナジウム、モリブデン及びアルミニウムを本発明によ
る組成内でその上限において含んでいる本発明の合金鋳
鉄を窒化のために用いるのが好ましい。その場合、その
まだ窒化されていない合金鋳鉄は好ましくは下記組成 炭素 ２．５ − ４．０ 重量％ 珪素 １．５ − ２．５ 〃 マンガン ０．２ − ２．０ 〃 燐 最高 ０．３５ 〃 硫黄 最高 ０．０３ 〃 クロム 最高 ０．３ 〃 バナジウム 最高 ０．２ 〃 モリブデン 最高 ０．３ 〃 ニッケル 最高 ０．２ 〃 銅 １．０ − ３．５ 〃 アルミニウム 最高 ０．１ 〃 マグネシウム ０．００５− ０．０４ 〃 及び残分の鉄 を有する。
【０００８】特に窒化された形で使用される合金鋳鉄
は、下記の組成 炭素 ２．５ − ４．０ 重量％ 珪素 ２．０ − ４．０ 〃 マンガン ０．２ − ２．０ 〃 燐 最高 ０．３５ 〃 硫黄 最高 ０．０３ 〃 クロム ０．２ − ３．０ 〃 バナジウム 最高 １．５ 〃 モリブデン 最高 ２．５ 〃 ニッケル 最高 ０．２ 〃 銅 １．０ − ３．５ 〃 アルミニウム ０．０２ − ２．５ 〃 マグネシウム ０．００５− ０．０４ 〃 及び残分の鉄 を有する。
【０００９】この両方の合金とも、耐摩耗性の向上、パ
ーライト化の改善及び窒化の改善のために添加される元
素を含むことができる。
【００１０】従って本発明により、内燃機関において高
温度にさらされるピストンリングに適した合金鋳鉄が提
供される。この鋳鉄材料は良好なヒートセット挙動を示
し、そしてその金属組織は長期間の高温負荷に際しても
本質的な変化を示さない。この合金鋳鉄は静止鋳造にお
いても、また遠心鋳造においても１ｍまでに及ぶ全ての
直径のピストンリングを製造するために同様に良好に使
用することができる。また、この合金鋳鉄は類似の負荷
にさらされる、特に内燃機関の部材、例えばシリンダラ
イナ、ピストン、連接棒、一般のパッキング輪、パッキ
ングリング、歯車及び伝動リング等に好ましく用いるこ
とができる。
【００１１】
【実施例】下記の両方の合金鋳鉄が好ましく用いられ、
その際合金鋳鉄１は好ましくは窒化されずに、そして合
金鋳鉄２は好ましくは窒化された形で使用される。
【００１２】 元素 合金鋳鉄１ 合金鋳鉄２ ──────────────────────────── 炭素 ３．７６ 重量％ ３．７８ 重量％ 珪素 ２．１６ 〃 ２．９８ 〃 マンガン ０．８８ 〃 ０．８６ 〃 燐 ０．１０ 〃 ０．０９ 〃 硫黄 ０．００８ 〃 ０．００７ 〃 クロム ０．０４ 〃 ２．０４ 〃 バナジウム ０．０１ 〃 ０．０１ 〃 モリブデン ０．０２ 〃 ０．０２ 〃 ニッケル ０．０５ 〃 ０．０５ 〃 銅 ２．４６ 〃 ２．３８ 〃 チタン ０．０１ 〃 ０．０１ 〃 タングステン ０．０３ 〃 ０．０３ 〃 ニオブ − ０．０２ 〃 マグネシウム ０．０１１ 〃 ０．０１０ 〃 鉄 残分 残分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ１６Ｊ 10/00 Ｆ１６Ｊ 10/00 Ａ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高い温度負荷の内燃機関用ピストンリン
    グを製造するための合金鋳鉄において、この合金鋳鉄が
    球状又は蠕虫状の析出グラファイトを含むパーライト型
    組織を有し、かつ下記の組成 炭素 ２．５ − ４．０ 重量％ 珪素 １．５ − ４．０ 〃 マンガン ０．２ − ２．０ 〃 燐 最高 ０．３５ 〃 硫黄 最高 ０．０３ 〃 クロム 最高 ３．０ 〃 バナジウム 最高 １．５ 〃 モリブデン 最高 ２．５ 〃 ニッケル 最高 ０．２ 〃 銅 １．０ − ３．５ 〃 アルミニウム ０．０２ − ２．５ 〃 マグネシウム ０．００５− ０．０４ 〃 及び残分の鉄 を有することを特徴とする上記合金鋳鉄。
  2. 【請求項２】 合金鋳鉄が０．４重量％までのアンチモ
    ンを含む、請求項１に記載の合金鋳鉄。
  3. 【請求項３】 合金鋳鉄がニッケル、コバルト、錫、チ
    タン、ニオブ、タンタル、硼素及び／又はビスマスの各
    元素の少なくとも１つを合計して４．０重量％までの量
    で含む、請求項１又は２に記載の合金鋳鉄。
  4. 【請求項４】 合金鋳鉄が充填ワイヤインジェクション
    によって溶湯の中に導入された窒素を最高３００ｐｐｍ
    の量で含む、請求項１ないし３のいずれかに記載の合金
    鋳鉄。
  5. 【請求項５】 その合金より鋳造された被加工材に７３
    ０℃までの温度での焼きなまし処理を施す、請求項１な
    いし４のいずれかに記載の合金鋳鉄。
  6. 【請求項６】 その合金より鋳造された被加工材に通常
    法の１つによる窒化処理を施す、請求項１ないし５のい
    ずれかに記載の合金鋳鉄。
  7. 【請求項７】 その窒化処理しようとする合金鋳鉄が、 炭素 ２．５ − ４．０ 重量％ 珪素 ２．０ − ４．０ 〃 マンガン ０．２ − ２．０ 〃 燐 最高 ０．３５ 〃 硫黄 最高 ０．０３ 〃 クロム ０．２ − ３．０ 〃 バナジウム 最高 １．５ 〃 モリブデン 最高 ２．５ 〃 ニッケル 最高 ０．２ 〃 銅 ０．１ − ３．５ 〃 アルミニウム ０．０２ − ２．５ 〃 マグネシウム ０．００５− ０．０４ 〃 及び残分の鉄 よりなる、請求項１ないし６のいずれかに記載の合金鋳
    鉄。
  8. 【請求項８】 その好ましくは窒化されない合金鋳鉄
    が、 炭素 ２．５ − ４．０ 重量％ 珪素 １．５ − ２．５ 〃 マンガン ０．２ − ２．０ 〃 燐 最高 ０．３５ 〃 硫黄 最高 ０．０３ 〃 クロム 最高 ０．３ 〃 バナジウム 最高 ０．２ 〃 モリブデン 最高 ０．３ 〃 ニッケル 最高 ０．２ 〃 銅 ０．１ − ３．５ 〃 アルミニウム 最高 ０．１ 〃 マグネシウム ０．００５− ０．０４ 〃 及び残分の鉄 よりなる、請求項１ないし６のいずれかに記載の合金鋳
    鉄。
  9. 【請求項９】 先行の各請求項のいずれかによる合金鋳
    鉄の、シリンダライナ、ピストン、連接棒、伝動リン
    グ、一般のパッキング輪、歯車又はパッキングリングの
    製造への使用。
JP18637097A 1996-07-25 1997-07-11 内燃機関のピストンリングを製造するための合金鋳鉄 Pending JPH1068042A (ja)

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