DE102018128674B4 - Use of a cast iron material - Google Patents
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- C21D2211/009—Pearlite
Abstract
Verwendung eines Gusseisenwerkstoffs, der umfasst:Kohlenstoff (C) und Eisen (Fe) als Bestandteile des Werkstoffs; undChrom (Cr) im Bereich von 2,6 bis 3,5%, im Sinne von Massen-%, als Bestandteil des Werkstoffs; undder Graphit als eine molekulare Kohlenstoffstruktur beinhaltet,in einem Gleitbauteil in einer Umgebung mit Schmieröl, das einen Zusatzstoff enthält, der Molybdän (Mo) als ein konstituierendes Element enthält,wobei ein Film, der Molybdändisulfid enthält, durch Gleiten auf einer Oberfläche gebildet wird, und Cr die Zersetzungsreaktion des Zusatzstoffs, der Molybdän enthält, fördert.Use of a cast iron material comprising:carbon (C) and iron (Fe) as components of the material; andchromium (Cr) in the range of 2.6 to 3.5%, in terms of % by mass, as a component of the material; andwhich includes graphite as a carbon molecular structure,in a sliding member in an environment with lubricating oil containing an additive containing molybdenum (Mo) as a constituent element,wherein a film containing molybdenum disulfide is formed by sliding on a surface, and Cr promotes the decomposition reaction of the additive containing molybdenum.
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Gusseisenwerkstoffs mit hervorragenden Reibungseigenschaften.The invention relates to the use of a cast iron material with excellent friction properties.
Stand der TechnikState of the art
Gusseisen wird weithin als ein Gleitwerkstoff für ein Gleitelement eines Verbrennungsmotors oder Ähnliches verwendet, weil es eine vorteilhafte Verschleißfestigkeit und Resistenz gegen Reibverschweißung/Festfressen aufweist.Cast iron is widely used as a sliding material for a sliding member of an internal combustion engine or the like because it has favorable wear resistance and seizure resistance.
Zum Beispiel offenbart die Patentliteratur 1 als ein Gusseisen für eine Zylinderlaufbuchse, in welcher die Verschleißfähigkeit verbessert ist, einen Werkstoff, welcher eine Zusammensetzung aufweist, die C: 3,0 bis 3,5%, Si: 1,5 bis 2,5%, Mn: 0,5 bis 1,0%, P: 0,2 bis 0,5%, S: 0,12% oder weniger, Cr: 0,1 bis 0,5%, B: 0,09 bis 0,18%, Cu: 0,4 bis 1,0% und Mo: 0,1 bis 0,5%, im Sinne von Massen-%, und einen aus Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen aufgebauten Rest enthält, und er in eine Struktur gebracht ist, die konfiguriert ist durch Beinhalten einer Grundphase, die hauptsächlich aus Perlit aufgebaut ist, die eine harte Phase, die aus Steadit und einer Borverbindung aufgebaut ist, in 14 bis 22% im Sinne von einen Flächenanteil, dispergiert, und gleichzeitig Lamellengraphit dispergiert, um einen durchschnittlichen Graphitabstand von 9 bis 15 µm aufzuweisen. Mit dem Gusseisen für die Zylinderlaufbuchse kann im Vergleich mit einem konventionellen Gusseisen ein Korrosionsverlust auf die Hälfte reduziert werden, und eine Reibverschweißungsgrenzlast kann auf eineinhalbfach größer als die des konventionellen Gusseisens verbessert werden.For example, Patent Literature 1 discloses, as a cast iron for a cylinder liner in which wearability is improved, a material having a composition that C: 3.0 to 3.5%, Si: 1.5 to 2.5% , Mn: 0.5 to 1.0%, P: 0.2 to 0.5%, S: 0.12% or less, Cr: 0.1 to 0.5%, B: 0.09 to 0 .18%, Cu: 0.4 to 1.0%, and Mo: 0.1 to 0.5% in terms of % by mass, and a balance made up of Fe and unavoidable impurities, and bringing it into a structure is configured by including a base phase composed mainly of pearlite, dispersing a hard phase composed of steadite and a boron compound in 14 to 22% in terms of an area ratio, and at the same time dispersing flake graphite to to have an average graphite spacing of 9 to 15 µm. With the cast iron for the cylinder liner, as compared with a conventional cast iron, a corrosion loss can be reduced to half, and a seizure limit load can be improved to one and a half times that of the conventional cast iron.
Zusätzlich offenbart, zum Beispiel, Patentliteratur 2 ein stark verschleißfestes Cr-Gusseisen, das eine chemische Zusammensetzung aufweist, die C: 2,7 bis 3,3%, Si: 0,2 bis 1,0%, Mn: 0,4 bis 2,0%, Cr: 18 bis 25%, Mo: 0,5 bis 4%, Ni: 0,5 bis 3% und N: weniger als 0,2%, im Sinne von Massen-%, und einen aus Fe und Verunreinigungen aufgebauten Rest enthält; und eine Struktur aufweist, die zu 30 bis 40 Flächen-% aus kristallisiertem Carbid und einer Matrix, die das Carbid umgibt, aufgebaut ist, in welchem die Matrix hauptsächlich aus Martensit gebildet wird, und ein Abschreckgefüge, das teilweise zurückbehaltenes Austenit enthält, wird angelassen/getempert, und feinpräzipitiertes Carbid mit einer Teilchengröße in einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 1 µm oder weniger wird in der Matrix dispergiert, und eine Gesamtmenge des feinpräzipitierten Carbids wird auf der Grundlage der Gesamtstruktur auf 3,0 bis 14 Flächen-% eingestellt. Mit dem stark verschleißbeständigen Gusseisen kann im Vergleich mit dem herkömmlichen Gusseisen der Verschleißverlust auf die Hälfte verringert werden.In addition, for example, Patent Literature 2 discloses a highly wear-resistant Cr cast iron having a chemical composition that contains C: 2.7 to 3.3%, Si: 0.2 to 1.0%, Mn: 0.4 to 2.0%, Cr: 18 to 25%, Mo: 0.5 to 4%, Ni: 0.5 to 3% and N: less than 0.2% in terms of % by mass, and one of Fe and impurities built-up residue; and having a structure composed of 30 to 40% by area of crystallized carbide and a matrix surrounding the carbide, in which the matrix is formed mainly of martensite, and a chilled structure containing partially retained austenite is tempered /annealed, and finely precipitated carbide having a particle size in an equivalent circular diameter of 1 µm or less is dispersed in the matrix, and a total amount of the finely precipitated carbide is adjusted to 3.0 to 14 area% based on the entire structure. With the highly wear-resistant cast iron, compared with the conventional cast iron, the wear loss can be reduced to half.
Zusätzlich offenbart, zum Beispiel, die Patentliteratur 3 ein Gusseisen mit Lamellengraphit, das ein Graphit vom A-Typ einschließlich einer Existenzform enthält, in welcher Graphit ungeordnet und gleichmäßig ohne Richtung verteilt ist, und mit einer chemischen Zusammensetzung, die C: 2,8 bis 4,0%, Si: 1,2 bis 3,0%, Mn: 1,1 bis 3,0%, P: 0,01 bis 0,6% und S: 0,01 bis 0,30%, im Sinne von Massen-%, und einen aus Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen aufgebauten Rest enthält, in welchen das Verhältnis des Mn-Gehalts zu dem S-Gehalt (Mn/S) in einem Bereich von 3 bis 300 ist. Mit dem Gusseisen mit Lamellengraphit kann die Zugfestigkeit auf etwa 1,2- bis 2-fach größer als die des herkömmlichen Gusseisens verbessert werden, und es kann ebenfalls eine bevorzugte maschinelle Verarbeitbarkeit erzielt werden.In addition, for example, Patent Literature 3 discloses a flake graphite cast iron containing an A-type graphite including an existence form in which graphite is disordered and distributed uniformly with no direction, and having a chemical composition ranging from C: 2.8 to 4.0%, Si: 1.2 to 3.0%, Mn: 1.1 to 3.0%, P: 0.01 to 0.6% and S: 0.01 to 0.30%, im in terms of % by mass, and contains a balance composed of Fe and unavoidable impurities, in which the ratio of the Mn content to the S content (Mn/S) is in a range of 3 to 300. With the flake graphite cast iron, the tensile strength can be improved to about 1.2 to 2 times that of the conventional cast iron, and preferable machinability can also be obtained.
Außerdem offenbart, zum Beispiel, die Patentliteratur 4 ein Gusseisen mit Lamellengraphit, welches eine Zusammensetzung aufweist, die C: 2,4 bis 3,6%, Si: 0,8% oder mehr und weniger als 2,8%, Mn: 1,1 bis 3,0%, und außerdem P: 0,01 bis 0,6% und B: 0,001 bis 0,2% oder außerdem S: mehr als 0,01% und 0,15% oder weniger und eines oder mehrere Sorten ausgewählt aus Cu, Cr, Mo und Ni in 0,1 bis 6,0% insgesamt, oder eine oder mehrere Sorten ausgewählt aus W, V und Nb zu 0,01 bis 5,0% insgesamt, und eine Sorte oder zwei oder mehrere Sorten ausgewählt aus Sn: 0,3% oder weniger und Sb: 0,3% oder weniger, im Sinne von Massen-%, aufweist, und außerdem eine Struktur aufweist, in welcher Carbid zu 8% oder weniger, im Sinne von Flächen-%, dispergiert ist. Mit dem Gusseisen mit Lamellengraphit kann die Zugfestigkeit auf 1,5-fach größer als die des herkömmlichen Gusseisens verbessert werden.Also, for example, Patent Literature 4 discloses a flake graphite cast iron having a composition including C: 2.4 to 3.6%, Si: 0.8% or more and less than 2.8%, Mn: 1 .1 to 3.0%, and further P: 0.01 to 0.6% and B: 0.001 to 0.2% or further S: more than 0.01% and 0.15% or less and one or more grades selected from Cu, Cr, Mo and Ni at 0.1 to 6.0% in total, or one or more grades selected from W, V and Nb at 0.01 to 5.0% in total, and one grade or two or has plural grades selected from Sn: 0.3% or less and Sb: 0.3% or less in terms of % by mass, and also has a structure in which carbide is 8% or less in terms of areas -%, is dispersed. With the flake graphite cast iron, the tensile strength can be improved to 1.5 times that of the conventional cast iron.
Zitatlistequote list
Patentliteraturpatent literature
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Patentliteratur 1:
JP 2006-206986 A JP 2006-206986 A -
Patentliteratur 2:
JP 2009-007597 A JP 2009-007597 A -
Patentliteratur 3:
JP 2013-117071 A JP 2013-117071 A -
Patentliteratur 4:
JP 2014-062318 A JP 2014-062318 A
Nichtpatentliteraturnon-patent literature
Ushioda et al, Effect of Low Viscosity Passenger Car Motor Oils on Fuel Economy Engine Tests, SAE international, 2013-01-2606Ushioda et al, Effect of Low Viscosity Passenger Car Motor Oils on Fuel Economy Engine Tests, SAE international, 2013-01-2606
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention
Technisches ProblemTechnical problem
Jedoch ist die Reduktion der Viskosität von Maschinenöl in den vergangenen Jahren vorangeschritten, um den Rührwiderstand des Maschinenöls zu verringern, dadurch wird bei Hochlastbetriebsbedingungen und Ähnlichen ein Anstieg im direkten Kontakt von Metall miteinander und ein Anstieg der Reibung verursacht (siehe, zum Beispiel, Nichtpatentliteratur 1), welcher zu der Möglichkeit der Verursachung von Reibverschweißung oder Ähnlichen führt. Daher wird ein Reibungsmodifikationsmittel zu dem Maschinenöl gegeben, um die Reibung zu verringern. Als das bisher am häufigsten verwendete Reibungsmodifikationsmittel ist MoDTC (Molybdändithiocarbamat oder Molybdändialkyldithiocarbamat) erhältlich. Außerdem wurde bisher der Wirkungsmechanismus des Reibungsmodifikationsmittels, das Mo (Molybdän) als einen Zusatzstoff enthält, oder der Grund, warum eine Wirkung des Modifikationsmittels unterschiedlich in Abhängigkeit von einem Material ist, nicht näher beschrieben. Daher ist es erwünscht, die Mechanismen zu erhellen, wodurch die Wirkung des Reibungsmodifikationsmittels maximal entwickelt wird, um die Reibung zu verringern. Außerdem wies eine große Menge an bisher bereitgestellten Werkstoffen, in welchen die Härte erhöht ist, um die Eigenschaften, wie etwa Verschleißbeständigkeit, zu verbessern, das Problem auf, dass sie Schwierigkeiten beim Verarbeiten und eine geringe Produktivität aufzuweisen.However, reduction of the viscosity of engine oil has been progressing in recent years to decrease the stirring resistance of the engine oil, thereby causing an increase in metal-to-metal direct contact and an increase in friction under high-load operating conditions and the like (see, for example, Non-patent Literature 1 ), which leads to the possibility of causing seizure or the like. Therefore, a friction modifier is added to the engine oil to reduce friction. The most commonly used friction modifier to date is MoDTC (molybdenum dithiocarbamate or molybdenum dialkyldithiocarbamate) available. In addition, the mechanism of action of the friction modifier containing Mo (molybdenum) as an additive or the reason why an effect of the modifier is different depending on a material has not been described in detail. Therefore, it is desired to elucidate the mechanisms whereby the effect of the friction modifier is maximally developed to reduce friction. In addition, a large amount of materials so far provided, in which hardness is increased in order to improve properties such as wear resistance, have had the problem that they have difficulty in processing and low productivity.
Die Erfindung erfolgte auf der Grundlage derartiger Probleme, und fasste die Bereitstellung einer Verwendung eines Gusseisenwerkstoffs ins Auge, bei welchem hervorragende Gleiteigenschaften erhalten werden können.The invention was made based on such problems, and aimed to provide use of a cast iron material in which excellent sliding properties can be obtained.
Lösung des Problemsthe solution of the problem
Ein erfindungsgemäß verwendeter Gusseisenwerkstoff enthält C und Fe als Bestandteile des Werkstoffs, und Cr zu 2,6 bis 3,5%, im Sinne von Massen-%, als Bestandteil des Werkstoffs, und beinhaltet Graphit als eine molekulare Kohlenstoffstruktur, und wird als ein Gleitbauteil verwendet, das in einer Umgebung eines Schmieröls gleitet, das einen Zusatzstoff enthält, der Molybdän (Mo) als ein konstituierendes Element enthält.A cast iron material used in the present invention contains C and Fe as components of the material, and Cr of 2.6 to 3.5% in terms of mass % as a component of the material, and includes graphite as a carbon molecular structure, and is used as a sliding member is used, which slides in an environment of a lubricating oil containing an additive containing molybdenum (Mo) as a constituent element.
Vorteilhafte Wirkungen der ErfindungAdvantageous Effects of the Invention
In einem erfindungsgemäß verwendeten Gusseisenwerkstoff enthält der Gusseisenwerkstoff Cr zu 2,6% oder mehr, im Sinne von Massen-%, und daher fördert an einer Oberfläche aufgrund des Gleitens exponiertes aktives Cr eine Zersetzungsreaktion eines Zusatzstoffs, der in dem Schmieröl enthalten ist, und ein Film aus Molybdändisulfid kann gebildet werden, wobei der Film eine niedrige Reibung aufweist. Demgemäß kann die Reibung verringert werden, und der Verschleiß kann ebenfalls verringert werden, und das Reibverschweißen oder Ähnliches kann unterdrückt werden. Zusätzlich wird Cr auf 3,5% oder weniger, im Sinne von Massen-%, eingestellt, und daher wird verhindert, dass der Gusseisenwerkstoff unnötig hart wird und leicht bearbeitet werden kann.In a cast iron material used according to the invention, the cast iron material contains Cr by 2.6% or more in terms of % by mass, and therefore, active Cr exposed on a surface due to sliding promotes a decomposition reaction of an additive contained in the lubricating oil, and a film of molybdenum disulfide can be formed, the film having low friction. Accordingly, friction can be reduced and wear can also be reduced, and seizure or the like can be suppressed. In addition, Cr is adjusted to 3.5% or less in terms of % by mass, and therefore the cast iron material is prevented from being unnecessarily hard and can be easily machined.
Außerdem wird der verwendete Gusseisenwerkstoff so eingestellt, dass er wenigstens Si aus der Gruppe bestehend aus Si, Cu und Ni als Bestandteil enthält, wobei ein Gehalt daran auf 2 bis 6,5% Si, 0 bis 1,5% Cu und 0 bis 1,5% Ni, im Sinne von Massen-%, eingestellt wird, und daher kann der Gusseisenwerkstoff auf eine geeignete Härte eingestellt und leicht bearbeitet werden.In addition, the cast iron material used is adjusted to contain at least Si from the group consisting of Si, Cu and Ni as a component, the content thereof being limited to 2 to 6.5% Si, 0 to 1.5% Cu and 0 to 1 .5% Ni in terms of % by mass is adjusted, and therefore the cast iron material can be adjusted to an appropriate hardness and easily machined.
Wenn außerdem der Gusseisenwerkstoff so angeordnet wird, um in einem Gleitelement der Maschine verwendet zu werden, kann die Reibung verringert und ebenfalls die Brennstoffeffizienz verbessert werden.In addition, when the cast iron material is arranged to be used in a sliding member of the engine, friction can be reduced and fuel efficiency can also be improved.
Figurenlistecharacter list
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Die
1 zeigt ein Beispiel einer Struktur eines Gusseisenwerkstoffs, der gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird, und ist ein optisches Kleingefügebild der Struktur, das die Struktur einschließlich des Lamellengraphits zeigt.the1 12 shows an example of a structure of a cast iron material used according to an embodiment of the invention, and is a micrograph of the structure showing the structure including the flake graphite. -
Die
2 zeigt ein weiteres Beispiel einer Struktur eines Gusseisenwerkstoffs, der gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird, und ist ein optisches Kleingefügebild der Struktur, das die Struktur zeigt, die kugelförmiges Graphit beinhaltet.the2 12 shows another example of a structure of a cast iron material used according to an embodiment of the invention, and is a micrograph of the structure showing the structure including spherical graphite. -
Die
3 ist ein Transmissionselektronen-Kleingefügebild, das ein Beispiel einer Querschnittstruktur von Reibungsspuren nach Durchführen eines Reibungstests an einem erfindungsgemäßen Gusseisenwerkstoff zeigt.the3 14 is a transmission electron micrograph showing an example of a cross-sectional structure of friction marks after performing a friction test on a cast iron material of the present invention. -
Die
4 ist ein vergrößertes Diagramm eines Rahmenteils in der3 , und ein Transmissionselektronen-Kleingefügebild, das das gebildete Molybdändisulfid zeigt.the4 is an enlarged diagram of a frame part in FIG3 , and a transmission electron micrograph showing the formed molybdenum disulfide. -
Die
5 ist ein charakteristisches Diagramm, das, im Vergleich, einen Reibungskoeffizienten in einer Umgebung eines Schmieröls, zu welchem MoDTC zugegeben ist, mit Blick auf den Gusseisenwerkstoff in jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele zeigt.the5 14 is a characteristic diagram showing, in comparison, a coefficient of friction in an environment of a lubricating oil to which MoDTC is added with respect to the cast iron material in each of Examples and Comparative Examples. -
Die
6 ist ein weiteres charakteristisches Diagramm, das, im Vergleich, einen Reibungskoeffizienten in einer Umgebung eines Schmieröls, zu welchem MoDTC zugegeben ist, mit Blick auf den Gusseisenwerkstoff in jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele zeigt.the6 13 is another characteristic diagram showing, in comparison, a coefficient of friction in an environment of a lubricating oil to which MoDTC is added with respect to the cast iron material in each of Examples and Comparative Examples. -
Die
7 ist eine Tabelle, die einen Unterschied in den Reibungseigenschaften in Abhängigkeit von einer Zusammensetzung eines Gusseisenwerkstoffes in einer Umgebung mit Schmieröl, zu welchem MoDTC zugegeben ist, mit Blick auf den Gusseisenwerkstoff in jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele zeigt.the7 14 is a table showing a difference in frictional properties depending on a composition of a cast iron material in an environment with lubricating oil to which MoDTC is added with respect to the cast iron material in each of Examples and Comparative Examples. -
Die
8 ist eine Tabelle, die die Ergebnisse, nach Zubereiten eines Teststücks mit einem Kreisbogenquerschnitt unter Verwendung des Gusseisenwerkstoffs erhalten werden, und Durchführen eines Reibungstests in einer Umgebung mit Schmieröl, zu welchem MoDTC zugegeben ist, in jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele zeigt.the8th
Beschreibung der AusführungsformenDescription of the embodiments
Hiernach werden ausführlich die Ausführungsformen der Erfindung mit Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben.Hereinafter, the embodiments of the invention will be described in detail with reference to drawings.
Die
Der Gusseisenwerkstoff, der gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, enthält Kohlenstoff (C) und Eisen (Fe) und außerdem Chrom (Cr) als Bestandteile. C verstärkt eine Perlitbasis in einem Grundmaterial und kristallisiert gleichzeitig als Graphit, um die Gleitfähigkeit, Verschleißbeständigkeit und Beständigkeit gegen Reibverschweißung zu verbessern. Ein Gehalt an C ist, zum Beispiel, bevorzugt von 2,0 bis 6,5%, im Sinne von Massen-%. Der Grund dafür ist, dass, wenn der Gehalt an C klein ist, das Lamellengraphit nicht kristallisiert, und die Verarbeitbarkeit oder Ähnliches beeinträchtigt.The cast iron material used according to the present embodiment contains carbon (C) and iron (Fe) and also contains chromium (Cr) as components. C reinforces a pearlite base in a base material and at the same time crystallizes as graphite to improve lubricity, wear resistance and seizure resistance. A content of C is, for example, preferably from 2.0 to 6.5% in terms of % by mass. The reason is that when the content of C is small, the flake graphite does not crystallize, and workability or the like deteriorates.
Cr ist ein Material, das eine Zersetzungsreaktion des Zusatzstoffs, wie etwa MoDTC, das Mo als ein konstituierendes Element enthält, fördert, der zu dem Schmieröl gegeben wird, um eine größere Menge eines Films aus Molybdändisulfid zu bilden, wobei der Film eine niedrige Reibung aufweist. Wenn der Film von Molybdändisulfid gebildet wird, kann die Reibung verringert werden, und Verschleiß kann ebenfalls verringert werden, und Reibverschweißen oder Ähnliches kann ebenfalls unterdrückt werden.Cr is a material that promotes a decomposition reaction of the additive such as MoDTC containing Mo as a constituent element, which is added to the lubricating oil to form a larger amount of a film of molybdenum disulfide, the film having low friction . When the film is formed of molybdenum disulfide, friction can be reduced and abrasion can also be reduced, and seizure or the like can also be suppressed.
Der Mechanismus, gemäß dem Cr den Zusatzstoff zersetzt, der Mo als das konstituierende Element enthält, wie etwa MoDTC, ist wahrscheinlich wie im Folgenden beschrieben. Zunächst wird, wenn eine Oxidschicht in einer Oberflächenschicht des Gusseisenwerkstoffs durch Reibung verursacht durch Gleiten ausgeschieden wird, ein aktives Metall (wie etwa Fe und Cr) exponiert. Zusätzlich wird der Zusatzstoff, wie etwa MoDTC, der in dem Schmieröl enthalten ist, durch Wärme zersetzt, und Molybdänoxysulfid (MoS2-xOx), das ein Zwischenprodukt ist, existiert in dem Schmieröl. Die Ionisierungstendenz des Metalls wird durch eine Reihe: Cr>Fe≈Mo näher beschrieben, und daher entzieht Cr, welches weiter leichter als Fe oxidiert wird, Molybdänoxysulfid, das in dem Schmieröl enthalten ist, Sauerstoff und wird zu Chromoxid. Währenddessen wird Molybdänoxysulfid, welchem der Sauerstoff entzogen wird, in Molybdändisulfid (MoS2) umgewandelt, um den Film auf dem Gusseisenwerkstoff zu bilden. Wenn zusätzlich der Reibungstest an dem Gusseisenwerkstoff, der gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, in einer Umgebung mit Schmieröl, zu welchem MoDTC zugegeben ist, durchgeführt wird, wurde bestätigt, dass ein Reaktionsfilm, wie in der
Der Gehalt an Cr ist im Bereich von 2,6 bis 3,5%, im Sinne von Massen-%. Der Grund dafür ist, dass, wenn der Gehalt davon weniger als 1,0 Massen-% ist, die Wirkung der Bildung des Films von Molybdändisulfid durch Cr nicht ausreichend erhalten werden kann, und wenn der Gehalt davon mehr als 3,5 Massen-% wird, der Gusseisenwerkstoff unnötig hart wird, wodurch es schwierig wird, ihn leicht zu verarbeiten.The content of Cr is in the range of 2.6 to 3.5% in terms of % by mass. The reason is that when the content thereof is less than 1.0% by mass, the effect of forming the film of molybdenum disulfide by Cr cannot be sufficiently obtained, and when the content thereof is more than 3.5% by mass becomes, the cast iron material becomes unnecessarily hard, making it difficult to work easily.
Außerdem enthält der Gusseisenwerkstoff, der gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, bevorzugt wenigstens Silicium (Si) aus der Gruppe bestehend aus Silicium (Si), Kupfer (Cu) und Nickel (Ni) als Bestandteil. Si ist ein Material mit einer Wirkung der Unterdrückung, dass Cr Carbid bildet, um zu unterdrücken, dass der Gusseisenwerkstoff hart ist, was die Verarbeitung erleichtert. Ein Gehalt an Si ist bevorzugt eingestellt auf 2 bis 6,5%, im Sinne von Massen-%. Der Grund dafür ist, dass, wenn der Gehalt daran weniger als 2 Massen-% ist, der Gusseisenwerkstoff in einigen Fällen übermäßig hart wird, und, wenn der Gehalt davon mehr als 6,5 Massen-% wird, der Gusseisenwerkstoff spröde wird und eine Möglichkeit des Verlusts an Festigkeit aufweist.In addition, the cast iron material used according to the present embodiment preferably contains at least silicon (Si) selected from the group consisting of silicon (Si), copper (Cu), and nickel (Ni) as a component. Si is a material having a suppressing effect that forms Cr carbide to suppress the cast iron material from being hard, which facilitates processing. A content of Si is preferably adjusted to 2 to 6.5% in terms of % by mass. The reason is that when the content thereof is less than 2% by mass, the cast iron material becomes excessively hard in some cases, and when the content thereof becomes more than 6.5% by mass, the cast iron material becomes brittle and a possibility of loss of strength.
In einer zu Si ähnlichen Art und Weise, weisen Cu und Ni ebenfalls eine Wirkung auf, dass Cr daran gehindert wird, Carbid zu bilden; aber der Gusseisenwerkstoff kann oder muss nicht notwendigerweise Cu und Ni enthalten. Der Gehalt an Cu ist bevorzugt auf 0 bis 1,5% eingestellt, und ein Gehalt an Ni ist bevorzugt auf 0 bis 1,5%, im Sinne von Massen-%, eingestellt. Der Grund dafür ist, dass innerhalb der vorhergehenden Bereiche die Wirkung der Behinderung von Cr Carbid zu bilden und Vermeidung einer exzessiven Härte und dadurch eine Erleichterung der Verarbeitbarkeit erhalten werden kann.In a manner similar to Si, Cu and Ni also have an effect of preventing Cr from forming carbide; but the cast iron material may or may not necessarily contain Cu and Ni. The content of Cu is preferably set to 0 to 1.5%, and a content of Ni is preferably set to 0 to 1.5% in terms of mass %. The reason for this is that within the foregoing ranges, the effect of preventing Cr carbide from forming and avoiding excessive hardness and thereby facilitating workability can be obtained.
Zusätzlich wird die Härte des Gusseisenwerkstoffs bevorzugt in dem Bereich von HB200 bis HB380, im Sinne von Brinell-Härte, eingestellt. Der Grund dafür ist, dass, wenn seine Härte mehr als HP380 wird, die maschinelle Verarbeitbarkeit verschlechtert wird und die Bearbeitung schwierig wird.In addition, the hardness of the cast iron material is preferably set in the range of HB200 to HB380 in terms of Brinell hardness. This is because when its hardness becomes more than HP380, machinability deteriorates and working becomes difficult.
Als Struktur des Gusseisenwerkstoffs, der gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, ist das Grundmaterial aus der Perlitbasis aufgebaut, und Lamellengraphit oder kugeliges Graphit und kristallisiertes Carbid werden in dem Grundmaterial dispergiert. Außerdem ist Cr in dem Grundmaterial dispergiert, wodurch eine Reaktion des Mo-enthaltenden Reibungsmodifizierers gefördert wird, um Molybdändisulfid zu bilden. Auf diese Weise können hervorragende Reibungseigenschaften erhalten werden.As the structure of the cast iron material used according to the present embodiment, the base material is composed of the pearlite base, and flake graphite or nodular graphite and crystallized carbide are dispersed in the base material. In addition, Cr is dispersed in the base material, thereby promoting a reaction of the Mo-containing friction modifier to form molybdenum disulfide. In this way excellent friction properties can be obtained.
Der Gusseisenwerkstoff kann, zum Beispiel, durch Schmelzformen einer Schmelze mit der vorher beschriebenen Zusammensetzung durch ein gewöhnliches Schmelzformverfahren unter Verwendung eines Kuppelofens, eines elektrischen Ofens oder Ähnliches, Gießen des resultierenden Materials durch ein allgemein bekanntes Gießverfahren und Verfestigen des resultierenden Materials erhalten werden.The cast iron material can be obtained, for example, by melt-shaping a melt having the above-described composition by an ordinary melt-shaping method using a cupola furnace, an electric furnace or the like, casting the resulting material by a well-known casting method, and solidifying the resulting material.
Auf diese Weise enthält der Gusseisenwerkstoff, der gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, Cr zu 2,6% oder mehr, im Sinne von Massen-%, und daher kann an der Oberfläche durch Gleiten exponiertes aktives Cr die Zersetzungsreaktion des Reibungsmodifikationsmittels fördern, das in dem Schmieröl enthalten ist, um den Film aus Molybdändisulfid zu bilden. Demgemäß kann die Reibung verringert werden, der Verschleiß kann ebenfalls verringert werden und das Reibverschweißen oder Ähnliches kann ebenfalls unterdrückt werden. Zusätzlich wird Cr auf 3,5% oder weniger, im Sinne von Massen-%, eingestellt, und daher kann verhindert werden, dass der Gusseisenwerkstoff unnötig hart wird, und kann leicht bearbeitet werden.In this way, the cast iron material used according to the present embodiment contains Cr by 2.6% or more in terms of % by mass, and therefore active Cr exposed on the surface by sliding can cause the decomposition reaction promote the formation of the friction modifier contained in the lubricating oil to form the film of molybdenum disulfide. Accordingly, friction can be reduced, abrasion can also be reduced, and seizure or the like can also be suppressed. In addition, Cr is adjusted to 3.5% or less in terms of % by mass, and therefore the cast iron material can be prevented from being unnecessarily hard and can be easily machined.
Außerdem wird der Gusseisenwerkstoff eingestellt, dass dieser wenigstens Si aus der Gruppe bestehend aus Si, Cu und Ni als einen Bestandteil enthält, und der Gehalt wird auf 2 bis 6,5% Si, 0 bis 1,5% Cu; und 0 bis 1,5% Ni, im Sinne von Massen-%, eingestellt. Daher kann der Gusseisenwerkstoff auf eine geeignete Härte eingestellt und einfach bearbeitet werden.In addition, the cast iron material is adjusted to contain at least Si from the group consisting of Si, Cu and Ni as a component, and the content is controlled to 2 to 6.5% Si, 0 to 1.5% Cu; and 0 to 1.5% Ni in terms of % by mass. Therefore, the cast iron material can be adjusted to an appropriate hardness and easily machined.
Wenn außerdem der Gusseisenwerkstoff angeordnet wird, um in einem Gleitteil eines Maschinenteils oder eines Antriebsteils verwendet zu werden, kann die Reibung verringert und die Kraftstoffeffizienz kann verbessert werden.In addition, when the cast iron material is arranged to be used in a sliding part of an engine part or a driving part, friction can be reduced and fuel efficiency can be improved.
Beispieleexamples
(Beispiele 1-1 bis 1-6 und Vergleichsbeispiele 1-1 bis 1-6)(Examples 1-1 to 1-6 and Comparative Examples 1-1 to 1-6)
Ein Gusseisenwerkstoff wurde zubereitet, in welchem der Gusseisenwerkstoff eine Zusammensetzung aufwies, die 2,6% C, 2,6% Cr, 4,4% Si und 1,0% Cu, im Sinne von Massen-%, und einen aus Fe und Verunreinigungen bestehenden Rest aufwies, und der eine Struktur aufwies, in welcher ein Grundmaterial auf einer Perlitbasis gebildet wurde, und Lamellengraphit und kristallisiertes Carbid in dem Grundmaterial dispergiert wurden. An dem auf diese Weise erhaltenen Gusseisenwerkstoff wurde ein Kolbengleitreibungstest in einer Umgebung mit Schmieröl durchgeführt. Als das Schmieröl wurde für alle ein Testöl verwendet, zu welchem MoDTC zugegeben war, und dieses wurde in den Beispielen 1-1 bis 1-6 geändert. Als ein Werkstoffpartner wurde Lagerstahl (SUJ2) verwendet. Der Test wurde für 30 Minuten durch Einstellung einer Belastung von 80 N, einer Frequenz von 10 Hz und einer Temperatur von 80°C durchgeführt, und ein Reibungskoeffizient während der Stabilisierung wurde gemessen.A cast iron material was prepared, in which the cast iron material had a composition consisting of 2.6% C, 2.6% Cr, 4.4% Si and 1.0% Cu in terms of % by mass and one of Fe and impurity residue, and having a structure in which a base material was formed on a pearlite base, and flake graphite and crystallized carbide were dispersed in the base material. A piston sliding friction test was carried out on the cast iron material thus obtained in an environment of lubricating oil. As the lubricating oil, a test oil to which MoDTC was added was used for all, and this was changed in Examples 1-1 to 1-6. Bearing steel (SUJ2) was used as a material partner. The test was conducted for 30 minutes by setting a load of 80N, a frequency of 10Hz and a temperature of 80°C, and a coefficient of friction during stabilization was measured.
Bei Vergleichsbeispielen 1-1 bis 1-6 wurde ein Reibungstest ähnlich zu dem Test in dem vorliegenden Beispiel unter Verwendung eines Gusseisenwerkstoffs mit einer Zusammensetzung durchgeführt, die kein Cr enthält und 3,0% C, 2,2% Si, im Sinne von Massen-% und einen aus Fe und Verunreinigungen bestehenden Rest enthält, der eine Struktur aufweist, in welcher ein Grundmaterial auf einer Perlitbasis gebildet wurde, und Lamellengraphit und kristallisiertes Carbid wurden in dem Grundmaterial dispergiert und ein Reibungskoeffizient wurde gemessen. Als Schmieröl wurde das gleiche Schmieröl in Beispiel 1-1 und Vergleichsbeispiel 1-1, in Beispiel 1-2 und Vergleichsbeispiel 1-2, in Beispiel 1-3 und Vergleichsbeispiel 1-3, in Beispiel 1-4 und Vergleichsbeispiel 1-4, in Beispiel 1-5 und Vergleichsbeispiel 1-5 bzw. in Beispiel 1-6 und Vergleichsbeispiel 1-6 verwendet.In Comparative Examples 1-1 to 1-6, a friction test similar to the test in the present example was performed using a cast iron material having a composition containing no Cr and 3.0% C, 2.2% Si in terms of mass -% and a balance consisting of Fe and impurities, having a structure in which a pearlite-based base material was formed, and flake graphite and crystallized carbide were dispersed in the base material, and a coefficient of friction was measured. As the lubricating oil, the same lubricating oil in Example 1-1 and Comparative Example 1-1, in Example 1-2 and Comparative Example 1-2, in Example 1-3 and Comparative Example 1-3, in Example 1-4 and Comparative Example 1-4, in Example 1-5 and Comparative Example 1-5 and in Example 1-6 and Comparative Example 1-6, respectively.
Die erhaltenen Ergebnisse werden in der
(Beispiele 2-1 bis 2-4 (Referenzbeispiele) und Vergleichsbeispiele 2-1 bis 2-4)(Examples 2-1 to 2-4 (Reference Examples) and Comparative Examples 2-1 to 2-4)
Ein Gusseisenwerkstoff wurde zubereitet, in welchem der Gusseisenwerkstoff eine Zusammensetzung aufwies, die 3,2% C, 2,5% Cr und 4,9% Si, im Sinne von Massen-%, und einen aus Fe und Verunreinigungen bestehenden Rest enthält, und eine Struktur aufwies, in welcher ein Grundmaterial auf einer Perlitgrundlage gebildet wurde und ein kugeliges Graphit und kristallisiertes Carbid wurden in dem Grundmaterial dispergiert. An dem auf diese Weise erhaltenen Gusseisenwerkstoff wurde ein Kolbengleitreibungstest in einer Umgebung mit Schmieröl durchgeführt. Als das Schmieröl wurde ein Testöl, zu welchem MoDTC zugegeben war, für alle verwendet, und dieses wurde in den Beispielen 2-1 bis 2-4 geändert. Als ein Werkstoffpartner wurde Lagerstahl (SUJ2) verwendet. Der Test erfolgte für 30 Minuten durch Einstellung einer Last auf 80 N, einer Frequenz auf 10 Hz und einer Temperatur auf 80°C, und ein Reibungskoeffizient während der Stabilisierung wurde gemessen.A cast iron material was prepared, in which the cast iron material had a composition containing 3.2% C, 2.5% Cr and 4.9% Si in terms of % by mass and a balance consisting of Fe and impurities, and had a structure in which a base material was formed on a pearlite base, and a nodular graphite and crystallized carbide were dispersed in the base material. A piston sliding friction test was carried out on the cast iron material thus obtained in an environment of lubricating oil. As the lubricating oil, a test oil to which MoDTC was added was used for all, and this was changed in Examples 2-1 to 2-4. Bearing steel (SUJ2) was used as a material partner. The test was conducted for 30 minutes by setting a load of 80N, a frequency of 10Hz and a temperature of 80°C, and a coefficient of friction during stabilization was measured.
Bei Vergleichsbeispielen 2-1 bis 2-4 wurde ein Reibungstest ähnlich zu dem Test in den vorliegenden Beispielen unter Verwendung eines Gusseisenwerkstoffs durchgeführt, der eine Zusammensetzung ohne Cr zu enthalten aufweist, und 3,5% C und 2,4% Si, im Sinne von Massen-%, und einen aus Fe und Verunreinigungen bestehenden Rest enthält, und eine Struktur aufweist, in welcher ein Grundmaterial auf einer Perlitgrundlage gebildet wurde, und ein kugeliges Graphit und kristallisiertes Carbid in dem Grundmaterial dispergiert wurden, und ein Reibungskoeffizient wurde gemessen. Als Schmieröl wurde das gleiche Schmieröl in Beispiel 2-1 und Vergleichsbeispiel 2-1, in Beispiel 2-2 und Vergleichsbeispiel 2-2, in Beispiel 2-3 und Vergleichsbeispiel 2-3 bzw. in Beispiel 2-4 und Vergleichsbeispiel 2-4 verwendet.In Comparative Examples 2-1 to 2-4, a friction test similar to the test in the present examples was conducted using a cast iron material having a composition containing no Cr, and 3.5% C and 2.4% Si, in mind of % by mass, and contains a balance consisting of Fe and impurities, and has a structure in which a base material was formed on a pearlite base, and a nodular graphite and crystallized carbide were dispersed in the base material, and a coefficient of friction was measured. As the lubricating oil, the same lubricating oil was used in Example 2-1 and Comparative Example 2-1, in Example 2-2 and Comparative Example 2-2, in Example 2-3 and Comparative Example 2-3, and in Example 2-4 and Comparative Example 2-4, respectively used.
Die erhaltenen Ergebnisse werden in der
(Beispiele 3-1 bis 3-4 (Referenzbeispiele) und Vergleichsbeispiele 3-1 bis 3-3)(Examples 3-1 to 3-4 (Reference Examples) and Comparative Examples 3-1 to 3-3)
Ein Gusseisenwerkstoff mit einer Zusammensetzung, in welcher eine Menge an Cr, eine Menge an Si, eine Menge an Ni und eine Menge an Cu unterschiedlich voneinander waren und ein Rest aus Fe und Verunreinigungen besteht, wurde zubereitet. An dem auf diese Weise erhaltenen Gusseisenwerkstoff wurde ein Reibungstest in einer Umgebung mit Schmieröl, das MoDTC enthält, durchgeführt. Als der Reibungstest wurde ein Reibungstest vom Kugel-Auf-Scheibe-Typ durchgeführt, und als ein Werkstoffpartner wurde Lagerstahl (SUJ2) verwendet. Der Test wurde für 30 Minuten durch Einstellen einer Last auf 80 N, einer Reibungsgeschwindigkeit auf 0,5 m/s und einer Temperatur auf 80°C durchgeführt, und ein Reibungskoeffizient während der Stabilisierung wurde gemessen.A cast iron material having a composition in which an amount of Cr, an amount of Si, an amount of Ni and an amount of Cu were different from each other and a balance was Fe and impurities was prepared. A friction test was carried out on the cast iron material thus obtained in an environment with lubricating oil containing MoDTC. As the friction test, a ball-on-disk type friction test was conducted, and bearing steel (SUJ2) was used as a material partner. The test was conducted for 30 minutes by setting a load of 80N, a friction speed of 0.5m/s, and a temperature of 80°C, and a coefficient of friction during stabilization was measured.
Als Vergleichsbeispiele wurde in Vergleichsbeispiel 3-1 ein Material verwendet, das Cr in einer Menge von weniger als 1,0% enthält, und in Vergleichsbeispiel 3-2 und 3-3 wurden Werkstoffe verwendet, die jeweils Cr in einer Menge von mehr als 3,5% enthalten. In Beispielen 3-1 und 3-2 wurden Werkstoffe verwendet, die jeweils Cr in etwa 1,0% enthalten, und in Beispielen 3-3 und 3-4 wurden Werkstoffe verwendet, die jeweils Cr zu 2,3 bis 2,55% enthalten. Eine Menge an Si und eine Menge an Cu waren in Beispielen 3-1 und 3-2 und in Beispielen 3-3 und 3-4 jeweils unterschiedlich zueinander.As comparative examples, a material containing Cr in an amount of less than 1.0% was used in Comparative Example 3-1, and materials each containing Cr in an amount of more than 3.0% were used in Comparative Examples 3-2 and 3-3 .5% included. Materials each containing Cr by about 1.0% were used in Examples 3-1 and 3-2, and materials each containing Cr by 2.3 to 2.55% were used in Examples 3-3 and 3-4. contain. An amount of Si and an amount of Cu were different from each other in Examples 3-1 and 3-2 and in Examples 3-3 and 3-4, respectively.
Die erhaltenen Ergebnisse werden in der
(Beispiele 4-1 bis 4-3 und Vergleichsbeispiele 4-1 und 4-2)(Examples 4-1 to 4-3 and Comparative Examples 4-1 and 4-2)
Ein Teststück mit einem Kreisbogenquerschnitt wurde unter Verwendung eines Gusseisenwerkstoffs mit einer Zusammensetzung zubereitet, in welcher eine Menge an Cr, eine Menge an Si, eine Menge an Ni und eine Menge an Cu unterschiedlich voneinander waren, und ein Rest wurde aus Fe und Verunreinigungen aufgebaut. An dem auf diese Weise erhaltenen Teststück erfolge ein Reibungstest in einer Umgebung mit Schmieröl, das MoDTC enthält. Der Test erfolgte für 30 Minuten durch Einstellen einer Last auf 80 N, einer Frequenz auf 10 Hz und einer Temperatur auf 80°C, und ein Reibungskoeffizient während der Stabilisierung wurde gemessen.A test piece having a circular arc cross section was prepared using a cast iron material having a composition in which an amount of Cr, an amount of Si, an amount of Ni and an amount of Cu were different from each other, and a balance was made up of Fe and impurities. The test piece thus obtained was subjected to a friction test in an environment of lubricating oil containing MoDTC. The test was conducted for 30 minutes by setting a load of 80N, a frequency of 10Hz, and a temperature of 80°C, and a coefficient of friction during stabilization was measured.
Als Vergleichsbeispiele 4-1 und 4-2 wurde ein Material verwendet, das Cr in einer Menge von weniger als 1,0 % enthält, und als Beispiele 4-1 bis 4-3 wurde ein Material, das Cr zu 3,08 bis 3,28% enthält, verwendet. In den Beispielen 4-1 bis 4-3 waren die Menge an Si und die Menge an Cu unterschiedlich voneinander.A material containing Cr in an amount of less than 1.0% was used as Comparative Examples 4-1 and 4-2, and a material containing Cr in an amount of 3.08 to 3.0% was used as Examples 4-1 to 4-3 .28% contains, used. In Examples 4-1 to 4-3, the amount of Si and the amount of Cu were different from each other.
Die erhaltenen Ergebnisse werden in der
Wie vorher beschrieben, wird die Erfindung durch beispielhafte Ausführungsformen beschrieben, aber die Erfindung ist nicht auf die vorher beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und kann in verschiedenen Arten und Weisen modifiziert werden. Zum Beispiel ist die Zusammensetzung des Gusseisens spezifisch in den vorher beschriebenen Ausführungsformen beschrieben, aber die Zusammensetzung kann jedes andere Element enthalten. Zum Beispiel schließt jedes andere Element Mg, Mn, S, P oder ähnliche ein.As described above, the invention is described by exemplary embodiments, but the invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified in various ways. For example, the composition of the cast iron is specifically described in the previously described embodiments, but the composition may contain any other element. For example, any other element includes Mg, Mn, S, P or the like.
Die Erfindung ist ebenfalls als ein Gleitmechanismus zu verstehen, der ein Paar an Gleitelementen beinhaltet, die jeweils eine Gleitoberfläche, die miteinander gleitet, und ein zwischen den einander gegenüberliegenden Gleitoberflächen angeordnetes Schmieröl aufweisen, in welchem wenigstens eine der Gleitoberflächen aus einem Gusseisenwerkstoff gebildet ist, der Kohlenstoff (C) und Eisen (Fe) als Bestandteile, und ferner Chrom (Cr) zu 1,0 bis 3,5%, im Sinne von Massen-%, enthält, und Graphit als eine molekulare Kohlenstoffstruktur enthält, und das Schmieröl enthält Molybdän (Mo) als einen Zusatzstoff.The invention is also to be understood as a sliding mechanism that includes a pair of sliding members each having a sliding surface that slides with each other and a lubricating oil disposed between the opposing sliding surfaces, in which at least one of the sliding surfaces is formed of a cast iron material that contains carbon (C) and iron (Fe) as components, and further contains chromium (Cr) at 1.0 to 3.5% in terms of % by mass, and contains graphite as a carbon molecular structure, and the lubricating oil contains molybdenum (Mo) as an additive.
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