JP2000097339A - Combination of piston ring - Google Patents

Combination of piston ring

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JP2000097339A
JP2000097339A JP10267733A JP26773398A JP2000097339A JP 2000097339 A JP2000097339 A JP 2000097339A JP 10267733 A JP10267733 A JP 10267733A JP 26773398 A JP26773398 A JP 26773398A JP 2000097339 A JP2000097339 A JP 2000097339A
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Japan
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layer
pressure ring
ring
piston
piston ring
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Shuji Samejima
修二 鮫島
Tomoji Kondo
知二 近藤
Satoshi Kawashima
聡 川島
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Nippon Piston Ring Co Ltd
Original Assignee
Nippon Piston Ring Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide combination of piston rings to be well suitable for an internal combustion engine, inexpensive and have wear resistance. SOLUTION: A piston ring made of a low Cr steel containing 0.4-0.8 wt.% C and 5-11 wt.% Cr and forming an nitride layer having a white layer formed at least on a slide surface forms a second pressure ring. A first pressure ring forms a piston ring made of a stainless steel and having at least a slide surface from which a diffusion layer is exposed. Further, the thickness of the white layer is preferably 1-20 μm.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関用ピスト
ンリングの組合せに係り、耐摩耗性と経済性を兼ね備え
たピストンリングの組合せに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a combination of piston rings for an internal combustion engine, and more particularly to a combination of piston rings having both wear resistance and economy.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近の内燃機関は、高出力化を指向し、
しかも軽量化をはかり燃費の向上と、さらに排気ガス規
制を満足させるべく開発努力がなされている。このよう
な内燃機関の開発動向にしたがい、使用されるピストン
リングも形状面では厚さをできるかぎり薄くし、材質面
で鋳鉄からステンレス鋼へと改善されてきている。さら
に、排ガス規制によりシリンダ内の腐食性雰囲気が悪化
し、ピストンリングの摩耗が激しくなっている。
2. Description of the Related Art Recent internal combustion engines have been aiming for higher output,
In addition, development efforts are being made to reduce weight and improve fuel efficiency and to further satisfy exhaust gas regulations. In accordance with the development trend of such an internal combustion engine, the piston ring used has been made as thin as possible in terms of shape and the material has been improved from cast iron to stainless steel. Furthermore, the corrosive atmosphere in the cylinder is deteriorated due to exhaust gas regulations, and the wear of the piston ring is intensified.

【0003】従来、大型ディーゼルエンジンの第1圧力
リングには、摺動面に硬質Crめっきを施した鋳鉄製リン
グが使用されてきたが、排ガス規制の強化により硬質Cr
めっきでは耐摩耗性が不足するため、第1圧力リングは
マルテンサイト系ステンレス鋼製とし、表面に窒化処理
を施して耐摩耗性を向上してきた。一方、第2圧力リン
グは、第1圧力リングほど使用環境は厳しくなく、さら
に形状がテーパ付き、テーパアンダカット付き、テーパ
アンダフック等複雑な形状となるため加工性の観点か
ら、鋳鉄製のリングが使用され、さらに耐摩耗性向上の
ため外周、あるいはさらに上下面をも含みクロムめっき
が施されたリングが多く使用されている。
Conventionally, a cast iron ring having a sliding surface coated with hard Cr has been used as the first pressure ring of a large diesel engine.
Since plating has insufficient wear resistance, the first pressure ring is made of martensitic stainless steel, and its surface is subjected to nitriding treatment to improve wear resistance. On the other hand, the use environment of the second pressure ring is not as severe as that of the first pressure ring, and it has a complicated shape such as a tapered shape, a tapered undercut shape, and a tapered underhook. In order to further improve abrasion resistance, a chrome-plated ring including the outer periphery and the upper and lower surfaces is often used.

【0004】しかし、燃費改善のため、第2圧力リング
を薄幅化する場合、鋳鉄製リングでは強度が不足するこ
とから、例えば、特公昭58-25863号公報、特公昭61-541
03号公報には、第2圧力リングも第1圧力リングと同一
鋼材製にすることが提案されている。しかし、高い耐摩
耗性が要求される第1圧力リングと同一の鋼材から、使
用環境が第1圧力リングより厳しくない第2圧力リング
を製作すると経済的に不利となるという問題があった。
However, when the thickness of the second pressure ring is reduced in order to improve fuel economy, the strength of cast iron rings is insufficient. For example, Japanese Patent Publication No. 58-25863, Japanese Patent Publication No. 61-541.
No. 03 proposes that the second pressure ring is also made of the same steel material as the first pressure ring. However, there is a problem that it is economically disadvantageous to manufacture a second pressure ring whose use environment is less severe than that of the first pressure ring from the same steel material as the first pressure ring which requires high wear resistance.

【0005】このような問題に対し、特開平5-248540号
公報には、第1圧力リングとしては、11.0〜19.0wt%Cr
を含有するステンレス鋼製で、外周面に高硬度(Hv 105
0 以上)の窒化層が形成されたリングとし、第2圧力リ
ングとしては、2.0 〜10.0wt%含有する低Cr鋼製で、外
周面に低硬度(Hv 1050 未満)の窒化層が形成されたリ
ングとするピストンリングの組合せが提案されている。
To cope with such a problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. H5-248540 discloses that the first pressure ring is composed of 11.0 to 19.0 wt% Cr.
Stainless steel with high hardness (Hv 105
The second pressure ring is made of low Cr steel containing 2.0 to 10.0 wt% and has a low hardness (less than Hv 1050) nitrided layer formed on the outer peripheral surface. Combinations of piston rings as rings have been proposed.

【0006】また、特開平9-60726 号公報には、第1圧
力リングは、15.0〜23.0wt%Crを含有するマルテンサイ
ト鋼製で、外周面に表面硬さがHv 1050 以下の窒化層が
形成されたリングとし、第2圧力リングは、5.0 〜11.0
wt%含有するCrを含有するマルテンサイト鋼製で、外周
面に表面硬さがHv 1040 以上の窒化層が形成されたリン
グとし、両リングの窒化層の表面硬さ差がHv300 以下と
するピストンリングの組合せが提案されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-60726 discloses that the first pressure ring is made of martensite steel containing 15.0 to 23.0 wt% Cr and has a nitrided layer having a surface hardness of Hv 1050 or less on the outer peripheral surface. The second pressure ring should be 5.0 to 11.0
A piston made of martensitic steel containing Cr containing wt% and having a nitrided layer with a surface hardness of Hv 1040 or more formed on the outer peripheral surface, and a difference in surface hardness between the nitrided layers of both rings is Hv300 or less. Ring combinations have been proposed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】特開平5-248540号公
報、特開平9-60726 号公報に記載された技術では、第1
圧力リング、および第2圧力リングの外周面に形成され
た窒化層は、いずれも表層に形成される白層等を除去
し、窒素が拡散した拡散層を表面に露出させている。白
層の除去は、硬く脆い白層が欠け落ちて、アブレシブ摩
耗を引き起こすのを防止することを目的としている。
The technique described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 5-248540 and Hei 9-60726 disclose the first technique.
The nitride layer formed on the outer peripheral surface of the pressure ring and the second pressure ring both removes a white layer or the like formed on the surface layer and exposes a diffusion layer in which nitrogen is diffused to the surface. The removal of the white layer is intended to prevent the hard and brittle white layer from chipping off and causing abrasive wear.

【0008】しかしながら、摺動面形状の複雑なピスト
ンリングで表面の白層を除去するのは、複雑な加工方法
と、多大な加工時間を要し、ピストンリングの生産性と
経済性の低下要因となるという問題があった。本発明
は、上記した従来技術の問題を解決し、経済性と耐摩耗
性を兼ね備えた内燃機関用ピストンリングの組合せを提
供することを目的とする。
However, removing a white layer on the surface with a piston ring having a complicated sliding surface shape requires a complicated processing method and a great amount of processing time, and reduces the productivity and economy of the piston ring. There was a problem that. An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a combination of a piston ring for an internal combustion engine having both economy and wear resistance.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を達成するため、ディーゼルエンジン用ピストンリング
の使用環境についてさらに詳細に検討した。その結果、
第2圧力リングの使用環境は、第1圧力リングにくら
べ、ガス圧が低いこと、熱負荷が小さいこと、潤滑条件
も軽いこと、を確認した。そして、本発明者らは、第2
圧力リングでは必ずしも第1圧力リングと同一の材質と
する必要はなく、また、この使用環境では、窒化層の白
層の欠け落ちはないことに想到した。そして、硬さが高
く耐摩耗性に富む白層を有効利用することにより、窒化
層深さを薄くできることを見いだした。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present inventors have studied in more detail the working environment of a piston ring for a diesel engine. as a result,
It was confirmed that the use environment of the second pressure ring was lower gas pressure, lower heat load, and lighter lubrication conditions than the first pressure ring. Then, the present inventors, the second
The pressure ring does not necessarily need to be made of the same material as the first pressure ring, and it has been conceived that in this use environment, there is no chipping of the white layer of the nitride layer. And it was found that the depth of the nitride layer can be reduced by effectively utilizing the white layer having high hardness and high wear resistance.

【0010】本発明者らは、窒化層の白層の耐摩耗性に
およぼす影響を調査するため、ディーゼルエンジン用の
第2圧力リングについて、ピストンリングの摩耗量と窒
化層の白層の有無の関係を実機エンジンで調査した。使
用したエンジンは、直列4気筒、ボア内径:92mm、総排
気量:2400ccのディーゼルエンジンであり、試験条件
は、4000rpm ×全負荷×300hr の連続高速運転(a)
と、 4000rpm×全負荷× 100hr−4400rpm ×全負荷×10
0hr −4000rpm ×全負荷×100hr のモード耐久運転
(b)とした。その結果を図1に示す。
[0010] The present inventors investigated the effect of the nitride layer on the wear resistance of the white layer to determine the wear amount of the piston ring and the presence or absence of the white layer of the nitride layer for the second pressure ring for a diesel engine. The relationship was investigated with a real engine. The engine used was an in-line four-cylinder diesel engine with a bore of 92 mm and a total displacement of 2400 cc. The test conditions were continuous high-speed operation of 4000 rpm × full load × 300 hr (a).
And 4000rpm × full load × 100hr−4400rpm × full load × 10
Mode endurance operation (b) of 0 hr-4000 rpm x full load x 100 hr was performed. The result is shown in FIG.

【0011】図1から、窒化層の白層を残した場合のほ
うが、試験条件によらず、摺動面の摩耗量は少なく、し
かも欠け落ち等の問題も生じなかった。本発明は、上記
した知見に基づき完成されたものである。すなわち、本
発明は、第1圧力リングが、鋼製で、少なくとも摺動面
に拡散層が露出した窒化層を有し、第2圧力リングが、
鋼製で、少なくとも摺動面に白層と拡散層とからなる窒
化層を有することを特徴とするピストンリングの組合せ
である。
From FIG. 1, it can be seen that, when the white layer of the nitrided layer is left, the amount of wear on the sliding surface is small and no problems such as chipping occur, regardless of the test conditions. The present invention has been completed based on the above findings. That is, in the present invention, the first pressure ring is made of steel, and has a nitrided layer in which the diffusion layer is exposed at least on the sliding surface.
A combination of a piston ring, which is made of steel and has a nitrided layer including a white layer and a diffusion layer on at least a sliding surface.

【0012】また、本発明は、第1圧力リングが、重量
%で、C:0.4 〜1.2 %、Cr:11〜18%を含有するマル
テンサイト系ステンレス鋼からなるとともに、少なくと
も摺動面に拡散層が露出した窒化層を有し、第2圧力リ
ングが、重量%で、C:0.4〜0.8 %、Cr:5 〜11%を
含有するCr含有鋼からなるとともに、少なくとも摺動面
に白層と拡散層とからなる窒化層を有することを特徴と
するピストンリングの組合せであり、また、本発明で
は、前記白層の厚さを1 〜20μm とするのが望ましい。
Further, according to the present invention, the first pressure ring is made of martensitic stainless steel containing 0.4 to 1.2% by weight of C and 11 to 18% by weight of Cr, and the first pressure ring is diffused at least on the sliding surface. A second pressure ring comprising, by weight percent, a Cr-containing steel containing 0.4% to 0.8% C: 5% to 11% Cr and a white layer at least on the sliding surface; And a nitride layer comprising a diffusion layer and a diffusion layer. In the present invention, it is desirable that the thickness of the white layer is 1 to 20 μm.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明が対象とするピストンリン
グの組合せは、第1圧力リングと第2圧力リングの組合
せからなり、さらにオイルリングが組み合わせられる。
本発明のピストンリングの組合せでは、各ピストンリン
グは、好適には線材から作られ、少なくとも摺動面に窒
化層が形成される。窒化層の形成方法は、本発明ではと
くに限定されないが、ガス窒化、イオン窒化、塩浴窒化
等の窒化処理が好適である。とくに、アンモニアガス雰
囲気中あるいはアンモニアガスと窒素ガスとの混合ガス
雰囲気等を用いるガス窒化が好ましい。なお、ピストン
リングの摺動面以外の全表面に窒化層を形成してもよい
のは言うまでもない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The combination of piston rings to which the present invention is directed is composed of a combination of a first pressure ring and a second pressure ring, and is further combined with an oil ring.
In the piston ring combination of the present invention, each piston ring is preferably made of a wire and has a nitrided layer formed on at least the sliding surface. The method for forming the nitrided layer is not particularly limited in the present invention, but a nitriding treatment such as gas nitriding, ion nitriding, or salt bath nitriding is preferable. In particular, gas nitriding in an ammonia gas atmosphere or a mixed gas atmosphere of ammonia gas and nitrogen gas is preferable. It goes without saying that a nitride layer may be formed on all surfaces other than the sliding surface of the piston ring.

【0014】窒化層には、窒素が内部に拡散し、光学顕
微鏡下で白く見える所謂白層と呼ばれる化合物層が表面
に形成される。さらに、白層(化合物層)の下には窒素
濃度が薄くなった拡散層が形成されている。この白層
(化合物層)は固く耐摩耗性に富むが脆く、使用中に欠
け落ちることから、従来は使用前に除去されていたが、
本発明では積極的に利用する。第2圧力リングに使用さ
れるピストンリングでは、耐摩耗性を高めるために白層
を除去せず、白層(化合物層)と拡散層からなる窒化層
を少なくとも摺動面に形成したリングとする。
In the nitride layer, nitrogen diffuses inside, and a compound layer called a white layer which looks white under an optical microscope is formed on the surface. Further, a diffusion layer having a reduced nitrogen concentration is formed below the white layer (compound layer). This white layer (compound layer) is hard and rich in abrasion resistance but is brittle and chipped off during use, so it was conventionally removed before use,
In the present invention, it is actively used. In the piston ring used for the second pressure ring, a white layer is not removed in order to enhance abrasion resistance, and a ring in which a nitride layer including a white layer (compound layer) and a diffusion layer is formed on at least a sliding surface. .

【0015】窒化層の厚さは、白層を含み、30〜 110μ
m とするのが好ましい。なお、本発明では、とくに断ら
ないかぎり窒化層の厚さは、白層と拡散層を含む厚さと
する。30μm 未満では、効果が少なく、 110μm を超え
ると剥離しやすい。白層の厚さは、1 〜20μm とするの
が望ましい。白層の厚さが1μm 未満では、拡散層の厚
さも薄くなり、所望する耐摩耗層の厚さを得ることがで
きない。また、20μm を超えると、剥離しやすく、異常
摩耗の原因となる。
The thickness of the nitrided layer, including the white layer, is 30 to 110 μm.
m is preferred. In the present invention, unless otherwise noted, the thickness of the nitride layer is a thickness including the white layer and the diffusion layer. If it is less than 30 μm, the effect is small, and if it exceeds 110 μm, it is easy to peel off. The thickness of the white layer is desirably 1 to 20 μm. If the thickness of the white layer is less than 1 μm, the thickness of the diffusion layer becomes small, and the desired thickness of the wear-resistant layer cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 20 μm, it is easy to peel off, which causes abnormal wear.

【0016】また、窒化層の硬さは、窒化条件、例え
ば、ガス窒化の場合には雰囲気の成分、処理時間、処理
温度等の調整でも可能である。なお、窒化層の表面硬さ
は、Hv800〜1300とするのが望ましい。硬さがHv 800未
満では、耐摩耗性が低下し、一方、Hv1300を超えると、
相手攻撃性が増加する。一方、第1圧力リングでは、使
用環境が厳しいため、脆い白層を除去し、拡散層を露出
した窒化層を形成させる。第1圧力リングの形状は、比
較的単純であるため、除去加工が簡単で、容易に拡散層
を露出させることができる。拡散層を露出した窒化層の
厚さは、50〜 110μm とするのが好ましい。50μm 未満
では、耐摩耗性向上効果が少なく、 110μm を超えると
剥離しやすい。なお、拡散層を露出した窒化層の表面硬
さは、Hv 900〜1400とするのが望ましい。硬さがHv 900
未満では、耐摩耗性が低下し、一方、Hv1400を超える
と、相手攻撃性が増加する。
The hardness of the nitrided layer can be adjusted by adjusting nitriding conditions, for example, in the case of gas nitriding, the components of the atmosphere, the processing time, the processing temperature, and the like. The surface hardness of the nitrided layer is desirably set to Hv800 to 1300. If the hardness is less than Hv 800, the abrasion resistance decreases, while if it exceeds Hv 1300,
Increases opponent aggression. On the other hand, in the first pressure ring, since the use environment is severe, a brittle white layer is removed and a nitride layer exposing the diffusion layer is formed. Since the shape of the first pressure ring is relatively simple, the removal processing is simple and the diffusion layer can be easily exposed. The thickness of the nitride layer exposing the diffusion layer is preferably 50 to 110 μm. If it is less than 50 μm, the effect of improving the wear resistance is small, and if it exceeds 110 μm, it is easy to peel. The surface hardness of the nitride layer exposing the diffusion layer is desirably Hv 900 to 1400. Hardness is Hv 900
Below Hv, abrasion resistance decreases, while above Hv1400, aggression to the opponent increases.

【0017】つぎに、窒化層を形成するピストンリング
の母材について、説明する。本発明のピストンリング
は、鋼製であり、好ましくはCrを含有する鋼製とするの
が好ましい。第2圧力リング用ピストンリングの母材
は、重量%で、C:0.4 〜0.8 %、Cr:5 〜11%を含有
し、さらに好ましくはSi: 0.1〜 0.4%、Mn: 0.2〜
0.4%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる
鋼材である。なお、オイルリングも同様の組成を有する
鋼製としてもよい。
Next, the base material of the piston ring for forming the nitride layer will be described. The piston ring of the present invention is made of steel, and is preferably made of steel containing Cr. The base material of the piston ring for the second pressure ring contains C: 0.4 to 0.8% and Cr: 5 to 11% by weight, more preferably Si: 0.1 to 0.4%, and Mn: 0.2 to 0.2%.
A steel material containing 0.4%, with the balance being Fe and unavoidable impurities. The oil ring may be made of steel having a similar composition.

【0018】Cは、母材の硬さ、強度を向上させる重要
な元素であり、Crと結合し微細で硬質なクロム炭化物を
形成し母材の耐摩耗性を向上させる。このような効果は
0.4%以上の含有で認められる。一方、0.8 %を超える
含有は、粗大な1次炭化物が形成されやすく、リングが
脆化し強度が低下するとともに相手攻撃性が高くなり、
シリンダ内周面の摩耗を増大させる。このようなことか
ら、Cは0.4 〜0.8 %の範囲に限定した。
C is an important element for improving the hardness and strength of the base material, and combines with Cr to form fine and hard chromium carbide, thereby improving the wear resistance of the base material. Such an effect
It is recognized at a content of 0.4% or more. On the other hand, when the content exceeds 0.8%, coarse primary carbides are easily formed, the ring becomes brittle, the strength is reduced, and the opponent aggressiveness is increased.
Increases wear on the inner peripheral surface of the cylinder. For these reasons, C is limited to the range of 0.4 to 0.8%.

【0019】Crは、基地に固溶し耐熱性、耐食性を向上
させ、さらにCと結合し微細なクロム炭化物を形成し耐
焼付性、耐摩耗性、耐へたり性を高める元素である。こ
のような効果は5%以上の含有で認められる。一方、11
%を超える含有は、耐摩耗性をさらに向上させるが、使
用環境からは最適な合金添加量ではなく、過剰な特性の
付与となり、経済的に不利となるとともに、クロム炭化
物の析出が多くなり、加工性が劣化する。このため、Cr
は5 〜11%の範囲に限定した。
Cr is an element which forms a fine chromium carbide by forming a fine chromium carbide by combining with C to form a fine chromium carbide by dissolving in the matrix to improve heat resistance and corrosion resistance, and to improve seizure resistance, wear resistance and sag resistance. Such an effect is recognized when the content is 5% or more. On the other hand, 11
%, The wear resistance is further improved, but from the usage environment, not the optimum amount of alloy addition, but excessive properties are imparted, which is economically disadvantageous, and the precipitation of chromium carbide increases, Workability deteriorates. For this reason, Cr
Was limited to the range of 5-11%.

【0020】Siは、脱酸剤として作用し、さらに耐へた
り性を向上させる元素である。このような効果は、 0.1
%以上の含有で認められる。一方、 0.4%を超える含有
は加工性を低下させるとともに靱性も劣化させる。この
ため、Siは 0.1〜 0.4%の範囲に限定した。Mnは、脱酸
剤として作用するとともに、強度を増加させ、熱間加工
性を向上させる元素である。このような効果は、 0.2%
以上の含有で認められる。一方、 0.4%を超える含有は
リング成形時の冷間加工性を低下させる。このため、Mn
は 0.2〜 0.4%の範囲に限定した。
[0020] Si is an element that acts as a deoxidizing agent and further improves sag resistance. Such an effect is 0.1
%. On the other hand, when the content exceeds 0.4%, workability is reduced and toughness is also reduced. For this reason, Si was limited to the range of 0.1 to 0.4%. Mn is an element that acts as a deoxidizing agent, increases strength, and improves hot workability. Such an effect is 0.2%
The above content is recognized. On the other hand, if the content exceeds 0.4%, the cold workability during ring forming is reduced. For this reason, Mn
Was limited to the range of 0.2 to 0.4%.

【0021】なお、残部は、Feおよび不可避的不純物か
らなる。不可避的不純物としては、P:0.04%以下、
S:0.03%以下が許容される。さらに第1圧力リング
は、下記組成の母材とするのが望ましい。ディゼルエン
ジン用の第1圧力リングは、耐摩耗性に加えて耐熱性、
耐スカッフ性が要求される。このため、第1圧力リング
は、Cr含有量の高いマルテンサイト系ステンレス鋼、す
なわち、重量%で、C: 0.4〜 1.2%、Cr:11〜18%を
含有し、さらに好ましくはSi: 0.2〜 0.5%、Mn: 0.2
〜 0.5%を含有しあるいはさらに、Ni: 0.6%以下、M
o:1.25%以下、V:0.15%以下のうちから1種以上を
含み、残部Feおよび不可避的不純物からなるマルテンサ
イト系ステンレス鋼鋼材(例えば、SUS410J1、
440B等)を適用するのが好ましい。
The balance consists of Fe and inevitable impurities. As inevitable impurities, P: 0.04% or less,
S: 0.03% or less is allowable. Further, the first pressure ring is preferably made of a base material having the following composition. The first pressure ring for the diesel engine has heat resistance in addition to wear resistance.
Scuff resistance is required. Therefore, the first pressure ring contains a martensitic stainless steel having a high Cr content, that is, C: 0.4 to 1.2% and Cr: 11 to 18% by weight, and more preferably Si: 0.2 to 18%. 0.5%, Mn: 0.2
~ 0.5% or further Ni: 0.6% or less, M
o: Martensitic stainless steel material containing at least one of 1.25% or less and V: 0.15% or less, the balance being Fe and unavoidable impurities (for example, SUS410J1,
440B) is preferably applied.

【0022】Cが 0.4%未満では、耐摩耗性に寄与する
炭化物量が不足し優れた耐摩耗性が得られない。一方、
Cが 1.2%を超えると炭化物が粗大となり、強度が不足
する。このため、Cは 0.4〜 1.2%の範囲に限定するの
が望ましい。Crは、固溶され耐食性、耐熱性を向上させ
るとともに、炭化物を形成し耐摩耗性の向上に寄与する
が、11%未満では、これらの効果が少なく、一方、18%
を超える含有は、基地に固溶するCr量が多くなり、耐食
性は向上するが強度が増加し靱性が劣化する。このた
め、Crは11〜18%に限定するのが望ましい。
If C is less than 0.4%, the amount of carbides contributing to abrasion resistance is insufficient, so that excellent abrasion resistance cannot be obtained. on the other hand,
If C exceeds 1.2%, the carbides become coarse and the strength is insufficient. For this reason, C is desirably limited to the range of 0.4 to 1.2%. Cr forms a solid solution to improve corrosion resistance and heat resistance, and also forms carbides to contribute to improvement of wear resistance. However, if less than 11%, these effects are small, while 18%
If the content exceeds 2, the amount of Cr dissolved in the matrix increases, and the corrosion resistance improves, but the strength increases and the toughness deteriorates. Therefore, it is desirable to limit Cr to 11 to 18%.

【0023】Siは、脱酸剤として作用し、さらに耐へた
り性を向上させる元素である。このような効果は、 0.2
%以上の含有で認められる。一方、 0.5%を超える含有
は加工性を低下させるとともに靱性も劣化させる。この
ため、Siは 0.2〜 0.5%の範囲に限定するのが好まし
い。Mnは、脱酸剤として作用するとともに、強度を増加
させ、熱間加工性を向上させる元素である。このような
効果は、 0.2%以上の含有で認められる。一方、 0.5%
を超える含有はリング成形時の冷間加工性を低下させ
る。このため、Mnは 0.2〜 0.5%の範囲に限定するのが
好ましい。
Si is an element that acts as a deoxidizing agent and further improves sag resistance. Such an effect is 0.2
%. On the other hand, if the content exceeds 0.5%, workability is reduced and toughness is also reduced. For this reason, Si is preferably limited to the range of 0.2 to 0.5%. Mn is an element that acts as a deoxidizing agent, increases strength, and improves hot workability. Such an effect is observed at a content of 0.2% or more. On the other hand, 0.5%
If the content exceeds 2, the cold workability during ring forming is reduced. For this reason, Mn is preferably limited to the range of 0.2 to 0.5%.

【0024】その他、耐摩耗性、耐熱性の向上を目的と
して、Ni: 0.6%以下、Mo:1.25%以下、V:0.15%以
下の1種以上を添加してもよい。なお、残部は、Feおよ
び不可避的不純物からなる。不可避的不純物としては、
P:0.04%以下、S:0.03%以下が許容される。本発明
のピストンリングは、上記した組成を有する鋼を溶製し
た鋼素材を熱間圧延等により線材とした素材から加工し
て、必要に応じ適正な熱処理を施し製作されるのが望ま
しい。また、溶製鋼からの製造に代えて、焼結合金製と
してもよい。
In addition, one or more of Ni: 0.6% or less, Mo: 1.25% or less, and V: 0.15% or less may be added for the purpose of improving wear resistance and heat resistance. The balance consists of Fe and inevitable impurities. As unavoidable impurities,
P: 0.04% or less, S: 0.03% or less are allowed. The piston ring of the present invention is desirably manufactured by processing a steel material obtained by melting a steel having the above-described composition from a material that is formed into a wire by hot rolling or the like, and performing an appropriate heat treatment as necessary. Further, instead of production from molten steel, a sintered alloy may be used.

【0025】本発明の1実施例であるディゼルエンジン
用ピストンリングの組合せを図2に示す。図2はシリン
ダのボア内にピストンが装着された状態の縦断面図であ
る。シリンダ1内のボア内にピストン2が挿入され、ピ
ストン2の外周面に形成されているピストンリング溝
3、4、5に第1圧力リング6、第2圧力リング7、お
よび組合せオイルリング8がそれぞれ装着されている。
FIG. 2 shows a combination of a piston ring for a diesel engine according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a state in which a piston is mounted in the bore of the cylinder. A piston 2 is inserted into a bore in a cylinder 1, and a first pressure ring 6, a second pressure ring 7, and a combined oil ring 8 are provided in piston ring grooves 3, 4, 5 formed on an outer peripheral surface of the piston 2. Each is attached.

【0026】図2の第1圧力リング6は、片面キースト
ン型のリングが示されているが、この形状に限定される
ものではなく、両面キーストン型としても矩形でもよ
い。第1圧力リング6の摺動面およびその他の外表面に
は拡散層が露出した窒化層10が形成されている。また、
図2の第2圧力リング7は、テーパフェイス型のリング
が示されているが、気密性とともに潤滑油のかきおとし
性が要求されるため、テーパアンダーカット、テーパイ
ンナーカット等の形状としてもよいのは言うまでもな
い。第2圧力リング7の摺動面およびその他の外表面に
は白層を有する窒化層9が形成されている。また、図2
の組合せオイルリング8は、コイルエキスパンダ11付き
のオイルリングであり、断面ほぼI字形のオイルリング
12の外周面には窒化層9が形成されている。
Although the first pressure ring 6 shown in FIG. 2 is a single-sided keystone type ring, it is not limited to this shape, and may be a double-sided keystone type or rectangular. On the sliding surface of the first pressure ring 6 and other outer surfaces, a nitride layer 10 having an exposed diffusion layer is formed. Also,
Although the second pressure ring 7 in FIG. 2 is a taper face type ring, it is required to have a shape such as a taper undercut, a taper inner cut, or the like, since the lubricating oil is required to be scraped together with airtightness. Needless to say. A nitride layer 9 having a white layer is formed on the sliding surface and other outer surfaces of the second pressure ring 7. FIG.
Oil ring 8 is an oil ring with a coil expander 11 and has an almost I-shaped cross section.
A nitride layer 9 is formed on the outer peripheral surface of the substrate 12.

【0027】[0027]

【実施例】表1に示すステンレス鋼製鋼材を用いて、図
1に示す形状の第1圧力リング、第2圧力リングを作製
した。これらリングを、ディゼルエンジンに表3
(a)、(b)に示すような組合せで装着し、実機試験
を実施した。試験後、ピストンリング摺動面の摩耗量を
調査した。
EXAMPLE A first pressure ring and a second pressure ring having the shapes shown in FIG. 1 were produced using the stainless steel materials shown in Table 1. Table 3 shows these rings in the diesel engine.
They were mounted in combinations as shown in (a) and (b), and an actual machine test was performed. After the test, the wear amount of the piston ring sliding surface was examined.

【0028】供試エンジンは、直列4気筒、ボア内径:
92mm、総排気量:2400ccのディゼルエンジンとし、連続
高速運転とモード耐久運転を実施した。連続高速運転の
試験条件は、4000rpm ×全負荷×300hr とし、モード耐
久運転の試験条件は、4000rpm ×全負荷× 100hr−4400
rpm ×全負荷×100hr −4000rpm ×全負荷×100hr とし
た。なお、使用エンジンオイルは10W−30を用いた。
The test engine is an in-line 4-cylinder, bore inner diameter:
The model uses a diesel engine with a displacement of 92 mm and a total displacement of 2400 cc, and performs continuous high-speed operation and mode endurance operation. The test conditions for continuous high-speed operation were 4000 rpm x full load x 300 hr, and the test conditions for mode endurance operation were 4000 rpm x full load x 100 hr-4400
rpm x full load x 100 hr-4000 rpm x full load x 100 hr. The engine oil used was 10W-30.

【0029】各ピストンリングの寸法は、第1圧力リン
グが幅: 2.0mm×厚さ3.35mm、第2圧力リングが幅:
1.5mm×厚さ3.30mmとした。また、各ピストンリングの
窒化処理条件および外周面の硬さ、白層および白層を含
む窒化層厚さを表2に示す。なお、第1圧力リングの窒
化層厚さは白層を除去した拡散層が露出した窒化層厚さ
である。
The dimensions of each piston ring are as follows: width of the first pressure ring: 2.0 mm × thickness of 3.35 mm, width of the second pressure ring:
It was 1.5 mm x 3.30 mm thick. Table 2 shows the nitriding conditions of each piston ring, the hardness of the outer peripheral surface, and the thickness of the nitride layer including the white layer and the white layer. The thickness of the nitride layer of the first pressure ring is the thickness of the nitride layer where the diffusion layer from which the white layer has been removed is exposed.

【0030】実機試験の結果を表3に示す。なお、ピス
トンリングの摩耗量は、摺動位置での厚さの減少量で表
示した。
Table 3 shows the results of the actual machine test. The amount of wear of the piston ring was represented by the amount of decrease in thickness at the sliding position.

【0031】[0031]

【表1】 [Table 1]

【0032】[0032]

【表2】 [Table 2]

【0033】[0033]

【表3】 [Table 3]

【0034】本発明例のピストンリングの組合せは、デ
ィーゼルエンジン用として十分な耐摩耗性を有するピス
トンリングとなる。比較例である拡散層を露出した第2
圧力リングにくらべ、耐摩耗性は向上し、しかも欠け落
ち等のトラブルも生じていない。
The combination of the piston rings of the present invention results in a piston ring having sufficient wear resistance for use in diesel engines. The second example in which the diffusion layer is exposed as a comparative example
Compared with the pressure ring, the abrasion resistance is improved, and no trouble such as chipping occurs.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明によれば、窒化層の白層を除去す
るという加工を必要とせず、安価で、要求される耐摩耗
性を満足するピストンリングを提供することができ、産
業上格段の効果を奏する。また、窒化層深さを少なくで
き、経済的であるという効果もある。
According to the present invention, it is possible to provide an inexpensive piston ring which satisfies the required abrasion resistance without requiring the processing of removing the white layer of the nitride layer, and is industrially remarkable. Has the effect of In addition, there is an effect that the depth of the nitrided layer can be reduced, which is economical.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実機エンジンにおけるピストンリングの摩耗量
におよぼす窒化層白層の有無の影響を示すグラフであ
る。(a)は連続高速条件の場合、(b)はモード耐久
条件の場合を示す。
FIG. 1 is a graph showing the effect of the presence or absence of a white nitride layer on the amount of wear of a piston ring in an actual engine. (A) shows the case of the continuous high-speed condition, and (b) shows the case of the mode endurance condition.

【図2】ピストンリングの組合せの1例を示す縦断面図
である。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing one example of a combination of piston rings.

【符合の説明】[Description of sign]

1 シリンダ 2 ピストン 3 ピストンリング溝 4 ピストンリング溝 5 ピストンリング溝 6 第1圧力リング 7 第2圧力リング 8 組合せオイルリング 9 窒化層 10 表面硬化層 11 コイルエキスパンダ 12 オイルリング DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylinder 2 Piston 3 Piston ring groove 4 Piston ring groove 5 Piston ring groove 6 First pressure ring 7 Second pressure ring 8 Combined oil ring 9 Nitride layer 10 Surface hardened layer 11 Coil expander 12 Oil ring

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川島 聡 埼玉県与野市本町西5−2−6 日本ピス トンリング株式会社与野工場内 Fターム(参考) 3J044 AA02 AA18 BA03 BB06 CB13 CB15 CB20 DA09 DA16  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Satoshi Kawashima 5-2-6, Honcho Nishi, Yono-shi, Saitama Japan Piston Ring Co., Ltd. Yono Plant F-term (reference) 3J044 AA02 AA18 BA03 BB06 CB13 CB15 CB20 DA09 DA16

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1圧力リングが、鋼製で、少なくとも
摺動面に拡散層が露出した窒化層を有し、第2圧力リン
グが、鋼製で、少なくとも摺動面に白層と拡散層とから
なる窒化層を有することを特徴とするピストンリングの
組合せ。
The first pressure ring is made of steel and has a nitrided layer having a diffusion layer exposed on at least a sliding surface, and the second pressure ring is made of steel and has a white layer and a diffusion layer on at least a sliding surface. A combination of piston rings, characterized by having a nitrided layer comprising:
【請求項2】 第1圧力リングが、重量%で、C:0.4
〜1.2 %、Cr:11〜18%を含有するマルテンサイト系ス
テンレス鋼からなるとともに、少なくとも摺動面に拡散
層が露出した窒化層を有し、第2圧力リングが、重量%
で、C:0.4〜0.8 %、Cr:5 〜11%を含有するCr含有
鋼からなるとともに、少なくとも摺動面に白層と拡散層
とからなる窒化層を有することを特徴とするピストンリ
ングの組合せ。
2. The method according to claim 1, wherein the first pressure ring has a C: 0.4% by weight.
And a nitride layer having a diffusion layer exposed at least on a sliding surface, and the second pressure ring has a weight% of
A piston ring comprising a Cr-containing steel containing C: 0.4 to 0.8% and Cr: 5 to 11%, and having at least a nitrided layer comprising a white layer and a diffusion layer on a sliding surface. combination.
【請求項3】 前記白層の厚さが、1 〜20μm であるこ
とを特徴とする請求項1または2に記載のピストンリン
グの組合せ。
3. The piston ring combination according to claim 1, wherein the thickness of the white layer is 1 to 20 μm.
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