JP2857568B2 - Composite cylinder liner - Google Patents

Composite cylinder liner

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JP2857568B2
JP2857568B2 JP12008793A JP12008793A JP2857568B2 JP 2857568 B2 JP2857568 B2 JP 2857568B2 JP 12008793 A JP12008793 A JP 12008793A JP 12008793 A JP12008793 A JP 12008793A JP 2857568 B2 JP2857568 B2 JP 2857568B2
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博彰 片山
昭利 岡林
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は強靱なシリンダライナー
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tough cylinder liner.

【0002】[0002]

【従来の技術】内燃機関に使用されているシリンダライ
ナーは、ピストンリングが高速で摺動するため、基本的
に耐摩耗性と耐焼付性が必要とされる。このため、従来
シリンダライナーの材質として、耐焼付性確保のために
A型黒鉛を有し、Cr,B,P,V,Mo,Nb等の耐
摩耗性向上元素を含有する各種シリンダライナー用鋳鉄
材が用いられている。
2. Description of the Related Art A cylinder liner used in an internal combustion engine basically requires abrasion resistance and seizure resistance because a piston ring slides at a high speed. For this reason, various types of cast irons for cylinder liners have conventionally been made of A-type graphite as a material of cylinder liners for securing seizure resistance and containing wear resistance improving elements such as Cr, B, P, V, Mo, and Nb. Wood is used.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
内燃機関が大型化する一方、その軽量化、低燃費化が要
求されており、従来材では強度が不足し、強度面での向
上が望まれている。強度向上のためには、ライナー材と
して、より高強度の鋳鉄材を選択すればよいが、シリン
ダライナーが本質的に具備すべき耐摩耗性、耐焼付性を
損うおそれがある。またライナー肉厚を厚肉化すること
も有効であるが、この場合には軽量化が妨げられる。
However, in recent years,
While the size of internal combustion engines has been increasing, their weight and fuel economy have been required, and conventional materials have insufficient strength, and improvements in strength are desired. In order to improve the strength, a higher-strength cast iron material may be selected as the liner material. However, there is a possibility that the wear resistance and seizure resistance inherently provided in the cylinder liner may be impaired. It is also effective to increase the thickness of the liner, but in this case, weight reduction is hindered.

【0004】本発明はかかる問題に鑑みなされたもの
で、高強度で、軽量化が可能なシリンダライナーを提供
することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a cylinder liner which has high strength and can be reduced in weight.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明のシリンダライナ
ーは、強靱鋳鉄材からなる外層の内面にA型黒鉛を有す
るシリンダライナー用鋳鉄材からなる内層が溶着接合さ
れた複合シリンダライナーであって、前記外層は、化学
組成が重量%で、C :2.0〜2.5%、 Si:
0.6〜3.0%、Mn:0.2〜1.0%、 N
i:2.5%以下、Cr:1.0%以下、 M
o:1.0%以下を本質的に含有し、残部が実質的にF
eからなり、組織が主としてパーライト基地と晶出黒鉛
とからなる高炭素アダマイト材で形成されている。
A cylinder liner according to the present invention is a composite cylinder liner in which an inner layer made of a cast iron material for a cylinder liner having A-type graphite is welded and joined to an inner surface of an outer layer made of a tough cast iron material, The outer layer has a chemical composition in weight%, C: 2.0-2.5%, Si:
0.6-3.0%, Mn: 0.2-1.0%, N
i: 2.5% or less, Cr: 1.0% or less, M
o: Contains essentially 1.0% or less, with the balance being substantially F
e, and the structure is formed of a high carbon adamite material mainly composed of pearlite matrix and crystallized graphite.

【0006】[0006]

【作用】本発明のシリンダライナーの内層は、A型黒鉛
を有するシリンダライナー用鋳鉄材で形成されているた
め、ピストンリングが接触する内表面部における耐摩耗
性、耐焼付性は良好である。一方、外層は特定化学組
成、組織の高炭素アダマイト材で形成されているので、
内層との溶着性が良好で、ライナーの破損の起点となる
外表面部が高強度であり、しかも組織中の晶出黒鉛がク
ラックの進展を阻止するため、破損し難い。
Since the inner layer of the cylinder liner of the present invention is formed of a cast iron material for cylinder liner having A-type graphite, the abrasion resistance and the seizure resistance on the inner surface portion in contact with the piston ring are excellent. On the other hand, the outer layer is made of high-carbon adamite material with a specific chemical composition and structure,
It has good weldability to the inner layer, has a high strength at the outer surface portion which is the starting point of breakage of the liner, and furthermore, the crystallized graphite in the structure inhibits the progress of cracks, so that it is not easily broken.

【0007】外層材として鋳鋼等の鋼系強靱材を使用す
ることも考えられるが、内層との溶着、接合が極めて困
難であるうえ、溶着後の内層材の組成変動が大きく、ラ
イナー材としての組織、機能が劣化する。本発明にかか
る外層材では、強度が従来のライナー材の2倍以上ある
うえ、内層材との溶着性、接合性も良好で、内層材の組
成変動も小さいという利点がある。
Although it is conceivable to use a steel-based tough material such as cast steel as the outer layer material, welding and joining with the inner layer are extremely difficult, and the composition change of the inner layer material after welding is large, so that the liner material may be used. Organization and function deteriorate. The outer layer material according to the present invention has the advantage that the strength is more than twice that of the conventional liner material, the weldability and the bondability with the inner layer material are good, and the composition fluctuation of the inner layer material is small.

【0008】[0008]

【実施例】図1に示すように、本発明の複合シリンダラ
イナーは、外層1と内層2とが複合化された構造を有し
ている。前記外層1は後述の強靱性に優れる高炭素アダ
マイト材で形成され、一方内層2は耐焼付性、耐摩耗性
に優れる従来通りのA型黒鉛を有するシリンダライナー
用鋳鉄材で形成され、外層1の内面に内層2が溶着接合
されている。尚、3は溶着の際に生じた混合層であり、
外層1と内層2との中間的な組成を有する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As shown in FIG. 1, the composite cylinder liner of the present invention has a structure in which an outer layer 1 and an inner layer 2 are combined. The outer layer 1 is formed of a high-carbon adamite material having excellent toughness as described below, while the inner layer 2 is formed of a conventional cast iron material for cylinder liners having A-type graphite having excellent seizure resistance and wear resistance. The inner layer 2 is welded to the inner surface of the substrate. In addition, 3 is a mixed layer generated at the time of welding,
It has an intermediate composition between the outer layer 1 and the inner layer 2.

【0009】本発明の複合シリンダライナーの外層1
は、下記の組成を有する黒鉛晶出高炭素アダマイト材で
形成されている。 C:2.0〜2.5% Cは主として強度、晶出黒鉛を得るために含有される。
2.0%未満では鋳造時に凝固収縮割れを生じ易く、強
度が不足し、また黒鉛の晶出が困難になる。一方、2.
5%を越えると鋳造時に晶出するセメンタイト量が多く
なり、脆化する。
Outer layer 1 of composite cylinder liner of the present invention
Is formed of a graphite-crystallized high-carbon adamite material having the following composition. C: 2.0 to 2.5% C is mainly contained for obtaining strength and crystallized graphite.
If it is less than 2.0%, solidification shrinkage cracks are liable to occur during casting, resulting in insufficient strength and difficulty in crystallization of graphite. Meanwhile, 2.
If it exceeds 5%, the amount of cementite crystallized at the time of casting increases, and the material becomes brittle.

【0010】Si:0.6〜3.0% Siは黒鉛の晶出と密接な関係があり、0.6%未満で
はほとんど黒鉛の晶出が困難となり、強靱性の劣化を招
く。一方、3.0%を越えると基地中に固溶したSiに
より材質脆化の傾向が著しくなる。 Mn:0.2〜1.0% MnはSと結合し、Sの悪影響を除去するのに有効であ
る。0.2%未満ではその効果が過少である。一方、
1.0%を越えると材質を硬く、脆くする。
Si: 0.6-3.0% Si has a close relationship with the crystallization of graphite, and if it is less than 0.6%, crystallization of graphite becomes almost difficult, resulting in deterioration of toughness. On the other hand, if it exceeds 3.0%, the material is liable to be embrittled by Si dissolved in the matrix. Mn: 0.2 to 1.0% Mn combines with S and is effective in removing the adverse effects of S. If it is less than 0.2%, the effect is too small. on the other hand,
If it exceeds 1.0%, the material becomes hard and brittle.

【0011】Ni:2.5%以下 Niは黒鉛化と基地の強化に有効に作用する。しかし、
2.5%を越えると、その作用も飽和し、径面下マイナ
スとなる。また、ベーナイト、マルテンサイト、未変態
組織を発生し易くなり、かえって脆くなる場合がある。 Cr:1.0%以下 Crは基地の強化作用とともに、セメンタイトの安定作
用を有する。しかし、1.0%を越えると、黒鉛の晶出
が困難となって、強靱性を劣化させる。
Ni: 2.5% or less Ni effectively acts on graphitization and strengthening of the matrix. But,
If it exceeds 2.5%, the effect is saturated, and it becomes minus below the diameter surface. In addition, bainite, martensite, and an untransformed structure are easily generated, and may be rather brittle. Cr: 1.0% or less Cr has a strengthening effect on the matrix and a stabilizing effect on cementite. However, if it exceeds 1.0%, crystallization of graphite becomes difficult, and the toughness is deteriorated.

【0012】Mo:1.0%以下 Niと同様に強靱性向上の効果を有するが、1.0%を
越えると硬くなって、かえって強靱性は劣化する。外層
の強靱鋳鉄材は、以上の合金成分を本質的に含有し、残
部がFeおよび不純物で形成される。本質的とは、上記
合金成分の作用を損なうことなく、材質の向上を図るこ
とができる他の合金元素の添加を許容する意であり、例
えば前記合金成分に加えて、Ti、Al、Zrの一種以
上を総計で0.1%以下含有することができる。かかる
元素の含有により、鋳造巣の発生を防止することがで
き、より健全な材質が得られる。これらの元素は強力な
脱酸剤であるため、総計で0.1%を越えると溶湯が過
酸化状態となり、流動性が低下するので、0.1%以下
に止めるのがよい。尚、不純物であるP,Sは原料より
不可避的に混入するが、材質を脆くするので少ない程望
ましく、各々0.1%以下に止めておくのがよい。
Mo: 1.0% or less Mo has the effect of improving toughness like Ni, but if it exceeds 1.0%, it becomes hard and the toughness is rather deteriorated. The tough cast iron material of the outer layer essentially contains the above alloy components, and the balance is formed of Fe and impurities. Essentially means to allow the addition of other alloying elements that can improve the material without impairing the action of the above alloy components. For example, in addition to the above alloy components, Ti, Al, Zr One or more kinds may be contained in a total of 0.1% or less. By containing such an element, the occurrence of a casting cavity can be prevented, and a sounder material can be obtained. Since these elements are powerful deoxidizing agents, if the total amount exceeds 0.1%, the molten metal is in a peroxidized state, and the fluidity is lowered. Although P and S, which are impurities, are inevitably mixed in from the raw material, the smaller the amount, the better.

【0013】外層の顕微鏡組織は、晶出黒鉛と基地が主
体であり、少量の共晶セメンタイトが含まれる場合もあ
る。セメンタイトは脆いため、その晶出はできるだけ抑
えることが望ましい。基地は主としてパーライトであ
り、一部、フェライト、ベーナイト、マルテンサイト、
残留オーステナイトが認められる場合がある。フェライ
トは、靱性面に優れており、目的によっては析出させる
方が望ましい場合もあるが、ベーナイト、マルテンサイ
ト、残留オーステナイトは、材質を劣化させるため、発
生しないように努めるべきである。
The microstructure of the outer layer is mainly composed of crystallized graphite and matrix, and may contain a small amount of eutectic cementite. Since cementite is brittle, it is desirable to suppress the crystallization as much as possible. The base is mainly pearlite, partly ferrite, bainite, martensite,
Retained austenite may be observed. Ferrite is excellent in toughness, and depending on the purpose, it may be desirable to precipitate it. However, since bainite, martensite, and retained austenite deteriorate the material, it is necessary to avoid the generation of ferrite.

【0014】一方、複合シリンダライナーの内層2を形
成する材質としては、鉄鋼材料関係の便覧やデータブッ
ク等に掲載されているA型黒鉛を有する各種シリンダラ
イナー用鋳鉄材より適宜のものを選択して使用すること
ができる。叙上の複合シリンダライナーは、遠心力鋳造
法により容易に製造できる。すなわち、まず外層を鋳込
んだ後、適宜タイミングで内層材を鋳込み、両者を溶着
一体化する。遠心力鋳造法としては、横型、傾斜型、竪
型のいずれも適用可能である。
On the other hand, as a material for forming the inner layer 2 of the composite cylinder liner, an appropriate material is selected from various cast iron materials for cylinder liners having A-type graphite, which are described in a handbook relating to iron and steel materials, data books and the like. Can be used. The composite cylinder liner described above can be easily manufactured by centrifugal casting. That is, first, after the outer layer is cast, the inner layer material is cast at an appropriate timing, and the two are welded and integrated. As the centrifugal casting method, any of a horizontal type, an inclined type, and a vertical type can be applied.

【0015】一般に、接種は鋳造組織の微細化、黒鉛化
の助長のために有効である。上記外層材についても、接
種技術を応用すれば、より微細かつ均一に黒鉛の分布し
た材質が得られる。この際、接種量はSi分として0.
1〜1.0%が適当である。0.1%未満では接種効果
が期待できず、一方1.0%を越えても相応の効果が得
られない。接種剤としては、CaSi、FeSiが好適
である。尚、接種後における外層のSi含有量が上記
0.6〜3.0%の範囲に入るように、外層材溶湯のS
i含有量が調整される。
In general, inoculation is effective for reducing the size of the cast structure and promoting graphitization. As for the outer layer material, if the inoculation technique is applied, a material in which graphite is more finely and uniformly distributed can be obtained. At this time, the inoculation amount was 0.1 as Si content.
1 to 1.0% is appropriate. If it is less than 0.1%, the effect of inoculation cannot be expected, while if it exceeds 1.0%, a corresponding effect cannot be obtained. CaSi and FeSi are suitable as inoculants. In addition, the S of the outer layer material melt was adjusted so that the Si content of the outer layer after inoculation was in the range of 0.6 to 3.0%.
The i content is adjusted.

【0016】また、外層と内層との溶着時に、外層から
内層への溶け込みが不可避的に生じるが、かかる溶け込
みを防止したい場合は、外層鋳造後、その内面に中間層
を鋳造し、その後内層を鋳込めばよい。鋳造後、残留応
力除去のために、400°C〜600°C程度の歪取り
焼鈍を行う。また、必要に応じて、A1 変態点以上の加
熱による網目状セメンタイトの分断、パーライトの粒状
化熱処理を施すことによって、外層材の強靱性はより向
上する。
In addition, when the outer layer and the inner layer are welded, melting from the outer layer to the inner layer inevitably occurs. To prevent such melting, an outer layer is cast, an intermediate layer is cast on the inner surface, and then the inner layer is cast. Just cast it in. After casting, strain relief annealing at about 400 ° C. to 600 ° C. is performed to remove residual stress. Further, if necessary, the toughness of the outer layer material is further improved by subjecting the network-like cementite to fragmentation by heating at or above the A 1 transformation point and subjecting the pearlite to a heat treatment for granulation.

【0017】次に具体的実施例を揚げる。内径φ120
0mmの遠心力鋳造用金型を用いて、表1の外層材溶湯
(鋳込厚250mm)を遠心力鋳造し、外層が凝固した
後、その内部に同表の内層材溶湯(鋳込厚100mm)
を遠心力鋳造した。
Next, specific examples will be described. Inner diameter φ120
Using a 0 mm centrifugal force casting mold, the molten outer layer material (cast thickness 250 mm) shown in Table 1 was centrifugally cast, and after the outer layer was solidified, the inner layer molten material shown in the same table (cast thickness 100 mm) was solidified therein. )
Was centrifugally cast.

【0018】[0018]

【表1】 [Table 1]

【0019】得られた複合シリンダライナーの外層の機
械的材質を調べたところ、下記の通りであった。 No.1:引張強さ 52.3Kg/mm2 、伸び
1.21% No.2:引張強さ 48.9Kg/mm2 、伸び
0.83% なお従来の単層シリンダライナーの一般的な機械的性質
は、引張強さ18〜25Kg/mm2 、伸び0.2〜
0.8%程度である。
When the mechanical properties of the outer layer of the obtained composite cylinder liner were examined, it was as follows. No. 1: Tensile strength 52.3Kg / mm 2 , elongation
1.21% No. 2: Tensile strength 48.9 Kg / mm 2 , elongation
The general mechanical properties of the conventional single-layer cylinder liner are as follows: tensile strength 18 to 25 kg / mm 2 , elongation 0.2 to
It is about 0.8%.

【0020】[0020]

【発明の効果】本発明の複合シリンダライナーは、破壊
の起点となり特に強靱性が要求されるライナーの外層を
既述の黒鉛晶出高炭素アダマイト材で形成し、一方ライ
ナー内層をその使用特性に適合する耐焼付性、耐摩耗性
に優れた従来通りのA型黒鉛を有するシリンダライナー
用鋳鉄材で形成し、かつ両者を溶着接合したものである
から、ライナー内面における本来の使用特性を損うこと
なく、強靱性の外層によりシリンダライナーの高強度化
を図ることができ、ひいてはシリンダライナーの薄肉
化、軽量化を達成することができる。
According to the composite cylinder liner of the present invention, the outer layer of the liner, which is a starting point of fracture and particularly requires toughness, is formed of the above-described graphite-crystallized high-carbon adamite material, while the inner layer of the liner is formed according to its use characteristics. It is made of a conventional cast iron material for cylinder liners having A-type graphite with excellent seizure resistance and abrasion resistance, and both are welded and joined, which impairs the original use characteristics of the inner surface of the liner. Without increasing the strength of the cylinder liner by the tough outer layer, the cylinder liner can be made thinner and lighter.

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

【図1】本発明に係る複合シリンダライナーの横断面説
明図である。
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view of a composite cylinder liner according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 外層 2 内層 1 outer layer 2 inner layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C22C 37/00 B22D 19/08 B22D 19/16 F02F 1/00 F02F 1/08──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) C22C 37/00 B22D 19/08 B22D 19/16 F02F 1/00 F02F 1/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 強靱鋳鉄材からなる外層の内面にA型黒
鉛を有するシリンダライナー用鋳鉄材からなる内層が溶
着接合された複合シリンダライナーであって、 前記外層は、化学組成が重量%で、 C :2.0〜2.5%、 Si:0.6〜3.0
%、 Mn:0.2〜1.0%、 Ni:2.5%以下、 Cr:1.0%以下、 Mo:1.0%以下を本
質的に含有し、残部が実質的にFeからなり、組織が主
としてパーライト基地と晶出黒鉛とからなる高炭素アダ
マイト材で形成されていることを特徴とする複合シリン
ダライナー。
1. A composite cylinder liner in which an inner layer made of a cast iron material for a cylinder liner having A-type graphite is welded and joined to an inner surface of an outer layer made of a tough cast iron material, wherein the outer layer has a chemical composition of C: 2.0 to 2.5%, Si: 0.6 to 3.0
%, Mn: 0.2-1.0%, Ni: 2.5% or less, Cr: 1.0% or less, Mo: 1.0% or less, and the balance substantially consists of Fe A composite cylinder liner characterized in that the structure is formed of a high-carbon adamite material mainly composed of pearlite matrix and crystallized graphite.
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CN106401778B (en) * 2016-09-13 2018-05-04 中国北方发动机研究所(天津) A kind of use for diesel engine cylinder liner construction and preparation method thereof

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