JP3274286B2 - Cylinder liner - Google Patents

Cylinder liner

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徹 硲野
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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、内燃機関に使用される
シリンダライナに関し、特に内周面に溶射皮膜を被覆し
たシリンダライナに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cylinder liner used in an internal combustion engine, and more particularly to a cylinder liner having an inner peripheral surface coated with a thermal spray coating.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、エンジンの高出力化に伴い、シリ
ンダライナの摺動特性の向上が強く望まれ、内周面に溶
射処理を施すことが提案されている。
2. Description of the Related Art In recent years, with an increase in the output of an engine, it has been strongly desired to improve the sliding characteristics of a cylinder liner, and it has been proposed to apply a thermal spray treatment to an inner peripheral surface.

【0003】しかしながら、シリンダライナの内周面に
溶射処理を施した場合、溶射皮膜の密着力が実機運転に
耐えられず、溶射皮膜の端部が浮き上がる現象が見られ
る。また、特に密着性の悪いものでは、溶射後の研磨時
に皮膜の浮き上がりが発生する。
However, when thermal spraying is performed on the inner peripheral surface of the cylinder liner, the adhesion of the thermal sprayed coating cannot withstand actual operation, and a phenomenon that the end of the thermal sprayed coating rises is observed. In particular, in the case of a material having poor adhesion, the film is lifted during polishing after thermal spraying.

【0004】そのため、溶射皮膜の密着力を向上させる
方法として、従来より、溶射後に皮膜全面にレーザ等の
高密度エネルギを照射することによって溶射皮膜を溶融
し、母材との境界部に合金層を形成する手法が提案され
ている。
[0004] Therefore, as a method of improving the adhesion of the thermal sprayed coating, conventionally, the thermal sprayed coating is melted by irradiating the entire surface of the coating with high-density energy such as laser after thermal spraying, and an alloy layer is formed at the boundary with the base material. Have been proposed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、溶射皮
膜に高密度エネルギを照射すると、皮膜の耐焼き付き性
等の摺動特性が低下する問題がある。また、レーザ等の
高密度エネルギを溶射皮膜の全面に照射することはコス
トの面でも高くなる。
However, when high-density energy is applied to the sprayed coating, there is a problem that the sliding properties such as the seizure resistance of the coating are reduced. In addition, irradiating high-density energy such as a laser to the entire surface of the thermal spray coating increases costs.

【0006】本発明の目的は、溶射皮膜の摺動特性を低
下させずに、皮膜の密着力を向上させたシリンダライナ
を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a cylinder liner in which the adhesion of a sprayed coating is improved without lowering the sliding characteristics of the sprayed coating.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の構成は、内周面
に溶射皮膜を被覆し、前記溶射皮膜部分に高密度エネル
ギを照射して溶融処理を施し、溶射皮膜と母材とをその
境界部において融着したシリンダライナにおいて、前記
溶融処理部をライナ軸方向における非摺動端部にのみ形
成したことを特徴とする。
According to the constitution of the present invention, the inner peripheral surface is coated with a thermal spray coating, and the thermal spray coating is irradiated with high-density energy to perform a melting treatment. In a cylinder liner fused at a boundary portion, the fusion processing portion is formed only at a non-sliding end portion in a liner axial direction.

【0008】[0008]

【作用】一般に溶射皮膜に剥離を生じさせる応力は、皮
膜端部に集中するため、剥離は皮膜端部から発生する。
したがって、皮膜端部の密着力を向上させれば、皮膜全
体の耐剥離性を向上できる。これは、シリンダライナの
内周溶射皮膜においても同様である。
In general, the stress that causes the thermal sprayed coating to peel is concentrated on the edge of the coating, so that the peeling occurs from the edge of the coating.
Therefore, if the adhesion at the end of the film is improved, the peel resistance of the entire film can be improved. The same applies to the spray coating on the inner circumference of the cylinder liner.

【0009】すなわち、本発明のシリンダライナにおけ
る溶射皮膜は、ライナ軸方向における端部に溶射皮膜と
母材とをその境界部において融着した溶融処理部が形成
されているため、皮膜端部の密着性が向上し、その結
果、内周面に形成されている溶射皮膜全体の耐剥離性を
向上できる。
That is, the thermal spray coating in the cylinder liner of the present invention has a fusion-processed portion formed by fusing the thermal spray coating and the base material at the boundary between the ends in the axial direction of the liner. The adhesion is improved, and as a result, the peeling resistance of the entire sprayed coating formed on the inner peripheral surface can be improved.

【0010】そして、溶融処理部は非摺動端部にのみ形
成しているため、シリンダライナの内周面における摺動
部の摺動特性が低下することはなく、良好な摺動特性を
維持できる。
[0010] Since the melted portion is formed only at the non-sliding end, the sliding characteristics of the sliding portion on the inner peripheral surface of the cylinder liner do not decrease, and good sliding characteristics are maintained. it can.

【0011】[0011]

【実施例】図1は本発明の一実施例であるシリンダライ
ナを示す。図1(b)は溶射処理が施されてシリンダラ
イナ1の内周面に溶射皮膜2が形成された後、シリンダ
ライナ1の内周面における上端の面取り面に面一になる
ように、溶射皮膜2の上端部が研磨加工されたものであ
る。
FIG. 1 shows a cylinder liner according to an embodiment of the present invention. FIG. 1B shows that after the thermal spraying process is performed to form a thermal spray coating 2 on the inner peripheral surface of the cylinder liner 1, the thermal spraying is performed so as to be flush with the upper chamfered surface of the inner peripheral surface of the cylinder liner 1. The upper end of the coating 2 is polished.

【0012】次に、図1(a)および図1(c)に示さ
れているように、溶射皮膜2のうち、ライナ軸方向にお
ける非摺動上端部にのみレーザ、電子ビーム、TIGア
ーク等による溶融処理が施される。
Next, as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (c), laser, electron beam, TIG arc, etc. are applied only to the non-sliding upper end of the thermal spray coating 2 in the liner axis direction. Is performed.

【0013】この溶融処理により、ライナ軸方向におけ
る非摺動上端部において、溶射皮膜が溶融されるととも
に、溶射皮膜2との境界部付近のライナ母材3も溶融さ
れて溶融処理部4が形成される。溶融処理部4は溶射皮
膜2と母材3との境界部に合金層が形成されるために密
着性が高いものとなる。
By this melting treatment, the sprayed coating is melted at the non-sliding upper end in the liner axis direction, and the liner base material 3 near the boundary with the sprayed coating 2 is also melted to form a melt-processed portion 4. Is done. Since the alloy layer is formed at the boundary between the thermal spray coating 2 and the base material 3, the fusion processing section 4 has high adhesion.

【0014】内周摺動部の溶射皮膜2は溶融処理が施さ
れていないため、耐焼き付き性等の摺動特性が低下せ
ず、良好な摺動特性を維持できる。
Since the thermal spray coating 2 on the inner peripheral sliding portion is not subjected to a melting treatment, sliding characteristics such as seizure resistance do not decrease, and good sliding characteristics can be maintained.

【0015】なお、上記では、溶融処理部4をライナ軸
方向において熱負荷の高い上端部にのみ形成した例を示
したが、非摺動下端部の溶射皮膜部分にも上記と同様に
溶融処理部を形成してもよい。
In the above description, an example was shown in which the melt processing portion 4 was formed only at the upper end portion where the heat load was high in the liner axis direction. A part may be formed.

【0016】また、溶融処理部4はライナ周方向におけ
る全周にわたって形成する他、周方向において部分的に
形成してもよい。
Further, the melting processing portion 4 may be formed over the entire circumference in the liner circumferential direction, or may be formed partially in the circumferential direction.

【0017】シリンダライナ1の材料は鋼、鋳鉄あるい
はアルミニウム合金等が用いられ、溶射皮膜2の材料と
しては次に示すもの等が用いられる。下記の〜に示
す%は重量比である。
The material of the cylinder liner 1 is steel, cast iron, an aluminum alloy or the like, and the material of the thermal spray coating 2 is as follows. The percentages shown below are weight ratios.

【0018】60〜90%の炭化クロムに次の1種ま
たは2種を10〜40%複合させたもの。 ・Cr20〜50%、残NiのNi−Cr合金。 ・Cr8〜20%、B1〜4%、Si3〜6%、C0.
3〜2%、Fe2〜6%、Co10%以下、残Niの自
溶性合金。
A composition in which 60 to 90% of chromium carbide is combined with one or two of the following 10 to 40%. -Ni-Cr alloy of 20-50% of Cr and remaining Ni. Cr 8-20%, B1-4%, Si 3-6%, C0.
Self-fluxing alloy of 3 to 2%, Fe 2 to 6%, Co 10% or less, and remaining Ni.

【0019】Cr50〜70%、C3〜9%、残Fe
の高炭素Fe−Cr合金。
Cr 50-70%, C3-9%, residual Fe
High-carbon Fe-Cr alloy.

【0020】Cr50〜70%、C3〜9%、残Fe
の高炭素Fe−Cr合金に次の1種または2種を10〜
40%複合させたもの。 ・Cr20〜50%、残NiのNi−Cr合金。 ・Cr8〜20%、B1〜4%、Si3〜6%、C0.
3〜2%、Fe2〜6%、Co10%以下、残Niの自
溶性合金。
Cr 50-70%, C3-9%, residual Fe
The following one or two of the following high carbon Fe-Cr alloys
40% compounded. -Ni-Cr alloy of 20-50% of Cr and remaining Ni. Cr 8-20%, B1-4%, Si 3-6%, C0.
Self-fluxing alloy of 3 to 2%, Fe 2 to 6%, Co 10% or less, and the remaining Ni.

【0021】C0.25〜2.2%、Cr,Mo,
W,Vの1種または2種以上を13%以下含む鋼系材
料。
C 0.25 to 2.2%, Cr, Mo,
A steel material containing 13% or less of one or more of W and V.

【0022】図2は本発明のシリンダライナ1が装着さ
れているエンジンのピストン部分の一部分を示す縦断面
図である。シリンダライナ1がシリンダブロック5のボ
アに挿入固定され、シリンダライナ1にピストン6が挿
入されている。ピストン6に形成されているピストンリ
ング溝7にはピストンリング8が装着されており、シリ
ンダライナ1の内周面にピストンリング8の外周面が接
触している。ピストンリング8の材質はマルテンサイト
系ステンレス鋼等からなり、外周面には硬質Crめっき
9等が被覆されている。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a part of a piston portion of an engine equipped with the cylinder liner 1 of the present invention. A cylinder liner 1 is inserted and fixed in a bore of a cylinder block 5, and a piston 6 is inserted into the cylinder liner 1. A piston ring 8 is mounted in a piston ring groove 7 formed in the piston 6, and an outer peripheral surface of the piston ring 8 contacts an inner peripheral surface of the cylinder liner 1. The material of the piston ring 8 is made of martensitic stainless steel or the like, and the outer peripheral surface is coated with a hard Cr plating 9 or the like.

【0023】以下、上記シリンダライナ1を評価するた
めに、剥離試験と焼き付き試験とを行った。
Hereinafter, in order to evaluate the cylinder liner 1, a peeling test and a seizure test were performed.

【0024】〔耐剥離性の実機試験〕上記シリンダライ
ナ1(材質:JIS STKM13 機械構造用炭素鋼
鋼管)について、下記の実機運転条件で耐剥離性試験を
行った。 実機運転条件:φ86mm、直列4気筒、2.2lディ
ーゼルエンジンに搭載し、全負荷耐久テスト300H
r。
[Practical Test of Peeling Resistance] The cylinder liner 1 (material: JIS STKM13 carbon steel pipe for machine structure) was subjected to a peeling resistance test under the following operating conditions of a real machine. Actual operating conditions: φ86mm, in-line 4-cylinder, mounted on 2.2l diesel engine, full load durability test 300H
r.

【0025】溶射皮膜の組成、溶射条件、溶融処理にお
けるレーザ照射条件は、それぞれ表1、表2、表3に示
す。
The composition of the thermal spray coating, the thermal spray conditions, and the laser irradiation conditions in the melting treatment are shown in Tables 1, 2 and 3, respectively.

【0026】 [0026]

【0027】(注1)SCM440:C0.35%、S
i0.2%、Mn0.75%、Cr1.1%、Mo0.
2%、残Fe(重量比)。
(Note 1) SCM440: C 0.35%, S
i 0.2%, Mn 0.75%, Cr 1.1%, MoO.
2%, residual Fe (weight ratio).

【0028】(注2)SKD61:C0.4%、Si
1.0%、Mn0.3%、Cr5.0%、Mo1.3
%、V1.0%、残Fe(重量比)。
(Note 2) SKD61: C 0.4%, Si
1.0%, Mn 0.3%, Cr 5.0%, Mo 1.3
%, V1.0%, residual Fe (weight ratio).

【0029】 [0029]

【0030】 [0030]

【0031】 [0031]

【0032】上記耐剥離性試験で明らかなように、ライ
ナ軸方向における非摺動上端部にのみ溶融処理を施した
本実施例のシリンダライナの溶射皮膜は、後加工時(面
取り面の研磨加工や内周面のホーニング仕上げ等)や実
機運転後に浮き上がりや剥離が発生せず、耐剥離性が良
好であるが、溶融処理を施していない比較例のシリンダ
ライナの溶射皮膜は後加工時や実機運転後に浮き上がり
や剥離を発生し、耐剥離性が劣っていることがわかる。
As is clear from the peeling resistance test, the sprayed coating of the cylinder liner of the present embodiment in which only the upper non-sliding portion in the axial direction of the liner was melted was subjected to post-processing (polishing of the chamfered surface). And no honing finish on the inner peripheral surface) and no lift-off or peeling after operation of the actual machine. It can be seen that lifting and peeling occurred after the operation and peeling resistance was poor.

【0033】次に、往復動摩耗試験機を使用して耐焼き
付き性試験を行った。
Next, a seizure resistance test was performed using a reciprocating abrasion tester.

【0034】往復動摩耗試験機と試験条件の詳細は、以
下の通りであった。
The details of the reciprocating wear tester and the test conditions were as follows.

【0035】(1)往復動摩耗試験機 図3に往復動摩耗試験機の概略を示す。図3において、
10は板状の試験片で、試験台11上に載置固定され、
試験片10の上面にピン状の試験片12の先端が油圧ユ
ニット13によって押接される。この状態で、試験台1
1がクランク機構14により水平面内を往復動されるこ
とにより摩耗試験が行われる。15は油圧荷重の表示
計、16は摩擦力を検出するロードセル、17は検出し
た摩擦力を記録する記録計である。
(1) Reciprocating wear tester FIG. 3 schematically shows a reciprocating wear tester. In FIG.
Reference numeral 10 denotes a plate-shaped test piece, which is mounted and fixed on a test table 11.
The tip of the pin-shaped test piece 12 is pressed against the upper surface of the test piece 10 by the hydraulic unit 13. In this state, test table 1
The wear test is performed by reciprocating 1 in a horizontal plane by the crank mechanism 14. Reference numeral 15 denotes a hydraulic load indicator, 16 denotes a load cell for detecting a frictional force, and 17 denotes a recorder for recording the detected frictional force.

【0036】(2)摺動相手材(ピン状試験片12) 材質が炭素工具鋼(JIS SK5)で、先端を径18
mmに球面加工後、硬質Crめっきを施し、研磨仕上げ
した。
(2) Sliding mating material (pin-shaped test piece 12) The material is carbon tool steel (JIS SK5) and the tip has a diameter of 18
After the spherical surface was machined to a thickness of 0.5 mm, hard Cr plating was performed, followed by polishing.

【0037】(3)試験片(板状試験片10) 材質が炭素鋼(JIS S45C)、寸法が17×14
×70(mm)で、片方の表面(摺動面)に種々の組成
の溶射皮膜を形成した後、研磨仕上げした。
(3) Test piece (plate-like test piece 10) Material is carbon steel (JIS S45C), dimensions are 17 × 14
After forming thermal spray coatings of various compositions on one surface (sliding surface) at × 70 (mm), the surface was polished.

【0038】(4)試験条件 上記試験片において、溶射皮膜にレーザ溶融処理を施し
たものと、レーザ溶融処理を施していないものとについ
て、下記の条件で焼き付き試験を行う。 焼き付き試験条件: 荷重:初期10kg、2kg/minでステップアッ
プ。 速度:100cpm 潤滑:軽油相当粘度の潤滑油 25μl
(4) Test Conditions For the above test pieces, a burn-in test is performed under the following conditions for the laser-sprayed coating and the laser-split-free coating. Burn-in test conditions: Load: Initially 10 kg, stepped up at 2 kg / min. Speed: 100 cpm Lubrication: Lubricating oil with viscosity equivalent to light oil 25 μl

【0039】なお、溶射皮膜の組成、溶射条件、溶融処
理におけるレーザ照射条件は、それぞれ表5、表2、お
よび表3に示す。
Table 5, Table 2, and Table 3 show the composition of the thermal spray coating, the thermal spray conditions, and the laser irradiation conditions in the melting process, respectively.

【0040】 [0040]

【0041】上記焼き付き試験で明らかなように、溶射
皮膜を被覆したものは、比較例としてのFC25相当鋳
鉄材よりも耐焼き付き性が優れていることがわかる。ま
た、溶射皮膜を被覆した場合には、レーザ溶融処理を施
さないものの方がレーザ溶融処理を施したものに比較し
て耐焼き付き性が優れていることがわかる。
As is clear from the above seizure test, it is understood that the one coated with the sprayed coating has better seizure resistance than the cast iron material equivalent to FC25 as a comparative example. In addition, when the thermal spray coating was applied, it was found that those not subjected to the laser melting treatment had better seizure resistance than those subjected to the laser melting treatment.

【0042】以上の耐剥離性試験および耐焼き付き性試
験から、本発明のシリンダライナは、内周面に被覆され
ている溶射皮膜2の密着性が良好であり、かつ、内周摺
動部の溶射皮膜2に溶融処理は施されていないので、耐
焼き付き性等の摺動特性が良好である。
From the peeling resistance test and the seizure resistance test described above, the cylinder liner of the present invention has good adhesion of the thermal spray coating 2 coated on the inner peripheral surface, Since the thermal spray coating 2 is not subjected to a melting treatment, sliding characteristics such as seizure resistance are excellent.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上説明したように本発明の内周溶射シ
リンダライナによれば、摺動特性が良好で、しかも溶射
皮膜の密着性が良好である。
As described above, according to the inner peripheral spray cylinder liner of the present invention, the sliding characteristics are good and the adhesion of the spray coating is good.

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

【図1】本発明の一実施例であるシリンダライナを示
し、(a)はシリンダライナの縦断面図、(b)は溶射
後を示す要部拡大縦断面図、(c)は溶融処理後を示す
要部拡大縦断面図である。
1A and 1B show a cylinder liner according to an embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a longitudinal sectional view of the cylinder liner, FIG. It is a principal part expanded longitudinal cross-sectional view which shows.

【図2】本発明のシリンダライナを装着しているエンジ
ンのピストン部分の一部分を示す縦断面図である。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a part of a piston portion of an engine equipped with the cylinder liner of the present invention.

【図3】往復動摩耗試験機の概略を示す図である。FIG. 3 is a view schematically showing a reciprocating motion wear tester.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリンダライナ 2 溶射皮膜 3 ライナ母材 4 溶融処理部 5 シリンダブロック 6 ピストン 7 ピストンリング溝 8 ピストンリング 9 硬質Crめっき 10、12 試験片 11 試験台 13 油圧ユニット 14 クランク機構 15 油圧荷重表示計 16 ロードセル 17 記録計 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylinder liner 2 Thermal spray coating 3 Liner base material 4 Melt processing part 5 Cylinder block 6 Piston 7 Piston ring groove 8 Piston ring 9 Hard Cr plating 10, 12 Test piece 11 Test stand 13 Hydraulic unit 14 Crank mechanism 15 Hydraulic load indicator 16 Load cell 17 Recorder

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−79783(JP,A) 特開 昭62−121847(JP,A) 特開 平1−242786(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F16J 10/04 F02F 1/00 C23C 4/18 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-61-79783 (JP, A) JP-A-62-121847 (JP, A) JP-A-1-242786 (JP, A) (58) Investigation Field (Int.Cl. 7 , DB name) F16J 10/04 F02F 1/00 C23C 4/18

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 内周面に溶射皮膜を被覆し、前記溶射皮
膜部分に高密度エネルギを照射して溶融処理を施し、溶
射皮膜と母材とをその境界部において融着したシリンダ
ライナにおいて、 前記溶融処理部をライナ軸方向における非摺動端部にの
み形成したことを特徴とするシリンダライナ。
1. A cylinder liner in which an inner peripheral surface is coated with a thermal spray coating, the thermal spray coating is irradiated with high-density energy to perform a melting treatment, and the thermal spray coating and the base material are fused at a boundary portion thereof. A cylinder liner, wherein the melting portion is formed only at a non-sliding end in a liner axial direction.
【請求項2】 前記溶融処理部がライナ軸方向における
上端側の非摺動端部にのみ形成されていることを特徴と
する請求項1記載のシリンダライナ。
2. The cylinder liner according to claim 1, wherein the melting processing portion is formed only at a non-sliding end portion on an upper end side in a liner axial direction.
【請求項3】 前記溶融処理部がライナ軸方向における
上端側と下端側との非摺動端部にのみ形成されているこ
とを特徴とする請求項1記載のシリンダライナ。
3. The cylinder liner according to claim 1, wherein the fusion processing portion is formed only at a non-sliding end between an upper end side and a lower end side in the liner axial direction.
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