JPH01182668A - ピストンリング - Google Patents

ピストンリング

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JPH01182668A
JPH01182668A JP659788A JP659788A JPH01182668A JP H01182668 A JPH01182668 A JP H01182668A JP 659788 A JP659788 A JP 659788A JP 659788 A JP659788 A JP 659788A JP H01182668 A JPH01182668 A JP H01182668A
Authority
JP
Japan
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weight
resistance
cobalt
test
vanadium
Prior art date
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Pending
Application number
JP659788A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Hosoo
細尾 寛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Riken Corp
Original Assignee
Riken Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はピストンリングに使用される鋼種に係り、さら
に詳しくは、耐スカツフ性の改善された耐久性に優れた
ピストンリングの鋼種とそれと組み合わされる表面処理
にに関する。
(従来の技術と問題点) 近年、内燃機関の高性能化に伴い各機能部品に対し益々
苛酷な条件が課せられると共に、内燃機関の寿命の延長
が強く要求されている。ピストンリングも従来にもまし
て高回転、高温、高面圧等の厳しい環境に曝されその耐
久性の向上が要求されており、ピストンリングの耐久性
を改善する手段として外周摺動面に硬質クロムめっき、
溶射、窒化処理等の耐摩耗性処理が施されている。
これらの表面処理では、硬質クロムめっきはアブレッシ
グ摩耗や腐食摩耗に対しての耐摩耗性が低く、溶射は相
手材を摩耗しやすく、窒化は優れた耐摩耗性を有するこ
とから苛酷な運転条件の下で使用されるトップリングの
表面処理として注目され最近多く使用される傾向にある
が、従来からピストンリングの母材として使用されてい
る13クロム、17クロムのマルテンサイト系ステンレ
ス鋼の母材に施したものは、耐摩耗性が非常に高いが、
高速高負荷の内燃機関では耐スカツフ性が十分でないと
いう問題点があった。
(問題点を解決するための手段) 本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた
もので、窒化処理したピストンリングで従来の耐摩耗性
を有し、耐スカツフ性を向上さすことのできる鋼種を開
発することにより、上記問題点を解決することを目的と
している。
本発明は、窒化処理を施したピストンリングとして耐摩
耗性には実績のある炭素0.6〜1.0重量%、クロム
15〜23重量%、モリブデンとバナジウムの一方もし
くは両方で0.1〜3.0重量%の化学成分の鋼種を基
本に、耐スカツフ性を向上さすためにコバルトを合金元
素として2.0〜10.0重量%添加したものである。
各成分の組成範囲に限定理由について説明する。
炭素は鉄、クロム、モリブデン及びバナジウムと共に炭
化物を形成して耐摩耗性の向上に寄与するが、0.6 
重量%未満では炭化物の形成量が僅少で上記効果が不十
分であり、1.0重量%を超えると加工性が悪くなりリ
ング成形が困難となることから炭素の含有量を0.6〜
1.0重量%の範囲とした。
クロムは炭化物を形成して耐摩耗性の向上に寄与するが
、15重量%未満では炭化物の形成量が少なく効果が不
十分であり、23重量%を超えると靭性が損なわれるよ
うになるのでクロムの含有量を15〜23重量%の範囲
とした。
モリブデン及びバナジウムは共に炭化物を形成して耐摩
耗性の向上に寄与するが、モリブデン及びバナジウムの
一方もしくは両方で0.1重量%未満では上記の効果が
不十分であり、3.0重量%を超えて多量に含有させて
もその効果の増大が顕著ではないので、その含有量を0
.1〜3.0重量%の範囲とした。
コバルトは基地の耐熱性を向上させることにより耐スカ
ツフ性に寄与するが、2.0重量%未満では耐スカツフ
性に効果がなく、10.0重量%を超えると耐スカツフ
性も低下する。又、耐摩耗性については、この範囲のコ
バルト量においては有意差は認められないので、その含
有量を 2.0〜10.0重量%の範囲とした。
(実施例) 本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
炭素0.8重量%、クロム17.5重量%、モリブデン
1.0%、バナジウム0.1重量%、残部が実質的に鉄
からなる鋼種を基本に、本発明のコバルトを夫々2,4
.6,8及び10重量%を含有させた母材にガス窒化を
施して窒化層を約100μm形成させた後、表面の化合
物層を除去するため30μm研磨でおとした試料を作成
して、耐スカツフ性と耐摩耗性の試験を行なった。
尚、比較品としてコバルトを添加しないものとコバルト
の含有量の少ない0.1重量%及び含有量の多い12と
15重量%の試料を作成して同様な試験を行なった。
耐スカツフ性の試験結果を第1図に、耐摩耗性の試験結
果を第2図に示す。
試験装置及び試験方法は下記の通りである。
(1)耐スカツフ性試験 得られた上記の試料から縦5mmX横5mmX高さ10
11IIIの試験片を作成して、超高圧摩耗試験機によ
って耐スカツフ性試験を行なった。
本試験に用いた超高圧摩耗試験機の装置と試験条件は次
の通りである。
試験装置は第4図および第4図のA−A矢視断面図であ
る第5図に要部を図解的に示すものであって、ステータ
ホルダ11に取外し可能に取付けられた直径80mmX
厚さioamの研磨仕上げを施した円板12(相手材)
の中央には裏側から注油孔13を通して潤滑油が注油さ
れる。ステータホルダ11には図示しない油圧装置によ
って図において右方に向けて所定圧力で押圧力Pが作用
するようにしである。円板12に相対向してロータ14
があり、図示しない駆動装置によって所定速度で回転す
るようにしである。ロータ14の円板12に対する端面
に取付られた試験片保持具15には、表面処理層を形成
した5mm角の正方形端面を摺動面として試験片10が
同心円上に等間隔に4個取外し可能に且つ円板12に対
して摺動自在に取付けである。
このような装置において、ステータホルダ11に所定の
押圧力Pをかけ、所定の面圧で円板12と試験片10と
が接触するようにしておいて、注油孔13から摺動面に
所定給油速度で給油しながらロータ14を回転させる。
一定時間毎にステータホルダ11に作用する圧力を段階
的に増加していき、ロータ14の回転によっ−て試験片
10と相手の円板12との摩擦によってステータホルダ
11に生ずるトルクTをスピンドル16を介してロード
セル17に作用せしめ、その変化を動歪計18で読み取
り記録計19に記録させる。トルクTが急激に上昇した
ときスカッフが発生したものとして、この時の接触面圧
をもって耐スカツフ性の良否を判断する。
試験条件は次の通りである。
摩擦速度:  8 m/sec 相手材: シリンダライナ用鋳鉄FC25接触面圧: 
 20 kg/cm”でならした後。
スカッフ発生まで10 kg/c+++”ずつ増圧、各
面圧に3分間保持 潤滑油: モータオイル#30 油温80℃ 供給量300cc/m1n (2)耐摩耗性試験 耐摩耗性試験装置及び試験方法は、第3図に要領を図解
的に示すように、ライナ材(FC2S相当材)に硬質ク
ロムめっきを施したのち研磨仕上げをしたドラムと試験
片を用い科研式回転摩耗試験機によって行なった。
試験方法はレバー3を支点6で支持し、その両端に重錘
4とバランサ5を取付け、レバー3に取付けた試験片1
を、回転ドラム2に圧接させその面圧を一定にしておい
て、潤滑油タンク7より潤滑油を試験片1とドラム2と
の間に供給させながらドラム2を回転させ、試験片1の
摩耗厚さ(μm)を測定した。
試験条件 摩擦速度:  0.25m/s 摩擦時間: 3時間 重   錘:2kg 潤滑油: モータオイル#3゜ 供給量:  10 cc/min 耐スカッフ性の試験結果は第1図から明らかなように、
本発明品は接触面圧138〜147 kg/cm2 で
スカッフが発生したが、比較品のコバルトの添加のない
もの及びコバルトの含有量の少ないものは118〜12
3 kg/cm2で、コバルトの含有量の多いものは1
15〜122 kg/cm”でスカッフが発生しており
、耐スカツフ性が改善されたことが確認された。
耐摩耗性の試験結果は第2図から明らかなように、本発
明品及び比較品の摩耗量は9〜11μmとコバルトの含
有量による差は認められず、コバルトの添加による耐摩
耗性が損なわれることがないことが確認された。
(効果) 本発明による窒化処理品として耐摩耗性に実績のある従
来の炭素0.6〜1.0重量%、クロム15〜23重量
%、モリブデンとバナジウムの一方もしくは両方で0,
1〜3.0重量%の化学成分の鋼種にコバルトを含有さ
せることにより、耐摩耗性を損なわずに耐スカツフ性が
改善され耐久性の向上が図られた効果は顕著である。
【図面の簡単な説明】
第1図 耐スカツフ性の試験結果を示すグラフ第2図 
耐摩耗性の試験結果を示すグラフ第3図 摩耗試験方法
の要領を示す図解同第4図 超高圧摩耗試験装置の一部
破砕説明図第5図 第4図のA−A矢視断面図 1:試験片     2ニドラム 3ニレバー     4:重錘 10:試験片    11:ステータホルダ12:円板
(相手材) 14:ロータ 15:試験片保持具 17:ロードセル18:動歪計

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 炭素0.6〜1.0重量%、クロム15〜23重量%、
    コバルト2.0〜10.0重量%、モリブデンとバナジ
    ウムの一方もしくは両方で0.1〜3.0重量%、残部
    が実質的に鉄からなる化学組成の母材を有し、この母材
    の少なくとも外周摺動面に窒化処理による硬質層を有す
    ることを特徴とするピストンリング。
JP659788A 1988-01-15 1988-01-15 ピストンリング Pending JPH01182668A (ja)

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