JPH0235021B2

JPH0235021B2 - Fukugoshirindaarainaa

Info

Publication number: JPH0235021B2
Application number: JP13404982A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Fukuda; Akitoshi Okabayashi
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1982-07-31
Filing date: 1982-07-31
Publication date: 1990-08-08
Anticipated expiration: 2002-07-31
Also published as: JPS5923847A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は強靭複合シリンダーライナーの提供に
関する。内燃機関に使用されているシリンダーライナー
は、ピストンリングと同時摺動し気密性を保持し
なければならないことから、基本的に耐摩耗性と
耐焼付性が必要とされる。この目的のため、従来
シリンダーライナーの用途には、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ーライナー用特殊鋳鉄
材質が専ら用いられてきている。しかし乍ら、最近の内燃機関の大型化、またそ
の軽量化、低燃費化の要求に伴い、上記従来材質
では強度的に不足を来たしており、強度面での向
上が切望されている。強度の向上の目的のためには、ライナー材質に
より高強度のものを選ぶことも考えられるが、シ
リンダーライナー本来の必要特性である耐摩耗
性、耐焼付性を損うおそれがあり、実際上限界が
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という目的には逆
行する。ところで、シリンダーライナーの使用状況の破
損原因について分析すると、 (i) 耐摩耗性、耐焼付性を必要とする部分は、ピ
ストンリングとの接触部、即ちライナー内表面
のみである。 (ii) シリンダーライナーの破損は、その外表面を
起点とする。ことが知られる。本発明はかかる点に着目して、シリンダーライ
ナーに従来例をみない複合化技術を適用し、叙上
の目的を達成せんとするものである。すなわち、本発明の複合シリンダーライナー
は、その内層（内表面近傍）は従来と同じく耐摩
耗性、耐焼付性に優れるＡ型黒鉛を有するシリン
ダーライナー用特殊鋳鉄材料で形成する一方、外
層（外表面近傍）強靭性に優れる特定の擬球状黒
鉛鋳鉄材質で形成し、かつ両者を溶着接合せしめ
て、全体として必要な耐摩耗性、耐焼付性の使用
特性を損わず所期目的とする強度の向上を計るこ
とに成功したものである。以下本発明について詳述する。本発明の複合シリンダーライナーは、第１図に
示すような構造を具備してなる。すなわち、その
外層ａは後に詳述される強靭性に優れる擬球状黒
鉛鋳鉄材質（芋虫黒鉛を有しCV鋳鉄とも呼ばれ
ている）からなり、一方その内層ｂ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
リンダーライナー用特殊鋳鉄材質からなり、かつ
両者を溶着一体化して構成されている。なお外層ａと内層ｂとの溶着一体化によつて、
外層ａと内層ｂとの間には両者の中間的な組成の
溶着層（中間層）ａ＋ｂを不可避に生じることに
なる。すなわち、内層ｂを外層ａに溶着せしめる
ことによつて、外層材質の内層ｂへのある程度の
溶け込みは避けられない。このさい、もしその溶着層ａ＋ｂに使用目的に
よつては問題を生ずる場合では、第２図に示すよ
うに、予め別途中間層材質を用意しておき、外層
ａと内層ｂとの間に中間層Ｃを介在させて対応す
ることもできる。すなわち、必要に応じては、ラ
イナー構造を三層以上のものに形成することもで
きる。このように多層構造を有する複合シリンダーラ
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
グで内層材質を鋳込み、両者を溶着一体化する。
三層以上のものについても、同様に外層から順に
適宜タイミングで各層を鋳込めばよい。なお遠心力鋳造法には、横型、傾斜型、竪型の
いずれも適用可能である。次に本発明の複合シリンダーライナーの外層を
形成する擬球状黒鉛鋳鉄材質について説明する。本発明では強靭性に優れるライナー外層材とし
て、次のような成分組成のものを使用することを
特徴とする。すなわち、外層はC2.8〜4.0、Si1.0
〜3.0、Mn0.2〜1.0、P0.3以下、S0.06以下、
Ni2.5以下、Cr0.8以下、Mo0.6.以下、Mg0.01〜
0.05を各重量％含み、残部Feおよび通常の不純物
からなり、芋虫状黒鉛とパーライト基地を主体と
する擬球状黒鉛鋳鉄からなる。そこで、上記特性材質の化学成分、顕微鏡組織
等について、下記に詳述する。 (i) 化学成分Ｃ：2.8〜4.0％外層の擬球状黒鉛鋳鉄材質は、芋虫状黒鉛と
基地からなり（ただし少量のセメンタイトの晶
出は問題ない）、特に強靭性を無視して成分調
整される。しかしてC2.8％未満では、溶解温度
の上昇、鋳造性の悪化を招来すると共に、セメ
ンタイトの晶出量が増加し、材質が脆くなる。
一方4.0％を超えると、鋳造欠陥を発生し易く
なるためである。 Si：1.0〜3.0％ Siは黒鉛化を促進する作用を有するが、1.0
％未満ではセメンタイトの晶出量が多くなつ
て、材質を脆くする。一方8.0％を超えると、
基地のフエライト化を招き、耐力を劣化させる
と共にフエライトに溶け込んだBiがフエライ
トを脆くする。 Mn：0.2〜1.0％ Mnは、通常Ｓと結合してＳの悪影響を除去
すると共に、基地のパーライトを安定化し強度
を増す。Mn0.2％未満では、この効果は期待で
きず、一方1.0％を超えるとかえつて脆くなる。Ｐ：0.3％以下Ｐは溶湯の流動性を高めるが、材質中にリン
共晶物を生成し材質を脆くする。この作用はＰ
含有量の増加につれて大きくなるが、実害のな
い範囲として0.3％を上限とする。なおＰ含有
量は低い程強靭性の面で有利であるが、実際面
ではP0.01％以下にすることはコスト上困難で
ある。Ｓ：0.06％以下ＳはＰと同様に、一般に不純物元素として理
解されており、機械的性質を劣化させるため
0.06％以下とする。 Ni：2.5％以下 Niは黒鉛化と基地の強化に有効に作用する
が、2.5％を超えると、経済性の面で不利とな
るばかりでなく、焼入れ組織（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、
かえつて脆くなる場合があるためである。 Cr：0.8％以下 Crは基地の強化作用と共に、セメンタイト
の安定化に作用する。すなわち、Cr0.8％を超
えると、Ｃ、Siの調整によつてもセメンタイト
が晶出して脆くなり、外層材質の目的に合致し
なくなるためである。 Mo：0.6％以下 Moは基地の強化に有効であるが、余りその
含有量を増加しても効果が飽和し経済的でな
く、また材質を硬く、脆くする作用も現われる
ため0.6％以下とする。 Mg：0.01〜0.05％ Mgは芋虫状黒鉛を形成させるために含有す
るが、0.01％未満では黒鉛形状が片状となり、
強度面で劣る。しかし、0.05％を超えて含まれ
る必要はなく、また余りその含有量が高いと内
層材質へのMgの拡散を来たし、内層材質の特
性を変える傾向も現われてくる。従つて、本擬
球状黒鉛鋳鉄材質の場合では、Mgの上限を
0.05％とする。シリンダーライナーの外層を形成する擬球状
黒鉛鋳鉄材質は、以上の各成分を含み、基本的
には残部Feおよび通常の不純物からなる。なお外層の擬球状黒鉛鋳鉄材質には、更にそ
の材質特性を向上するためFeに代えて、次の
希土類元素、Sn、Cu及びTiを必要に応じ添加
することができる。希土類元素：0.05％以下希土類元素をMgと併用添加すれば、黒鉛形
状がより改善され、強度が向上する。その添加
量はその効果が飽和する0.05重量％を上限とす
る。 Sn：0.3％以下上記外層材質はその鋳造条件によつて、基地
中にフエライトが過多となつて、耐力、疲労強
度の低下を招来することがある。その場合、パ
ーライト安定作用のあるSnをその効果を飽和
する0.3重量％の範囲内で添加するのが有効で
ある。 Cu：1.0％以下上記Snと同様の見地より、Cu1.0重量％以下
の範囲で添加することも有効である。 Ti：0.1％以下上記外層材質はまた、鋳造条件によつては、
黒鉛が球状化する場合がある。この場合、球状
化阻害元素であるTiを添加することによつて、
所望の芋虫状黒鉛を確実に得ることができる。
ただし、Ti含有量が多過ぎると、上記作用が
強くなり過ぎて片状黒鉛を生成するため、その
添加量は0.1重量％を上限とする。 (ii) 外層材質の接種次に外層材質の接種について述べる。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。そして上記外層材質につい
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。このさ
い、接種量はSi分として0.05〜1.0％が適当であ
る。すなわち、0.05％未満では接種効果が期待
できず、一方1.0％を超えても相応の効果が得
られないためである。接種剤としては、CaSi、
FeSiが好適である。なお、接種後におけるSi
含有量は、やはり上記1.0〜3.0％の範囲に調整
される。 (iii) 外層材質の顕微鏡組織上記球状黒鉛鋳鉄材質の顕微鏡組織は、主と
して芋虫状黒鉛とパーライト基地とからなる。
組織中に少量のセメンタイトを晶出する場合も
あるが、セメンタイトは脆いため、本発明の目
的からは極力低く抑える必要がある。基地は耐
力、疲労強度の面からパーライトが望ましく、
フエライトはできるだけ少ない方がよい。な
お、ベーナイトやマルテンサイトが一部析出し
ても、多少脆くなるがむしろ強度上昇のメリツ
トを得る場合がある、しかし乍ら、ベーナイ
ト、マルテンサイトを析出させるためには、高
合金化又は特殊な熱処理を施す手段をとらねば
ならず、コスト面で不利を伴う。また、ベーナ
イトやマルテンサイトの量が多くなる過ぎる
と、脆くなり過ぎてやはり問題となる。以上外層材質について詳述したが、一方耐摩耗
性、耐焼付型が必要とされるライナー内層材質に
ついては、鉄鋼材料関係の便覧やデータブツク等
に掲載されているＡ型黒鉛を有する各種シリンダ
ーライナー用特殊鋳鉄材質より適宜のものを選択
して使用することができる。次に実施例、参考例を掲げて説明する。次のよ
うな鋳造条件で、下表Ａ、Ｂ、Ｃの複合シリンダ
ーライナーを製造した。同表中Ｂは参考例であ
り、外層Tiを含有せしめて芋虫状黒鉛を確実に
生成せしめたものである。鋳造金型内径：720φ（横型遠心力鋳造）外層鋳込厚：90mm 内層鋳込厚：60mm

【表】 No.Ａのシリンダーライナーの顕微鏡組織を第３
〜６図に示す。すなわち、第３図と第４図はその
外層材質の顕微鏡写真（倍率50と400）であり、
第５図と第６図はその内層材質の顕微鏡写真（倍
率50と400）である。下記に上記複合シリンダーライナー（外層）の
機械的性質を示す。 No. 引張強さ(Kg/mm²) 伸び(%) Ａ 37.2 2.04 Ｂ 45.8 0.92 Ｃ 41.3 1.22 なお従来の単層シリンダー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％の範囲にある。以上のように、本発明の複合シリンダーライナ
ーは、破壊と起点となり特に強靭性に優れること
が要求されるライナー外層は既述の擬球状黒鉛鋳
鉄材質で形成し、一方ライナー内層はその使用特
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ーライナー用特殊
鋳鉄材質で形成し、かつ両者を溶着接合してなる
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、その高強度化を計ること
ができる。ところで、外層の高強度化の目的だけならば、
更に強度の高い球状黒鉛鋳鉄材質でライナー外層
を形成することもできるが、これに比較すると本
発明の複合シリンダーライナーでは、強度面では
やや劣る反面、内層のＡ型黒鉛を有するシリンダ
ーライナー用特殊鋳鉄材質により近似した黒鉛組
織を有するものとなるため、使用時の熱伝導性、
熱膨張、発生応力等の点で従来の単層ライナーの
特性に近づく利点がある。なお本発明に係る複合シリンダーライナーは、
遠心力製造法を利用することによつて、所期の特
性を備えたものが容易に製造でき、各層間の溶着
状況にも問題を生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は本発明に係る複合シリンダー
ライナーの構造例を現わす横断面図である。第３
図乃至第６図は本発明の複合シリンダーライナー
例についての組織を表わす顕微鏡写真であつて、
第３図と第４図は外層組織を、第５図と第６図は
内層組織を示す。ａ……外層、ｂ……内層。

Claims

【特許請求の範囲】１ C2.8〜4.0、Si1.0〜3.0、Mn0.2〜1.0、P0.3以
下、S0.06以下、Ni2.5以下、Cr0.8以下、Mo0.6
以下、Mg0.01〜0.05を各重量％含み、残部Feお
よび通常の不純物からなり、芋虫状黒鉛とパーラ
イト基地を主体とする擬球状黒鉛鋳鉄材質の外層
と、Ａ型黒鉛を有するシリンダーライナー用特殊鋳
鉄材質の内層とを溶着接合せしめてなることを特
徴とする複合シリンダーライナー。