JPH0432549A - 鋳鉄材の耐摩耗性窒化層とその製造方法 - Google Patents

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〕 本発明は内燃機関用の摺動部材に関し、更に詳しく言え
ば、鋳鉄材の窒化処理の施された耐摩耗性表面の改良に
関する。

〔従来の技術〕

近年、内燃機関の高速、高負荷化の進展に伴い、シリン
ダライナ、シリンダスリーブ、あるいはピストンリング
に窒化処理を施して耐摩耗性、耐焼付性を向上させるこ
とが行われている。

また、硬質粒子が摺動面に埋め込まれたシリンダライナ
（特開平１−９８７６４号、特開昭５４−６４２１４号
等参照）があって、この技術は一部のエンジンに用いら
れている。従来この技術の適用されていた材料は鋳鉄、
鋼、クロームめっき、あるいはアルミニウム合金等であ
り、窒化した鋳鉄の表面に適用されたことはない。

〔発明が解決しようとする課題〕

窒化処理によって表面に形成される窒化層のうちの最表
面の白層（化合物層、ポーラス層）は、きわめて脆弱の
ため、窒化処理後、研磨加工して除去する。そしてこの
場合、脆い白層のみを除去すれば足りるのであるが、必
要以上の深さまで研磨加工が行われる傾向があり、その
結果摺動部材の表面に残すべき窒素拡散層の最も硬度の
高い層まで除去されることになる。これは第４図に示さ
れるように、砥石ホーニングによる研磨加工では、研磨
時間に対する研摩代の増加が大きいため、薄い白層に加
えて拡散層までも過剰に研磨してしまう゛ものである。

また、母材の＆［ｌ織中に黒鉛を含む鋳鉄の場合、窒化
の際に、表面の黒鉛が消失して凹部が生じ、窒化層を厚
くするために、窒化条件を高温、長時間にすると、この
凹部はより大きくなる。また、窒化処理後の白層除去の
研磨加工の際に、黒鉛で囲まれた部分は脱落が生じ易く
、また窒化により黒鉛の消失した凹部に砥粒が引っかか
り、表面脱落が助長される。以上の２つの原因から、摺
動部材の表面粗さが過大になって、例えばシリンダライ
ナの場合、潤滑油消費量が多くなる不都合がある。以上
のように、窒化厚さは制約を受けるので、耐摩耗性、耐
焼付性の観点のみから厚い窒化層を形成する窒化条件を
選定できず、また白層を除去するのに砥石による研磨加
工では問題がある。

本発明は上記問題を解決する鋳鉄材の耐摩耗性窒化層及
びその製造方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕 本発明の鋳鉄材の耐摩耗性窒化層の構成は、窒素の拡散
した表面層に、硬質粒子が分散埋設されていることを特
徴とする。

そして、製造方法は、鋳鉄よりなる素材を窒化処理した
後、硬質粒子を含むスラリーでラフピング加工を施し、
表面の白層を除去すると同時に、硬質粒子を表面に埋め
込むことを特徴とする。

窒化処理はガス窒化、タフトライドなど、その種類は問
わない。硬質粒子はＳ　ｊ　Ｃ，Ｃｒ５ｃｚ、Ａｆ２０
３　、ＷＣｌあるいはｓ＋、Ｎ、などの粉末でよい。こ
れらの粉末の粒度は３２０〜８００メツシユの範囲でよ
く、硬質粒子の細かいほど得られる表面粗さは小さくな
る。ランピングシューは通常鋳鉄製でよいが、その他の
材質でも可能である。高いラッピング圧力は不要で、０
．３〜１．０ｋｇ　／　ａｍ　”の範囲で十分である。

また、ラッピング条件は希望する仕上げ面に応して選定
する。

〔作用〕

第４図に示されるように、ラッピング加工では、研磨時
間がある程度進む即ち拡散層領域に入る頃になると、研
摩代の増加が砥石によるホーニング加工に比べて緩やか
であるため、拡散層を過剰に除去することなく、白層を
適正に除去することが容易にできる。

また、白層を除去するに際して、硬質粒子を含むスラリ
ーでラッピングすることにより、砥石による研磨加工に
比べて表面の脱落部を小さくできる。またラッピングに
より表面が脱落して生じる凹部や窒化により黒鉛が消失
して生じる凹部に硬質粒子が埋め込まれるので、表面粗
さが過大にならない。

また、高温、長時間の窒化処理を施して、黒鉛の消失に
よる凹部が大きくなっても、硬質粒子が埋設されて表面
粗さが過大になることはないので、４窒化を可能にする
。

そして本発明の鋳鉄材の耐摩耗性窒化層は、硬質粒子が
窒素拡散層表面に埋設されるので、従来の砥石による研
磨加工で得られた窒素拡散層よりも強化され、耐摩耗性
、耐焼付性が向上する。そして窒素拡散面と硬質粒子面
は複合摺動面を形成する。

〔実施例〕

ＦＣ２５相当の片状黒鉛鋳鉄材で、内径１０５ｍｍφ、
外径１１５ｍｍφ、長さ２０３ｍｍのシリンダライナの
素材を後加工の窒化処理による変化化とラッピング化を
見込んで、内周面を常法によってホーニング加工した。

その後、塩浴窒化処理（タフトライト処理）を施した。

塩浴窒化の条件は５８０℃で６０分である。これにより
、５μｍの白層と１５μｍの窒素拡散層が形成された。

次いで、平均粒径４００メツシユのＳｉＣ粒子を含むス
ラリーを用い、 ラフピングソニー材質：鋳鉄 ラッピングシュー圧カニＱ、５ｋｇ／ｃｍ２回転数　　
　　　　　：８０ｒｐｍ ストローク　　　　　：３０回 時間　　　　　　　　：１分 の条件で、シリンダライチ内周面の白層を除去すると同
時に、表面に微細な凹部を形成し、且つその凹部と窒化
により黒鉛の消失した凹部にＳｉＣ粒子を埋め込んで、
本発明の耐摩耗性窒化層を得た。第１図はシリンダライ
ナの内周面部分の一部分の一例を示す断面図で、１は母
材、２は内周表面の窒素拡散層、３は母材及び拡散層中
の黒鉛、４は窒素拡散層表面の脱落や黒鉛消失による凹
部５に埋設された硬質粒子である。

次に、窒化した鋳鉄を、砥石によってホーニング加工し
た仕上げ面と、硬質粒子を含むスラリーでラッピング加
工した仕上げ面との特性を対比して第１表に示す。

（以下余白） 第１表 ここで、第２図は触針をシリンダライナ内周面の軸方向
に移動させて得られる断面曲線又はカットオフ値２．５
ｍｍ以上の粗さ曲線（ＪＩＳ−ＢＯ６０１−１９７０）
の一部の一例を示す図で、６は断面曲線、７はプラト一
部、５は凹部で、Ｈが最大表面粗さである。

また、第３図はプラトー率の説明図で、断面曲線６の平
均線に平行な任意の直線即ち基線８がある一定の基準と
なる長さしく例えば２．５ｍｍ）の間で、断面曲線６の
実体部を切断する長さをｌ、１２．１３．１４、ｌ、と
すると、基線８におけるプラトー率は次式によって求め
られる。

即ち、プラトー率− （βｌ　　＋６２　＋ｎ３　＋１．＋ｎ５）Ｘ１００第
１表において、プラトー率１％の基線から２μｍの深さ
の面積率としたのは、エンジンの馴らし運転初期のシリ
ンダライナの内周摺動面の保油量が適正化され、潤滑油
消費量を必要最小限に抑制し得るとともに、面積率７５
〜９５％に至るに要する摩耗量は約２μｍ以下となるか
ら、初期馴染み運転に要する時間も短縮し得るからであ
る。

そして、第１表の本発明の最大表面粗さ及び面積率とも
適正な値であり、潤滑油消費量、及びスカッフィングと
も良好である。

［発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、拡散層を過剰に除
去することなく、白層を適正に除去することが容易にで
きる。そして、白層を除去するに際して、表面の脱落に
よる凹部が形成されるが、その表面の脱落部は小さく、
またその脱落により生じる凹部や窒化により黒鉛が消失
して生じる凹部に硬質粒子が埋め込まれるので、表面粗
さが過大にならず、最大表面粗さ、プラトー率１％の基
線から２μｍの深さの面積率などを適正な値にでき、潤
滑油消費量、スカッフィングともすぐれた耐摩耗性窒化
層を形成できる。

そして、高温、長時間の窒化処理を施す４窒化も可能と
する。

そして耐摩耗性窒化層は、硬質粒子が窒素拡散層表面に
埋設されているので、耐摩耗性、耐焼（＝１性にすくれ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はシリンダライナの内周面部分の一部分の一例を
示す断面図、第２図は触針をシリンダライナ内周面の軸
方向に移動させて得られる断面曲線又はカントオフ値２
．５　ｍ　ｍ以上の粗さ曲線（ＪｌＳ−８０６０１−１
９７０）の一部の一例を示す図、第３図はプラトー率の
説明図である。 １は母材、２は窒素拡散層、３は黒鉛、４は硬質粒子、
５は凹部、６は断面曲線、７はプラトー部、８は基線、
Ｈは最大表面粗さ。 特許出願人　　帝国ピストンリング株式会社代理人　　
　　弁理士　岡　部　健　−第 図 第 図 創ｓｅｔ間 第 図 第 図 特 手続補正書く方式） ％式％ 事件の表示 平成２年特許願第１３７４４６号 ３゜ ４゜ 発明の名称 鋳鉄材の耐摩耗性窒化層とその製造方法補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　東京都中央区八重洲−丁目９番９号名　称　
　帝国ピストンリング株式会社代表者　　佐　々　木　
襄

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）窒素の拡散した表面層に、硬質粒子が分散埋設さ
   れていることを特徴とする鋳鉄材の耐摩耗性窒化層。
2. （２）鋳鉄よりなる素材を窒化処理した後、硬質粒子を
   含むスラリーでラッピング加工を施し、表面の白層を除
   去すると同時に、硬質粒子を表面に埋め込むことを特徴
   とする鋳鉄材の耐摩耗性窒化層の製造方法。