JPH0448985B2 - - Google Patents

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JPH0448985B2
JPH0448985B2 JP58030466A JP3046683A JPH0448985B2 JP H0448985 B2 JPH0448985 B2 JP H0448985B2 JP 58030466 A JP58030466 A JP 58030466A JP 3046683 A JP3046683 A JP 3046683A JP H0448985 B2 JPH0448985 B2 JP H0448985B2
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JP
Japan
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ring
pressure ring
resistance
rings
present
Prior art date
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Application number
JP58030466A
Other languages
English (en)
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JPS59162346A (ja
Inventor
Tsutomu Tanabe
Hiroichi Yasunaga
Atsushi Kumagai
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Metals Ltd filed Critical Hitachi Metals Ltd
Priority to JP3046683A priority Critical patent/JPS59162346A/ja
Publication of JPS59162346A publication Critical patent/JPS59162346A/ja
Publication of JPH0448985B2 publication Critical patent/JPH0448985B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/26Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction characterised by the use of particular materials

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明はピストンリングに関するものであり、
特に内燃機関に適用するのに最適な圧力リングに
関するものである。 近年、内燃機関は益々その高性能化が要求さ
れ、高出力、高速化の一途をたどり、加えて排ガ
ス対策をも備えなければならず、内燃機関の馬力
低下の燃費増という問題に対する対策の必要性が
増大してきている。これらの問題に関して内燃機
関の燃焼室の機密を保持する圧力リングは、内燃
機関の性能に大きな影響を与えるものであり、と
りわけその対策が必要となつてきている。 従来このような内燃機関の圧力リングには鋳鉄
製リングあるいは炭素鋼やシリクローム鋼、オイ
ルテンパー線が用いられていたが、鋳鉄リングは
軸方向に薄いものが製造し難く、またシリクロー
ム鋼リングは高温での強度が小さいため比較的断
面積の大きい重量のあるものになり、慣性が大き
くなり、フラツタリング現象を起こし易くなる問
題点がある。また鋳鉄製リングおよびシリクロー
ム鋼リングでは耐熱へタリ性や上下面耐摩耗性が
不足し、排ガス対策に有利なようにピストンの頂
点に近い位置にリングを取付けることが出来ず、
かつリングの間隔を小さく出来ないため、ピスト
ンの重量が重くなり高出力、高速化が図かれない
という問題があつた。そこで最近高温強度に優れ
たC0.6〜0.7%の高C−13Crマルテンサイト系ス
テンレス鋼を圧力リングに使用して好結果が得ら
れている。 本発明はこれらの問題点に鑑みて、なされたも
のであり、これらの高C−13Crマルテンサイト
系ステンレス鋼製のリングよりさらに高強度で耐
熱ヘタリ性、上下面耐摩耗性がすぐれており、フ
ラツタリング現象を生じさせることなく、良好な
気密性を維持しながら内燃機関の高出力、高速化
を達成できる圧力リングを提供することを目的と
する。 即ち、本発明は合金組成として重量%でC0.95
〜1.20%、Si0.20〜1.00%、Mn0.20〜1.00%、
Cr16〜18%、Mo0.30〜0.75%を含有し残部Feお
よび不純物からなる、マルテンサイト系ステンレ
ス鋼を用い熱処理状態で使用され、Cr炭化物を
面積比で8〜20%析出分布し、ピストンリングの
少くともシリンダー壁と摺動する摺動面にはCr
メツキあるいは窒化等の表面処理を有する高温で
の強度が高く耐熱ヘタリ性、上下面耐摩耗性が良
好な圧力リングである。 以下本発明に係る圧力リングについて述べる。 ピストンリングを組込んだ内燃機関の一部断面
図を第1図に、圧力リングの斜視図を第2図に示
す。 1はシリンダー、2はピストン、3,4は圧力
リング、5はオイルリング、6は合口すきま、7
は外周面である。圧力リングとしては気密性、耐
摩耗性、耐焼付性、耐折損性がすぐれている必要
があるが内燃機関の高出力、高速化のためにはよ
り一層の対策が必要である。 本発明ではフラツタリング現象を生じさせるこ
となく、内燃機関の回転数を増加させるために圧
力リングとして従来の鋳鉄製リングおよびシリク
ローム鋼リングよりも材質の高強度化とリング幅
の縮少化をはかること、排ガス、高出力対策のた
めに圧力リングをピストンの頂部に近い位置に設
け得るために圧力リングとしては前述したと同様
に従来の鋳鉄製リングおよびシリクローム鋼リン
グよりも材質の高強度化とリング幅の縮少化をは
かり、高出力、高速化させても良好な内燃機関の
性能を維持できるようにするため、圧力リングと
して特に耐熱ヘタリ性および上下面の耐摩耗性に
留意してなされたものである。圧力リングの部分
断面図を第3図に示すが、本発明の圧力リング3
又は4は後述する成分を有する合金組成のステン
レス鋼であり、圧力リングの少くともシリンダー
壁と摺動する圧力リングの摺動面である外周面7
にCrメツキ、窒化等の表面処理層8を有するも
のである。 以下本発明の圧力リングの組成限定理由を述べ
る。Cは高強度と耐摩耗性を付与するものである
が、その目的のためには少くとも0.95%以上が必
要である。しかしC含有量が多いと曲げ加工性が
悪くなり、リング成形が困難となるので1.20%を
上限とした。 Siは耐熱ヘタリ性、上下面耐摩耗性を増大させ
る効果があり少なくとも0.2%以上は必要である。
しかし過剰になるとメツキ性及び加工性を害する
ので1.0%を上限とする。 Mnは脱酸剤として含有させると同時に硫化物
の形態をかえる働きがあるので圧力リングとして
適性な硫化物形態とするため0.2%以上が必要で
ある。しかしSi同様過剰になるとメツキ性を害す
るので上限を1.0%とする。 CrはCと結合して炭化物を形成し耐熱ヘタリ
性耐食性を高めると同時に耐焼付性を高め、さら
に上下面耐摩耗性をも高めるのに有効であるが、
多過ぎると熱処理カタサが低下し、又成形性を劣
化させるので、C含有量との関係で16〜18%に限
定する。 Moは鋼の焼入性を向上させ、Crと同様Cと結
合して炭化物を形成し、耐摩耗性と材質の高強度
化に非常に有効で、耐熱ヘタリ性、耐食性も高め
る働きをするが高価な元素ゆえ、圧力リングとし
ての要求特性より勘案し0.30〜0.75%に限定す
る。 尚本発明では前述した所定量のC,Cr,Moを
含有させ、1000〜1100℃に加熱後急冷焼入し、
580〜680℃で焼戻しして炭化物を面積比で8〜
20%析出させた組織とすると同時に耐摩耗性およ
び耐焼付性の必要とされる圧力リングの部分、即
ちシリンダー壁と摺動する圧力リングの摺動面に
は少くとも硬質で、かつ耐焼付性の良好な表面処
理層8を設けるものである。このように母材の
Cr炭化物量を調整し、さらに圧力リングの必要
部分に表面処理層を設けることによつて、長期の
使用の末、表面処理層が摩滅してもなお耐摩耗性
を維持できるのである。Cr炭化物量は母材の耐
摩耗性を付与するうえで極めて効果が高く、その
目的を達成するためには面積比で8%以上が必要
である。しかし、Cr炭化物量が多過ぎると延性
が低下し、曲げ加工性が悪くなり、リング成形が
困難となるので面積比の上限を20%とした。表面
処理としては硬質Crメツキ、ポーラスCrメツキ、
複合メツキ、Cr溶射、Mo溶射の他窒化等各種表
面処理を適宜適用することができる。特に表面処
理槽を硬質Crメツキ層とした場合、シリンダー
壁と摺動する圧力リングの摺動面は、カタサが
HV850以上と高く、かつ摩擦係数が小さく耐摩
耗性、耐焼付性、耐食性にすぐれているので圧力
リングの摺動面としては良好な気密性を発揮し、
かつ前述した如く圧力リング自体がもつすぐれた
耐熱ヘタリ性、高温引張強さ、上下面耐摩耗性に
よつてもたらされる圧力リング自体の自己張力に
よる良好な気密性とが相俟つて作用するため、本
発明の圧力リングは圧力リングとしてすぐれた機
能を発揮するものである。 また圧力リング外周面の内、少くともシリンダ
ー壁と摺動する圧力リングの摺動面は、表面処理
層を有していることが必要であるが外周面と同時
に圧力リングの上下面に表面処理層を設けてもよ
いことは勿論である。 つぎに本発明の効果を実施例により説明する。
第1表に本発明リングと従来性リングの化学組成
を示す。
【表】 第2表に本発明および従来製リングの熱処理後
の特性比較結果を示す。
【表】 耐熱ヘタリ性は5〓×150丸棒を常温で曲率半
径25Rに曲げるに必要な荷重と25R曲げた状態で、
300℃×1H加熱後、自然に戻し再び同曲率半径に
曲げるに要する荷重の減少率を示すものであり、
減少率の少ない方が耐熱ヘタリ性は良好であるこ
とを示す。 耐摩耗性は、大越式迅速摩耗試験機(相手材:
SCM21の焼なまし材、摩擦距離:400m、最終荷
重:6.8Kg、摩擦速度:1.34m/sec)での比摩耗量
を示す。 第2表より本発明リングは従来製リングよりも
耐熱ヘタリ性、高温引張強度、上下面耐摩耗性の
いづれも優れており、本発明のリングを用いると
リング重量、ピストン重量を軽減でき、慣性によ
るエネルギー損失を少くできると共に気密性と耐
久性にすぐれたものとなるので内燃機関の高出力
と高速化が可能となる。 つぎに本発明リングと従来製リングとを第1圧
縮リングとして実機に組込み、リング上下面摩耗
量の比較試験を行なつた。本発明リングとしては
前記特性比較試験に用いた記号Aで示す化学組成
をなすリングを用い、一方従来製リングとしては
シリクローム鋼及び記号Dで示した高C−13Cr
ステンレス鋼製リングを用いた。なお、各リング
の外周面には硬質クロムメツキを施した。 (供試機関) 内径×行程:85〓×78mm 総排気量:1700c.c. 最高出力:98PS/5700r,p,m (試験条件) 燃 料:加鉛ガソリン3.1〜3.2g/gal 回転数:Full/6000r,p,m 運転時間:200時間 その結果従来のシリクローム鋼製リングの平均
摩耗量は33μ´記号Dで示した高C−13Crステンレ
ス鋼は平均5μであつたのに比し本発明リングの
平均摩耗量は2μであり極めて優れた耐摩耗性を
発揮することが確認された。 以上に述べた如く本発明の圧力リングは、特に
耐熱ヘタリ性および上下面耐摩耗性にすぐれ、圧
力リングとしての気密性、耐焼付性、耐折損性、
等にすぐれると同時に圧力リング重量、ピストン
重量を軽減でき、慣性によるエネルギー損失を少
くできると共に、シリンダー壁との接触面積を少
くし、摩擦損失を少くでき、内燃機関の高出力と
同時に排ガス対策効果も可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はピストンリングを組込んだ内燃機関の
1部断面図、第2図は圧力リングの斜視図、第3
図は本発明圧力リングの部分断面図である。 1……シリンダー、2……ピストン、3,4…
…圧力リング、5……オイルリング、6……合口
すきま、7……外周面、8……表面処理層。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 重量%でC0.95〜1.20%、Si0.20〜1.00%、
    Mn0.20〜1.00%、Cr16〜18%、Mo0.30〜0.75%
    を含有し残部Feおよび不純物からなり、Cr炭化
    物を面積比で8〜20%含むマルテンサイト系ステ
    ンレス鋼であり、ピストンリングの少なくともシ
    リンダー壁と摺動する摺動面に表面処理層を有す
    る耐熱ヘタリ性と上下面の耐摩耗性に優れた圧力
    リング。
JP3046683A 1983-02-25 1983-02-25 圧力リング Granted JPS59162346A (ja)

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