JPH0450376B2

JPH0450376B2 -

Info

Publication number: JPH0450376B2
Application number: JP14660684A
Authority: JP
Inventors: Shiro Nakamura; Yoshito Seto; Akitoshi Okabayashi
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1984-07-13
Filing date: 1984-07-13
Publication date: 1992-08-14
Also published as: JPS6126754A

Description

【発明の詳細な説明】

＜産業上の利用分野＞本発明は、内面の耐摩耗性を大幅に向上させた
複層シリンダ・ライナに関する。＜従来の技術＞従来、シリンダ・ライナは単層材質からなり、
耐摩耗性の向上の方策として１）材質中に炭化物を晶出させる。２）熱処理により内面を焼入れ硬化する。が試みられている。しかしながら、１）項につい
ては、材質の強靭性を劣化させるために限度があ
り、また、２）項については、コストアツプ及び
硬度の上昇に応じた耐摩耗性が得られないという
点で問題があつた。そこで、シリンダ・ライナを複層化し、内層に
耐摩耗性の良好な材質を用い、外層に強靭性のあ
る材質を用いて、叙上の問題の解決が図られてい
る。＜発明が解決しようとする問題点＞しかしながら、近年、内熱機関（デイーゼル）
において、燃料費低減の見地から重質油の使用が
増加しており、それに伴いシリンダ・ライナ内面
の大幅な耐摩耗性向上の要望が強い。＜問題点を解決するための手段＞本発明は、叙上の問題点に鑑みなされたもので
あつて、内層の耐摩耗性を大きく向上させた複層
シリンダ・ライナを提供することを目的とし、そ
のための手段として、芋虫状黒鉛鋳鉄（以下、
CV鋳鉄と略称する。）、球状黒鉛鋳鉄、黒鉛鋼、
マレアブル鋳鉄又は鋳鋼からなる外層と、化学組
成が重量％で、Ｃ：2.5〜4.0％Ｐ：0.05〜1.5％ Si：0.8〜2.5％Ｓ：0.3％以下 Mn：0.3〜1.5％及び下記の成分から選ばれる１種又は２種以上を
含み、 Ni：2.5％以下 Sn：0.5％以下 Cr：1.5％以下 Cu：4.0％以下 Mo：0.8％以下Ｂ、Ti、Ｖ、Nb、Zrの１種又は２種以上の合
計：1.0％以下 Al、Ca、Ba、Sr、希土類元素の１種又は２種
以上の合計：0.2％以下残部実質的にFeからなる特殊鋳鉄の基地中に、
面積率２〜10％でAl₂O₃粒子が埋入されてなる内
層とを溶着一体化する。＜実施例＞次に本発明の実施例につき詳述する。第１図は、本発明の複層シリンダ・ライナの構
造を示す横断面図であり、外層ａは、CV鋳鉄、
球状黒鉛鋳鉄、黒鉛鋼、マレアブル鋳鉄又は鋳鋼
が用いられれ、一方内層は後に詳述するAl₂O₃粒
子が埋入された特殊鋳鉄が用いられ、外層ａと内
層ｂとは溶着一体化して構成される。外層ａと内
層ｂとの境界には、両者の中間的な組成の混合層
ａ＋ｂが不可避的に生じることになるが、もし使
用目的によつて問題となる場合では、外層ａと内
層ｂとの間に中間層を鋳込んで対応することがで
きる。前記外層として用いられるCV鋳鉄等の好適な
化学組成（重量％）等を掲げれば次の通りであ
る。 (1) CV鋳鉄Ｃ：2.6〜4.0％Ｐ：0.3％以下 Si：1.0〜3.0％Ｓ：0.06％以下 Mn：0.2〜1.0％ Mg：0.01〜0.05％及び下記の成分から選ばれる１種又は２種以上を
含み、 Ni：2.5％以下 Ti：0.1％以下 Cr：0.8％以下希土類元素：0.1％以下 Mo：0.6％以下 Cu：4.0％以下 Sn：0.3％以下 Al、Ca、Ba、Srの１種又は２種以上の合計：
0.2％以下残部実質的にFeからなり、芋虫状黒鉛とパーラ
イト基地を主体とする。尚、本化学組成は、特願昭58−145495号の複層
シリンダ・ライナの外層材質と同様である。 (2) 球状黒鉛鋳鉄Ｃ：2.6〜4.0％Ｐ：0.3％以下 Si：1.5〜3.5％Ｓ：0.04％以下 Mn：0.2〜1.0％ Mg：0.02〜0.1％及び下記の成分から選ばれる１種又は２種以上
を含み、 Ni：2.5％以下 Sn：0.3％以下 Cr：0.8％以下希土類元素：0.1％以下 Mo：0.6％以下 Cu：4.0％以下 Al、Ca、Ba、Srの１種又は２種以上の合計：
0.2％以下残部実質的にFeからなり、球状黒鉛とパーラ
イト基地を主体とする。尚、本化学組成は、特願昭58−145496号の複
層シリンダ・ライナの外層材質と同様である。 (3) 黒鉛鋼Ｃ：1.0〜2.0％Ｐ：0.1％以下 Si：0.6〜3.0％Ｓ：0.1％以下 Mn：0.2〜1.0％及び下記の成分から選ばれる１種又は２種以上
を含み、 Ni：2.5％以下 Sn：0.3％以下 Cr：1.0％以下 Cu：4.0％以下 Mo：1.0％以下 Ti、Zr、希土類元素の１種又は１以上の合
計：0.1％以下 Al、Ca、Ba、Sr、の１種又は２種以上の合
計：0.2％以下残部実質的にFeからなり、ほぼ球状の黒鉛と
基地を主体とする。尚、本化学組成は、特願昭58−145497号の複
層シリンダ・ライナの外層材質と同様である。 (4) マレアブル鋳鉄Ｃ：2.0〜2.8％Ｓ：0.2％以下 Si：0.7〜2.5％ Ni：3.0％以下 Mn：0.3〜1.2％ Cr：0.1〜1.0％Ｐ：0.2％以下 Mo：0.7％以下残部実質的にFeからなる。尚、本化学組成は、特願昭58−230218号のの
複層シリンダ・ライナの外層材質と同様であ
る。 (5) 鋳鋼Ｃ：0.1〜1.6％Ｐ：0.1％以下 Si：0.1〜1.5％Ｓ：0.1％以下 Mn：0.1〜2.0％及び下記の成分から選ばれる１種又は２種以上
を含み、 Ni：2.5％以下 Mo：1.2％以下 Cr：3.0％以下 Cu：4.0％以下 Ti、Al、Zr、Ca、希土類元素の１種又は２種
以上の合計：0.2％以下 Nb、Ｖ、の１種又は２種の合計：2.0％以下残部実質的にFeからなる。尚、本化学組成は、特願昭59−26295号の複
層シリンダ・ライナの外層材質と同様である。次に、前記外層と溶着一体化される内層の材質
について述べる。内層は、耐焼付性、耐摩耗性に
優れた特殊鋳鉄材質の基地中中に、Al₂O₃粒子が
埋入されたものであり、前記特殊鋳鉄材質の化学
組成（重量％）は、下記の理由により特定され
る。Ｃ：2.5〜4.0％内層材質は耐焼付性、耐摩耗性を必要とし、そ
のためには、よく延びた黒鉛と炭化物（Fe₃、Cr
複炭化物、Ｖ炭化物等）が必要である。2.5％未
満では、黒鉛量、炭化物量のいずれも不足し、耐
焼付性、耐摩耗性が劣化する。一方4.0％を超え
ると、黒鉛、炭化物いずれも多くなり過ぎて脆く
なる。 Si：0.8〜2.5％ Siは黒鉛化能を有し、黒鉛量と炭化物量の比率
を決定する重要な元素である。0.8％未満では黒
鉛量が不足し、耐焼付性が劣化する。2.5％を超
えると炭化物が少なく耐摩耗性が劣化する。 Mn：0.3〜1.5％ MnはＳの害を除くとともに基地の強化に有効
である。この目的のためには、0.3％以上必要で
ある。一方1.5％と超えると硬くなり過ぎて脆く
なる。Ｐ：0.05〜1.5％Ｐは一般に材質の機械的性質を劣化させる元素
として知られているが、ライナー内層材質におい
ては、Ｐを含有させることによつて、Ｐ共晶物を
生成し、Ｐ共晶物が耐焼付性、耐摩耗性向上に大
きな効果を発揮する点で有効な元素である。耐焼
付性、耐摩耗性向上のためには、0.05％未満では
その効果は期待できず、また1.5％を超えると機
械的性質が劣化し、欠け落ち摩耗を発生し易くな
る。Ｓ：0.3％以下Ｓは材質の機械的性質を劣化させる、いわゆる
不純元素であるが、本発明内層材質として問題の
ない範囲として0.3％以下とする。 Ni、Cr、Mo、Sn Ni、Cr、Mo、Snは基地を強化し、強靭性向
上硬度アツプに有効であり、Ni2.5％以下、Cr1.5
％以下、Mo0.8％以下、Sn0.5％以下の１種もし
くは２種以上の含有により、本発明ライナーのよ
り耐摩耗性向上が可能となる。これら元素各々の
作用及び成分限定理由を以下に述べる。 Ni：2.5％以下 Niは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。また、焼付を発生し易くなる。尚、好ましく
は0.5％以上の含有が効果的である。 Cr：1.5％以下 Niと同じく基地の強化に有効であるが、一方
炭化物生成傾向が強い、そのため1.5％を超える
と、黒鉛量が低下し、耐焼付性、強靭性が劣化す
る。尚、好ましくは0.1％以上の含有が効果的で
ある。 Mo：0.8％以下 Niと同じく基地の強化に有効であるが、0.8％
を超えると、経済面、及び焼入れ組織生成の面で
問題となる。尚、好ましくは0.1％以上の含有が
効果的である。 Sn：0.5％以下 Snはフエライトを抑え、パーライトを安定さ
せる作用がある。しかしながらその作用は本材質
の場合0.5％を超えても飽和するため、0.5％以下
とする。尚、好ましくは0.03％以上の含有が効果
的である。 Cu：4.0％以下 CuはSnと同様、フエライトを抑えパーライト
を安定させる作用があるが、その他に耐食性向上
の効果が大きい。ライナー内面の摩耗には腐食摩
耗も含まれるため、耐摩耗性向上のためには、
Cuを含有させる方が好結果が得られる。その場
合、耐腐食性向上作用の飽和する4.0％を上限と
する。尚、好ましくは0.1％以上の含有有が効果
的である。Ｂ、Ti、Nb、Zr：１種または２種以上の合計
1.0％以下耐摩耗性を向上させるために、Ｐ共晶物、セメ
ンタイト（鉄炭化物）を生成させることによつ
て、その目的はほぼ達せられるが、より耐摩耗性
を向上させるためには、高硬度の炭化物を生成さ
せることが有効である。この目的のためには、
Ｂ、Ti、Ｖ、Nb、Zrが適切であり、いずれも、
セメンタイトよりも高硬度の炭化物を生成させ
る。しかしながら、これらはいずれも強力な脱酸
剤であるため、多量に含有させると、溶湯の流動
性を減じ、鋳造欠陥を発生し易くなる。そのた
め、1.0％以下とする。尚、好ましくは0.02％以
上の含有が効果的である。 Al、Ca、Ba、Sr、希土類元素：１種または２
種以上の合計0.2％以下組織の微細化、黒鉛化を目的として、接種が行
われていることが知られている。本発明ライナー
においても接種を行うこことにより材質改善が計
られることは後述の通りである。接種効果は、時間とともにフエイデイングを起
こすため、厚肉鋳物のような凝固まで長時間を要
するものでは、通常のFeSiでは接種効果があま
り期待できない。その場合、これらの元素を１種
もしくは２種以上含有させると接種の持続性が改
善される。この目的のためには、１種もしくは２
種以上の合計量が0.2％以下で良く、それ以上の
含有では効果は比例的に向上しないため、コスト
面で不利となる。尚、好ましくは0.02％以上の含
有が効果的である。内層基地は、以上の成分の他、残実質的にFe
で構成される。（以上説明した内層基地の化学組
成は、特願昭58−145497号の複層シリンダ・ライ
ナの内層材質と同様である。）尚、内層材質の鋳造組織の微細化、黒鉛化の助
長のために接種を施すことは有効である。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。接種剤としては一般にFeSiが好適であるが、
より接種効果を高めるものとして、CaSiまた、
Ca、Al、Ba、Sr、希土類元素を１種もしくは２
種以上を含むFeSiがあり、この使用により、組
織の微細均一な材質が得られる。なお接種後にお
けるSi含有量は前記限定成分範囲に調整される。以上の成分により鋳造された内層基地の組織は
片黒鉛、炭化物、Ｐ共晶、基地とからなる。基地
は、パーライトが望ましく、フエライトは耐摩耗
性が低下するため、できるだけ少なくする方が良
い。また、基地中にベーナイト、マルテンサイト
が析出すれば、高硬度となり、耐摩耗性は向上す
るが、焼付を発生し易くなるため、できるだけ少
なくする方が望ましい。斯かる特殊鋳鉄基地中に埋入されるAl₂O₃粒子
は、面積率で２〜10％含有される。Al₂O₃は耐摩
耗性の面では極めて優れているが、強靭性の面で
は材質を脆くさせ好ましくない。従つて、両者の
バランスにより含有量は決定されるが、２％未満
では、耐摩耗性向上の効果が小さく、また10％を
超えると、材質が脆化し、欠け落ち等の欠陥が生
じ、かえつて耐摩耗性が劣化し好ましくないの
で、２〜10％の含有とする。Al₂O₃粒子の大きさ
は、溶湯への混入の容易さ及び耐摩耗性付与の効
果の点で、0.01〜0.5mmが適当である。Al₂O₃の粒
子を材質中に均一に分散させるためには、後述す
るように内層基地溶湯の遠心力鋳造時に、注湯と
同時にAl₂O₃粒子を連続的に添加すればよい。尤
も、該溶湯は、遠心力鋳造されるので、Al₂O₃粒
子が比重分離して鋳込まれた溶湯層の内面側に集
まる傾向は止むを得ない。以上説明した外層と内層とが溶着一体化した複
層シリンダ・ライナ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基地溶湯を鋳込み、両者を
溶着一体化する。内層基地溶湯の注湯時には、既
述した通りAl₂O₃粒子を注湯中の溶湯へ添加す
る。尚、外層と内層との間に中間層を介在させる
場合は、外層の鋳込み後、別途用意した中間層材
溶湯を鋳込めばよい。遠心力鋳造法には、横型、
傾斜型、竪型があるが、いずれも適用可能であ
る。また、叙上の方法により遠心力鋳造された複合
シリンダ・ライナは、その機械的性質を向上させ
るため適宜熱処理が施される。すなわち、遠心力
鋳造された複合シリンダ・ライナは、組織安定
化、歪取りを目的とした、オーステナイト域以下
の温度での焼鈍が施される。通常この目的のため
の温度は400〜650℃である。この歪取り焼鈍に比
較して、コスト的な面では不利となるが、材質
の強靭性向上、基地組織の高硬度化、基地組
織の均一化の面で、オーステナイト域温度での熱
処理を施せば、材質の改善が可能となる。強靭性
を目的とするが、高硬度化を目的とするかによつ
て温度域は変化するが、一般に800〜1000℃が適
切である。この温度に保持した後、特に高硬度化
を目的とする場合には、特に冷却速度を大きくす
る必要がある（内径740φの大形シリンダ・ライ
ナでも、部分的には2000℃／Hr位までは可能）。
かくしてオーステナイト域温度で熱処理した後に
は、通常400〜650℃の歪取り焼鈍が追加される。次により具体的な実施例を掲げて説明する。下記の鋳造条件で、実施例１及び２の複合シリ
ンダ・ライナを製造した。 (1) 製造条件遠心力鋳造用金型内径………φ720mm 鋳造方法………横型遠心力鋳造法回転数（ＧNo.で）………φ720で120G 鋳込量………鋳込厚さに換算して外層：70mm 内層（内層基地溶湯量）：35mm Al₂O₃添加量………内層基地溶湯重量×２
％外層及び内層基地溶湯化学組成………第１
表

【表】２.同表中、内層とは内層基地材質を意味する。
(2) 得られた複合鋳造体（外径φ720、内径φ490、
境界部の径約φ600）より、外径φ690×内径φ560
の試験品を採取し、熱処理（550℃×10Hr）を施
し、材質調査を行つた。 φ560の位置におけるAl₂O₃面積率実施例１……5.8％実施例２……5.4％横断面における硬度分布……第２図に示
す。引張試験結果……第２表に示す。

【表】＜発明の効果＞以上説明したように、本発明の構成によれば、
外層には靭性に優れたCV鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄、
黒鉛鋼、マレアブル鋳鉄又は鋳鋼を用い、内層に
は焼付け性、耐摩耗性に優れた特定化学組成の特
殊鋳鉄基地中にAl₂O₃の粒子が埋入された複合材
を用い、両者を溶着一体化したから、シリンダ・
ライナ内面に要求される耐摩耗性を著しく向上さ
せることができ、しかもライナ全体を高強度化す
ることができた。このように本発明の複合シリン
ダ・ライナは、耐摩耗性が特に要求されるライナ
として、利用価値は著大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る複合シリンダ・ライナの
構造を示す横断面図、第２図は実施例の硬度分布
を示すグラフ図である。ａ…外層、ｂ…内層。

Claims

【特許請求の範囲】１芋虫状黒鉛鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄、黒鉛鋼、マ
レアブル鋳鉄又は鋳鋼からなる外層と、化学組成
が重量％で、Ｃ：2.5〜4.0％ Si：0.8〜2.5％ Mn：0.3〜1.5％Ｐ：0.05〜1.5％Ｓ：0.3％以下及び Ni：2.5％以下 Cr：1.5％以下 Mo：0.8％以下 Sn：0.5％以下 Cu：4.0％以下Ｂ、Ti、Ｖ、Nb、Zrの１種又は２種以上の
合計：1.0％以下 Al、Ca、Ba、Sr、希土類元素の１種又は２
種以上の合計：0.2％以下のうち１種又は２種以上を含み、残部実質的にFeからなる特殊鋳鉄の基地
中に、面積率２〜10％でAl₂O₃粒子が埋入さ
れてある内層とが溶着一体化されてなること
を特徴とする耐摩耗性に優れる複層シリン
ダ・ライナ。