JPH06100942A - ピストンピンの製造方法 - Google Patents
ピストンピンの製造方法Info
- Publication number
- JPH06100942A JPH06100942A JP25112992A JP25112992A JPH06100942A JP H06100942 A JPH06100942 A JP H06100942A JP 25112992 A JP25112992 A JP 25112992A JP 25112992 A JP25112992 A JP 25112992A JP H06100942 A JPH06100942 A JP H06100942A
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- JP
- Japan
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- piston pin
- hardness
- carburizing
- carbon
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- Pending
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- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明はピストンピンの製造方法に関し、鍛
造性が向上し、耐摩耗性と曲げ強度及び破壊靱性が向上
することを目的とする。 【構成】 Ｓ１０ｃ〜Ｓ２０ｃの低炭素鋼を球状化焼鈍
後、冷間鍛造により中空ピストンピンを形成し、透過浸
炭により所定値まで炭素濃度を均一に上昇させ、浸炭拡
散処理により内外表面の炭素濃度を上昇させてピストン
ピンの内外表面からの距離に応じた炭素濃度勾配を付
け、所定の熱処理を施す。
造性が向上し、耐摩耗性と曲げ強度及び破壊靱性が向上
することを目的とする。 【構成】 Ｓ１０ｃ〜Ｓ２０ｃの低炭素鋼を球状化焼鈍
後、冷間鍛造により中空ピストンピンを形成し、透過浸
炭により所定値まで炭素濃度を均一に上昇させ、浸炭拡
散処理により内外表面の炭素濃度を上昇させてピストン
ピンの内外表面からの距離に応じた炭素濃度勾配を付
け、所定の熱処理を施す。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はピストンピンを製造する
ピストンピンの製造方法に関する。
ピストンピンの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、特開平３−１４２０３０号に
記載の如きピストンピンの成形法がある。
記載の如きピストンピンの成形法がある。
【０００３】従来、ピストンピンは生産性の点からＳＣ
ｒＬ１５等のクロム鋼鋼材を球状化焼鈍を行ない、冷間
鍛造の後、浸炭処理を行なうのが一般的である。
ｒＬ１５等のクロム鋼鋼材を球状化焼鈍を行ない、冷間
鍛造の後、浸炭処理を行なうのが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】近年の内燃機関の高出
力化に伴い、ピストンピンの表面硬さ、曲げ強度の向上
が要求されている。
力化に伴い、ピストンピンの表面硬さ、曲げ強度の向上
が要求されている。
【０００５】これは内燃機関が高出力化すると共に、爆
発荷重、慢性荷重が増大し、ピストンピンに加わる曲げ
荷重が増大し、表面硬さや、内部硬さが充分でないと、
表面が摩耗したり、あるいは、内部の塑性変形（内部強
度即ち内部硬さ不足）により、ピストンピンが永久曲げ
変形を生じ、無理な力を生じて、ピストンボス等に負荷
をかけ亀裂発生や致命的な曲げ破損に至らしめることが
あるためである。
発荷重、慢性荷重が増大し、ピストンピンに加わる曲げ
荷重が増大し、表面硬さや、内部硬さが充分でないと、
表面が摩耗したり、あるいは、内部の塑性変形（内部強
度即ち内部硬さ不足）により、ピストンピンが永久曲げ
変形を生じ、無理な力を生じて、ピストンボス等に負荷
をかけ亀裂発生や致命的な曲げ破損に至らしめることが
あるためである。
【０００６】しかしながら、素材の硬度を増加させる
と、生産性、特に冷間鍛造が困難となるために限界があ
り、また素材の硬度の増加だけでは表面硬さと曲げ強度
とを共に向上させることは困難であるという問題があっ
た。
と、生産性、特に冷間鍛造が困難となるために限界があ
り、また素材の硬度の増加だけでは表面硬さと曲げ強度
とを共に向上させることは困難であるという問題があっ
た。
【０００７】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
低炭素鋼を冷間鍛造したピストンピンに透過浸炭及び浸
炭拡散を行なって炭素濃度勾配を付け、熱処理を施すこ
とにより、鍛造性が向上し、耐摩耗性と曲げ強度及び破
壊靱性が向上するピストンピンの製造方法を提供するこ
とを目的とする。
低炭素鋼を冷間鍛造したピストンピンに透過浸炭及び浸
炭拡散を行なって炭素濃度勾配を付け、熱処理を施すこ
とにより、鍛造性が向上し、耐摩耗性と曲げ強度及び破
壊靱性が向上するピストンピンの製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明のピストンピンの
製造方法は、Ｓ１０ｃ〜Ｓ２０ｃの低炭素鋼を球状化焼
鈍後、冷間鍛造により中空ピストンピンを形成し、透過
浸炭により所定値まで炭素濃度を均一に上昇させ、浸炭
拡散処理により内外表面の炭素濃度を上昇させてピスト
ンピンの内外表面からの距離に応じた炭素濃度勾配を付
け、所定の熱処理を施して内外表面部の硬さをＨｖ700
〜900 とし内厚中心部の硬さをＨｖ400 〜500 とする。
製造方法は、Ｓ１０ｃ〜Ｓ２０ｃの低炭素鋼を球状化焼
鈍後、冷間鍛造により中空ピストンピンを形成し、透過
浸炭により所定値まで炭素濃度を均一に上昇させ、浸炭
拡散処理により内外表面の炭素濃度を上昇させてピスト
ンピンの内外表面からの距離に応じた炭素濃度勾配を付
け、所定の熱処理を施して内外表面部の硬さをＨｖ700
〜900 とし内厚中心部の硬さをＨｖ400 〜500 とする。
【０００９】
【作用】本発明においては、低炭素鋼を焼鈍後、冷間鍛
造するため塑性変形抵抗が小さく鍛造性が向上し、また
透過浸炭により内厚中心部の炭素濃度を所定値とし、更
に浸炭拡散処理を行なって内外表面の炭素濃度を上昇さ
せ炭素濃度勾配を付けて熱処理を施すことにより表面硬
さがＨｖ700 〜900 から内厚中心硬さがＨｖ400〜500
となるよう連続的に硬度変化させ、耐摩耗性が向上する
と共に曲げ強度及び破壊靱性が向上する。
造するため塑性変形抵抗が小さく鍛造性が向上し、また
透過浸炭により内厚中心部の炭素濃度を所定値とし、更
に浸炭拡散処理を行なって内外表面の炭素濃度を上昇さ
せ炭素濃度勾配を付けて熱処理を施すことにより表面硬
さがＨｖ700 〜900 から内厚中心硬さがＨｖ400〜500
となるよう連続的に硬度変化させ、耐摩耗性が向上する
と共に曲げ強度及び破壊靱性が向上する。
【００１０】
【実施例】本発明では素材としてＳ１０ｃ〜Ｓ２０ｃの
低炭素機械構造用炭素鋼を使用し、次の工程でピストン
ピンを製造する。
低炭素機械構造用炭素鋼を使用し、次の工程でピストン
ピンを製造する。
【００１１】 素材の炭素鋼の球状化焼鈍処理を行な
い、冷間鍛造打抜により製品形状とする。
い、冷間鍛造打抜により製品形状とする。
【００１２】 真空浸炭処理により透過浸炭を行な
う。
う。
【００１３】 浸炭拡散処理を行なう。
【００１４】 焼入処理を行なう。
【００１５】 高周波焼入れ焼戻し処理を行ない、外
径研削により製品とする。
径研削により製品とする。
【００１６】工程ではＳ１０ｃ〜Ｓ２０ｃの低炭素機
械構造用炭素鋼を球状化焼鈍処理により組織を軟かいフ
ェライト＋球状化パーライトとして冷間鍛造打抜時の塑
性変形抵抗を従来に比して大幅に低下させている。素材
としてＳ１０ｃ〜Ｓ２０ｃを用いるのはＳ１０ｃ以下で
は浸炭時間が長くなって浸炭性が低下しＳ２０ｃ以上で
は冷間鍛造前の熱処理硬さが高くなり冷間鍛造性が低下
するためである。
械構造用炭素鋼を球状化焼鈍処理により組織を軟かいフ
ェライト＋球状化パーライトとして冷間鍛造打抜時の塑
性変形抵抗を従来に比して大幅に低下させている。素材
としてＳ１０ｃ〜Ｓ２０ｃを用いるのはＳ１０ｃ以下で
は浸炭時間が長くなって浸炭性が低下しＳ２０ｃ以上で
は冷間鍛造前の熱処理硬さが高くなり冷間鍛造性が低下
するためである。
【００１７】工程では鍛造したＳ１０ｃ〜Ｓ２０ｃの
低炭素鋼であるピストンピンを真空浸炭処理（例えば炭
素濃度1.1 ％の雰囲気）によりＳ３０ｃ〜Ｓ４０ｃの中
炭素鋼に変化させる。ピストンピンは一般に中空品であ
り、その外径面及び内径面から同時に浸炭を促進する。
これにより、ピストンピンの内外径表面からの距離に応
じた炭素濃度は図１の破線Ｉａに示す如くなる。
低炭素鋼であるピストンピンを真空浸炭処理（例えば炭
素濃度1.1 ％の雰囲気）によりＳ３０ｃ〜Ｓ４０ｃの中
炭素鋼に変化させる。ピストンピンは一般に中空品であ
り、その外径面及び内径面から同時に浸炭を促進する。
これにより、ピストンピンの内外径表面からの距離に応
じた炭素濃度は図１の破線Ｉａに示す如くなる。
【００１８】真空浸炭処理は1000℃〜1100℃と通常のガ
ス浸炭より高温で処理できるので炭素の拡散係数が大き
く短時間の浸炭が可能となり、また無酸素雰囲気で処理
されるため粒界酸化や浸炭異常層の発生がなく製品の疲
労強度の劣化を防止できる。
ス浸炭より高温で処理できるので炭素の拡散係数が大き
く短時間の浸炭が可能となり、また無酸素雰囲気で処理
されるため粒界酸化や浸炭異常層の発生がなく製品の疲
労強度の劣化を防止できる。
【００１９】工程では図２に示す如く、ピストンピン
のワークを加熱室に装入して1000℃〜1100℃に均熱し、
図３に示す如く略３分周期で真空圧力を９０torrから35
0torr で変化させて真空浸炭（例えば炭素濃度1.7 ％の
雰囲気）を行ない、その後所定時間（２８分）拡散を行
なった後、ワークを冷却室に移動させ強制ガス冷却によ
り500 ℃〜600 ℃まで冷却する。
のワークを加熱室に装入して1000℃〜1100℃に均熱し、
図３に示す如く略３分周期で真空圧力を９０torrから35
0torr で変化させて真空浸炭（例えば炭素濃度1.7 ％の
雰囲気）を行ない、その後所定時間（２８分）拡散を行
なった後、ワークを冷却室に移動させ強制ガス冷却によ
り500 ℃〜600 ℃まで冷却する。
【００２０】これにより、ピストンピンの内外径表面か
らの距離に応じた炭素濃度は図１の実線Ｉｂに示す如く
内外径表面に近いほど高くなる。
らの距離に応じた炭素濃度は図１の実線Ｉｂに示す如く
内外径表面に近いほど高くなる。
【００２１】この後、図２に示す如く工程に続く工程
では再びワークを加熱室に移動させ850 ℃で３０〜４
０分間均熱後、冷却室に移動させて油中に焼入れし、高
温の浸炭拡散処理で粗大化した結晶粒の微細化を行な
う。この時点でのピストンピンの内外径表面からの距離
に応じた硬度は図５の実線IIａに示す如くなる。
では再びワークを加熱室に移動させ850 ℃で３０〜４
０分間均熱後、冷却室に移動させて油中に焼入れし、高
温の浸炭拡散処理で粗大化した結晶粒の微細化を行な
う。この時点でのピストンピンの内外径表面からの距離
に応じた硬度は図５の実線IIａに示す如くなる。
【００２２】工程ではピストンピン高周波焼入焼戻し
処理を行なう。ここでは図４に示す如く150 ℃で略２時
間かけて焼戻す。ピストンピンの素材であるＳ１０ｃ〜
Ｓ２０ｃは焼入性に効果のあるクロムを含有しないため
通常の焼入れでは冷却能不充分で目標とする硬度及び焼
入深さが得られないので急速加熱急速冷却を行なう高周
波焼入れ処理が不可欠であり、これによってピストンピ
ンの内外径表面からの距離に応じた硬度は図５の実線II
ｂに示す如く向上し、内外径表面でＨｖ850 ，内厚中心
でＨｖ500 程度となり、曲げ疲労破壊の起点となるピス
トンピン内径表面には高い圧縮残留応力が発生し、曲げ
疲労強度が向上する。
処理を行なう。ここでは図４に示す如く150 ℃で略２時
間かけて焼戻す。ピストンピンの素材であるＳ１０ｃ〜
Ｓ２０ｃは焼入性に効果のあるクロムを含有しないため
通常の焼入れでは冷却能不充分で目標とする硬度及び焼
入深さが得られないので急速加熱急速冷却を行なう高周
波焼入れ処理が不可欠であり、これによってピストンピ
ンの内外径表面からの距離に応じた硬度は図５の実線II
ｂに示す如く向上し、内外径表面でＨｖ850 ，内厚中心
でＨｖ500 程度となり、曲げ疲労破壊の起点となるピス
トンピン内径表面には高い圧縮残留応力が発生し、曲げ
疲労強度が向上する。
【００２３】ピストンピンはエンジン作動中、ピストン
ボス穴との摺動による摩擦、エンジンオイル、ブローバ
イガス等の影響その他により、300 ℃前後の温度環境下
にさらされる。温度上昇により表面は焼戻しの影響を受
け硬さが低下する。Ｈｖ700以下であると、ピストンピ
ン外径面の耐摩耗性が不足する。Ｈｖ900 迄は耐摩耗性
は向上するが、Ｈｖ900 以上になると頭打ち状態になる
し、異物をカミ込んで表面傷が発生した場合、切欠感受
性が高くなり、曲げ強度の低下が懸念されるため表面硬
さとしてＨｖ700 〜Ｈｖ900 としている。また内部硬さ
はＨｖ400 以上でないと目標とする曲げ強度は得られな
いし、Ｈｖ500 を越えると、内部の破壊靱性が低下し、
表面に亀裂が発生すると急進的に破壊にいたる曲げ強度
低下の面から好ましくないので内部硬さとしてＨｖ400
〜Ｈｖ500 としている。
ボス穴との摺動による摩擦、エンジンオイル、ブローバ
イガス等の影響その他により、300 ℃前後の温度環境下
にさらされる。温度上昇により表面は焼戻しの影響を受
け硬さが低下する。Ｈｖ700以下であると、ピストンピ
ン外径面の耐摩耗性が不足する。Ｈｖ900 迄は耐摩耗性
は向上するが、Ｈｖ900 以上になると頭打ち状態になる
し、異物をカミ込んで表面傷が発生した場合、切欠感受
性が高くなり、曲げ強度の低下が懸念されるため表面硬
さとしてＨｖ700 〜Ｈｖ900 としている。また内部硬さ
はＨｖ400 以上でないと目標とする曲げ強度は得られな
いし、Ｈｖ500 を越えると、内部の破壊靱性が低下し、
表面に亀裂が発生すると急進的に破壊にいたる曲げ強度
低下の面から好ましくないので内部硬さとしてＨｖ400
〜Ｈｖ500 としている。
【００２４】また、本発明方法で製造したピストンピン
の内部硬さと静的曲げ荷重との関係は図６の実線IIIaに
示す如く、破線IIIbに示す従来品に比して向上する。
の内部硬さと静的曲げ荷重との関係は図６の実線IIIaに
示す如く、破線IIIbに示す従来品に比して向上する。
【００２５】更に、冷間鍛造時の変形抵抗は本発明方法
の場合、図７（Ａ）に示す如く、従来材に比して大幅に
低下するため、冷間鍛造打抜きに用いるパンチの寿命は
図７（Ｂ）に示す如く従来材を１としたとき４倍程度長
くなる。
の場合、図７（Ａ）に示す如く、従来材に比して大幅に
低下するため、冷間鍛造打抜きに用いるパンチの寿命は
図７（Ｂ）に示す如く従来材を１としたとき４倍程度長
くなる。
【００２６】
【発明の効果】上述の如く、本発明のピストンピンの製
造方法によれば、低炭素鋼を冷間鍛造したピストンピン
に透過浸炭及び浸炭拡散を行なって炭素濃度勾配を付
け、熱処理を施すことにより、鍛造性が向上し、耐摩耗
性と曲げ強度及び破壊靱性が向上し、また応力の集中を
防止でき、実用上きわめて有用である。
造方法によれば、低炭素鋼を冷間鍛造したピストンピン
に透過浸炭及び浸炭拡散を行なって炭素濃度勾配を付
け、熱処理を施すことにより、鍛造性が向上し、耐摩耗
性と曲げ強度及び破壊靱性が向上し、また応力の集中を
防止でき、実用上きわめて有用である。
【図１】本発明方法によるピストンピンの炭素濃度分布
を示す図である。
を示す図である。
【図２】浸炭拡散処理を説明するための図である。
【図３】浸炭拡散処理を説明するための図である。
【図４】高周波焼入焼戻し処理を説明するための図であ
る。
る。
【図５】本発明方法によるピストンピンの硬度分布を示
す図である。
す図である。
【図６】本発明方法によるピストンピンの特性を示す図
である。
である。
【図７】本発明方法による鍛造時の変形抵抗及びパンチ
寿命を説明するための図である。
寿命を説明するための図である。
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｓ１０ｃ〜Ｓ２０ｃの低炭素鋼を球状化
焼鈍後、冷間鍛造により中空ピストンピンを形成し、 透過浸炭により所定値まで炭素濃度を均一に上昇させ、 浸炭拡散処理により内外表面の炭素濃度を上昇させてピ
ストンピンの内外表面からの距離に応じた炭素濃度勾配
を付け、 所定の熱処理を施して内外表面部の硬さをＨｖ700 〜90
0 とし内厚中心部の硬さをＨｖ400 〜500 とすることを
特徴とするピストンピンの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25112992A JPH06100942A (ja) | 1992-09-21 | 1992-09-21 | ピストンピンの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25112992A JPH06100942A (ja) | 1992-09-21 | 1992-09-21 | ピストンピンの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06100942A true JPH06100942A (ja) | 1994-04-12 |
Family
ID=17218109
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25112992A Pending JPH06100942A (ja) | 1992-09-21 | 1992-09-21 | ピストンピンの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06100942A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008223060A (ja) * | 2007-03-09 | 2008-09-25 | Ihi Corp | 真空浸炭処理方法及び真空浸炭処理装置 |
| CN100447417C (zh) * | 2007-09-07 | 2008-12-31 | 无锡鹰贝机械有限公司 | 高精度柱塞的生产方法 |
| US8465598B2 (en) | 2006-09-27 | 2013-06-18 | Ihi Corporation | Vacuum carburization processing method and vacuum carburization processing apparatus |
| US10837095B2 (en) | 2016-03-30 | 2020-11-17 | Nhk Spring Co., Ltd. | Hollow stabilizer production method and hollow stabilizer production device |
-
1992
- 1992-09-21 JP JP25112992A patent/JPH06100942A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8465598B2 (en) | 2006-09-27 | 2013-06-18 | Ihi Corporation | Vacuum carburization processing method and vacuum carburization processing apparatus |
| JP2008223060A (ja) * | 2007-03-09 | 2008-09-25 | Ihi Corp | 真空浸炭処理方法及び真空浸炭処理装置 |
| US8152935B2 (en) | 2007-03-09 | 2012-04-10 | Ihi Corporation | Vacuum carburization method and vacuum carburization apparatus |
| US8741061B2 (en) | 2007-03-09 | 2014-06-03 | Ihi Corporation | Vacuum carburization method and vacuum carburization apparatus |
| CN100447417C (zh) * | 2007-09-07 | 2008-12-31 | 无锡鹰贝机械有限公司 | 高精度柱塞的生产方法 |
| US10837095B2 (en) | 2016-03-30 | 2020-11-17 | Nhk Spring Co., Ltd. | Hollow stabilizer production method and hollow stabilizer production device |
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