JPH0625596B2 - Highly durable piston ring manufacturing method - Google Patents

Highly durable piston ring manufacturing method

Info

Publication number
JPH0625596B2
JPH0625596B2 JP59027681A JP2768184A JPH0625596B2 JP H0625596 B2 JPH0625596 B2 JP H0625596B2 JP 59027681 A JP59027681 A JP 59027681A JP 2768184 A JP2768184 A JP 2768184A JP H0625596 B2 JPH0625596 B2 JP H0625596B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nitriding
plating
piston ring
layer
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP59027681A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS60172773A (en
Inventor
章 原山
哲男 腰原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Teikoku Piston Ring Co Ltd
Original Assignee
Teikoku Piston Ring Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Teikoku Piston Ring Co Ltd filed Critical Teikoku Piston Ring Co Ltd
Priority to JP59027681A priority Critical patent/JPH0625596B2/en
Publication of JPS60172773A publication Critical patent/JPS60172773A/en
Publication of JPH0625596B2 publication Critical patent/JPH0625596B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

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

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高耐久性ピストンリングの製造方法に関する。The present invention relates to a method of manufacturing a highly durable piston ring.

内燃機関用ピストンリングの表面硬化処理としては一般
的に硬質Crめっきによる硬化処理が使用されている
が、この硬化処理のみでは、最近の高出力化及びより高
度な排ガス規制の強化につれて、ディーゼルエンジン等
のエンジンでリング摩耗に起因してエンジンライフを短
くするというトラブルが生じている。
Hardening treatment by hard Cr plating is generally used as a surface hardening treatment for piston rings for internal combustion engines. However, with this hardening treatment alone, diesel engines have been developed with the recent trend toward higher output and higher exhaust gas regulations. In such engines, troubles such as shortening the engine life due to ring wear have occurred.

これらの対策として種々の硬化処理が検討され、高鉛ガ
ソリン用としてMo系、Fe−Cr−C系材等を溶射す
ることにより表面を硬化したピストンリングが一部に使
用されている。しかし、このものは自身の摩耗には問題
がないが、溶射特性から生じる相手材への攻撃性および
相手材が鋳鉄材で耐摩耗性に乏しいことから相性に問題
があり、相手材であるシリンダの摩耗が大きく、エンジ
ンライフの面で不十分で、相対摩耗の調和したピストン
リングの硬化処理が必要である。
As a countermeasure against these problems, various hardening treatments have been studied, and a piston ring whose surface is hardened by spraying a Mo-based material, a Fe-Cr-C-based material or the like for high-lead gasoline is partially used. However, although this one has no problem with its own wear, it has a problem with compatibility due to the aggressiveness to the mating material caused by thermal spraying properties and the mating material being cast iron material and poor wear resistance, and it is a mating material. The wear of the piston ring is large and the life of the engine is insufficient, and it is necessary to cure the piston ring in harmony with the relative wear.

本発明はシリンダ摩耗を現行水準としピストンリングの
寿命を延長することによりエンジンライフを延長するも
のである。
The present invention extends the engine life by extending the life of the piston ring by making the cylinder wear the current level.

一般にピストンリングの寿命を延長する方法として、
リングの材質を改善する方法、より硬化耐摩耗性を向
上する方法、現行の硬化層の厚さを増加する方法等が
ある。
Generally, as a method to extend the life of the piston ring,
There are a method of improving the material of the ring, a method of further improving hardening wear resistance, a method of increasing the thickness of the existing hardening layer, and the like.

しかし、、の方法はシリンダ材が鋳鉄等に限定され
るため、相性調整が困難であり、耐久性向上のためには
の方法による硬化層自体を増厚する手段がとられる。
現在実用化されている硬化処理には硬質Crめっきまた
は窒化処理等の処法がある。これらの処理リングは、通
常のエンジンでは性能、耐久性共に満足できるが、高度
な排ガス対策を施したディーゼルエンジン又は高鉛ガソ
リン使用のエンジン等では、耐久性で満足できず、必然
的に硬化層厚さの増加を要求されている。しかしなが
ら、これらの各々の処理は、単に耐久性のみからの要求
で厚さを勝手に設定できない問題がある。
However, since the cylinder material is limited to cast iron or the like in the method, it is difficult to adjust the compatibility, and a method of increasing the thickness of the hardened layer itself is used to improve durability.
Hardening treatments that are currently in practical use include treatments such as hard Cr plating or nitriding treatment. These processing rings are satisfactory in both performance and durability in normal engines, but are not satisfactory in durability in diesel engines or engines using high-lead gasoline that have advanced exhaust gas countermeasures, and inevitably have a hardened layer. Increased thickness is required. However, each of these treatments has a problem that the thickness cannot be arbitrarily set due to the requirement only from durability.

例えば、靱性の小さい硬質Crめっきは母材変形に追従
できず、Cr層中には縦方向のクラックを発生する。こ
のクラックは母材まで貫通するため切欠きとして作用
し、母材の疲労限を低下させる。さらにこのクラックは
めっき厚さの増加につれて大きくなり、より大きな応力
集中を生じる。以上のように厚いCrめっきは、ピスト
ンリングの如く繰り返し応力を受ける部品の機械的特性
を劣化させる。
For example, hard Cr plating having low toughness cannot follow the deformation of the base material, and a vertical crack is generated in the Cr layer. Since the crack penetrates to the base material, it acts as a notch and reduces the fatigue limit of the base material. Moreover, the cracks grow larger as the plating thickness increases, resulting in greater stress concentration. As described above, the thick Cr plating deteriorates the mechanical properties of a component, such as a piston ring, which is repeatedly stressed.

また、下記の電気めっきの特性も厚めっき使用の重要な
問題点である。
The following characteristics of electroplating are also important problems in using thick plating.

表面形状の変化が大きくなり、ピストンリングとして
の成形加工に問題を生じる。
The change in the surface shape becomes large, which causes a problem in the forming process as a piston ring.

めっき厚の不同が増大し、完成加工が困難になる。Inconsistencies in plating thickness increase, making it difficult to complete processing.

表面あらさが急増し、加工代が増加する。Surface roughness increases sharply and machining cost increases.

以上の点より、上限めっき厚さは、母材強度及び使用条
件にも関係するが、0.25mm以下が安全サイドである。
From the above points, the upper limit plating thickness is 0.25 mm or less on the safe side, although it depends on the strength of the base metal and the usage conditions.

一方、窒化処理は窒化厚さにつれて窒化速度が低下し、
また、ピストンリングのような薄肉材への窒化処理は靱
性劣化が大きく、ピストンへの組付拡げ応力で折損する
ため、窒化厚さには限界があり、母材肉厚さの20%以
下が実用的で、例えば厚さ0.6mmのサイドレールでは1
20μm以下とするのが望ましい。
On the other hand, in the nitriding treatment, the nitriding rate decreases with the nitriding thickness,
Further, nitriding of thin materials such as piston rings causes a large deterioration in toughness and breaks due to the expansion stress when assembled to the piston, so there is a limit to the nitriding thickness, and 20% or less of the thickness of the base material is Practical, eg 1 for side rails with a thickness of 0.6 mm
The thickness is preferably 20 μm or less.

以上の如く、単一層では、各々の上限厚さが規制され、
厚さのみの増加で耐久性を向上させその希望を達成する
ことは不可能である。
As mentioned above, in the single layer, the upper limit of each thickness is regulated,
It is impossible to improve the durability and achieve the hope only by increasing the thickness.

前述した如く、硬質Crめっきは疲労限を低下させる特
性がある。一方、窒化処理はNの拡散により残留応力を
生じ、疲労強度を向上することが広く知られている。こ
の効果は本発明(後述する)の最表面部を形成するN濃
度の高い化合物層の除去を行っても失われないので、窒
化処理後めっきすることにより、疲労限の高い硬質Cr
めっきリングが製造可能となる。
As described above, the hard Cr plating has the property of lowering the fatigue limit. On the other hand, it is widely known that nitriding treatment causes residual stress due to diffusion of N and improves fatigue strength. This effect is not lost even when the compound layer having a high N concentration forming the outermost surface portion of the present invention (described later) is removed. Therefore, by plating after nitriding treatment, hard Cr having a high fatigue limit is obtained.
The plating ring can be manufactured.

したがって、この両者の利点を併用させることによっ
て、硬質Crめっき磨滅後、窒化処理層が耐摩耗効果を
もたらし耐久性向上に寄与するので、窒化処理面上への
硬質Crめっきは機械的特性の向上および耐摩耗性の向
上が望め、理想的な高寿命のピストンリングとなる。
Therefore, by combining the advantages of both, the nitriding layer contributes to the wear resistance effect after abrasion of the hard Cr plating and contributes to the improvement of durability. Therefore, the hard Cr plating on the nitriding surface improves the mechanical properties. And it is expected that the wear resistance will be improved, making it an ideal long-life piston ring.

本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、高耐久性
ピストンリングの製造方法を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a method for manufacturing a highly durable piston ring.

本発明の高耐久性ピストンリングの製造方法は、マルテ
ンサイト系鋼材よりなるピストンリングをNH3ガスと
2ガスの混合ガス又はNH3ガス雰囲気中で500〜6
00℃に保持して全表面をガス窒化したのち、少なくと
も外周面の窒化層の中の、少なくとも最表面部を形成す
るN濃度の高い化合物層を除去して、N濃度の高い化合
物層が存在しない窒化層を30μm以上、ピストンリン
グ厚さの20%以下の厚さで形成し、この化合物層を除
去した窒化層上に弗化浴により硬質Crめっきを50μ
m以上、250μm以下施すことを特徴とする。
The method for producing a highly durable piston ring according to the present invention is a method in which a piston ring made of martensitic steel is used in a mixed gas of NH 3 gas and N 2 gas or in an NH 3 gas atmosphere in an amount of 500 to 6
After the whole surface is gas-nitrided by holding at 00 ° C, at least the compound layer having a high N concentration forming at least the outermost surface of the nitrided layer on the outer peripheral surface is removed, and the compound layer having a high N concentration exists. A non-nitrided layer with a thickness of 30 μm or more and 20% or less of the piston ring thickness is formed, and a hard Cr plating of 50 μm is made on the nitride layer from which this compound layer is removed by a fluorination bath.
It is characterized in that it is applied in a range of from m to 250 μm.

窒化処理面に電気めっきする上で問題になるのは密着性
であり、特にピストンリングのような高度な密着性を要
求される場合、窒化法、めっき前処理、めっき条件がピ
ストンリング製造上の大きな要件になる。
Adhesion is a problem in electroplating the nitriding surface. Especially when high adhesion such as piston ring is required, the nitriding method, plating pretreatment, and plating conditions are important factors for piston ring manufacturing. It becomes a big requirement.

窒化法としてN、CあるいはN、C、Oを拡散する軟窒
化法およびNのみを拡散する窒化法等があるが、その表
面に電気めっきを処理する上で過度にN、Cあるいは
N、C、Oと化合して非金属層化した表面は強固な密着
力は得られない。軟窒化法として通常使用されている塩
浴法は有害な表面酸化層(黒層)および多孔質層が他の
方法より厚く、かつ層厚さが処理時間と比例関係にある
ので、ピストンリング製造上では不都合な点が多い。
As the nitriding method, there are a soft nitriding method for diffusing N, C or N, C, O and a nitriding method for diffusing only N. However, N, C or N, C is excessively applied to the surface of electroplating. , O on the surface of which a non-metal layer is formed by combining with O cannot obtain a strong adhesion. The salt bath method, which is usually used as the soft nitriding method, has a harmful surface oxide layer (black layer) and porous layer thicker than other methods, and the layer thickness is proportional to the processing time. There are many disadvantages above.

この場合Nのみ拡散する本発明のNH3ガス窒化法の方
がめっき下地面として好ましい。
In this case, the NH 3 gas nitriding method of the present invention, in which only N is diffused, is preferable as the plating base surface.

NH3ガス窒化法においても、2NH3→2N+3N2
生じたNが表面から拡散浸入するため、最表面のN濃度
は非常に高く、塩浴法と比較すれば非常に薄いがNH3
ガス窒化法においても化合物層を形成するため、その面
に硬質Crめっきを処理する場合には、必ずめっき前に
最表面部を形成するN濃度の高い化合物層を除去しなく
てはならない。
Also in the NH 3 gas nitriding method, N generated in 2NH 3 → 2N + 3N 2 diffuses and infiltrates from the surface, so the N concentration on the outermost surface is very high and is very thin compared to the salt bath method, but NH 3
Since the compound layer is also formed in the gas nitriding method, when the hard Cr plating is applied to the surface, the compound layer having a high N concentration forming the outermost surface portion must be removed before plating.

窒化層の主な状態は最表面よりζ−Fe2N、ε−Fe
2-3N、γ′−Fe4N、α−Fe中N固溶層を形成分布
する。この中で、めっきの密着性を阻害するものは最表
面部を形成するN濃度の高い化合物層即ちζ−Fe2
とε−Fe2-3Nであり、この層を除去した面上へ硬質
Crめっき処理することによって、硬質Crめっきの密
着性の良好なピストンリングが得られる。
The main state of the nitride layer is ζ-Fe 2 N, ε-Fe from the outermost surface.
2-3 N, γ'-Fe 4 N, N solid solution layer in α-Fe are formed and distributed. Among these, the compound that impairs the adhesion of plating is a compound layer having a high N concentration forming the outermost surface portion, that is, ζ-Fe 2 N
And ε-Fe 2-3 N, and by subjecting the surface from which this layer has been removed to the hard Cr plating treatment, a piston ring with good adhesion of the hard Cr plating can be obtained.

そして、窒化処理を実施する上でこの化合物層の発生が
出来る限り少ない材質を選定するのがよく、ピストンリ
ングとしての機能も留意して一般的にはピストンリング
用材料としての材質はマルテンサイト系鋼(SUS44
0B、SUS420J2等、およびその相当材)を使用
することがよい。マルテンサイト系鋼材は耐熱、耐摩耗
性に優れており、また電気伝導度も高い(Crめっき電
流は50A/dm2程度と他のめっきの20倍以上の高電
流を必要とする)。また、被Crめっき面は密着性のた
め電気化学的に活性であることが必要であり、SUS材
は高度な不働態化被膜除去技術を必要とし、オーステナ
イト系よりマルテンサイト系の方が有利である。また、
オーステナイト系においては、含有Niが厚窒化を阻害
する。
When performing the nitriding treatment, it is preferable to select a material that minimizes the generation of this compound layer, and also considering the function as a piston ring, the material for the piston ring is generally a martensite-based material. Steel (SUS44
0B, SUS420J2, etc. and their equivalent materials) are preferably used. Martensitic steel is excellent in heat resistance and wear resistance, and also has high electric conductivity (Cr plating current is about 50 A / dm 2, which is 20 times higher than that of other plating). Further, the Cr-plated surface needs to be electrochemically active because of its adhesiveness, and the SUS material requires a high-level passivation film removal technology, and the martensite-based is more advantageous than the austenite-based. is there. Also,
In an austenite system, the contained Ni hinders thick nitriding.

次に化合物層を出来る限り薄くする窒化法および処理条
件を選定する。塩浴法は窒化雰囲気中の窒素ポテンシャ
ルの制御が困難であることに起因し、前述したように、
処理時間が長くなるほど最表層部に生成する化合物層も
厚くなり、ピストンリングの製造には不適当である。
Next, a nitriding method and processing conditions for making the compound layer as thin as possible are selected. The salt bath method is because it is difficult to control the nitrogen potential in the nitriding atmosphere.
The longer the treatment time is, the thicker the compound layer formed in the outermost layer is, which is unsuitable for the production of piston rings.

これに対して、本発明の窒化法であるNH3ガス窒化法
は処理温度および流量によりNH3ガスの分解率を調整
し、化合物層生成を最小とし、かつNH3の分解率は鉄
を触媒としているため窒化が進行するにつれて分解率が
自動的に低下、窒素ポテンシャルは自動的に低下するた
め化合物層の厚さは処理時間の多少の差によって増加し
ない利点がある。処理温度は、高温側は母材の内部硬度
の低下を防止するため600℃以下とし(SUS420
J2、SUS440B等で処理後の内部硬さHv350
以上)、低温側は高硬度窒化層(温度が低くなるほど窒
化速度は低下するが硬さは増す)が剥離の可能性がある
ため500℃以上とするが、560〜580℃が最適で
ある。
On the other hand, the NH 3 gas nitriding method, which is the nitriding method of the present invention, adjusts the decomposition rate of NH 3 gas according to the treatment temperature and the flow rate to minimize the formation of the compound layer, and the decomposition rate of NH 3 is based on the catalyst of iron. Therefore, the decomposition rate automatically decreases as the nitriding progresses, and the nitrogen potential automatically decreases, so that there is an advantage that the thickness of the compound layer does not increase due to a slight difference in processing time. On the high temperature side, the treatment temperature is set to 600 ° C. or lower in order to prevent a decrease in the internal hardness of the base material (SUS420
Internal hardness Hv350 after treatment with J2, SUS440B, etc.
Above), since the high-hardness nitrided layer (nitriding rate decreases but hardness increases as the temperature decreases) may peel off on the low temperature side, the temperature is set to 500 ° C or higher, but 560 to 580 ° C is optimal.

塩浴窒化も鉄を触媒とし発生機のNを発生するが、窒素
ポテンシャルが高いため、SUS材でもガス窒化のよう
な特殊な前処理を必要とせずかつ窒化速度が比較的早い
利点があるが、本目的の化合物層を薄くしようとする場
合逆効果となる。
Salt bath nitriding also uses iron as a catalyst to generate N in the generator, but because of its high nitrogen potential, SUS materials also have the advantage of requiring no special pretreatment such as gas nitriding and having a relatively high nitriding rate. However, when trying to thin the compound layer for this purpose, the opposite effect is obtained.

また、窒化法によって発生する不要化合物層をラッピン
グ加工等により研削除去する場合、NH3ガス窒化法で
発生する化合物層は10μm以下であり、窒化処理によ
る歪量、および窒化による膨張量、表面あらさの増分等
の修正加工代は最小の研削代で充分除去できるので問題
はない。
When the unnecessary compound layer generated by the nitriding method is ground and removed by lapping or the like, the compound layer generated by the NH 3 gas nitriding method is 10 μm or less, and the strain amount due to the nitriding treatment, the expansion amount due to the nitriding, and the surface roughness. There is no problem because the correction machining allowance such as the increment of can be sufficiently removed with the minimum grinding allowance.

しかし、めっき下地面は電気化学的に活性度が不充分な
ため、より強固な密着性を得るためには硬質Crめっき
条件の改善が必要である。標準的な硬質Crめっき浴種
であるクロム酸−硫酸をベースとしたサージェント浴よ
り弗化浴種の方が高い密着力を得ることができる。これ
はサージェント浴の触媒であるSO4 2-より弗化浴の触
媒であるF-の方が活性度を高めるためである。
However, since the plating base surface is electrochemically insufficient in activity, it is necessary to improve the hard Cr plating conditions in order to obtain stronger adhesion. Higher adhesion can be obtained with the fluorinated bath type than with the standard hard Cr plating bath type chromic acid-sulfuric acid based Sargent bath. This is because the catalyst of the fluorination bath, F , has higher activity than SO 4 2−, which is the catalyst of the Sargent bath.

弗化浴は広い電流密度でめっきができ、カバーリングパ
ワーがよい等の特性とCr上にCrめっきを施すことが
容易であることが大きな利点として広く知られている
が、Cr上にCrめっきを施す上で問題になるのは、例
えばめっきの中断時めっき面は瞬時に不働態化し、硫酸
のみを触媒とする標準浴(サージェント浴)では完全に
不働態化膜を除去しかつ高度なめっき技術(再めっき手
法、エッチング→めっきに極性を変更し、2.5Vより1
分毎に0.5Vずつ昇圧し規定電流にする)でめっきしな
いと密着不良になることが広く知られている。一方、弗
化浴ではめっきを中断しても特別な処理を必要とせず継
続し再めっきすることが可能であり、これは浴中のF-
イオンによる不働態化膜の除去効果による。本提案のリ
ング材はマルテンサイト系鋼材で不働態化しやすい特性
があり、上記例のCr上へのCrめっきに類似してい
る。マルテンサイト系鋼材+窒化面への安定的なCrめ
っき浴として弗化浴が必要である。
It is widely known that the fluorination bath can be plated with a wide current density, has a good covering power, and that it is easy to perform Cr plating on Cr. The problem in applying the solution is, for example, that the plating surface is instantaneously passivated when the plating is interrupted, and the passivation film is completely removed in a standard bath (surgery bath) that uses only sulfuric acid as a catalyst, and advanced plating is performed. Technology (re-plating method, etching → change polarity to plating, 2.5V to 1
It is widely known that if the plating is not performed by increasing the voltage by 0.5 V every minute to a specified current), poor adhesion will result. Meanwhile, the fluoride bath it is possible to re-plating continues without requiring special processing be interrupted plating, this is of the bath F -
It depends on the removal effect of the passivation film by the ions. The ring material of the present proposal is a martensitic steel material and has a property that it is easily passivated, and is similar to the Cr plating on Cr in the above example. A fluorinated bath is required as a stable Cr plating bath for martensitic steel + nitrided surface.

以上より本発明による製造方法としての硬質Crめっき
処理方法は弗化浴による条件を前提とするものである。
As described above, the hard Cr plating treatment method as the manufacturing method according to the present invention is premised on the condition of the fluorination bath.

弗化浴としては下記のものが好適である。The following baths are suitable as the fluorination bath.

CrO3 200〜300 g/ Cr3+ 0.5〜5 g/ H2SO4 1〜3 g/ 弗化物 1〜5 g/ 温度 45〜60℃ 弗化物は多種あり、30種以上あるが、一般に使用され
ているのはN2SiF6又はK2SiF6である。
CrO 3 200~300 g / Cr 3+ 0.5~5 g / H 2 SO 4 1~3 g / fluorides 1 to 5 g / Temperature 45 to 60 ° C. fluoride is large, more than 30 species, but in general use What is mentioned is N 2 SiF 6 or K 2 SiF 6 .

本発明はF-イオンの存在するめっき浴とする。The present invention is a plating bath in which F ions are present.

なお、下記の再めっき手法を用いればより好ましい。It is more preferable to use the following replating method.

1)エッチング(逆電) 30A/dm2×1分 2)めっき (正電) 1.9V×5分 還元洗浄処理 めっき 2.5V(分解電圧)より1分毎1Vずつ昇圧
し規定電流(45〜50A/dm2)にする。
1) Etching (reverse voltage) 30 A / dm 2 x 1 min 2) Plating (positive voltage) 1.9 V x 5 min Reduction cleaning treatment Plating 2.5 V (decomposition voltage), 1 V stepping up by 1 V every minute, and specified current (45 to 50 A) / Dm 2 ).

なお、窒化層厚さは窒化処理時間の増加に応じて増して
行き、寿命で設定すればよい問題で、トップリングの上
下面ではHv700以上の硬さで厚さ10μm以上あれ
ば、通常のディーゼルエンジンライフを満たすことが可
能であるが、母材硬さ、使用条件の変動等を考慮し30
μm以上が安全サイドである。上限は疲労強度とは別に
窒化厚さにつれて靱性が劣化しピストンへの組付時に破
断するため、リングの肉厚の20%以下がよい。硬質C
rめっきの厚さは50μm以上で、Crめっき後の成形
加工、疲労限等を考慮し250μm以下が好ましい。
The thickness of the nitriding layer increases as the nitriding time increases, and it may be set by the life of the nitriding layer. If the hardness of the top and bottom surfaces of the top ring is Hv 700 or more and the thickness is 10 μm or more, a normal diesel It is possible to meet the engine life, but considering the hardness of the base material and the fluctuation of usage conditions, etc., 30
The safety side is above μm. In addition to fatigue strength, the upper limit is 20% or less of the wall thickness of the ring because the toughness deteriorates with the nitriding thickness and breaks during assembly to the piston. Hard C
The thickness of the r plating is 50 μm or more, and preferably 250 μm or less in consideration of the forming process after the Cr plating, the fatigue limit and the like.

第1図に本発明により製造したピストンリングの一実施
例を示す。
FIG. 1 shows an embodiment of a piston ring manufactured according to the present invention.

本実施例のピストンリング1は全表面にガス窒化層を有
するが、内周面以外の面のガス窒化層は最表面部を形成
するN濃度の高い化合物層を除去した。即ち、2はピス
トンリング母材、3はピストンリングの全表面に形成さ
れたHv700以上のガス窒化層、4は摺動面のガス窒
化層3上に形成したHv850以上の硬質Crめっき
層、5は内周面のガス窒化層3上に除去されないまま残
っているN濃度の高い化合物層である。
The piston ring 1 of the present example has a gas nitriding layer on the entire surface, but the gas nitriding layer on the surfaces other than the inner peripheral surface has removed the compound layer having a high N concentration forming the outermost surface portion. That is, 2 is a piston ring base material, 3 is a gas nitriding layer of Hv 700 or more formed on the entire surface of the piston ring, 4 is a hard Cr plating layer of Hv 850 or more formed on the gas nitriding layer 3 of the sliding surface, 5 Is a compound layer having a high N concentration, which remains on the inner surface of the gas nitride layer 3 without being removed.

なお、本実施例のものは摺動面および上下面のN濃度の
高い化合物層を除去したので、かたくてもろい化合物層
が脱落して摩耗粉として作用することにより相手摩耗、
自身の摩耗を加速して異常摩耗の原因となったり、シリ
ンダ内周面あるいはリング面の傷の原因となったりする
ことがない。
In this example, since the compound layer having a high N concentration on the sliding surface and the upper and lower surfaces was removed, the hard and brittle compound layer fell off and acted as abrasion powder to cause the opposite wear,
It does not accelerate the wear of itself and cause abnormal wear or scratches on the cylinder inner peripheral surface or the ring surface.

下記に本発明の製造方法の一実施例を示す。An example of the manufacturing method of the present invention is shown below.

1)粗仕上加工(線材からリング形状加工まで) 2)窒化処理(NH3ガス窒化) 3)最表面部を形成するN濃度の高い化合物層除去研削
加工(めっき下地作り) 4)脱脂(有機溶剤による蒸気洗浄) 5)表面活性処理(280〜350メッシュのアルミナ
砥粒を10〜30%(体積比)含んだ水溶液を使用し空
気圧5kg/cm2でブラスト加工) 6)硬質Crめっき(弗化浴系でめっきする) 7)完成加工(外周ラップ、上下面研磨(圧縮リン
グ)、合口調整)以下、硬質Crめっきの密着テストを
説明する。
1) Rough finishing process (from wire to ring shape process) 2) Nitriding process (NH 3 gas nitriding) 3) Compound layer with high N concentration forming the outermost surface removal grinding process (preparation of plating base) 4) Degreasing (organic) 5) Surface activation treatment (blasting at an air pressure of 5 kg / cm 2 using an aqueous solution containing 10 to 30% (volume ratio) of 280 to 350 mesh alumina abrasive grains) 6) Hard Cr plating (fluorine) 7) Completion processing (peripheral lap, upper and lower surface polishing (compression ring), adjustment of abutment) The adhesion test of hard Cr plating will be described below.

(1)密着テスト方法 第2図の如く、密着テストのために、幅B=2mmのスリ
ット6をピストンリング1の内周側から外周側に向かっ
て外周面からA=3mmの所まで形成する。そして、第3
図のようにピストンリング1の片方を固定7し、他方を
破断するまで内側より外側方向に定速で拡げ、硬質Cr
めっき層4の破断状態を観察し密着性の評価をする。
(1) Adhesion test method As shown in FIG. 2, for the adhesion test, a slit 6 having a width B = 2 mm is formed from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the piston ring 1 from the outer peripheral surface to the position A = 3 mm. . And the third
As shown in the figure, fix one side of the piston ring 1 and expand the other side from the inside to the outside at a constant speed until it breaks.
The fractured state of the plating layer 4 is observed and the adhesion is evaluated.

評価は第4図に示す如く硬質Crめっき4が完全に残留
していた場合を良、第5図の如く硬質Crめっき4が部
分的に残留していた場合をやや良、第6図の如く硬質C
rめっき4が残留していない場合を不良とする。
The evaluation is good when the hard Cr plating 4 completely remains as shown in FIG. 4, and slightly good when the hard Cr plating 4 partially remains as shown in FIG. 5, as shown in FIG. Hard C
The case where the r-plating 4 does not remain is regarded as defective.

(2)テスト材 ピストンリング材質:SUS420J2 ピストンリング寸法: 83φmm×2.0mm(B)×3.5mm(T)表面硬化処理は第
1表による。テストNO.1と6は窒化処理なしの例であ
る。
(2) Test material Piston ring material: SUS420J2 Piston ring size: 83φmm × 2.0mm (B) × 3.5mm (T) Surface hardening treatment is shown in Table 1. Test Nos. 1 and 6 are examples without nitriding.

窒化処理条件は第2表に示す。The nitriding treatment conditions are shown in Table 2.

硬質Crめっき条件は第3表に示す。Hard Cr plating conditions are shown in Table 3.

製造工程は粗加工→窒化処理→最表面部を形成するN濃
度の高い化合物層の除去研削加工→脱脂→表面活性処理
→硬質Crめっき→完成加工による。脱脂は弗素系の有
機溶剤による蒸気洗浄、表面活性処理は280メッシュ
のアルミナ砥粒を体積比で30%含む水溶液を使用し空
気圧5kg/cm2でブラスト加工するものである。
The manufacturing process is as follows: roughing process → nitriding process → removal grinding process of compound layer having a high N concentration forming the outermost surface → degreasing → surface activation process → hard Cr plating → finishing process. Degreasing is performed by steam cleaning with a fluorine-based organic solvent, and surface activation is performed by blasting at a pneumatic pressure of 5 kg / cm 2 using an aqueous solution containing 30% by volume of 280 mesh alumina abrasive grains.

(3)結果 上記第1表のテストNO.1〜6について各々10個密着
テストを実施した結果は、第1表に示すとおり、本発明
法であるテストNO.5が最も安定した密着性が得られる
ことがわかる。
(3) Results As shown in Table 1, the results obtained by performing the 10-piece adhesion test for each of the test Nos. 1 to 6 in Table 1 above show that test No. 5 of the present invention shows the most stable adhesion. You can see that you can get it.

以上説明したように本発明によれば、次の効果を奏し、
高耐久性ピストンリングの製造方法として極めて優れる
ものである。
As described above, according to the present invention, the following effects are obtained,
It is an extremely excellent method for producing a highly durable piston ring.

ガス窒化層(厚さが30μm〜ピストンリング厚さの
20%以下)の上に硬質Crめっき層(厚さが50μm
以上、250μm以下)を有するので、高い耐久性が得
られる。
Hard Cr plating layer (thickness 50 μm) on gas nitriding layer (thickness 30 μm to 20% or less of piston ring thickness)
As described above, since it has a thickness of 250 μm or less), high durability can be obtained.

マルテンサイト系鋼材を素材とするため、ピストンリ
ングとしての機能は充分に満足できるとともに、窒化に
より硬い窒化層を得ることができる。
Since a martensitic steel is used as the material, the function as a piston ring can be sufficiently satisfied, and a hard nitrided layer can be obtained by nitriding.

ガス窒化により、硬く耐摩耗性にすぐれた有効窒化層
を厚く形成できる。
By gas nitriding, it is possible to form a thick effective nitriding layer that is hard and has excellent wear resistance.

前述したように、窒化と軟窒化とは異なるもので、窒化
が被処理物に窒素が拡散浸透するのに対し、軟窒化は窒
素と炭素が同時に被処理物に拡散浸透するもので、処理
浴あるいは処理雰囲気が異なる上に、得られる物性も相
違する。ガス窒化に比べて塩浴窒化は、密着性に有害な
N濃度の高い化合物層が厚く生成され、有効な窒化層が
厚くできない。これに対して、ガス窒化は、密着性に有
害なN濃度の高い化合物層の生成は薄く、有効窒化層も
厚く生成でき、かつ耐摩耗性も軟窒化による有効窒化層
に比べて優れている。
As described above, nitriding and soft nitriding are different, and nitriding diffuses and permeates nitrogen into the object to be treated, whereas soft nitriding simultaneously diffuses and permeates nitrogen and carbon into the object to be treated. Alternatively, the treatment atmosphere is different, and the obtained physical properties are also different. Compared with gas nitriding, salt bath nitriding causes a thick compound layer having a high N concentration, which is harmful to adhesion, to be formed thick, and an effective nitriding layer cannot be thickened. On the other hand, in gas nitriding, a compound layer having a high N concentration, which is harmful to adhesion, is thinly formed, an effective nitriding layer can be thickly formed, and wear resistance is excellent as compared with an effective nitriding layer by soft nitriding. .

苛酷な条件に晒されるピストンリングにおいては、窒
化層と硬質Crめっきとの間で高度の密着性を要求され
るが、N濃度の高い化合物層の除去と弗化浴のめっき条
件とによって、ピストンリングが晒される苛酷な条件下
においても充分に満足できる密着性を確保することがで
きる。
A piston ring that is exposed to harsh conditions requires a high degree of adhesion between the nitride layer and the hard Cr plating, but depending on the removal of the compound layer having a high N concentration and the plating conditions of the fluorination bath, the piston ring It is possible to secure sufficiently satisfactory adhesion even under severe conditions where the ring is exposed.

上記化合物層の研削除去作業に際し、この化合物層は
硬いのでその研削除去作業が大変となるが、マルテンサ
イト系鋼材とガス窒化処理を選択したことによって、化
合物層は厚くならないので、研削除去作業が容易で、製
造が容易である。
During the grinding and removing work of the compound layer, the grinding and removing work is difficult because the compound layer is hard, but by selecting the martensitic steel material and the gas nitriding treatment, the grinding and removing work is performed because the compound layer does not become thick. Easy and easy to manufacture.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明により製造したピストンリングの一実施
例を示す断面部分図、第2図は密着テストのためにスリ
ットを設けたピストンリングの平面部分図、第3図は密
着テストの説明図、第4〜6図はピストンリングの密着
テスト後の密着評価良、やや良、不良状態をそれぞれ示
す図である。 1……ピストンリング、2……母材 3……ガス窒化層、4……硬質Crめっき層 5……N濃度の高い化合物層
FIG. 1 is a sectional partial view showing an embodiment of a piston ring manufactured according to the present invention, FIG. 2 is a partial plan view of a piston ring provided with slits for a contact test, and FIG. 3 is an explanatory view of the contact test. FIGS. 4 to 6 are views showing the contact evaluation of the piston ring after the adhesion test are good, slightly good, and poor. 1 ... Piston ring, 2 ... Base material, 3 ... Gas nitriding layer, 4 ... Hard Cr plating layer, 5 ... Compound layer with high N concentration

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】マルテンサイト系鋼材よりなるピストンリ
ングをNH3ガスとN2ガスの混合ガス又はNH3ガス雰
囲気中で500〜600℃に保持して全表面をガス窒化
したのち、少なくとも外周面の窒化層の中の、少なくと
も最表面部を形成するN濃度の高い化合物層を除去し
て、N濃度の高い化合物層が存在しない窒化層を30μ
m以上、ピストンリング厚さの20%以下の厚さで形成
し、この化合物層を除去した窒化層上に弗化浴により硬
質Crめっきを50μm以上、250μm以下施すこと
を特徴とする高耐久性ピストンリングの製造方法。
[Claim 1] After the mixed gas or NH 3 gas atmosphere the entire surface is held at 500 to 600 ° C. in the NH 3 gas and N 2 gas piston rings made of martensitic steel and the nitriding gas, at least the outer peripheral surface Of the nitride layer, the compound layer having a high N concentration forming at least the outermost surface is removed, and the nitride layer having no compound layer having a high N concentration is removed by 30 μm.
m or more and 20% or less of the piston ring thickness, and hard chromium plating is applied to the nitride layer from which this compound layer is removed by a fluoride bath in a thickness of 50 μm or more and 250 μm or less, high durability Piston ring manufacturing method.
JP59027681A 1984-02-16 1984-02-16 Highly durable piston ring manufacturing method Expired - Lifetime JPH0625596B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59027681A JPH0625596B2 (en) 1984-02-16 1984-02-16 Highly durable piston ring manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59027681A JPH0625596B2 (en) 1984-02-16 1984-02-16 Highly durable piston ring manufacturing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS60172773A JPS60172773A (en) 1985-09-06
JPH0625596B2 true JPH0625596B2 (en) 1994-04-06

Family

ID=12227708

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59027681A Expired - Lifetime JPH0625596B2 (en) 1984-02-16 1984-02-16 Highly durable piston ring manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0625596B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101859541B1 (en) * 2017-03-21 2018-05-21 연세대학교 산학협력단 Nitriding method and high damping steel sheet having nitride layer to increase anti-abrasion and anti-oxidation

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2552638B2 (en) * 1987-05-29 1996-11-13 株式会社 リケン piston ring
JPH01307568A (en) * 1988-06-06 1989-12-12 Nippon Piston Ring Co Ltd Piston ring
JP2859339B2 (en) * 1989-12-29 1999-02-17 日本ピストンリング株式会社 Piston ring and method of manufacturing the same
DE102005041408A1 (en) * 2005-09-01 2007-03-08 Mahle International Gmbh Method for producing a piston ring for internal combustion engines and such a piston ring
CN108772503B (en) * 2018-06-12 2019-11-05 常州中车柴油机零部件有限公司 A kind of tooling and its application method for amount heavy in machining piston ring

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS533930A (en) * 1976-06-30 1978-01-14 Kayaba Industry Co Ltd Surface treatment of metallic material
JPS58163653U (en) * 1982-04-27 1983-10-31 日本ピストンリング株式会社 piston ring

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101859541B1 (en) * 2017-03-21 2018-05-21 연세대학교 산학협력단 Nitriding method and high damping steel sheet having nitride layer to increase anti-abrasion and anti-oxidation

Also Published As

Publication number Publication date
JPS60172773A (en) 1985-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20110104631A (en) Colored austenitic stainless steel article and manufacturing method of the same with excellent corrosion resistance and high surface hardness
US4106782A (en) Ceramic coated piston rings
JP2011506762A (en) Method for producing a corrosion resistant surface of a nitrated or nitrocarburized steel member
US4531985A (en) Surface treatment of metal rings
JP6049151B2 (en) Piston ring with anti-wear layer of chrome solid particles and corrosion-resistant flank surface
KR100540962B1 (en) Sliding member and method of manufacturing thereof
US8414710B2 (en) Method for surface treatment of metal material
US6161837A (en) Piston ring with hybrid face coating
JPH0625596B2 (en) Highly durable piston ring manufacturing method
JP2633076B2 (en) Hard austenitic stainless steel screw and its manufacturing method
JP2001065576A (en) Bearing part material
JPS6113064A (en) Piston ring for internal-combustion engine
US4204924A (en) Method of manufacturing rubbing surfaces of cast iron
JPH0518316A (en) Cylinder for internal combustion engine
JP3239610B2 (en) Piston / piston ring assembly
JPS6320299B2 (en)
JPH11343565A (en) Titanium base alloy material having hardened layer on surface and its production
GB2155046A (en) Surface treatment of metal rings
JPS6018663A (en) Combined oil ring
JP2001115177A (en) Sliding member having excellent seizing resistance and method for manufacturing the same
JPS62298648A (en) Sliding member for internal combustion engine
JP2912309B2 (en) Method of manufacturing oil ring body in combination oil ring
JPS641955Y2 (en)
JPH0730347U (en) engine
SU1661227A1 (en) Method of heat treatment of steel parts

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term