JPH0791619B2

JPH0791619B2 - ピストンリング材

Info

Publication number: JPH0791619B2
Application number: JP61286962A
Authority: JP
Inventors: 充大場; 憲中村; 勤田辺; 敦熊谷
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1986-12-02
Filing date: 1986-12-02
Publication date: 1995-10-04
Anticipated expiration: 2010-10-04
Also published as: JPS63140067A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、内燃機関に用いられるピストンリング材に関
するものである。

〔従来の技術〕

近年内燃機関は高出力高速化の一途をたどり、益々その
高性能化が要求され、加えて排ガス対策をも具備しなけ
ればならず、内燃機関の馬力低下、燃費増という諸問題
への対策の必要性が増大してきている。

従来、内燃機関用ピストンリングとしては、鋳鉄製ピス
トンリングが用いられていたが、ピストンリング軸方向
に薄いものが製造しにくく、比較的断面積の大きな重量
のあるものになり、このため慣性が大きくなってフラッ
タリング現象を発生し易くなるという問題点がある。ま
た、鋳鉄製ピストンリングは、耐摩耗性や耐熱性が不足
し、排ガス対策に有利なようにピストンの頂点に近い位
置に取り付けることができず、かつ、ピストンリング間
隔を小さくできないため、ピストンの重量が重くなり、
高出力、高速化ができないという難点があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

最近、これらの問題を解決すべく、種々のスチールピス
トンリング材が開発、使用されている。

スチールピストンリングにおいては、線材よりリング状
に巻取り加工を行ない、切断して所定のピストンリング
形状にするものであり、したがって、素材の加工性が重
要となる。特に巻取り加工の際には、折損や巻径のバラ
ツキが起らないように十分な伸び、しかも均一伸びが必
要である。更に近時ピストンリングはエンジンの高速化
に適応させるため、断面形状を異形形状とする場合があ
る。かかる点からも良好な加工性を具備することが必要
である。

従来のスチールピストンリング材は、積極的に加工性を
改善しようとするものでなく、前述の如く耐摩耗性、耐
熱性等の改善を目的として開発されたものがほとんどで
ある。

本発明は、特に加工性の良好なピストンリング材の提供
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもの
で、その第１発明は重量％で、C0.3〜0.5％未満,Si0.3
〜1.2％,Mn0.3〜1.0％,Cr0.3〜1.0％，残部Feおよび不
可避的不純物よりなることを特徴とするピストンリング
材、その第２発明は、前記第１の発明に係るピストンリ
ング材に更にAl0.3〜2.0％を含有させたピストンリング
材、その第３発明は、前記第１の発明にW,V,Nbの１種又
は２種以上を2.5％以下含有させたピストンリング材、
その第４発明は、前記第１の発明にAl0.3〜2.0％および
Mo,W,V,Nbの１種又は２種以上を2.5％以下含有させたピ
ストンリング材である。

次に本発明ピストンリング材の成分限定理由について述
べる。

Ｃは、ピストンリグ材に必要な硬さおよび強度を与える
重要な元素であるとともに微細な硬質Cr炭化物を形成す
ることにより耐摩耗性の向上に寄与する。これらの効果
を得るためには、少なくとも0.3％以上必要である。し
かし、0.5％以上となると靭性およびリングに成形する
際の加工性を害し、本発明の目的を達成することができ
なくなるので0.5％未満とした。

Siは脱酸剤として添加されるものであるが、Crと同様高
温における耐熱ヘタリ性を付与する元素である。このた
めには、0.3％以上添加する必要がある。しかし、1.2％
を越えると加工性を害するとともに靭性も低下してくる
ため上限を1.2％とした。

MnはSiと同様脱酸剤として添加され、また強度を増す元
素である。脱酸剤としては、通常0.3％以上必要である
が、1.0％より多くなると熱増加工性やリング成形時の
例間加工性を害するため上限を1.0％とした。

Crは基地に固溶して耐熱性や耐熱ヘタリ性を付与すると
ともに耐食性も向上させる。また一部は炭化物を形成
し、耐焼付性、耐摩耗性を与える重要な元素である。更
に、本発明ピストンリング材は、実際の使用に際して
は、窒化処理を施して使用するが、この際Crは窒化層の
形成を助ける役割も果たす。以上の効果を得るために
は、最低0.3％以上含有させる必要があり、一方、1.0％
を越えて含有させると、本発明の主目的である十分な加
工性を得難くなるし、窒化深さも浅くなるので上限を1.
0％とする。

Alは、窒化処理においてピストンリングの表層部に硬質
の窒化層を形成させるために含有させるが、0.3％未満
では十分な効果がなく、また2.0％を越えると酸化物系
の介在物が著しく増加し、疲労強度が低下する。よって
0.3〜2.0％と限定した。

W,V,Nbは、いずれも焼戻し軟化抵抗および高温強度を増
大させるとともに、特にV,Nbは窒化処理によって硬質の
窒化物を形成し、表面硬さを向上させる効果をも有す
る。しかし、2.5％を越えて添加すると、硬質の炭化物
の量を増し、疲労強度低下の原因になるとともに高価な
元素でもあるため、含有せしめる場合は2.5％以下に限
定する。

本発明ピストンリング材は、比較的低合金であるので加
工性が良好で、容易にリング状に巻取り加工が行なえ、
第２発明ないし第４発明ではさらに窒化特性も優れてい
るので、ピストンリングとして十分な表面かたさを保有
させることができるものである。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づき説明する。

第１表に本発明ピストンリング材と従来のピストンリン
グ材の化学組成を示す。

記号Ａ〜Ｆには、本発明ピストンリング材、記号Ｇは特
願昭58−37825号に開示されたピストンリング材、記号
Ｈは鋳鉄製のピストンリング材である。

第２表に本発明ピストンリング材と従来製ピストンリン
グ材の特性を示す。

張力減退度は、５φ×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℃×１時間
加熱後、自然にもど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張
力減退が少ないことを示す。第２表においては、鋳鉄製
リングの減少率を１とし、それに対する各鋼種の減少率
の比を表してある。

第２表からわかるように、本発明ピストンリング材は従
来からピストンリング材に比べ、均一伸びが高く、優れ
た加工性を示すことがわかる。

第３表に、本発明ピストンリング材（記号Ａ〜Ｆ）およ
び従来のピストンリング材（記号Ｇ）の窒化処理後の窒
化層最高硬さを示す。

なお、記号Ａ〜Ｇともに熱処理で硬さをH_RC41程度に調
整し、アンモニア分解ガス雰囲気中で540〜560℃10hrの
条件でガス窒化処理をした。

第３表に示される通り、本発明ピストンリング材は、従
来ピストンリング材と同等以上の窒化層最高硬さを有
し、ピストンリングとして十分な耐摩耗性を具備するも
のである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明ピストンリング材は、その
製造過程において、特に重要である加工性に優れ、かつ
ピストンリングとして要求させる諸特性についても十分
な効果を有するものであり工業上非常に有益である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％でC0.3〜0.5％未満,Si0.3〜1.2％,M
n0.3〜1.0％,Cr0.3〜1.0％，残部Feおよび不可避的不純
物よりなることを特徴とするピストンリング材。
【請求項２】重量％でC0.3〜0.5％未満,Si0.3〜1.2％,M
n0.3〜1.0％,Cr0.3〜1.0％,Al0.3〜2.0％，残部Feおよ
び不可避的不純物よりなることを特徴とするピストンリ
ング材。
【請求項３】重量％でC0.3〜0.5％未満,Si0.3〜1.2％,M
n0.3〜1.0％,Cr0.3〜1.0％，およびW,V,Nbの１種又は２
種以上を2.5％以下、残部Feおよび不可避的不純物より
なることを特徴とするピストンリング材。
【請求項４】重量％でC0.3〜0.5％未満,Si0.3〜1.2％,M
n0.3〜1.0％,Cr0.3〜1.0％,Al0.3〜2.0％，およびW,V,N
bの１種又は２種以上を2.5％以下、残部Feおよび不可避
的不純物よりなることを特徴とするピストンリング材。