JPH11279719A - 高温耐摩耗性および熱伝導性のすぐれた遊離黒鉛析出鉄系焼結材料製ピストンリング耐摩環 - Google Patents
高温耐摩耗性および熱伝導性のすぐれた遊離黒鉛析出鉄系焼結材料製ピストンリング耐摩環Info
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- JPH11279719A JPH11279719A JP7944898A JP7944898A JPH11279719A JP H11279719 A JPH11279719 A JP H11279719A JP 7944898 A JP7944898 A JP 7944898A JP 7944898 A JP7944898 A JP 7944898A JP H11279719 A JPH11279719 A JP H11279719A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高温耐摩耗性および熱伝導性にすぐれ、かつ
相手攻撃性の小さい遊離黒鉛析出鉄系焼結材料製ピスト
ンリング耐摩環を提供する。 【解決手段】 ピストンリング耐摩環を、重量％で、Ｃ
ｒ：０．５〜５％、Ｍｎ：０．２〜１％、Ｓ：０．０５
〜１％、Ｂ：０．０５〜１％、Ｃ：０．５〜５％、Ｎ
ｉ：１０〜２０％、Ｃｕ：８．５〜２０％、を含有し、
さらに必要に応じてＭｏ：０．１〜２％、を含有し、残
りがＦｅと不可避不純物からなる組成、並びにオーステ
ナイト相の素地に分散分布する気孔内には析出成長した
遊離黒鉛が存在する組織を有する遊離黒鉛析出鉄系焼結
材料で構成する。
相手攻撃性の小さい遊離黒鉛析出鉄系焼結材料製ピスト
ンリング耐摩環を提供する。 【解決手段】 ピストンリング耐摩環を、重量％で、Ｃ
ｒ：０．５〜５％、Ｍｎ：０．２〜１％、Ｓ：０．０５
〜１％、Ｂ：０．０５〜１％、Ｃ：０．５〜５％、Ｎ
ｉ：１０〜２０％、Ｃｕ：８．５〜２０％、を含有し、
さらに必要に応じてＭｏ：０．１〜２％、を含有し、残
りがＦｅと不可避不純物からなる組成、並びにオーステ
ナイト相の素地に分散分布する気孔内には析出成長した
遊離黒鉛が存在する組織を有する遊離黒鉛析出鉄系焼結
材料で構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、すぐれた高温耐
摩耗性および熱伝導性を有し、かつ相手攻撃性（ピスト
ンリング攻撃性）の小さい遊離黒鉛析出鉄系焼結材料製
ピストンリング耐摩環に関するものである。
摩耗性および熱伝導性を有し、かつ相手攻撃性（ピスト
ンリング攻撃性）の小さい遊離黒鉛析出鉄系焼結材料製
ピストンリング耐摩環に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば特公昭５７−３２７４３号
公報に記載されるように、例えばトラック・バス用ディ
ーゼルエンジンのピストンが、図１（ａ）の概略縦断面
図および同（ｂ）の要部縦断面図で示される構造を有
し、かつ図示される通りトップランド部直下のトップリ
ング溝にはピストンリング耐摩環がピストン鋳物本体の
鋳造時に鋳ぐるまれて設けられた構造をもつことは良く
知られるところである。また、ピストン鋳物本体が、主
としてＳｉ：８〜１３重量％を含有したＡｌ−Ｓｉ系合
金で構成され、さらに上記ピストンリング耐摩環には、
良好な耐摩耗性と相手攻撃性の低いＦｅ−Ｎｉ−Ｃｕ系
焼結材料（組成：Ｆｅ−８〜２５％Ｎｉ−３．５〜１０
％Ｃｕ−２．０％以下Ｃ）や、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｃｒ系オー
ステナイト鋳鉄であるニレジスト鋳鉄（組成：Ｆｅ−
１．５〜３．５％Ｃｒ−０．８〜１．５％Ｍｎ−３％以
下Ｃ−１３〜２２％Ｎｉ−８％以下Ｃｕ−１．０〜２．
８％Ｓｉ、以上重量％、以下％は重量％を示す）などが
広く用いられていることも良く知られるところである。
公報に記載されるように、例えばトラック・バス用ディ
ーゼルエンジンのピストンが、図１（ａ）の概略縦断面
図および同（ｂ）の要部縦断面図で示される構造を有
し、かつ図示される通りトップランド部直下のトップリ
ング溝にはピストンリング耐摩環がピストン鋳物本体の
鋳造時に鋳ぐるまれて設けられた構造をもつことは良く
知られるところである。また、ピストン鋳物本体が、主
としてＳｉ：８〜１３重量％を含有したＡｌ−Ｓｉ系合
金で構成され、さらに上記ピストンリング耐摩環には、
良好な耐摩耗性と相手攻撃性の低いＦｅ−Ｎｉ−Ｃｕ系
焼結材料（組成：Ｆｅ−８〜２５％Ｎｉ−３．５〜１０
％Ｃｕ−２．０％以下Ｃ）や、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｃｒ系オー
ステナイト鋳鉄であるニレジスト鋳鉄（組成：Ｆｅ−
１．５〜３．５％Ｃｒ−０．８〜１．５％Ｍｎ−３％以
下Ｃ−１３〜２２％Ｎｉ−８％以下Ｃｕ−１．０〜２．
８％Ｓｉ、以上重量％、以下％は重量％を示す）などが
広く用いられていることも良く知られるところである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、自動車に対する
排気ガス規制は年々厳しさを増す傾向にあり、この対応
手段の１つとして、トラック・バス用ディーゼルエンジ
ンでは、ピストンのトップランド部直下のトップリング
溝の位置を上方へ移動させてトップランド部外周面、ト
ップリング上面、およびシリンダー内周面で形成される
空隙の容量を小さくし、もって未燃焼のまま大気に排出
されてしまう前記空隙部分のガス量を少なくする試みも
なされているが、このようにトップリング溝の位置を上
方へ移動すると、トップリング溝の温度が急激に高くな
り、この結果ピストンリング耐摩環が上記のＦｅ−Ｎｉ
−Ｃｕ系焼結材料やニレジスト鋳鉄で構成されていて
も、これの摩耗進行の急速な進行は避けられず、この摩
耗現象は近年のエンジンの高出力化および大型化に伴っ
て一段と加速され、この摩耗部分からガス漏れが発生す
るようになるのが現状である。
排気ガス規制は年々厳しさを増す傾向にあり、この対応
手段の１つとして、トラック・バス用ディーゼルエンジ
ンでは、ピストンのトップランド部直下のトップリング
溝の位置を上方へ移動させてトップランド部外周面、ト
ップリング上面、およびシリンダー内周面で形成される
空隙の容量を小さくし、もって未燃焼のまま大気に排出
されてしまう前記空隙部分のガス量を少なくする試みも
なされているが、このようにトップリング溝の位置を上
方へ移動すると、トップリング溝の温度が急激に高くな
り、この結果ピストンリング耐摩環が上記のＦｅ−Ｎｉ
−Ｃｕ系焼結材料やニレジスト鋳鉄で構成されていて
も、これの摩耗進行の急速な進行は避けられず、この摩
耗現象は近年のエンジンの高出力化および大型化に伴っ
て一段と加速され、この摩耗部分からガス漏れが発生す
るようになるのが現状である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、ピストンにおけるトップリング
溝の上方位置移動を可能にするピストンリング耐摩環を
開発すべく研究を行った結果、原料粉末として、基本的
にＦｅに、合金成分としてＳ（硫黄）成分、あるいはＮ
ｉおよびＳ成分、さらにＣｒ、Ｍｎ、およびＳ成分、必
要に応じてＭｏ成分をそれぞれ所定量含有させてなるア
トマイズＦｅ合金粉末と、六方晶窒化ほう素（以下、ｈ
−ＢＮで示す）粉末および／またはほう酸粉末を用い、
さらにＮｉ粉末、Ｍｏ粉末、Ｍｎ粉末、Ｃｕ粉末、Ｓ
（硫黄）粉末、および黒鉛粉末を用い、これら原料粉末
を所定の配合組成に配合し、通常の条件で混合し、圧粉
体にプレス成形した状態で、前記圧粉体を、還元性雰囲
気中、相対的に高い焼結温度となる１１００〜１２５０
℃の範囲内の所定温度に加熱し、所定時間保持後、相対
的に遅い冷却速度、望ましくは４０℃／分以下の冷却速
度で、少なくとも６００℃まで冷却の条件で焼結して、 Ｃｒ：０．５〜５％、 Ｍｎ：０．２〜１％、 Ｓ ：０．０５〜１％、 Ｂ ：０．０５〜１％、 Ｃ ：０．５〜５％、 Ｎｉ：１０〜２０％、 Ｃｕ：８．５〜２０％、 を含有し、さらに必要に応じて、 Ｍｏ：０．１〜２％、 を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成を有
し、かつ望ましくは６．０〜７．２ｇ／ｃｍ3 の密度、
さらに言い換えれば８０〜９５％の理論密度比をもった
鉄系焼結材料を形成すると、この鉄系焼結材料において
は、前記焼結温度で、素地を形成する上記Ｆｅ合金粉末
にＣ成分（黒鉛粉末）が固溶し、この固溶したＣ成分が
上記ｈ−ＢＮ粉末およびほう酸粉末のＢ成分と前記Ｆｅ
合金粉末中に固溶のＳ成分の共働作用で、冷却過程で気
孔内に遊離黒鉛として析出し、成長して、すぐれた耐焼
付性と高温潤滑性を示すようになり、したがって前記鉄
系焼結材料からなるピストンリング耐摩環は、前記気孔
内に析出して成長した遊離黒鉛と、Ｎｉ、Ｃｒ，および
Ｍｎ成分、さらに必要に応じてＭｏ成分が固溶して形成
された耐熱性のすぐれたオーステナイト相からなる素地
とによって、低い相手攻撃性で、かつすぐれた高温耐摩
耗性を発揮し、さらにＣｕ成分の含有によってすぐれた
熱伝導性をもつようになり、この結果ピストンにおける
トップリング溝の上方位置移動が可能になるという研究
結果を得たのである。
上述のような観点から、ピストンにおけるトップリング
溝の上方位置移動を可能にするピストンリング耐摩環を
開発すべく研究を行った結果、原料粉末として、基本的
にＦｅに、合金成分としてＳ（硫黄）成分、あるいはＮ
ｉおよびＳ成分、さらにＣｒ、Ｍｎ、およびＳ成分、必
要に応じてＭｏ成分をそれぞれ所定量含有させてなるア
トマイズＦｅ合金粉末と、六方晶窒化ほう素（以下、ｈ
−ＢＮで示す）粉末および／またはほう酸粉末を用い、
さらにＮｉ粉末、Ｍｏ粉末、Ｍｎ粉末、Ｃｕ粉末、Ｓ
（硫黄）粉末、および黒鉛粉末を用い、これら原料粉末
を所定の配合組成に配合し、通常の条件で混合し、圧粉
体にプレス成形した状態で、前記圧粉体を、還元性雰囲
気中、相対的に高い焼結温度となる１１００〜１２５０
℃の範囲内の所定温度に加熱し、所定時間保持後、相対
的に遅い冷却速度、望ましくは４０℃／分以下の冷却速
度で、少なくとも６００℃まで冷却の条件で焼結して、 Ｃｒ：０．５〜５％、 Ｍｎ：０．２〜１％、 Ｓ ：０．０５〜１％、 Ｂ ：０．０５〜１％、 Ｃ ：０．５〜５％、 Ｎｉ：１０〜２０％、 Ｃｕ：８．５〜２０％、 を含有し、さらに必要に応じて、 Ｍｏ：０．１〜２％、 を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成を有
し、かつ望ましくは６．０〜７．２ｇ／ｃｍ3 の密度、
さらに言い換えれば８０〜９５％の理論密度比をもった
鉄系焼結材料を形成すると、この鉄系焼結材料において
は、前記焼結温度で、素地を形成する上記Ｆｅ合金粉末
にＣ成分（黒鉛粉末）が固溶し、この固溶したＣ成分が
上記ｈ−ＢＮ粉末およびほう酸粉末のＢ成分と前記Ｆｅ
合金粉末中に固溶のＳ成分の共働作用で、冷却過程で気
孔内に遊離黒鉛として析出し、成長して、すぐれた耐焼
付性と高温潤滑性を示すようになり、したがって前記鉄
系焼結材料からなるピストンリング耐摩環は、前記気孔
内に析出して成長した遊離黒鉛と、Ｎｉ、Ｃｒ，および
Ｍｎ成分、さらに必要に応じてＭｏ成分が固溶して形成
された耐熱性のすぐれたオーステナイト相からなる素地
とによって、低い相手攻撃性で、かつすぐれた高温耐摩
耗性を発揮し、さらにＣｕ成分の含有によってすぐれた
熱伝導性をもつようになり、この結果ピストンにおける
トップリング溝の上方位置移動が可能になるという研究
結果を得たのである。
【０００５】この発明は、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、 Ｃｒ：０．５〜５％、 Ｍｎ：０．２〜１％、 Ｓ ：０．０５〜１％、 Ｂ ：０．０５〜１％、 Ｃ ：０．５〜５％、 Ｎｉ：１０〜２０％、 Ｃｕ：８．５〜２０％、 を含有し、さらに必要に応じて、 Ｍｏ：０．１〜２％、 を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成、並
びにオーステナイト相の素地に分散分布する気孔内には
析出成長した遊離黒鉛が存在する組織を有する遊離黒鉛
析出鉄系焼結材料で構成してなる、相手攻撃性が小さ
く、かつ高温耐摩耗性および熱伝導性のすぐれた遊離黒
鉛析出鉄系焼結材料製ピストンリング耐摩環に特徴を有
するものである。
されたものであって、 Ｃｒ：０．５〜５％、 Ｍｎ：０．２〜１％、 Ｓ ：０．０５〜１％、 Ｂ ：０．０５〜１％、 Ｃ ：０．５〜５％、 Ｎｉ：１０〜２０％、 Ｃｕ：８．５〜２０％、 を含有し、さらに必要に応じて、 Ｍｏ：０．１〜２％、 を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成、並
びにオーステナイト相の素地に分散分布する気孔内には
析出成長した遊離黒鉛が存在する組織を有する遊離黒鉛
析出鉄系焼結材料で構成してなる、相手攻撃性が小さ
く、かつ高温耐摩耗性および熱伝導性のすぐれた遊離黒
鉛析出鉄系焼結材料製ピストンリング耐摩環に特徴を有
するものである。
【０００６】つぎに、この発明のピストンリング耐摩環
において、これを構成する遊離黒鉛析出鉄系焼結材料の
成分組成を上記の通りに限定した理由を説明する。 （ａ）Ｃｒ Ｃｒ成分は、オーステナイト相の素地に固溶して、これ
の耐熱性を向上させ、もってピストンリング耐摩環の高
温耐摩耗性向上に寄与する作用をもつが、その含有量が
０．５％未満では前記作用に所望の向上効果が得られ
ず、一方その含有量が５％を越えると、Ｂ成分およびＳ
成分による黒鉛の析出および成長作用が抑制されるよう
になることから、その含有量を０．５〜５％、望ましく
は１〜３％と定めた。
において、これを構成する遊離黒鉛析出鉄系焼結材料の
成分組成を上記の通りに限定した理由を説明する。 （ａ）Ｃｒ Ｃｒ成分は、オーステナイト相の素地に固溶して、これ
の耐熱性を向上させ、もってピストンリング耐摩環の高
温耐摩耗性向上に寄与する作用をもつが、その含有量が
０．５％未満では前記作用に所望の向上効果が得られ
ず、一方その含有量が５％を越えると、Ｂ成分およびＳ
成分による黒鉛の析出および成長作用が抑制されるよう
になることから、その含有量を０．５〜５％、望ましく
は１〜３％と定めた。
【０００７】（ｂ）Ｍｎ Ｍｎ成分は、素地に固溶して強度を向上させる作用をも
つが、その含有量が０．２％未満では所望の強度向上効
果が得られず、一方その含有量が１％を越えると、Ｂ成
分およびＳ成分による黒鉛化が著しく阻害されるように
なることから、その含有量を０．２〜１％、望ましくは
０．４〜０．８％と定めた。
つが、その含有量が０．２％未満では所望の強度向上効
果が得られず、一方その含有量が１％を越えると、Ｂ成
分およびＳ成分による黒鉛化が著しく阻害されるように
なることから、その含有量を０．２〜１％、望ましくは
０．４〜０．８％と定めた。
【０００８】（ｃ）ＳおよびＢ これらの成分は、共働作用により固溶した黒鉛を冷却過
程で微細な遊離黒鉛として主に気孔内に積極的に析出さ
せ、成長させる作用をもち、このような黒鉛化作用は、
Ｓ成分については、原則として予めＦｅ、Ｆｅ−Ｎｉ合
金やＦｅ−Ｎｉ−Ｍｏ合金、さらにＦｅ−Ｃｒ−Ｍｎ合
金やＦｅ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｍｏ合金にそれぞれ所定量のＳ
成分を含有させた溶湯をアトマイズして形成したＦｅ合
金粉末を用い、また、Ｂ成分については、ほう素源とし
てｈ−ＢＮ粉末およびほう酸粉末をそれぞれ原料粉末と
して用いることにより一段と促進されるものであるが、
その含有量が、ＳおよびＢ成分のいずれかでも０．０５
％未満になると、所望の黒鉛化を図ることができず、こ
の結果耐焼付性および高温潤滑性の向上、すなわち高温
耐摩耗性の向上が不十分となるばかりでなく、硬質のセ
メンタイト（Ｆｅ3Ｃ）が析出するようになって、相手
攻撃性（ピストンリング攻撃性）が増大するようにな
り、一方その含有量が、ＳおよびＢ成分のいずれかでも
１％を越えると、焼結性が低下し、所望の強度を確保す
ることができなくなることから、その含有量を、それぞ
れＳ：０．０５〜１％、望ましくは０．１〜０．５％、
Ｂ：０．０５〜１％、望ましくは０．１〜０．５％と定
めた。
程で微細な遊離黒鉛として主に気孔内に積極的に析出さ
せ、成長させる作用をもち、このような黒鉛化作用は、
Ｓ成分については、原則として予めＦｅ、Ｆｅ−Ｎｉ合
金やＦｅ−Ｎｉ−Ｍｏ合金、さらにＦｅ−Ｃｒ−Ｍｎ合
金やＦｅ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｍｏ合金にそれぞれ所定量のＳ
成分を含有させた溶湯をアトマイズして形成したＦｅ合
金粉末を用い、また、Ｂ成分については、ほう素源とし
てｈ−ＢＮ粉末およびほう酸粉末をそれぞれ原料粉末と
して用いることにより一段と促進されるものであるが、
その含有量が、ＳおよびＢ成分のいずれかでも０．０５
％未満になると、所望の黒鉛化を図ることができず、こ
の結果耐焼付性および高温潤滑性の向上、すなわち高温
耐摩耗性の向上が不十分となるばかりでなく、硬質のセ
メンタイト（Ｆｅ3Ｃ）が析出するようになって、相手
攻撃性（ピストンリング攻撃性）が増大するようにな
り、一方その含有量が、ＳおよびＢ成分のいずれかでも
１％を越えると、焼結性が低下し、所望の強度を確保す
ることができなくなることから、その含有量を、それぞ
れＳ：０．０５〜１％、望ましくは０．１〜０．５％、
Ｂ：０．０５〜１％、望ましくは０．１〜０．５％と定
めた。
【０００９】（ｄ）Ｃ Ｃ成分は、素地に固溶して強度を向上させるほか、上記
の通り遊離黒鉛として気孔中に析出して耐焼付性および
高温潤滑性を向上させ、もって高温耐摩耗性の向上に寄
与すると共に、相手攻撃性を緩和する作用をもつが、そ
の含有量が０．５％未満では前記作用に所望の向上効果
が得られず、一方その含有量が５％を越えると、強度に
急激な低下傾向が現れるようになることから、その含有
量を０．５〜５％、望ましくは１〜３％と定めた。
の通り遊離黒鉛として気孔中に析出して耐焼付性および
高温潤滑性を向上させ、もって高温耐摩耗性の向上に寄
与すると共に、相手攻撃性を緩和する作用をもつが、そ
の含有量が０．５％未満では前記作用に所望の向上効果
が得られず、一方その含有量が５％を越えると、強度に
急激な低下傾向が現れるようになることから、その含有
量を０．５〜５％、望ましくは１〜３％と定めた。
【００１０】（ｅ）Ｎｉ Ｎｉ成分は、素地に固溶してオーステナイト相を形成
し、かつ上記の通りＣｒ成分との共存固溶によってオー
ステナイト相の耐熱性を一段と向上させ、もって高温耐
摩耗性を著しく向上させる作用をもつが、その含有量が
１０％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方
その含有量が２０％を越えると強度が急激に低下するよ
うになることから、その含有量を１０〜２０％、望まし
くは１２〜１８％と定めた。
し、かつ上記の通りＣｒ成分との共存固溶によってオー
ステナイト相の耐熱性を一段と向上させ、もって高温耐
摩耗性を著しく向上させる作用をもつが、その含有量が
１０％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方
その含有量が２０％を越えると強度が急激に低下するよ
うになることから、その含有量を１０〜２０％、望まし
くは１２〜１８％と定めた。
【００１１】（ｆ）Ｃｕ Ｃｕ成分は、液相焼結による強度向上のほか、熱伝導性
を一段と向上させ、かつ相手攻撃性を緩和する作用をも
つが、その含有量が８．５％未満では前記作用に所望の
効果が得られず、一方その含有量が２０％を越えると、
硬さが急激に低下し、耐摩耗性が低下するようになるこ
とから、その含有量を８．５〜２０％、望ましくは１２
〜１８％と定めた。
を一段と向上させ、かつ相手攻撃性を緩和する作用をも
つが、その含有量が８．５％未満では前記作用に所望の
効果が得られず、一方その含有量が２０％を越えると、
硬さが急激に低下し、耐摩耗性が低下するようになるこ
とから、その含有量を８．５〜２０％、望ましくは１２
〜１８％と定めた。
【００１２】（ｇ）Ｍｏ Ｍｏ成分は、素地に固溶して強度を向上させる作用をも
つので、必要に応じて含有されるが、その含有量が０．
１％未満では所望の強度向上効果が得られず、一方その
含有量が２％を越えると、原料粉末（混合粉末）のプレ
ス成形性（圧縮性）が低下し、この結果焼結材料の密度
が６．０ｇ／ｃｍ3 未満となってしまい、望ましい密度
である６．０〜７．２ｇ／ｃｍ3 の密度が得られず、所
望の強度を確保することができなくなることから、その
含有量を０．１〜２％、望ましくは０．５〜１．５％と
定めた。
つので、必要に応じて含有されるが、その含有量が０．
１％未満では所望の強度向上効果が得られず、一方その
含有量が２％を越えると、原料粉末（混合粉末）のプレ
ス成形性（圧縮性）が低下し、この結果焼結材料の密度
が６．０ｇ／ｃｍ3 未満となってしまい、望ましい密度
である６．０〜７．２ｇ／ｃｍ3 の密度が得られず、所
望の強度を確保することができなくなることから、その
含有量を０．１〜２％、望ましくは０．５〜１．５％と
定めた。
【００１３】
【発明の実施の形態】この発明のピストンリング耐摩環
を実施例により具体的に説明する。原料粉末として、い
ずれも１０〜１５０μｍの範囲内の所定の平均粒径を有
するアトマイズＦｅ−Ｓ合金粉末（Ｓ：０．３０％含
有）、アトマイズＦｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｓ合金粉末（Ｎ
ｉ：４．１％、Ｍｏ：１．５％、Ｓ：０．１１％含
有）、アトマイズＦｅ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｓ合金粉末（Ｃ
ｒ：２．１％、Ｍｎ：０．７１％、Ｓ：０．２２％含
有）、Ｎｉ粉末、Ｍｏ粉末、Ｍｎ粉末、Ｃｕ粉末、Ｓ
（硫黄）粉末、黒鉛粉末、ｃ−ＢＮ粉末、およびほう酸
粉末を用意し、これら原料粉末を所定の配合組成に配合
し、潤滑材としてステアリン酸亜鉛を０．７％添加して
Ｖ型ミキサーにて３０分間混合し、６ｔｏｎ／ｃｍ2 の
圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体をアンモニア
分解ガス雰囲気中、温度：１１４０℃に１時間保持した
後、３５℃／分の冷却速度で５５０℃まで徐冷後放冷の
条件で焼結することにより表１、２に示される成分組成
を有し、かつ外径：１２０ｍｍ×内径：１０２ｍｍ×厚
さ：７ｍｍの寸法をもった本発明ピストンリング耐摩環
（以下、本発明耐摩環と云う）１〜２７をそれぞれ製造
した。上記本発明耐摩環１〜２７は、いずれも６．２〜
７．１ｇ／ｃｍ3 の範囲内の密度を有し、素地がオース
テナイト相からなり、かつ素地に分散分布する気孔内に
遊離黒鉛が析出した光学顕微鏡組織観察結果を示した。
また、比較の目的で、通常の高周波溶解炉にて、同じく
表２に示される成分組成をもったニレジスト鋳鉄の溶湯
を調製し、これをシェルモールド鋳型に鋳造して、同じ
寸法をもった従来ピストンリング耐摩環（以下、従来耐
摩環と云う）を製造した。
を実施例により具体的に説明する。原料粉末として、い
ずれも１０〜１５０μｍの範囲内の所定の平均粒径を有
するアトマイズＦｅ−Ｓ合金粉末（Ｓ：０．３０％含
有）、アトマイズＦｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｓ合金粉末（Ｎ
ｉ：４．１％、Ｍｏ：１．５％、Ｓ：０．１１％含
有）、アトマイズＦｅ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｓ合金粉末（Ｃ
ｒ：２．１％、Ｍｎ：０．７１％、Ｓ：０．２２％含
有）、Ｎｉ粉末、Ｍｏ粉末、Ｍｎ粉末、Ｃｕ粉末、Ｓ
（硫黄）粉末、黒鉛粉末、ｃ−ＢＮ粉末、およびほう酸
粉末を用意し、これら原料粉末を所定の配合組成に配合
し、潤滑材としてステアリン酸亜鉛を０．７％添加して
Ｖ型ミキサーにて３０分間混合し、６ｔｏｎ／ｃｍ2 の
圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体をアンモニア
分解ガス雰囲気中、温度：１１４０℃に１時間保持した
後、３５℃／分の冷却速度で５５０℃まで徐冷後放冷の
条件で焼結することにより表１、２に示される成分組成
を有し、かつ外径：１２０ｍｍ×内径：１０２ｍｍ×厚
さ：７ｍｍの寸法をもった本発明ピストンリング耐摩環
（以下、本発明耐摩環と云う）１〜２７をそれぞれ製造
した。上記本発明耐摩環１〜２７は、いずれも６．２〜
７．１ｇ／ｃｍ3 の範囲内の密度を有し、素地がオース
テナイト相からなり、かつ素地に分散分布する気孔内に
遊離黒鉛が析出した光学顕微鏡組織観察結果を示した。
また、比較の目的で、通常の高周波溶解炉にて、同じく
表２に示される成分組成をもったニレジスト鋳鉄の溶湯
を調製し、これをシェルモールド鋳型に鋳造して、同じ
寸法をもった従来ピストンリング耐摩環（以下、従来耐
摩環と云う）を製造した。
【００１４】ついで、上記の各種耐摩環を、通常の条件
で前処理、すなわち脱脂、乾燥、および温度：７００℃
の後述の鋳造Ａｌ−Ｓｉ系合金溶湯と同じ組成をもった
Ａｌ−Ｓｉ系合金溶湯中に５分間浸漬の前処理を施した
状態で、それぞれ精密鋳造金型内に設置し、これにＡｌ
−１２．４％Ｓｉ−１．１２％Ｃｕ−０．９６％Ｍｇ−
１．０６％Ｎｉの組成をもったＡｌ−Ｓｉ系合金溶湯を
鋳造してピストン本体を形成すると共に、前記耐摩環を
鋳包み、ついで前記耐摩環の外周面に沿って切削加工に
て溝深さ：７ｍｍ×溝幅：３ｍｍの寸法のトップリング
溝を形成することにより、トップランド部上面とトップ
リング溝上面間の距離を５ｍｍ（この種のピストンで従
来採用されている前記距離は通常１５ｍｍ）としたトッ
プリング溝上方位置移動のＡｌ−Ｓｉ系合金製ピストン
をそれぞれ製造した。
で前処理、すなわち脱脂、乾燥、および温度：７００℃
の後述の鋳造Ａｌ−Ｓｉ系合金溶湯と同じ組成をもった
Ａｌ−Ｓｉ系合金溶湯中に５分間浸漬の前処理を施した
状態で、それぞれ精密鋳造金型内に設置し、これにＡｌ
−１２．４％Ｓｉ−１．１２％Ｃｕ−０．９６％Ｍｇ−
１．０６％Ｎｉの組成をもったＡｌ−Ｓｉ系合金溶湯を
鋳造してピストン本体を形成すると共に、前記耐摩環を
鋳包み、ついで前記耐摩環の外周面に沿って切削加工に
て溝深さ：７ｍｍ×溝幅：３ｍｍの寸法のトップリング
溝を形成することにより、トップランド部上面とトップ
リング溝上面間の距離を５ｍｍ（この種のピストンで従
来採用されている前記距離は通常１５ｍｍ）としたトッ
プリング溝上方位置移動のＡｌ−Ｓｉ系合金製ピストン
をそれぞれ製造した。
【００１５】さらに、これらのピストンを、排気量：８
２００ｃｃの直列６気筒直噴ディーゼルエンジンに組み
込み、回転数：３５００ｒｐｍ、エンジンの冷却温度：
９５℃、運転モード：５００時間連続運転、負荷：フル
出力の条件で加速運転試験を行ない、試験後の耐摩環の
トップリング溝における外周面の最大溝幅を測定するこ
とにより高温耐摩耗性を評価し、また上記トップリング
溝に嵌合されたピストンリング（Ｆｅ−２．７％Ｓｉ−
３．５％Ｃの組成をもった球状黒鉛鋳鉄製でＣｒメッキ
したもの）の上下面における最大摩耗深さを測定するこ
とにより相手攻撃性を評価した。これらの測定結果を表
３に示した。
２００ｃｃの直列６気筒直噴ディーゼルエンジンに組み
込み、回転数：３５００ｒｐｍ、エンジンの冷却温度：
９５℃、運転モード：５００時間連続運転、負荷：フル
出力の条件で加速運転試験を行ない、試験後の耐摩環の
トップリング溝における外周面の最大溝幅を測定するこ
とにより高温耐摩耗性を評価し、また上記トップリング
溝に嵌合されたピストンリング（Ｆｅ−２．７％Ｓｉ−
３．５％Ｃの組成をもった球状黒鉛鋳鉄製でＣｒメッキ
したもの）の上下面における最大摩耗深さを測定するこ
とにより相手攻撃性を評価した。これらの測定結果を表
３に示した。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【表２】
【００１８】
【表３】
【００１９】
【発明の効果】表３に示される結果から、本発明耐摩環
１〜２７は、いずれもトップリング溝の上方位置移動に
もかかわらず、すぐれた高温耐摩耗性を示し、かつ相手
攻撃性もきわめて小さいのに対して、ニレジスト鋳鉄か
らなる従来耐摩環は十分な高温耐摩耗性を具備するもの
でないために、トップリング溝の上方位置移動によって
摩耗進行が著しく加速されるようになることが明らかで
ある。上述のように、この発明のピストンリング耐摩環
は、トップリング溝の位置を上方へ移動した状態でＡｌ
−Ｓｉ系合金製ピストンに適用しても小さい相手攻撃性
で、すぐれた高温耐摩耗性を発揮することから、エンジ
ンの排気ガス規制に十分満足に対応することができ、か
つこれの具備するすぐれた熱伝導性がエンジンの高出力
化および大型化の促進に寄与するなど工業上有用な特性
をもつものである。
１〜２７は、いずれもトップリング溝の上方位置移動に
もかかわらず、すぐれた高温耐摩耗性を示し、かつ相手
攻撃性もきわめて小さいのに対して、ニレジスト鋳鉄か
らなる従来耐摩環は十分な高温耐摩耗性を具備するもの
でないために、トップリング溝の上方位置移動によって
摩耗進行が著しく加速されるようになることが明らかで
ある。上述のように、この発明のピストンリング耐摩環
は、トップリング溝の位置を上方へ移動した状態でＡｌ
−Ｓｉ系合金製ピストンに適用しても小さい相手攻撃性
で、すぐれた高温耐摩耗性を発揮することから、エンジ
ンの排気ガス規制に十分満足に対応することができ、か
つこれの具備するすぐれた熱伝導性がエンジンの高出力
化および大型化の促進に寄与するなど工業上有用な特性
をもつものである。
【図１】ディーゼルエンジンのピストンを例示する概略
縦断面図（ａ）および同要部縦断面図（ｂ）である。
縦断面図（ａ）および同要部縦断面図（ｂ）である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年３月１１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１５】さらに、これらのピストンを、排気量：８
２００ｃｃの直列６気筒直噴ディーゼルエンジンに組み
込み、回転数：３５００ｒｐｍ、エンジンの冷却温度：
９５℃、運転モード：５００時間連続運転、負荷：フル
出力の条件で加速運転試験を行ない、試験後の耐摩環の
トップリング溝の溝幅を外周面にそって測定し、この測
定結果より算出した最大摩耗量（試験後の最大溝幅−試
験前の溝幅）をもって高温耐摩耗性を評価し、また上記
トップリング溝に嵌合されたピストンリング（Ｆｅ−
２．７％Ｓｉ−３．５％Ｃの組成をもったＣｒメッキの
球状黒鉛鋳鉄製）の上下面における最大摩耗深さを測定
することにより相手攻撃性を評価した。これらの測定結
果を表３に示した。
２００ｃｃの直列６気筒直噴ディーゼルエンジンに組み
込み、回転数：３５００ｒｐｍ、エンジンの冷却温度：
９５℃、運転モード：５００時間連続運転、負荷：フル
出力の条件で加速運転試験を行ない、試験後の耐摩環の
トップリング溝の溝幅を外周面にそって測定し、この測
定結果より算出した最大摩耗量（試験後の最大溝幅−試
験前の溝幅）をもって高温耐摩耗性を評価し、また上記
トップリング溝に嵌合されたピストンリング（Ｆｅ−
２．７％Ｓｉ−３．５％Ｃの組成をもったＣｒメッキの
球状黒鉛鋳鉄製）の上下面における最大摩耗深さを測定
することにより相手攻撃性を評価した。これらの測定結
果を表３に示した。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１８】
【表３】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ // Ｂ２２Ｆ 5/02 Ｂ２２Ｆ 5/02 Ｃ２２Ｃ 33/02 １０３ Ｃ２２Ｃ 33/02 １０３Ｅ
Claims (2)
- 【請求項１】 重量％で、 Ｃｒ：０．５〜５％、 Ｍｎ：０．２〜１％、 Ｓ ：０．０５〜１％、 Ｂ ：０．０５〜１％、 Ｃ ：０．５〜５％、 Ｎｉ：１０〜２０％、 Ｃｕ：８．５〜２０％、 を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成、並
びにオーステナイト相の素地に分散分布する気孔内には
析出成長した遊離黒鉛が存在する組織を有する遊離黒鉛
析出鉄系焼結材料で構成したことを特徴とする高温耐摩
耗性および熱伝導性のすぐれた遊離黒鉛析出鉄系焼結材
料製ピストンリング耐摩環。 - 【請求項２】 重量％で、 Ｃｒ：０．５〜５％、 Ｍｎ：０．２〜１％、 Ｓ ：０．０５〜１％、 Ｂ ：０．０５〜１％、 Ｃ ：０．５〜５％、 Ｎｉ：１０〜２０％、 Ｃｕ：８．５〜２０％、 を含有し、さらに、 Ｍｏ：０．５〜２％、 を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成、並
びにオーステナイト相の素地に分散分布する気孔内には
析出成長した遊離黒鉛が存在する組織を有する遊離黒鉛
析出鉄系焼結材料で構成したことを特徴とする高温耐摩
耗性および熱伝導性のすぐれた遊離黒鉛析出鉄系焼結材
料製ピストンリング耐摩環。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7944898A JPH11279719A (ja) | 1998-03-26 | 1998-03-26 | 高温耐摩耗性および熱伝導性のすぐれた遊離黒鉛析出鉄系焼結材料製ピストンリング耐摩環 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7944898A JPH11279719A (ja) | 1998-03-26 | 1998-03-26 | 高温耐摩耗性および熱伝導性のすぐれた遊離黒鉛析出鉄系焼結材料製ピストンリング耐摩環 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11279719A true JPH11279719A (ja) | 1999-10-12 |
Family
ID=13690173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7944898A Withdrawn JPH11279719A (ja) | 1998-03-26 | 1998-03-26 | 高温耐摩耗性および熱伝導性のすぐれた遊離黒鉛析出鉄系焼結材料製ピストンリング耐摩環 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11279719A (ja) |
-
1998
- 1998-03-26 JP JP7944898A patent/JPH11279719A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050607 |