JPS58189369A - 金属リング及びその製法 - Google Patents

金属リング及びその製法

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JPS58189369A
JPS58189369A JP57219353A JP21935382A JPS58189369A JP S58189369 A JPS58189369 A JP S58189369A JP 57219353 A JP57219353 A JP 57219353A JP 21935382 A JP21935382 A JP 21935382A JP S58189369 A JPS58189369 A JP S58189369A
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carbonitriding
piston
gas
carbonitrided
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属リングを隣接リングと接触させて堆積し
、次いでこの堆積されたリングを浸炭窒化することより
なる、ピストンリング又はシーリングリングとして使用
するだめの一般、て方形の断面の金属リングの浸炭窒化
法に関する。
ピストンリング及びシーリングリングは、通例鋼又は鋳
鉄製であり、一般にその断面が方形である・このリング
は、グループ内に存在していて、そこ力Ｖら突出してお
訃例えば鋳鉄シリンダーの共同作業面と摺動接触する半
径方向の１外面を有する・２個の一般に半径方向に伸び
ている上下面（以後とこ〒は「上下側面」と称す）は、
摺動運動の間に、グループの壁とかみ合う、−この結果
として、半径方向の１外面及び上下側面の双方が摩耗を
いくらか減少させてリングの寿命を増すために種々の方
法が提案されていて、半径方向の外面及び共同作業する
シ１１ングー又はライナーの摩耗を減少させる特別な試
みもなされている・しかしながら、最近は、エンジン寿
命要求は、半径方向の外面の摩耗減少を必要とするだけ
でなく、上下側面及び共同作業をするグループ壁の摩耗
の減少をも必要とする・ 半径方向のピストンリング外面の摩耗を減少させる１方
法は、リングをナトリウム及びカリウム塩を含有する浸
炭窒化塩浴中に４００℃の温度に加熱したリングと共に
浸漬することである・この浸炭窒化法〒は、ある種の鋼
及びすべての型の鋳鉄例えばねずみ鋳鉄、炭化物、マル
チ／サイト、ベイナイト型の及び球状（黒鉛鋳鉄）の型
の鋳鉄は、窒素と炭素とを同時に有し、それらの表面に
拡散浸入して硬化された表面層を形成する。
英国特許第１５７６１４３号明細書には、焼結金属ピス
トンリング又はシーリングリングの表面を塩浴浸炭窒化
する方法が記載されている。
これらのリングを堆積して、即ちそれらの上下側面を重
量の圧力下に接触させて一１塩浴中に浸漬させる０はな
しておく場合は、リングがねじれ、その形状及び平担性
を失ない、更に各リングの個々の処理は時間を浪費し、
高価になるので、このこと（重ねること）が必要である
。
しかしながら、この方法においては、リングが閉鎖堆積
されているので、リングの半径方向の外面だけが浸炭窒
化される。更に、塩浴の利用は、緩徐１ありかつ煩雑で
ある。
もう１つの変法は、クロムメッキ法であり、ここでは、
リングを再び半径方向に伸びている上下側面を接触して
閉鎖堆積状に配置し、次いで、それらの半径方向の外面
を常法でクロムをメッキする。隣接リングのメッキ架橋
をさけるために、半径方向の外面と上下側面との間のリ
ングの端部を面取りすることが必要である。このことは
、ピストンリングの半径方向の外面とリングの上下側面
との間の角の所の断面部分の顕微鏡写真ｔある第１図か
ら明らかである〇この方法ｆは、リングの半径方向の外
面だけが第１図に示されているようにメッキされている
□上下側面は引続く操作〒りロムメッキすることが〒き
るがこれは比較的経費がかかる□このリングの面取りさ
れた端部は、使用時に油漏用通過を増大する傾向があり
、従って、このリングは、油消費を増大する傾向を有し
同様にリングとシリンダーとの間の封隙の作用効果は低
減して、吹抜け（ｂｌ、ｏｖ＋−ｂｙ　）　　を増大す
る□従って、面取りは望ましくない、更にクロムメッキ
は２５０Ｃより高＜３００Ｃまでの温度で段々に軟化し
、これも１欠点である。更に、クロムメッキされたリン
グは、ランピング（１ａ　ｐ　ｐ　ｉ　ｎ　ｇ　）を包
含する仕上げ作業を必要とし、これがその生産経費を高
める・ 本発明の第１の態様によれば、隣接リングと接触してい
るリングの堆積物を形成し、次いで、この堆積されたリ
ングを浸炭窒化することよりなる、ピストンリング又は
シーリングリングとして使用するための一般に方形の断
面を有する金属リングの浸炭窒化法が得られ、これは、
リング堆積物を、空気が排除されている室内に入れ、次
いでこの室に浸炭ガスと窒素含有ガスとの２５　：　７
５〜７５：２５（％容量）の割合の混合物を４５０〜６
５０℃の温度で供給して、これらリングの半径方向の外
面及び上下側面を浸炭窒化することよりなる。
ところで、ガス浸炭窒化法を使用すると、リングが堆積
されていても、堆積されてい−る　リングの半径方向の
外面だけでなく、上下側面にも及ぶ浸炭窒化処理が可能
であることが判明した。従って、これらすべての３表面
は、硬化仕上げされ、従って、それらの全体的な摩耗抵
抗は増大している。
本発明の第２の態様によれば、本発明の第１の態様の方
法で製造される際に、エンジン又はフンゾレッサー用の
ピストン又は衝撃吸収用のシーリングリングが得られる
。
本発明の第８の態様によれば、ピストンリング又はシー
リングリングとして使用するだめの一般に直方形の断面
を有する金属リングが得られ、このリングは、浸炭窒化
で硬化された半径方向の外面及び上下側面を有し、浸炭
窒化の前に仕上げ処理されている・ 次に、例えば第２図における浸炭窒化されたピストンリ
ングのリングの半径方向の外面とリングの上下側面との
間の角部の部分の顕微鏡写真と関連させて、本発明のい
くつかの態様をより詳しく説明する〇 ピストンリングを準備し、リングを通して２個の自由端
を生・じさせる切欠きを有する一般に直方形断面を有す
るように仕上げ機材処理する。
こうして、リングは、半径方向の１外面（これは使用時
に、エンジンシリンダーと接触して滑動する）及び半径
方向に伸びている２面又は上下側面（こちらはリングが
取り付けられている位置でピストンリング溝の壁と接触
する）を有する。このピストンリングは、オイル調節リ
ング又はトップリング（即ち、連結されているピストン
の頂点へのリングクロセスト）として、特に最高圧縮リ
ングとして使用されるレール型のものであってよい。
このリングは、満足しうるように浸炭窒化することがで
き、処理され、エンジン中で作動される際に、その硬度
、従ってその弾性及び耐凝固性を有する任意の好適な第
一鉄金属製であってよい０このような２種の材料は、高
強度カーバイド鋳鉄及び鋼である・例えば、好適な鋼は
、炭素０．４７％、珪素０．２５％、マンガン０．７５
％、ニッケル０．５５％、クロム１％、モリブデン１チ
、・々ナジウム０．１　％、残りが鉄（すべて重量％）
よりなる組成を有し、硬化され、４５０−５００Ｈすの
硬度１で焼き戻されている・このように仕上げ機械処理
された複数のリングをジグ上にその上下側面を接触させ
、それらの欠切部を解放させて積み重ねる。このことは
、引続く操作の間にリングが平担にかつ曲げられずに残
ることを確保する〇 次に・このリング堆積物を空気を排除した室内に入れる
。次に窒素含有ガス例えばアンモニア及び浸炭ガス例え
ば発熱性炭化水素ガスを４５０〜６５０℃の温度ｔこの
室に供給する０この２種のガス即ち窒素含有ガス対浸炭
ガスの割合は、２５ニア５（容量％）〜７５：２５（容
量％）の間ｔあってよく、アンモニア及び発熱性炭化水
素ガスを用いる試験では、５０：５０（容量チ）又は６
０：４０（容量％）の割合で、改良された結果を与える
ことが明らかになった０ガスは、堆積されたリングの半
径方向の外面に達し、かつリングの間に浸入してリング
の上下側面にも達する。ガスからの炭素及び窒素は、こ
れら表面から白色の９層を形成しているリングの鋳鉄内
に２〜１０μの厚さで拡散し、ここから、リングの体内
へ拡散する。特別な材料に対して、浸入の全体の深さは
、ガスが供給される時間に依り決まり、これは、例えば
、白色層５μ及び全体の浸入深さ０．１〜０．３　ｍｍ
を生じるように調節されうる。７００〜８００ＨＶの表
面硬度が達成でき、基本金属の硬度まで徐々に低下する
。この硬度は、リングを引続き６００℃までの温度にさ
らすことにより保持される・次に、この室からリング堆
積物を取り出し、堆積物から各リングを引きはなす。こ
のことは困難なしに行なわれ、これらリングは更に何ら
処理することなしに直ちに使用しうる。こうして製造し
たピストンリングは圧力リング又はオイルコントロール
リングであってよい。この処理は迅速かつ清浄であり、
１回の処理で３表面が硬化されているリングを生じる。
仕上がったリングの１部が第２図の写真に示されている
・浸炭窒化された表面が半径方向の外面１ｏ及び上下側
面１１の双方上に伸びている・これら１７５２表面の間
の角部は鋭い直角であることも見える・ 次に実施例につき本発明を説明する・ 高強度炭素鋼のピストンリングを前記のように５５０℃
の温度で窒化浸炭した０１実施態様においては、ピスト
ンリングを、浸入深さ０．１に露呈した・この表面層は
ＨＶＭ７００−８００の硬度を有した。
このようなピストンリングの典型的な硬度浸入深さを第
３図の曲線で示した。
前記のようにして調製した窒化浸炭されたピストンを、
自動車の２１−エンジン中のトップ圧力ビストンリング
として用いた。これに対して、先の第１図に示されてい
るようなりロムメッキされたピストンリングは、損傷が
認められ使用不能であることが認められた・この結果と
して、エンジンは、以前には、高価で製造困難す硬イフ
レームスプレーされたモリブテンリングを使用していた
。
実施例１に記載の方法で調製された浸炭窒化されたピス
トンリングと第１図の写真で示されているような前記方
法で調製したクロムメッキされたピストンとを、Φ気筒
１．３１のガソリンエンジンの第１及び第３シリンダー
中のピストンのトップリング溝に、この浸炭窒化された
リングを備え付けて、クロムメッキされたリングを第２
及び第４シリンダーのトップリング溝に備え付けて、比
較した。
５００００マイル（約８００００ｋｍ）走行の後に、次
の結果が得られた： Ｎ、Ｃ，＝ｌＪングを半径方向の外面及び上下側面上で
例に記載の方法で浸炭窒化処理した。
クロム−半径方向の外面だけをメッキし、上下側面は処
理しなかった。
例１のピストンリングは、弾性係数及び芯硬度を有し、
この処理により不利に影響されない。
疲労強度は約１０％増加している。例１のピストンリン
グは、強くねじる又は切欠部を開放させると、非処理リ
ングよりも脆いが、このリングは、非処理リングに課さ
れると同じ要求された た最小リング引張り及び曲げ強度を満コーている。
例２ 鋼のピストンリングを準備し、この鋼は次の組成を有し
ている： 炭素　　　　　　　　０．４７重量係 珪素　　　　　　　　０．２５重量係 マンガン　　　　　　０．７５重量係 ニッケル　　　　　　０．５５重量％ クロム　　　　　　　　　１重量％ モリブデン　　　　　　　１重量％ バナジウム　　　　　０．１　　重量％鉄　　　　　残
分 このピストンリングを硬化、焼戻し処理して、硬度４５
０〜５００ＨＶにし、次に前記と同様に浸炭窒化処理し
た。１実施態様において、ピストンリングを、全浸入深
さ０．０１５〜０．０２０朋及び厚さ０．０５〜Ｏ，Ｏ
Ｏ８１１１１の複合白色表面ゝす“層を生じる時間の間
、浸炭窒化ガスに露呈させた０この表面層は約ＨＶＭ８
００の硬度を有した。
このようなリングの典型的硬度浸入曲線を第４図に示し
た。前記のようにして製造した浸炭窒化されたピストン
リングを自動車の２１エン、ノン中のトップ圧力ビスト
ンリング中で使用したＯこれらのリングでは、損傷が認
められず、満足な性能が得られることが判明した。これ
に反して、第１図に示したような前記方法で製造したク
ロムメッキしたピストンでは、損傷が認められ、使用不
能であることが認められた・この結果として従来、エン
ジンは、高価で製造の困難な、硬いフレームスプレーし
たモリブデンリン１１ グを有してい′たＯ 例２に記載のようにして製造した浸炭窒化されたピスト
ンリングと第１図に示されているよウナクロムメッキさ
れたピストンリンクトラ、この浸炭窒化処理したリング
を、Φ気筒１１ガンリ／エンジンの第１及び第３シリン
ダ中のトップリング溝に設置し、クロムメッキされたリ
ングを第２及び第牛シリンダーのトップリング溝に設置
することにより、比較しだ０ １８０時間（高速試験条件下で１５０００マイル走行に
相当）の後に、次の結果が得られた二Ｎ　、　Ｃ、＝　
ＩＪングを半径方向の外面及び上下側面上で例に記載の
方法で浸炭窒化処理した・ クロム−半径方向の外面上のみにメッキし、上下側面は
処理しなかった。
例２のピストンリングをトップリング溝作業温度でその
ばね及び壁圧を保持した。１ノング直径に等しい孔直径
のスリーブ中に納め、３５０℃１６時間加熱し、このス
リーブ中で冷却させる際のギャップ内のロスは５．５％
〒あった・こｔｌｆ、マルテンサイト球形ねずみモジュ
ラール調鉄リング（浸炭窒化されていない）７〜１０チ
及び中程度の燐含有ねずみ鋳鉄１）ング（浸炭窒化され
ていない）１５％以上と比較する・前記例１及び２から
、浸炭窒化処理した半径方向の最外面上の摩耗は、クロ
ムメッキされたもののそれと匹適するが、上下側面の摩
耗はクロムメッキされたリングの上下側面摩耗よりも非
常に低いことが明らかになる０この摩耗抵抗は唯一回の
処理−Ｌ程で達成されることが明ら力・である・この摩
耗の減少は、リンク゛のシー１Ｊング性能を改良し、減
少された上下側面摩耗と関連している疲労の増加が破損
の発生率を低減させ、吹抜けの発生率も低減させるので
、その寿命を増大する・ 浸炭窒化されたリングの半径方向の外面は、クロムメッ
キされたリングの相応する面よりも良好な損傷抵抗を有
する。これは部分的には、浸炭窒化された表面の２５０
〜３００℃の温度に対する良好な抵抗性に基づき、かつ
、油は容易にクロムを湿らさず、従って浸炭窒化された
表面は、鉄中の黒鉛片により形成された空洞を保留し、
これらが油保留剤と同様に作動することに基づく・ 更に、第２図の写真と〜関連して記載されている浸炭窒
化法を、任意の形のピストンリング例工ば、油コントロ
ールリング又は中間圧力リング又は任意の形のシーリン
グ例えば衝撃吸収用のンーリングリングの表面を硬化す
るために使用できることが認められる。
リングが鋼製である場合は、例に記載の方法による前記
浸炭窒化法の利用により、リングの幅が１關又はそれよ
り小さくなるまで減少させることができる。それという
のもこの減少された側面の摩耗は破損の範囲を減少させ
るからである。リングがレール型である場合、リングの
上下側面の浸炭窒化は、リングとこのような油調節装置
中で使用されているエキス・ξンダーとの間の摩耗を減
少させ、エキス・ξシダー上に設けられたラグのレール
内への切込みを最小にする・
【図面の簡単な説明】
第１図は、公知の、半径方向の外面がクロムメッキされ
ていて、外面と側面との間の角が面取りされているピス
トンリングの部分顕微鏡写真、第２図は本発明により得
られたピストンリングの部分顕微鏡写真であり、第３図
は、本発明の実殉例１で得たピストンリングの典型的な
硬度と浸入深さとの関係を示す曲線図、第牛図は、本発
明の実施例２で得たピストンリングの典型的な硬度と浸
入深さとの関係を示す曲線図である・ 図面の浄側内芥に変更なし） ｆ冶。ｔ Ｆｔｃ、、）。 手続補正書（方式） ％式％ 一１事件の表示　昭和５７年特許願第２１９３５３号、
発明の名称 金属リング及びその製法 、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称　ニーイー・ビーエルシー 代理人 補正の対象 但し図面の埋置（内容に変更なし）

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、　ピストンリング又はシーリングリングとして使用
    するための、一般に方形断面を有する金属リングにおい
    て、このリングは、浸炭窒化により硬化された半径方向
    の外面及び上下側面を有し、浸炭窒化の前に仕上げ切削
    加工されていることを特徴とする金属リング。 ２、浸炭窒化の深さは、０．○１５　ｘｍ　〜０．３　
    ｙｓｍである、特許請求の範囲第１項記載の金属リング
    。 ３、リングは鋳鉄又は鋼製である、特許請求の範囲第１
    項又は第２項記載の金属リング、４、　隣接リングと接
    触しているリングの堆積物を形成し、次いでこの堆積し
    たリングを浸炭窒化するこ′とによりピストンリング又
    は７−リングリングとして使用される種類の、浸炭窒化
    された一般に方形断面の金属リングを製造する場合に、
    空気の排除されている室中でリングを堆積させ、次いで
    この室に浸炭ガスと窒化がスとのガス混合物を２５ニア
    ５〜７５：２５（容量チ）の割合で、４５０℃〜６５０
    ℃の温度で供給する工程により、リングの半径方向外面
    及び上下側面を浸炭窒化することを特徴とする、ピスト
    ンリング又はシーリングリングとして使用される浸炭窒
    化された金属リングの製法。 ５、窒素ゴ有ガスとしてアンモニアを用い、浸炭ガスと
    して発熱性の炭化水素ガスを用いる特許請求の範囲第４
    項記載の方法。 ６、　ガスの割合は５０：５０（容量％）又は６０：４
    ０（容量チ）である、特許請求の範囲第４項又は第５項
    のいずれか１項に記載の方法・ ７　堆積の前にリングを仕上げ切削加工しておき、浸炭
    窒化工程の後に使用可能とする、特許請求の範囲第４項
    〜第６項のいずれか１項に記載の方法。 ８、　中に空所を有し、ピストンリングを形成し５るリ
    ングを、その空所を開放させて堆積する、特許請求の範
    囲第４項〜第７項のいずれか１項に記載の方法０ ９　浸炭窒化を行なう時間を、リングの表面上での浸炭
    窒化の深さが０．０１５ｉ＋ｍ〜０．３龍になるような
    時間にする、特許請求の範囲第４項〜第７項のいずれか
    １項に記載の方法・
JP57219353A 1981-12-16 1982-12-16 金属リング及びその製法 Pending JPS58189369A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB8137940 1981-12-16
GB8137940 1981-12-16

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Publication Number Publication Date
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ID=10526654

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US (1) US4531985A (ja)
JP (1) JPS58189369A (ja)
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AR (1) AR229485A1 (ja)
AU (1) AU554451B2 (ja)
BR (1) BR8207278A (ja)
CA (1) CA1207642A (ja)
CS (1) CS244917B2 (ja)
DD (1) DD208830A5 (ja)
DE (1) DE3245689C3 (ja)
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