JPS5827860A - Combination of cylinder liner and piston ring - Google Patents

Combination of cylinder liner and piston ring

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JPS5827860A
JPS5827860A JP12526081A JP12526081A JPS5827860A JP S5827860 A JPS5827860 A JP S5827860A JP 12526081 A JP12526081 A JP 12526081A JP 12526081 A JP12526081 A JP 12526081A JP S5827860 A JPS5827860 A JP S5827860A
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JP
Japan
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cylinder liner
piston ring
hardness
combination
steel
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Pending
Application number
JP12526081A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshio Naito
善夫 内藤
Shigeru Urano
浦野 茂
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Nippon Piston Ring Co Ltd
Original Assignee
Nippon Piston Ring Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5827860A publication Critical patent/JPS5827860A/en
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    • 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
    • F16J10/00Engine or like cylinders; Features of hollow, e.g. cylindrical, bodies in general
    • F16J10/02Cylinders designed to receive moving pistons or plungers
    • F16J10/04Running faces; Liners

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve resistance to wear, scuff, heat and corrosion, by specifying the composition and the average grain size of chromium of a cylinder liner and a piston ring having a basic structure of tempered martensite. CONSTITUTION:A cylinder liner and a piston ring are made of a material having a basic structure of tempered martensite in which fine particles of chromium carbide having an average particle size of 3-30mu are dispersed uniformly by the area ratio of 3-20%. Here, the cylinder liner is made of a steel having a hardness of HV400-800 and containing 0.5-1.2% of C and 12-19% of Cr by weight, and similarly, the piston ring is also made of a steel having a hardness of HV400-800. Further, a soft nitrided layer having a surface hardness of HV800- 1,500 is applied over the surface of at least either one of the cylinder liner or the piston ring.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関におけるシリンダライナとピストンリ
ングの組合せに関するものであり、特にディーゼル機関
や高鉛ガソリン機関、又は過給機関等の高温、腐食、高
負荷条件で使用されるシリンダライナとピストンリング
の最適な組合せを得んとするものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a combination of a cylinder liner and a piston ring in an internal combustion engine, and is particularly used in diesel engines, high lead gasoline engines, or supercharged engines under high temperature, corrosion, and high load conditions. The aim is to obtain the optimal combination of cylinder liner and piston ring.

シリンダライナとピストンリングは最も一般的には鋳鉄
が用いられ、高負荷の機関ではCrメッキ浴射被覆等゛
の表面被覆や軟窒化、焼入に代表される熱処理が施され
るものであった。しかしながら高鉛ガソリン機関や排気
ガス環流機関では、Crメッキ等の表面被覆は相手材料
との高い電位差に伴う腐食W1耗が著しく進行し、高負
荷機関では表面被覆の疲労剥離が多数発生するものであ
った。
Cylinder liners and piston rings are most commonly made of cast iron, and in high-load engines, they are subjected to surface coatings such as Cr plating and heat treatment, such as nitrocarburizing and quenching. . However, in high-lead gasoline engines and exhaust gas recirculation engines, surface coatings such as Cr plating undergo significant corrosion W1 wear due to the high potential difference with the other material, and in high-load engines, fatigue peeling of the surface coating occurs frequently. there were.

一方熱処理による表面−化は必要な硬度を得ようとした
場合に熱処理層の厚さの増加に伴う脆化が進行し、薄肉
のピストンリングやシリンダライナでは強度面の問題が
発生するものであった。
On the other hand, when heat treatment is used to harden the surface, embrittlement progresses as the thickness of the heat treatment layer increases, causing problems in terms of strength with thin piston rings and cylinder liners. Ta.

この8@鉄における問題点を解決するものとして鋼製の
ピストンリングが注目され、例えば本出願人の先に提案
した特公昭56−2152号や、特開昭54−1572
94号等の耐jlI耗性を有する鋼製ピストンリングが
考案されている。しかしながらこれら鋼製ピストンリン
グに対してシリンダライナは鋳鉄か又は表面被覆や熱処
理を施したものしか使用されえなかった。
Piston rings made of steel have attracted attention as a solution to this problem with 8@steel.
Steel piston rings having wear resistance such as No. 94 have been devised. However, for these steel piston rings, only cast iron or surface-coated or heat-treated cylinder liners could be used.

これは銅と鋼とですへゞり面を形成した場合にスカッフ
ィングと称せられる金属間の融着*gを生じ易いためで
ありさらにはシリンダライナの如き全体として大きな負
荷変動を受ける部材では吸振性も要求され、このために
鋳鉄又は焼結合金が好まれるものであった。
This is because when a bending surface is formed between copper and steel, it is easy to cause fusion between the metals called scuffing.Furthermore, it is difficult to absorb vibrations in parts such as cylinder liners that are subject to large load fluctuations as a whole. was also required, and for this reason cast iron or sintered alloys were preferred.

しかしながら近年の哲燃費の要求により、機関の軽量化
の進行に伴いシリンダライナも!固化され、特にシリン
ダライナのうちでもシリンダスリーブにあってはエンジ
ンブロックへの圧入強度限界の薄さが要求され、鋳鉄、
焼結シリンダライナでは使用に耐えなくなっている。
However, due to the recent demand for better fuel efficiency, the cylinder liner has also become lighter due to the progress of engine weight reduction! Among the cylinder liners, the cylinder sleeve in particular must be thin enough to meet the strength limit for press-fitting into the engine block, so cast iron,
Sintered cylinder liners are no longer usable.

そこで改めて鋼製のシリンダライナが注目されることと
なったが、従来のシリンダライナは鋳鉄製ピストンリン
グと組合わされ、さらに銅製シリンダライナにもCrメ
ッキ又はその他の表面処理又は熱処理による表面被膜が
設けられるのが通常であり、炉製ピストンリングと組合
わせることば不可能であった。その理由としては4月が
自己潤滑性に劣ることとみでなく、鋼と鋼との同種材料
とは金属間結合を起して融着しやすく、さらには接触面
の微小凹凸が変形し接触面積が増加することに伴う過大
摩耗やスカッフィングが発生しやすいことによる。かか
る*aやスカッフィングに対して硬度を上げてやること
によりある程度の効果は上るものの、単に硬度を高くし
だ嗣(例えば焼入れした工具#l)では高い硬度の方は
*gが少ないものの相手材の銅を著しく摩耗させ、又ス
カッフィング発生はさけえないものであった。
Therefore, steel cylinder liners have once again attracted attention, but conventional cylinder liners are combined with cast iron piston rings, and copper cylinder liners are also coated with Cr plating or other surface treatments or heat treatments. Normally, it was impossible to combine it with a furnace-made piston ring. The reason for this is not only that steel has poor self-lubricating properties, but also that similar materials such as steel tend to form intermetallic bonds and fuse together, and that minute irregularities on the contact surfaces are deformed and the contact area This is because excessive wear and scuffing are likely to occur as a result of increased wear. Increasing the hardness against such *a and scuffing can improve the effect to some extent, but if you simply increase the hardness (for example, hardened tool #l), the higher hardness will cause the mating material to have less *g. This caused significant wear on the copper, and the occurrence of scuffing was unavoidable.

本発明はかかる従来のピストンリングとシリンダライナ
の組合せにあって、従来不可能とされていた嗣と綱とを
組合せることを可能としたものであり、耐sg性、及び
耐スカッフィング性に優れると同時に、耐熱性、耐食性
も備え、特に高負荷の機関に最適なシリンダライナとピ
ストンリングの組合せを得るものである。
The present invention makes it possible to combine a piston ring and a cylinder liner, which was previously considered impossible, and has excellent sg resistance and scuffing resistance. At the same time, it also has heat resistance and corrosion resistance, making it a cylinder liner and piston ring combination that is particularly suitable for high-load engines.

以下詳細に本発明を説明する。The present invention will be explained in detail below.

まず本発明の要旨とするところは、特許請求の範囲に記
載した如く下記5つの構成によりなるシリンダライナと
ピストンリングの組合せにある。
First, the gist of the present invention is a combination of a cylinder liner and a piston ring having the following five configurations as described in the claims.

■ #l〜こよるシリンダライナと、鋼によるピストン
リングの組合せである。
■ It is a combination of #l~Koyoru cylinder liner and steel piston ring.

■ シリンダライナが基地組織が焼戻マルテンサイトで
あり、かつ基地組織中に主としてCrかうなる平均粒径
が3〜30μの微細炭化物が面積比にして3〜20%均
一に分散すること。
(2) The base structure of the cylinder liner is tempered martensite, and in the base structure, fine carbides mainly composed of Cr and having an average grain size of 3 to 30 microns are uniformly dispersed in an area ratio of 3 to 20%.

■シリンダライナの成分組成がN負%でC005〜1.
2%、Cr12〜19%を含みかつ表面硬度がHV 4
00〜800であること。
■The component composition of the cylinder liner is C005~1.
2%, Cr12-19% and surface hardness is HV4
Must be between 00 and 800.

■ ピストンリングの基地組織が焼戻マルテンサイトで
あり、かつ平均粒径3〜30μの微細炭化物が面積比に
て3〜20%均一に分散した表面硬度がHV 400〜
800の銅であること。
■ The base structure of the piston ring is tempered martensite, and the surface hardness is HV 400 - fine carbide with an average grain size of 3 - 30μ is uniformly dispersed in an area ratio of 3 - 20%.
Must be 800 copper.

■ シリンダライナとピストンリングの少なくとも一方
には表面硬度HV  800〜1500の軟窒化層を有
すること。
(2) At least one of the cylinder liner and the piston ring has a soft nitrided layer with a surface hardness of HV 800 to 1500.

かかる5つの構成によりなる本発明のシリンダライナと
ピストンリングの組合せは次の如き特徴を有するもので
ある。
The combination of the cylinder liner and piston ring of the present invention having these five configurations has the following features.

まず第一に従来鋼と鋼との組合せが耐S魁牲及び耐スカ
ッフィング性に著しく劣っていたのに対して、本発明シ
リンダライナとピストンリングの組合せでは、シリンダ
ライナに多量の微細炭化物を多′ctに分散させた例を
配し、ピストンリングにも多量の微細炭化物を分散させ
、かつ高硬度の表面処理層を有するピストンリングを配
したことによって′#摩耗性及び耐スカッフィング性に
著しく優れた効果をあげうるものである。
First of all, while the conventional combination of steel and steel was significantly inferior in S resistance and scuffing resistance, the combination of the cylinder liner and piston ring of the present invention has a large amount of fine carbide in the cylinder liner. By dispersing a large amount of fine carbide in the piston ring and having a piston ring with a highly hard surface treatment layer, it has outstanding wear resistance and scuffing resistance. This can have a positive effect.

かかる効果をあげる理由として本発明において用いられ
る微細炭化管が主としてCrよりなる硬度Hv1800
〜2200の高P度炭化物テアリ、平均粒径が細かく、
かつ均一に分散するものであり、これが摺動面間に介在
することによって金属間の直接接触を防ぎうろことによ
る。さらには基地組織も焼戻マルテンサイトとなして硬
度を高くする必要がある。これは基地組織の硬度が低い
場合に、極めて微散さ接触部分が弾性、又は塑性変形し
接触面積が増加し、炭化物が摺動面間に介在することに
よる効果かえられないためである。
The reason for this effect is that the fine carbonized tube used in the present invention is mainly made of Cr and has a hardness of Hv1800.
High P degree carbide tearing of ~2200, fine average particle size,
Moreover, it is uniformly dispersed, and by interposing it between the sliding surfaces, it prevents direct contact between the metals. Furthermore, the base structure must also be made into tempered martensite to increase the hardness. This is because when the hardness of the base structure is low, the extremely finely dispersed contact portion deforms elastically or plastically and the contact area increases, and the effect of carbide intervening between the sliding surfaces cannot be changed.

一方シリンダライナとピストンリングの如き相対的摺動
部材ではその相対的な材料の相性が問題となるが、具体
的にはその硬度及び表面の特性が問題とされる。し))
るにに発明においてはシリンダライナをなす銅とピスト
ンリングをなす嗣とにピストンリングに設けた表面処理
層分の硬度差を有し、かつ互に基地組織中に、微細炭化
物が均一に分散することによって金属間での1.鯉をお
こしにくいばかりでなく、表面処理層、具体的には軟窒
化処理による窒化化合物層が摺動面に介在することによ
り、金属間の融着をおこしに<<シたことによる相乗効
果によってえられるものである。
On the other hand, for relative sliding members such as a cylinder liner and a piston ring, the relative compatibility of their materials is a problem, and specifically, the hardness and surface characteristics are a problem. death))
In the invention, the copper that makes up the cylinder liner and the copper that makes up the piston ring have a hardness difference equal to the surface treatment layer provided on the piston ring, and fine carbides are uniformly dispersed in the base structure of each other. 1 between metals. Not only is it difficult to cause carp, but the presence of a surface treatment layer, specifically a nitride compound layer created by soft nitriding treatment, on the sliding surface causes fusion between metals, resulting in a synergistic effect. It is something that can be obtained.

従って上記本発明の効果を得るためにはシリンダライナ
とピストンリングのそれぞれの鋼は下記の理由で選択さ
れねばならない。
Therefore, in order to obtain the effects of the present invention, the steels of the cylinder liner and piston ring must be selected for the following reasons.

シリンダライナとして用いる鋼は、ピストンリングとの
慴動上、所定の剛性を有し微細炭化物が支承されねばな
らない、そのためシリンダライナの表面硬度は少なくと
もHV 400以上である必要があ6.、一方シリンダ
ライナ硬度が高すぎる場合にシリンダライナ自体が脆く
なり、高負荷機関等では破損と危険もあり、HV 80
0以下の範囲で選ばれねばならない、−万vm H勢引
e! Hする微細炭化物は均一に分散することで、一様
な耐摩耗性が得られるものであるが、平均粒径が大きい
場合に粒子の均一性が得難いばかりでなく、炭化物粒子
の基@相識界面からの剥離に伴うアブレッシブ阿耗も生
じ易い。一方炭化物粒子の平均粒径が小さい場合に、全
体としての炭化物面積が得難いばかりでなく、摺動面間
にあって作用するベアリング効果も得難いため、シリン
ダライナの如き高負荷、高速の摺動部材にあっては平均
粒径が3〜30μの範囲で選択されねば所定の効果が達
成させ得ない。
The steel used as the cylinder liner must have a certain rigidity and support the fine carbide in order to move with the piston ring. Therefore, the surface hardness of the cylinder liner must be at least HV 400 or higher.6. On the other hand, if the cylinder liner hardness is too high, the cylinder liner itself becomes brittle, which can lead to damage and danger in high-load engines, etc.
Must be selected in the range less than or equal to 0, -10,000vm H force e! By uniformly dispersing H fine carbides, uniform wear resistance can be obtained.However, when the average particle size is large, it is not only difficult to obtain particle uniformity, but also the carbide particle groups @ phase-sensitive interface. Abrasive wear associated with peeling from the surface is also likely to occur. On the other hand, if the average particle size of the carbide particles is small, not only is it difficult to obtain the entire carbide area, but also the bearing effect that acts between the sliding surfaces is difficult to obtain, so it is difficult to obtain a bearing effect that acts between sliding surfaces. In other words, the desired effect cannot be achieved unless the average particle size is selected within the range of 3 to 30 microns.

一万この炭化物のしめる面積率は過少であると炭化物の
介在する効果かえられず、過大であると組織の強度が著
しく低下する。従って本発明におけるシリンダライナに
あっては、摺動条件を考慮した時々にこの炭化物の面積
率は 3〜20%で選択される必要がある。
If the area ratio of these carbides is too small, the effect of the presence of carbides cannot be reversed, and if it is too large, the strength of the structure will drop significantly. Therefore, in the cylinder liner of the present invention, the area ratio of the carbide must be selected in the range of 3 to 20%, taking into consideration the sliding conditions.

さらに上記と如き基地組織と炭化物を有する鋼とし風、
少なくとも重量%にて、C0,5〜1゜2%、Cr12
〜19%を含む鋼であることが必要である。Cl11は
炭化物の形成元素として不可欠のものであり、0.5%
未満では炭化物量に不足するばかりでなく、基地組織が
マルテンサイト化され難いため0.5%以上を要する。
Furthermore, steel having a matrix structure and carbide as described above,
At least in weight %, C0.5-1°2%, Cr12
~19% steel is required. Cl11 is essential as a carbide forming element, and 0.5%
If it is less than 0.5%, not only will the amount of carbide be insufficient, but also the matrix structure will be difficult to turn into martensite.

一方Cfiが1.2%を超えた場合に炭化物管が過大と
なり、かつ基地が脆くなり、成形性及び加工性、恢度が
著しく低下するため、Cは0.5〜1.2%で選ばれる
必要がある。さらにerはCr炭化物が本発明の効果を
達成する炭化物として′f!!l適である理由により選
ばれ、かつ基地中に固溶してms性及び耐食性の効果を
あげるものとして必要であり、 42%未満では炭化管
の大きさ又は量が過少となり、19%を超えた場合に基
地組織の脆化が著しいばかりか、炭化管が粗大化する理
由により12〜19%の範囲で選ばれねばならない。
On the other hand, if Cfi exceeds 1.2%, the carbide tube becomes too large and the base becomes brittle, resulting in a significant decrease in formability, workability, and hardness. It is necessary to Furthermore, er is 'f!' as Cr carbide is a carbide that achieves the effects of the present invention. ! It is selected for reasons of suitability and is necessary as a solid solution in the base to improve MS properties and corrosion resistance. If it is less than 42%, the size or amount of the carbonized tube will be too small, and if it exceeds 19% In this case, the base structure is not only significantly embrittled, but also the carbonized tube becomes coarse, so it must be selected in the range of 12 to 19%.

さらに本発明の効果を向上させる手断としてcr以外の
炭化物形成元素、特に・(y&々V・、ml、 rt>
のうち一種又は二種以上を合釘で0.6〜1.5%添加
するこセによって下記の如き効果を得る。
Furthermore, as a means of improving the effects of the present invention, carbide-forming elements other than cr, especially .
By adding 0.6 to 1.5% of one or more of these as dowels, the following effects can be obtained.

即ち、本発明においては後でも連々るが、軟窒化によっ
て摺動条件を改良することが必要な要件となるものであ
るが、(Mo、VlA W′L、’、Ti3 Nに(M
o、V)は軟を化に伴う材料深部の軟化を阻止する効果
を有し、かつ高硬度の炭化物を形成するものであるが、
O,25%未満ではこの効果がなく、1.5%を超えた
場合に基地の脆化が著しく、0゜5〜1.5%の範囲で
添加されることが望ましいものである。
That is, in the present invention, it is necessary to improve the sliding conditions by nitrocarburizing, as will be explained later.
o, V) have the effect of preventing the deep part of the material from softening due to softening, and form a highly hard carbide,
If the content of O is less than 25%, this effect will not be obtained, and if it exceeds 1.5%, the base will become extremely brittle, so it is desirable to add O in a range of 0.5 to 1.5%.

以上シリンダライナにつき説明したが、本発明はかかる
シリンダライナに対して最適のビス・トンリングを組合
わせることによる相乗効果によって達成されるものであ
って、そのピストンリングは上記のシリンダライナと同
じ範囲の基地組織、炭化物、成分組成を有し、さらにシ
リンダライナに対し適度の硬度差を有するせ科とするこ
とに特徴を有する。
Although the cylinder liner has been explained above, the present invention is achieved by a synergistic effect by combining the optimum screw and tongue rings for such a cylinder liner, and the piston ring has the same range as the above-mentioned cylinder liner. It is characterized by having a matrix structure, carbide, and component composition, and furthermore, it is a vermicelli that has an appropriate hardness difference with respect to the cylinder liner.

即ち、シリンダライナの説明で述蓼た如き基地組織が焼
戻マルテンサイトであって平均粒径3〜30μの微細炭
化物が面積%にして 3〜20%均一に分散したピスト
ンリングは、その炭化物によるベアリング効果と強度を
共に満足する必要から上記の範囲で選択されねばならな
い。
In other words, as mentioned in the explanation of the cylinder liner, the piston ring whose matrix structure is tempered martensite and has fine carbides with an average grain size of 3 to 30μ uniformly dispersed in an area percentage of 3 to 20% is due to the carbides. It must be selected within the above range in order to satisfy both the bearing effect and strength.

又成分組成にしてもC096〜1.2%、Cr12〜1
9%を含み、さらに望ましくは(Mo% vlW、 T
i)のうち−朦又は二種以上を0.5〜1゜5%含むこ
とが必要であることもシリンダライナと同じ理由による
Also, the component composition is C096~1.2%, Cr12~1
9%, more preferably (Mo% vlW, T
It is also for the same reason as for the cylinder liner that it is necessary to contain 0.5 to 1.5% of one or more of i).

このように同じ組織及び成分によるピストンリングとシ
リンダライナを組合せることによって本発明は著しい効
果を達成するが、そのためにはピストンリングとシリン
ダライナの少なくとも一方に硬度HV 800〜150
0の表面硬度を有する軟窒化層を配する必要がある。
The present invention achieves remarkable effects by combining the piston ring and cylinder liner with the same structure and composition, but for this purpose, at least one of the piston ring and the cylinder liner must have a hardness of HV 800 to 150.
It is necessary to provide a soft nitrided layer with a surface hardness of 0.

その理由として前述したシリンダライナとピストンリン
グは、マルテンサイト基地組織中に炭化物が分散し高い
表面硬度を有するものであるが、炭化1重量及び基地組
織の調整によって表面硬度Hv400以上を必要とする
。これはHV 400未濶の硬度であるとTWIN面で
の摩擦接触面積が大となるばかりか、ma粉等の微小異
#粒子によるアブレッシプwl耗を発生し易いためであ
る。−刃表面硬度HV 800を超える材料としようと
すれば薄肉部品であるピストンリングやシリンダライナ
が強度面で脆くなる理由により[(V 400〜8゜O
で選択される必要があるが、このように高硬度の゛ごス
トンリングとシリンダライナを組合わせた場合に定常的
なIIF+に対して著しく耐賽耗性が上がるものの、な
じみ運転初期においてのスカッフィングが発生する危険
性が残る。これに対して一つには摩擦係数低減効果を得
るためと、連成にピストンリングとシリンダライナに硬
度差を与え、かつ金属間の!液接触をある程度防止する
手段として軟窒化処理がシリンダライナとピストンリン
グの少なくとも一方に設けられねばならない。
The reason for this is that the cylinder liner and piston ring described above have high surface hardness due to the carbide dispersed in the martensite base structure, but they require a surface hardness of Hv400 or more by adjusting the weight of carbide and the base structure. This is because if the hardness is less than HV 400, not only will the frictional contact area on the TWIN surface be large, but also abrasion wear due to minute foreign particles such as ma powder is likely to occur. - If you try to use a material with a blade surface hardness exceeding HV 800, the piston ring and cylinder liner, which are thin-walled parts, will become brittle in terms of strength.
However, although the combination of high-hardness stone rings and cylinder liners significantly increases wear resistance against steady IIF+, scuffing occurs during the initial run-in operation. There remains a risk that this will occur. One of the reasons for this is to obtain the effect of reducing the coefficient of friction, and to give a hardness difference between the piston ring and cylinder liner as well as between metals! A nitrocarburizing treatment must be applied to at least one of the cylinder liner and piston ring as a means of preventing liquid contact to some extent.

この軟窒化層は通常の工具鋼及び炭素鋼では比較的深い
化合物層が得られるが、本発明の如き高炭素、高Cr合
金鋼においては窒化化合物層の深さはさほど得られない
、又軟窒化に伴う軟化を防止するた−めに(Mo、V 
% W % Ti)を添加する必要がある。このように
本発明において軟窒化層は比較的薄いものであるが、機
関のなじみ一期間にあっては軟窒化層が介在することに
よるスカッフィングの防止が充分に得られ、ある程度な
じみ、ピストンリングとシリンダライナの初期111P
が終了した時点ではその硬度層も当初のものより少ない
ものとなり、ピストンリングとシリンダライナの一方の
[11耗の発生が防がれる。
This soft nitrided layer is relatively deep in ordinary tool steels and carbon steels, but in high carbon and high Cr alloy steels such as the present invention, the depth of the nitride compound layer is not so deep, and In order to prevent softening due to nitriding (Mo, V
% W % Ti). As described above, in the present invention, the nitrocarburized layer is relatively thin, but during the break-in period of the engine, the presence of the nitrocarburide layer sufficiently prevents scuffing, and after the nitrocarburide layer has broken in to a certain extent, the piston rings and Initial 111P of cylinder liner
When the hardness layer is completed, the hardness layer becomes smaller than the original one, and the occurrence of [11 wear] on either the piston ring or the cylinder liner is prevented.

この砿窒化層の硬度はHV 800未濶であると相手材
料との硬度差が不足し、かつ窒化深さが少ないものであ
り、窒化層が早期に消滅し、HV1500を超えた場合
に相手材料との硬度差が過大で相手材料を著しく*aさ
せる他、脆化も進行するため、HV800〜1500の
範囲で選択されねばならない。
If the hardness of this nitrided layer is less than HV 800, there will be insufficient difference in hardness from the other material and the nitrided depth will be small. If the difference in hardness between the two and

以上記した如く本発明のピストンリングとシリンダライ
ナの組合せは鋼と鈎とを組合せたことによって教度の向
上を計り、かつ薄肉化し得ると共に、通常のTh11g
性のみならず、耐スカッフィング性に優れ、かつ耐熱、
耐食性にも優れるものである。
As described above, the combination of the piston ring and cylinder liner of the present invention improves the stiffness by combining steel and hooks, and can be made thinner and thinner than normal Th11g.
It not only has excellent scuffing resistance, but also heat resistance.
It also has excellent corrosion resistance.

耐食性については、例えばCrメッキの如き表面被覆が
母材との電位差を有する明白Jこよって化学的腐食を受
は易いのに対し、本発明においてはこのような化学的腐
食に対してはピストンリング、シリンダライナ共に母材
が高Cr嗣という耐食性材料であることにより、腐食し
難いものである。
Regarding corrosion resistance, for example, surface coatings such as Cr plating have a potential difference with the base metal and are therefore easily susceptible to chemical corrosion, whereas in the present invention, piston rings are resistant to such chemical corrosion. The base material of both the cylinder liner and the cylinder liner is made of a corrosion-resistant material with high chromium content, making them resistant to corrosion.

又耐熱性についても 高Cr嗣で6る本発明ピストンリ
ングとシリンダライナはその基地自体が耐熱性のもので
あるばかりでなく、高C#lであって硬度が高く従って
その強度も高いため、熱疲労に対しても充分に耐え、ら
れるものである。
Regarding heat resistance, the piston ring and cylinder liner of the present invention with high Cr are not only heat resistant in their bases themselves, but also have high C#l, high hardness, and therefore high strength. It can also withstand thermal fatigue.

又本発明を実施する場合に、ピストンリングとシリンダ
ライナとを全く間−の銅にて組合せることも可能ではあ
るが、機関によ妙でそれぞれ成分を異ならしめ、各々に
特徴をもたせることが望ましいことはいうまでもない。
Furthermore, when carrying out the present invention, it is possible to combine the piston ring and the cylinder liner with completely different copper materials, but it is possible to make the components different depending on the engine and to give each one its own characteristics. Needless to say, this is desirable.

具体、的には高温、高負荷M関ではピストンリングに加
わる負荷がより大きいため、ピストンリングを電量%で
C0,8−1,2%、Cr16〜19%含む鋼とし、シ
リンダラ・イナを重Q%でC005〜0.75%、Cr
12−15%を含む鋼トし、双方に軟窒化層を設け、硬
度差を’HV 100〜250与えたものとする。
Specifically, since the load applied to the piston ring is larger at high temperature and high load M, the piston ring is made of steel containing 0.8-1.2% of CO and 16 to 19% of Cr in terms of electric charge, and the cylinder inner is made of steel with a heavy weight. Q% C005~0.75%, Cr
It is assumed that steel containing 12-15% is provided, a soft nitrided layer is provided on both sides, and a hardness difference of 100-250 HV is given.

かかる組合せはピストンリングにあっては相対的に高0
1高Crとすることで、耐熱、酬熱被労牲を大きくシ、
通常ホーニング等の表面粗さ調整加工を要するシリンダ
ライナを相対的に80.低Crとして硬度を落し、加工
性を同上させると共に、ピストンリングとシリンダライ
ナ間との硬度差による@他条件の調整が行なわれるもの
である。
Such a combination is relatively high in piston rings.
By making it 1 high Cr, heat resistance and heat damage are greatly reduced.
Cylinder liners that usually require surface roughness adjustment processing such as honing are relatively 80. The hardness is lowered by lowering Cr to improve workability, and other conditions are adjusted based on the difference in hardness between the piston ring and cylinder liner.

特許出願人 日本ピストンリング株式会社patent applicant Nippon Piston Ring Co., Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)嗣によるシリンダライナとピストンリングの組合
せにおいて、 前記シリンダライナが、基地組織が焼戻マルテンサイト
であり、かつ基地組織中に主としてCrかうなる平均粒
径3〜30μの微細炭化物が面積比にして 3〜20%
均一に分散した組織を有し、さらに成分組成が重量%に
てC0,5〜1.2%Cr12〜19%を含み、表面硬
度がHv400〜800である銅によりなるシリンダラ
イナであり、前記ピストンリングが、基地組織が焼戻マ
ルテンサイトであり、かつ平均粒径3〜30μの微細炭
化物が面積%にて、3〜20%均一に分散した表面硬度
がHV 400〜800の−であり、さらに前記シリン
ダライナとピストンリングの少なくとも一方には表面硬
度HV 800〜1500の軟窒化層を有することを特
徴とするシリンダライナとピストンリングの組合せ。
(1) In the combination of a cylinder liner and a piston ring according to Tsugu, the cylinder liner has a matrix structure of tempered martensite, and the matrix structure contains fine carbides mainly composed of Cr and having an average grain size of 3 to 30 μm in area ratio. 3-20%
A cylinder liner made of copper having a uniformly dispersed structure, further containing 0.5 to 1.2% Cr, 12 to 19% by weight of Cr, and a surface hardness of 400 to 800 Hv; The ring has a base structure of tempered martensite, and has a surface hardness of HV 400 to 800 in which fine carbides with an average particle size of 3 to 30 μ are uniformly dispersed by area % of 3 to 20%, and A combination of a cylinder liner and a piston ring, characterized in that at least one of the cylinder liner and the piston ring has a nitrocarburized layer having a surface hardness of HV 800 to 1500.
(2)前記シリンダライナの成分組成が重量%にてC0
,6〜1.2%、Si1.0%以下、Mn1’0%以下
、Cr12〜19%、(MO,V SW 、 Ti)の
うち−秒又は二種以上を0.5〜1.5%を含む鋼であ
ることを特徴とする特許 第1項記載のシリンダライナとピストンリングの組合せ
(2) The component composition of the cylinder liner is C0 in weight%.
, 6-1.2%, Si 1.0% or less, Mn 1'0% or less, Cr 12-19%, 0.5-1.5% of -second or two or more of (MO, V SW , Ti) A combination of a cylinder liner and a piston ring as described in Patent No. 1, characterized in that the combination is made of steel containing.
(3)前記ピストンリングの成分組成が重量・%にてC
0.6.〜1.2%、Sil.0%以下、Mnl。 0%以下、Crl2 〜19%、(Mol V s V
llTi)とうち一種又は二柵以上を0.5〜1.5%
含む鋼であることを特徴とする前記特許請求の範囲第1
項記載のシリンダライナとピストンリングの組合せ。
(3) The component composition of the piston ring is C in weight/%.
0.6. ~1.2%, Sil. 0% or less, Mnl. 0% or less, Crl2 ~ 19%, (Mol V s V
llTi) and 0.5 to 1.5% of one or more of these
Claim 1, characterized in that it is a steel containing
Combination of cylinder liner and piston ring as described in section.
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