JPS5920448A - フロ−テイングシ−ル - Google Patents

フロ−テイングシ−ル

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JPS5920448A
JPS5920448A JP12774182A JP12774182A JPS5920448A JP S5920448 A JPS5920448 A JP S5920448A JP 12774182 A JP12774182 A JP 12774182A JP 12774182 A JP12774182 A JP 12774182A JP S5920448 A JPS5920448 A JP S5920448A
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JP
Japan
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floating seal
seal
sealing surface
less
chilled
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JP12774182A
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Genkichi Umeba
梅葉 源吉
Yoshikatsu Nakamura
中村 義勝
Osamu Kawamura
治 川村
Hiroshi Ikutake
弘志 幾竹
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Nippon Piston Ring Co Ltd
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Nippon Piston Ring Co Ltd
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Publication date
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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】 本発明は建設機械や建設車両の軸封装置として用いられ
るフローティングシール1特に鋳鉄製フローティングシ
ールに関するものである。
フローティングシールは第1図に示す如く回転軸1端に
配されて1ケーシング2と回転カバー3側とにそれぞれ
Oリング6・ 6を介して組付けられるものであり1フ
ローティングシール4.4はそれぞれケーシング21回
転カバー3とに結合されてシール面6.6にて回転摺動
する。ここで′ケーシング°2X回転カバー3間から浸
入する土砂や塵1汚水は0リング4.4及びフローティ
ングシールのシール面6.6にてシールされるもので、
シール面6.6は摺動条件にある理由によって特別なシ
ール性1即ち耐摩耗性)耐食性が必要とされる。
又フローティングシールは外周側に0リングの接触面を
形成されるが、Oリングのシール性を維持する上でこの
面の面精度も要求される。
かかる70−ティングシールは主としてシール面の耐摩
耗性を重視して)耐摩耗性鋳鉄、例えば白鋳鉄や)Cr
−Mo合金鋳鉄が使用される。これらの合金鋳鉄は主と
して高硬度なCr炭化物を多量に含むことで耐摩耗性効
果を得るもので、さらに鋳放しのままでマルテンサイト
化されることにより基地強度、硬度にも優れる。
しかしながらかかる耐摩耗性合金鋳鉄では焼入れされる
ことにより耐摩耗性効果に優れる一方で1極めて硬度が
高い理由による被剛性の悪さや1添加元素が多量である
理由による鋳造性の悪さ−及び熱処理工程を多く含むこ
とによるコスト高等の諸問題がある。
これに対してフローティングシールのシール面のみを冷
し金によりチルド化し為必要部分のみに耐摩耗性に優れ
るチル層を形成することが考えられるが1通常の鋳鉄を
チルド化したものではチル組織の安定化がされ難いばか
りか充分な硬度及び表面強度が得難く実用性に乏しい。
これに対して近年小物鋳物の表面チル化手段として再溶
融冷却によるチル化が注目されλ例えば特公昭51−4
9578号や特公昭48−25289号等に示される如
く電子ビーム照射によジチルされ難い材料表面を再溶融
し母材自体の熱容量によシ急冷することでチル化され難
い材料にも耐摩耗性に優れるチル組織を形成されうるも
のである。
かかる再溶融冷却によりチル層を設けたフローティング
シールとしては本出願人が先に提案した特願昭66−5
6908号があるが一本発明けこの再溶融冷却したチル
組織を有するフローティングシールをさらに改良し)フ
ローティングシールとしてのシール面の耐摩耗性に優れ
1かつ母材の強度、被削性λ鋳造性に優れたものを目的
とするものである。
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3つの構成要件よりなるフローティングシ
ールにある。
(1)化学成分 重量% C2,5〜3.8%1 sil、5〜2.5%Mn  
O,4−1,2%%  Ni  0.5〜5.091)
残微少不純物を含むFe (2)  シール面に再溶融冷却によるチル組織を有す
る。
(3)チル組織は基地がマルテンサイトであり微少力樹
技状セメンタイトが分散した組織である。
かかる本発明フローティングシールはシール面に再溶融
冷却に固有である緻密なチル組織を有すと共に1フロ一
テイングシール自体は被剛性、鋳造性に優れるものであ
って下記の如く決定される化学成分の限定理由について
はXCは後述するチル組織のセメンタイト量を制御する
と共に母材組織を調整するものでSC2,596未満で
あるとチル組織のセメンタイト量が充分でなく耐摩耗性
に不足し、さらに母材の被剛性が低下し為一方C”a、
896超ではチル組織のセメンタイトが粗大化し為チル
組織に再溶融によるブローホールが生じ易くなり、又母
材の黒鉛量が過多となシ強度が低下するためC2,卜4
.8%で選択される。
SiはC量とも関係するが鋳鉄の黒鉛化に寄与するもの
であり〜1.5%未満であると母材の黒鉛化が進まず母
料自体がチル化し被削性が著しく低下し% 2−596
を超えると黒鉛化が過剰に進行し母材強度が低下する他
再溶融チルに際しプローホールが生じ易くXl、5〜2
.8%で選択されるMnについては1有害元素であるS
の除去に効果を有すが0.4%未満ではその効果が得難
くく、一方過剰に含まれてもセメンタイトを安定化して
チル化傾向を有するため10.4〜1.2%で選択され
る。
阻は鋳造に際しての肉厚感受性を減する目的と基地強度
の向上1さらにシール面のチル組織の調整を目的とする
がXo、5%未満であるとその効果がなく〜6.0%を
超えた場合に残留オーステナイトが過多となるもので0
.5〜5・ 0%の範囲で選択されるが〜さらに好まし
くはNi量を3゜996以下とし残留オーステナイトを
少なくすると共にさらに再溶融冷却チル組織の強度を充
分にするには1.096以上含むことが好ましく1.0
〜3・ 996の範囲で選択される。
PSSについては不純物としてそれぞれ0. 2%以下
、So、1%以下とされる。
かかる化学成分には1さらにCrs V 、W STi
などの高硬度の炭化物を形成し耐摩耗性に優れる元素や
\MOの如く基地を強化する元素を添加することも考え
られるが1W % V % Tiの形成する高硬度粒子
は母材の被剛性を低下する原因となり、耐摩耗性を向上
する元素としては微細な炭化物を形成しかつ摺動特性に
優れるCrが選択される。
Crを添加する場合は微細で高硬度なCr炭化曖による
耐摩耗性向上と九基地強度の強化が得られるが、0.5
96未満ではその効果がなくz 1.  a96を超え
た場合に溶湯の流動性の低下による鋳造性の低下と〜母
材の被剛性低下があり0・ 5〜1゜3%で選択される
。又MOは基地強度向上と、再溶融チル組織の基地をマ
ルテンサイト化するために添加されるが10.3%未満
では効果が々<、1.596を超えた場合には母材のマ
ルテンサイト化又はベイナイト化が進み被剛性が低下す
るため10.3〜1.5%で添加される。このCrs 
Moを添加する場合、Ni量は母材のマルテンサイト化
を防ぎ為かつ鋳物の肉厚感受性を減じ)さらに再溶融冷
却チル層の組織を調整するため0・ 5〜1.5%の範
囲で選択される。
以上説明した如き化学成分よりなる本発明フローティン
グシールは鋳造されて後にシール面を再溶融冷却されて
チル組織が形成されるが1かかる再溶融手段には1 G
’ W/crn” −10% 、7am+の高密度エネ
ルギ熱源、具体的には電子ビームル−ザビーム、T’I
Gアーク1プラズマアークが用いられる。ただし107
W/ Cm’を超えた高密度エネルギではフローティン
グシール面の再溶融以前に表面が蒸発して衝撃硬化を受
けるものの1充分な再溶融層が得られず、10 W/a
m”未満の相対的に低密度エネルギ加熱では再溶融され
て冷却される速度が遅く1母材への熱影響が多大である
ばかりか、チル組織もモットル状となり充分な硬度と強
度が得られ々い。本発明にあっては好ましくは上記10
〜10 W/cm’の高密度エネルギにより再溶融冷却
された再溶融チル組織であシ、さらにチル組織が第2図
のナイタル液腐食400倍顕微鏡写真に示す如くマルテ
ンサイト基地Aに微細な樹枝状セメンタイ)Bが分散さ
れることが必要でおる。
基地組織をマルテンサイトとする理由についてはアブレ
ッシプ摩耗を受は易いシール面での硬度を向上させるこ
とがあり1又樹技状セメンタイトは高硬度であり耐摩耗
性の効果に優れるが、再溶融チル組織では通常の冷し金
チル組織に比較し冷却速度が速いためセメンタイト大き
さが約115と著しく微細であシ)かかる緻密な組織を
有することによりチル組織の強度も高く1セメンタイト
の脱落や欠けがなくアブレッシプ摩耗に対して著しく優
れる。
かかる緻密で高硬度のチル組織は為前記した本発明フロ
ーティングシール母材に含まれる化学成分、特にN1に
よる効果によって得られるものであるが1さらに上記し
た如くエネルギ密度を適切にすぺ<、フローティングシ
ールと熱源との相対速度)及びエネルギ量1エネルギの
収束径鳥形状を調整されて達成される。
さらに特別に耐摩耗性の要求されるフローティングシー
ルでCr〜MOを添加されて用いられる本発明フローテ
ィングシールでは、再溶融冷却されたチル組織が)セメ
ンタイトと% Crを主とする複合炭化物の混在する極
めて高硬度でかつ強靭なものとなシ・極めて耐摩耗柾に
優れる。
かかる本発明フローティングシールではさらに冷し金チ
ルに比較しチル深さ及びチル層の位置を制御することが
容易であることも特徴とされるがチル深さは好ましくは
0.5mrnからフローティングシール肉厚の1/3の
範囲で選択される。チル深さが0.5mm未満の場合1
再溶融に伴う表面荒れの影響を受けるばかりでなく〜長
期の摩耗でチル層が摩滅する可能性があシル又フローテ
ィングシール肉厚の173を超える深いチル層は不要で
あるばかシか九再溶融量が過多となって冷却速度が低下
しモットル状となる可能性が高い。
尚この再溶融されるチル層の容積もフローティングシー
ル体積の約1/lO以下とし冷却速度を遅らせ力いこと
が好ましい。又再溶融チルに伴う収縮分だけ第3図に示
す如く突出40を形成し)再溶融チルした後にほぼ完成
寸法となる如くシ)後加工代を少なくすることが好まし
い。
以上記した如く本発明の70−ティングシールはシール
面に極めて耐摩耗性に優れる再溶融冷却チル層を冶し1
かつフローティングシール母材ハパーライト基地の片状
黒鉛鋳鉄であって、耐摩耗性、被剛性に優れると共に生
産性にも優れる。
かかる本発明フローティングシールにつきその効果を下
記摩耗試験をもって説明する。
(供試材料) (本発明フローティングシール1) 化学成分  T0n、56%、Si2.34%、Mn0
.8 t%5Ni0.5 ’196、Cr1.15%、
Mo0.41%、Po、04%、So、0296、残 
Fe  のパーライト基地片状黒鉛鋳鉄。
再溶融条件 電流 60A、  電圧20VのTIGア
ークによシ相対速度 4  mm/ sec上記フロー
ティングシール面を再溶融する。
チル深さ2.1mrlh表面硬度HRC65%母材硬度
HRC36 (本発明フローティングシール2) 化学成分 T0n、40%、Si2’、 014%Mn
  i、  11 %、Ni2.6 ’If;、Cr1
. 2 o96、Po、03%、80.01%、 残Feのパーライト基地片状黒鉛鋳鉄。
再溶融条件は本発明lと同様 表面硬度 HRC65N深さ 5mm 母材硬度 HRC37 c本発明フローティングシール3) 化学成分 T0n、5G96、Si1.8496、Mn
1.82%、Ni8.81%s P 0.03%、30
.01%、 残Feのパーライト基地片状黒鉛鋳鉄。
再溶融条件は本発明lと同様。
表面硬度 HReO4深さ 5mm 母材硬度 HRC30 (比較材料l) 化学成分 TC127%、Si1.04%、Mn  O
,814SCr13.596s Mo2.3%、V  
1.44%残 Fe の白鋳鉄を焼鈍した母材硬度)(RCIS6に焼入れを
した表面硬度HRC67 (比較2) 化学成分 T0n、14%、8i2.26%、Mn o
、 81%s Cr0−5491)%残Feのパーライ
ト基地片状黒鉛鋳鉄を本発明と同一条件にて再溶融チル
した1マルテンサイト基地チル組織 硬度HRC55、
深さ 5 mrlh母材硬度HRB 105 (摩耗試験条件) 外径ダニ39内径グ105肉厚?mmの回転試験片を作
成いさらに回転試験片から巾12×長さ18×高さ5I
T1mの固定試験片を切出して)固定試験片を荷重10
 kg/ Qrrl’で固定試験片に押圧しつつS5%
iρ3粉末を混入した水油エマルジョン条件にて回転試
験片を800rpmで回転させ1固定試験片の摩耗重量
をもって耐摩耗性を評価する第4図に上記摩耗試験結果
を示す。第4図に示す如く本発明フローティングシール
は従来のフローティングシールに比較し〜2/3〜1/
3の摩耗量を示し−極めて耐摩耗性に優れることが示さ
れた。
かかる耐摩耗性は)再溶融冷却されて極めて高硬度のシ
ール面が得られたことのみならず九再溶融冷却チル組織
が極めて緻密であシ強度に優れるため、摩耗進行に伴っ
て生じる摩耗物も微細となり1かかる微細な摩耗粉によ
ってひき起こされる表面の剥離摩耗が著しく減ぜられる
ためと評価される。
【図面の簡単な説明】
第1図:フローティングシール使用状態を示す断面図。 第2N:本発明フローティングシールの金属組織を示す
400倍顕微鏡写真。 第3図:本発明実施例断面図。 第4図二本発明フローティングシールの摩耗試験結果を
示すグラフを示す。 付量の説明 1:回転軸    4:0リング 5:フローティングシール   6:シール面A:基地
組織   B:セメンタイト 特許出願人 日本ピストンリング株式会社 第1図 第3図 第4図 摩 耗 2J12

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)鋳鉄製フローティングシールにおいて1化学酸分
    が重量%にてSC2,5〜3.8%〜Si1.5−2.
    5%、Mn0 、4〜1.2 %5Ni0.5〜5.o
    %s残微少不純物全5.oeよ多ナシ、かつフローティ
    ングシールのシール面ニハ基地組織がマルテンサイトで
    あシA微細な樹枝状セメンタイトが分散した再溶融冷却
    チル組織を有スルフローティングシール。
  2. (2)前記フローティングシールの化学成分が重量4に
    てC2,5〜l  8%1Sit、5〜2.5%、Mt
    lo、4〜1.296% Ni1.0〜2.9%、Cr
    0.5〜1−35i!f、po、296以下、So、1
    %以下蔦残実質的にFeよシなることを特徴とする特許 ティングシール。
  3. (3)前記フローティングシールの化学成分が重量%に
    てC2.5〜8,896、Sil.5〜2.5%MnO
    .  4 〜1.  296% Nip.  5−1.
      5%、Cr0.5−1.s5L Mo0.8−1.
    596、Po.25J以下、  80−1%以下残実質
    的にF’eよりなることを特徴とする前記特許請求の範
    囲第1項記載のフローティングシール。
  4. (4)前記シール面の再溶融チル組織深さが10。 5mm〜肉厚の1/3以下であ〕かっその容積がフロー
    ティングシール容積の1/10以下であることを特徴と
    する前記特許請求の範囲第1項記載のフローティングシ
    ール。
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Cited By (3)

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