JPS60121254A

JPS60121254A - 複合シリンダ・ライナ

Info

Publication number: JPS60121254A
Application number: JP23021883A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Fukuda; 昌弘福田; Akitoshi Okabayashi; 昭利岡林
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1983-12-05
Filing date: 1983-12-05
Publication date: 1985-06-28

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】本発明は強靭複合シリンダ・ライナの提供に関する。

内燃機関に使用されているシリンダ・ライナは、ピスト
ンリングと同時摺動し気密性を保持しなければならない
ことから、基本的ＶＣ耐摩耗性と耐焼付性が必要とされ
る。この目的のため、従来シリンダ・ライナの用途にけ
、Ａ型黒鉛を有し耐焼付性を向上させるとともに、炭化
物を分散させて耐摩耗性全付与した特殊鋳鉄鋳物が専ら
用いられてきている。

しかし乍ら、最近の内燃機関の大聖化、またその軽量化
、低燃費化の要求に伴い、上記従来材質では強度的に不
足全米たしており、強度面での向上が切望されている。

また、耐用期間の延長を目的としてシリンダ・ライナ材
質の耐摩耗性のより向上という要望もある。

強度の向上の目的のためには、ライナ材質によｐ高強度
のものを選ぶことも考えられるが、シリンダ・ライナ本
来の必要特性である耐摩耗性、耐焼付性を損うおそれが
あり、実際上限界がある。

またライナ肉厚を厚内化することも有効であるがこの場
合には軽量化といつ目的には逆行する。

ところで、シリンダ・ライナの使用状況と破損原因につ
いて分析スると、（１）　耐摩耗性、耐焼付性を必要とする部分は、ピス
トンリングとの接触部、即ちライナ内表面のみである。

（１１）　シリンダ・ライナの破損は、その外表面を起
点とする。

ことが知られる。

本発明はかかる点に着目して、シリンダ・ライナに従来
例をみない複合化技術全適用し、叙上の目的全達成せん
とするものである。

すなわち、本発明の複合シリンダ・ライナは、その内層
（内表面近傍〕は耐摩耗性、耐焼付性に優れる特定化学
組成の特殊鋳鉄材質で形成する一方、外層（外表面近傍
）は強靭性に優れる特定化学組成のマレアプル鋳鉄材質
で形成し、かつ両者を溶着接合せしめて、全体として必
要な耐摩耗性、耐焼付性の使用特性を損わず所期目的と
する強度の向上を計ることに成功したものである。

以下本発明について詳述する。

本発明の複合シリンダ・ライナは、第１図に示すよＩ）
な構造を具備してなる。すなわち、その外層ａは後に詳
述される強靭性に優れるマレアグル鋳鉄材質２・らなジ
、一方その内層すは耐焼付性、耐摩耗性に優れる特定化
学組成の特殊鋳鉄材質からなり、かつ、両者を溶着一体
化して構成されている。

なお外層ａと内層すとの溶着一体化によって、外層ａ♂
内層すとの間Ｖｃ／′ｉ両者の中間Ｉ８な組成の溶着層
（中間層）ａ＋ｂを不可避に生じることになる。すなわ
ち、内層すを外層ａに溶着せしめることによって、外層
材質の内層すへのある程度の溶は込みは避けられない。

このさい、もしその溶着層ａ＋ｂに使用目的によっては
問題を生ずる場合では、第２図に示すように、予め別途
中間層材質を用意しておき、外層ａと内層すとの間に中
間層Ｃ全介在させて対応することもできる。即ち、必要
に応じては、ライナ構造を６層以、上のものに形成する
こともできる。

このような多層構造を有する複合シリンダ・ライナは遠
心力鋳造法により容易に製造できる。すなわち、２層構
造のものにおいては、まず外層を鋳込んだ後、適宜タイ
ミングで内層材質を鋳込み、両者を溶着一体化する。３
層以上のものについても同様に、外層から順に適宜タイ
ミングで各層を鋳込めばよい。なお、遠心力鋳造法にお
いては、横型、傾斜型、竪型のいずれも適用可能である
。

次に本発明の複合シリンダ・ライナの外層全形成するマ
レアグル鋳鉄材質について説明する。

本発明では、強靭性に優れるライナ外層材として、次の
ような成分組成のものを使用するこ、！：を特徴とする
。ｆなわち、外層は、重量パーセントでＣ２，Ｏ〜２．
８％、Ｓ’１０．７〜２．５％、　Ｍｎ　０．３〜１．
２％、２０１２％以下、Ｓｏ、２．％以下、Ｎｉ　５．
　Ｑ％以下、ＣｒＯ，１〜１．０％、　ＭＯ０，７％以
下、残部Ｆｅおよび通常の不純物からなり、セメンタイ
ト、黒鉛、パーライトを主体とする基地からなる。

（Ｉｌ　化学成分Ｃｉ２，０〜２．８％マレアグル鋳鉄は熱処理で黒鉛を析出蔓せ（鋳造時に晶
出した黒鉛も一部存在する）、強靭性を付与することを
特徴とするものである。しかしてＣ２０％未満では黒鉛
の析出が少く、また鋳造性が悪く欠陥を発生し易い。

しかしＣ２，８％を超えると黒鉛、セメンタイトの量が
多くなり、材質が脆くなるためである。

Ｓｌ・０．７〜２．５％Ｓｉは黒鉛化促進元素であり、マレアプル鋳鉄の特徴を
得るためには０．７％以上必要である。一方Ｓｉ２，５
％を超えると、７エライト中に溶は込んだＳｌがフェラ
イトを硬く脆くする作用が顕著となるため、強靭性の確
保に問題を生じて好ましくない。

Ｍｎ　ｉ　Ｏ１３〜１．２％Ｍｎは基地組織を強化し、また、Ｓの害を除くため、０
．６％以上必要である。しかしながら、１．２％全超え
ると基地が硬く′ｆｘり過ぎて脆くなる傾向があり、焼
戻し脆性が現われる場合もあるため適切でない。

Ｐ　ｉ　Ｏ，２％以下Ｐは溶湯の流動性を高めるのに有効であるが、材質を脆
くするため少い程良い。すなわち、Ｐは不純元素であっ
て、その悪影響が顕著でない０．２％を上限とする。

ｓ；０．２％以下ＳもＰと同様に材質を脆くし、同じくその影響が顕著で
ない０．２％を上限とする。

Ｎｉ１３．０％以下Ｎ１は基地組織の強化に効果があり、特に強靭性が要求
される場合には積極的に添加される。しかしながら、３
．０％を超えて含まれる七、硬くなり過ぎて脆くなり、
また、経済的にも不利となる。

Ｃｒｔ　０．１〜ｌ、　Ｑ％Ｃｒはセメンタイトの安定化および基地の強化の作用が
ある。０．１％未満では黒鉛が多くなり過ぎ、また、基
地硬度も低く、充分な強靭性が発揮できない。一方、１
．０％を超えると黒鉛がほとんど析出せず、マレアグル
鋳鉄の特徴を発揮できずに脆くなる。

Ｍｏ；［］、７％以下ＭＯはＮｉ、：同様に基地組ｍ、を強化する作用を有し
、強靭性が要求される場合には有効である。しかしなが
ら、０，７％を超えると、硬くなり過ぎ、また、経済的
にも不利となるため好ましくない。

（ＩＯ外層材質の接種次に外層材質の接種について述べる。一般に接種は、組
織の微細化、黒鉛化の助長のために有効である。本材質
に接種技術全応用すれば、組織の微細化に寄与し、同時
に１だ鋳造時の黒鉛晶出および熱処理時の黒鉛析出が著
しく促進される。

その場合、接種剤としては、Ｃａ　Ｓｉ　、　ＦｅＳｉ
等のＳｉ系接種剤を用いればよく、添加量としては８分
て０．０５〜１．０％が適当である。すなわち、０．０
５％未満では接種効果が荊待−Ｃきず、一方、１．０％
を超えても相応の効果が得られないためである。なお、
この場合、接種後の８１含有量は上記０．７〜２．５％
の範囲である。

次に本発明の複合シリンダ・ライナの内層音形成する特
殊鋳鉄材質について説明する。

本発明では耐摩耗性、耐焼付性に優れるライナ内層材と
して、次のよりな成分組成のものを使用することを特徴
とする。ｆなわち、内層は重量％で、Ｃ２，５〜４．０
％、Ｓｉ　Ｏ，８〜２．５％、Ｍｎ　０．３〜１．５％
Ｆ０．０５〜１．５％、５Ｏ１６％以下と、Ｎｉ２．５
％以下、Ｏｒ　１．５％以下、ＭＯＯ，８％以下、Ｓｎ
　Ｏ，５％　以下、Ｃｕ４．０％以下、Ｂ、Ｔｉ、Ｖ、
Ｎｂ、Ｚｒの１種又は２種以上の合計　１．０％以下、
ＡＡ　＊　Ｃａ　＋　Ｂａ　、Ｓｒ、希土類元素の１種
又は２種以上の合計０．２％以下；のうち１種又は２種
之上を含み、残部Ｆｅおよび通常の不純物からなる鋳鉄
材質である。

そこで、上記特定材質の化学成分、及び接種について、
下記に詳述する。

ＣＩ＋　化学成分Ｃ：２．５〜４．０％内層材質は耐焼付性、耐摩耗性を必要とし、そのために
は、よく延びた黒鉛と炭化物（Ｆｅ。

Ｃ，Ｃｒ複炭化物、■炭化物等）か必要である。

２．５％未満では、黒鉛量、炭化物量のいずれも不足し
、耐焼付性、耐摩耗性が劣化する。一方４．０％を越え
ると、黒鉛、炭化物いずれも多くなり過ぎて脆くなる。

Ｓｉ　：　０．８〜２．５％Ｓｉは黒鉛化能を有し、黒鉛量と炭化物量の比率を決定
する重要な元素である。０．８％未満では黒鉛量が不足
し、耐焼付性が劣化する。

２．５％を越えると炭化物が少くなり耐摩耗性が劣化す
る。

Ｍｎ　：　０．３〜１．５％ＭｎはＳの害を除くとともに基地の強化に有効である。

この目的のためには０．３％以上必要である。一方１．
５％を越えると硬くなり過ぎて脆くなる。

Ｐ　：　０．０５〜１．５％Ｐは一般に材質の機械的性質を劣化させる元素として知
られているが、ライナ内層材質においては、Ｐを含有さ
せることによって、Ｐ共晶物を生成し、Ｐ共晶物が耐焼
付性、耐摩耗性向上に大きな効果を発揮する点で有効な
元素である。耐焼付性、耐摩耗性向上のためＶＣは、０
．０５％未満ではその効果が期待できず、まだ１．５％
を越えると機械的性質が劣化し、欠は落ち摩耗を発生し
易くなるＯ８：０．３％以下Ｓは材質の機械的性質を劣化させる、いわゆる不純元素
であるが、本発明内層材質として問題のない範囲として
０．６％以下とする。

Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、５ｎＮｉ−Ｃｒ＋　Ｍ’＋　Ｓｎ　は基地を強化し、強靭性
向上硬度アップに有効であり、Ｎｉ　：　２，５％以下
、Ｃｒ：１．５％以下、Ｍｏ　：　０．８％以下、Ｓｎ
：０．５％以下の１種もしくは２種以上の含有により、
本発明ライナのより耐摩耗性向上が可能となる。これら
元素各々の作用及び成分限定理由を以下に述べる。

Ｎｉ：２．５％以下Ｎ１は基地の強化に有効に作用するか２．５％を越える
と、経済性の面で不利となるば刀・りでなく、焼入れ組
織（ベーナイト、マルテンサイト）、未変態組織を発生
し易くなり、かえって脆くなる。また、焼付を発生し易
くなる０尚、好ましくは０．５％以上の含有が効果的で
ある。

Ｃｒ　：　１．５％以下Ｎ１と同じく基地の強化に有効であるが、−万歳化物生
成傾向が強い。そのため１．５％を越えると、黒鉛量が
低下し、耐焼付性、強靭性が劣化する。尚、好筐しくけ
０．１％以上の含有が効果的である。

ＭＯ：　０．８％以下Ｎ１と同じく基地の強化に有効であるが、０，８％を越
えると、経済面、および焼入れ組織生成の面で問題とな
る。尚、好ましくは０１％以上の含有が効果的である。

Ｓｎ　：　０．５％以下Ｓｎはフェライトを抑え、パーライトを安定させる作用
がある。しかしながらその作用は本材質の場合０．５％
を超えても飽和するため０．５％以下とする。尚、好ま
しくは０．０３％以上の含有が効果的である。

Ｃｕ：４．０％以下ＣｕけＳｎと同様、フェライトを抑えパーライトを安定
させる作用があるが、その他に耐腐食性向上の効果が大
きい。ライナ内面の摩耗には腐食摩耗も含まれるため、
耐摩耗性向上のためには、Ｃｕを含有させる方が好結果
が得られる。その場合、耐腐食性向上作用の飽和する４
、０％を上限とする。尚、好萱しくけ０゜１％以上の含
有が効果的である。

Ｂ　、　Ｔｉ、　Ｖ、　Ｎｂ、　Ｚｒ　：　１種または
２種以上計１．０％以下耐摩耗性を向上させるために、Ｐ共晶物、セメンタイト
（鉄炭化物〕を生成させることによって、その目的はほ
ぼ達せられるが、より耐摩耗性を向上させるためには、
高硬度の炭化物を生成させることが有効である。この目
的のだメニはＢ　、　Ｔｉ、　Ｖ、　Ｎｂ、　Ｚｒ：＋
％適切であり、いずれも、セメンタイトよりも高硬度の
炭化物を生成さゼる。しかしｌがら、これらはいずれも
強力な脱酸剤であるため、多量に含有させると、溶湯の
流動性を減じ、鋳造欠陥を発生し易くなる。

そのため、１．０％以下とする。尚、好１しくけ０．０
２％以上の含有が効果的である。

ＡＡ、　Ｃａ、　Ｂａ、　Ｓｒ、希土類元素＝　１種ま
たは２種以上計０．２％以下組織の微細化、黒鉛化を目的として、接種が行われてい
ることが刈られている。本発明ライナにおいても接種を
行うことにより材質改善が計られることは後述の通りで
ある。

接種効果は、時間とともに７エイヂ゛イングを起すだめ
、厚内鋳物のような凝固まで長時間を要するものでは、
通常のＦｅ５１では接種効果があまり゛期待できない。

その場合、これらの元素を１種もしくは２種以上含有さ
せると接種の持続性が改善される。この目的のためには
、１種もしくは２種以上の合計量が０．２％以下で良く
、それ以上の含有では効果は比例的に向上しないため、
コスト面で不利となる。尚、好ましくは０．０２％以上
の含有が効果的である。

以上述べた化学組成は、特願昭５８−１４５４９５号と
同一組成である。

（Ｉｌｌ　内層材質の接種一般に、接種は鋳造組織の微細化、黒鉛化の助長のため
に有効である。そして上記材質についても接種技術を応
用すれば、より微細かつ均一に黒鉛の分布した材質が得
られる。このさい接種量は５ｉｆｆとして０．０５〜１
．０％が適当である。

すなわち０．０５％未満では接種効果が期待できず、一
方１．０％を超えても相応の効果が得られないためであ
る。接種剤としては一般にＦｅＳｉ　が好適であるが、
より接種効果を高めるものとして、ＣａＳｉまた、Ｃａ
、　Ａｉ　Ｂａ、　Ｓｒ、希土類元素を１種もしくは２
種以上含むＦｅＳｉ　があり、この使用により、より組
織の微細均一な材質が得られる。なお接種後におけるＳ
１含有量は前記限定成分範囲に調整される。

以上の通り、本発明は特定の化学組成を有する外層材と
内層材よりなるものであるが、更に次に脱明する熱処理
が施される。

外層がマレアプル鋳鉄であるため、オーステナイト域ま
で昇温し、セメンタイトの黒鉛化を行わなければ、強靭
性の面で問題となる。この目的のためには、９００℃〜
１０５０℃まで昇温する必要がある。ここで、９００℃
未満では、黒鉛化が不充分となり、また、１０５０℃を
超えると、組織が粗大化し脆くなるためである。保持時
間は通常５Ｈｒ〜ＡＯＨｒである。

上記温度で保持した後、材質の強靭性向上、また、内層
材質の硬度維持のだめに、急速冷却を行うことが効果が
ある（内径９６７４０の大形シリング・ライナでも、部
分的には２００℃／Ｉｉｒ位までは可能）。なお、その
後、通常４００℃〜６５０℃の歪取り焼鈍が追加される
。

次に本発明の実施例を掲げて説明する。

外径６４０ダ、外層８０喘、内層５０調の複合シリング
・ライナの製造実施例。

〔製造条件〕

■　鋳造方案横型遠心力鋳造。遠心力鋳造用金型の回転数６４０グで
Ｇ産１２０゜ ■　製品化学組成第１表に示す。

■熱処理９５０℃Ｘ１０Ｈｒ加熱後、６００℃、／Ｈｒ　で冷却
し、その後５５０℃Ｘ１０Ｈｒで歪取り焼鈍を行った。

■　鋳造後、鋳造品の内・外面を切削加工して外径６０
０９６Ｘ内径４４０ダのシリング・ライナを得た。

〔引張り試験の結果〕

■　引張強さ、伸び第２表に示す。

■　硬度分布第６図に示す。

■考　察従来の単層シリング・ライナの一般的な機械的性質は、
引張強さ１８〜２５１ｆ／ｍｓ１．伸び０．２〜０．８
％の範囲にある。これに対し、本発明にかかる外層は伸
びが低下することなく引張強さの著しい向上が看取され
る。また、内層は従来と同等の引張強さ、伸びを有しか
つ内面近傍における硬度がＨＢ　２００〜２４０の間に
ありシリング・ライナとして好適な硬度が確保されてい
る。

次　葉第２表　機械的性質（引張試験）試料採取位置　外層二ダ５６０内層：メ４′６’０以上のよ５に、本発明の複合シリンダ・ライナは、破壊
の起点となシ特に強靭性に優れることが要求されるライ
ナ外層は既述の特定の化学組成からなるマレアグル鋳鉄
材質で形成し、一方ライナ内層はその使用特性に適合す
る耐焼付性、耐摩耗性に優れた特定化学組成特殊鋳鉄材
質で形成し、かつ両者を溶着接合してなるものであるか
ら、ライナ内面における本来の使用特性を損うことなく
その高強度化を計ることができる。

なお本発明に係る複合シリンダ・ライナは、遠心力鋳造
法を利用することによって、所期の特性を備えたものが
容易に製造でき、各層間の溶着状況にも問題を生じない
、

【図面の簡単な説明】

嘉１図は本発明に係る複合シリンダ・ライナの構造を現
わす横断面図、第２図は中間！Ｉｎ−鋳込んだ場合のシ
リンダ・ライナの構造を示す横断面図、第６図は実施例
の硬度分布を示すグラフ図である。

Claims

【特許請求の範囲】し　化学組成が重量％で、Ｃ：２．０〜２．８％Ｓｉ：０．７〜２．５％Ｍｎ　：　０．３〜１．２％Ｐ：０．２％以下Ｓ：０．２％以下Ｎｉ：５，０％以下Ｃｒ：、０．１〜１．０％Ｍｏ：Ｑ、７％以下残部実質的にＦｅからなり、強靭性に優れるマレアグル
鋳鉄材質からなる外層と、化学組成が重量％で、Ｃ：２．５〜４．０％Ｓｉ：０，８〜２．５％Ｍｎ　：　Ｏ，′６〜１．５　％ｐ：ｏ、ｏｓ〜１．５％Ｓ：０．３％以下と、Ｎｉ：２．５％以下Ｃｒ　：　１．５％以下ＭＱ：０．８％以下Ｓｎ　：　０．５％以下Ｃｕ　：　４．０％以下Ｂ　、Ｔｉ、Ｖ　、　Ｎｂ　、　Ｚｒの１種又は２種以
上の合計：１．０％以下ＡＡ、　Ｃａ、　Ｂａ、　Ｓｒ、希土類元素の１種又は
２種以上の合計＝０．２％以下のうち１種又は２種以上を含み、残部実質的にＦｅから
なる内層、とを溶着接合せしめてなることを特徴とする複合シリン
ダ・ライナ。