JPS60247037A - Ｃｖ鋳鉄製シリンダライナ - Google Patents

Ｃｖ鋳鉄製シリンダライナ

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JPS60247037A
JPS60247037A JP10283484A JP10283484A JPS60247037A JP S60247037 A JPS60247037 A JP S60247037A JP 10283484 A JP10283484 A JP 10283484A JP 10283484 A JP10283484 A JP 10283484A JP S60247037 A JPS60247037 A JP S60247037A
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cast iron
graphite
cylinder liner
strength
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Kazuhide Imafuku
一英 今福
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Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Mitsui Zosen KK
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Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Mitsui Zosen KK
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C37/00—Cast-iron alloys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00—Metals
    • F05C2201/04—Heavy metals
    • F05C2201/0469—Other heavy metals
    • F05C2201/0475—Copper or alloys thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2203/00—Non-metallic inorganic materials
    • F05C2203/04—Phosphor

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】 ［発明の利用分野］ 本発明はＣｖ鋳鉄製シリンダライチに係り、特に舶用デ
ィーゼルエンジン等大型の内燃機関に適用するに好適な
シリンダライチに関する。
［発明の背景］ 舶用ディーゼルエンジン等大型の内燃機関においては、
通常、シリンダプロ、ンクに筒状のシリンダライナが装
着されている。このシリンダライナは、その内周面がピ
ストン（正確にはピストンリング）と摺動するものであ
るところから、耐摩耗性を要求される。そこで従来のシ
リンダライナは、片状黒鉛鋳鉄品とされている。
しかるに、近年、機関出力の増大を図るためにエンジン
燃焼室内の燃焼圧力を高めることが行なわれつつあるが
、上記片状黒鉛鋳鉄では、かかる燃焼圧力の増大に耐え
る強度を持たせるのが困難になりつつある。
［発明の目的］ 本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その
目的とするところは、高い強度を有し、かつ耐摩耗性に
も優れたシリンダライナを提供することにある。
［発明の構成］ この目的を達成するために、本発明のシリンダライナは
、Ｃ■鋳鉄製とすると共に、その基地を実質的に黒鉛、
パーライト及びステダイトからなるようにしたものであ
る。
以下、本発明を更に詳細に説明する。
本発明のシリンダライナはＣｖ鋳鉄製である。
Ｃｖ鋳鉄（コンバクテッド参バーミキュラー鋳鉄）は、
黒鉛が片状黒鉛と球状黒鉛との中間の形態のものである
。このような黒鉛（バーミキュラー黒鉛もしくはコンバ
クテッド黒鉛）は、通常、球状黒鉛のようには分離、独
立しておらず、枝分かれして先端が丸く、短く、かつ厚
めの接片状となってきる。
しかしてこのＣｖ鋳鉄は、片状黒鉛鋳鉄に比べて強度、
靭性が高く、従って本発明のシリンダライナも高強度、
高靭性のものとなる。そしてこの高強度、高靭性という
利点を生かして、燃焼室内の燃焼圧力を高くすることが
でき、機関出力の増大が図れるのである。
またＣＶ鋳鉄は球状黒鉛鋳鉄に比べると熱伝導率が高い
ところから、シリンダライナ摺動面温度を低く抑えるこ
とができ、シリンダライナとピストンリングの摺動特性
が片状黒鉛と同様に良好である。さらに球状黒鉛鋳鉄よ
りも凝固時の引けが小さく鋳造性が良いので１本発明の
シリンダライナは製造も容易である。
本発明のシリンダライナは、その基地にフェライトが含
有されておらず、そのためスカッフィングと称される摺
動面の擦過傷が生ずることもないと共に摩耗量も少なく
摺動性に優れる。また硬質のステダイトが析出されてい
るので、耐摩耗性能が特に高い。
本発明のシリンダライナにおいては、その摺動面を表面
焼入れすることにより、その硬度を高め、耐摩耗性を向
上せしめるようにすることができる。この焼入れの手段
としては、レーザや電子ビームによる焼入れが適してい
るが、高周波焼入れやズブ焼入れと称される全体的焼入
れ方法も、後加工が工業的に可能な場合には採用できる
。
なおレーザ焼入れによれば、大気中で最小の入熱量によ
る自己焼入れ（セルフクラエンチング）により焼きが入
るので、焼入れによる部材全体の変形という恐れが少な
い。そのため本発明のシリンダライナの表面焼入れにこ
のレーザ焼入れを用いれば、焼入れ後に、寸法精度を上
げるための仕上処理が不要もしくは短時間で済むように
なり。
製造が著しく容易になる。
本発明のシリンダライナは、基地がパーライトからなる
ものであるところから、焼入れ性が良い。またそのため
摺動面の所望の部分のみを焼入れすることができ、例え
ば燃焼時の高圧が直に負荷される上死点近傍部分のみを
焼入れする、あるいは、レーザ焼入れを利用して線状の
焼入れ硬化帯を所望の箇所に形成する、等の応用が自在
である。
しかして、かかる本発明のシリンダライナは次の如き組
成とするのが好ましい。即ち、Ｃ：２．５〜４．５％ Ｓｉ：０．８〜３．０％ Ｍ　ｎ　：　０　、３〜１　、５％ Ｍｇ：０．００３〜０．０５％ Ｃｅ：０．ＯＯｒ　〜０．０５％ Ｂ：ｏ、００５〜０．０６％ Ｐ：０．０５〜１．５％以下 Ｓ：０．０６％以下 を含み、さらに次 Ｎｉ：２．５％以下 Ｃｒ：１．５％以下 Ｍ　ｏ　：　０　、８％以下 Ｓｎ：１．５％以下 Ｃｕ　：　４　、０％以下 Ｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒの１種又は２種以上二合計１
．０％以下 Ａｎ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃｅ以外の希土類元素の１種
又は２種以上：合計０．５％以下 のうち１種又は２種以上 を含み、残部Ｆｅである。
この組成は、Ｍｇ、Ｃｅ、その他の希土類金属等を添加
することにより黒鉛のＣＶ化を図り、か：）　Ｃｕ　、
Ｓヲ添加することにより、パーライト化を図るようにし
たものである。
次に上記組成の限定理由について説明する。
Ｃ：２．５〜４．５％ 内層材質は耐焼付性、耐摩耗性を必要とし、そのために
は充分な黒鉛析出が必要である。
２．５％未満では、黒鉛量が不足し、耐焼付性、耐摩耗
性が劣化する。一方４．５％を越えると、黒鉛、炭化物
いずれも多くなりすぎて脆くなる。特に３．０〜４．０
％が良い。
Ｓｉ：０．８〜３．０％ 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。
３．０％を越えると黒鉛量が多くなり強度が低下する。
特に１．５〜２．５％が良い。
Ｍ　ｎ　＋　０　、３−１　、５％ ＭｎはＳの害を除くと共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。特に０．５〜１
．０％が良い。
Ｐ：０．０５〜１．５％以下 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には、０．
０５％未満ではその効果が期待できず、また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。特に１．０％以下が良い。
Ｓ：０．０６％以下 Ｓは、Ｃ■黒鉛とするためには０．０６％以下にする必
要がある。０．０６％を越えるとＣＶ化添加元素である
Ｍｇが消滅し、安定したＣＶ化が実現し難い。特に０．
０４％以下が良い。
Ｍｇ：０．００３〜０．０５％ Ｃｅ：Ｏ，ＯＯｌ　〜０．０５％ ＭｇとＣｅは黒鉛をＣＶ化させる元素として知られてい
るが、それぞれ０．００３％、ｏ、ｏｏｉ％未満ではそ
の効果が少なく、０．０５％を越えると球状化してしま
う。尚、この他にもＣｖ化剤として知られている元素も
多いが摩耗性能に悪影響を及ぼす炭化物を形成するもの
は避けるべきである。Ｍｇ、Ｃｅ共に０．００５〜０．
０３％が特に良い。
Ｂ：０．Ｏ０５〜ｏ、ｏｓ％ Ｂはステダイトの強度向上と、ステダイト形状を板状に
する性質があるが、０．０１％未満ではその効果が期待
できず、また０、０６％よりも多いと逆に強度を低下さ
せる。
Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｎ： Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｎは基地を強化し、強靭性の向上
、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：　１．５
％以下の１種もしくは２種以上の含有により、本発明シ
リンダ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 Ｎｉは基地の強化に有効に作用する力り２．５％を越え
ると、経済性の面で不ｆｌＪとなるＬｆ　′ｂ−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る。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 Ｎｉと同じく基地の強化に崩効である力（、一方炭化物
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、耐焼伺性、強靭性が劣化する。尚、好ましく
はＱ、１％以上の含有が効果的である。
Ｍ　Ｏ：　０　、８％以下 Ｎｉと同じく基地の強化に有効である力く、０．８％を
越えると、経済面、及び焼入れ組織生成の面で問題とな
る。尚、好ましくｔｔｏ、ｔ％以−ヒの含有が効果的で
ある。
Ｓｎ：１．５％以下 Ｓｎはフェライトを抑え、）ぐ−ライトを安定させる作
用がある。しかしながらその作用番童本材質の場合０．
５％とりわけ１．５％を越えると飽和するため１．５％
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は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。シリンダライチ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、好ましくは０．１％
以上の含有が効果的である。
Ｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ（７）１種又は２種以上：合
計１．０％以下 耐摩耗性を向上させるためには、Ｐ共晶物、セメンタイ
ト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。この目的のために
はＢ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒが適切であり、いずれもセ
メンタイトよりも高硬度の炭化物を生成させ゛る。しか
しながら、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】、０％以下とする。尚、好
ましくは０．０２％以上の含有が効果的である。
Ａｎ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃｅ以外ノｉｈ土類元素の１
種又は２種以上：合計０．５％以下組織の微細化、黒鉛
化を目的として、接種が行なわれていることが知られて
いる。本発明シリンタライナにおいても接種を行なうこ
とにより材質改善が図られることは後述の通りである。
接種効果は、時間と共にフェイディングを起すため、厚
肉鋳物のような凝固まで長時間を要するものでは、通常
のＦｅＳｉ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０．５％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。
本発明のシリンダライチは通常の方法によって鋳造でき
るのである。尚キューポラを用いて溶解する場合には、
脱硫処理が重要である。脱硫処理としては次の２つの方
法がある。
■　前炉から脱硫取鍋に金層し、Ｃａ　Ｃ２を添加して
Ｎ２ガスを吹込む。そしてポーラスプラグ法で脱硫し、
昇温炉に移して成分調整、昇温後、置注又は再度ポーラ
スプラグ法でＣＶ化処理し、接種する。この場合、温度
低下を抑えることができれば昇温過程を省略することが
可能である。
■　脱硫処理を独立して行なわないで、Ｃｖ化無処理同
時脱硫する場合には、前炉から直接出湯し、取鍋にて置
注ぎ法によりＣｖ化剤で脱硫とＣＶ化処理とを同時に行
ない、接種する。電気炉の場合では、脱硫処理が不要で
あるので、ＣＶ化処理と接種をキューポラ溶解での脱硫
後とほぼ同じ処で行なう。
［発明の実施例］ 以下実施例について説明する。
第１表に示す組成のシリンダライナ（内径３５ｃｍ、高
さ１２０ｃｍ）を鋳造した。
第１表（重量％） さらに上記実施例１〜３に係るシリンダライナの摺動面
をレーザ焼入れし、それぞれ実施例４〜６とした。なお
焼入れのエネルギー密度１土約１０３Ｊ／ａｍ’、処理
速度は１ｍ／分とした。
実施例Ｎ０１１〜６のシリンダライナの基地及び摺動面
の金属組織を観察した結果を次に示す。
Ｎｏ、１フ工ライト１％、残部ノ々−ライト、黒鉛、ス
フグ゛１トｔｔ　２　／／　２％　ｔｔ　ｔｔ ｔｔ　３　ｔｔ　３％　／／　ｔｔ ｔｔ４　／／　１％　残部ノく一ライト、黒鉛、ステダ
イト及び焼入れ部 〃　５　〃　震　／／ ／／６ノ１３χｌ／ これらのシリンダライナを装着したディーゼルエンジン
を平均１１００ｒｐで１００〜３０００時間運転したと
ころ、各シリンダライナーの特性につき次のことが認め
られた（第２表）。
第２表 寡１従来品（フェライト５％、残部黒鉛及びパーライト
のＣＶ鋳鉄、焼入れ処理なし） 脣従来品（フェライト５％、残部黒鉛及びパーライトの
片状黒鉛鋳鉄、焼入れ処理なし）第２表より実施例１〜
６に係るシリンダライナは比較例のものよりも格段に優
れた耐摩耗性と強度とを有していることが認められる６
特に表面焼入れされた実施例４〜６に係るシリンダライ
ナは、耐摩耗性に一段と優れていることが認められる。
［発明の効果］ 以上の通り本発明のシリンダライナは、実質的に黒鉛、
パーライト及びステタイトからなるようにしたものであ
り、高強度、高耐摩耗性、高摺動性、高熱伝導性等の優
れた特性を有し、内燃機関の出力の大幅な増大を図るこ
とができる。また鋳造性に優れ、製造も容易である。さ
らにその摺動面を表面焼入れすることにより、一層耐摩
耗性を高めることもできる。
代理人　弁理士　重　野　剛

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）　実質的に黒鉛とパーライトとからなることを特
    徴とするＣＶ鋳鉄製シリンダライチ。
  2. （２）　上記シリンダライチの組成は重量％で、Ｃ：２
    ．５〜４．５％ Ｓｉ：０．８〜３．０％ Ｍ　ｎ　：　０　、３〜１　、５％ Ｍｇ：０．００３〜０．０５％ Ｃｅ：Ｏ，ＯＯｌ　〜０．０５％ Ｂ：０．００５〜０．０６％ Ｐ：０．０５〜１．５％以下 Ｓ：０．０６％以下 を含み、ｙらに次 Ｎｉ：２．５％以下 Ｃｒ：１．５％以下 Ｍ　ｏ　：　０　、８％以下 Ｓ、ｎ：１．５％以下 Ｃｕ：４．０％以下 Ｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒの１種又は２種以上二合計ｉ
    、ｏ％以下 ＡＵ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃｅ以外の希土類元素の１種
    又は２種以上二合計０．５％以下 のうち１種又は２種以上 を含み、残部Ｆｅであることを特徴とする特許請求の範
    囲第１項に記載のＣＶ鋳鉄製シリンダライチ。−−
  3. （３）　摺動面が表面焼入れされていることを特徴とす
    る特許請求の範囲第１項又は第２項に記載のＣＶ鋳鉄製
    シリンダライチ。
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