JPS6160861A

JPS6160861A - 鋼製ピストンリング用材料

Info

Publication number: JPS6160861A
Application number: JP18248484A
Authority: JP
Inventors: Seiji Funatani; 鮒谷　清司; Tadaoki Arakawa; 荒川　忠興; Shigemi Shiotani; 重美塩谷; Kenichi Kumagai; 憲一熊谷; Hiroshi Kaede; 楓　博
Original assignee: Toyota Motor Corp; Aichi Steel Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aichi Steel Corp
Priority date: 1984-08-31
Filing date: 1984-08-31
Publication date: 1986-03-28

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】（産業上の利用分！＃）本発明は、内燃機関のピストンリングに用いる材料に係
り、特に窒化も埋を施して用いる鋼製ピストンリング用
材料Ｋ１１Ａするものであろう（従来技術とその間＋ｇ
点）内燃機関用ピストンリングは、燃焼室の気密性を保持す
るための圧力リング、およびピストンリングとシリンダ
ライナー間の潤滑油膜を調製するための油かきリングに
よシ溝成されている。

従来、このようなピストンリング用材料としては、鋳鉄
製あるいはケイ素−クロム鋼オイルテンパー線号が用い
られてきたが、近年においては、自動車等の内燃機関の
高出力化、高性能化に伴ない、燃焼室内温度の上昇ある
いはピストンリングとシリンダライナー間の摺動速度が
上昇し、耐摩耗性、　：ｉｉｔスカッフィング性および
耐熱性に関し不満足なものとなっている。

圧力リングは、一般にｕ　４’Ａ　ｍリングにクロムメ
ッキを施してなり、その外周摩耗（圧力リングとシリン
ダライナー間の摩耗）に備えているが、耐摩耗性が低い
ため内燃機関の高性能化、高速化に対応できない。また
、鋳鉄製リングの外周面にモリブデン合金あるいはセラ
ミック等を溶射して用いたノ易合には、相手部品である
シリンダライナーを摩耗させるという問題がある。

他方、鋳鉄“［ＩＪングは外周面の摩耗量だけでなく軸
方向の面の摩耗量も大きく、軸方向の寸法が小さくなる
ことと相まって、耐熱性が小さいためピスト／リングの
張力が減少し、燃焼ガスの漏洩をもたらすという問題が
ある。

油かきリングは、一般にケイ素−クロムｍ製リングの外
周面にクロムメッキを施して１＃作されているが、前記
圧力リングと同様に耐摩耗性が低く、耐熱性の不足から
ピストンリングの張力が減少し、油かきの性ｉｄが劣化
してエンジンオイルの消費量を増加させるという問題が
ある。

（発明の目的）本発明は、このような点に鑑みて種々検討し九結果得ら
れたもので、一定組成の鋼材に焼入。

焼もどしらるいは窒化処理を施すことＫより、従来のピ
ストンリングが有する問題点を解決し、内燃機関の高出
力化、高速化を達成したものであ、る。

（問題点を解決するための手段）本発明のピストンリング用材料の基本的構成は１重量比
−で、炭素（Ｃ）　：　０．４０〜１．３０％、ケイ素
（Ｓｉ）　：　Ｌ５０Ｓ以下、マンガン（Ｍｎ）　：　
Ｌ５０％以下、りａム（Ｏｒ）　：　５．０〜９．５　
％＊残部が鉄（Ｆｅ）および不純物よシなシ、必要によ
シ焼入焼もどし、あるいは窒化処理を施して用いること
を４１ｉＰ倣とするものでらるつこれＫよって、ピスト
／リングの焼入節もどし後の硬さをＩ（Ｙ５００以上わ
るいは窒化硬化層の硬さをＨｖ７００以上とし。

かつ、生地の炭化物の面積率を０．５〜４．０％とした
ものでろ６つ本発明の鋼材料は、窒化処理を施す前に熱処理に供する
とよい。熱処理としては１例えば。

焼入節もどし、焼入れ（窒化処理において焼もどしを兼
るもの。）および焼ならしが挙げられる。電化処理には
、ガス窒化、ガス軟窒化、塩浴窒化、ダフトライドおよ
びイオン窒化が包含される。

以下に１本発明のピストンリング用材料の化学成分の限
定理由について述べるつＣ：焼入れにおいて必要な硬ざを得ると同時に、炭化物
を形成して生地の強度を向上させる元素であシ、このた
めには０．４０ｗｔ％以上の含有が必要でろる。しかし
、含有数が多くなると、炭化物の粒度が大となって、相
手部品であるシリンダライナーを攻撃しゃすくなシ、か
つ、ピストンリングの冷間成形性を阻害するので、Ｃ祉
の上限を１．３０ｗｔ％としたつＣｒ：Ｃと結合して炭化物を形成し、生地の強度と耐摩
耗性を向上させるほかに、蓋化処理時に窒化物あるいは
窒化硬化層を形成して表面層の硬さを高めるとともに、
硬化層深さを増す効果を有するもので、これらの効果を
得るためＫは５．Ｑｗｔ係以上の廿有量が必要である。

しかし、Ｃｒの含有量が多くなると、化合物層の硬さが
高くなシすざて。

相手部品であるシリンダライナーを攻撃し、その摩耗粉
によってピストンリング自身全摩耗させ、かつ、該ピス
トンリングの冷間成形性を阻害するので、　Ｃｒ駄の上
限を９．５ｗｔチとした。

Ｓｉ　：ｆｉ＃錬時に脱酸素元素として添加され、耐熱
性を与える元素であるが、Ｓｌ量が１−５ｗｔ％を越え
て含有されると、窒化処理時に窒素（Ｎ）の拡散を妨げ
るので、Ｓｉ量の上限をＬ５ｗｔチとした。

Ｍｎ：Ｓｉと同様に脱酸素元素、とじて溶加され、靭性
を増大させピストンリングの冷間成形性を同上させる元
素であるが、ｉ’ｖｉｎ量がＬ５ｗｔチを越えると、却
ってピストンリングの冷間成形性を阻害させるので、Ｍ
ｎｉの上限を１．５ｗｔ％とじた。

Ｍｏ　：　Ｃｒと同様に炭化物を形成し、生地の強度を
増加させるほかに、焼もどし軟化抵抗および高温強度を
増強させ、かつ、窒化処理により窒化層の硬さを増加さ
せることによって耐摩耗性を向上させる元素であり、こ
れらの効果を得るためには０，１ｗｔ％以上の含有量が
必要である。しかし、Ｍｏの含有量が多くなると、相手
部品であるシリンダライナーを攻撃し、その摩耗粉によ
ってピストンリング自身を摩耗させるので、Ｍｏ　、ｌ
の上限を１５ｗｔ％とじた。

Ｖ、Ｗ、Ｎｂ：焼もどし軟化抵抗および高温強度を増加させるとともに
、炭化物を微細化するものであり、かつ、窒化処理によ
り菫化物を形成し、表面層硬さを高める元素である。０
．５ｗｔチを越えて含有させると、硬質な炭化物が生成
するとともに、炭化物が粗大化することＫよシ、相手部
品であるシリンダライナーへの攻撃性が増すので、その
上限を０、５　ｗｔチとした。

Ｎｉ：靭性を向上させピストンリングの冷間成形性を改
善するとともに、ピストンリングとしての耐酸化性を向
上させる元素であるが、２、　Ｏｗｔｑ６を越えると、
耐熱性を阻害するので、その上限をλＯｗｔ％とした。

（実施例）以下１本発明の特徴を比較材と比べて実施例でもって説
明する。

第１表に示される化学組成からなる本発明材１〜８は、
ｔａ気炉で溶製し鋳造して熱間圧延を行いコイル状に成
形した後、引抜加工し、ついで焼入焼もどしを施してリ
ング形状に成形した。

なお、第１表に示す比較材１は、市販の鋳鉄製リングで
あり、比較材２は市販のケイ素−クロム材をリング形状
に成形したものであるつ次に１本発明材１〜８のピスト
ンリングはガス軟窒化によシ蓋化処理を施し、アンモニ
ア分解ガス雰囲気中で５５０〜６５０℃、　　３１〜１
．１−以上なる条件で電化硬化層の硬さを）ｉｖ７００
以上とした。

比較材１，２は、リング全面に硬／ｉ７ｊ　Ｃｒメッキ
を施した。

上記の如くガス軟窒化処理を施した本発明材１〜８およ
び比較材１．２のピストンリングを。

下記条件の実機試験に共した。

（実機エンジン耐久試験条件）エンジン回転数：　４７００　ｒｐｍ負荷：全負荷供試時間：３００時間試験エンジン：送排気ｂｋ　１８００ｃｃの４気筒デイ
ーゼルエンジン燃料：　ＪＩＳ　２号軽油そして、試験後における上記ピストンリングの外周摩耗
量を測定することによって、ピストンリングの耐摩耗性
について評ｉｉ１［ｉ　Ｌ、、相手部品であるシリンダ
ライナーの内周摩耗量？σ７１７定することによって、
ピスト／リングの相手部品に対する攻撃性について評価
したうその結果を第２表に示す。

第２表 ○は傷なし。

Ｘは傷あル。

第２表からも明らかなように１本発明材１〜８が比較材
１，２よシも耐摩耗性が優れ、かつシリンダライナーに
対する攻撃性が少なく、エンジンのピストンリング用材
料として優れていることが判る。

また、耐スカッフィング性については、試験後の上記ピ
ストンリングの外観上の傷の発生程度によって評価した
が、比較材１，２０表面には傷の発生が見られたのに対
し１本発明材１〜８には傷の発生が見られなかった。

以上、実施例では本発明材１〜８のビス・トンリングに
ガス軟窒化処理を施したものについて調べたが１本発明
材１〜８にイオン窒化処理を施したもの、あるいは焼入
節もどしを施したものＫついても、これと同様に優れた
耐摩耗性。

耐スカツフインク性およびシリンダライナーに対する攻
撃性が評価できた。

（発明の効果）上述の如く１本発明材料は、耐摩耗性、耐スカッフィン
グ性に優れ、しかも相手部品へり攻撃性が低く、ピスト
ンリング用材料として好適な特性を有し、内燃機関の高
性能化、高速化に大いに寄与するという効果がある。

特許出願人　トヨタ自動車株式会社（ほか１名）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量比％で、炭素０．４０〜１．３０％、ケイ素
１．５０％以下、マンガン１．５０％以下、クロム５．
０〜９．５％、残部が鉄および不純物からなる、ことを
特徴とする鋼製ピストンリング用材料。
（２）重量比％で、炭素０．４０〜１．３０％、ケイ素
１．５０％以下、マンガン１．５０％以下、クロム５．
０〜９．５％、モリブデン０．１〜２．５％、残部が鉄
および不純物からなる、ことを特徴とする鋼製ピストン
リング用材料。
（３）重量比％で、炭素０．４０〜１．３０％、ケイ素
１．５０％以下、マンガン１．５０％以下、クロム５．
０〜９．５％、残部が鉄および不純物からなり、窒化処
理を施して用いることを特徴とする鋼製ピストンリング
用材料。
（４）重量比％で、炭素０．４０〜１．３０％、ケイ素
１．５０％以下、マンガン１．５０％以下、クロム５．
０〜９．５％、モリブデン０．１〜２．５％、残部が鉄
および不純物からなり、窒化処理を施して用いることを
特徴とする鋼製ピストンリング用材料。
（５）重量比％で、炭素０．４０〜１．３０％、ケイ素
１．５０％以下、マンガン１．５０％以下、クロム５．
０〜９．５％、モリブデン０．１〜２．５％と、バナジ
ウム０．５０％以下、タングステン０．５０％以下、ニ
オブ０．５０％以下のうち少なくとも１種以上を含有し
、残部が鉄および不純物からなり、窒化処理を施して用
いることを特徴とする鋼製ピストンリング用材料。
（６）重量比％で、炭素０．４０〜１．３０％、ケイ素
１．５０％以下、マンガン１．５％以下、クロム５．０
〜９．５％、モリブデン０．１〜２．５％、ニッケル２
．０％以下と、バナジウム０．５０％以下、タングステ
ン０．５０以下、ニオブ０．５０％以下のうち少なくと
も１種以上を含有し、残部が鉄および不純物からなり、
窒化処理を施して用いることを特徴とする鋼製ピストン
リング用材料。