JPS618446A - 内燃機関のシリンダブロツク - Google Patents

内燃機関のシリンダブロツク

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JPS618446A
JPS618446A JP12814984A JP12814984A JPS618446A JP S618446 A JPS618446 A JP S618446A JP 12814984 A JP12814984 A JP 12814984A JP 12814984 A JP12814984 A JP 12814984A JP S618446 A JPS618446 A JP S618446A
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JP
Japan
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bore
cylinder block
laser beam
depth
laser
Prior art date
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Pending
Application number
JP12814984A
Other languages
English (en)
Inventor
Masahiro Abe
安部 正浩
Eiji Matsufuji
松藤 栄治
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daihatsu Motor Co Ltd
Original Assignee
Daihatsu Motor Co Ltd
Daihatsu Kogyo KK
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Filing date
Publication date
Application filed by Daihatsu Motor Co Ltd, Daihatsu Kogyo KK filed Critical Daihatsu Motor Co Ltd
Priority to JP12814984A priority Critical patent/JPS618446A/ja
Publication of JPS618446A publication Critical patent/JPS618446A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/08Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
    • C21D9/14Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes wear-resistant or pressure-resistant pipes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、片状黒鉛鋳鉄製のシリンダブロックにおける
ボアの表面層にレーザ焼入れによる極めて薄い焼入れ層
を形成した内燃機関のシリンダブロックの構造に関する
ものである。
〔従来の技術〕
内燃機関におけるシリンダブロックを片状黒鉛鋳鉄にて
造ると、当該片状黒鉛鋳鉄の組織は、炭素が鉄との化合
状態で存在するパーライトあるいはセメンタイトの部分
と、炭素が片状黒鉛とじて遊離状態で存在する部分とに
よる不均一な組織であり、全体としても鋼材より硬度が
低いので、ボア等の部分の機械加工がし易く、原料費も
安く、またボア表面には、組織中に析出した遊離状態の
片状黒鉛の部分自体の軟らかさのため、さらにはこの部
分に潤滑油が溜まり易いため、ピストンリング表面との
当たりがよいが、耐摩耗性が低いから前記ピストンリン
グとの摩擦によってボアの磨滅が激しく耐久性に乏しい
欠点がある。
そこで、耐久性を向上させるため、ボア内面にライナを
張設したり、Crメッキすることが考えられるが、これ
では片状黒鉛の存在から来る前記潤滑良好性等の有用性
を損なうし、コストも高くなる。また、Ni、Cr、M
oやCu+Cr、Sb等を添加した鋳鉄ではシリンダブ
ロック全体の硬度が高くなるので、鋳造後におけるボア
以外の部分の機械加工が困難となる。
そこで、片状黒鉛鋳鉄の加工容易性や組織に遊離した状
態で存在する片状黒鉛による潤滑良好性を保持したまま
ボア部のみ、その硬度を高くするためには、該ボア部の
ポーリング加工後、ホーニング加工前にボア部表面のみ
高周波焼入れや火炎焼入れ等の方法により表面硬化加工
することが考えられる。
ところで片状黒鉛の部分は非金属性のものであり、それ
自身は著しく弱いもので、これが鋳鉄の他の組織(パー
ライト)の中に一種の割れとして存在することになるか
ら、焼入れ中に片状黒鉛部の周囲は熱応力による応力集
中現象が起こり、片状黒鉛の先端から亀裂が入り、それ
が成長して破壊に至るいわゆる焼割れを発生させる。
前記従来周知の焼入れ方法では、対象物の表面を広く均
一に加熱し、次いでこれを水、水溶性焼入剤あるいは油
にて冷却するというように、対象物の表面の広い範囲に
わたって加熱、冷却の熱の゛出入りがあるので、前記焼
割れ現象が著しく、従って片状黒鉛鋳鉄製シリンダブロ
ックボア部への焼入れは不可能とされてきた。
ところが、最近ではレーザ光線による焼入れ(以下レー
ザ焼入れという)の研究が盛んになっており、その成果
は溶接学会誌第50巻第2号第82頁〜同88頁「レー
ザ焼入れの研究1などに発表されている。
このレーザ焼入れ法は、レーザ光線のスポット寸法を小
さくして鋼材などの対象物の表面上を適宜移動速度で照
射し、その表面を局部的に加熱し、レーザ光線が通り過
ぎた後はその加熱された部分がその周囲への熱伝導によ
り冷却される現象を利用して焼入れするものであり、対
象物の複雑な表面にもレーザ光線を照射できるので、複
雑な形状の部品がほとんど熱歪なしに局部硬化できる。
また、従来の焼入れ法に比べて入熱量がはるかに少なく
、冷却はその周囲への熱伝導によって行え、水や油にて
冷却する工程が不要となる等の特徴を有している。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上記したように鋳鉄の組織は、炭素が鉄
と化合状態で存在するパーライトあるいはセメンタイト
の部分と、炭素が片状黒鉛として遊離状態で存在する部
分とによる不均一な組織であり、全体としても鋼材より
融点が低いので、このレーザ焼入れ法を内燃機関の片状
黒鉛鋳鉄製シリンダブロックのボア表面の焼入れに適用
する場合には、レーザ光線の単位面積当たりの単位時間
入熱量を大きくすると、片状黒鉛鋳鉄組織の最表面層が
熔解してその熔解域に割れが生じるおそれがでてくると
いう問題があった。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者は、片状黒鉛鋳鉄においてはその表面へのレー
ザ焼入れの深さが0.35mm以下であれば、片状黒鉛
鋳鉄材の最表面層に溶融域ができず、焼割れが生じない
ことを確認し、これを利用して、内燃機関のシリンダブ
ロックのボア表面ヘレーザ焼入れを行うものであり、片
状黒鉛鋳鉄製のシリンダブロックボア表面における必要
部分にのみし。
−ザ光線を移動照射することにより、ボアの表面層に0
.35P+i以下の深さの焼入れ層を形成した片状黒鉛
鋳鉄製シリンダブロックを提供するものである。
〔作用〕
この構成により、レーザ焼入れした部分の片状黒鉛鋳鉄
の組織が、硬度の高いマルテンサイトと、これに対して
前記遊離状態のまま残った片状黒鉛との混合状態となり
、ピストンリングとの接触面となるシリンダブロックボ
アの内面は、片状黒鉛鋳鉄製のものの特徴である遊離し
た片状黒鉛による潤滑性を保持できると共に、耐摩耗性
能も改善できる。そして、シリンダブロックのボアの摩
耗はピストンリングとの接触面にほぼ限られることから
、シリンダブロックボア内面の全体を硬化する必要はな
く、レーザ焼入れによりボア表面のうち摩耗の激しい必
要箇所にのみ所定の形状に焼入れすることができ、しか
もシリンダブロックボアの摩耗限度は通常100μ程度
とされていることから、焼入れ深さが0.35m以下で
充分耐摩耗性を向上させることができるのである。
〔実施例〕
以下本発明の実施例について説明すると、第1図におい
てレーザ光線照射装置1はCO2等のレーザ発信ヘッド
2と反射鏡3,4と集光レンズ5等から成り、この照射
装置1を片状黒鉛V?製クシリンダブロックのボア7内
径部に臨ませ、照射装置1をシリンダブロックのボア7
の円筒軸線回りに回転および上下動自在となるように構
成するか、又は図示しないテーブルに載置したシリンダ
ブロック6をそのボア7軸線まわりに回転自在且つ上下
動自在となるように構成してレーザ光線8がボア7表面
上を照射移動する速度を調節変更できるよ−うに構成す
る。
さらに、前記レーザ光線照射装置1における集光レンズ
5による焦点距離を調節可能にしてレーザ光線8のボア
7表面におけるスポット直径を大小調節できるようにし
、このスポット直径の大小と前記レーザ光線8の移動速
度の遅速により、前記ボア7表面に対するレーザ光線8
の移動方向と略直角方向の焼入れ巾と、焼入れ深さを調
節できるようにするものである。
本発明における片状黒鉛鋳鉄製シリンダブロック6のボ
ア7内周面に形成される焼入れ部9は、ピストンのリン
グとの接触による摩耗の激しくなる必要部分、たとえば
、ピストンの上死点近傍からピストン下降時の適宜区間
でそのピストンリングと摺動するシリンダブロックボア
の内面に施すものであり、この場合、第2図〜第4図に
示されるようにその必要部分に適宜間隔にて部分的に形
成する。
例えば、第2図の実施例では、ボア7の内周面にその円
周方向に沿って適宜長さくβ1)の焼入れ部9を適宜間
隔で且つボア7の軸線に沿う方向に複数段に渡って形成
するのであり、第3図では、第2図とは逆にボア7の軸
線に沿う方向に適宜長さく7! 2)の焼入れ部9をボ
ア7の内周面にその円周方向に沿って適宜間隔ごとに形
成するものである。
さらに、第4図では、レーザ光線8を連続的に照射しな
がら、シリンダブロック6または装置1をポア7軸線回
りに回転させつつその軸線方向に下降または上昇させる
ことで焼入れ部9を螺旋状に形成するものである。
次ぎに示す表1は、レーザ光線のスポット直径(d)と
その移動速度(焼入れ速度−V)を種々変えて実施した
場合の片状黒鉛鋳鉄製シリンダブロックボア表面におけ
る、移動方向と略直角方向の焼入れ中(1)と焼入れ深
さくh)、並びに焼割れの有無の結果を示すものである
。なお、レーザの出力はIKW、 シングルモードであ
り、ボア表面にはリン酸亜鉛被膜処理を予め施した後、
これにレーザ光線を照射した。
これは、金属の光沢面ではレーザ光線をほとんど反射す
るが、リン酸亜鉛被膜でコーティングすればレーザ光線
の吸収率が高くなるからである。
(以下空白) 表  1 これらの実施例かられかるように、レーザ光線のスポッ
ト部の直径及び光線の移動速度を変えても、焼入れ深さ
が0.35m以下であれば、ボアの最表面層に焼割れが
生じなかった。そして、焼入れ部の組織は、鋳造時のま
まの遊離状の片状黒鉛と、レーザ焼入れによる組織変態
後の均一なマルテンサイトとの混合組織であり、該マル
テンサイト組織は硬くて、耐摩耗性に非常に優れており
、他方片状黒鉛部は軟らかなままである。
なお、前記*印の実施例におけるシリンダブロックボア
表面のレーザ焼入れ部の表面からの深さ位置における硬
度の分布(ビッカース硬さHV)を第5図に示すが、こ
れによれば、鋳造時の組織の硬度はHV、=220程度
であるのに対して、焼入れ部の硬度はHV=600以上
に達する。
〔発明の効果〕
このように、本発明に従えば、レーザ光線をボア表面に
照射しつつ移動させるだけで良いから、ボア表面層の限
られた所定の部分にのみ急速加熱と冷却とを薄い表面層
にのみ与えることができて、任意の範囲にわたって任意
の表面形状に焼入れ部を形成することができる。
レーザ光線のスポット部の直径とその移動速度を適宜変
えることにより、ボア表面の焼入れ部の最高加熱温度、
及びその加熱、冷却の速度を調整できて、焼入れ中と焼
入れ深さを制御できると共に、最表面層が溶融しない程
度に表面層を加熱する調整も簡単に行え、且つその微調
整も可能となる。これにより、最表面層に焼割れを生じ
させないで一定限度の深さまで焼入れを施すことができ
る。
したがって、焼入れ部における硬化層の深さを最大0.
35n程度までにして、ボアの摩耗限度である0、1 
vnにたいして充分対応でき、シリンダブロックの耐久
性を向上できる。
しかも、レーザ焼入れでは、大熱量が少ないので、歪の
発生を極小にできると共に焼割れが発生しない。
さらに、レーザ焼入れでは、冷却の工程をL−−ザ光線
の照射に引き続いてそのまま行えるので、従来の焼入れ
の場合のように水、油等にて冷却する必要がなく、その
手間も省けると共に、このような冷却のためのランニン
グコストが掛らずコストの低減に寄与できる。
そして、焼入れ部における組織は、均一なマルテンサイ
トとこれに対して遊離状態の片状黒鉛との混合組織であ
り、硬い組織のマルテンサイトはこれにピストンリング
が摺動しても摩耗し難く、耐摩耗性に非常に優れており
、他方、遊離状の片状黒鉛の存在によりピストンリング
との当たりもなめらかで潤滑性も阻害されない。
焼入れせずにボア内面にライナを張設するものに比べて
、その原料及び製作のためのコストが大幅に低減できる
。しかも、ライナの厚さの分だけ隣接するボア間のシリ
ンダブロックの側壁の厚さを薄くでき、シリンダブロッ
ク全体の小型化及び軽量化をはかることができるのであ
る。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施例を示し、第1図はレーザ光線照射
装置の概略図、第2図はボア内面における焼入れ部の形
状を示す斜視図、第3図及び第4図は各々他の実施例を
示す斜視図、第5図は焼入れ部の硬度の分布を示す図で
ある。 1・・・・レーザ光線照射装置、2・・・・レーザ発振
ヘッド、3,4・・・・反射鏡、5・・・・集光レンズ
、6・・・・シリンダブロック、7・・・・ボア、8・
・・・レーザ光線、9・・・・焼入れ部。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)、内燃機関の片状黒鉛鋳鉄製シリンダブロックの
    ボア表面における必要部分にのみレーザ光線を移動照射
    することにより、ボアの表面層に0.35mm以下の深
    さの焼入れ層を形成したことを特徴とする内燃機関のシ
    リンダブロック。
JP12814984A 1984-06-20 1984-06-20 内燃機関のシリンダブロツク Pending JPS618446A (ja)

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JPS618446A true JPS618446A (ja) 1986-01-16

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Cited By (3)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1182741A (ja) * 1997-09-04 1999-03-26 Teikoku Piston Ring Co Ltd ピストンと圧縮リングの組合せ
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