JPS6325183B2 - - Google Patents
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- JPS6325183B2 JPS6325183B2 JP56048457A JP4845781A JPS6325183B2 JP S6325183 B2 JPS6325183 B2 JP S6325183B2 JP 56048457 A JP56048457 A JP 56048457A JP 4845781 A JP4845781 A JP 4845781A JP S6325183 B2 JPS6325183 B2 JP S6325183B2
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- piston ring
- white cast
- iron layer
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING 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
- C21D5/00—Heat treatments of cast-iron
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING 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
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/40—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rings; for bearing races
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
- F16J9/26—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction characterised by the use of particular materials
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は耐摩耗特性に優れたピストンリングに
関するものである。
関するものである。
近年、デイーゼルエンジンの高速化、腐蝕性燃
料（高鉛ガソリン、低質デイーゼル油）の使用、
排気ガスの再循環、エンジンの過給等が行われて
いるが、これらはいずれもピストンリングに対し
非常に厳しい使用条件を課するものである。この
厳しい使用条件に耐えるためには、ピストンリン
グの耐スカツフイング性、耐腐蝕性、耐熱へたり
性等の耐摩耗特性を一層向上させなければならな
い。
料（高鉛ガソリン、低質デイーゼル油）の使用、
排気ガスの再循環、エンジンの過給等が行われて
いるが、これらはいずれもピストンリングに対し
非常に厳しい使用条件を課するものである。この
厳しい使用条件に耐えるためには、ピストンリン
グの耐スカツフイング性、耐腐蝕性、耐熱へたり
性等の耐摩耗特性を一層向上させなければならな
い。
ピストンリングの耐摩耗特性を向上させる手段
として、クロムメツキ、溶射等の表面処理、焼入
れ、軟窒化、高クロム鋳鉄のチルド等の熱処理が
これまで行われてきたが、それらの手段は次に述
べるとおり必ずしも満足できるものではなかつ
た。
として、クロムメツキ、溶射等の表面処理、焼入
れ、軟窒化、高クロム鋳鉄のチルド等の熱処理が
これまで行われてきたが、それらの手段は次に述
べるとおり必ずしも満足できるものではなかつ
た。
クロムめつきは、腐蝕性の燃焼ガスに対しては
効果が少なく、腐蝕摩耗の進行を阻止することが
できない。溶射、例えばセラミツク系材料の溶射
被覆は腐蝕に対しては効果があるが、溶射被覆が
はく離しやすいという欠点がある。これは高温下
における被覆と母材間の熱膨張率の差と衝撃力の
作用に基づくものである。焼入れは腐蝕性ガスに
対しては効果がほとんどなく、その上、スカツフ
イングが発生しやすいという欠点がある。軟窒化
は表面の化合物層が拡散層から脱落しやすく、残
つた拡散層の耐蝕性効果は少ない。ロータリエン
ジンのアペツクスシール、オイルリング等に用い
られる高クロム鋳鉄は、張力が必要なピストンリ
ングにはもろ過ぎて不適当であり、又、一定の組
織を得ることが難しく折れたり欠けたりすること
が多いという問題がある。
効果が少なく、腐蝕摩耗の進行を阻止することが
できない。溶射、例えばセラミツク系材料の溶射
被覆は腐蝕に対しては効果があるが、溶射被覆が
はく離しやすいという欠点がある。これは高温下
における被覆と母材間の熱膨張率の差と衝撃力の
作用に基づくものである。焼入れは腐蝕性ガスに
対しては効果がほとんどなく、その上、スカツフ
イングが発生しやすいという欠点がある。軟窒化
は表面の化合物層が拡散層から脱落しやすく、残
つた拡散層の耐蝕性効果は少ない。ロータリエン
ジンのアペツクスシール、オイルリング等に用い
られる高クロム鋳鉄は、張力が必要なピストンリ
ングにはもろ過ぎて不適当であり、又、一定の組
織を得ることが難しく折れたり欠けたりすること
が多いという問題がある。
本発明の課題は耐スカツフイング性、耐蝕性、
耐熱へたり性のいずれにも優れたピストンリング
を提供することにある。
耐熱へたり性のいずれにも優れたピストンリング
を提供することにある。
前記課題を達成するため本発明のピストンリン
グは外周面の全面又は一部に再溶融冷却による白
鋳鉄化層を有し、その下にそれを支承する熱影響
層を持つ。こゝで、白鋳鉄化層とは鋳鉄と溶融温
度より急冷したときに得られる組織であり、チル
組織とも呼ばれる。この組織は黒鉛の晶出がな
く、遊離セメンタイトと基地組織の混在したもの
であり白色を呈する。熱影響層とは白鋳鉄化層か
ら母材の間に形成される層であり、白鋳鉄化層と
マルテンサイトの混在したものから母材直上のソ
ルバイト組織に近いものまでを含む。
グは外周面の全面又は一部に再溶融冷却による白
鋳鉄化層を有し、その下にそれを支承する熱影響
層を持つ。こゝで、白鋳鉄化層とは鋳鉄と溶融温
度より急冷したときに得られる組織であり、チル
組織とも呼ばれる。この組織は黒鉛の晶出がな
く、遊離セメンタイトと基地組織の混在したもの
であり白色を呈する。熱影響層とは白鋳鉄化層か
ら母材の間に形成される層であり、白鋳鉄化層と
マルテンサイトの混在したものから母材直上のソ
ルバイト組織に近いものまでを含む。
本発明のピストンリングを図面に示す実施例に
基づいて説明する。第１図及び第２図に示すよう
に、ピストンリング１の外周面２の全面又は中央
部に白鋳鉄化層３を設け、その下の母材５との間
に熱影響層４を形成する。
基づいて説明する。第１図及び第２図に示すよう
に、ピストンリング１の外周面２の全面又は中央
部に白鋳鉄化層３を設け、その下の母材５との間
に熱影響層４を形成する。
ピストンの外周面に形成された白鋳鉄化層３は
遊離セメンタイトが折出しているため、温度が上
昇しても硬度が低下しにくゝ、摺動面上でベアリ
ング作用をする。又、スカツフイング温度近くに
なつても、金属同志の場合とは異なり、セメンタ
イトは溶着しないので、スカツフイングに至るこ
とはない。白鋳鉄化層３は非常に硬いので、摺動
面に介在する微粒子によるかじり摩耗は起きにく
い。
遊離セメンタイトが折出しているため、温度が上
昇しても硬度が低下しにくゝ、摺動面上でベアリ
ング作用をする。又、スカツフイング温度近くに
なつても、金属同志の場合とは異なり、セメンタ
イトは溶着しないので、スカツフイングに至るこ
とはない。白鋳鉄化層３は非常に硬いので、摺動
面に介在する微粒子によるかじり摩耗は起きにく
い。
白鋳鉄化層直下の比較的硬度の高い熱影響層４
は、高硬度であるが比較的もろい白鋳鉄化層３を
支承する役目を果たす。ピストンリングの外周面
に衝撃力及び繰り返し応力が作用するが、熱影響
層４が弾性を有する母材５ともろい白鋳鉄化層３
の間にあつて、それらの応力を受け止め、白鋳鉄
化層３に微小クラツクが発生し成長することを阻
止するので、白鋳鉄化層３のクラツクが成長し、
微小粒子が脱落して摩耗を促進する現象は未然に
防止される。これは、白鋳鉄化層３と熱影響層４
の結合強度が、軟窒化処理の化合物層と拡散層の
結合強度等とは比較にならぬ程強いことによる。
は、高硬度であるが比較的もろい白鋳鉄化層３を
支承する役目を果たす。ピストンリングの外周面
に衝撃力及び繰り返し応力が作用するが、熱影響
層４が弾性を有する母材５ともろい白鋳鉄化層３
の間にあつて、それらの応力を受け止め、白鋳鉄
化層３に微小クラツクが発生し成長することを阻
止するので、白鋳鉄化層３のクラツクが成長し、
微小粒子が脱落して摩耗を促進する現象は未然に
防止される。これは、白鋳鉄化層３と熱影響層４
の結合強度が、軟窒化処理の化合物層と拡散層の
結合強度等とは比較にならぬ程強いことによる。
このように、ピストンリング外周面の微小クラ
ツクの生長を防止しているので、熱へたりもそれ
だけ起きにくい。合い口を開いた状態で再溶融冷
部の処理を行うと、ピストンリングが処理時の温
度上昇により焼なまされて張力が減退する危険を
さけることができる。ピストンリングの断面の大
部分は所定の強度を持つ母材５の鋳鉄であるた
め、折れたり欠けたりすることはない。
ツクの生長を防止しているので、熱へたりもそれ
だけ起きにくい。合い口を開いた状態で再溶融冷
部の処理を行うと、ピストンリングが処理時の温
度上昇により焼なまされて張力が減退する危険を
さけることができる。ピストンリングの断面の大
部分は所定の強度を持つ母材５の鋳鉄であるた
め、折れたり欠けたりすることはない。
白鋳鉄化層３は多量の遊離セメンタイトが均一
微細に網目状に分散したものであり、腐蝕条件下
でも耐蝕性に優れた遊離セメンタイトが強固な構
造を維持するので、腐蝕による摩耗の進行は阻止
される。通常、白鋳鉄化層３は表面硬度HV600
以上であるが、白鋳鉄化層３が薄いと、具体的に
は50μ以下では剛性が小さくクラツクとそれに伴
う脱落のおそれがあるので、白鋳鉄化層３の厚さ
は50μ以上にすることが必要である。熱影響層４
の厚さも白鋳鉄化層３を支承するためには最低
30μ以上は必要である。白鋳鉄化層３と熱影響層
４を合わせた表面は両層の相乗効果を有するが、
硬質層としての剛性を得るためには合計した厚さ
が100μ以上になることが望ましい。
微細に網目状に分散したものであり、腐蝕条件下
でも耐蝕性に優れた遊離セメンタイトが強固な構
造を維持するので、腐蝕による摩耗の進行は阻止
される。通常、白鋳鉄化層３は表面硬度HV600
以上であるが、白鋳鉄化層３が薄いと、具体的に
は50μ以下では剛性が小さくクラツクとそれに伴
う脱落のおそれがあるので、白鋳鉄化層３の厚さ
は50μ以上にすることが必要である。熱影響層４
の厚さも白鋳鉄化層３を支承するためには最低
30μ以上は必要である。白鋳鉄化層３と熱影響層
４を合わせた表面は両層の相乗効果を有するが、
硬質層としての剛性を得るためには合計した厚さ
が100μ以上になることが望ましい。
第３図に示すように、ピストンリング１の合い
口６の周辺には白鋳鉄化層３を設けない。これは
高硬度の白鋳鉄化層により合い口６の加工性が損
なわれることをさけるためである。
口６の周辺には白鋳鉄化層３を設けない。これは
高硬度の白鋳鉄化層により合い口６の加工性が損
なわれることをさけるためである。
通常、ピストンリング素材の加工した外周面２
に電子ビーム、レーザ、プラズマ等の高密度の熱
源を照射し、溶融温度に再加熱後、冷却して白鋳
鉄化層３を形成する。照射中、ピストンリングは
軸心を中心に回転し、電子ビームは軸方向に振動
するが、その回転数と振動数を調整して再溶融に
伴う表面のうねりやだれを極力小さくする。白鋳
鉄化層３と共にその下側のピストンリング１の母
材５との間に熱影響層４が形成される。表面に生
じたうねり、だれ、酸化物を除去するための加工
を行つた後、通常のピストンリングと同様に仕上
げられる。第２図に示すように、外周面２の中央
部のみを容溶融して白鋳鉄化層３を形成すると、
再溶融に伴うだれが防止されるだけでなく、初期
なじみ性のよいピストンリングが得られる。
に電子ビーム、レーザ、プラズマ等の高密度の熱
源を照射し、溶融温度に再加熱後、冷却して白鋳
鉄化層３を形成する。照射中、ピストンリングは
軸心を中心に回転し、電子ビームは軸方向に振動
するが、その回転数と振動数を調整して再溶融に
伴う表面のうねりやだれを極力小さくする。白鋳
鉄化層３と共にその下側のピストンリング１の母
材５との間に熱影響層４が形成される。表面に生
じたうねり、だれ、酸化物を除去するための加工
を行つた後、通常のピストンリングと同様に仕上
げられる。第２図に示すように、外周面２の中央
部のみを容溶融して白鋳鉄化層３を形成すると、
再溶融に伴うだれが防止されるだけでなく、初期
なじみ性のよいピストンリングが得られる。
次に、本発明のピストンリングの摩耗テストに
ついて説明する。テストに使用したピストンリン
グの素材は次の組成（重量％）を持つ球状黒鉛鋳
鉄である。
ついて説明する。テストに使用したピストンリン
グの素材は次の組成（重量％）を持つ球状黒鉛鋳
鉄である。
TC Si Mn Ｐ Ｓ Cu Fe
3.66 2.41 0.50 0.09 0.03 0.60 残部
相手のシリンダライナの粗材は片状黒鉛鋳鉄で
あり、その組成（重量％）は次のとおりである。
あり、その組成（重量％）は次のとおりである。
TC Si Mn Ｐ Ｓ Ｂ Fe
3.23 2.02 0.79 0.29 0.08 0.07 残部
上記ピストン素材から本発明の白鋳鉄化層と熱
影響層を備えたピストンリング試験片（本発明
材）を製作した。その白鋳鉄化層は厚さ600μ、
表面硬度HV1100であり、熱影響層は厚さ200μ表
面から深さ0.65mmの硬度HV550である。比較のた
め同じ粗材から無処理の試験片（比較材１）、厚
さ75μ硬度HV880の硬質クロムめつき試験片（比
較材２）、焼入れ深さ900μ表面硬度HV510の表面
焼入れ試験片（比較材３）を準備した。
影響層を備えたピストンリング試験片（本発明
材）を製作した。その白鋳鉄化層は厚さ600μ、
表面硬度HV1100であり、熱影響層は厚さ200μ表
面から深さ0.65mmの硬度HV550である。比較のた
め同じ粗材から無処理の試験片（比較材１）、厚
さ75μ硬度HV880の硬質クロムめつき試験片（比
較材２）、焼入れ深さ900μ表面硬度HV510の表面
焼入れ試験片（比較材３）を準備した。
テスト１ 耐スカツフイング試験
試験方法 相手材相当の回転円板試験片（直径
135mm）を回転し、各ピストンリング材の固
定試験片（12×18）を接触させ、10分ごとに
５Kgづつ荷重を増加し、スカツフイングの発
生荷重を求める。
135mm）を回転し、各ピストンリング材の固
定試験片（12×18）を接触させ、10分ごとに
５Kgづつ荷重を増加し、スカツフイングの発
生荷重を求める。
試験条件 すべり速度 5m／Sec
潤滑油 SAE＃30＋白灯油（１：１）
試験結果 第１表
種 別 スカツフイング荷重（Kg／cm2）
本発明材 81.0
比較材１ 48.6
比較材２ 88.0
比較材３ 51.0
テスト２ 耐蝕性試験
試験方法 腐蝕性液に直径５mmの円柱形状ピス
トンリング材試験片を浸漬し、その液を超音
波で４時間かくはんした後に、重量の減少量
を測定して比較する。
トンリング材試験片を浸漬し、その液を超音
波で４時間かくはんした後に、重量の減少量
を測定して比較する。
腐蝕性液１ H2SO4を0.3％含む潤滑油
腐蝕性液２ 有鉛ガソリン（Pb4g／ガロン）
を使用して運転した後の劣化油 試験結果 第２表 種 別 減少比率 腐蝕性液１ 腐蝕性液２ 本発明材 100 100 比較材１ 150 190 比較材２ 650 500 比較材３ 230 200 上記のテスト結果は、本発明のピストンリング
の耐スカツフイング性がこれまでもつとも優れて
いるとされていたクロムめつきピストンリングと
同等であり、耐蝕性は他の耐摩耗性リングの２倍
以上であることを明白に示すものである。
を使用して運転した後の劣化油 試験結果 第２表 種 別 減少比率 腐蝕性液１ 腐蝕性液２ 本発明材 100 100 比較材１ 150 190 比較材２ 650 500 比較材３ 230 200 上記のテスト結果は、本発明のピストンリング
の耐スカツフイング性がこれまでもつとも優れて
いるとされていたクロムめつきピストンリングと
同等であり、耐蝕性は他の耐摩耗性リングの２倍
以上であることを明白に示すものである。
第１図は本発明の一実施例のピストンリングの
断面図、第２図は他の実施例の第１図に相当する
図、第３図は第２図のピストンリングの合い口を
示す部分立面図である。 １：ピストンリング、２：外周面、３：白鋳鉄
化層、４：熱影響層、５：母材、６：合い口。
断面図、第２図は他の実施例の第１図に相当する
図、第３図は第２図のピストンリングの合い口を
示す部分立面図である。 １：ピストンリング、２：外周面、３：白鋳鉄
化層、４：熱影響層、５：母材、６：合い口。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 外周面に形成した所定の厚さの白鋳鉄化層と
前記白鋳鉄化層と鋳鉄母材の間に形成した所定の
厚さの熱影響層からなることを特徴とするピスト
ンリング。 ２ 白鋳鉄化層は厚さ50μ以上、表面硬度HV600
以上、熱影響層は厚さ30μ以上、硬度HV400以
上、前記両層の合計厚さは100μ以上であること
を特徴としてなる特許請求の範囲第１項記載のピ
ストンリング。 ３ 白鋳鉄化層を合い口の周囲を除く外周面に形
成したことを特徴としてなる特許請求の範囲第１
項記載又は第２項記載のピストンリング。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4845781A JPS57163140A (en) | 1981-04-02 | 1981-04-02 | Piston ring |
| DE19823212214 DE3212214C2 (de) | 1981-04-02 | 1982-04-01 | Kolbenring und Verfahren zu dessen Herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4845781A JPS57163140A (en) | 1981-04-02 | 1981-04-02 | Piston ring |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57163140A JPS57163140A (en) | 1982-10-07 |
| JPS6325183B2 true JPS6325183B2 (ja) | 1988-05-24 |
Family
ID=12803882
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4845781A Granted JPS57163140A (en) | 1981-04-02 | 1981-04-02 | Piston ring |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57163140A (ja) |
| DE (1) | DE3212214C2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH659300A5 (de) * | 1982-03-11 | 1987-01-15 | Sulzer Ag | Zylinderlaufbuechse. |
| JPS59150016A (ja) * | 1983-02-15 | 1984-08-28 | Nippon Piston Ring Co Ltd | 内燃機関用摺動部材 |
| JPS60234169A (ja) * | 1984-05-07 | 1985-11-20 | Toyota Motor Corp | 再溶融チルカムシヤフトおよびその製造方法 |
| DE102017100648A1 (de) * | 2017-01-13 | 2018-07-19 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Kolbenring und verfahren zur herstellung |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE755034C (de) * | 1938-06-28 | 1953-01-05 | Goetzewerke | Kolbenring |
| DE890130C (de) * | 1944-07-08 | 1953-09-17 | Goetzewerke | Verfahren zur Herstellung von Kolbenringen |
| US3615099A (en) * | 1969-02-26 | 1971-10-26 | Ramsey Corp | Multiple layer faced piston rings |
| FR2061346A5 (ja) * | 1969-09-13 | 1971-06-18 | Toyo Kogyo Co | |
| GB1441961A (en) * | 1973-03-21 | 1976-07-07 | Wellworthy Ltd | Piston rings |
| DE2501370C3 (de) * | 1975-01-15 | 1978-05-03 | Goetzewerke Friedrich Goetze Ag, 5093 Burscheid | Verfahren zur Herstellung von gußeisernen Maschinenteilen mit reibend beanspruchten Oberflächen hoher Verschleißfestigkeit |
| DE2741567C2 (de) * | 1977-09-15 | 1981-09-24 | Audi Nsu Auto Union Ag, 7107 Neckarsulm | Verfahren zum Herstellen von durch Umschmelzhärten gehärteten Oberflächen |
| JPS551408A (en) * | 1978-06-16 | 1980-01-08 | Teikoku Piston Ring Co Ltd | Piston ring |
| DE2831207A1 (de) * | 1978-07-15 | 1980-01-24 | Goetze Ag | Verfahren zur herstellung von verschleissfesten und/oder korrosionsbestaendigen schichten |
-
1981
- 1981-04-02 JP JP4845781A patent/JPS57163140A/ja active Granted
-
1982
- 1982-04-01 DE DE19823212214 patent/DE3212214C2/de not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57163140A (en) | 1982-10-07 |
| DE3212214C2 (de) | 1987-02-12 |
| DE3212214A1 (de) | 1982-10-28 |
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