KR0172144B1 - 내연 기관용 실린더 라이너 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연소 동력 기관용, 특히 대형 디젤 엔진용 실린더 라이너에 관한 것으로, 이 실린더 라이너는 기조 합금으로서 구상 흑연을 가진 퍼얼라이트계 주철로 주조되며, 그 주철의 합금 조직은 명확한 경계로 그물형으로 균일하게 분포된 시멘타이트/스티어타이트 조직부를 구비하며, 기조 합금에는 합금 원소로서 붕소 및/또는 인과, 필요시 부가적으로 니켈, 몰리브덴, 크롬, 티타늄, 질소, 주석 및 바나듐이 정해진 조성으로 첨가된다.

Description

내연 기관용 실린더 라이너
본 발명은 내연 기관, 특히 대형 디젤 엔진용 실린더 라이너(cylinder liner)에 관한 것이다.
유럽 특허 출원 제0 525 540 A1호 명세서로부터 특히 대형 디젤 엔진용의 실린더 라이너가 공지되어 있으며, 이 실린더 라이너는 기저 합금으로서 퍼얼라이트계 주철(구상 흑연 주철: nodular graphite cast iron)로 주조되며, 주철의 조직은 3 내지 8%의 면적 분율을 차지하고 명확한 경계로 그물형으로 균일하게 분포된 시멘타이트/스티어타이트(cementite/steatite) 조직부를 가진다. 부가적으로, 기저 합금에는 0.01 내지 0.03 중량%의 붕소 및/또는 0.2 내지 0.4 중량%의 인 및 필요시 0.1 내지 0.3 중량%의 바나듐이 합금 원소로서 첨가된다.
이러한 실린더 라이너는 매우 높은 강도와 매우 양호한 마모 특성 및 주행특성을 가진다. 이처럼 높은 강도는 현대의 고출력 디젤 엔진에서 균열의 방지를 위해 필수적이다.
본 발명의 목적은 전술한 형식의 실린더 라이너에서 고온하의 내열성, 성형안정성, 내마모성과 같은 양호한 특성을 보다 우수하게 개선하는 것이다.
이러한 목적은 본 발명에 따라 청구 범위 제1항에 따른 합금 원소와 그 극한치(極限値)를 갖는 구상 흑연으로 이루어진 퍼얼라이트계 주철로 실린더 라이너를 주조함으로써 달성된다. 이 합금 조직은 3 내지 8%의 면적 분율을 차지하고 명확한 경계로 그물형으로 균일하게 분포된 시멘타이트/스티어타이트 조직부를 가진다.
이러한 조직의 특수성을 첨가 합금 원소에 의해 얻어진다. 즉 공지의 방식으로 Mg 또는 Mg와 Ce를 첨가함으로써 구상 흑연이 형성되며, 응고되는 용융물중에서 흑연 조직부 대신 시멘타이트/스티어타이트가 분리 석출되는 것과, 이 조직부가 공간적으로 명확한 경계를 지어 그물형으로 배열되는 것과, 그 면적 분율을 맞추는 것은 다음과 같은 조성의 퍼얼라이트계 주철에 소량의 붕소 및/또는 인 및 필요시 바나듐을 첨가함으로써 달성된다:
탄소 2.8 내지 3.9 중량%,
규소 1.5 내지 3.0 중량%,
망간 0.05 내지 1.0 중량%,
황 0.02 중량% 미만,
마그네슘 0.025 내지 0.07 중량%,
구리 0.1 내지 2.0 중량%
잔부는 기저 합금으로서 철, 특히, 첨가 합금 원소의 중량%의 비율은 다음과 같다:
붕소 0.05 내지 0.03 중량% 및 필요시
인 0.01 내지 0.4 중량%,
바나듐 0.05 내지 0.4 중량%.
이에 부가하여 하기의 분석 극한치를 가진 합금 원소를 추가하면, 미세 줄무늬형 퍼얼라이트의 생성, 페라이트 분율의 현저한 감소 및 특수한 탄화물/질화물의 생성에 의해 고온에서의 내열성, 성형 안정성, 높은 내마모성과 같은 보다 양호한 특성이 제공된다:
니켈 0.01 내지 2.0 중량%,
몰리브덴 0.1 내지 1.0 중량%,
크롬 0.05 내지 0.5 중량%,
티타늄 0.01 내지 0.05 중량%,
질소 0.002 내지 0.014 중량%,
주석 0.005 내지 0.1 중량%.
흑연을 구상화함으로써 실린더 라이너 합금 조직의 인장 강도 및 충격 인성이 증진된다.
합금 조직중에 명확한 경계로 시멘타이트/스티어타이트 조직부가 특정한 공간 배열을 가짐으로써 층상 흑연을 가진 상응하는 합금 주철에서와 같이 실린더 표면이 현미경하에서 미세한 그물형 기복을 가지게 되며, 이러한 기복은 윤활유막의 양호한 부착을 보장해준다. 이에 의해, 실린더 라이너상에서 피스톤 링이 양호하게 주행하는 것을 보장한다.
붕소, 인, 바나듐 성분을 전술한 분석 극한치로 조절함으로써, 주조 부품에 대해 원하는 특성을 얻게 되며, 특정 용도에 따른 특정 특성으로 최적화할 수 있다. 예컨대, 인은 내마모성을 증가시키는 것은 물론 취성도 증가시키지만, 붕소, 인 또는 바나듐의 3가지 합금 원소에 의해 시멘타이트/스티어타이트 조직부의 최적의 그물형 분포가 제공된다. 붕소는 합금 조직에 최상의 내마모성을 제공하는 것은 물론 인과 마찬가지로 다소간 양호한 시멘타이트/스티어타이트 조직부의 분포를 제공하는 반면, 바나듐은 인장 간도와 내마모성을 지원하지만 시멘타이트/스티어타이트 조직부를 그물형으로 분포시키는 작용을 전혀 하지 않으므로 붕소 및/또는 인이 없다면 부가의 합금 요소로서 거의 효용이 없다.
따라서, 주조 과정중 인장 강도 및 내마모성에 관한 정해진 요건에 충족될 뿐만 아니라 동시에 충분한 윤활 작용에 필요한 표면 특성을 가지는 실린더 라이너가 제조되도록 계획하는 것이 상대적으로 유리하다.

Claims (2)

  1. 구상 흑연 및 이하의 분석 극한치(極限値): 탄소 2.8 내지 3.9 중량%, 규소 1.5 내지 3.0 중량%, 망간 0.05 내지 1.0 중량%, 황 0.02 중량% 미만, 마그네슘 0.025 내지 0.07 중량%, 구리 0.1 내지 2.0 중량%, 붕소 0.05 내지 0.03 중량% 또는 인 0.1 내지 0.4 중량%, 니켈 0.1 내지 2.0 중량%, 몰리브덴 0.1 내지 1.0 중량%, 크롬 0.05 내지 0.5 중량%, 티타늄 0.01 내지 0.05 중량%, 질소 0.002 내지 0.014 중량%, 주석 0.005 내지 0.1 중량%, 잔부는 철을 함유하는 퍼얼라이트계 주철로 제조된, 주철의 조직이 구상 퍼얼라이트 침전물에 3 내지 8%의 면적 분율을 차지하고 명확한 경계로 그물형으로 균일하게 분포된 시멘타이트/스티어타이트 조직부를 함유하는 것을 특징으로하는 내연 기판용 실린더 라이너.
  2. 구상 흑연 및 이하의 분석 극한치(極限値): 탄소 2.8 내지 3.9 중량%, 규소 1.5 내지 3.0 중량%, 망간 0.05 내지 1.0 중량%, 황 0.02 중량% 미만, 마그네슘 0.025 내지 0.07 중량%, 구리 0.1 내지 2.0 중량%, 붕소 0.05 내지 0.03 중량% 또는 인 0.1 내지 0.4 중량%, 니켈 0.1 내지 2.0 중량%, 몰리브덴 0.1 내지 1.0 중량%, 크롬 0.05 내지 0.5 중량%, 티타늄 0.01 내지 0.05 중량%, 질소 0.002 내지 0.014 중량%, 주석 0.005 내지 0.1 중량%, 잔부는 철을 함유하는 퍼얼라이트계 주철로 제조되며, 상기 주철은 합금 원소로서 잔부의 철의 중량에 대해 0.05 내지 0.4 중량%의 바나듐을 가지고, 상기 주철의 조직이 구상 퍼얼라이트 침전물에 3 내지 8%의 면적 분율을 차지하고 명확한 경계로 그물형으로 균일하게 분포된 시멘타이트/스티어타이트 조직부를 함유하는 것을 특징으로 하는 내연 기판용 실린더 라이너.
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