KR101663771B1

KR101663771B1 - Ductile cast iron piston ring

Info

Publication number: KR101663771B1
Application number: KR1020140043742A
Authority: KR
Inventors: 강영곤
Original assignee: 유성기업 주식회사
Priority date: 2014-04-11
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2016-10-11
Also published as: KR20150118267A

Abstract

본 발명은 피스톤 링에 관한 것으로, 특히 내구성과 가공성 등의 물성을 개선하고 재료비와 전력비를 절감할 수 있는 덕타일 주철 피스톤 링에 관한 것이다.
본 발명에 따른 덕타일 주철 피스톤 링은 Si 4.0 중량% 이하, Mn 0.25 중량% 이하, Cu 0.45 중량% 이하를 포함하고, 잔부는 선철을 포함한다.The present invention relates to a piston ring, and more particularly, to a ductile cast iron piston ring capable of improving physical properties such as durability and workability and reducing material cost and power ratio.
The ductile cast iron piston ring according to the present invention contains 4.0 wt% or less of Si, 0.25 wt% or less of Mn, 0.45 wt% or less of Cu, and the balance includes pig iron.

Description

Ductile cast iron piston ring}

본 발명은 피스톤 링에 관한 것으로, 특히 내구성과 가공성 등의 물성을 개선하고 재료비와 전력비를 절감할 수 있는 덕타일 주철 피스톤 링에 관한 것이다.The present invention relates to a piston ring, and more particularly, to a ductile cast iron piston ring capable of improving physical properties such as durability and workability and reducing material cost and power ratio.

피스톤 링(piston ring)은 피스톤과 실린더 내벽 사이의 기밀을 유지하고 또 실린더 벽의 윤활유를 긁어내려 윤활유가 연소실로 들어가지 않도록 하기 위하여 피스톤 바깥 둘레의 홈에 끼우는 링이다.The piston ring is a ring that is fitted in the groove on the outer periphery of the piston so as to keep the airtightness between the piston and the inner wall of the cylinder and scrape off the lubricating oil on the cylinder wall so that the lubricating oil does not enter the combustion chamber.

피스톤 링은 링 그루브(ring groove)에 설치되어 피스톤과 함께 실린더 내를 상하로 왕복 운동한다. 기능에 따라 압축 링과 오일 링으로 구분한다. 자동차기관에서는 대부분 압축 링 2개와 오일 링 1개를 사용한다. 특히 소형 2행정 기관에서는 마찰저항을 극소화시키기 위해 압축 링으로 L형 링을 1개만 사용하기도 한다. 그러나 압축 링 2개와 오일 링 2개, 또는 압축 링 3개와 오일 링 2개를 사용하는 경우도 있다. 오일 링을 2개 사용할 경우는 1개를 스커트 하부에 설치한다. 피스톤 링은 고온 고압에 노출되어 상당한 열 부하와 기계적 부하를 받기 때문에 내열성과 내마멸성이 우수해야 한다.The piston ring is installed in a ring groove and reciprocates vertically in the cylinder together with the piston. Depending on function, it is divided into compression ring and oil ring. Most automotive engines use two compression rings and one oil ring. In particular, in a small two-stroke engine, only one L-shaped ring is used as a compression ring in order to minimize friction resistance. However, there are cases where two compression rings and two oil rings, or three compression rings and two oil rings are used. If two oil rings are used, install one at the bottom of the skirt. Piston rings should be excellent in heat resistance and abrasion resistance because they are exposed to high temperature and high pressure and receive considerable heat load and mechanical load.

압축 링(compression ring)은 톱 링 그루브(top ring groove)와 제2링 그루브에 설치되며, 피스톤과 실린더 벽 사이에 밀착되어 기밀을 유지하고, 동시에 피스톤으로부터 열을 전달받아 이 열을 실린더 벽으로 전달하는 역할을 한다(기밀유지작용과 전열작용).The compression ring is installed in the top ring groove and the second ring groove and is tightly held between the piston and the cylinder wall to maintain the airtightness and at the same time receives heat from the piston and transfers this heat to the cylinder wall (Confidentiality and heat transfer).

오일 링(oil ring)은 압축 링 아래에 설치되며, 피스톤의 마찰표면과 실린더 벽을 윤활하는 윤활유 중 여분의 윤활유를 긁어내려 오일 팬으로 복귀시키는 기능을 한다(오일 제어작용). 여분의 윤활유가 연소실에 유입되어 연소되면, 탄소 퇴적물이 생성되어 스파크 플러그를 오염시키게 된다. 그리고 밸브에 퇴적되거나 링의 소착을 유발시키는 원인이 되므로, 링의 오일제어 작용은 매우 중요하다.The oil ring is installed under the compression ring and functions to scrape excess lubricant out of the lubricating oil that lubricates the friction surface of the piston and the cylinder wall and returns it to the oil pan (oil control function). If excess lubricant is introduced into the combustion chamber and burned, carbon deposits are formed and contaminate the spark plug. The oil control action of the ring is very important because it causes accumulation in the valve or causes the ring to be seized.

링이 실린더 내에 설치되었을 때는 링의 양끝은 거의 서로 접촉할 정도로 되는데, 그 간극을 링 엔드 갭 또는 링끝 간극이라 한다. 링 엔드 갭이 너무 작으면, 고온 시에는 열팽창에 의해 링 엔드 갭이 없어져 링이 파손되거나 소결되기 쉽다. 그러므로 링 앤드 갭은 열팽창을 고려하여 설정해야 한다.When the ring is installed in the cylinder, both ends of the ring are almost in contact with each other. The gap is referred to as a ring end gap or ring end gap. If the ring end gap is too small, the ring end gap is lost due to thermal expansion at high temperatures, and the ring is likely to break or sinter. Therefore, the ring gap should be set considering thermal expansion.

피스톤 링은 실린더 내에 설치되어 있을 때보다 실린더 밖에서의 직경이 더 크다. 이때의 직경차, 소재의 특성 그리고 형상에 따라 링의 장력(tension)이 결정된다. 피스톤 링은 자신의 장력에 의해 실린더 벽에 직각으로 밀착된다. 특히 압축 링은 기관 작동 중에는 링의 장력 외에 링의 안쪽에 작용하는 가스압력에 의해 실린더 벽에 더욱더 강하게 밀착된다. 링의 장력이 너무 크면 마멸을 촉진시키고 소결의 원인이 된다. 반대로 링의 장력이 너무 작으면 압축 링에서는 블로바이(blow by) 현상이 발생하고, 오일 링에서는 오일 제어작용이 약화되게 된다.The piston ring has a larger diameter outside the cylinder than when installed in the cylinder. The tension of the ring is determined according to the diameter difference, the characteristics of the material and the shape of the material. The piston ring is tightly attached to the cylinder wall at right angles by its own tension. Particularly, the compression ring is firmly attached to the cylinder wall by the gas pressure acting on the inside of the ring in addition to the tension of the ring during engine operation. If the tensile strength of the ring is too large, it promotes wear and causes sintering. Conversely, if the tension of the ring is too small, a blow-by phenomenon occurs in the compression ring, and the oil control action is weakened in the oil ring.

피스톤 링의 재료로는 주로 주철(cast iron), 열처리 주철, 구상흑연 주철, 그리고 고합금강 등이 사용된다.Cast iron, heat treated cast iron, spheroidal graphite cast iron, and high alloy steel are used as the material of the piston ring.

피스톤 링의 표면을 철합금 코팅(Ferro coating)하면 내마멸성이 증대되고, 기공(porous)처리 또는 주석 코팅을 하면 길들임성이 개선된다.Ferro coating of the surface of the piston ring increases wear resistance, and porosity or tin coating improves tame.

부하를 가장 많이 받으면서도 윤활상태가 불량한 톱 링(top ring)은 특히 부식과 마멸이 문제가 된다. 부식과 마멸을 방지할 목적으로 톱 링을 크롬(Cr) 도금한다. 그러나 크롬 도금한 실린더에는 크롬 도금한 피스톤 링을 사용해서는 안 된다.A top ring with the most load but poor lubrication is particularly a problem of corrosion and wear. Chromium (Cr) plating is applied to the top ring for the purpose of preventing corrosion and abrasion. However, chrome-plated piston rings should not be used for chrome-plated cylinders.

최근의 고속, 고압축비 기관들에서는 피스톤 링의 내열성도 중요한 문제가 되고 있다. 실린더 벽과 피스톤 링 각각의 마찰부분에 과도한 열이 축적되면 유막이 파손되고, 피스톤 링이 직접 실린더 벽을 긁는 스커핑(scuffing) 현상이 발생하게 된다. 스커핑 현상이 발생하면 실린더 벽은 물론이고 피스톤 링의 마멸이 촉진된다. 이와 같은 문제를 해결하는 데 가장 적당한 금속이 몰리브덴(molybden)이다.In recent high speed and high compression ratio engines, the heat resistance of the piston ring is also an important problem. When excessive heat is accumulated in the friction portions of the cylinder wall and the piston ring, the oil film breaks and a scuffing phenomenon occurs in which the piston ring directly scratches the cylinder wall. When a scuffing phenomenon occurs, the wear of the piston ring as well as the cylinder wall is promoted. The most suitable metal for solving this problem is molybdenum.

몰리브덴(Mo)은 마찰계수가 낮고, 융점이 높으면서도 크롬보다 경도가 낮다. 주철의 융점이 약 1,233℃, 크롬이 1,840℃인데 비하여 몰리브덴은 2,621℃이다. 따라서 톱 링을 몰리브덴 도금하면 고온에서도 충분히 링의 기능을 유지하면서도 스커핑 현상을 감소시킬 수 있다. 몰리브덴 도금한 링도 크롬 도금한 실린더에 사용해서는 안 된다.Molybdenum (Mo) has a lower coefficient of friction, a higher melting point, and a lower hardness than chrome. Melting point of cast iron is about 1,233 ℃, and chrome is 1,840 ℃, while molybdenum is 2,621 ℃. Therefore, if the top ring is plated with molybdenum, the scuffing phenomenon can be reduced while maintaining the function of the ring sufficiently even at a high temperature. Molybdenum-plated rings should not be used on chrome-plated cylinders.

본 발명의 목적은 내구성과 가공성 등의 물성을 개선하고 재료비와 전력비를 절감할 수 있는 덕타일 주철 피스톤 링에 관한 것이다.An object of the present invention is to provide a ductile cast iron piston ring capable of improving physical properties such as durability and processability and reducing material cost and power ratio.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, Si 4.0 중량% 이하, Mn 0.25 중량% 이하, Cu 0.45 중량% 이하를 포함하고, 잔부는 선철을 포함하는 덕타일 주철 피스톤 링을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a ductile cast iron piston ring comprising 4.0% by weight or less of Si, 0.25% by weight or less of Mn and 0.45% by weight or less of Cu, and the balance comprising pig iron.

본 발명에서 선철은 C 3.40 중량% 이상, Si 0.50 중량% 이하, Mn 0.25 중량% 이하, P 0.105 중량% 이하, S 0.030 중량% 이하, Cr 0.030 중량% 이하, V 0.080 중량% 이하, Ti 0.065 중량% 이하를 포함하고, 잔부는 철을 포함하는 고순도 선철인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the pig iron preferably contains not less than 3.40 wt% of C, not more than 0.50 wt% of Si, not more than 0.25 wt% of Mn, not more than 0.105 wt% of P, less than 0.030 wt% of S, not more than 0.030 wt% of Cr, less than 0.080 wt% of V, % Or less, and the remainder is high purity iron containing iron.

본 발명에 따른 덕타일 주철 피스톤 링은 내구성과 가공성 등의 물성이 우수하고, 재료비와 전력비를 절감할 수 있다.The ductile cast iron piston ring according to the present invention has excellent physical properties such as durability and processability, and can reduce material cost and power cost.

도 1은 DCI 피스톤 링 시험품의 미세조직을 비교한 사진이다.
도 2는 DCI 피스톤 링 시험품의 경도(HRC)를 비교한 그래프이다.
도 3은 DCI 피스톤 링 시험품의 인장강도(MPa)를 비교한 그래프이다.
도 4는 DCI 피스톤 링 시험품의 연신율(%GL)을 비교한 그래프이다.
도 5는 DCI 피스톤 링 시험품의 내식성(부식량)을 비교한 그래프이다.
도 6은 DCI 피스톤 링 시험품의 내식성(부식속도, mm/hr)을 비교한 그래프이다.
도 7은 DCI 피스톤 링 시험품의 내마모성(㎛)을 비교한 그래프이다.
도 8은 DCI 피스톤 링 시험편의 마모면 사진이다.
도 9는 DCI 피스톤 링 상대재 라이너의 마모면 사진이다.
도 10은 DCI 피스톤 링 시험품의 밀도를 비교한 그래프이다.
도 11은 DCI 피스톤 링 시험품의 템퍼링 전류량(A)을 비교한 그래프이다.
도 12는 DCI 피스톤 링 시험품의 장력(N)을 비교한 그래프이다.
도 13은 DCI 피스톤 링 시험품의 탄성률(GPa)을 비교한 그래프이다.1 is a photograph comparing microstructures of a DCI piston ring test sample.
2 is a graph comparing the hardness (HRC) of the DCI piston ring test sample.
3 is a graph comparing the tensile strength (MPa) of the DCI piston ring test sample.
4 is a graph comparing the elongation (% GL) of the DCI piston ring test sample.
5 is a graph comparing the corrosion resistance (corrosion amount) of the DCI piston ring test sample.
6 is a graph comparing the corrosion resistance (corrosion rate, mm / hr) of the DCI piston ring test sample.
7 is a graph comparing the abrasion resistance (탆) of the DCI piston ring test sample.
8 is a photograph of a wear surface of a DCI piston ring test specimen.
9 is a photograph of a wear surface of the DCI piston ring counter material liner.
10 is a graph comparing the density of the DCI piston ring test sample.
11 is a graph comparing the amount of tempering current (A) of the DCI piston ring test sample.
12 is a graph comparing the tensile force (N) of the DCI piston ring test sample.
13 is a graph comparing the elastic modulus (GPa) of the DCI piston ring test sample.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 덕타일 주철 피스톤 링은 Si 4.0 중량% 이하, Mn 0.25 중량% 이하, Cu 0.45 중량% 이하를 포함하고, 잔부는 선철을 포함한다.The ductile cast iron piston ring according to the present invention contains 4.0 wt% or less of Si, 0.25 wt% or less of Mn, 0.45 wt% or less of Cu, and the balance includes pig iron.

덕타일 주철(ductile cast iron, 이하 DCI라 함)은 구상 흑연 주철 또는 노듈러(nodular) 주철이라고도 한다. 주철에 규소와 마그네슘 등을 가하고, 함유되어 있는 탄소를 구모양의 흑연 조직으로 한다. 거의 연강과 같은 성질을 갖게 하여 인장 강도를 40 내지 45 ㎏/㎟ 까지 증대시킨 것으로, 내열, 내식성도 뛰어나며, 주철관, 밸브, 그외의 강도를 필요로 하는 주철 기계 부품에 많이 이용되고 있다.Ductile cast iron (DCI) is also known as ductile iron or nodular cast iron. Silicon and magnesium are added to the cast iron, and the contained carbon is made into a spherical graphite structure. And has a tensile strength of 40 to 45 kg / mm 2, which is excellent in heat resistance and corrosion resistance, and is widely used in cast iron machine parts requiring cast iron pipes, valves, and other strengths.

본 발명에서는 피스톤 링용 DCI 합금 성분을 최적화하기 위해, 1차적으로 Si, Mn, Cu, Mo, Ni 성분의 함량을 변화시키면서 실험하였다. 실험 결과, 경도, 인장강도, 마모특성, 장력 등의 물성이 우수한 최적 합금 성분비는 3.0Si + 0.25Mn + 0.0Cu + 0.0Mo + 0.0Ni이었다.In the present invention, in order to optimize the DCI alloy component for the piston ring, the content of Si, Mn, Cu, Mo, and Ni components was firstly varied. As a result of the test, the optimum alloy composition ratio having excellent physical properties such as hardness, tensile strength, abrasion characteristics and tensile strength was 3.0 Si + 0.25 Mn + 0.0 Cu + 0.0 Mo + 0.0 Ni.

이어서, 2차적으로 Cu 첨가에 따른 내식성 분석 실험을 수행하였고, 실험 결과 0.2Cu 첨가 합금의 경우 내식성이 2배 증대하였고, 열처리 온도 강하 효과가 있었다.Secondly, corrosion resistance analysis with Cu addition was performed. As a result, the corrosion resistance of 0.2Cu alloy was increased by 2 times and the heat treatment temperature was lowered.

또한, 3차적으로 선철 순도의 영향에 대한 분석 실험을 수행하였고, 실험 결과 고순도 선철은 인장강도, 연신율, 밀도(중량 감소) 개선에 효과적임을 확인하였다.Thirdly, the analysis of the effect of the pig iron purity was carried out. As a result, it was confirmed that the high purity pig iron was effective in improving the tensile strength, elongation and density (weight reduction).

3차례에 걸친 실험 결과를 종합하면, 본 발명의 DCI 피스톤 링에서 Mn은 최종 제품(주조 결과) 기준으로 0.25 중량% 이하, 바람직하게는 0.2 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.18 중량% 이하이다. Mn 값은 DCI 선철 함량에 따라 변동될 수 있으며, 최대 0.25Mn으로 관리가 필요하다. Mn의 하한치는 0.01 중량% 이상, 바람직하게는 0.05 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 0.1 중량% 이상이다.According to the results of three experiments, Mn of the DCI piston ring of the present invention is 0.25% by weight or less, preferably 0.2% by weight or less, more preferably 0.18% by weight or less based on the final product (casting result). The Mn value may vary depending on the DCI Pig iron content and needs to be managed to a maximum of 0.25 Mn. The lower limit of Mn is 0.01% by weight or more, preferably 0.05% by weight or more, and more preferably 0.1% by weight or more.

본 발명에서 Cu는 최종 제품 기준으로 0.45 중량% 이하, 바람직하게는 0.4 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.2 중량% 이하이다. Cu의 하한치는 0.01 중량% 이상, 바람직하게는 0.05 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 0.1 중량% 이상이다.In the present invention, Cu is 0.45% by weight or less, preferably 0.4% by weight or less, more preferably 0.2% by weight or less, based on the final product. The lower limit of Cu is 0.01% by weight or more, preferably 0.05% by weight or more, and more preferably 0.1% by weight or more.

본 발명에서 Si는 최종 제품 기준으로 4.0 중량% 이하이다. Si의 하한치는 바람직하게는 2.5 중량% 이상이다.In the present invention, Si is 4.0% by weight or less based on the final product. The lower limit of Si is preferably at least 2.5% by weight.

본 발명의 DCI 피스톤 링에서 나머지 잔부는 선철로 구성된다. 본 발명의 DCI 피스톤 링은 Mo 및 Ni를 포함하지 않는 것을 특징으로 한다.The remainder of the DCI piston ring of the present invention consists of pig iron. The DCI piston ring of the present invention is characterized in that it does not contain Mo and Ni.

본 발명에서 선철은 고순도 선철을 사용하는 것이 바람직하며, 고순도 선철은 C 3.40 중량% 이상, Si 0.50 중량% 이하, Mn 0.25 중량% 이하, P 0.105 중량% 이하, S 0.030 중량% 이하, Cr 0.030 중량% 이하, V 0.080 중량% 이하, Ti 0.065 중량% 이하를 포함하고, 잔부는 철을 포함한다. C의 상한치는 10 중량% 이하, 바람직하게는 5 중량% 이하이다. 나머지 성분들의 하한치는 0.001 중량% 이상, 바람직하게는 0.0001 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 0.00001 중량% 이상, 가장 바람직하게는 0 중량%이다.In the present invention, it is preferable to use high-purity pig iron. The high-purity pig iron preferably contains not less than 3.40% by weight of C, not more than 0.50% by weight of Si, not more than 0.25% by weight of Mn, not more than 0.105% , Not more than 0.080 wt% of V, not more than 0.065 wt% of Ti, and the balance includes iron. The upper limit of C is 10% by weight or less, preferably 5% by weight or less. The lower limit of the remaining components is 0.001% by weight or more, preferably 0.0001% by weight or more, more preferably 0.00001% by weight or more, and most preferably 0% by weight.

본 발명의 DCI 피스톤 링의 인장강도는 템퍼링(tempering) 온도 564℃ 기준으로 800 내지 1,000 MPa, 바람직하게는 850 내지 950 MPa, 더욱 바람직하게는 900 내지 940 MPa이다. 본 발명의 DCI 피스톤 링의 인장강도는 템퍼링 온도 495℃ 기준으로 1,100 내지 1,400 MPa, 바람직하게는 1,200 내지 1,350 MPa, 더욱 바람직하게는 1,250 내지 1,300 MPa이다.The tensile strength of the DCI piston ring of the present invention is 800 to 1,000 MPa, preferably 850 to 950 MPa, more preferably 900 to 940 MPa on the basis of the tempering temperature of 564 DEG C. [ The tensile strength of the DCI piston ring of the present invention is 1,100 to 1,400 MPa, preferably 1,200 to 1,350 MPa, more preferably 1,250 to 1,300 MPa on the basis of the tempering temperature of 495 캜.

본 발명의 DCI 피스톤 링의 연신율은 템퍼링 온도 564℃ 기준으로 5 내지 12%, 바람직하게는 7 내지 11%, 더욱 바람직하게는 9 내지 10%이다. 본 발명의 DCI 피스톤 링의 연신율은 템퍼링 온도 495℃ 기준으로 3 내지 5%, 바람직하게는 3.2 내지 4.5%, 더욱 바람직하게는 3.5 내지 4%이다.The elongation of the DCI piston ring of the present invention is 5 to 12%, preferably 7 to 11%, more preferably 9 to 10% based on the tempering temperature of 564 캜. The elongation of the DCI piston ring of the present invention is 3 to 5%, preferably 3.2 to 4.5%, more preferably 3.5 to 4%, based on the tempering temperature 495 占 폚.

본 발명의 DCI 피스톤 링의 부식속도(내식성)는 템퍼링 온도 564℃ 기준으로 0.3 내지 0.7 mm/hr, 바람직하게는 0.35 내지 0.65 mm/hr, 더욱 바람직하게는 0.4 내지 0.6 mm/hr이다. 본 발명의 DCI 피스톤 링의 부식속도(내식성)는 템퍼링 온도 495℃ 기준으로 0.4 내지 0.8 mm/hr, 바람직하게는 0.45 내지 0.75 mm/hr, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 0.7 mm/hr이다.The corrosion rate (corrosion resistance) of the DCI piston ring of the present invention is 0.3 to 0.7 mm / hr, preferably 0.35 to 0.65 mm / hr, more preferably 0.4 to 0.6 mm / hr, based on the tempering temperature of 564 캜. The corrosion rate (corrosion resistance) of the DCI piston ring of the present invention is 0.4 to 0.8 mm / hr, preferably 0.45 to 0.75 mm / hr, more preferably 0.5 to 0.7 mm / hr based on the tempering temperature of 495 캜.

본 발명의 DCI 피스톤 링의 내마모성은 링 기준으로(템퍼링 온도 564℃) 5 내지 8 ㎛, 바람직하게는 5.5 내지 7.5 ㎛, 더욱 바람직하게는 6 내지 7 ㎛이다. 본 발명의 DCI 피스톤 링의 내마모성은 라이너(liner) 기준으로(템퍼링 온도 564℃) 0.5 내지 1.5 ㎛, 바람직하게는 0.7 내지 1.3 ㎛, 더욱 바람직하게는 0.9 내지 1.1 ㎛이다.The abrasion resistance of the DCI piston ring of the present invention is 5 to 8 占 퐉, preferably 5.5 to 7.5 占 퐉, more preferably 6 to 7 占 퐉 on the ring basis (tempering temperature 564 占 폚). The abrasion resistance of the DCI piston ring of the present invention is 0.5 to 1.5 占 퐉, preferably 0.7 to 1.3 占 퐉, more preferably 0.9 to 1.1 占 퐉 on a liner basis (tempering temperature 564 占 폚).

본 발명의 DCI 피스톤 링의 밀도는 주조 시(as cast) 기준으로 7 내지 7.13 g/㎤, 바람직하게는 7.03 내지 7.1 g/㎤, 더욱 바람직하게는 7.05 내지 7.08 g/㎤이다. 본 발명의 DCI 피스톤 링의 밀도는 템퍼링 온도 530℃ 기준으로 7 내지 7.08 g/㎤, 바람직하게는 7.01 내지 7.07 g/㎤, 더욱 바람직하게는 7.03 내지 7.06 g/㎤이다.The density of the DCI piston ring of the present invention is 7 to 7.13 g / cm3, preferably 7.03 to 7.1 g / cm3, more preferably 7.05 to 7.08 g / cm3 on an as cast basis. The density of the DCI piston ring of the present invention is 7 to 7.08 g / cm3, preferably 7.01 to 7.07 g / cm3, more preferably 7.03 to 7.06 g / cm3 based on the tempering temperature of 530 占 폚.

[실시예][Example]

표 1은 3차 시험품 합금 설계를 나타낸 것으로, 총 6가지 조성의 합금을 설계하였다. Alloy 6이 본 발명의 DCI 합금에 해당한다.Table 1 shows the design of the third test alloy. Six alloying elements were designed. Alloy 6 corresponds to the DCI alloy of the present invention.

표 2는 3차 시험품 주조 결과를 나타낸 것이다.Table 2 shows the results of the third test product casting.

표 3은 FC 선철(F1A)의 화학성분을 나타낸 것이다.Table 3 shows the chemical composition of FC pig iron (F1A).

표 4는 DCI 선철(DCC)의 화학성분을 나타낸 것이다.Table 4 shows the chemical composition of DCI pig iron (DCC).

표 5는 본 발명에서 바람직하게 사용하는 고순도 DCI 선철의 화학성분을 나타낸 것이다.Table 5 shows the chemical composition of the high purity DCI pig iron preferably used in the present invention.

도 1은 DCI 피스톤 링 시험품의 미세조직을 비교한 사진이다.1 is a photograph comparing microstructures of a DCI piston ring test sample.

도 2는 템퍼링(Tempering) 온도에 따른 경도 변화를 나타내었다. 목표 경도가 HRC32인 경우 Alloy6, 목표 경도가 HRC43인 경우 Alloy2 합금이 템퍼링(Tempering) 온도가 가장 낮은 수준이다. 두 합금의 템퍼링(Tempering) 온도는 양산 조건과 비교 41℃, 70℃ 하락한 수준으로 전력비 절감 효과를 기대할 수 있다.Figure 2 shows the change in hardness with tempering temperature. When the target hardness is HRC32, Alloy6 and when the target hardness is HRC43, the Alloy2 alloy has the lowest tempering temperature. The tempering temperature of the two alloys can be expected to be reduced by 41 ° C and 70 ° C compared with the mass production conditions.

도 3은 DCI 피스톤 링 시험품의 인장강도(MPa)를 비교한 그래프로서, 경도 HRC32 수준으로 열처리한 경우, 기존의 Alloy3은 763 MPa에서 Alloy6 917 MPa로 최적화되며, 20% 개선되었다. 경도 HRC43 수준으로 열처리한 경우, 기존의 Alloy3은 1,066 MPa에서 Alloy6 1,270 MPa로 최적화되며, 19% 개선되었다.FIG. 3 is a graph comparing the tensile strength (MPa) of the DCI piston ring test specimens. In the case of heat treatment at the hardness HRC32 level, the conventional Alloy 3 was optimized at 763 MPa to Alloy 6 917 MPa and improved by 20%. In the case of heat treatment at the hardness HRC43 level, the conventional Alloy 3 was optimized from 1,066 MPa to Alloy6 1,270 MPa and improved by 19%.

도 4는 DCI 피스톤 링 시험품의 연신율(%GL)을 비교한 그래프로서, 경도 HRC32 수준으로 열처리한 경우, 기존의 Alloy3은 4.29%에서 Alloy6 9.40%로 최적화되며, 119% 개선되었다. 경도 HRC43 수준으로 열처리한 경우, 기존의 Alloy3은 2.53%에서 Alloy6 3.84%로 최적화되며, 52% 개선되었다.FIG. 4 is a graph comparing the elongation (% GL) of the DCI piston ring test sample. In the case of heat treatment at the hardness HRC32 level, the conventional Alloy 3 was optimized from 4.29% to Alloy 6 9.40% and improved by 119%. When the hardness was HRC43, the conventional Alloy3 was optimized from 2.53% to 3.84% of Alloy6 and improved by 52%.

도 5는 DCI 피스톤 링 시험품의 내식성(부식량)을 비교한 그래프로서, 각 합금의 부식 특성을 살펴보면, 각 합금은 As cast/QT605와 QT450/QT530로 구분되어 부식량이 동등 수준이었으며(QT는 템퍼링 온도를 의미함), 이는 열처리에 의한 응력 부식이었다. 열처리 조건에 따른 부식 특성을 살펴보면, 각 열처리 조건에서 Alloy 2 합금의 부식 특성이 가장 우수하였다.FIG. 5 is a graph comparing the corrosion resistance (corrosion amount) of the DCI piston ring test sample. As to the corrosion characteristics of each alloy, each alloy was classified as As cast / QT605 and QT450 / QT530, Tempering temperature), which was stress corrosion due to heat treatment. The corrosion characteristics of Alloy 2 alloy were the best in each heat treatment condition.

도 6은 DCI 피스톤 링 시험품의 내식성(부식속도, mm/hr)을 비교한 그래프로서, 경도 HRC32 수준으로 열처리한 경우, 기존의 Alloy3과 Alloy2는 동등 수준이며, 0.46 mm/hr로 최적화되었다. 경도 HRC43 수준으로 열처리한 경우, 기존의 Alloy3은 0.68 mm/hr에서 Alloy2 0.54 mm/hr로 최적화되며, 21% 개선되었다.FIG. 6 is a graph comparing the corrosion resistance (corrosion rate, mm / hr) of the DCI piston ring test sample. When heat treated at the hardness HRC32 level, the conventional Alloy 3 and Alloy 2 were equivalent and optimized to 0.46 mm / hr. In the case of heat treatment at the hardness HRC43 level, the conventional Alloy3 was optimized at 0.68 mm / hr and Alloy2 at 0.54 mm / hr and improved by 21%.

도 7은 DCI 피스톤 링 시험품의 내마모성(㎛)을 비교한 그래프로서, 링(Ring) 내마모성의 경우, 현 양산 Alloy3 합금으로 최적화되며, 6.5 ㎛ 수준이었다(cf. Alloy2 합금: 6.7 ㎛). 상대재 라이너(Liner) 공격성(현 양산 Alloy3 합금: 1.6 ㎛)의 경우, Alloy1 합금으로 최적화되며, 0.8 ㎛으로 100% 개선되었다(cf. Alloy2,5,6 합금: 1.1 ㎛).7 is a graph comparing the abrasion resistance (탆) of the DCI piston ring test specimens, and in case of ring abrasion resistance, it was optimized to 6.5 탆 (cf. Alloy 2 alloy: 6.7 탆) with the presently produced Alloy 3 alloy. In the case of counterweight liner aggressiveness (current production Alloy 3 alloy: 1.6 ㎛), it was optimized with Alloy 1 alloy and improved 100% with 0.8 ㎛ (cf. Alloy 2,5,6 alloy: 1.1 ㎛).

도 8은 DCI 피스톤 링 시험편의 마모면 사진이고, 도 9는 DCI 피스톤 링 상대재 라이너의 마모면 사진이다.FIG. 8 is a photograph of a wear surface of a DCI piston ring test specimen, and FIG. 9 is a photograph of a wear surface of a DCI piston ring counterweight liner.

도 10은 DCI 피스톤 링 시험품의 밀도를 비교한 그래프로서, As cast(현 양산 Alloy3 합금: 7.14)의 경우, Alloy5 합금으로 최적화되며, 7.06 수준으로 1.1% 개선되었다. QT530(현 양산 Alloy3 합금: 7.08)의 경우, Alloy6 합금으로 최적화되며, 7.05 수준으로 0.4% 개선되었다(cf. Alloy2,4 합금: 7.05).10 is a graph comparing the density of the DCI piston ring test specimens. In the case of As cast (presently produced Alloy 3 alloy: 7.14), it was optimized with Alloy 5 alloy and improved to 7.06 level by 1.1%. For QT530 (current Alloy3 alloy: 7.08), it was optimized with Alloy6 alloy and improved by 0.4% to 7.05 level (cf. Alloy2,4 alloy: 7.05).

도 11은 DCI 피스톤 링 시험품의 템퍼링 전류량을 비교한 그래프로서, 템퍼링 시 전류량 측정 결과이다. 소비전력으로 변환하여 비교하면, 합금 최적화로 템퍼링 온도가 강하하였고, 소비전력이 감소하였다. 템퍼링 온도 605℃에서 74 kWh(현 양산 Alloy3 합금)이었다. 템퍼링 온도 530℃에서 45 kWh이었다. 템퍼링 온도 450℃에서 41 kWh이었다.FIG. 11 is a graph comparing the amount of tempering current of the DCI piston ring test sample, which is the result of measuring the amperage at the time of tempering. When the power consumption was converted and compared, the tempering temperature was lowered due to the optimization of the alloy, and the power consumption was reduced. And 74 kWh (current Alloy 3 alloy) at a tempering temperature of 605 ° C. The tempering temperature was 45 kWh at 530 캜. The tempering temperature was 41 kWh at 450 캜.

도 12는 DCI 피스톤 링 시험품의 장력(N)을 비교한 그래프이고, 표 6은 평균 장력(N)을 비교한 것이다.12 is a graph comparing the tensile force (N) of the DCI piston ring test sample, and Table 6 is a comparison of the average tensile force (N).

도 13은 DCI 피스톤 링 시험품의 탄성률(GPa)을 비교한 그래프이고, 표 7은 평균 탄성률(GPa)을 비교한 것이다.13 is a graph comparing the modulus of elasticity (GPa) of the DCI piston ring test sample, and Table 7 is a comparison of the average modulus of elasticity (GPa).

Claims

2.5 to 4.0% by weight of Si, 0.01 to 0.25% by weight of Mn and 0.01 to 0.45% by weight of Cu, the balance comprising pig iron,
The pig iron contains 3.40 to 10% by weight of C, 0.00001 to 0.50% by weight of Si, 0.00001 to 0.25% by weight of Mn, 0.00001 to 0.105% by weight of P and 0.00001 to 0.030% by weight of S and the balance contains iron and other unavoidable impurities Ductile cast iron piston ring.

delete