KR860001967B1 - Method sintering of oxidation of piston ring - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 본 발명에 따라 제조한 피스톤링의 사시도.1 is a perspective view of a piston ring made in accordance with the present invention.
제2도는 제1도의 A-A선 확대 단면도이다.2 is an enlarged sectional view taken along the line A-A of FIG.
본 발명은 피스톤링의 산화철 소결방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 가혹한 운전조건하의 고부하 엔진에서 내용착 및 내마모에 탁월한 효과를 발휘할 수 있는 보유성(保油性)이 풍부하며, 또 자체 윤활성이 뛰어난 피스톤링 산화철 소결방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for sintering iron oxide in a piston ring. In particular, the present invention relates to a piston ring iron oxide sintering method which is rich in retention property and excellent in self-lubrication property that can exert an excellent effect on welding and wear resistance in a high load engine under severe operating conditions.
근래 각종 산업의 눈부신 발전에 따라 자동차, 철도, 선박 및 비행기등의 각종 운송수단과 농업용, 건설용 산업기계의 대형화가 급속히 추진되어 왔으며, 이같은 대형화 요구에 따라 대형엔진이 출현하게 되고 또 한편으로는 이의 고부하운전을 필요로 하게 되었다.In recent years, due to the remarkable development of various industries, the expansion of various means of transportation such as automobiles, railways, ships and airplanes, and industrial machinery for agricultural and construction has been rapidly promoted. This necessitated high load operation.
그러나 이같은 고부하 운전으로 말미암아 실런더의 흡입, 압축행정에 있어서 실린더내의 윤활유 조정등 역할을 하는 피스톤링과 실린더 내벽간의 가혹한 마찰로 인하여 실린더 내벽의 부분적 용융현상이 발생하게 됨으로서 피스톤링의 융착현상이 유발하고 또 실린더 내벽의 부분마모가 가속화 됨으로서, 엔진수명을 단축시키며, 또 경우에 따라서는 엔진작동을 불가능하게 함으로서 각종 사고의 원인으로 되어 왔다.However, the high load operation causes partial melting of the cylinder inner wall due to severe friction between the piston ring and the cylinder inner wall, which plays a role in adjusting the lubricating oil in the cylinder during suction and compression stroke of the cylinder. In addition, accelerated partial wear of the cylinder inner wall shortens the engine life and, in some cases, renders the engine impossible, causing various accidents.
이같은 문제점을 해결하기 위한 한 방법으로는, 피스톤링 외주면에 경질 크롬드금을 행함으로서 고부하 운전시 발생하게 되는 실린더내벽 마모현상을 감소시키는 방법이 알려져 있으나, 이같은 경질 크롬도금 피스톤링을 사용하는 경우에도 고부하 운전 조건이 장기간 지속되는 경우에는 융착 마모 또는 이상(異常)마모의 발생을 피할 수 없게 됨으로서 만족할만한 해결책이 될 수 없었다. 이와같은 경질 크롬도금 피스톤링의 단점을 개선하기 위한 한 방법으로 또한 피스톤링 외주면을 따라 1개 또는 그 이상의 홈가공을 행하고, 이 홈에 그 자체가 고체 윤활제 및 내용착()특성을 갖는 사삼산화철 Fe3O4와 흑연을 압입소결하여 피스톤링의 윤활조건을 개선함으로서 고부하 운전 조건에서도 장기간 견딜 수 있는 피스톤링을 제조하려는 시도가 수없이 행하여졌다. 그러나 이같은 산화철 소결방법에 의해 피스톤링을 실제 제작하는 경우에, (1)소결시의 압입 산화철 수축에 따른 결합 불량, (2)사용윤활유에 의한 산화철 용해 유출현상 및 (3)고부하운전시 산화철 소결체의 압입홈 이탈현상등의 발생으로 오히려 실린더 내벽의 보유성 및 윤활성 등이 불량해지고 엔진성능 및 내구성에 악영향을 미치는등 부작용이 수없이 발생함으로서 이 방법 또한 만족할만한 효과를 얻지 못하고 있었다.As a way to solve this problem, a method of reducing the wear of the cylinder wall caused by high load operation is known by applying hard chromium to the outer peripheral surface of the piston ring, but even when using such a hard chrome plated piston ring If the high-load operation condition is prolonged for a long time, the occurrence of fusion wear or abnormal abrasion cannot be avoided, which is not a satisfactory solution. As a way to alleviate the disadvantages of such hard chromium-plated piston rings, one or more grooves may also be provided along the outer circumference of the piston ring, which itself is a solid lubricant and welder. Many attempts have been made to produce piston rings that can withstand long periods of time under high load operating conditions by press-sintering and sintering iron trioxide Fe 3 O 4 and graphite. However, when the piston ring is actually manufactured by the iron oxide sintering method, (1) poor coupling due to shrinkage of the press-fitted iron oxide during sintering, (2) leakage of iron oxide dissolution by lubricating oil, and (3) iron oxide sintered body during high load operation. This method also failed to obtain a satisfactory effect because of the numerous side effects such as poor retention and lubrication of the inner wall of the cylinder and adversely affecting engine performance and durability.
본 발명자등은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 수많은 연구를 거듭한 결과, 산화철 배합방법과 열처리 방법의 최적상태를 선정함으로서 산화철경도, 결합강도 및 충진도가 우수하여 고부하 운전 조건에서도 산화철이 압입홈으로 부터 전혀 이탈되지 않고 또 윤활유에 용해되지 않으며 내용착 및 내마모성이 탁월한 효과를 지속할 수 있는 산화철링을 제조하게 되었다.As a result of numerous studies to solve the above problems, the present inventors have selected the optimal state of the iron oxide blending method and the heat treatment method, so that the iron oxide is indented in the high load operating conditions with excellent iron oxide hardness, bonding strength and filling degree. The iron oxide ring can be manufactured that does not dislodge at all and does not dissolve in lubricating oil and can sustain excellent effect of welding and wear resistance.
보다 구체적으로 설명하면, 본 발명은 제2도에 도시한 바와같이 피스톤링 외주면에 1개 또는 수개의 홈을 형성하고 또 이홈에 입도 100미크론 이하의 사삼산화철(Fe3O4)과 흑연(97 : 3) 100중량부와 20내지 25중량 퍼센트의 규산나트륨의 반죽상 물질을 압입한후 300내지 350℃온도의 소결로에서 60분간 소결을 행함으로서 피스톤링과 실린더 내벽의 초기 접촉상태를 향상시키고 융착마모(scuffing)방지와 윤활성을 개선함으로서 내마모성을 증대시킬 수 있는 피스톤링의 산화철 소결방법을 제공할 수 있게 되었다.More specifically, the present invention, as shown in FIG. 2, forms one or several grooves on the outer circumferential surface of the piston ring, and the iron trioxide (Fe 3 O 4 ) and graphite (97) having a particle size of 100 microns or less. : 3) The initial contact state between the piston ring and the inner wall of the cylinder is improved by injecting 100 parts by weight and 20 to 25% by weight of a sodium silicate dough into a sintering furnace at 300 to 350 ° C. for 60 minutes. It is possible to provide a method of sintering the iron oxide of the piston ring which can increase the wear resistance by improving the prevention of scuffing and lubricity.
통상적으로 실린더 내에서의 피스톤링의 역할로는, (1)기밀작용, (2)열전달작용 및 (3)윤활유 조정작용을 들수 있으며, 본 발명은 이들중 윤활작용을 더욱 원활히하여 내융착성의 향성을 도모함을 목적으로 한 것이다.In general, the role of the piston ring in the cylinder includes (1) hermetic action, (2) heat transfer action, and (3) lubricating oil adjustment action. The purpose is to promote.
즉, 본 발명은 피스톤링의 본재질인 주철의 강도를 그대로 유지하면서, 다른 한편으로 미세한 산화철 분말소결체의 다공성(多孔性)조직에서 연유되는 오일 폭겟트의 탁월한 보유성(保油性)을 생성 유지시키는데 있다. 윤활유는 일단 소결체 공간내에 보유하였다고 실린더 내벽에 윤활유를 상시 공급해줌으로서 윤활조건을 개선하여 윤활유막의 파괴현상을 예방하므로서 금속간 직접마찰을 방지함을 주 목적으로 한 것이다.In other words, the present invention maintains the strength of cast iron, which is the material of the piston ring, while producing and retaining excellent retention of the oil width getter derived from the porous structure of the fine iron oxide powder sintered body. It is. The main purpose of the lubricating oil is to supply lubricating oil to the inner wall of the cylinder once it is kept in the sintered body space, thereby improving the lubrication conditions and preventing the lubrication of the lubricating oil film.
본 발명에서 산화철, 흑연(97+3)혼합물을 사용한 것은 흑연을 고체윤활제로 사용하기 위한 것이며, 그러나 이 함량이 3중량%를 초과하는 경우에는 피스톤링과 소결산화철의 결합강도 및 경도가 저하되어 피스톤링으로서 사용이 불가능하다.In the present invention, the use of the iron oxide and graphite (97 + 3) mixture is intended to use graphite as a solid lubricant, but when the content exceeds 3% by weight, the bond strength and hardness of the piston ring and the sintered iron oxide are reduced. It cannot be used as a piston ring.
이때 사삼산화철과 흑연은 입도 100미크론 이하의 물질을 사용하는데, 그 이유는 이들 입도가 100미크론 이상인 경우에는 충진물중 산화철의 밀도가 감소하게 되어 요구되는 경도를 얻을 수 없기 때문이다.At this time, iron trioxide and graphite use materials having a particle size of 100 microns or less, because when these particles have a particle size of 100 microns or more, the density of iron oxide in the packing decreases, and thus the required hardness cannot be obtained.
또한, 결합제로서는 규산나트륨을 사용하며, 결합제 참가량은 산화철·흑연(97+3)혼합물 100중량부에 대하여 20내지 25중량부가 바람직하다. 결합제의 양이 20중량부 이하인 경우에는 산화철 입자간의 결합력 부족으로 결합강도 및 경도가 저하하며, 또 결합제의 양이 25중량부 이상인 경우에는 산화철 입자간의 결합강도와 경도는 증가되나, 산화철의 충진도가 저하된다.As the binder, sodium silicate is used, and the binder content is preferably 20 to 25 parts by weight based on 100 parts by weight of the iron oxide / graphite (97 + 3) mixture. If the amount of the binder is 20 parts by weight or less, the bond strength and hardness decreases due to the lack of the binding force between the iron oxide particles. If the amount of the binder is 25 parts by weight or more, the bond strength and hardness between the iron oxide particles are increased, but the filling degree of iron oxide is increased. Is lowered.
또한 열처리로의 온도는 200내지 400℃로 사용할 수 있으나, 300내지 350℃가 바람직하다. 이 열처리온도를 200℃이하로 하는 경우에 규산나트륨의 점결력 부족으로 결합강도 및 경도가 저하되며, 또 400℃이상으로 할 경우에는 결합피막자체에 균열이 생겨서 결합강도 및 경도가 또한 저하하게 된다. 또 700℃이상의 경우에는 링소재(주철)의 경도가 저하되어 부적합하다. 열처리 시간은 1시간 이상인 경우 연제나 우수한 제품을 수득할 수 있으나, 에너지 절감효과를 감안해서 60분으로 하였다.In addition, the temperature of the heat treatment furnace can be used at 200 to 400 ℃, 300 to 350 ℃ is preferred. If the heat treatment temperature is 200 ° C. or lower, the bond strength and hardness are lowered due to the lack of coking force of sodium silicate. If the heat treatment temperature is 400 ° C. or higher, the bond film itself is cracked, and the bond strength and hardness are also decreased. . Moreover, when 700 degreeC or more, the hardness of a ring material (cast iron) falls and is unsuitable. When the heat treatment time is 1 hour or more, a softener or an excellent product can be obtained. However, the heat treatment time is 60 minutes in consideration of energy saving effects.
본 발명제품은 제1도 및 제2도의 도시로 부터 쉽게 알 수 있다.The invention is readily apparent from the illustration of Figures 1 and 2.
제1도는 본 발명에 따라 제조된 피스톤링의 전체 사시도로서 링몸체(1), 산화철 소결체(2) 및 링자유간격(3)으로 구성된다.1 is an overall perspective view of a piston ring manufactured according to the present invention, which is composed of a ring body 1, an iron oxide sintered
제2도는 제1도의 A-A선 확대단면도이다.2 is an enlarged cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
본 발명은 다음 실시예로 부터 더욱 상세히 설명될 수 있다.The invention can be explained in more detail from the following examples.
[실시예 1]Example 1
산화철 및 결합제의 배합비 시험Combination Ratio Test of Iron Oxide and Binder
제2도에 도시한 바와같이 피스톤링 외주면을 따라 0.5㎜(폭)×2㎜(깊이)의 홈가공을 행하고, 산화철·흑연(97+3)혼합물과 결합제(B : 규산소다)의 배합비율을 표1에서와 같이 변화시켜 제조한 반죽상 물질로 이 홈을 충진한후 약 315℃온도의 소결로에서 1시간 동안 소결하고 다음 방법에 따라 결합강도, 경도 및 충진도 시험을 행하였으며, 시험결과를 표1에 수록하였다. 종래의 배합물질(산화철 97+흑연3+규산나트륨 3)을 대조실험으로 사용하였다.As shown in FIG. 2, 0.5 mm (width) x 2 mm (depth) groove processing is performed along the outer peripheral surface of the piston ring, and the mixing ratio of the iron oxide and graphite (97 + 3) mixture and the binder (B: sodium silicate) is shown. After filling the groove with the dough-like material prepared by changing as shown in Table 1 and sintered for 1 hour in the sintering furnace of about 315 ℃ temperature, the bond strength, hardness and filling test was conducted according to the following method, The results are listed in Table 1. Conventional blends (iron oxide 97 +
가)결합강도(結合强度)시험A) Bond strength test
완성된 피스톤링을 만능 재료시험기에 걸어서 약 45㎏/㎟힘으로 자유간격(3)을 벌려 파단시킨 다음 충진물이 바닥까지 박리된 홈의 길이를 버니어 캘리퍼스로 측정하였다. 박리된 홈의 길이가 10㎜미만의 것을 합격품으로 하였다.The finished piston ring was hung on the universal testing machine to break the free space (3) with a force of about 45 kg /
나)경도(硬度)시험B) hardness test
비커스 경도계에 100g의 하중을 걸어 충진물이 압입된 피스톤링 홈표면(2)에 다이아몬드 입자를 이동시켜 생긴 긁힌 자극의 폭을 금속현미경 및 사진촬영장치를 사용하여 측정하였다.The width of the scratched magnetic pole generated by moving the diamond particles to the piston
긁힌 자극의 폭이 0.2mm미만의 것을 합격품으로 하였다.The width | variety of the scratched magnetic pole was less than 0.2 mm as a pass product.
다)충진도(充鎭度)시험C) Filling test
완성된 피스톤링을 육안 검사하였다. 링 홈바닥까지 미충진된 부분의 길이가 1㎜이하인 미충진부가 1개 미만인 것을 합격품으로 하였다.The completed piston ring was visually inspected. Less than one unfilled part whose length of the part not filled up to the ring groove bottom was 1 mm or less was made into the pass product.
[표 1]TABLE 1
표1에서 A : B는 산화철, 흑연(97+3)혼합물과 결합제(규산소다)의 중량비율이고, D/C는 합격시험편수/사용시험편수이다.In Table 1, A: B is the weight ratio of the iron oxide, graphite (97 + 3) mixture and the binder (sodium silicate), and D / C is the number of pass test pieces / use test pieces.
상기 시험으로 부터 결합제의 사용비율은 20내지 25중량%가 최적상태임을 쉽게 알 수 있다. 또한 대조실험에서 보다 경도 및 충진도가 매우 우수함을 알수 있었다.From the test it can be easily seen that the use ratio of the binder 20 to 25% by weight is optimal. In addition, it was found that the hardness and filling degree were very excellent in the control experiment.
[실시예2]Example 2
열처리 온도시험Heat treatment temperature test
산화철·흑연(97+3)혼합물과 결합제의 비율은 100 : 20으로 하고, 소결온도를 표 2에서와 같이 변화시켜 제조한 이외에는 실시예1과 같은 방법으로 피스톤링을 제조하고 또 결합강도, 경도 및 충진도 시험을 행하였으며, 시험결과는 표 2에 수록하였다.The ratio of the iron oxide / graphite (97 + 3) mixture and the binder was 100: 20, and the piston ring was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the sintering temperature was changed as shown in Table 2. And the filling test was performed, the test results are listed in Table 2.
[표 2]TABLE 2
표 2로부터 열처리온도는 300내지 350℃가 적합함을 쉽게 알 수 있다.From Table 2 it can be easily seen that the heat treatment temperature is suitable for 300 to 350 ℃.
주 : 열처리온도가 700℃이상의 경우 링소제(주철)의 경도가 저하되어 부적합하다.Note: If the heat treatment temperature is 700 ℃ or higher, the hardness of the ring material (cast iron) decreases and is not suitable.
[실시예 3]Example 3
열처리 시간시험Heat treatment time test
산화철·흑연(97+3)혼합물과 결합제의 비율을 100 : 20으로 하며, 또 소결온도를 300℃로 고정하고 표 3에서와 같이 소결시간을 변화시키면서 제조한 이외에는 실시예 1과 같은 방법으로 피스톤링을 제조하고 결합강도 및 경도시험을 행하였다. 시험결과는 다음 표 3에서 수록하였다.The ratio of the iron oxide / graphite (97 + 3) mixture and the binder was 100: 20, and the piston was prepared in the same manner as in Example 1 except that the sintering temperature was fixed at 300 ° C. and the sintering time was changed as shown in Table 3. Rings were prepared and tested for bond strength and hardness. Test results are listed in Table 3 below.
[표 3]TABLE 3
링외주면의 마모량을 측정한 결과 본 발명 피스턴링을 종래의 피스턴링에 비해 마모량이 1/2에 불과하였다.As a result of measuring the wear amount on the outer circumferential surface of the ring, the wear amount of the present invention was only 1/2 as compared to the conventional piston ring.
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