TWM539576U - 石墨鑄鐵氮化活塞環 - Google Patents
石墨鑄鐵氮化活塞環 Download PDFInfo
- Publication number
- TWM539576U TWM539576U TW105213156U TW105213156U TWM539576U TW M539576 U TWM539576 U TW M539576U TW 105213156 U TW105213156 U TW 105213156U TW 105213156 U TW105213156 U TW 105213156U TW M539576 U TWM539576 U TW M539576U
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- piston ring
- hardness
- cast iron
- graphite cast
- nitride layer
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
- C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
- C23C8/24—Nitriding
- C23C8/26—Nitriding of ferrous surfaces
Description
本創作係有關一種活塞環，尤指一種以石墨鑄鐵為基材，且表面經氮化處理的活塞環結構。
引擎內裝設在活塞上的活塞環，當活塞在汽缸內往復運動時用以維持密封，就如同心臟裡的瓣膜扮演的角色般的重要。活塞環需要良好的耐磨性、具耐熱性而抗高溫以及適當的硬度值，否則將會造成刮傷缸壁、降低馬力、耗油和增加噪音等不良現象，直接影響引擎的運轉效率和汽缸壽命。
習知引擎用活塞環，是選用合金鋼材料，並進行電鍍鉻(六價鉻)的表面處理或經過氮化處理而製成，兩者主要是在提升合金鋼表層的硬度，增加活塞環在引擎內的運轉壽命。然而，合金鋼材料本身的抗熱性差，且經過氮化或鍍鉻處理後的活塞環，其表面硬度過高，導致活塞環在汽缸內有運作不順暢的情形，導致汽缸的壽命和運轉效率降低，特別是陶瓷汽缸；又以電鍍鉻的表面處理而言，會在電鍍過程產生含有大量重金屬的廢水，除了廢水處理會造成生產成本提高，近年來因環保意識的高漲，歐美等先進國家開始禁止電鍍鉻產品之銷售，因此，活塞環未來之趨勢，勢必將無電鍍處理的製程。
中華民國專利公告第I403594號發明專利，為一種「多元合金活塞環」，揭露以離子氮化製程，在合金材料的基材的表面形成氮化層，而可具備所謂高硬度、高磨耗性及高耐蝕性的優點。然而，基材所使用的為特殊合金材料而價格昂貴，且在氮化過程使用的離子反應設備亦造價不斐，可預見必須耗費相當龐大的製作成本才能完成。
所謂石墨鑄鐵，是一種鑄鐵材料，包含球狀石墨鑄鐵(以下稱球墨鑄鐵)和片狀石墨鑄鐵，其中的球墨鑄鐵是通過球化和孕育處理得到球狀石墨，故而稱之。若活塞環以前述石墨鑄鐵作為基材，因其有著硬度和耐磨耗不足之問題，磨耗性低而容易導致活塞環的性能衰退，若經氮化也會有變形量過大的問題，所以目前在市面上並沒有活塞環是以石墨鑄鐵作為基材。
因此，如何解決上述習用活塞環之問題者，即為本創作之主要重點所在。
本創作目的之一，在於解決上述的問題而提供一種石墨鑄鐵氮化活塞環，在於不以電鍍鉻進行表面處理，故無廢水產生，可節省廢水處理的成本且較為環保。
本創作目的之二，在於活塞環以球墨鑄鐵為基材本身即具有良好的刮油效果，再經過氮化處理而在基材表面滲氮而形成氮化層，以提升硬度和耐磨性而具有足夠的抗疲勞強度，適合作為活塞環使用，以達到製作成本相對低廉且兼具環保之功效。
為達前述之目的，本創作之石墨鑄鐵氮化活塞環，包括一本體，該本體有一基材和一氮化層，該基材以石墨鑄鐵為材料，該氮化層是以氣體氮化處理在該基材接觸汽缸壁的表面滲氮所形成。
其中，該氮化層的厚度不小於7微米，該本體在形成該氮化層的表面有一最高硬度，該最高硬度的範圍介於600HV至924HV的維氏硬度。
其中，該本體的硬度由該氮化層形成的表面以前述最高硬度往內逐漸遞減。
其中，所述石墨鑄鐵為球墨鑄鐵。
本創作之上述及其他目的與優點，不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入了解。
當然，本創作在某些另件上，或另件之安排上容許有所不同，但所選用之實施例，則於本說明書中，予以詳細說明，並於附圖中展示其構造。
請參閱第1圖至第5圖，圖中所示者為本創作所選用之實施例結構，此僅供說明之用，在專利申請上並不受此種結構之限制。
本實施例提供一種石墨鑄鐵氮化活塞環，較佳實施例是用於陶瓷汽缸之活塞環，係如第1圖所示有一本體1，此本體1如第2圖所示有一基材11和一氮化層12，基材11以石墨鑄鐵為材料，於本實施例中以球墨鑄鐵為較佳實施例，氮化層12是以氣體氮化處理在基材11接觸汽缸壁(圖中未示)的表面滲氮所形成。
上述氮化層12，其厚度不小於7微米。上述本體1，其在形成氮化層12的表面有一最高硬度，此最高硬度介於600HV至924HV的維氏硬度，且本體1於本實施例中的硬度，是由氮化層12形成的表面以前述最高硬度往內逐漸遞減。
如第3圖所示，為本實施例之本體1經氮化處理後所得之顯微金相圖，經觀察其氮化後之硬度結果。如表1所示，從本體1具氮化層12的表層0.01mm處往內部進行硬度測量，可以得知經氮化後，氮化層12表面的最高硬度為600HV的維氏硬度，在0.01mm處為404HV之維氏硬度，在0.03mm處為362HV之維氏硬度，在0.05mm處為357HV之維氏硬度，在0.1mm處為349HV之維氏硬度，在0.15mm處為311HV之維氏硬度，在0.2mm處為305HV之維氏硬度，構成前述在氮化層12形成的表面以前述600HV的維氏硬度往內逐漸遞減的結構。
<TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0001"><TBODY><tr><td> 測量位置 </td><td> 0.01mm </td><td> 0.03mm </td><td> 0.05mm </td><td> 0.1mm </td><td> 0.15mm </td><td> 0.2mm </td></tr><tr><td> 硬度值HV </td><td> 404 </td><td> 362 </td><td> 357 </td><td> 349 </td><td> 311 </td><td> 305 </td></tr></TBODY></TABLE>表1：表面硬度為600HV時之球墨鑄鐵氮化活塞環之硬度結果
如第4圖所示，為另一實施例之本體1經氮化處理後所得之顯微金相圖，經觀察其氮化後之硬度結果。如表2所示，從本體1具氮化層12的表層0.01mm處往內部進行硬度測量，可以得知經氮化後，氮化層12表面的最高硬度為924HV的維氏硬度，在0.02mm處為671HV之維氏硬度，在0.04mm處為595HV之維氏硬度，在0.06mm處為572HV之維氏硬度，在0.1mm處為514HV之維氏硬度，在0.12mm處為471HV之維氏硬度，在0.15mm處為477HV之維氏硬度，構成前述在氮化層12形成的表面以前述924HV的維氏硬度往內逐漸遞減的結構。
<TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0002"><TBODY><tr><td> 測量位置 </td><td> 0.02mm </td><td> 0.04mm </td><td> 0.06mm </td><td> 0.1mm </td><td> 0.12mm </td><td> 0.15mm </td></tr><tr><td> 硬度值HV </td><td> 671 </td><td> 595 </td><td> 572 </td><td> 514 </td><td> 471 </td><td> 477 </td></tr></TBODY></TABLE>表2：表面硬度為924HV時之球墨鑄鐵氮化活塞環之硬度結果
進一步以150CC實車測試，對習知合金鋼鍍鉻之活塞環與球墨鑄鐵氮化活塞環進行比較。如第5圖所示，測試的範圍為引擎轉速3200rpm至8000rpm，可見隨著引擎轉速從3200rpm提升至8000rpm時，馬力值可以從10.5HP提高至13.6HP左右；扭力值從10.5Nm提升至12.8Nm左右。圖中可以得到，無論是馬力測試或扭力測試，球墨鑄鐵氮化活塞環和習知合金鋼鍍鉻活塞環的趨勢相同且結果接近，都在允許的誤差範圍內，性能的測試結果不相上下，故知本創作之石墨鑄鐵氮化活塞環用以取代合金鋼活塞環是可行的。
上述實施例之球墨鑄鐵氮化活塞環，於實際應用時，若本體1表面的最高硬度有過高而需要降低，由於本體1的硬度是從氮化層12表面的硬度往內逐漸遞減的結構，可藉由表面研磨處理，將硬度較高的部分磨除，而讓適當硬度的位置露出為本體1的表面。例如，前述氮化層12表面最高硬度為924HV之本體1，若要讓其表面的硬度降低至600HV，此時可對其表面往內研磨約略0.04mm的深度，研磨後所露出的表面的硬度大概就在600HV左右，藉此達到降低表面硬度的效果。
由上述之說明不難發現本創作之優點，在於：
1、本創作之石墨鑄鐵氮化活塞環，藉由石墨鑄鐵之基材的表面以氮化處理而滲氮形成氮化層，可有效改善石墨鑄鐵為活塞環材料的表面硬度和耐磨度不足的問題，且經過氮化處理的活塞環可取代習知合金鋼電鍍鉻的方式，而可避免電鍍產生的廢水造成環境的汙染，且能節省廢水處理的費用。
2、活塞環以球墨鑄鐵為基材本身即具有良好的刮油效果，再經過氮化處理而在基材表面滲氮而形成氮化層，藉由本體1表面之氮化層12所形成的厚度不小於7µm，並且活塞環表面硬度值可提升至HV600至924HV的維氏硬度，藉以提升硬度和耐磨性而具有足夠的抗疲勞強度，對目前市售引擎的汽缸而言，相當適合作為活塞環使用，特別是目前相當流行的陶瓷汽缸，在使用時可降低活塞環更換次數與維持陶瓷汽缸之使用壽命，而可達到製作成本相對低廉且兼具環保之功效。
以上所述實施例之揭示係用以說明本創作，並非用以限制本創作，故舉凡數值之變更或等效元件之置換仍應隸屬本創作之範疇。
由以上詳細說明，可使熟知本項技藝者明瞭本創作的確可達成前述目的，實已符合專利法之規定，爰提出專利申請。
1‧‧‧本體
11‧‧‧基材
12‧‧‧氮化層
11‧‧‧基材
12‧‧‧氮化層
第1圖係本創作之實施例之活塞環本體的立體外觀圖。 第2圖係本創作之實施例之活塞環本體在材料為球墨鑄鐵之基材表面有氮化層之局部剖視構造圖。 第3圖係本創作之實施例之活塞環本體經氮化處理後所得之顯微金相圖。 第4圖係本創作之另一實施例之活塞環本體經氮化處理後所得之顯微金相圖。 第5圖係本創作之實施例之活塞環本體和習知活塞環經引擎性能測試所得之曲線比較圖。
1‧‧‧本體
11‧‧‧基材
12‧‧‧氮化層
Claims (4)
- 一種石墨鑄鐵氮化活塞環，包括一本體，該本體有一基材和一氮化層，該基材以石墨鑄鐵為材料，該氮化層是以氣體氮化處理在該基材接觸汽缸壁的表面滲氮所形成。
- 依請求項1所述之石墨鑄鐵氮化活塞環，其中，該氮化層的厚度不小於7微米，該本體在形成該氮化層的表面有一最高硬度，該最高硬度的範圍介於600HV至924HV的維氏硬度。
- 依請求項2所述之石墨鑄鐵氮化活塞環，其中，該本體的硬度由該氮化層形成的表面以前述最高硬度往內逐漸遞減。
- 依請求項1至3中任一項所述之石墨鑄鐵氮化活塞環，其中，所述石墨鑄鐵為球墨鑄鐵。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW105213156U TWM539576U (zh) | 2016-08-29 | 2016-08-29 | 石墨鑄鐵氮化活塞環 |
| US15/688,175 US10302197B2 (en) | 2016-08-29 | 2017-08-28 | Graphite cast iron nitrided piston ring |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW105213156U TWM539576U (zh) | 2016-08-29 | 2016-08-29 | 石墨鑄鐵氮化活塞環 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TWM539576U true TWM539576U (zh) | 2017-04-11 |
Family
ID=59254817
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW105213156U TWM539576U (zh) | 2016-08-29 | 2016-08-29 | 石墨鑄鐵氮化活塞環 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10302197B2 (zh) |
| TW (1) | TWM539576U (zh) |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5154433A (en) * | 1991-06-14 | 1992-10-13 | Teikoku Piston Ring Co., Ltd. | Piston ring |
| JP3885375B2 (ja) * | 1997-09-30 | 2007-02-21 | 帝国ピストンリング株式会社 | ピストンリング |
| JP2000120870A (ja) * | 1998-10-15 | 2000-04-28 | Teikoku Piston Ring Co Ltd | ピストンリング |
| JP2004092714A (ja) * | 2002-08-30 | 2004-03-25 | Nippon Piston Ring Co Ltd | ピストンとピストンリングの組合せ |
| EP1781891B1 (en) * | 2004-07-09 | 2008-09-10 | Baker Hughes Incorporated | Method for manufacturing a drilling tool with an elastomer seal having graded properties |
| US9464717B2 (en) * | 2010-01-29 | 2016-10-11 | Nippon Piston Ring Co., Ltd. | Piston ring |
-
2016
- 2016-08-29 TW TW105213156U patent/TWM539576U/zh unknown
-
2017
- 2017-08-28 US US15/688,175 patent/US10302197B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US10302197B2 (en) | 2019-05-28 |
| US20180058582A1 (en) | 2018-03-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6062357B2 (ja) | ピストンリング | |
| US8123227B2 (en) | Sliding member | |
| US5148780A (en) | Cylinder liner and method for manufacturing the same | |
| US7726273B2 (en) | High strength steel cylinder liner for diesel engine | |
| CN105051261B (zh) | 复合硬铬镀覆覆膜和包覆有该覆膜的滑动构件 | |
| JPH10339370A (ja) | 鋳鉄製ピストンリング | |
| CN1936309A (zh) | 柴油机薄壁缸套及其制造方法 | |
| WO2016143464A1 (ja) | ピストンリング | |
| JP2014062490A (ja) | シリンダボア内面の加工方法および加工装置 | |
| JP2000145542A (ja) | 直噴式ディ―ゼルエンジン用ピストンリングおよび組合せ | |
| JP2007170467A (ja) | ピストンリング | |
| WO2020095807A1 (ja) | ピストンリング | |
| TWM539576U (zh) | 石墨鑄鐵氮化活塞環 | |
| JP2007270880A (ja) | ピストンリング | |
| CN103498711A (zh) | 盘锥面堆焊合金并在合金层上保留氮化层的气门 | |
| JP2013148026A (ja) | シリンダライナ | |
| JPS6044267A (ja) | 溶射層の密着性向上方法 | |
| JP4840109B2 (ja) | 摺動部材及びその製造方法 | |
| CN103194719B (zh) | 高性能陶瓷活塞环制造技术 | |
| JPS58117896A (ja) | 摺動部材 | |
| CN207974892U (zh) | 石墨铸铁氮化活塞环 | |
| JP6029790B2 (ja) | 組合せオイルコントロールリング | |
| JP6166087B2 (ja) | バルブリフタ及びその製造方法、並びに該バルブリフタと相手材との組合せ | |
| JP6584243B2 (ja) | ピストンリング及びその製造方法 | |
| Zorn et al. | Plasma coating to replace cast iron cylinder liners in production |