JPH0421742A - 内燃機関用ピストンのセカンドリング材 - Google Patents
内燃機関用ピストンのセカンドリング材Info
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- JPH0421742A JPH0421742A JP12718590A JP12718590A JPH0421742A JP H0421742 A JPH0421742 A JP H0421742A JP 12718590 A JP12718590 A JP 12718590A JP 12718590 A JP12718590 A JP 12718590A JP H0421742 A JPH0421742 A JP H0421742A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/16—Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
- F02B75/18—Multi-cylinder engines
- F02B75/22—Multi-cylinder engines with cylinders in V, fan, or star arrangement
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F2200/00—Manufacturing
- F02F2200/06—Casting
Landscapes
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、内燃機関に使用されるピストンリングのうち
特に自動車エンジンに装着されるセカンドリングとして
使用される材料に関するものである。
特に自動車エンジンに装着されるセカンドリングとして
使用される材料に関するものである。
内燃機関、特に自動車エンジンに使用されるピストンリ
ングは従来の鋳鉄製から#iI製乎線をリング状に加工
して用いられる、いわゆるスチールピストンリングへと
移行が進んでいる。これはエンジンの高速化、高出力化
要求に対応するためのリングの軽員化や機械的強度向上
の必要性が背景にあり、さらにリング製造工程の大幅短
縮の効果も、その大きな要因となっている。
ングは従来の鋳鉄製から#iI製乎線をリング状に加工
して用いられる、いわゆるスチールピストンリングへと
移行が進んでいる。これはエンジンの高速化、高出力化
要求に対応するためのリングの軽員化や機械的強度向上
の必要性が背景にあり、さらにリング製造工程の大幅短
縮の効果も、その大きな要因となっている。
スチールピストンリングの適用は、高負荷環境にあるト
ップリングや、オイルリングにおいて先行しており、そ
の材質としては5i−Cr#、17Crマルテンサイト
鋼、あるいは特公昭58−46542号、特公昭61−
19703号にみられるようなマルテンサイト系ステン
レス鋼が窒化処理等の表面処理が施されて使用されてい
る。さらに特開昭63−216949号、特開昭63−
223147号、特開平1−279733号にもピスト
ンリング材が提案されている。
ップリングや、オイルリングにおいて先行しており、そ
の材質としては5i−Cr#、17Crマルテンサイト
鋼、あるいは特公昭58−46542号、特公昭61−
19703号にみられるようなマルテンサイト系ステン
レス鋼が窒化処理等の表面処理が施されて使用されてい
る。さらに特開昭63−216949号、特開昭63−
223147号、特開平1−279733号にもピスト
ンリング材が提案されている。
しかし、比較的負荷の少ないセカンドリングにについて
は、依然としてFe25のような鋳鉄が適用されている
。
は、依然としてFe25のような鋳鉄が適用されている
。
上述したように、トップリングとオイルリングにおいて
は、スチール化が進んでいるが、さらにエンジンの高性
能化を図るために、セカンドリングのスチール化の要求
も高まってきている。セカンドリングは摺動部材として
耐摩耗性、耐焼付性が要求されるが、その作動環境はト
ップリングはど過酷でないので、トップリングはどの高
性能の特性は必要とされない。
は、スチール化が進んでいるが、さらにエンジンの高性
能化を図るために、セカンドリングのスチール化の要求
も高まってきている。セカンドリングは摺動部材として
耐摩耗性、耐焼付性が要求されるが、その作動環境はト
ップリングはど過酷でないので、トップリングはどの高
性能の特性は必要とされない。
したがって、できるだけ低合金系の綱を用いて低コスト
化を図ることが望ましい。しかし、窒化処理等の表面処
理を施さなくとも使用できることが望ましいので、ある
程度の鋼目体の耐摩耗性と耐焼付性が要求される。
化を図ることが望ましい。しかし、窒化処理等の表面処
理を施さなくとも使用できることが望ましいので、ある
程度の鋼目体の耐摩耗性と耐焼付性が要求される。
本発明は、これらの要求を満足し低コストでかつ十分な
耐摩耗性と耐焼付性を有するセカンドリング材を提供す
ることを目的とするものである。
耐摩耗性と耐焼付性を有するセカンドリング材を提供す
ることを目的とするものである。
本発明者らは、上記要求を満たす材料を開発するために
種々検討を重ねた結果、低合金鋼においても炭化物(M
、C型)を富化させ、かつ高硬度のマトリックスとする
ことにより、良好な耐摩耗性、耐焼付性が得られること
を見出した。また、そのための基本組成として0.8−
1.4C−0,5〜3,0Crが適正であることを見出
した。
種々検討を重ねた結果、低合金鋼においても炭化物(M
、C型)を富化させ、かつ高硬度のマトリックスとする
ことにより、良好な耐摩耗性、耐焼付性が得られること
を見出した。また、そのための基本組成として0.8−
1.4C−0,5〜3,0Crが適正であることを見出
した。
さらに、耐焼付性を重視する場合には、S。
Seを適正量添加することにより、これらの元素の化合
物からなる粒子を分散させ、その潤滑効果により耐焼付
性を向上させることができる。また、耐摩耗性を重視す
る場合には、M0.Vを添加することにより、耐摩耗性
の向上を図ることができるが、低コスト化のためには、
高価な元素であるM0.Vはできるだけ少量添加に止め
るのが望ましい。
物からなる粒子を分散させ、その潤滑効果により耐焼付
性を向上させることができる。また、耐摩耗性を重視す
る場合には、M0.Vを添加することにより、耐摩耗性
の向上を図ることができるが、低コスト化のためには、
高価な元素であるM0.Vはできるだけ少量添加に止め
るのが望ましい。
特開昭63−216949号、特開昭63−22314
7号には、低合金系で5i−Cr鋼に代替し得る材料が
示されているが、これらはいずれも窒化処理を前提とし
て、窒化層形成のためにAI添加を必須としている。し
かしながら、本発明鋼は、窒化処理を行なわないのでA
Iは必要とせず、むしろアルミナ系介在物による疲労強
度低下を避けるため、A、1は低目に抑えることが望ま
しい。
7号には、低合金系で5i−Cr鋼に代替し得る材料が
示されているが、これらはいずれも窒化処理を前提とし
て、窒化層形成のためにAI添加を必須としている。し
かしながら、本発明鋼は、窒化処理を行なわないのでA
Iは必要とせず、むしろアルミナ系介在物による疲労強
度低下を避けるため、A、1は低目に抑えることが望ま
しい。
すなわち本発明の第1発明は、重量%でC0.8〜1.
4%、Si1.0%以下、Mn1.5%以下、Cr 0
.5〜3,0%を含み、残部Feおよび不可避不純物か
らなることを特徴とする内燃機関用ピストンのセカンド
リング材であり、第2発明は重量%でC0.8〜1.4
%、Si1.0%以下、Mn1.5%以下、Cr 0.
5〜3,0%およびS 0.1%以下、Se 0.1%
以下の1種または2種を合計で0.15%以下含み、残
部Feおよび不可避不純物からなることを特徴とする内
燃機関用ピストンのセカンドリング材である。そし、て
、第3発明は重量%でC0.8〜1.4%、Si1.0
%以下、Mn1.5%以下、Cr 0.5〜3.0%お
よびS 0.1%以下、Se 0.1%以下の1種また
は2種を合計で0.15%以下含み、さらにMo1.0
%以下、Wl、0%以下、■0.5%以下、Nb 0.
5%以下、Ni 2.0%以下の1種または2種以上を
含み、残部Feおよび不可避不純物からなることを特徴
とする内燃機関用ピストンのセカンドリング材である。
4%、Si1.0%以下、Mn1.5%以下、Cr 0
.5〜3,0%を含み、残部Feおよび不可避不純物か
らなることを特徴とする内燃機関用ピストンのセカンド
リング材であり、第2発明は重量%でC0.8〜1.4
%、Si1.0%以下、Mn1.5%以下、Cr 0.
5〜3,0%およびS 0.1%以下、Se 0.1%
以下の1種または2種を合計で0.15%以下含み、残
部Feおよび不可避不純物からなることを特徴とする内
燃機関用ピストンのセカンドリング材である。そし、て
、第3発明は重量%でC0.8〜1.4%、Si1.0
%以下、Mn1.5%以下、Cr 0.5〜3.0%お
よびS 0.1%以下、Se 0.1%以下の1種また
は2種を合計で0.15%以下含み、さらにMo1.0
%以下、Wl、0%以下、■0.5%以下、Nb 0.
5%以下、Ni 2.0%以下の1種または2種以上を
含み、残部Feおよび不可避不純物からなることを特徴
とする内燃機関用ピストンのセカンドリング材である。
以下に本発明における成分限定理由について述べる。
Cは強度と靭性を付与する重要な必須元素であり、炭化
物を形成し、耐摩耗性を発揮する主因となる元素である
。本発明では、十分な耐摩耗性と耐焼付性を確保するた
め焼入、焼もどし後の未固溶炭化物を体積率で2.0%
以上含有させる必要が有ることが判明した。このために
はCは少なくとも0.8%以上が必要であり、また1、
4%を越えると、平線の製造性やリングへの加工性を困
難にするためめ1.4%を上限とした。
物を形成し、耐摩耗性を発揮する主因となる元素である
。本発明では、十分な耐摩耗性と耐焼付性を確保するた
め焼入、焼もどし後の未固溶炭化物を体積率で2.0%
以上含有させる必要が有ることが判明した。このために
はCは少なくとも0.8%以上が必要であり、また1、
4%を越えると、平線の製造性やリングへの加工性を困
難にするためめ1.4%を上限とした。
Siは通常脱酸材として添加されるが、1.0%を越え
ると冷間加工性を害するだけでなく、熱伝導率を低下さ
せることにより、摺動による接触面の昇温を助長し、耐
焼付性を害するため1.0%を上限とした。
ると冷間加工性を害するだけでなく、熱伝導率を低下さ
せることにより、摺動による接触面の昇温を助長し、耐
焼付性を害するため1.0%を上限とした。
MnはSiと同様に脱酸剤として添加されるが、1.5
%以上では熱間における加工性を害する。特に本発明の
ような平線では高い加工率を必要とするため1.5%を
上限とした。
%以上では熱間における加工性を害する。特に本発明の
ような平線では高い加工率を必要とするため1.5%を
上限とした。
本発明でのCrは、M、C型炭化物となって材料を強化
するとともに、一部基地に固溶して軟化抵抗を高め、エ
ンジン稼働中の昇温による熱ヘタリに対して効果がある
。また、焼入性を確保し十分な熱処理硬さを得るために
も必要である。このためには、少なくとも0.5%以上
必要である。しかし、Si同様に過度の添加は熱伝導率
を低下せしめ、耐焼付性を害するため3.0%を上限と
した。
するとともに、一部基地に固溶して軟化抵抗を高め、エ
ンジン稼働中の昇温による熱ヘタリに対して効果がある
。また、焼入性を確保し十分な熱処理硬さを得るために
も必要である。このためには、少なくとも0.5%以上
必要である。しかし、Si同様に過度の添加は熱伝導率
を低下せしめ、耐焼付性を害するため3.0%を上限と
した。
本発明ではSの添加は、特に必要としないが、特に潤滑
効果を望む場合には、0.1%を上限とじて添加すると
よい。なぜなら、MnS非金属介在物は、それ自身潤滑
効果を持つとともに、エンジンオイルを保持する作用も
期待できるので潤滑効果を高め耐焼付性向上に有効であ
るからである。したがって、本発明においては意図的に
Sを添加しても良い。しかしながら、過度に添加すると
機械的性質を劣化させるので上限を0.1%とした。
効果を望む場合には、0.1%を上限とじて添加すると
よい。なぜなら、MnS非金属介在物は、それ自身潤滑
効果を持つとともに、エンジンオイルを保持する作用も
期待できるので潤滑効果を高め耐焼付性向上に有効であ
るからである。したがって、本発明においては意図的に
Sを添加しても良い。しかしながら、過度に添加すると
機械的性質を劣化させるので上限を0.1%とした。
SeもSと同様に、通常は不純物元素として含有され、
非金属介在物を形成する。Seは特にSと同時に添加さ
れるされることにより、SとSeの複合介在物を形成す
る。S単独の介在物は塑性加工時に変形して細長く連な
った形状となりやすいが、SとSeの複合介在物はあま
り伸びず、紡錘形の介在物を形成しやすい。介在物の潤
滑効果を利用するためには、介在物を紡錘状に分散させ
ることが望ましく、Seの添加が有効である。しかし、
過度に添加すると機械的性質を劣化させるので上限を0
.1%とした。
非金属介在物を形成する。Seは特にSと同時に添加さ
れるされることにより、SとSeの複合介在物を形成す
る。S単独の介在物は塑性加工時に変形して細長く連な
った形状となりやすいが、SとSeの複合介在物はあま
り伸びず、紡錘形の介在物を形成しやすい。介在物の潤
滑効果を利用するためには、介在物を紡錘状に分散させ
ることが望ましく、Seの添加が有効である。しかし、
過度に添加すると機械的性質を劣化させるので上限を0
.1%とした。
また、上述のようにSとSeは複合添加することでより
効果が大きいが、その合計が0.15%を越えると機械
的性質が劣化するので、S 十Seの上限を0.15%
とした。
効果が大きいが、その合計が0.15%を越えると機械
的性質が劣化するので、S 十Seの上限を0.15%
とした。
M o 、 Wは、いずれも炭化物形成元素であり、こ
れらの元素を添加することにより耐摩耗性が一層向上す
る。しかしながら、過度の添加は炭化物量を増し、加工
性、靭性を劣化させる。またこれらの元素はいずれも高
価な元素であるので、安価であることを要求される本用
途に対してはできるだけ少量添加に留めるべきである。
れらの元素を添加することにより耐摩耗性が一層向上す
る。しかしながら、過度の添加は炭化物量を増し、加工
性、靭性を劣化させる。またこれらの元素はいずれも高
価な元素であるので、安価であることを要求される本用
途に対してはできるだけ少量添加に留めるべきである。
したがってM o 。
Wとも、その上限を1.0%とした。
V、NbもM0.Wと同様炭化物形成元素であり、耐摩
耗性向上に有効である。しかしながら、■。
耗性向上に有効である。しかしながら、■。
Nbも高価な元素であり、過度の添加は加工性、靭性を
劣化させるとともに、M o 、 Wよりも硬質の炭化
物を形成するので、相手(シリンダー)を摩耗させやす
い。したがって、V、Nb共その上限を0.5%とした
。
劣化させるとともに、M o 、 Wよりも硬質の炭化
物を形成するので、相手(シリンダー)を摩耗させやす
い。したがって、V、Nb共その上限を0.5%とした
。
N1は基地中に固溶し靭性と耐食性を付与する作用を有
する。しかしながら、過度の添加は焼なまし硬さの低下
を妨げるので成形が困難となる。
する。しかしながら、過度の添加は焼なまし硬さの低下
を妨げるので成形が困難となる。
したがってNiは上限を2%とした。
以下、実施例により本発明の詳細な説明する。
第1表に、供試材の化学成分を示す。本発明材および比
較材は溶製、鍛伸後、所定の焼入、焼もどし処理(80
0℃焼入、400〜b 硬さをHRC40〜50に調整した。本発明材1と3お
よび比較材11と12は硬さレベルを2通りに変化させ
て試験を行なった。
較材は溶製、鍛伸後、所定の焼入、焼もどし処理(80
0℃焼入、400〜b 硬さをHRC40〜50に調整した。本発明材1と3お
よび比較材11と12は硬さレベルを2通りに変化させ
て試験を行なった。
摩耗試験は、往復動摩擦試験機を用いて、シリンダ材で
あるFe12を相手材として試験を行ない、摩耗量を測
定して、セカンドリングの従来材FC25の値を100
とする指数で示した。
あるFe12を相手材として試験を行ない、摩耗量を測
定して、セカンドリングの従来材FC25の値を100
とする指数で示した。
耐焼付性は、ファビリー摩耗試験機により評価した。こ
の試験は300rpmで回転する試験材を相手材である
■ブロックではさみ、荷重を徐々に加えながら、テスト
ビンのトルク変動で焼付を感知し、この時の焼付荷重を
検出するものである。
の試験は300rpmで回転する試験材を相手材である
■ブロックではさみ、荷重を徐々に加えながら、テスト
ビンのトルク変動で焼付を感知し、この時の焼付荷重を
検出するものである。
試験には相手材にFe25を用い、潤滑油を滴下しなが
ら試験を行なった。耐焼付性も従来材FC25の値を1
00として指数で示した。
ら試験を行なった。耐焼付性も従来材FC25の値を1
00として指数で示した。
第2表に硬さ、摩耗量比、焼付荷重比を示す。
本発明材は、従来材FC25に比べると耐摩耗性が大幅
に向上している。これは、M、C型炭化物を適正量含み
、また高硬度であることによる。
に向上している。これは、M、C型炭化物を適正量含み
、また高硬度であることによる。
比較材の耐摩耗性は従来材FC25よりは良好であるが
、本発明材よりは劣る。これは主としてC量が低目であ
ることにより、M、C型炭化物量が不足しているためで
ある。
、本発明材よりは劣る。これは主としてC量が低目であ
ることにより、M、C型炭化物量が不足しているためで
ある。
次に耐焼付性については、本発明材は従来材FC25と
ほぼ同等あるいはそれ以上である。特にS、Seを含む
材料の耐焼付性が向上していることが認められる。比較
材11はほぼFe12に近い耐焼付性を示すが、比較材
12は耐焼付性が低い。これは、Cr量が多いため、熱
伝導率が低下したためと考えられる。
ほぼ同等あるいはそれ以上である。特にS、Seを含む
材料の耐焼付性が向上していることが認められる。比較
材11はほぼFe12に近い耐焼付性を示すが、比較材
12は耐焼付性が低い。これは、Cr量が多いため、熱
伝導率が低下したためと考えられる。
第
表
以上の結果、本発明材は従来材FC25と同等以上の耐
焼付性とFe12を上回る耐摩耗性を有していることが
明確である。
焼付性とFe12を上回る耐摩耗性を有していることが
明確である。
以上の結果、本発明材は従来材FC25と同等以上の耐
焼付性ならびにFe12を大幅に上回る耐摩耗性を有し
ており、さらに鋳鉄材より格段に強度が高いため、スチ
ールセカンドリングとして用いて、軽量化ならびに性能
の向上に大きく寄与するものである。
焼付性ならびにFe12を大幅に上回る耐摩耗性を有し
ており、さらに鋳鉄材より格段に強度が高いため、スチ
ールセカンドリングとして用いて、軽量化ならびに性能
の向上に大きく寄与するものである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 重量%でC0.8〜1.4%、Si1.0%以下、
Mn1.5%以下、Cr0.5〜3.0%を含み、残部
Feおよび不可避不純物からなることを特徴とする内燃
機関用ピストンのセカンドリング材。 2 重量%でC0.8〜1.4%、Si1.0%以下、
Mn1.5%以下、Cr0.5〜3.0%およびS0.
1%以下、Se0.1%以下の1種または2種を合計で
0.15%以下含み、残部Feおよび不可避不純物から
なることを特徴とする内燃機関用ピストンのセカンドリ
ング材。 3 重量%でC0.8〜1.4%、Si1.0%以下、
Mn1.5%以下、Cr0.5〜3.0%およびS0.
1%以下、Se0.1%以下の1種または2種を合計で
0.15%以下含み、さらにMo1.0%以下、W1.
0%以下、V0.5%以下、Nb0.5%以下、Ni2
.0%以下の1種または2種以上を含み、残部Feおよ
び不可避不純物からなることを特徴とする内燃機関用ピ
ストンのセカンドリング材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12718590A JPH0421742A (ja) | 1990-05-17 | 1990-05-17 | 内燃機関用ピストンのセカンドリング材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12718590A JPH0421742A (ja) | 1990-05-17 | 1990-05-17 | 内燃機関用ピストンのセカンドリング材 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0421742A true JPH0421742A (ja) | 1992-01-24 |
Family
ID=14953786
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12718590A Pending JPH0421742A (ja) | 1990-05-17 | 1990-05-17 | 内燃機関用ピストンのセカンドリング材 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0421742A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6527879B2 (en) | 1999-06-25 | 2003-03-04 | Hitachi Metals Ltd. | Self-lubricating piston ring material for internal combustion engine and piston ring |
GB2532761A (en) * | 2014-11-27 | 2016-06-01 | Skf Ab | Bearing steel |
-
1990
- 1990-05-17 JP JP12718590A patent/JPH0421742A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6527879B2 (en) | 1999-06-25 | 2003-03-04 | Hitachi Metals Ltd. | Self-lubricating piston ring material for internal combustion engine and piston ring |
GB2532761A (en) * | 2014-11-27 | 2016-06-01 | Skf Ab | Bearing steel |
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