JPH044374B2

JPH044374B2 -

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Publication number: JPH044374B2
Application number: JP13730083A
Authority: JP
Priority date: 1983-07-26
Filing date: 1983-07-26
Publication date: 1992-01-28
Also published as: JPS6029420A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は強靭シリンダーライナーの製法に関す
る。内燃機関に使用されているシリンダーライナー
は、ピストンリングと同時摺動し気密性を保持し
なければならないことから、基本的に耐摩耗性と
耐熱付性が必要とされる。この目的のため、従来
シリンダーライナーの用途には、Ａ型黒鉛を有し
Cr、Ｂ、Ｐ、Ｖ、Mo、Nb等の耐摩耗性向上元
素を含有する特殊鉄鋳物が専ら用いられてきてい
る。しかし乍ら、最近の内燃機関の大型化、またそ
の軽量化、低燃費化の要求に伴い、上記従来材質
では強度的に不足を来たしており、強度面での向
上が切望されている。強度の向上の目的のためには、ライナー材質に
より高強度のものを選ぶことも考えられるが、シ
リンダーライナー本来の必要特性である耐摩耗
性、耐焼付性を損うおそれがあり、実際上限界が
ある。またライナー肉厚を厚肉化することも有効
であるが、この場合には軽量化という目的には逆
行する。ところで、シリンダーライナーの使用状況と破
損原因について分析すると、 () 耐摩耗性、耐焼付性を必要とする部分は、
ピストンリングとの接触部、即ちライナー内表
面のみである。 () シリンダーライナーの破損は、その外表面
を起点とする。ことが知られる。本発明はかかる点に着目して、シリンダーライ
ナーに従来例をみない複合化技術を適用するとと
もに、従来にない特定の熱処理を施すことによつ
て、特に外層材質の強靭性向上を計るものであ
る。ここで、複合化による強靭化については、本出
願は先に特願昭57−134050で提案した通りであ
り、該発明に対し、本発明は更に新規な熱処理技
術を適用した的に特徴があり、本発明の要旨とす
るところは、Ｃ 2.8〜4.0％、Ni 2.5％以下 Si 1.5〜3.5％、Cr 0.8％以下 Mn 0.2〜1.0％、Mo 0.6％以下Ｐ 0.3％以下、Mg 0.03〜0.1％を各重量％を含み、残部Feおよび通常の不純物
からなる外層と、耐摩耗性、耐焼付性に優れる特殊鋳鉄材質の内
層と溶着接合させて複合シリンダーライナーを作
成し、これを昇温して800〜860℃の温度に0.2〜
20Hr保持した後100〜1000℃／Hrの冷却速度で
冷却し、次いで500〜630℃の温度で２〜30Hr保
持する一連の熱処理を行なうことにより、前記外
層を球状黒鉛とフエライト・パーライト２相混合
基地を主体とする組織とする点にあり、これによ
つて全体として必要な耐摩耗性、耐焼付性の使用
特性を損わず、特願昭57−134050に比し更に強度
の向上を計ることに成功したものである。以下本発明について詳述する。本発明方法により得られる複合シリンダーライ
ナーは、第６図に示すような構造を具備してな
る。すなわち、その外層ａは後に詳述される強靭
性に優れる球状黒鉛鋳鉄材質からなり、一方その
内層ｂは耐焼付性、耐摩耗性に優れる従来通りの
特殊鋳鉄材質からなり、かつ両者を溶着一体化し
て構成されている。なお外層ａと内層ｂとの溶着一体化によつて、
外層ａと内層ｂとの間には両者の中間的な組成の
溶着層（中間層）ａ＋ｂを不可避に生じることに
なる。すなわち、内層ｂを外層ａに溶着せしめる
ことによつて、外層材質の内層ｂへのある程度の
溶け込みは避けられない。このさい、もしその溶層ａ＋ｂに使用目的によ
つては問題を生ずる場合では、第７図に示すよう
に、予め別途中間層材質を用意しておき、外層ａ
と内層ｂとの間に中間層ｃを介在させて対応する
こともできる。すなわち、必要に応じては、ライ
ナー構造を三層以上のものに形成することもでき
る。このような多層構造を有する複合シリンダーラ
イナーは遠心力鋳造法により容易に製造できる。
すなわち、まず外層を鋳込んだ後、適宜タイミン
グで内層材質を鋳込み、両者を溶着一体化する。
三層以上のものについても、同様に外層から順に
適宜タイミングで各層を鋳込めばよい。なお遠心力鋳造法には、横型、傾斜型、竪型の
いずれも適用可能である。次に本発明の複合シリンダーライナーの外層を
形成する球状黒鉛鋳鉄材質について説明する。本発明では強靭性に優れるライナー外層材とし
て、次のような成分組成のものを使用することを
特徴とする。すなわち、外層はC2.8〜4.0、Si1.5
〜3.5、Mn0.2〜1.0、P0.3以下、S0.04以下、
Ni2.5以下、Cr0.8以下、Mo0.6以下、Mg0.03〜
0.1を重量％含み、残部Feおよび通常の不純物か
らなり、本発明の熱処理後の組織は、球状黒鉛と
フエライト・パーライト２相混合基地を主体とす
る球状黒鉛鋳熱となる。そこで、上記特定材質の化学成分、熱処理後の
顕微鏡組織等について、下記に詳述する。 () 化学成分Ｃ：2.8〜4.0％外層の球状黒鉛鋳鉄材質は、球状黒鉛と基
地からなり（ただし少量のセメンタイトの晶
出は問題ない）、特に強靭性を重要視するも
のである。しかしてC2.8％未満では、鋳造性
が悪くなると共にセメンタイトの晶出量が増
加し、材質が脆くなり、一方4.0％を越える
と鋳造欠陥を発生し易くなるためである。 Si：1.5〜3.5％ Siは黒鉛化を促進する作用があり、黒鉛球
状化剤としてMgを添加する本材質の場合、
1.5％未満ではセメンタイトの晶出量が多く
なり、脆くなるためである。しかし3.5％を
越えると、基地がフエライト化し耐力が劣化
すると共に、フエライト中に溶け込んだSiが
フエライトを脆くする。 Mn：0.2〜1.0％ Mnは、通常Ｓと結合してＳの悪影響を除
去すると共に、基地のパーライトの安定化し
強度を増す。Mn0.2％未満では、この効果は
期待できず、一方1.0％を越えるとかえつて
脆くなる。Ｐ：0.3％以下Ｐは溶湯の流動性を高めるが、材質中にリ
ン共晶物を生成し材質を脆くする。この作用
はＰ含有量の増加につれて大きくなるが、実
害のない範囲として0.3％を上限とする。な
おＰ含有量は低い程強靭性の面で有利である
が、実際面ではP0.01％以下にすることはコ
スト上困難である。Ｓ：0.04以下ＳはＰと同様に、一般に不純物元素として
理解されており、機械的材質を劣化させる。
また黒鉛の球状化を阻害する作用があるた
め、0.04％以下とする。 Ni：2.5％以下 Niは黒鉛化と基地の強化に有効に作用す
るが、2.5％を超えると、経済性の面で不利
とるばかりでなく、焼入れ組織（ベーナイ
ト、マルテンサイト）、未変態組織を発生し
易くなり、外層材質の目的に合致しなくなる
ためである。 Cr：0.8％以下 Crbは基地の強化作用と共に、セメンタイ
トの安定作用が大きい。すなわち、Cr0.8％
を超えると、Ｃ、Siの調整によつてもセメン
タイトが晶出して脆くなり、外層材質の目的
に合致しなくなるためである。 Mo：0.6以下 Moは基地の強化に有効であるが、余りそ
の含有量を増加しても効果が飽和し経済的で
なく、また材質を硬く、脆くする作用も現わ
れるため0.6％以下とする。 Mg：0.03〜0.1％ Mgは勿論黒鉛の球状化のために含有させ
るものであるが、0.03％未満ではその効果が
不足し、一方0.1％を超えると、Mgのチル化
作用およびドロス等の鋳造欠陥を発生し易く
なる点から好ましくないためである。シリンダーナイナーの外層を形成する球状
黒鉛鋳鉄材質は、以上の各成分を含み、基本
的には残部Feおよび通常の不純物からなる。なお外層の球状黒鉛鋳鉄材質には、更にそ
の材質特性を向上するためFeに代えて、次
の希土類元素、Sn及びCuを必要に応じ添加
することができる。稀土類元素：0.05％以下希土類元素をMgと併用添加すれば、黒鉛
の球状代がより良好なものとなる。このさ
い、その添加量はその作用効果が飽和する
0.05重量％を上限とする。 Sn：0.3％以下上記外層材質はその外層材質はその鋳造条
件によつては、基地中にフエライトが過多と
なつて、耐力、疲労強度の低下を招来するこ
とがある。その場合、パーライト安定作用の
あるSnをその効果が飽和する0.3重量％の範
囲内で添加するのが有効である。 Cu：1.0％以下上記Snと同様の見地より、Cu1.0重量％以
下の範囲で添加することも有効である。 () 外装材質の接種次に外層材質の接種について述べる。一般
に、接種は鋳造組織の微細化、黒鉛化の助長の
ために有効である。そして上記外層材質につい
ても、接種技術を応用すれば、より微細かつ均
一に黒鉛の分布した材質が得られる。このさ
い、接種量はSi分として0.05〜1.0％が適当であ
る。すなわち、0.05％未満では接種効果が期待
できず、一方1.0％を超えても相応の効果が得
られないためである。接種剤としては、CaSi、
FeSiが好適である。なお、接種後におけるSi
含有量は、やはり上記1.5〜3.5％の範囲に調整
される。以上外層材質について詳述したが、一方耐摩耗
性、耐焼付性が必要とされるライナー内層材質に
ついては、従来通り特殊鋳鉄材質を用いればよ
く、別段特色はない。次に本発明で実施する熱処理方法について説明
する。第１図は本発明に係る熱処理の熱曲線を示した
ものである。同図においてＡは800〜860℃の温度
である。この温度域では、高Siの外層材質ではフ
エライト・オーステナイトが共存し、その後の冷
却によつて、フエライト・パーライト２相混合組
織が得られる。このフエライト・パーライト２相
混合組織は強靭性に優れており、後述の実施例に
示す通りである。本発明ではこの温度に限定した
のは800℃未満ではフエライト量が多くなり過ぎ
て靭性面は良好であるが、強度面では低下する。
一方860℃を超えると、フエライト・オーステナ
イト共存域を越え、均一なオーステナイトとなる
ため靭性面が低下する。なおＡの保持時間は、温
度にもよるが（低温の場合、長時間が良好）、通
常の製造作業面から0.2〜20Hrが適当である。次に同図Ｂの冷却速度は重要であり、オーステ
ナイト部分の変態状況を変化させる。このさい冷
却速度が遅いと、析出するパーライトが粗くな
り、強度面が劣化する。また耐摩耗性の必要な内
層材質の硬度低下を招く。一方冷却速度は早い程
良好ではあるが、実際の作業上限界がある。以上
の理由から100〜1000℃／Hrが適切である。な
お、Ｂは材質の靭性面には大きな影響を与えな
い。同図のＣは次に説明するＤ温度に移行する前に
復熱を抑える意味だけであり、Ｄの温度以下で良
い。同図のＤの組織安定化および歪取りを目的と
するものであり、500〜630℃が適切であり、その
保持時間も２〜30Hrが適切である。次に実施例を揚げて説明する。＜実施例＞次のような鋳造条件で、下記表１のＡ、Ｂ、Ｃ
の複合シリンダーライナーを製造した。鋳造金型内径：720φ 外層鋳込厚：90mm 内層鋳込厚：60mm 熱処理：840゜×4Hr（昇温保持） 400℃／Hr（冷却） 500℃×10Hr（歪取り、加熱保持）〔次葉〕

【表】 No.Ａのシリンダーライナーの顕微鏡組織を第２
〜５図に示す。すなわち、第２図と第３図はその
外層材質の顕微鏡写真（倍率100と400）であり、
第４図と第５図はその内層材質の顕微鏡写真（倍
100と400）である。前記第２図と第３図の写真で観察されるよう
に、基地組織が、フエライト・パーライト２相混
合組織となつていることが判る。なお、フエライ
ト・ベーナイト２相混合、フエライト・マルテン
サイト２相混合も可能であるが、合金含有量の増
大や、冷却速度の増に結びつき、コスト面で不利
となる。下記に本発明の熱処理を行なつた複合シリンダ
ーライナーと、熱処理を行なつていないもの（本
発明の実施例と同一のもの、特願昭57−134050と
同一）とを比較した機械的性質を示す。〔次葉〕

【表】上記の表２から、外層の化学成分が同一組成で
あつても、本発明の熱処理を行なつたものは、行
なわないものに比し、その機械的強度が著しく向
上したことが明らかであり、しかも本発明の熱処
理を施すことにより、内層も同様に向上している
ことが判る。以上のように本発明は特定の外層材を使用し、
内層はその使用特性に適合する耐焼付性、耐摩耗
性に優れた従来通りの特殊鋳鉄材質を使用して複
合シリンダーライナーを作成し、これに特定の熱
処理を行なうことにより、先に提案した特願昭57
−134050のものに比し、一段と高強度化、強靭化
を達成できたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る熱処理の熱曲線、第２図
は本発明ライナー外層材質No.Ａ顕微鏡組織
（X100）、第３図は同（X400）組織、第４図は同
内層材質の同組織（X100）、第５図は同（X400）
組織、第６図と第７図は本発明ライナーの構造断
面図である。ａ：外層、ｂ：内層。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ 2.8〜4.0％ Si 1.5〜3.5％ Mn 0.2〜1.0％Ｐ 0.3％以下Ｓ 0.04％以下 Ni 2.5％以下 Cr 0.8％以下 Mo 0.6％以下 Mg 0.03〜0.1％を各重量％を含み、残部Feおよび通常の不純物
からなる外層と、耐摩耗性、耐焼付性に優れる特殊鋳鉄材質の内
層とを溶着接合させて複合シリンダーライナーを
作成し、これを昇温して800〜860℃の温度に0.2
〜20Hr保持した後100〜1000℃／Hrの冷却速度
で冷却し、次いで500〜630℃の温度で２〜30Hr
保持する一連の熱処理を行なうことにより、前記
外層を球状黒鉛とフエライト・パーライト２相混
合基地を主体とする組織とすることを特徴とする
強靭性に富む複合シリンダーライナーの製法。