JPS63223147A - ピストンリング用線材 - Google Patents
ピストンリング用線材Info
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- JPS63223147A JPS63223147A JP5627887A JP5627887A JPS63223147A JP S63223147 A JPS63223147 A JP S63223147A JP 5627887 A JP5627887 A JP 5627887A JP 5627887 A JP5627887 A JP 5627887A JP S63223147 A JPS63223147 A JP S63223147A
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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、内燃機関において重要な役割をはだすピスト
ンリングの材質に関するものである。
ンリングの材質に関するものである。
自動車のエンジン等の内燃機関において、ピストンリン
グは気密性の保持を目的として装着され。
グは気密性の保持を目的として装着され。
その性能いかんにより、エネルギー効率を左右する重要
な役割を担っている。このようなピストンリングは、従
来主に鋳鉄が用いられてきたが、近年のエンジンの効率
化、高負荷化さらに軽量化指向にともない、スチール製
ピストンリングの適用が拡大しつつある。これは、平線
をリング加工することによって製造されるため、大幅な
工程の短縮化と、リング自体の軽量化が実現できるため
である。
な役割を担っている。このようなピストンリングは、従
来主に鋳鉄が用いられてきたが、近年のエンジンの効率
化、高負荷化さらに軽量化指向にともない、スチール製
ピストンリングの適用が拡大しつつある。これは、平線
をリング加工することによって製造されるため、大幅な
工程の短縮化と、リング自体の軽量化が実現できるため
である。
ピストンリングは、エンジン稼働中において、シリンダ
ーと摺動するため、シリンダーとの摩耗や焼付の間層が
生じ、したがって耐摩耗性、耐焼付性の高い材質が求め
られる。またエンジン稼働中においては、装着されるピ
ストン溝内において、複雑な動きをするため、疲労強度
や高い靭性が求められる。エンジンの高速化にともない
、このような要求特性は高くなる一方にある。
ーと摺動するため、シリンダーとの摩耗や焼付の間層が
生じ、したがって耐摩耗性、耐焼付性の高い材質が求め
られる。またエンジン稼働中においては、装着されるピ
ストン溝内において、複雑な動きをするため、疲労強度
や高い靭性が求められる。エンジンの高速化にともない
、このような要求特性は高くなる一方にある。
現在、スチール製ピストンリング材として、主に用いら
れている材質としては、バネ用鋼である5i−Cr鋼(
JIS 5WO8C−V)およびマルー7−ンサイト
系ステンレス鋼が用いられている。マルテンサイト系ス
テンレス鋼は、主にディーゼルエンジンなど高負荷の用
途に用いられており、一般の乗用車には、5i−Cr鋼
が用いられている。
れている材質としては、バネ用鋼である5i−Cr鋼(
JIS 5WO8C−V)およびマルー7−ンサイト
系ステンレス鋼が用いられている。マルテンサイト系ス
テンレス鋼は、主にディーゼルエンジンなど高負荷の用
途に用いられており、一般の乗用車には、5i−Cr鋼
が用いられている。
5i−CrvRは、重量%でCO,50〜0,60%、
Si1.20〜1.60%、 Mn O,50〜0,
80%、Cr O,50〜0,80%を含有し、残部F
eよりなるため、リング加工性は優れているが、材質自
体の耐摩耗性や耐焼付性は期待できない。このため、ピ
ストンリング材としては、シリンダーと摺動する部分に
硬質Crメッキ処理を行ない、これに対処している。ま
たマルテンサイト系ステンレス鋼においては、窒化処理
を行なうことにより、硬質の窒化層を形成し用いられて
いる。
Si1.20〜1.60%、 Mn O,50〜0,
80%、Cr O,50〜0,80%を含有し、残部F
eよりなるため、リング加工性は優れているが、材質自
体の耐摩耗性や耐焼付性は期待できない。このため、ピ
ストンリング材としては、シリンダーと摺動する部分に
硬質Crメッキ処理を行ない、これに対処している。ま
たマルテンサイト系ステンレス鋼においては、窒化処理
を行なうことにより、硬質の窒化層を形成し用いられて
いる。
本発明は、一般乗用車に用いられている5L−Cr鋼に
代る材質に関するものであり、高性能のピストンリング
材を提供するものである。
代る材質に関するものであり、高性能のピストンリング
材を提供するものである。
先に述べたように、5i−Cr鋼は、耐摩耗性、耐焼付
性を付与するため、Crメッキ処理が施されているが、
Crメッキはそのメッキ層内に微細なりラックを含んで
おり、ピストンリングの機械的強度、特に疲労強度低下
をまねく原因となる。
性を付与するため、Crメッキ処理が施されているが、
Crメッキはそのメッキ層内に微細なりラックを含んで
おり、ピストンリングの機械的強度、特に疲労強度低下
をまねく原因となる。
また5製造工程においても、ベーキング処理が不十分で
ある場合、水素脆性の問題が生じる。一方立化処理は、
表面に硬質の窒化層が形成され、耐摩耗性、耐焼付性、
さらに疲労強度を向上させる方法として、広く工具材料
に適用されているのは、周知のとおりである。したがっ
て、5i−Crfiにおいてもこの処理方法の適用が考
えられるが、5i−Cr鋼は、組成的に窒素と結び付い
て、硬い窒化層を形成するCr量が少なく、十分な硬さ
を確保することができない。
ある場合、水素脆性の問題が生じる。一方立化処理は、
表面に硬質の窒化層が形成され、耐摩耗性、耐焼付性、
さらに疲労強度を向上させる方法として、広く工具材料
に適用されているのは、周知のとおりである。したがっ
て、5i−Crfiにおいてもこの処理方法の適用が考
えられるが、5i−Cr鋼は、組成的に窒素と結び付い
て、硬い窒化層を形成するCr量が少なく、十分な硬さ
を確保することができない。
以上の点から、本発明は窒化処理をすることにより、硬
い窒化層を有し、耐摩耗性、耐焼付性はもとより、機械
的強度の点においても優れたピストンリングを提供する
ために行なったものである。
い窒化層を有し、耐摩耗性、耐焼付性はもとより、機械
的強度の点においても優れたピストンリングを提供する
ために行なったものである。
本発明は上記に述べたように、窒化処理することにより
表面層に硬質の窒化層を形成するように。
表面層に硬質の窒化層を形成するように。
材質の化学成分を勘案することによってなされたもので
あり1次の特徴を持つピストンリング材である。
あり1次の特徴を持つピストンリング材である。
本発明は、重量%でCO,4〜1.1%、Si 0.2
〜1.0%、Mn≦1.0%、Cr 1.0〜4.5%
、およびMo63%、Ni53%、■≦3%、W≦3%
、Nb≦3%の1種以上を含み(2種以上の場合は、合
計で3以下)、または同成分にA10.3〜2.0%を
含み、残部Feおよび不純物よりなることを特徴とする
ピストンリング材である。
〜1.0%、Mn≦1.0%、Cr 1.0〜4.5%
、およびMo63%、Ni53%、■≦3%、W≦3%
、Nb≦3%の1種以上を含み(2種以上の場合は、合
計で3以下)、または同成分にA10.3〜2.0%を
含み、残部Feおよび不純物よりなることを特徴とする
ピストンリング材である。
次に成分の限定理由について述べる。
Cは鉄中に固溶し、強度を寄与する元素であり、また炭
化物を形成し、耐摩耗性に寄与する重要な元素であるた
め、少なくとも0.4%以上必要である。
化物を形成し、耐摩耗性に寄与する重要な元素であるた
め、少なくとも0.4%以上必要である。
しかし、CはNと同様鉄中において侵入型固溶元素であ
るため、多量の添加は窒化時の窒素の拡散を阻害し、十
分な窒化層を得ることができなくなると共に、リング成
形時の加工性も害するため、上限を1.1%とした。
るため、多量の添加は窒化時の窒素の拡散を阻害し、十
分な窒化層を得ることができなくなると共に、リング成
形時の加工性も害するため、上限を1.1%とした。
Sjは鋼塊製造時に脱酸剤として添加される元素であり
、脱酸剤の他に合金元素として弾性限を上昇させる効果
があるため、下限を0.2%とし、また1、0を越える
添加は、冷間における加工性を低下させるためこれを上
限とした。
、脱酸剤の他に合金元素として弾性限を上昇させる効果
があるため、下限を0.2%とし、また1、0を越える
添加は、冷間における加工性を低下させるためこれを上
限とした。
MnはSiと同様、鋼塊製造時に脱酸剤として添加され
る元−素であり、1%を越えると熱間加工性を害するた
めこれを上限とした。
る元−素であり、1%を越えると熱間加工性を害するた
めこれを上限とした。
Crは、炭化物形成元素であり、耐摩耗性付与のため重
要である。また、同時に窒化層の硬さを高める元素でも
ある。特に窒素との親和性が高く、硬質の窒化物を形成
するため、窒化処理を行なう材質には必須の元素である
。この効果を十分に得るためには、少なくとも1%以上
の添加が必要である。しかし、多量の添加は多くの炭化
物を形成し、材質の靭性を低下させるだけでなく、窒化
層においても十分な窒化深さを得にくくするため4.5
%を上限とした6、 Mo、V、W、Nbは、いずれも炭化物形成元素であり
、耐摩耗性付与のため重要である。また、Crの次に窒
化層の硬さを増す元素であり、一部基地に固溶し、材質
の強度を改善する効果があるが、Crと同様に過度の添
加は、炭化物の量を増し、靭性を低下させる。またNi
は基地中に固溶し、靭性を付与すると同時に、窒化層に
おいても窒素と結合することなく、靭性を高める元素で
ある。しかし、鋼塊より線材までの加工過程において、
焼なまし硬さが低下し難くなる。従って、各元素3%を
上限とし、2種以上の場合は、合計で5%を上限とした
。
要である。また、同時に窒化層の硬さを高める元素でも
ある。特に窒素との親和性が高く、硬質の窒化物を形成
するため、窒化処理を行なう材質には必須の元素である
。この効果を十分に得るためには、少なくとも1%以上
の添加が必要である。しかし、多量の添加は多くの炭化
物を形成し、材質の靭性を低下させるだけでなく、窒化
層においても十分な窒化深さを得にくくするため4.5
%を上限とした6、 Mo、V、W、Nbは、いずれも炭化物形成元素であり
、耐摩耗性付与のため重要である。また、Crの次に窒
化層の硬さを増す元素であり、一部基地に固溶し、材質
の強度を改善する効果があるが、Crと同様に過度の添
加は、炭化物の量を増し、靭性を低下させる。またNi
は基地中に固溶し、靭性を付与すると同時に、窒化層に
おいても窒素と結合することなく、靭性を高める元素で
ある。しかし、鋼塊より線材までの加工過程において、
焼なまし硬さが低下し難くなる。従って、各元素3%を
上限とし、2種以上の場合は、合計で5%を上限とした
。
Alは、窒素との親和性が最も高い元素であり、窒化処
理材には非常に有効な元素である。この効果を得るため
には、少なくとも0.3%以上必要であるが、窒素と同
様酸素との親和性も高いので酸化物を形成しやすく、過
度の添加は、鋼塊製造時において、アルミナ系介在物を
形成し、材質の疲労強度低下の原因となるため2.0%
を上限とした。
理材には非常に有効な元素である。この効果を得るため
には、少なくとも0.3%以上必要であるが、窒素と同
様酸素との親和性も高いので酸化物を形成しやすく、過
度の添加は、鋼塊製造時において、アルミナ系介在物を
形成し、材質の疲労強度低下の原因となるため2.0%
を上限とした。
次に実施例として本発明鋼および5i−Cr鋼を溶製し
、所定の熱処理を行なって各種の試験を行なった結果を
示す。
、所定の熱処理を行なって各種の試験を行なった結果を
示す。
表1に示す供試材を20kgr1sfiL、、φ25に
鍛伸した後、焼なまし処理を行ない、各試験のための試
験片を加工した。次に所定の焼入れ、焼もどしを行ない
、硬さHRC43〜45に調質、さらにA〜ニー■につ
いては、540℃X 20hrのガス窒化処理、また工
については硬質Crメッキをメッキ厚100 p mを
施した。
鍛伸した後、焼なまし処理を行ない、各試験のための試
験片を加工した。次に所定の焼入れ、焼もどしを行ない
、硬さHRC43〜45に調質、さらにA〜ニー■につ
いては、540℃X 20hrのガス窒化処理、また工
については硬質Crメッキをメッキ厚100 p mを
施した。
試験は、窒化またはCrメッキした場合の疲労強度を見
るために、回転曲げ疲労試験により、疲労限(107回
)応力を求めた。また、静的な靭性を調べるため、直径
5mImの試験材について、スパン50mn+とし、抗
折応力およびたわみを求めた。この結果を表2に示す。
るために、回転曲げ疲労試験により、疲労限(107回
)応力を求めた。また、静的な靭性を調べるため、直径
5mImの試験材について、スパン50mn+とし、抗
折応力およびたわみを求めた。この結果を表2に示す。
本発明鋼は窒化処理を行なった場合、硬い窒化層が得ら
れるばかりでなく、動的な機械的性質である疲労強度に
おいて高い値を示していることがわかる。
れるばかりでなく、動的な機械的性質である疲労強度に
おいて高い値を示していることがわかる。
また静的な機械的強度である抗折試験結果においても、
比較材H1■に比し高い値を示すことがわかる。比較材
Hは、窒素との親和性の高いCr量が少ないため、窒化
層自体の硬さが十分得られないばかりでなく、窒化層の
深さが深くなりすぎ、表面にクラックが入った場合、ク
ラック進展が母材まで進みやすくなるため、静的および
動的な強度において低下をまねいている。また、Crメ
ッキした比較材工はクラックを内蔵した高硬度の表面層
のため、切欠き感受性が高く、機械的強度を低下させる
原因となっている。
比較材H1■に比し高い値を示すことがわかる。比較材
Hは、窒素との親和性の高いCr量が少ないため、窒化
層自体の硬さが十分得られないばかりでなく、窒化層の
深さが深くなりすぎ、表面にクラックが入った場合、ク
ラック進展が母材まで進みやすくなるため、静的および
動的な強度において低下をまねいている。また、Crメ
ッキした比較材工はクラックを内蔵した高硬度の表面層
のため、切欠き感受性が高く、機械的強度を低下させる
原因となっている。
本発明は、現在用いられている5L−Crllに硬質C
rメッキ処理したピストンリングの機械的性質における
欠点を解決するためになされたものであり、窒化処理を
行なうことにより、耐摩耗性および耐焼付性を確保する
とともに、動的および静的強度を向上させるべく、これ
に適する材質を提供したものである。これにより、リン
グ製造工数の簡略化だけでなく、性能的にも優れたピス
トンリングの製造を可能とするものである。
rメッキ処理したピストンリングの機械的性質における
欠点を解決するためになされたものであり、窒化処理を
行なうことにより、耐摩耗性および耐焼付性を確保する
とともに、動的および静的強度を向上させるべく、これ
に適する材質を提供したものである。これにより、リン
グ製造工数の簡略化だけでなく、性能的にも優れたピス
トンリングの製造を可能とするものである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 重量%でC0.4〜1.1%、Si0.2〜1.0
%、Mn≦1.0%、Cr1.0〜4.5%、およびM
o≦3%、Ni≦3%、V≦3%、W≦3%、Nb≦3
%の1種以上を含み(2種以上の場合は、合計で5%以
下)、残部Feおよび不純物よりなることを特徴とする
ピストンリング材。 2 重量%でC0.4〜1.1%、Si0.2〜1.0
%、Mn≦1.0%、Cr1.0〜4.5%、Al0.
3〜2.0%、およびMo≦3%、Ni≦3%、V≦3
%、W≦3%、Nb≦3%の1種以上を含み(2種以上
の場合は、合計で5%以下)、残部Feおよび不純物よ
りなることを特徴とするピストンリング材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62056278A JP2611984B2 (ja) | 1987-03-11 | 1987-03-11 | ピストンリング用線材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62056278A JP2611984B2 (ja) | 1987-03-11 | 1987-03-11 | ピストンリング用線材 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63223147A true JPS63223147A (ja) | 1988-09-16 |
JP2611984B2 JP2611984B2 (ja) | 1997-05-21 |
Family
ID=13022621
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62056278A Expired - Lifetime JP2611984B2 (ja) | 1987-03-11 | 1987-03-11 | ピストンリング用線材 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2611984B2 (ja) |
Cited By (8)
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US5949003A (en) * | 1996-04-15 | 1999-09-07 | Nissan Motor Co., Ltd. | High-temperature wear-resistant sintered alloy |
JP2008050649A (ja) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Tokusen Kogyo Co Ltd | ピストンリング及びその製造方法 |
JP2009235561A (ja) * | 2008-03-04 | 2009-10-15 | Nissan Motor Co Ltd | ピストンリング |
WO2011148934A1 (ja) * | 2010-05-25 | 2011-12-01 | 株式会社リケン | 圧力リング及びその製造方法 |
US20140125013A1 (en) * | 2011-06-24 | 2014-05-08 | Kabushiki Kaisha Riken | Piston ring |
US20140137733A1 (en) * | 2011-06-24 | 2014-05-22 | Kabushiki Kaisha Riken | Piston ring |
JP2015110841A (ja) * | 2014-12-25 | 2015-06-18 | 株式会社リケン | 圧力リング用線材及びその製造方法 |
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JPS60114553A (ja) * | 1983-11-26 | 1985-06-21 | Riken Corp | ピストンリング用合金鋼 |
-
1987
- 1987-03-11 JP JP62056278A patent/JP2611984B2/ja not_active Expired - Lifetime
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