JPS5846526B2 - 焼結合金製ピストンリングの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は焼結合金製ピストンリングの製造方法に関す
る。

一般に、焼結合金は摺動特性の優れた材料を提供し、各
種の摺動部材として広く利用されている材料である。

したがって、優れた摺動特性を必要とするところのピス
トンリングを焼結合金で製造しようとする試みも古くか
らなされている。

しかしながら、ピストンリングを粉末冶金法により製造
する従来の方法においては、外径寸法に対して肉厚が極
めて薄い形状をなし、外径寸法の割りに重量が小さく熱
容量の小ざいリング状の粉末成形体（以下、圧粉体とい
う。

）を成形し、これを通常の加熱炉に入れて昇温加熱して
焼結する方法が採られているために、焼結する過程で圧
粉体が均一に加熱され難く、したがって、得られる焼結
リング素材が変形し寸法精度が損なわれたも？ のとなるのを避は得ない。

一般に焼結合金を切削加工性の悪い材料であるために、
焼結リング素材が変形して寸法精度が損なわれている場
合には、後加工の工数が増大するとともに、特にピスト
ンリングは肉薄であるために、素材が変形している場合
、研磨加工を施しても充分な平坦度を有するピストンリ
ングを得ることは難しい。

一方、ピストンリングは応力の作用状態、特に繰り返し
応力の作用状態で使用されるものである。

したがって、ピストンリングに作用応力や熱の影響によ
り永久変形を発生し難い材料、即ち、熱へクリを発生し
難く、且つ疲労強度の高い材料で作られる必要があるが
、従来の方法により作られる通常の鉄−炭素系焼結合金
製ピストンリングは、従来の鋳鉄製ピストンリングに比
べて熱へクリを生じ易く、また疲労強度も低く、広範な
用途に使用されるピストンリングとしては充分なもので
はなく、材質面の改善が望まれている。

なお、本発明者は鉄−炭素系焼結合金製ピストンリング
の熱へクリを低減させる方法として、ＦｅにＣのほかに
ＰやＢを少量添加することによって焼結時にＦｅ３ Ｐ
−Ｆｅ３ Ｃ−ＦｅやＦｅ２Ｂ−Ｆｅ５Ｃ−Ｆｅの三
元共晶の組成に相当する液相を融出させることにより焼
結合金中の気孔を不規則な尖った形状のものから丸味を
もった形状のものに変化させ、熱へクリに対する抵抗を
犬にするとともに抗折力、疲労強度および衝撃値を向上
させる方法を先に提案（特願昭４８−３８０５７号、特
願昭４８−１１０２２３号）した。

この方法による場合、ピストンリングの熱へクリは相当
程度改善されるが、焼結時に液相が発生するために、圧
粉体全体を均一に昇温加熱しないと形状変形が犬となる
ので、従来の工業炉による焼結方法を採用する場合には
、特に形状変形が著しくなる。

以上の理由により、焼結合金製ピストンリングは一部の
小径のリングに実用されているに過ぎなかった。

この発明は、上記従来技術における欠点を除去した、即
ち、焼結時に変形の生じることが少なく、且つ熱へクリ
抵抗と疲労強度を改善する焼結合金製ピストンリングの
製造方法を提供することを目的としてなされたもので、
本発明方法においては、ピストンリング素材は、ピスト
ンリングの自由状態、即ち、シリンダに挿入する前の状
態における合い口部を連続させた円環状に圧縮成形した
円環状圧粉体を、該円環状圧粉体とはソ同芯をなして該
圧粉体を取り巻く誘導コイルを用いてＩ ＫＨｚ以上５
０ＫＨｚ以下の交流により誘導加熱して焼結される。

本発明方法によれば、円環状圧粉体がこれとはソ同芯に
設けられている誘導コイルにより誘導加熱されるために
、圧粉体全周に亘り均一に昇温されるので、形状変形の
少ない寸法精度の良好な焼結合金製ピストンリング素材
が得られるとともに、圧粉体は誘導電流により加熱され
焼結されるので圧粉体を構成する金属粉末粒子相互間の
接触点での発熱が大であり、したがって粒子間の拡散焼
結が充分に、且つ強固になされるために、ピストンリン
グにとって特に必要とされる熱へクリに対する抵抗と疲
労強度とが改善された焼結合金製ピストンリングが得ら
れる。

ここで、周波数の高い交流を用いる場合には、圧粉体を
短時間に昇温できるという利点がある。

、反面圧粉体は通常型潤滑剤を含んでいて、ピストンリ
ングのように形状寸法の圧粉体の場合、これが除去され
るのに２０〜４０秒の時間を要するので過度な急加熱は
避けるべきであり、また、周波数が高い場合、誘導電流
の浸透深さが浅くなり、外周部と内周部との昇温に差異
が生じ短時間の温度保持では均熱し得すに圧粉体に変形
や割れが生じ易いという欠点を伴う。

従って、周波数はあまり高くすべきではなく、本発明の
場合、５０ＫＨｚを上限とする。

また、周波数が過度に低い場合には焼結に長時間を要し
、材料の酸化を増加させる等の難点があるので過度に低
い周波数の採用は望ましくなく、本発明の場合、Ｉ Ｋ
Ｈｚ以上とすることが望ましい。

以下に本発明の実施例について説明する。

原料粉として一１００メツシュの噴霧鉄粉、平均粒度１
０ミクロンの天然黒鉛粉、−３２５メ′ノシユの電解銅
粉を用いて、１．３％Ｃ１３％Ｃｕ残部Ｆｅとなる様配
合し、更に型潤滑剤として０．７５％のステアリン酸亜
鉛を加えて、Ｖ型混合機にて３０分混合したのち、７３
グ用のピストンリングの形状をした金型を用いて５ｔ、
＜−の成形圧力で成形し合い口部を連続させた円環状圧
粉体を作り、！ 次の２種の方法で焼結したピストンリ
ング素材をえた。

（１）従来の工業炉を用いたもので、７００℃で２０分
子備焼結し、次に１，１２０℃×２５分の本焼結を吸熱
型ガス（平均組成２４％Ｃ０１３１％Ｈ２，４５％Ｈ２
，０，３０％Ｃ０２）雰囲気中でフ 焼結した。

（２）本発明法により３０ＫＨｚの周波数を用いて５ｋ
Ｗの出力でアルゴンガス中で加熱を行ない、７００℃ま
での昇温時間３０秒、１，１５０℃までの昇温時間５Ｑ
ＳｅＣで昇温し、１，１５０℃に２０秒保テ 持して
、冷却は放冷とした。

この様にして得られた２種のピストンリング素材を、７
３グ×２×３の寸法の矩形のピストンリングに加工し、
弾性率、熱へクリ、疲労強度について比較すると共に、
加工後の平坦度試験を行い、未接触部分がリングの上下
面の％以上を不良とする基準に於いて、５０本当たりの
不良数を示したものを第１表に示す。

ここで、熱へクリについては、ＪＩＳ Ｂ２Ｏ３３で規
定されたピストンリングの耐熱性の測定法に準じて、温
度を３５０℃、保持時間を３時間としたときの張力の減
退率を示したものである。

、疲労試験は合い口の開閉をくり返すことによって行な
い、ピストンリングの寸法、弾性率、合い口の開閉寸法
から応力を計算したもので１０７回の繰返しに耐える応
力振幅である。

地上に示した様に本発明方法は、・焼結合金ピストンリ
ングの熱へクリを改善し、疲労強度を向上させ、平坦度
不良を少なくする効果を示すとともに短時間で焼結され
るために圧粉体と雰囲気との反応が少なく、従来よりも
低級な雰囲気を用いることも可能であり、短時間焼結と
合わせて、安価に焼結合金製ピストンリングをうろこと
ができる等工業的価値大なるものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ピストンリングの自由状態における合い口部を連続
   させた円環状に圧縮成形した円環状圧粉体を、該円環状
   圧粉体とはゾ同芯をなして該圧粉体を取り巻く誘導コイ
   ルを用いてＩ ＫＨｚ以上５０版以下の交流により誘導
   加熱して焼結して後、合い口を形成することを特徴とす
   る焼結合金製ピストンリングの製造方法。