JPS6150130B2 - - Google Patents
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- JPS6150130B2 JPS6150130B2 JP56191922A JP19192281A JPS6150130B2 JP S6150130 B2 JPS6150130 B2 JP S6150130B2 JP 56191922 A JP56191922 A JP 56191922A JP 19192281 A JP19192281 A JP 19192281A JP S6150130 B2 JPS6150130 B2 JP S6150130B2
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- alumina
- piston
- sliding
- combination
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/02—Light metals
- F05C2201/021—Aluminium
Landscapes
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Description
本発明は、互いに当接して相対的に摺動する二
つの部材の組合せに係り、更に詳細には一方の部
材が複合材料にて構成され他方の部材が鋳鉄にて
構成された二つの部材を組合せてなる摺動用部材
に係る。
各種機械の構成要素や部材に於ては、部分的に
特別な機械的特性を要求されることが多い。例え
ば、自動車用エンジンに於ては、エンジンの性能
に対する要求が高くなるにつれて、ピストンの如
き部材はその比強度や剛性が優れていることに加
えて、その摺動面が耐摩耗性に優れていることが
強く要請されるようになつてきた。かかる部材の
比強度や耐摩耗性等を向上させる一つの手段とし
て、それらの部材を各種の無機質繊維等を強化材
としてアルミニウム合金の如き軽金属をマトリツ
クスとする複合材料にて構成することが試られて
いる。かかる繊維強化金属複合材料の一つとし
て、アルミナ質繊維を強化材とし、アルミニウ
ム、マグネシウム、又はそれらの合金をマトリツ
クスとする繊維強化金属複合材料は既に知られて
おり、かかる繊維強化金属複合材料によれば、そ
れらにて構成された部材の比強度や耐摩耗性等を
向上させることができる。
しかし、互いに当接して相対的に摺動する二つ
の部材の組合せに於て、その一方の部材を上述の
如き繊維強化金属複合材料にて構成した場合に
は、その他方の部材の材質によつてはその他方の
部材の摩耗が著しく増大し、従つてそれらを互い
に当接して相対的に摺動する摺動部材の組合せと
して使用することはできない。
本願発明者等は、互いに当接して相対的に摺動
する二つの部材の組合せであつて、その一方の部
材がアルミナ繊維を強化材としてアルミニウム合
金の如き軽金属をマトリツクスとする繊維強化金
属複合材料にて構成され、その他方の部材が鋳鉄
にて構成された部材の組合せに於て、それら両方
の部材の摩耗量を最小限に抑えるためには、それ
らの組成及び材質の組合せとしては如何なるもの
が適切であるかについて種々の実験的研究を行な
つた結果、それぞれ特定の特徴を有するものでな
ければならないことを見出した。
本発明は、本願発明者が行なつた上述の如き実
験的研究の結果得られた知見に基き、一方の部材
がアルミナ繊維を強化材としてアルミニウム合金
の如き軽金属をマトリツクスとする繊維強化金属
複合材料にて構成され、その他方の部材が鋳鉄に
て構成された互いに当接して相対的に摺動する二
つの部材の組合せであつて、それら両方の部材の
互いに他に対する摺動面に於ける耐摩耗性が改善
された二つの部材の組合せを提供することを目的
としている。
かかる目的は、本発明によれば、互に当接して
相対的に摺動する第一の部材と第二の部材とを組
合せてなる摺動用部材にして、前記第一の部材の
少なくとも前記第二の部材に対する摺動面部は
80wt%以上のアルミナと残部としてのシリカと
よりなりαアルミナ含有率が5〜55wt%である
アルミナ繊維を強化材としアルミニウム合金又は
マグネシウム合金をマトリツクスとする複合材料
にて構成されており、前記第二の部材の少なくと
も前記第一の部材に対する摺動面部は鋳鉄にて構
成されていることを特徴とする摺動用部材によつ
て達成される。
本発明によれば、互いに当接して相対的に摺動
する二つの部材の組合せであつて、それら両方の
部材の互いに他に対する摺動面は耐摩耗性に優れ
ており、従つてそれら両方の部材のそれぞれの摺
動面に於ける摩耗量を最小限に抑えることがで
き、しかもその一方の部材は比強度や剛性などに
も優れている如き部材の組合せを得ることができ
る。
本発明の一つの詳細な特徴によれば、前記アル
ミナ繊維はそのαアルミナ含有率(アルミナ繊維
中の全アルミナの重量に対するαアルミナの重量
の割合)が10〜45wt%であるのが好ましい。
また本発明の他の一つの詳細な特徴によれば、
前記第二の部材の前記第一の部材に対する摺動面
はリン酸塩皮膜処理されていることが好ましく、
また前記第二の部材の前記摺動面部を構成する鋳
鉄は球状黒鉛鋳鉄であることが好ましい。
本発明の他の一つの詳細な特徴によれば、前記
他方の部材はピストンリングであり、前記一方の
部材は該ピストンリングを受入れるリング溝部が
繊維強化金属複合材料にて構成されたエンジン用
ピストンであつたよい。かかるピストンとピスト
ンリングとの組合せによれば、ピストンのリング
溝壁面及びピストンリング上下面両方の摩耗量を
最小限に抑えることができ、これにより長期に亙
りエンジンの正常な作動を確保することができ
る。
以下に添付の図を参照しつつ、本発明の実施例
について詳細に説明する。
まず、互いに当接して相対的に摺動する二つの
部材の組合せであつて、その一方の部材がアルミ
ナ繊維を強化材としアルミニウム合金の如き軽金
属をマトリツクスとする繊維強化金属複合材料に
て構成されており、その他方の部材が鋳鉄にて構
成された部材の組合せに於て、それぞれの部材の
組成や材質が如何なるものであるのが適切である
かについて本願発明者等が行なつた摩耗試験につ
いて説明する。
αアルミナ含有率がそれぞれ0wt%、5wt%、
30wt%、55wt%、65wt%である繊維径3.0μのア
ルミナ繊維(95wt%Al2O3、5wt%iO2)を準備
し、これら5種類のアルミナ繊維をそれぞれ別個
にコロイダルシリカ中に均一に分散させ、これに
より真空成形法により80×80×20mmの繊維成形体
を形成し、これを600℃にて焼成することにより
個々の強化繊維をシリカにて結合させ、かくして
得られた繊維成形体を鋳型のモールドキヤビテイ
内に配置し、モールドキヤビテイ内にアルミニウ
ム合金(JIS規格AC8A)の溶湯し、該溶湯を鋳
型に嵌合するフランジヤにより1000Kg/cm2の圧力
に加圧し、この加圧状態を溶湯が完全に凝固する
まで保持し、かくして得られたカサ密度0.15g/
cm3にて無作為に配向されたアルミナ繊維にて強化
された複合材料を製造し、これにより機械加工に
よつて16×6×10mmなる寸法を有し、その一つの
面(16mm×10mm)を試験面とする5種類のブロツ
ク試験片を作成した。また同時に比較用として、
繊維にて強化されていないアルミニウム合金
(JIS規格AC8A)のみよりなる上記ブロツク試験
片と同一寸法のブロツク試験片を作成した。
これらの試験片を順次摩擦摩耗試験機にセツト
し、相手部材である外径35mm、内径30mm、幅10mm
の球状黒鉛鋳鉄(JIS規格FCD70)製の円筒試験
片の外周面と接触させ、それら試験片の接触部に
高温(150℃)の潤滑油(キヤツスルモータオイ
ル5W―30)を供給しつつ、押圧力60Kg、回転数
160rpmにて円筒試験片を1時間回転させる摩耗
試験を行なつた。尚この摩耗試験に於けるブロツ
ク試験片と円筒試験片との組合せは下記の表1に
示す通りであつた。
The present invention relates to a combination of two members that come into contact with each other and slide relative to each other, and more specifically, the present invention relates to a combination of two members in which one member is made of a composite material and the other member is made of cast iron. It relates to a sliding member formed by combining. Components and members of various machines often require special mechanical properties. For example, in automobile engines, as demands for engine performance become higher, members such as pistons not only have excellent specific strength and rigidity, but also require that their sliding surfaces have excellent wear resistance. It has become a strong requirement to be present. As a means of improving the specific strength and abrasion resistance of such members, attempts have been made to construct them from composite materials in which various inorganic fibers are used as reinforcing materials and light metals such as aluminum alloys are used as a matrix. ing. As one such fiber-reinforced metal composite material, a fiber-reinforced metal composite material in which alumina fibers are used as a reinforcing material and aluminum, magnesium, or an alloy thereof is used as a matrix is already known. Accordingly, it is possible to improve the specific strength, abrasion resistance, etc. of a member made of them. However, in a combination of two members that are in contact with each other and slide relative to each other, if one of the members is made of a fiber-reinforced metal composite material as described above, the material of the other member may As a result, the wear of the other member increases significantly, so that they cannot be used as a combination of sliding members that abut and slide relative to each other. The present inventors have proposed a fiber-reinforced metal composite material, which is a combination of two members that come into contact with each other and slide relative to each other, one of which is made of alumina fibers as a reinforcement and a light metal such as an aluminum alloy as a matrix. In order to minimize the amount of wear on both parts in a combination of parts where the other part is made of cast iron, what is the composition and combination of materials? As a result of conducting various experimental studies on the suitability of these methods, it was found that each of them must have specific characteristics. The present invention is based on the knowledge obtained as a result of the above-mentioned experimental research conducted by the inventor of the present invention, and is based on the findings obtained from the above-mentioned experimental research conducted by the inventor of the present invention. It is a combination of two members that are in contact with each other and slide relatively, the other member being made of cast iron, and the resistance of the sliding surfaces of both members relative to each other is The object is to provide a combination of two parts with improved wear properties. According to the present invention, this object is achieved by providing a sliding member that is a combination of a first member and a second member that are in contact with each other and slide relative to each other, so that at least the first member of the first member The sliding surface for the second member is
It is composed of a composite material consisting of alumina of 80 wt% or more and silica as the balance, with an α-alumina content of 5 to 55 wt%, reinforced with alumina fibers, and an aluminum alloy or magnesium alloy as a matrix. This is achieved by a sliding member characterized in that at least the sliding surface portion of the second member relative to the first member is made of cast iron. According to the present invention, it is a combination of two members that are in contact with each other and slide relative to each other, and the sliding surfaces of both members relative to each other have excellent wear resistance. It is possible to obtain a combination of members in which the amount of wear on each sliding surface of the members can be minimized, and one of the members has excellent specific strength and rigidity. According to one detailed feature of the invention, the alumina fibers preferably have an alpha alumina content (ratio of alpha alumina weight to total alumina weight in the alumina fibers) of 10 to 45 wt%. According to another detailed feature of the invention,
The sliding surface of the second member relative to the first member is preferably treated with a phosphate film,
Moreover, it is preferable that the cast iron forming the sliding surface portion of the second member is spheroidal graphite cast iron. According to another detailed feature of the present invention, the other member is a piston ring, and the one member is an engine piston in which a ring groove portion for receiving the piston ring is made of a fiber-reinforced metal composite material. It's nice and warm. According to such a combination of a piston and a piston ring, the amount of wear on both the piston ring groove wall surface and the piston ring upper and lower surfaces can be minimized, thereby ensuring normal operation of the engine over a long period of time. can. Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. First, it is a combination of two members that come into contact with each other and slide relative to each other, one of which is made of a fiber-reinforced metal composite material with alumina fibers as a reinforcement and a light metal such as an aluminum alloy as a matrix. In a combination of members in which the other member is made of cast iron, the inventors conducted a wear test to determine the appropriate composition and material of each member. I will explain about it. α alumina content is 0wt%, 5wt%, respectively
Prepare 30wt%, 55wt%, and 65wt% alumina fibers (95wt% Al 2 O 3 , 5wt% iO 2 ) with a fiber diameter of 3.0μ, and uniformly spread these five types of alumina fibers separately into colloidal silica. Disperse the fibers, form a fiber molded body of 80 x 80 x 20 mm using a vacuum forming method, and then bake this at 600°C to bond the individual reinforcing fibers with silica. is placed in the mold cavity of the mold, molten aluminum alloy (JIS standard AC8A) is placed in the mold cavity, and the molten metal is pressurized to a pressure of 1000 Kg/cm 2 by a flange that fits into the mold. The state was maintained until the molten metal completely solidified, and the bulk density thus obtained was 0.15 g/
A composite material reinforced with randomly oriented alumina fibers in cm 3 is produced, which has dimensions of 16 x 6 x 10 mm by machining, with one side (16 mm x 10 mm) Five types of block test specimens were prepared using the following as the test surface. At the same time, for comparison,
A block test piece having the same dimensions as the above block test piece was prepared, which was made only of an aluminum alloy (JIS standard AC8A) that was not reinforced with fibers. These test pieces were sequentially set in a friction and wear tester, and the mating parts were 35 mm in outer diameter, 30 mm in inner diameter, and 10 mm in width.
was brought into contact with the outer circumferential surface of a cylindrical test piece made of spheroidal graphite cast iron (JIS standard FCD70), and while supplying high-temperature (150℃) lubricating oil (castle motor oil 5W-30) to the contact area of the test piece. , pressing force 60Kg, rotation speed
A wear test was conducted by rotating the cylindrical specimen for 1 hour at 160 rpm. The combinations of block test pieces and cylindrical test pieces in this wear test were as shown in Table 1 below.
【表】【table】
【表】
上述の摩耗試験の結果を第1図に示す。尚第1
図に於て、上半分はブロツク試験片の摩耗量(摩
耗痕深さμ)を表しており、下半分は相手材であ
る円筒試験片の摩耗量(摩耗減量mg)を表してお
り、記号A〜Kは上掲の表1に於ける試験片の組
合せA〜Kに対応している。
この第1図より、アルミニウム合金のみよりな
るブロツク試験片(G.H及びK)はその摩耗量が
非常に大きいのに対し、強化繊維にて強化された
アルミニウム合金よりなるブロツク試験片(A〜
F.I及びJ)は、何れもアルミニウム合金のみよ
りなるブロツク試験片(G.H及びK)に比べその
摩耗量が非常に小さく、特にリン酸塩皮膜処理さ
れた円筒試験片に対するブロツク試験片(A〜
E)は硬質クロムめつきされた円筒試験片に対す
るブロツク試験片(F)よりもその摩耗量が小さ
いことが解る。また相手材としての円筒試験片の
摩耗については、組合せA,E,Fの円筒試験片
の摩耗量は、組合せG,H及びKの場合よりも大
きいのに対し、本発明に係る組合せB,C,Dの
円筒試験片の摩耗量は組合せG及びHの場合と同
等若しくはそれよりも極く僅かに大きい程度に抑
えられていることが解る。
また、80wt%以上のアルミナと残部としての
シリカとよりなる種々のαアルミナ組成のアルミ
ナ繊維を強化材とし、マグネシウム合金
(ASTM規格EZ33A)をマトリツクスとする複合
材料にてブロツク試験片を作成し、またねずみ鋳
鉄(JIS規格FC25)にて円筒試験片(リン酸塩皮
膜処理したものとしないものの両方)を作成し、
上述の摩耗試験と同様の要領により摩耗試験を行
なつたところ、第1図に示す結果と実質的に同様
の傾向(但しこの場合の円筒試験片の摩耗量は球
状黒鉛鋳鉄の場合よりも僅かに大きい)を示す試
験結果を得た。
表2は上記のマグネシウム合金をマトリツクス
とする試験に於ける試験片の組合せを先のアルミ
ニウム合金をマトリツクスとする試験片について
の表1と同様の要領により示す表である。
この表に於て、1〜5はそれぞれ下記の如きα
アルミナ含有率を有するものである。
1αアルミナ含有率65wt%
2αアルミナ含有率55wt%
3αアルミナ含有率30wt%
4αアルミナ含有率5wt%
5αアルミナ含有率0wt%
摩耗試験の結果を第6図に示す。第6図に於て
も、上半分はブロツク試験片の摩耗量(摩耗痕深
さμ)を表わしており、下半分は相手材である円
筒試験片の摩耗量(摩耗減量mg)を表わしてお
り、記号A〜Kはそれぞれ表2に於ける試験片の
組合せA〜Kに対応している。[Table] Figure 1 shows the results of the above wear test. Furthermore, the first
In the figure, the upper half represents the wear amount (wear scar depth μ) of the block test piece, and the lower half represents the wear amount (wear loss mg) of the mating cylindrical test piece. A to K correspond to test piece combinations A to K in Table 1 above. From FIG. 1, it can be seen that the block test pieces made only of aluminum alloy (GH and K) had a very large amount of wear, whereas the block test pieces made of aluminum alloy reinforced with reinforcing fibers (A~
Both FI and J) have a much smaller amount of wear compared to the block test pieces (GH and K) made only of aluminum alloy, especially the block test pieces (A~
It can be seen that the wear amount of E) is smaller than that of the block test piece (F), which is a cylindrical test piece plated with hard chrome. Regarding the wear of the cylindrical test piece as a mating material, the wear amount of the cylindrical test piece of combinations A, E, and F is larger than that of combinations G, H, and K, whereas the wear amount of the cylindrical test piece of combinations B and It can be seen that the wear amount of the cylindrical test pieces of C and D was suppressed to the same level as that of combinations G and H, or only slightly larger than that of combinations G and H. In addition, block test pieces were prepared using composite materials with alumina fibers of various α-alumina compositions consisting of 80 wt% or more of alumina and the balance of silica as reinforcement materials and magnesium alloy (ASTM standard EZ33A) as a matrix. In addition, cylindrical test pieces (both with and without phosphate film treatment) were made from gray cast iron (JIS standard FC25).
When a wear test was conducted in the same manner as the wear test described above, the results showed substantially the same tendency as shown in Figure 1 (however, the amount of wear on the cylindrical test piece in this case was slightly smaller than that on the spheroidal graphite cast iron). The test results showed that Table 2 is a table showing the combinations of test pieces in the test using the above magnesium alloy as a matrix in the same way as Table 1 for the test pieces using the aluminum alloy as the matrix. In this table, 1 to 5 are α as shown below.
It has alumina content. 1α alumina content 65wt% 2α alumina content 55wt% 3α alumina content 30wt% 4α alumina content 5wt% 5α alumina content 0wt% The results of the wear test are shown in Figure 6. In Figure 6, the upper half represents the wear amount (wear scar depth μ) of the block test piece, and the lower half represents the wear amount (wear loss mg) of the cylindrical test piece, which is the mating material. The symbols A to K correspond to the test piece combinations A to K in Table 2, respectively.
【表】【table】
【表】
第6図より、マトリツクス金属がマグネシウム
合金である場合にも、ブロツク試験片の摩耗量及
び円筒試験片の摩耗量はそれぞれ先のアルミニウ
ム合金をマトリツクスとする摩耗試験の場合の摩
耗量より全体として幾分増大はしているが、強化
繊維中のαアルミナ含有率に対する摩耗量の変化
の特性は、アルミニウム合金をマトリツクスとす
る先の摩耗試験に於て得られた特性と一致するこ
とが理解されよう。
これらの摩耗試験の結果より、互いに当接して
相対的に摺動する二つの部材の組合せであつて、
その一方の部材がアルミナ繊維を強化としアルミ
ニウム合金又はマグネシウム合金をマトリツクス
とする複合材料にて構成されており、その他方の
部材が鋳鉄にて構成されている如き二つの部材の
組合せに於ては、前記一方の部材を構成する複合
材料は80wt%以上のアルミナと残部としてのシ
リカとよりなり、αアルミナ含有率が5〜55wt
%であるアルミナ繊維を強化材とし、アルミニウ
ム合金又はマグネシウム合金をマトリツクスとす
る複合材料であり、前記他方の部材を構成する鋳
鉄はリン酸皮膜処理された鋳鉄、特にリン酸皮膜
処理された球状黒鉛鋳鉄であることが好ましいこ
とが解る。
尚、アルミニウム合金及びマグネシウム合金を
マトリツクス金属とする上記二つの摩耗試験に於
ては、複合材料中に於けるアルミナ繊維のカサ密
度は0.15g/cm3とされているが、上記の摩耗試験
によつて得られたアルミナ繊維中のαアルミナ含
有率がブロツク試験片の摩耗量と円筒試験片の摩
耗量の変化に及ぼす影響は、複合材料中のアルミ
ナ繊維のカサ密度の変化によつては実質的な影響
は受けないものである。
アルミナ繊維にて強化された複合材料が相手材
と摺り合わされる時には、アルミナ繊維の硬度は
マトリツクスを構成するアルミニウム合金又はマ
グネシウム合金の硬度より高いので、複合材料の
摩耗が進行するにつれてその表面はマトリツクス
の層よりアルミナ繊維が幾分突き出た状態とな
る。そして更に複合材料の摩耗が進行すると、マ
トリツクスの層よりアルミナ繊維が突き出る高さ
は更に増大するが、その高さが或る高さに達する
と、アルミナ繊維は相手材との摺り合わせに際し
てそれに作用する曲げモーメントに耐え切れなく
なつて折損し、アルミナ繊維がマトリツクス層よ
り突き出る高さは再び低減される。かかる現象の
繰返しによつて摺り合わせによる複合材料と相手
材の摩耗が進行するが、かかるアルミナ繊維の新
たな露出と折損の繰返しを伴う摩耗のメカニズム
そのものは、強化繊維カサ密度が上記の実施例に
於ける如く0.15g/cm3(体積率にして約4.5%)程
度ないし高々1g/cm3(体積率にして約27%)程
度の範囲にある時には、強化繊維カサ密度によつ
て殆ど影響されない。このことは本件出願と同日
に本件出願の出願人と同一の出願人によつて出願
された特願昭56−191923号に於て試験結果によつ
て実証されている。従つてアルミナ繊維にてアル
ミニウム合金又はマグネシウム合金を強化して複
合材料を製造する場合に一般に実施される体積率
にして数パーセントないし十数パーセントの繊維
混合率の範囲に於ては、アルミナ繊維中のαアル
ミナ含有率に関する好ましい範囲の条件は繊維含
有率には影響されないものである。
次にエンジン用ピストンとピストンリングとの
組合せに対し適用された本発明による部材の組合
せお具体的実施例について説明する。
第2図は上述の実施例を示す解図的縦断面図、
第3図はその要部を示す解図的拡大部分縦断面
図、第4図はピストンリングを拡大して示す解図
的部分縦断面図である。これらの図に於て、1は
ピストンであり、アルミニウム合金(JIS規格
AC8A)にて構成されている。ピストン1の側部
外周面2には、燃焼ガスがピストン1とシリンダ
ブロツク3のシリンダ壁画との間を経てエンジン
の燃焼室より漏洩するのを防止するコンプレツシ
ヨンリング4及び5を受入れる二つのリング溝6
及び7と、余分のオイルを掻落すオイルリング8
を受入れるリング溝9とが形成されている。図示
の実施例に於ては、ピストン1の側部外周面2に
沿うピストンヘツド10よりトツプリング溝6の
下面11の下方までの部分は、繊維径3.0μ、α
アルミナ含有率30wt%のアルミナ繊維(95wt%
Al2O3、5wt%SiO2)をカサ密度0.15g/cm3にて無
作為に配向してなる繊維成形体を強化材とし、ピ
ストン1の他の部分を構成するアルミニウム合金
(JIS規格AC8A)をマトリツクスとする複合材料
12にて構成されている。この複合材料12はト
ツプリング4を受入れるトツプリング溝6の壁面
を郭定しており、またピストンの側部外周面2に
露出する部分にてトツプランド13及びセカンド
ランド14の一部を郭定している。
尚、かかるピストンはそれを鋳造するための鋳
型のモールドキヤビテイ底壁上に繊維成形体を載
置し、その鋳型内に溶融アルミニウム合金を注湯
し、その鋳型に液密的に嵌合するプランジヤによ
りアルミニウム合金を加圧しつつ凝固させてピス
トン予成形体とし、それを熱処理(T6処理)し
た後所定の寸法に加工し、更にリング溝6,7,
9を形成することによつて製造されてよい。
上述の如きピストン1と互いに当接して相対的
に摺動するトツプリング4は、球状黒鉛鋳鉄
(JIS規格FCD70)にて構成されており、表面処
理としてリユーブラト処理されたものである。特
に図示の実施例は7゜のキーストンリングとして
構成されており、そのシリンダブロツク3のシリ
ンダ壁面との摺動面部にモリブデン溶射層15が
形成されたものである。
上述の如く構成されたピストンと、ピストンリ
ング(上掲の表1の組合せCに対応)、及び上掲
の表1の組合せA,E〜Hにて構成されたピスト
ンとピストンリングを4気筒4サイクルデイーゼ
ルエンジンに組込み、下記の表3に示す試験条件
にて実機による摩耗試験を行なつた。
表3:試験条件
使用エンジン: 4気筒4サイクル
デイーゼルエンジン
シリンダボア径: 90mm
ストローク: 86mm
圧縮比: 21.5
排気量: 2188c.c.
シリンダ材質: ねずみ鋳鉄
(JIS規格FC25)
使用燃料: 軽油
エンジン回転数: 5200rpm
エンジン負荷: フルロード
試験時間: 500時間
この実機による摩耗試験の結果を第5図に示
す。尚第5図に於て、上半分及び下半分はそれぞ
れトツプリング溝下面11及びトツプリング下面
17の摩耗量(摩耗痕深さμ)を表わしており、
記号A,C,E,F.G,Hはそれぞれ上掲の表1
に於ける組合せA.C,E,F,G,Hに対応して
いる。
この第5図より、組合せA,C,E,Fの場合
は組合せHの場合に比較してピストンのトツプリ
ング溝下面11、トツプリング下面17とも摩耗
量が小さく、特に本発明の組合せCの場合はリン
グ溝下面及びピストンリング下面の摩耗量は何れ
の組合せの場合よりも小さいことが解る。更に本
発明の組合せCの場合に於けるオイル消費量及び
ブローバイガス量は他の何れの組合せの場合より
も低位に安定していた。
以上に於ては本発明をピストンとピストンリン
グとの組合せに対し適用された一つの実施例につ
いて詳細に説明したが、本発明はかかる実施例に
限定されるものではなく、互いに当接して相対的
に摺動する他の部材の組合せにも適用可能である
ことが理解されよう。[Table] From Figure 6, even when the matrix metal is a magnesium alloy, the wear amount of the block test piece and the wear amount of the cylindrical test piece are both greater than the wear amount in the previous wear test using aluminum alloy as the matrix. Although there is a slight increase overall, the characteristics of the change in wear amount with respect to the α-alumina content in the reinforcing fibers are consistent with the characteristics obtained in the previous wear test using an aluminum alloy as a matrix. be understood. From the results of these wear tests, it was found that the combination of two members that come into contact with each other and slide relative to each other,
In a combination of two members, one member is made of a composite material reinforced with alumina fibers and has an aluminum alloy or magnesium alloy matrix, and the other member is made of cast iron. , the composite material constituting the one member is composed of 80wt% or more alumina and the balance silica, and the alpha alumina content is 5 to 55wt%.
% alumina fiber as a reinforcing material and an aluminum alloy or a magnesium alloy as a matrix, and the cast iron constituting the other member is phosphoric acid coated cast iron, especially phosphoric acid coated spheroidal graphite. It turns out that cast iron is preferred. In addition, in the above two wear tests using aluminum alloy and magnesium alloy as matrix metals, the bulk density of alumina fiber in the composite material is assumed to be 0.15 g/ cm3 ; The influence of the α-alumina content in the alumina fibers thus obtained on the changes in the wear amount of the block test piece and the wear amount of the cylindrical test piece is not substantial depending on the change in the bulk density of the alumina fibers in the composite material. It is not affected by this. When a composite material reinforced with alumina fibers is rubbed together with a mating material, the hardness of the alumina fibers is higher than the hardness of the aluminum alloy or magnesium alloy that constitutes the matrix, so as the composite material wears out, the surface of the matrix becomes The alumina fibers will be somewhat protruding from the layer. As the composite material wears further, the height at which the alumina fibers protrude from the matrix layer further increases, but when that height reaches a certain point, the alumina fibers begin to act on the mating material when sliding together. The alumina fibers cannot withstand the bending moment and break, and the height at which the alumina fibers protrude from the matrix layer is reduced again. By repeating this phenomenon, the wear of the composite material and the mating material due to rubbing progresses, but the mechanism of wear that involves the repeated exposure and breakage of the alumina fibers is that the bulk density of the reinforcing fibers is the same as in the above example. When it is in the range of about 0.15g/cm 3 (approximately 4.5% in terms of volume ratio) to at most 1g/cm 3 (approximately 27% in terms of volume ratio), it is mostly influenced by the reinforcing fiber bulk density. Not done. This fact is demonstrated by the test results in Japanese Patent Application No. 191923/1983, which was filed on the same day as the present application by the same applicant as the present application. Therefore, when manufacturing composite materials by reinforcing aluminum alloys or magnesium alloys with alumina fibers, within the range of fiber mixing ratios of several percent to more than ten percent by volume, The preferred range of conditions for the alpha alumina content of is independent of fiber content. Next, a specific example of a combination of members according to the present invention applied to a combination of an engine piston and a piston ring will be described. FIG. 2 is an illustrative longitudinal sectional view showing the above-mentioned embodiment;
FIG. 3 is an illustrative enlarged partial longitudinal sectional view showing the main parts thereof, and FIG. 4 is an illustrative partial longitudinal sectional view showing an enlarged piston ring. In these figures, 1 is the piston, which is made of aluminum alloy (JIS standard)
AC8A). The side outer circumferential surface 2 of the piston 1 has two compression rings 4 and 5 that receive compression rings 4 and 5 that prevent combustion gases from leaking out of the combustion chamber of the engine through the space between the piston 1 and the cylinder wall of the cylinder block 3. ring groove 6
and 7, and an oil ring 8 for scraping off excess oil.
A ring groove 9 is formed to receive the ring groove. In the illustrated embodiment, the portion from the piston head 10 along the side outer circumferential surface 2 of the piston 1 to below the lower surface 11 of the top ring groove 6 has a fiber diameter of 3.0μ, α
Alumina fiber with alumina content of 30wt% (95wt%)
Al 2 O 3 , 5wt% SiO 2 ) randomly oriented with a bulk density of 0.15 g/cm 3 is used as a reinforcing material, and an aluminum alloy (JIS standard AC8A ) is made of a composite material 12 having a matrix. This composite material 12 defines the wall surface of the top ring groove 6 that receives the top ring 4, and also defines a part of the top land 13 and second land 14 in the portion exposed to the side outer peripheral surface 2 of the piston. ing. In addition, such a piston is made by placing a fiber molded body on the bottom wall of a mold cavity of a mold for casting the piston, pouring molten aluminum alloy into the mold, and fitting the piston into the mold in a fluid-tight manner. The aluminum alloy is solidified while being pressurized by a plunger to form a piston preform, which is heat treated (T6 treatment) and then machined to a predetermined size.
9. The top ring 4, which contacts and slides relative to the piston 1 as described above, is made of spheroidal graphite cast iron (JIS standard FCD70) and has been subjected to Reublat treatment as a surface treatment. In particular, the illustrated embodiment is configured as a 7° keystone ring, and a molybdenum sprayed layer 15 is formed on the sliding surface of the cylinder block 3 with the cylinder wall surface. The piston and piston ring configured as described above (corresponding to combination C in Table 1 above), and the piston and piston ring configured in combinations A, E to H in Table 1 above, are used in a 4 cylinder 4 cylinder. It was installed in a cycle diesel engine, and an actual wear test was conducted under the test conditions shown in Table 3 below. Table 3: Test conditions Engine used: 4-cylinder 4-cycle diesel engine Cylinder bore diameter: 90mm Stroke: 86mm Compression ratio: 21.5 Displacement: 2188c.c. Cylinder material: Gray cast iron (JIS standard FC25) Fuel used: Light oil Engine speed: 5200 rpm Engine load: Full load test time: 500 hours Figure 5 shows the results of the wear test using this actual machine. In Fig. 5, the upper half and the lower half represent the wear amount (wear scar depth μ) of the top ring groove lower surface 11 and the top ring lower surface 17, respectively.
Symbols A, C, E, FG, and H are shown in Table 1 above, respectively.
It corresponds to the combinations AC, E, F, G, and H in . From FIG. 5, in the case of combinations A, C, E, and F, the amount of wear is smaller on the lower surface 11 of the top ring groove of the piston and the lower surface 17 of the top ring than in the case of combination H, and especially in combination C of the present invention, the amount of wear is smaller. It can be seen that in this case, the amount of wear on the lower surface of the ring groove and the lower surface of the piston ring is smaller than in any combination. Furthermore, the oil consumption and blow-by gas amount in the case of combination C of the present invention were stable and lower than in any other combination. Although the present invention has been described above in detail with respect to one embodiment applied to a combination of a piston and a piston ring, the present invention is not limited to such an embodiment. It will be appreciated that other combinations of sliding members are also applicable.
第1図は本願発明者等が行なつた摩耗試験の結
果を示すグラフ、第2図はピストンとピストンリ
ングとの組合せに対し適用された本発明による部
材の組合せの一つの実施例を示す解図的縦断面
図、第3図は第2図に示された実施例の要部を示
す解図的拡大部分縦断面図、第4図はピストンリ
ング(トツプリング)を拡大して示す解図的拡大
部分縦断面図、第5図は実機による摩耗試験の結
果を示すグラフ、第6図はマトリツクスがマグネ
シウム合金の場合についての第1図と同様のグラ
フである。
1…ピストン、2…側部外周面、3…シリンダ
ライナ、4…トツプリング、5…セカンドリン
グ、6…トツプリング溝、7…セカンドリング
溝、8…オイルリング、9…リング溝、10…ピ
ストンヘツド、11…トツプリング溝の下面、1
2…複合材料、13…トツプランド、14…セカ
ンドランド、15…モリブデン溶射層、16…ト
ツプリング溝の上面、17…トツプリングの下
面。
Fig. 1 is a graph showing the results of a wear test conducted by the inventors of the present application, and Fig. 2 is an illustration showing an example of a combination of members according to the present invention applied to a combination of a piston and a piston ring. Fig. 3 is a schematic enlarged partial longitudinal sectional view showing the main parts of the embodiment shown in Fig. 2; Fig. 4 is an enlarged diagram showing the piston ring (top ring). FIG. 5 is a graph showing the results of a wear test using an actual machine, and FIG. 6 is a graph similar to FIG. 1 in the case where the matrix is a magnesium alloy. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Piston, 2...Side outer peripheral surface, 3...Cylinder liner, 4...Top ring, 5...Second ring, 6...Top ring groove, 7...Second ring groove, 8...Oil ring, 9...Ring groove, 10... Piston head, 11... Bottom surface of top ring groove, 1
2... Composite material, 13... Top land, 14... Second land, 15... Molybdenum sprayed layer, 16... Top surface of top ring groove, 17... Bottom surface of top ring.
Claims (1)
第二の部材とを組合せてなる摺動用部材にして、
前記第一の部材の少なくとも前記第二の部材に対
する摺動面部は80wt%以上のアルミナと残部と
してのシリカとよりなりαアルミナ含有率が5〜
55wt%であるアルミナ繊維を強化材としアルミ
ニウム合金又はマグネシウム合金をマトリツクス
とする複合材料にて構成しており、前記第二の部
材の少なくとも前記第一の部材に対する摺動面部
は鋳鉄にて構成されていることを特徴とする摺動
用部材。 2 特許請求の範囲第1項の摺動用部材にして、
前記アルミナ繊維のαアルミナ含有率は10〜
45wt%であることを特徴とする摺動用部材。 3 特許請求の範囲第1項又は第2項の摺動用部
材にして、前記第二の部材の前記第一の部材に対
する摺動面部はリン酸塩皮膜処理されていること
を特徴とする摺動用部材。 4 特許請求の範囲第1項〜第3項の何れかの摺
動用部材にして、前記第一の部材はエンジン用ピ
ストンであり、前記第二の部材はピストンリング
であることを特徴とする摺動用部材。[Claims] 1. A sliding member formed by combining a first member and a second member that abut each other and slide relatively,
The sliding surface of the first member relative to at least the second member is composed of 80 wt% or more of alumina and the balance of silica, and has an α-alumina content of 5 to 5%.
It is made of a composite material having 55wt% alumina fiber as a reinforcement material and an aluminum alloy or a magnesium alloy as a matrix, and at least the sliding surface portion of the second member relative to the first member is made of cast iron. A sliding member characterized by: 2. The sliding member according to claim 1,
The alpha alumina content of the alumina fiber is 10~
A sliding member characterized by having a content of 45wt%. 3. The sliding member according to claim 1 or 2, wherein the sliding surface of the second member relative to the first member is treated with a phosphate coating. Element. 4. The sliding member according to any one of claims 1 to 3, wherein the first member is an engine piston and the second member is a piston ring. Moving parts.
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| JP19192281A JPS5893840A (en) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | Combination of member |
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|---|---|---|---|
| JP19192281A JPS5893840A (en) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | Combination of member |
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| JPS5893840A JPS5893840A (en) | 1983-06-03 |
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Family
ID=16282669
Family Applications (1)
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-
1981
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Also Published As
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| JPS5893840A (en) | 1983-06-03 |
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