JPS6154862B2 - - Google Patents
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- JPS6154862B2 JPS6154862B2 JP12025783A JP12025783A JPS6154862B2 JP S6154862 B2 JPS6154862 B2 JP S6154862B2 JP 12025783 A JP12025783 A JP 12025783A JP 12025783 A JP12025783 A JP 12025783A JP S6154862 B2 JPS6154862 B2 JP S6154862B2
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- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
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Description
本発明はオイルリング用サイドレールに関する
ものであり、特に内燃機関に適用するのに最適な
オイルリング用サイドレールに関するものであ
る。
近年、内燃機関は益々その高性能化が要求され
高出力、高速化の一途をたどり、加えて排ガス対
策をも備えなければならず、内燃機関の馬力低下
の燃費増という問題に対する対策の必要性が増大
してきている。これらの問題に関して、内燃機関
の燃焼室の気密とピストンリングとシリンダー壁
との潤滑性を保持する圧力リングおよびオイルリ
ングは内燃機関の性能に大きな影響を与えるもの
であり、とりわけその対策が必要となつて来てい
る。
内燃機関のオイルリングは従来の鋳鉄製単体の
ものから、サイドレールとスペーサーエキスパン
ダーとにより構成される組み合わせリングが現在
では主流となつている。このオイルリングは摺動
するピストンリングとシリンダー壁との潤滑油量
を適度に調整して余分な潤滑油を燃焼室に送り込
まないようにかき落とす働きをし、内燃機関の高
性能化と共に排ガス対策上でも重要な役割を果た
している。
従来オイルリング用のサイドレールには炭素鋼
が用いられていたが高温での強度が小さいため薄
幅化に制約をうける。また耐熱ヘタリ性、耐摩耗
性が不足するため、潤滑油のシーリング性が劣
り、排ガス対策上理想的なオイルコントロールが
できないという問題があつた。
本発明はこれらの問題に鑑みてなされたもので
あり、従来のオイルリング材よりも高温度での強
度、耐熱ヘタリ性および耐摩耗性に優れており、
サイドレールの薄幅化が可能となり良好なシーリ
ング性を維持しながら内燃機関の高出力、高速化
と合わせて排ガス対策を達成できるオイルリング
用サイドレールを提供することを目的とする。
すなわち本発明は合金組成として重量%で
C0.6〜0.7%、Si0.15〜0.4%、Mn0.6〜0.8%、
Cr12〜14%を含み、残部Feおよび不純物よりな
るマルテンサイト系ステンレス鋼を用い、熱処理
状態でCr炭化物を面積%で5〜13%析出分布さ
せ、少なくともシリンダー壁と摺動する摺動面に
はCrメツキ、窒化等の表面処理層を有する高温
度での強度が高く、耐熱ヘタリ性、耐摩耗性が良
好なオイルリング用サイドレールである。
以下本発明に係るオイルリングについて述べ
る。
ピストンリングを組み込んだ内燃機関の一部断
面図を第1図に、組み合わせオイルリングの斜視
図を第2図に示す。1はシリンダー、2はピスト
ン、3,4は圧力リング、5はオイルリング、
6,7はサイドレール、8はスペーサーエキスパ
ンダーである。第3図にサイドレールの斜視図
を、また第4図にサイドレールの部分断面図を示
す。9は合口すきま、10は外周面、11は外周
面の表面処理層である。
本発明のオイルリング用サイドレール6,7は
後述する成分を有する合金組成のマルテンサイト
系ステンレス鋼であり、サイドレールの表面のう
ち少なくともシリンダー壁と摺動するサイドレー
ルの摺動面である外周面10に表面処理層11を
有するものである。
以下本発明オイルリング用サイドレール材の組
成限定理由を述べる。
Cは高強度と耐摩耗性を付与するものである
が、その目的のためには少なくとも0.6%以上が
必要である。しかしC含有量が多いと曲げ加工性
が悪くなり、リング成形が困難となるので0.7%
を上限とした。
Siは熱ヘタリ性、耐摩耗性を増大させる効果が
あり少なくとも0.15%以上は必要である。しかし
過剰になるとメツキ性を害し、また常温における
加工性を悪くするので0.4%を上限とする。
Mnは脱酸剤として含有させると同時に硫化物
の形態を変える働きがあるので、サイドレール材
として適正な硫化物形態とするためには0.6%以
上が必要である。しかしSi同様過剰になるとメツ
キ性を害するので上限を0.8%とする。
CrはCと結合して炭化物を形成し、耐熱ヘタ
リ性、耐食性を高めると同時に耐焼付性を高め
る。またサイドレールの表面処理層とに窒化処理
を施す場合、CrはNと結合して窒化物となり表
層部に硬化層を形成し、耐摩耗性を向上させるの
に非常に有効であるが多過ぎると熱処理カタサが
低下し、また成形性を劣化させるのでC含有量と
の関係で12〜14%に限定する。
なお本発明では前述した所定量のC,Crを含
有させ1000〜1100℃に加熱後、急冷焼入れし550
〜650℃で焼戻ししてCr炭化物を面積%で5〜13
%析出させた組成とすると同時に耐摩耗性および
耐焼付性を必要とするサイドレールの部分、すな
わちシリンダー壁と摺動するサイドレールの摺動
面には少なくとも硬質でかつ耐焼付性の良好な表
面処理層11を設けるものである。しかして表面
処理としては硬質Crメツキ、特殊合金の溶射お
よび窒化のほか各種表面処理を適宜適用すること
ができる。
特に表面処理層を窒化層とした場合、シリンダ
ー壁と摺動するサイドレールの摺動面はカタサが
Hv800以上と高くかつ摩擦係数が小さく耐摩耗
性、耐焼付性、耐食性に優れているので、サイド
レールの摺動面としては良好な気密性を発揮す
る。さらに前述した如くサイドレール自体がもつ
優れた耐熱ヘタリ性、高温引張強さ等の特性と相
俟つて作用するため、本発明のサイドレールはサ
イドレールとして優れた機能を発揮するものであ
る。またサイドレール外周面のうち少なくともシ
リンダー壁と摺動する摺動面は表面処理層を有し
ていることが必要であり、従つて外周面と同時に
サイドレールの上下面に表面処理層を設けてもよ
いことは勿論である。
次に本発明の効果を実施例により説明する。
第1表に本発明サイドレールと従来製サイドレ
ールの化学組成を示す。また第2表に本発明およ
び従来製サイドレールの熱処理後の特性比較結果
を示す。
耐熱ヘタリ性は5φ×150丸棒を常温で曲率
半径25Rに曲げるに必要な荷重と25R曲げた状態
で300℃×1H加熱後、自然に戻し再び同曲率半径
に曲げるに要する荷重の減少率を示すものであ
り、減少率の少ない方が耐熱ヘタリ性は良好であ
ることを示す。
耐摩耗性は大越式迅速摩耗試験機(相手材:
SCM21の焼なまし材、摩擦距離:400m、最終荷
重:6.8Kg、摩擦速度:1.34m/sec)での比摩耗
量を示す。(比摩耗量は単位接触面積、単位摩擦
距離当りの摩耗体積を表わす)
The present invention relates to a side rail for an oil ring, and particularly to a side rail for an oil ring that is most suitable for application to an internal combustion engine. In recent years, internal combustion engines are increasingly required to have higher performance, higher output, and faster speeds.In addition, they must also be equipped with exhaust gas countermeasures, and there is a need for countermeasures to the problem of increased fuel consumption due to decreased horsepower of internal combustion engines. is increasing. Regarding these problems, the pressure ring and oil ring that maintain the airtightness of the combustion chamber of the internal combustion engine and the lubricity between the piston ring and the cylinder wall have a large impact on the performance of the internal combustion engine, and measures are especially necessary. I'm getting used to it. Oil rings for internal combustion engines have changed from conventional single cast iron rings to combination rings composed of side rails and spacer expanders. This oil ring adjusts the amount of lubricating oil between the sliding piston ring and the cylinder wall, and scrapes off excess lubricating oil so that it does not enter the combustion chamber.This oil ring improves the performance of internal combustion engines and reduces exhaust gas. It also plays an important role. Conventionally, carbon steel has been used for side rails for oil rings, but its low strength at high temperatures limits the ability to make it thinner. Furthermore, due to the lack of heat resistance and abrasion resistance, the sealing properties of the lubricating oil were poor, and there was a problem in that ideal oil control was not possible in terms of exhaust gas countermeasures. The present invention was made in view of these problems, and has superior strength at high temperatures, heat settability resistance, and wear resistance than conventional oil ring materials.
An object of the present invention is to provide a side rail for an oil ring that allows the side rail to be made thinner, maintains good sealing properties, and achieves exhaust gas countermeasures in addition to high output and high speed of an internal combustion engine. In other words, the present invention has an alloy composition in weight%.
C0.6~0.7%, Si0.15~0.4%, Mn0.6~0.8%,
Using martensitic stainless steel containing 12 to 14% Cr, with the balance consisting of Fe and impurities, Cr carbide is precipitated and distributed in area% of 5 to 13% in the heat treatment state, and at least on the sliding surface that slides on the cylinder wall. This is a side rail for oil rings that has a surface treatment layer such as Cr plating or nitriding, and has high strength at high temperatures, as well as good heat resistance and wear resistance. The oil ring according to the present invention will be described below. FIG. 1 is a partial sectional view of an internal combustion engine incorporating a piston ring, and FIG. 2 is a perspective view of a combined oil ring. 1 is a cylinder, 2 is a piston, 3 and 4 are pressure rings, 5 is an oil ring,
6 and 7 are side rails, and 8 is a spacer expander. FIG. 3 shows a perspective view of the side rail, and FIG. 4 shows a partial sectional view of the side rail. 9 is an abutment gap, 10 is an outer circumferential surface, and 11 is a surface treatment layer on the outer circumferential surface. The side rails 6 and 7 for oil rings of the present invention are made of martensitic stainless steel with an alloy composition having the components described below, and at least the outer periphery of the surface of the side rail, which is the sliding surface of the side rail that slides on the cylinder wall. It has a surface treatment layer 11 on the surface 10. The reasons for limiting the composition of the side rail material for oil rings of the present invention will be described below. C imparts high strength and wear resistance, and for this purpose it is necessary to contain at least 0.6%. However, if the C content is high, bending workability will be poor and ring forming will be difficult, so 0.7%
was set as the upper limit. Si has the effect of increasing thermal settability and wear resistance, and must be at least 0.15%. However, if it is in excess, it impairs the plating properties and the workability at room temperature, so the upper limit is set at 0.4%. Mn is contained as a deoxidizing agent and at the same time has the function of changing the form of sulfide, so 0.6% or more is required in order to obtain an appropriate form of sulfide as a side rail material. However, like Si, excessive content impairs plating properties, so the upper limit is set at 0.8%. Cr combines with C to form carbide, which increases heat resistance, corrosion resistance, and seizure resistance. In addition, when nitriding the side rail surface treatment layer, Cr combines with N to form nitrides and forms a hardened layer on the surface layer, which is very effective in improving wear resistance, but there is too much This decreases heat treatment stiffness and deteriorates moldability, so it is limited to 12 to 14% in relation to the C content. In the present invention, the above-mentioned predetermined amounts of C and Cr are added, heated to 1000 to 1100°C, and then rapidly quenched to 550°C.
Tempering at ~650℃ to form Cr carbide in area% of 5~13
% precipitated composition, and at the same time, the parts of the side rail that require wear resistance and seizure resistance, that is, the sliding surface of the side rail that slides on the cylinder wall, must have at least a hard surface with good seizure resistance. A processing layer 11 is provided. As the surface treatment, various surface treatments other than hard Cr plating, special alloy thermal spraying, and nitriding can be appropriately applied. In particular, when the surface treatment layer is a nitride layer, the sliding surface of the side rail that slides on the cylinder wall will be rough.
It has a high Hv of 800 or more, a low coefficient of friction, and excellent wear resistance, seizure resistance, and corrosion resistance, so it exhibits good airtightness as a sliding surface for side rails. Furthermore, as described above, the side rail of the present invention exhibits excellent functions as a side rail because it works in conjunction with the properties of the side rail itself, such as excellent heat settability resistance and high temperature tensile strength. Furthermore, it is necessary that at least the sliding surface of the side rail outer circumferential surface that slides on the cylinder wall has a surface treatment layer.Therefore, it is necessary to provide a surface treatment layer on the upper and lower surfaces of the side rail at the same time as the outer circumferential surface. Of course, this is a good thing. Next, the effects of the present invention will be explained using examples. Table 1 shows the chemical compositions of the side rail of the present invention and the conventional side rail. Further, Table 2 shows the comparison results of the characteristics of the present invention and the conventional side rail after heat treatment. Heat resistance is the load required to bend a 5φ x 150 round bar to a radius of curvature of 25R at room temperature, and the rate of decrease in the load required to bend a 5φ x 150 round bar to the same radius of curvature after heating it at 300°C x 1H in a 25R bent state, returning it to its natural state and bending it again to the same radius of curvature. The lower the rate of decrease, the better the resistance to heat set. Abrasion resistance was measured using an Okoshi type rapid abrasion tester (matching material:
The specific wear amount is shown for annealed SCM21 material, friction distance: 400m, final load: 6.8Kg, friction speed: 1.34m/sec). (Specific wear amount represents the wear volume per unit contact area and unit friction distance)
【表】【table】
エンジン:ガソリン機関
型 式:水冷4サイクル
内径×行程:85mmφ×1770mm
最高出力:105PS/5400r.p.m
最高トルク:16.5g−m/3600r.p.m
〔運転条件〕
Full/5700r.p.m
200時間連続運転
〔燃 料〕
有鉛ガソリン(3.2gr/usgal)
この結果は第5図に示す如くであり、サイドレ
ール内周面のスペーサーエキスパンダとの接触個
所の摩耗及びサイドレール上下面の摩耗は従来の
サイドレールに比し極めて優れた耐摩耗性を発揮
することが確認された。
また、スペーサーエキスパンダの突起部分の摩
耗も本発明のサイドレールと組み合わせたスペー
サーエキスパンダの方が従来のサイドレールと組
み合わせたスペーサーエキスパンダに比し、半分
以下の摩耗量を示し相手材に対しても好ましい性
能を発揮することも合わせて確認された。
以上述べた如く本発明のサイドレールは耐熱ヘ
タリ性および上下面の耐摩耗性に優れ、サイドレ
ールとしての気密性、耐焼付性、耐折損性等に優
れると同時にサイドレールの軸方向の巾寸法を小
さくでき、シリンダー壁での接触面積を少なくし
摩擦損失を軽減でき内燃機関の効率向上と共に排
ガス対策効果をも可能とするものである。
Engine: Gasoline engine Model: Water-cooled 4-cycle Inner diameter x Stroke: 85mmφ x 1770mm Maximum output: 105PS/5400r.pm Maximum torque: 16.5g-m/3600r.pm [Operating conditions] Full/5700r.pm 200 hours continuous operation [ Fuel] Leaded gasoline (3.2gr/usgal) The results are shown in Figure 5, and the wear on the inner circumferential surface of the side rail where it contacts the spacer expander and the wear on the top and bottom surfaces of the side rail are lower than that of the conventional side rail. It was confirmed that it exhibits extremely superior wear resistance compared to rail. In addition, the spacer expander combined with the side rail of the present invention has less than half the wear of the protruding parts of the spacer expander than the spacer expander combined with the conventional side rail, and the amount of wear is less than half of that of the spacer expander combined with the side rail of the present invention. It was also confirmed that it exhibited favorable performance. As described above, the side rail of the present invention has excellent heat resistance and abrasion resistance on the upper and lower surfaces, and has excellent airtightness, seizure resistance, breakage resistance, etc. as a side rail, as well as the axial width dimension of the side rail. This makes it possible to reduce the contact area on the cylinder wall, reduce friction loss, improve the efficiency of the internal combustion engine, and also improve exhaust gas control effects.
第1図はピストンリングを組み込んだ内燃機関
の一部断面図、第2図はサイドレールとスペーサ
ーの組み合わせよりなるオイルリングの一部斜視
図、第3図は本発明サイドレールの斜視図、第4
図はサイドレールの部分断面図、第5図は試験結
果を示すグラフである。
1:シリンダー、2:ピストン、3,4:圧力
リング、5:オイルリング、6,7:サイドレー
ル、8:スペーサーエキスパンダー、9:合口す
きま、10:外周面、11:表面処理層。
Fig. 1 is a partial cross-sectional view of an internal combustion engine incorporating a piston ring, Fig. 2 is a partial perspective view of an oil ring consisting of a combination of a side rail and a spacer, and Fig. 3 is a perspective view of the side rail of the present invention. 4
The figure is a partial sectional view of the side rail, and FIG. 5 is a graph showing the test results. 1: cylinder, 2: piston, 3, 4: pressure ring, 5: oil ring, 6, 7: side rail, 8: spacer expander, 9: abutment gap, 10: outer peripheral surface, 11: surface treatment layer.
Claims (1)
Mn0.6〜0.8%、Cr12〜14%、残部Feおよび不純
物からなるステンレス鋼であるサイドレールの少
なくともシリンダー壁と摺動する摺動面には表面
処理層を有する耐熱ヘタリ性と耐摩耗に優れたオ
イルリング用サイドレール。1% by weight: C0.6-0.7%, Si0.15-0.4%,
The side rail is made of stainless steel consisting of 0.6 to 0.8% Mn, 12 to 14% Cr, and the balance is Fe and impurities.It has a surface treatment layer on at least the sliding surface that slides on the cylinder wall, and has excellent heat resistance and wear resistance. Side rail for oil ring.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12025783A JPS6013054A (en) | 1983-07-04 | 1983-07-04 | Side rail for oil ring |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12025783A JPS6013054A (en) | 1983-07-04 | 1983-07-04 | Side rail for oil ring |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6013054A JPS6013054A (en) | 1985-01-23 |
| JPS6154862B2 true JPS6154862B2 (en) | 1986-11-25 |
Family
ID=14781719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12025783A Granted JPS6013054A (en) | 1983-07-04 | 1983-07-04 | Side rail for oil ring |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6013054A (en) |
-
1983
- 1983-07-04 JP JP12025783A patent/JPS6013054A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6013054A (en) | 1985-01-23 |
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