JP2000088102A - Wear resisting ring - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は耐摩環に関し、特にディ
ーゼルエンジン用及び高出力ガソリンエンジン用の耐摩
環に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to wear rings, and more particularly to wear rings for diesel engines and high power gasoline engines.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年のエンジンの軽量化及び放熱性を高
める目的から、アルミニウム合金製のエンジンが一般化
しつつあり、ピストンもアルミニウム合金製としてい
る。一方で、エンジン高出力化の要請に伴い、エンジン
は高温の燃焼温度にさらされ、またピストンリング材に
も厳しい耐摩耗性が要求されている。そのためピストン
リングを装着するためのピストンリング溝は、硬度の高
いピストンリングの端面で叩きを受けるので、通常のア
ルミ合金ではピストンリング溝のへたりや変形が生じる
おそれがある。特にディーゼルエンジンのトップリング
は、燃焼圧が直接作用するので、トップリング溝はピス
トンリングの衝撃の繰り返しでへたり摩耗が生じ、ガス
漏れやオイル漏れが生じると、エンジン出力の低下を来
たすこととなる。2. Description of the Related Art In recent years, engines made of aluminum alloys have become popular for the purpose of reducing the weight and heat radiation of engines, and pistons are also made of aluminum alloys. On the other hand, with the demand for higher output of the engine, the engine is exposed to a high combustion temperature, and the piston ring material is also required to have severe wear resistance. Therefore, the piston ring groove for mounting the piston ring is hit by the end face of the piston ring having high hardness, so that the piston ring groove may be set or deformed in a normal aluminum alloy. In particular, since the combustion pressure directly acts on the top ring of a diesel engine, the top ring groove is worn and worn due to repeated impact of the piston ring, and if gas leakage or oil leakage occurs, the engine output will decrease. Become.
【０００３】この問題を解決するために、ピストンリン
グ溝にピストン材料よりは高強度の材料にて耐摩環を固
着し、ピストンリングを耐摩環により支持する構成が提
案されている。例えば、ディーゼルエンジン用のトップ
リング溝には、ニレジスト合金により構成されるインサ
ート（耐摩環）を鋳ぐるんだピストンが提案されてお
り、この耐摩環によってシリンダ内におけるピストン摺
動時のピストンリング溝の摩耗を防止している。In order to solve this problem, a configuration has been proposed in which a wear-resistant ring is fixed to the piston ring groove with a material having a higher strength than the piston material, and the piston ring is supported by the wear-resistant ring. For example, for a top ring groove for a diesel engine, a piston formed by casting an insert (abrasion ring) made of a niresist alloy has been proposed, and the abrasion ring makes the piston ring groove when the piston slides in a cylinder. To prevent wear.
【０００４】また特開昭５８−９３８３５号公報では、
アルミナ−シリカ繊維を複合化したアルミニウム基ＭＭ
Ｃ材（金属マトリックス複合材）からなる耐摩環が提案
されており、また特開平６−２６４０７９号公報では、
炭素質粉末と金属で被覆した固体潤滑材とアルミニウム
基金属からなる摺動部材が提案されている。In Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-93835,
Aluminum-based MM compounded with alumina-silica fiber
A wear ring made of C material (metal matrix composite material) has been proposed, and JP-A-6-264079 discloses that
A sliding member comprising a solid lubricant coated with carbonaceous powder and metal and an aluminum-based metal has been proposed.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしニレジスト合金
により耐摩環を構成する場合には、鋳造品であるため材
料費が高くなりかつ歩留まりが悪く加工性も悪く、総合
的にコスト高となっていた。さらに鋳ぐるみ性を向上さ
せるためにアルミナイズ処理が必要不可欠であり、また
鉄合金のため密度が高くなりエンジン性能の低下を招い
ていた。また熱伝導率も今一つ不充分であった。However, when a wear-resistant ring is made of a niresist alloy, it is a cast product, so that the material cost is high, the yield is poor, the workability is poor, and the overall cost is high. . Further, an aluminizing treatment is indispensable to improve the cast-in property, and the density is increased due to the iron alloy, resulting in a decrease in engine performance. Further, the thermal conductivity was still insufficient.
【０００６】一方特開昭５８−９３８３５号公報に記載
されているように、アルミニウム基ＭＭＣ材により耐摩
環が構成される場合には、近年のディーゼルエンジンの
出力向上とそれに伴うピストンリング溝部の温度上昇に
より、ピストンリング溝とピストンリングとの間で相互
に発生する凝着（アルミ凝着）が生じていた。即ちピス
トンリング溝が高温と叩きとにより軟化してピストンリ
ングの端面に固着することである。この現象は特に、ピ
ストンリングの下面側（燃焼室と対向していない側）で
顕著である。On the other hand, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-93835, when a wear ring is made of an aluminum-based MMC material, the output of a recent diesel engine has been improved and the temperature of the piston ring groove has been increased. Due to the ascending, mutual adhesion (aluminum adhesion) occurred between the piston ring groove and the piston ring. That is, the piston ring groove is softened by the high temperature and hitting and fixed to the end face of the piston ring. This phenomenon is particularly remarkable on the lower surface side of the piston ring (the side not facing the combustion chamber).
【０００７】また特開平６−２６４０７９号公報に記載
されている材料では、トップリング溝用の耐摩環として
は耐熱性が十分でなく、また強度も十分ではなかった。Further, the materials described in JP-A-6-264079 have insufficient heat resistance and insufficient strength as wear rings for the top ring grooves.
【０００８】そこで本発明は、ピストンリングへのアル
ミ凝着の問題が生じず、トップリング溝の摩耗を低減
し、熱伝導性、加工性等の問題を解決する耐摩環を提供
することを目的とする。Accordingly, an object of the present invention is to provide a wear-resistant ring which does not cause the problem of aluminum adhesion to the piston ring, reduces wear of the top ring groove, and solves problems such as thermal conductivity and workability. And
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、内燃機関のピストンとは異なる材料で形
成され、ピストンリング溝面全体に固着されてシリンダ
ライナに対して摺動するピストンリングを装着する耐摩
環において、組成が、珪素を１５〜４０重量％、鉄を
１．０〜１０．０重量％、銅を０．５〜５重量％、マグ
ネシウムを０．１〜３．０重量％、ジルコニウム、ニッ
ケル、マンガン及び亜鉛の合計が３．０重量％未満、残
部アルミニウムであるアルミニウム合金体からなり、該
アルミニウム合金体は、上記組成からなる溶融したアル
ミニウム合金を急冷凝固させてアルミニウム合金粉末を
製造し、次に該アルミニウム合金粉末を押出成形させる
ことにより製造される耐摩環を提供している。In order to achieve the above object, the present invention is made of a material different from that of a piston of an internal combustion engine, is fixed to the entire piston ring groove surface, and slides with respect to a cylinder liner. In the wear ring to which the piston ring is attached, the composition is 15 to 40% by weight of silicon, 1.0 to 10.0% by weight of iron, 0.5 to 5% by weight of copper, and 0.1 to 3% of magnesium. 0% by weight, the total of zirconium, nickel, manganese and zinc is less than 3.0% by weight, and the balance is aluminum. The aluminum alloy is obtained by rapidly solidifying a molten aluminum alloy having the above composition. The present invention provides a wear-resistant ring manufactured by manufacturing an aluminum alloy powder and then extruding the aluminum alloy powder.
【００１０】ここで、前記アルミニウム合金粉末には、
炭化珪素及びアルミナからなる硬質粒子の合計が１〜１
０重量％含有され、該炭化珪素、アルミナの平均粒径は
５μｍ以下であるのが好ましい。また、前記アルミニウ
ム合金粉末には、グラファイト、硫化物及びフッ化物か
らなる固体潤滑剤の合計が１〜１０重量％含有され、該
グラファイト、硫化物、フッ化物の平均粒径は５μｍ以
下であるのが好ましい。Here, the aluminum alloy powder includes:
The total of hard particles composed of silicon carbide and alumina is 1 to 1
0% by weight, and the average particle size of the silicon carbide and alumina is preferably 5 μm or less. The aluminum alloy powder contains a total of 1 to 10% by weight of a solid lubricant composed of graphite, sulfide and fluoride, and the average particle size of the graphite, sulfide and fluoride is 5 μm or less. Is preferred.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態による耐摩環
について図１乃至図３に基づき説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A wear ring according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
【００１２】図１はディーゼルエンジンの要部を示して
おり、鋳造されたクランクケース２内にシリンダライナ
６を内周面側に圧入したライナ４が設けられ、このシリ
ンダライナ６内にアルミ合金製のピストン３が摺動可能
に案内されている。クランクケース２内でシリンダ胴４
の周りには、シリンダ冷却用ウォータージャケット５が
形成されている。またクランクケース２の上部には、シ
リンダヘッド１が設けられ、ピストン３の上面との間で
燃焼室が画成される。またピストンの上部側には複数の
ピストンリング７が装着されている。FIG. 1 shows a main portion of a diesel engine. A liner 4 is provided in a cast crankcase 2 in which a cylinder liner 6 is press-fitted on the inner peripheral surface side. Are slidably guided. Cylinder cylinder 4 in crankcase 2
Is formed around a cylinder cooling water jacket 5. A cylinder head 1 is provided at an upper portion of the crankcase 2, and a combustion chamber is defined between the cylinder head 1 and an upper surface of the piston 3. A plurality of piston rings 7 are mounted on the upper side of the piston.
【００１３】図２に示されるように、ピストンリング７
を装着するためのリング溝８が、ピストン３の外周面に
環状に形成されている。リング溝８は上面、下面、底面
からなる断面コの字状をしており、リング溝８にはピス
トンより高強度材料により形成される断面コの字状の耐
摩環１０が固着されている。ピストン３の摺動に伴いピ
ストンリングとリング溝８との間に相対的移動が生じる
が、耐摩環１０によりピストンリング溝の摩耗やへた
り、変形が防止できる。As shown in FIG. 2, the piston ring 7
A ring groove 8 is formed in the outer peripheral surface of the piston 3 in an annular shape. The ring groove 8 has a U-shaped cross section including an upper surface, a lower surface, and a bottom surface. A wear ring 10 having a U-shaped cross section formed of a material having higher strength than the piston is fixed to the ring groove 8. The sliding movement of the piston 3 causes a relative movement between the piston ring and the ring groove 8, but the wear ring 10 can prevent the piston ring groove from being worn, set or deformed.
【００１４】次に耐摩環１０の組成及びその製造方法に
ついて説明する。耐摩環１０の材料は、重量％で次の組
成を有している。 珪素 １５〜４０％ 鉄 １．０〜１０．０％ 銅 ０．５〜５％ マグネシウム ０．１〜３．０％ ジルコニウム、ニッケル、マンガン、亜鉛の合計 ３．
０％未満 アルミニウム 残部Next, the composition of the wear-resistant ring 10 and the method of manufacturing the same will be described. The material of the wear ring 10 has the following composition in weight%. Silicon 15 to 40% Iron 1.0 to 10.0% Copper 0.5 to 5% Magnesium 0.1 to 3.0% Total of zirconium, nickel, manganese, and zinc
Less than 0% Aluminum balance
【００１５】珪素については、微細な初晶珪素粒子が耐
摩耗性を高める。含有率が１５重量％未満であるとその
効果が認められない。一方、含有率が４０重量％を超え
ると粉末が硬くなり過ぎ、耐摩環の製造過程で後述する
押出成形を行う際に、押出形成性が悪くなる。With respect to silicon, fine primary crystal silicon particles enhance wear resistance. When the content is less than 15% by weight, the effect is not recognized. On the other hand, if the content exceeds 40% by weight, the powder becomes too hard, and the extrudability is deteriorated when the extrusion molding described below is performed in the process of producing the ring.
【００１６】鉄は、耐熱性を高める効果がある。含有率
が１．０重量％未満ではその効果が認められない。一
方、含有率が１０重量％を超えると高融点成分が増える
ことになり、後述するアルミニウム合金粉末製造の際の
アトマイズ工程における噴霧性を低下させる。Iron has the effect of increasing heat resistance. When the content is less than 1.0% by weight, the effect is not recognized. On the other hand, if the content exceeds 10% by weight, the high melting point component will increase, and the sprayability in the atomizing step in the production of aluminum alloy powder described below will be reduced.
【００１７】銅は、時効硬化性を付与し、機械的強度、
硬度、耐摩耗性を改善する効果がある。含有率が０．５
重量％未満ではその効果は認められない。一方、含有率
が５重量％を超えると強度、伸びが低下する。[0017] Copper imparts age hardening properties, mechanical strength,
It has the effect of improving hardness and wear resistance. 0.5 content
The effect is not recognized when it is less than% by weight. On the other hand, if the content exceeds 5% by weight, the strength and elongation decrease.
【００１８】マグネシウムは、銅とともに時効硬化性を
付与し、機械的強度、硬度、耐摩耗性を改善する効果が
あるが、含有率が０．１重量％未満ではその効果が認め
られない。一方、含有率が３．０重量％を超えると、熱
膨張が増加する。[0018] Magnesium has the effect of imparting age hardening together with copper to improve mechanical strength, hardness and abrasion resistance. However, if the content is less than 0.1% by weight, the effect is not recognized. On the other hand, when the content exceeds 3.0% by weight, thermal expansion increases.
【００１９】ジルコニウム、ニッケル、マンガン、亜鉛
は、高温強度、熱膨張を改善する効果があるが、これら
の合計の含有率が３．０重量％を超えると、強度、伸び
が低下する。Zirconium, nickel, manganese, and zinc have the effect of improving high-temperature strength and thermal expansion, but when their total content exceeds 3.0% by weight, strength and elongation are reduced.
【００２０】次に耐摩環１０の製造過程について説明す
る。Next, the manufacturing process of the wear-resistant ring 10 will be described.
【００２１】はじめに、アトマイズ法により、アルミニ
ウム−珪素合金の粉末を製造する。一般にアトマイズ法
とは溶解した金属を細いノズルから流出させ、高圧の不
活性ガス雰囲気の室の中に霧状に滴化することをいう。
ガスアトマイズされた金属溶滴が飛行中に急冷凝固する
ことにより、マクロ偏析がなく、微細均一等方性の組
織、微細に析出した組織、低酸素含有量、熱間加工性の
良好な粉末が得られる。First, powder of an aluminum-silicon alloy is produced by an atomizing method. In general, the atomizing method refers to a method in which a dissolved metal is caused to flow out of a thin nozzle and is atomized into a chamber in a high-pressure inert gas atmosphere.
Gas atomized metal droplets are rapidly solidified during flight, resulting in a powder without macrosegregation, a fine uniform isotropic structure, a finely precipitated structure, a low oxygen content, and a good hot workability. Can be
【００２２】本実施の形態においては、アルミニウムマ
トリックス中に初晶珪素が形成され、合金マトリックス
内において、硬質の粒子が細かく分散した分布及び均質
な分布が得られる。In the present embodiment, primary crystal silicon is formed in the aluminum matrix, and a finely dispersed distribution and uniform distribution of hard particles are obtained in the alloy matrix.
【００２３】具体的には、アトマイズされた溶湯滴は、
高速のガスにより急速に加速され、飛行速度が急激に上
昇し、ついにはガス速度と等しくなり、最高速度は溶湯
滴の径によっても異なるが３０〜１００ｍ／秒となる。
またアトマイズされた粒子はガスによって冷却され、温
度が急激に低下する。この冷却の速度は、１０3Ｋ／Ｓ
以上であり、粒子は固化して粉末状になる。この粉末状
のものは、珪素の含有率の高いアルミ合金であり、初晶
珪素をはじめとする析出物が微細化されたものである。Specifically, the atomized molten metal droplet is
The gas is accelerated rapidly by the high-speed gas, and the flight speed rises sharply and eventually becomes equal to the gas speed. The maximum speed varies depending on the diameter of the molten metal droplet, but is 30 to 100 m / sec.
In addition, the atomized particles are cooled by the gas, and the temperature drops rapidly. The cooling rate is 10 3 K / S
As described above, the particles are solidified into powder. This powdery material is an aluminum alloy having a high silicon content, in which precipitates including primary crystal silicon are refined.
【００２４】即ち、アトマイズされた溶湯滴は、ガスに
よって急速に冷却され過冷されて、凝固し粉末状とな
る。凝固までの冷却速度は最後まで変化はなく、均一な
微細組織を有する粉末が得られる。特に急冷凝固により
微細な凝固組織が得られ、析出物の微細化、均一化が達
成される。また偏析が低減されるとともに、非晶質相、
過飽和固溶体等の準安定相が出現するという効果があ
る。That is, the atomized molten metal droplets are rapidly cooled and supercooled by the gas, and solidify to form a powder. The cooling rate until solidification does not change until the end, and a powder having a uniform microstructure is obtained. In particular, a fine solidified structure is obtained by rapid solidification, and the refinement and uniformity of the precipitate are achieved. Also, while segregation is reduced, the amorphous phase,
There is an effect that a metastable phase such as a supersaturated solid solution appears.
【００２５】アトマイズ後には、得られた粉末を押出成
形法によって管状に成形する。この押出成形法は、管状
等の形状の製品を成形する際に、極めて有効な方法であ
る。After atomization, the obtained powder is formed into a tube by an extrusion method. This extrusion molding method is an extremely effective method for molding a product having a shape such as a tubular shape.
【００２６】ここで、押出成形を行う前に、必要に応じ
て硬質粒子又は個体潤滑剤の粒子を粉末に添加し混合わ
せる。硬質粒子、固体潤滑剤はそれぞれ、粒子の平均粒
径が５μｍ以下のものであり、粉末中で含有率がそれぞ
れ１〜１０重量％となる量だけ添加される。硬質粒子は
耐摩耗性に効果があるが、含有率が１重量％未満では効
果がなく、一方、含有率が１０重量％を超えると加工性
が悪化する。硬質粒子の平均粒径が５μｍを超えると、
耐摩環として使用された際に、相手材であるピストンリ
ングを過度に摩耗させる。固体潤滑剤は、耐摩耗性を向
上させる効果があるが、含有率が１重量％未満では効果
がなく、一方、含有率が１０重量％を超えると強度が低
下する。固体潤滑剤の平均粒径が５μｍを超えると、さ
らに強度が低下する。硬質粒子としては、炭化珪素（Ｓ
ｉＣ）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等が挙げられ、また、固
体潤滑剤としては、グラファイト、二硫化モリブデン
（ＭｏＳ2）、硫化タングステン（ＷＳ2）、硫化マンガ
ン（ＭｎＳ）等の硫化物、フッ化カルシウム（Ｃａ
Ｆ2）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）等のフッ化物等が挙
げられる。これらの硬質粒子、固体潤滑剤は、１種類、
若しくは２種類以上添加される。Here, before extrusion molding, if necessary, hard particles or solid lubricant particles are added to the powder and mixed. Each of the hard particles and the solid lubricant has an average particle diameter of 5 μm or less, and is added in such an amount that each content becomes 1 to 10% by weight in the powder. The hard particles have an effect on abrasion resistance, but have no effect when the content is less than 1% by weight, and when the content exceeds 10% by weight, workability deteriorates. When the average particle size of the hard particles exceeds 5 μm,
When used as a wear ring, the piston ring, which is the mating material, is excessively worn. The solid lubricant has an effect of improving abrasion resistance, but has no effect when the content is less than 1% by weight, while the strength is reduced when the content exceeds 10% by weight. When the average particle size of the solid lubricant exceeds 5 μm, the strength is further reduced. As the hard particles, silicon carbide (S
iC), alumina (Al 2 O 3 ), etc .; and solid lubricants such as graphite, molybdenum disulfide (MoS 2 ), tungsten sulfide (WS 2 ), sulfides such as manganese sulfide (MnS); Calcium fluoride (Ca
F 2 ) and fluorides such as lithium fluoride (LiF). These hard particles, solid lubricant, one kind,
Alternatively, two or more kinds are added.
【００２７】その後、粉末を冷間静水圧プレスで圧縮成
形し、円柱状のコンパクトを作成する。このコンパクト
が、図３に示されるような押出機によって熱間押出成形
に供される。Thereafter, the powder is compression-molded by a cold isostatic press to produce a columnar compact. This compact is subjected to hot extrusion by an extruder as shown in FIG.
【００２８】押出機１１は、押出室１３を画成するとと
もに、押出室内には押出棒１４が移動可能に設けられて
いる。押出室１３の開口端には金型１２が配置され、金
型１２を囲むように管状成形部材１６が設けられてい
る。金型１２は円形開口部を画成し、管状成形部材１６
も金型１２の円形開口部と同軸の円形開口部が形成され
ている。押出棒１４内には、それと同軸の断面円形のガ
イド穴１４ａが形成され、ガイド穴１４ａ内には断面円
形のロッド１７が延び、該ロッド１７は、金型１２の円
形開口及び管状成形部材１６の円形開口とも同軸に固定
されている。従ってロッド１７の先端部と管状成形部材
１６の円形開口部とによって管状空間をなす押出口１５
が画成される。押出室１３の断面積とこの押出口１５の
断面積は、押出の断面収縮率が約２０対１となるように
形成されている。The extruder 11 defines an extrusion chamber 13, and an extrusion rod 14 is movably provided in the extrusion chamber. A mold 12 is disposed at an open end of the extrusion chamber 13, and a tubular molding member 16 is provided so as to surround the mold 12. The mold 12 defines a circular opening and the tubular molded member 16
Also, a circular opening coaxial with the circular opening of the mold 12 is formed. A guide hole 14 a having a circular cross section is formed in the push rod 14, and a rod 17 having a circular cross section extends in the guide hole 14 a. The rod 17 is formed by a circular opening of the mold 12 and the tubular molding member 16. Is coaxially fixed with the circular opening. Therefore, the extruding port 15 which forms a tubular space by the tip of the rod 17 and the circular opening of the tubular molded member 16 is formed.
Is defined. The cross-sectional area of the extrusion chamber 13 and the cross-sectional area of the extrusion port 15 are formed so that the cross-sectional shrinkage of the extrusion is about 20: 1.
【００２９】押出成形を行っている間、押出室１３内の
温度は、約５００℃の高温に維持されている。この高温
下で押出棒１４が、押出室１３内で図３の矢印の方向に
摺動され、溶融した粉末を押出口１５より押出す。押出
口１５からは、管状に成形され固形化された、ＳｉＣ
（炭化珪素）粒子分散型のアルミ合金基複合材料である
押出材１８が得られる。During the extrusion, the temperature in the extrusion chamber 13 is maintained at a high temperature of about 500.degree. At this high temperature, the extrusion rod 14 is slid in the direction of the arrow in FIG. From the extrusion port 15, SiC which is formed into a tube and solidified
An extruded material 18 which is a (silicon carbide) particle-dispersed aluminum alloy-based composite material is obtained.
【００３０】押出成形後、得られた押出材１８に必要に
応じて鍛造（ハンマリング）を行い、最後に軸方向で所
定幅毎にスライスしてリング状部材を得て、リング溝８
に嵌着させる。嵌着後、ピストン全体を切削機にセット
して、リング溝８に嵌着されたリング状部材に対して環
状溝加工を行うことにより、耐摩環１０が製造される。After extrusion, the obtained extruded material 18 is forged (hammered) as required, and finally sliced at a predetermined width in the axial direction to obtain a ring-shaped member.
To fit. After the fitting, the entire piston is set on the cutting machine, and the ring-shaped member fitted into the ring groove 8 is subjected to annular groove processing, whereby the wear-resistant ring 10 is manufactured.
【００３１】アトマイズ法による製造方法により耐摩環
を製造し、耐摩環の材料組成を上述のように構成するこ
とにより、ピストンリングへの耐摩環のアルミ凝着を低
減させ、またリング溝特にトップリング溝の摩耗を低減
させることができる。また従来問題となっていた熱伝導
性、加工性を大幅に改善することができる。さらに押出
成形法による製造方法により、粉末から有形固形物を成
形することを容易にしている。By producing a wear-resistant ring by a manufacturing method based on the atomizing method and by configuring the material composition of the wear-resistant ring as described above, aluminum adhesion of the wear-resistant ring to the piston ring is reduced, and a ring groove, particularly, a top ring The wear of the groove can be reduced. In addition, the thermal conductivity and workability, which have conventionally been problems, can be greatly improved. Further, the manufacturing method based on the extrusion molding method facilitates forming a tangible solid from powder.
【００３２】次に本実施の形態による耐摩環の試験方法
及び試験結果について図４及び表１に基づき説明する。Next, a test method and test results of the wear ring according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
【００３３】図４は耐摩環についての試験機１９を示
す。試験機１９は高温弁座摩耗試験機を用いた。耐摩環
１０に対応するピストン側材２１を試験機１９に対して
軸方向に移動不能に固定し、ピストンリング７に対応す
るリング材２０をピストン側材２１に同心に装着し、リ
ング材２０の内周面側にシリンダライナに対応する鋳鉄
製円柱棒２３を軸方向に往復動作させ、ピストン側の摩
耗量（耐摩環材２１の摩耗量）、リング摩耗量（リング
材２０の摩耗量）、リング材へのアルミ凝着性について
試験を行った。試験機１９は加熱するためのヒーター２
２を有しており、実際には燃料の燃焼を行わなくともエ
ンジン内の燃焼時の高温状態を作り出すことができ、耐
摩環の状態変化を試験することができる。FIG. 4 shows a tester 19 for wear rings. As the testing machine 19, a high temperature valve seat wear testing machine was used. The piston side member 21 corresponding to the wear ring 10 is fixed to the testing machine 19 so as not to be movable in the axial direction, and the ring member 20 corresponding to the piston ring 7 is mounted concentrically on the piston side member 21. The cast iron cylindrical bar 23 corresponding to the cylinder liner is reciprocated in the axial direction on the inner peripheral surface side, the amount of wear on the piston side (the amount of wear of the anti-friction ring 21), the amount of ring wear (the amount of wear of the ring material 20), A test was conducted on the adhesion of aluminum to the ring material. The testing machine 19 has a heater 2 for heating.
2, which makes it possible to create a high temperature state during combustion in the engine without actually burning the fuel, and to test the state change of the wear ring.
【００３４】試験条件は次のとおりであった。 ピストン側材温度 ３４０℃ 繰返し数 １５００回／分 ローテーション ３．０ｒｐｍ 面圧 ２０ｋｇ／ｃｍ2 試験時間 １０Ｈｒ なお、ローテーションとはリング材の回転数のことであ
る。The test conditions were as follows. Piston side material temperature 340 ° C Repetition rate 1500 times / min Rotation 3.0 rpm Surface pressure 20 kg / cm 2 Test time 10Hr Rotation refers to the rotation speed of the ring material.
【００３５】試験片としては本発明によるピストン側材
２１として、組成を表１のように異ならせた本発明材１
乃至５を用意した。比較材１は表１の組成を有するアル
ミニウム鋳造引抜き材であり、比較材２はアルミニウム
材（ＪＩＳＡＣ８Ａ）、比較材３はアルミニウム材（Ｊ
ＩＳＡＣ８Ａ）をアルマイト処理したもの、比較材４は
ニレジストから構成されるものである。As the test piece, the piston side member 21 according to the present invention was used as the piston side member 21 according to the present invention.
To 5 were prepared. Comparative material 1 is an aluminum cast drawn material having the composition shown in Table 1, Comparative material 2 is an aluminum material (JISAC8A), and Comparative material 3 is an aluminum material (J
ISAC8A) is alumite-treated, and Comparative Material 4 is composed of a niresist.
【００３６】一方リング材２０としては、リング材１乃
至３の３種を用意した。リング材１はＦＣＤを母材とし
て、外周面をクロムでメッキしたもの、リング材２は珪
素−クロム鋼を母材として、外周面をクロムでメッキし
たもの、リング材３は１７クロムステンレス鋼をガス窒
化したものである。なお、ＦＣＤとは、球状黒鉛鋳鉄品
のことであり、ＪＩＳ Ｇ ５５０２に規定されるもの
である。また表１において、アルミ凝着の欄のＡは「ア
ルミ凝着なし且つ表面状態良好」を意味し、Ｂは「アル
ミ凝着なし」を意味する。又Ｃは「アルミ凝着あり」を
意味する。On the other hand, three kinds of ring materials 1 to 3 were prepared as ring materials 20. The ring material 1 is made of FCD as a base material and the outer peripheral surface is plated with chromium, the ring material 2 is made of a silicon-chrome steel as a base material and the outer peripheral surface is plated with chrome, and the ring material 3 is made of 17 chrome stainless steel. Gas nitrided. The FCD is a spheroidal graphite cast iron product, which is defined in JIS G5502. In Table 1, A in the column of aluminum adhesion means "no aluminum adhesion and good surface condition", and B means "no aluminum adhesion". C means "with aluminum adhesion".
【００３７】[0037]
【表１】 [Table 1]
【００３８】試験結果は表１に示されるとおりであり、
珪素、鉄、銅、マグネシウム、ジルコニウム、ニッケ
ル、マンガン、亜鉛、アルミニウムの比率が本発明の重
量％に収まっている本発明材１乃至５の場合には、ピス
トン側摩耗、リング側摩耗、アルミ凝着のいずれをとっ
ても試験結果は良好であった。ピストン側摩耗について
はリング材１〜３のどの場合でも２．０〜５．０ｍｇの
範囲に収まっており、比較材１〜４を試験した場合のピ
ストン側摩耗の範囲である６．８〜２３．０ｍｇを大き
く下回っていることが判る。また、硬質粒子、固体潤滑
剤が添加されている本発明材２〜４は、これらが添加さ
れていない本発明材１よりも、ピストン側摩耗がさらに
少ないことが判る。リング材摩耗についても本発明材で
は、５．０〜１０．５ｍｇであるのに対して、比較材１
〜４では４．８〜１５．０ｍｇとばらつきが大きく、本
発明による耐摩環がピストンリング７の摩耗の改善にも
寄与していることが判る。The test results are as shown in Table 1.
In the case of the materials 1 to 5 of the present invention in which the proportions of silicon, iron, copper, magnesium, zirconium, nickel, manganese, zinc, and aluminum are within the weight percent of the present invention, wear on the piston side, wear on the ring side, The test results were good in all cases. The piston-side wear is within the range of 2.0 to 5.0 mg in any of the ring materials 1 to 3, which is the range of the piston-side wear of 6.8 to 23 when the comparative materials 1 to 4 are tested. It turns out that it is much lower than 0.0 mg. Further, it can be seen that the inventive materials 2 to 4 to which the hard particles and the solid lubricant are added have less wear on the piston side than the inventive material 1 to which these are not added. The wear of the ring material was 5.0 to 10.5 mg in the case of the material of the present invention, while the wear of the comparative material was 1
4 to 4.8 to 15.0 mg, which indicates that the wear ring of the present invention also contributes to the improvement of the wear of the piston ring 7.
【００３９】更に、アルミ凝着は、本発明による耐摩環
の場合には全く生じなかった。一方比較材については、
比較材１及び２ではアルミ凝着が生じており、また比較
材３ではアルミ凝着は生じないものの、耐摩環及びピス
トンリング表面の状態は良好ではなかった。Furthermore, no aluminum adhesion occurred in the case of the wear ring according to the invention. On the other hand, for comparative materials,
In Comparative Materials 1 and 2, aluminum adhesion occurred, and in Comparative Material 3, although aluminum adhesion did not occur, the condition of the wear-resistant ring and the surface of the piston ring were not good.
【００４０】以上の試験結果から、本発明による耐摩環
はピストン側摩耗性、リング側摩耗性及びアルミ凝着の
どの特性をとっても良好であることが判明した。From the above test results, it was found that the wear-resistant ring according to the present invention was excellent in any of the properties of wear on the piston side, wear on the ring side, and aluminum adhesion.
【００４１】本発明は上述した実施の形態に限定され
ず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変形が可
能である。例えば、上述した実施の形態では、押出成形
後、得られた押出材に必要に応じて鍛造（ハンマリン
グ）を行い、軸方向で所定幅毎にスライスしてリング状
部材を得たが、押出形成後にＴ６（焼入後焼もどし処
理）等の時効硬化処理を加えてもよい。The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously modified within the scope described in the claims. For example, in the above-described embodiment, after extrusion molding, the obtained extruded material is subjected to forging (hammering) as necessary, and sliced at predetermined widths in the axial direction to obtain a ring-shaped member. After formation, an age hardening treatment such as T6 (tempering treatment after quenching) may be added.
【００４２】[0042]
【発明の効果】請求項１記載の耐摩環によれば、耐摩環
自体の耐摩耗性が向上するばかりか、ピストンリング自
体の摩耗量を低下させ、またアルミ凝着の発生を防止す
ることができる。また、溶融したアルミニウム合金を１
０3Ｋ／Ｓ以上の速度で急冷凝固することができ、この
急冷凝固により耐摩環用の合金粉末を形成するので、微
細均一等方性の組織、微細に析出した組織、低酸素含有
量、熱間加工性の良好な合金組織が得られる。得られた
良好な合金組織を有する粉末を押出形成し、耐摩環とし
て使用することにより、工程の簡素化等の改善を図るこ
とができる。また、押出形成により、アルミニウム合金
粉末を容易に固形化できる。According to the first aspect of the present invention, not only the wear resistance of the wear ring itself is improved, but also the wear amount of the piston ring itself is reduced, and the occurrence of aluminum adhesion is prevented. it can. In addition, the molten aluminum alloy
It can be rapidly solidified at a speed of 0 3 K / S or more, and this rapid solidification forms an alloy powder for wear-resistant ring, so that a fine uniform isotropic structure, a finely precipitated structure, a low oxygen content, An alloy structure having good hot workability can be obtained. By extruding the obtained powder having a favorable alloy structure and using it as a wear-resistant ring, it is possible to improve the process such as simplification. Further, the aluminum alloy powder can be easily solidified by extrusion.
【００４３】請求項２記載の耐摩環によれば、硬質粒子
を粉末に混ぜて押出形成することにより耐摩環を製造す
るため、より耐摩耗性に優れた耐摩環とすることができ
る。According to the second aspect of the present invention, since the hard ring is manufactured by mixing the hard particles with the powder and extruding the powder, the ring can be made more excellent in wear resistance.
【００４４】請求項３記載の耐摩環によれば、固体潤滑
剤を粉末に混ぜて押出形成することにより耐摩環を製造
するため、より耐摩耗性に優れた耐摩環とすることがで
きる。According to the third aspect of the present invention, the solid ring is mixed with the powder and extruded to produce the ring, so that the ring can be made more excellent in wear resistance.
【図１】本発明の実施の形態による耐摩環が固着された
内燃機関を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing an internal combustion engine to which a wear-resistant ring according to an embodiment of the present invention is fixed.
【図２】本発明の実施の形態による耐摩環を備えたピス
トンの一部断面図。FIG. 2 is a partial sectional view of a piston provided with a wear-resistant ring according to an embodiment of the present invention.
【図３】本発明の実施の形態による耐摩環を製造する過
程で行われる押出成形機を示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view showing an extruder that is performed in the process of manufacturing the ring carrier according to the embodiment of the present invention.
【図４】本発明の実施の形態による耐摩環の特性試験を
行う試験機を示す斜視図。FIG. 4 is a perspective view showing a testing machine for performing a characteristic test of the wear ring according to the embodiment of the present invention.
３ ピストン ６ シリンダライナ ７ ピストンリング １０ 耐摩環 3 Piston 6 Cylinder liner 7 Piston ring 10 Wear ring
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２２Ｆ 5/12 Ｂ２２Ｆ 9/08 Ａ 5/00 Ｃ２２Ｃ 1/04 Ｃ 9/08 1/05 Ｃ２２Ｃ 1/04 1/10 Ｊ 1/05 21/00 Ｅ 1/10 21/02 21/00 Ｆ０２Ｆ 5/00 Ｅ 21/02 Ｂ２２Ｆ 5/00 Ｂ Ｆ０２Ｆ 5/00 Ｇ Ｆターム(参考） 3J044 AA02 AA08 AA18 BA04 BB14 BC03 CA07 DA09 EA01 EA10 4E029 AA02 AA07 AC02 CA03 EA02 4K017 AA04 BA01 BB13 BB15 BB16 EB01 4K018 AA16 AB01 AB02 AB05 AB07 AC01 BA08 BA20 BB04 EA32 KA09 4K020 AA22 AA23 AA27 AC01 BB24Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat II (reference) B22F 5/12 B22F 9/08 A 5/00 C22C 1/04 C 9/08 1/05 C22C 1/04 1/10 J 1/05 21/00 E 1/10 21/02 21/00 F02F 5/00 E 21/02 B22F 5/00 B F02F 5/00 G F term (reference) 3J044 AA02 AA08 AA18 BA04 BB14 BC03 CA07 DA09 EA01 EA10 4E029 AA02 AA07 AC02 CA03 EA02 4K017 AA04 BA01 BB13 BB15 BB16 EB01 4K018 AA16 AB01 AB02 AB05 AB07 AC01 BA08 BA20 BB04 EA32 KA09 4K020 AA22 AA23 AA27 AC01 BB24
Claims (3)
成され、ピストンリング溝面全体に固着されてシリンダ
ライナに対して摺動するピストンリングを装着する耐摩
環において、 組成が、珪素を１５〜４０重量％、鉄を１．０〜１０．
０重量％、銅を０．５〜５重量％、マグネシウムを０．
１〜３．０重量％、ジルコニウム、ニッケル、マンガン
及び亜鉛の合計が３．０重量％未満、残部アルミニウム
であるアルミニウム合金体からなり、 該アルミニウム合金体は、上記組成からなる溶融したア
ルミニウム合金を急冷凝固させてアルミニウム合金粉末
を製造し、次に該アルミニウム合金粉末を押出成形させ
ることにより製造されることを特徴とする耐摩環。1. A wear-resistant ring having a piston ring which is formed of a material different from that of a piston of an internal combustion engine and is fixed to the entire surface of a piston ring groove and slides with respect to a cylinder liner. 40 to 10% by weight of iron.
0% by weight, 0.5 to 5% by weight of copper, and 0.1% of magnesium.
1 to 3.0% by weight, the total of zirconium, nickel, manganese and zinc is less than 3.0% by weight, and the balance is aluminum. The aluminum alloy is made of a molten aluminum alloy having the above composition. A wear-resistant ring manufactured by rapidly solidifying to produce an aluminum alloy powder, and then extruding the aluminum alloy powder.
素及びアルミナからなる硬質粒子の合計が１〜１０重量
％含有され、該炭化珪素、アルミナの平均粒径は５μｍ
以下であることを特徴とする請求項１記載の耐摩環。2. The aluminum alloy powder contains 1 to 10% by weight of a total of hard particles made of silicon carbide and alumina, and the silicon carbide and alumina have an average particle size of 5 μm.
The wear-resistant ring according to claim 1, wherein:
ァイト、硫化物及びフッ化物からなる固体潤滑剤の合計
が１〜１０重量％含有され、該グラファイト、硫化物、
フッ化物の平均粒径は５μｍ以下であることを特徴とす
る請求項１又は２記載の耐摩環。3. The aluminum alloy powder contains a total of 1 to 10% by weight of a solid lubricant comprising graphite, sulfide and fluoride, and the graphite, sulfide,
The wear ring according to claim 1 or 2, wherein the fluoride has an average particle size of 5 µm or less.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26437798A JP2000088102A (en) | 1998-09-18 | 1998-09-18 | Wear resisting ring |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26437798A JP2000088102A (en) | 1998-09-18 | 1998-09-18 | Wear resisting ring |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000088102A true JP2000088102A (en) | 2000-03-31 |
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ID=17402317
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26437798A Pending JP2000088102A (en) | 1998-09-18 | 1998-09-18 | Wear resisting ring |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000088102A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007211349A (en) * | 2007-04-02 | 2007-08-23 | Yamaha Motor Co Ltd | Engine cylinder liner |
| CN105603271A (en) * | 2016-01-27 | 2016-05-25 | 东莞佛亚铝业有限公司 | High-silicon aluminum alloy wire and preparing method thereof |
-
1998
- 1998-09-18 JP JP26437798A patent/JP2000088102A/en active Pending
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| JP2007211349A (en) * | 2007-04-02 | 2007-08-23 | Yamaha Motor Co Ltd | Engine cylinder liner |
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