组合滑油环用的侧轨及其氮化方法技术

本发明专利技术为改良隔片扩管器（３１）与滑油环构成氮化侧轨（３０）的对方材料侵蚀性。于侧轨钢材的外周面或内外周面中由氮扩散层所构成的氮化层乃于不伴随形成表面化合物层；被氮化的钢材结晶粒与该结晶粒邻接形成结晶粒界的构成；其结晶粒界至少于侧轨（３０）表面侧领域中非为硬质粒界，于侧轨内部侧中得到硬质粒界的存在。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术为有关使用内燃机组合滑油环的钢制侧轨及其氮化方法。更加详细而言，本专利技术为有关氮化层的构成组织与其组织形成方法。钢制组合滑油环为一对的侧轨与通过向此些半径方向外周侧推出，推押入气缸内壁面包含隔片扩管器，更者，滑油环的机能是于气缸的内壁面中形成适当的油膜，以作为活塞胀圈与气缸的润滑及气缸内壁面刮取多余的油份。上述构成的侧折动面为2个部分。第1折动面为气缸折面内壁与折动侧轨的外周面，第二折动面为与隔片耳部接触侧轨的内周面。
技术介绍
为此，仅于折动面的内外周面实施氮化处理的侧轨已揭示于实开昭53-147309号中。其后，开发适用于侧轨的离子氮化与利用仅可以赋予厚膜氮化层外周面的离子氮化特性，上下面及内周面中无氮化层，仅对外周面行氮化滑油环耐折损性及通过改善滑油环的活塞的环沟侵蚀性且于内周面上镀上硬质铬的侧轨(特开平5-44575号)。次者，亦有开发通过内外周面共同离子氮化具有氮化层的侧轨(特开平5-332451号)。更者，有提出限制外周的氮化层厚度与内周面的氮化层的数值的侧轨(特开平7-4308号)。一方面，针对氮化层在特开平7-118826号中，揭示了通过离子氮化针对仅从无化合物层的扩散层构成特殊的离子氮化(快速氮化)的条件。如特开平7-316778号所揭示，此氮化层虽乃适用于活塞胀圈。但，于此些先前技术中，针对氮化层内的粒界硬质相其现状却大多不如记载所言。又，虽隔片扩管器押入侧轨的负荷为小，但因侧轨与隔片扩管器的接触面为小之故，其作为押入应力乃为大。为此，提高氮化层自身的耐磨损性有其必要，公知的，耐磨损性优异的马丁体系不锈钢，特别是使用SUS440B等适合材料作为氮化钢母材。又，前述之氮化钢母材中实施离子氮化与不形成化合物层，形成氮化扩散层与粒界硬质相(业者称为“海鸥相”)，具有此氮化组织的滑油环的侧轨中，发生气缸衬套的磨损和活塞沟皲裂，油品的大量消耗乃为其问题。
技术实现思路
本案专利技术者针对氮化钢材磨损的研究，发现其于氮化层所形成的前述粒界硬质相虽几乎完全不影响被氮化的氮化钢母材本身的耐磨损性，但对于对方材的侵蚀性却是相当的高。其为表面部较软质相乃优先磨损，另一方粒界硬质相的磨损为缓，仅以硬质相与对方材相接触的状况下，乃加以研究探白对方材表面以锉刀摩擦的情况。本案专利技术，为解决先前技术气缸衬套的磨损及活塞沟的皲裂的大量消耗油品问题点，其要旨为提供于折动面侧无化合物层且至少于折动面中不具有高侵蚀性的对方材粒界硬质相(ε相)的氮化层。本专利技术，与隔片扩管器组合的滑油环所构成的侧轨中，以钢材构成的侧轨的外周面或内外周面中所形成的氮化层，不伴随着表面化合物层构成氮扩散层且表面硬度为Hv1000以上，该氮扩散层的表面侧领域中，有关组合滑油环用侧轨无粒界硬质相乃为其特征。本专利技术的侧轨氮化层，因无表面化合物层之故，氮化后化合物层(称之为“白层”、“脆化层”)乃无必要以研磨方式除去。又，于本专利技术的氮扩散层的内部领域中形成粒界硬质相是于母材中的析出物Cr23C6乃通过氮化大部分成CrN相变化时，敲打出C(碳)乃扩散于粒界部中，粒界的氮浓度成一定以上时，Fe与C与N的化合物，特别是ε相(即，“粒界硬质相”)乃于粒界形成之。敲打出的C扩散于粒界其理由，因马丁体系不锈钢的C的固溶度乃非常小之故。本专利技术的侧轨钢材的粒界组织(a)于氮扩散表层的表面侧领域中不形成粒界硬质相，在氮扩散层的内部侧中形成粒界硬质相或(b)粒界硬质相不存在于氮化层全体中构成有其优点的组织。形成此些(a)、(b)任一组织，依据氮化条件特别是氮化层的厚度。不形成粒界硬质相的理由乃因为粒界的C量乃非常微少之故。为形成上述氮化层之故，快速氮化(radical)的一种等离子氮化中，侧轨的调整法、处理温度、气压、NH3/H2流量比、处理电压、处理时间的变量中，通过调整处理条件可得具有特长的氮化层。具有无粒界硬质相氮化组织的侧轨(A)的磨损，是于初期折动中与具有粒界硬质相组织的侧轨(B)相差不大。进行某程度的折动时，于侧轨(B)中先行结晶粒内的磨损，粒界硬质相乃于侧轨表面上残留凸状而削掉对方材料。更者通过折动凸出后的粒界硬质相乃因与对方材料的磨损时，构成与折动初期相同的状况，进行此磨损乃为少有的情事。对此而言，于侧轨(A)中，于氮化扩散层表面侧的折动面领域粒界组织中，因其粒界硬质相乃不存在故不产生前所述之向对方材料的侵蚀性。结晶粒内的球状析出物为减少从对方材的磨损，宁可粒界组织比结晶粒本身更容易磨损，不使对方材料对粒界优先侵蚀之。附图说明图1为表示构成本专利技术侧轨要素的组合滑油环的一态样图面。图2为于580℃中Fe-N-C的三元状态图。图3为气体氮化法的氮化装置概略图。图4为离子氮化法的氮化装置概略图。图5为快速氮化法(RIN氮化法)的氮化装置概略图。图6为仅氮化外周面为目的的侧轨用冶具及其调整图。图7为仅氮化内外周面为目的的侧轨用冶具及其调整图。图8为表示仅于外周面具有氮化层的侧轨的断面组织图。图9为表示仅于内外周面具有氮化层的侧轨的断面组织图。图10为通过本专利技术的氮化层的断面组织的扩大图。图11为比较例1于气体氮化中的氮化层的断面组织扩大图。图12为比较例2于离子氮化中的氮化层的断面组织扩大图。具体实施例方式图1表示于气缸中插入活塞的滑油环沟内组合钢制的滑油环。活塞的滑油环沟中装设的钢制组合滑油环，于具备环状合口的上下一对的钢制侧轨30a、30b与具备环状合口的钢制隔片扩管器31所构成。隔片扩管器为一轴方向波形形状，于外周侧上下面上具备有侧轨离间保持平面，于内周侧中设置有侧轨30a、30b的押压赋能耳部侧轨。以下，乃加以说明对于粒界为消除ε相生成的基本理论。氮化层是由注入于活性种的母材与接着通过氮的扩散所形成之，注入速度与扩散速度一般而言并不相同。氮化层的厚度乃通过扩散加以决定，其氮化层的相型态乃与活性种注入速度有极大的关系。例如，氮化层乃于表面伴随着形成化合物层的情况时，活性种的注入速度比扩散速度为快，表面附近的氮气浓度乃徐徐地升高，其氮气浓度乃如图1所示，于580℃中超过5.8重量百分比时，会相变态为′+ε相。此相因有某程度的厚度乃被称作化合物层。一方面，注入速度比扩散速度小或相同时，表面附近的氮气浓度乃因不浓缩之故，不发生朝表面附近的γ′相与ε相的相变态仅形成扩散层。不生成化合物层的氮化处理，全以此方式加以处理之。如上述所示粒界ε相，注入粒界的氮气量与通过从其粒界扩散出氮气量的差以生成之。特别是，通过氮化从碳化物排出的C乃存在于粒界之故，发生ε相的氮气浓度乃向低浓度侧快速移行。如图2所示的状态图中0.5重量％程度的C乃固溶于Fe中时，形成ε相的氮气浓度为降低至580℃下2重量％的程度。为此，为不于粒界形成ε相之故，以下述的氮化条件制造乃为必要。(1)为使于粒界部的氮气提早扩散，要提高氮化处理温度。(2)为减少注入粒界部的氮气量，降低氮气位(potential)。(3)为减少注入粒界部的氮气量，于快速氮化等电场中针对灌入氮气的方法乃降低其电压。(4)为生成ε相而提高氮气浓度之故，通过氮化敲出存在于粒界的C从表面以喷镀排出。确立满足如上的条件的氮化装置及氮化条件乃不生成粒界硬质相的氮化法。何种氮化法乃符合条件(1)～(4)的氮化法，快速氮化(RIN本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术的组合滑油环用的侧轨，其特征是，隔片扩管器（３１）与滑油环组合以构成侧轨中，以钢材构成侧轨的外周面或内外周面所形成的氮化层，乃由氮扩散层所构成且表面硬度为Ｈｖ１０００以上，该氮扩散层的表面侧领域中乃无粒界硬质相。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：井上茂夫，
申请(专利权)人：株式会社理研，
类型：发明
国别省市：JP[日本]