[发明专利]压力环及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽车发动机用活塞环，尤其是涉及暴露在高压缩比的发动机的热负荷高的环境下的压力环及其制造方法。

背景技术

近年来，为了应对环境，汽车发动机实现燃料效率的改善、低排放化、高输出化，发动机规格存在高压缩比化、高负荷化的倾向。然而，通常升高压缩比时，燃烧室温度也升高，容易产生爆燃。通常的爆燃对策通过使点火时期(超前角)延迟来进行应对，但这样的话无法维持高的热效率，因此也进行了使燃烧室壁温度下降的方向的研究。在燃烧室壁温度的下降中，降低活塞冠面温度是有效的，其中，使活塞的热量经由压力环向冷却后的气缸壁释放是最有效的。即，利用了活塞环的三个基本功能即气封功能、热传递功能、油控制功能中的热传递功能。热传递功能与母材、表面处理层的热传导率、环形状等存在密切的关系，因此只要对它们进行最适化即可，另一方面，在选择材料时，除了热传导率之外，还要求即使暴露在约300℃左右的热环境下也能够维持环特性的耐热衰减性、疲劳强度。

另外，在活塞为铝合金(以下称为“铝”)制的情况下，铝伴随着燃烧室温度的上升而软化，在活塞的环槽内，由于压力环在高温下的敲击和滑动而引起疲劳断裂，容易发生环槽磨损、向压力环的铝粘附。从这一点出发，也要求使用热传导高的压力环来降低环槽温度。

针对如上所述的要求，例如在日本特开2009-235561号中，作为热传导性和耐热衰减性优良且能够作为压力环应用的活塞环，提出了将C、Si、Mn、Cr的适当成分范围规定为预定的参数的活塞环组成。

然而，例如若以热传导率为35W/m·K以上且热衰减率(环的切线张力减退度)为4%以下为目标，则处于难以实现该目标的状况。

此外，对于活塞环那样的汽车部件而言，不仅要求优良的特性，而且也要求有竞争力的价格。即，如何能够减少成本也是重要的课题。

发明内容

发明所要解决的问题

本发明的课题在于提供能够在高压缩比的发动机的热负荷高的环境下使用、热传导性和耐热衰减性优良且具有价格竞争力的压力环。另外，其课题在于提供上述压力环的制造方法。

用于解决问题的方法

表1表示在活塞环中使用的钢材A～G的组成和200℃下的热传导率。对各钢材的热传导率与合金元素的组成和之间的关系进行整理时，如图6所示。即，越是合金元素量少的材料，热传导率越高。

[表1]

活塞环用钢材的合金元素*1和热传导率

^*1还含有P及S作为不可避免的杂质，但在本表中未记载。

然而，实际上，当合金元素量减少时，耐热衰减性差，在热负荷高的环境下，无法供于作为压力环的使用。另外，钢材的成本通常是合金元素量越少而越廉价，但除此之外，从市场经济的观点出发，在市场中使用的量越多，即，越是如JIS(日本工业标准)登记材料那样大量生产的钢材越廉价。因此，在本发明中，基本上使用合金元素量少的JIS登记材料，为了即使在300℃的高温下也能发挥优良的耐热衰减性而制备显微镜组织。具体而言，使用JIS G4404规定的材料牌号SKS93构成的钢材，在对活塞环线材进行油回火处理之前，进行退火，使球状化渗碳体析出，但由于在该球状化渗碳体中固溶了比铁素体中更多的Cr及Mn，因此，在油回火处理时使该球状化渗碳体溶入基体中以实现基体的固溶强化，还通过优化油回火处理条件而使球状化渗碳体适量分散至回火马氏体基质中，在300℃下也能抑制位错的移动、蠕变，能够提高耐热衰减性。

即，本发明的压力环的特征在于，具有以质量%计C：1.00～1.10、Si：0.50以下、Mn：0.80～1.10、Cr：0.20～0.60且余量由Fe及不可避免的杂质构成的组成，在回火马氏体基质中分散有平均粒径为0.1～1.5μm的球状化渗碳体。优选平均粒径为0.5～1.0μm的球状化渗碳体。另外，球状化渗碳体的分散量在显微镜组织观察面中为1～6面积%。

更优选本发明的压力环的热传导率为35W/m·K以上，热衰减率(环的切线张力减退度)为4%以下。