本申請(qǐng)為2015年11月27日提交的、申請(qǐng)?zhí)枮?01480030692.2的、發(fā)明名稱為“活塞環(huán)及其原料以及它們的制造方法”的申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

本發(fā)明涉及活塞環(huán)(以下也稱為“環(huán)”)，尤其是涉及鋼制的大型活塞環(huán)(以下也稱為“大型環(huán)”)及其原料以及它們的制造方法。

背景技術(shù)：

大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)所使用的大型環(huán)中，耐熱性、耐磨損性優(yōu)異的鑄鐵制活塞環(huán)為主流。然而，近年來(lái)，在大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，伴隨著地球環(huán)境問(wèn)題的明顯化，存在高輸出化、高效率化(co2減少)的傾向，具體而言，由于缸體有效壓力、最高壓力的上升、熱負(fù)載增大引起的作用應(yīng)力的增大、或者平均活塞速度的上升等，其使用環(huán)境日益變得嚴(yán)酷。例如，在低速2沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的頂環(huán)中，采用的是滑動(dòng)特性優(yōu)異的片狀石墨鑄鐵與強(qiáng)度優(yōu)異的球狀石墨鑄鐵的中間的cv(compactedvermicular)石墨鑄鐵。

通常，鑄鐵由于在組織中分散有石墨，因此耐劃傷性等的滑動(dòng)特性優(yōu)異，而且導(dǎo)熱特性也優(yōu)異。然而，當(dāng)使用環(huán)境變得嚴(yán)酷時(shí)，在強(qiáng)度面上并不充分，活塞環(huán)的折損這樣的致命性的缺點(diǎn)受到關(guān)注。

在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)用的小型活塞環(huán)中，從鑄鐵向鋼的材料置換(以下也稱為“鋼化”)推進(jìn)，在頂環(huán)中，目前對(duì)馬氏體系不銹鋼實(shí)施了氮化處理或離子噴鍍處理(例如，crn或tin等)的結(jié)構(gòu)為主流。該頂環(huán)通常通過(guò)將拉絲成規(guī)定的截面形狀的馬氏體系不銹鋼線材成形為環(huán)的自由形狀的卷繞成形加工來(lái)制造。

然而，當(dāng)成為船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)等的大型環(huán)時(shí)，環(huán)截面積也變大，因此使用的鋼線材也需要截面積更大的線材。由于截面積大的線材難以處理且軋制機(jī)或熱處理裝置大型化，由線材成形大型環(huán)的鋼化未推進(jìn)。尤其是難以精密成形，因此導(dǎo)致與輕量化、低張力化相關(guān)的窄寬度化也變得困難。而且，日本特開平6-221436公開了利用鑄造法將特殊的鋼形成為環(huán)形狀的鑄鋼制活塞環(huán)材，但結(jié)果是，沒(méi)有由鑄造引起的氣孔、針孔等鑄造缺陷的制作方法和材料特性難以同時(shí)成立，實(shí)際情況是在可靠性這一點(diǎn)還未實(shí)用化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

本發(fā)明鑒于上述問(wèn)題而完成，其課題在于提供一種對(duì)燃耗改善作出貢獻(xiàn)的輕量、低張力化了的、耐磨損性及耐劃傷性優(yōu)異的大型鋼環(huán)及其原料以及它們的制造方法。

用于解決課題的手段

本發(fā)明者們對(duì)于在大型環(huán)中也能夠鋼化的制作方法、關(guān)注了耐熱疲勞性、導(dǎo)熱性的鋼材的研究、以及環(huán)寬(h1)和徑向厚度(a1)的縮小，進(jìn)行了仔細(xì)研究，結(jié)果想到了本發(fā)明。

即，本發(fā)明的活塞環(huán)是標(biāo)稱直徑(d1)為200mm以上且小于1100mm的活塞環(huán)，其特征在于，所述活塞環(huán)由熱鍛后的圓筒狀鋼原料制造。

所述活塞環(huán)中，環(huán)寬(h1)與所述標(biāo)稱直徑(d1)優(yōu)選滿足1×10^-2<h1/d1<1.8×10^-2的關(guān)系，徑向厚度(a1)與所述標(biāo)稱直徑(d1)優(yōu)選滿足2×10^-2<a1/d1<2.8×10^-2的關(guān)系，進(jìn)而，所述環(huán)寬(h1)、所述徑向厚度(a1)以及所述標(biāo)稱直徑(d1)優(yōu)選滿足2×10^-4<(h1×a1)/(d1)²<5×10^-4的關(guān)系。

而且，所述活塞環(huán)優(yōu)選張力(ft)相對(duì)于所述標(biāo)稱直徑(d1)的比(ft/d1)為0.1～0.25n/mm。

進(jìn)而，優(yōu)選所述活塞環(huán)的所述母材是從碳素鋼、低合金鋼、彈簧鋼、軸承鋼以及馬氏體系不銹鋼中選擇的鋼。

所述母材優(yōu)選具有如下組成，以質(zhì)量％計(jì)為c：0.2～1.0％，si：0.1～1.0％，mn：0.1～1.0％，cr：10～20％，ni：0～0.6％，mo：0～1.5％，v：0～0.15％，其余部分有fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，優(yōu)選具有在回火馬氏體中分散有鉻碳化物的組織，熱疲勞率為4％以下。

而且，所述母材優(yōu)選具有如下組成，以質(zhì)量％計(jì)為c：0.45～1.10％，si：0.15～1.60％，mn：0.30～1.15％，cr：0.50～1.60％，v：0～0.25％，mo：0～0.35％，b：0～0.005％，其余部分由fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，所述母材的熱傳導(dǎo)率優(yōu)選為30w/(m·k)以上，優(yōu)選具有在回火馬氏體中分散有碳化物的組織，活塞環(huán)的熱疲勞率為8％以下。

進(jìn)而，優(yōu)選所述活塞環(huán)在其外周滑動(dòng)面具有選自由氮化被膜、鍍敷被膜、噴鍍被膜、化學(xué)生成處理被膜及離子鍍被膜構(gòu)成的組中的一種或兩種以上的被膜，優(yōu)選在其側(cè)面具有選自由氮化被膜、鍍敷被膜及化學(xué)生成處理被膜構(gòu)成的組中的一種或兩種以上的被膜。

本發(fā)明的活塞環(huán)用原料是標(biāo)稱直徑(d1)為200mm以上且小于1100mm的活塞環(huán)用的圓筒狀鋼原料，其特征在于，所述圓筒狀鋼原料沿周向具有纖維流線組織。所述原料在用于壓力環(huán)時(shí)，優(yōu)選所述圓筒狀鋼原料的與軸垂直的截面為非圓形形狀，而且，在用于油環(huán)時(shí)，優(yōu)選所述圓筒狀鋼原料的至少外周面具有沿軸向以一定間隔形成的多個(gè)凹部。

本發(fā)明的活塞環(huán)的制造方法是標(biāo)稱直徑(d1)為200mm以上且小于1100mm的活塞環(huán)的制造方法，其特征在于，包括如下工序：對(duì)切斷成規(guī)定的長(zhǎng)度的圓柱狀鋼原料進(jìn)行加熱，通過(guò)沖壓成形將該圓柱狀鋼原料鐓鍛加工成圓板狀成形體的第一熱鍛工序；由所述圓板狀成形體通過(guò)芯沖頭在中央部形成凹部，進(jìn)行開孔加工而加工成第一圓筒狀原料的第二熱鍛工序；由所述第一圓筒狀原料通過(guò)擴(kuò)孔機(jī)加工成擴(kuò)徑的第二圓筒狀原料的第三熱鍛工序；及由所述第二圓筒狀原料加工成活塞環(huán)的機(jī)械加工工序。優(yōu)選在所述第三熱鍛工序之后，對(duì)所述第二圓筒狀原料在與軸垂直的方向上進(jìn)行沖壓成形，以使所述第二圓筒狀原料在與軸垂直的截面上具有非圓形形狀，優(yōu)選在所述第三熱鍛工序中，使用異形形狀的主輥，以使所述第二圓筒狀原料至少在外周面具有在軸向上以一定間隔形成的多個(gè)凹部。

發(fā)明效果

本發(fā)明的活塞環(huán)與以往的鑄鐵制大型活塞環(huán)相比，縮小了環(huán)寬(h1)，因此能夠?qū)?dòng)力零件的輕量化作出貢獻(xiàn)，即使調(diào)整成以往規(guī)定的面壓也能夠?qū)崿F(xiàn)低張力化，能減少摩擦力，對(duì)燃耗改善作出貢獻(xiàn)。若徑向厚度(a1)也縮小，則除了輕量化、低張力化之外，環(huán)的向缸體壁的追隨性也顯著提高，可實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的密封性。以往的鑄鐵制或鑄鋼制環(huán)所不可能的活塞環(huán)的截面縮小化基本上因如下原因而能夠?qū)崿F(xiàn)：通過(guò)使用延展性優(yōu)異、高強(qiáng)度、高韌性的鋼材，即使熱負(fù)載增大，也沒(méi)有折損的風(fēng)險(xiǎn)，能夠安心地使用；通過(guò)包含滾軋擴(kuò)孔加工的熱鍛法與機(jī)械加工的組合，能夠高精度地制造標(biāo)稱直徑200mm以上的活塞環(huán)。根據(jù)包含滾軋擴(kuò)孔加工的熱鍛法，由圓柱狀的鋼原料能夠比較容易地制造大徑尺寸的大型環(huán)原料，通過(guò)周向纖維流線(鍛件纖維流線)組織，能夠得到微細(xì)且沒(méi)有缺陷的、高強(qiáng)度的耐熱疲勞性優(yōu)異的大型環(huán)。而且，通過(guò)與軸垂直地對(duì)規(guī)定的尺寸的圓筒狀原料進(jìn)行沖壓成形，能夠?qū)h(huán)的自由形狀成形為非圓形形狀(凸輪形狀)的壓力環(huán)形狀，進(jìn)而，在基于擴(kuò)孔機(jī)的熱鍛工序中，通過(guò)將主輥、心軸的形狀形成為規(guī)定的形狀，能夠形成為接近于油環(huán)主體的形狀的原料形狀，能夠減少后續(xù)工序的機(jī)械加工工序的去除量。進(jìn)而，由于能夠使用包含容易形成氮化物的合金元素的鋼，因此能夠取代以往應(yīng)用于側(cè)面的硬質(zhì)鉻鍍敷處理，而進(jìn)行氮化處理，從而能夠?qū)Τ杀緶p少作出貢獻(xiàn)。由于能夠使用耐熱疲勞性優(yōu)異的耐熱性高的鋼材，因此不僅能夠進(jìn)行氮化處理，還能夠進(jìn)行離子噴鍍處理，能夠提供以往所沒(méi)有的耐劃傷性優(yōu)異的大型活塞環(huán)。

附圖說(shuō)明

圖1是代表性的活塞環(huán)的從軸向觀察到的俯視圖和從與軸垂直的切線方向觀察到的剖視圖。

圖2是以通過(guò)原料的中心軸的截面示意性地示出在本發(fā)明的活塞環(huán)的制造方法中活塞環(huán)原料的形狀變化的圖。

圖3是示意性地示出第三熱鍛工序的滾軋擴(kuò)孔加工的圖。

圖4是示意性地示出在對(duì)圓筒狀原料在與軸垂直的方向上進(jìn)行沖壓成形的熱鍛中，從截面圓形形狀的圓筒狀原料向截面非圓形形狀的圓筒狀原料的變化的圖。

圖5是示出活塞環(huán)的壓力環(huán)所使用的特殊接縫形狀的一例(雙級(jí)接縫)的圖。

圖6(a)是關(guān)于活塞環(huán)的面壓，示出等壓分布的圖。

圖6(b)是關(guān)于活塞環(huán)的面壓，示出接縫方向的面壓比與接縫垂直的方向的面壓低的面壓分布的圖。

圖7(a)是示出控油環(huán)的截面的圖。

圖7(b)是示出附帶線圈擴(kuò)張器的控油環(huán)的截面的圖。

圖8是示出另一附帶線圈擴(kuò)張器的控油環(huán)的截面的圖。

圖9是示出在外周面及內(nèi)周面上沿軸向以一定間隔形成有多個(gè)凹部的第二圓筒狀原料的圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出標(biāo)稱直徑d1、環(huán)寬h1(軸向)、徑向厚度a1的代表性的活塞環(huán)的軸向的俯視圖和徑向的剖視圖。自由形狀的活塞環(huán)1由虛線描繪，裝配于活塞而向標(biāo)稱直徑d1的缸體內(nèi)插入時(shí)的活塞環(huán)2由實(shí)線描繪。需要說(shuō)明的是，自由狀態(tài)的接縫間隙設(shè)為m，缸體插入時(shí)的接縫間隙設(shè)為s1。當(dāng)將活塞環(huán)1插入于缸體內(nèi)時(shí)，接縫間隙從m閉合至s1，因此在切線方向上產(chǎn)生成為ft的張力。通過(guò)該張力ft來(lái)維持缸體與活塞之間的密封。

本發(fā)明的活塞環(huán)是標(biāo)稱直徑d1為200mm以上且小于1100mm的大型活塞環(huán)，其特征在于，所述大型活塞環(huán)由熱鍛后的圓筒狀鋼原料制造。即，相對(duì)于以往的鑄鐵制或鑄鋼制的活塞環(huán)，在強(qiáng)度方面優(yōu)異，即使增大標(biāo)稱直徑d1，將環(huán)寬h1設(shè)定得較薄，也沒(méi)有折損的風(fēng)險(xiǎn)。但是，當(dāng)環(huán)寬h1過(guò)薄時(shí)，會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)而平行度、平面度變差，因此(h1/d1)優(yōu)選超過(guò)1×10^-2。另一方面，若環(huán)寬h1厚，則與以往的鑄鐵制活塞環(huán)相比，窄寬度化并不充分，低張力化的效果也受到限定，因此(h1/d1)優(yōu)選為小于1.8×10^-2。

而且，徑向厚度a1雖然對(duì)面壓、摩擦力不起作用，但是與產(chǎn)生的張力ft、環(huán)的追隨性k緊密相關(guān)。由此，作為活塞環(huán)為了得到規(guī)定的張力ft，徑向厚度a1相對(duì)于標(biāo)稱直徑d1的比(a1/d1)優(yōu)選超過(guò)2×10^-2，為了提高追隨性，實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的密封性而優(yōu)選小于2.8×10^-2。綜合性地，優(yōu)選，環(huán)寬h1與徑向厚度a1之積(h1×a1)相對(duì)于標(biāo)稱直徑d1的平方(d1²)的比超過(guò)2×10^-4且小于5×10^-4。

本發(fā)明的活塞環(huán)在裝配于缸體時(shí)，基于自伸張力ft而產(chǎn)生面壓。該面壓會(huì)密切地影響活塞與缸體之間的密封性、油消耗、磨損、摩擦損失。從低燃耗、低摩擦的觀點(diǎn)出發(fā)而選擇低面壓，但是另一方面，不能忽視密封性、油消耗，因此必須維持規(guī)定的面壓。在本發(fā)明中，張力ft相對(duì)于標(biāo)稱直徑d1的比(ft/d1)優(yōu)選設(shè)為0.1～0.25n/mm，更優(yōu)選設(shè)為0.1～0.2n/mm。

本發(fā)明的活塞環(huán)所使用的鋼沒(méi)有特別限定，但優(yōu)選是從碳素鋼、低合金鋼、彈簧鋼、軸承鋼以及馬氏體系不銹鋼中選擇的鋼。若為碳素鋼，則優(yōu)選使用c為0.6～0.8質(zhì)量％左右的高碳素鋼，若為彈簧鋼，則優(yōu)選使用sup9、sup10、sup12等，若為軸承鋼，則優(yōu)選使用suj2，若為馬氏體系不銹鋼，則優(yōu)選使用sus420j2、sus440b。根據(jù)高溫強(qiáng)度、熱傳導(dǎo)率、耐熱疲勞性等要求的要求特性而選擇適當(dāng)?shù)匿摬摹?/p>

例如，關(guān)于熱疲勞率(指在活塞環(huán)的高溫下的使用期間由于基于蠕變現(xiàn)象的張力下降而密封特性劣化的現(xiàn)象，以在將環(huán)閉合成標(biāo)稱直徑的狀態(tài)下進(jìn)行300℃×3小時(shí)加熱之后的切線張力減退度(％)進(jìn)行評(píng)價(jià))，若是大型活塞環(huán)的話，根據(jù)jisb8037-5：1998，對(duì)于材料為灰鑄鐵(片狀石墨鑄鐵)及球狀石墨鑄鐵的情況，分別規(guī)定為15％以下及10％以下。然而，在材料為鋼的情況下，由于沒(méi)有實(shí)現(xiàn)(制造)過(guò)標(biāo)稱直徑為200mm以上的活塞環(huán)，因此未作任何規(guī)定。本發(fā)明的活塞環(huán)也優(yōu)選滿足與球狀石墨鑄鐵相同等級(jí)的熱疲勞率10％以下，但即使縮小環(huán)寬h1、徑向厚度a1，通過(guò)調(diào)整組成，也能夠提高耐熱疲勞性。能夠以熱疲勞率小于8％或小于6％或小于5％的方式進(jìn)行調(diào)整。

而且，關(guān)于熱傳導(dǎo)率，以往的大型環(huán)基本上為鑄鐵制，可以說(shuō)熱傳導(dǎo)率比較良好。例如，根據(jù)峯田等(sokeizai，vol.50(2009)，no.12、p.48-51)，熱傳導(dǎo)率在片狀石墨鑄鐵下為48w/(m·k)，在cv石墨鑄鐵下為38w/(m·k)，在球狀石墨鑄鐵下為30w/(m·k)。這些值比汽車用頂環(huán)所使用的17cr馬氏體系不銹鋼的熱傳導(dǎo)率20w/(m·k)高50～140％。通常，在金屬中，熱傳導(dǎo)率主要受晶粒內(nèi)的自由電子的運(yùn)動(dòng)支配，因此固溶元素越少，熱傳導(dǎo)率越提高。由此，在鋼中若調(diào)整固溶元素量，則能夠成為與鑄鐵同等的熱傳導(dǎo)率，但是也需要確保必要的機(jī)械性質(zhì)。在本發(fā)明中，在重視熱傳導(dǎo)率的情況下，以鑄鐵制活塞環(huán)的熱傳導(dǎo)率為目標(biāo)。熱傳導(dǎo)率優(yōu)選為30w/(m·k)以上，更優(yōu)選為38w/(m·k)以上，進(jìn)一步優(yōu)選為48w/(m·k)以上。

在本發(fā)明中，為了得到熱疲勞率優(yōu)異的活塞環(huán)，優(yōu)選將母材設(shè)為如下組成(以下也稱為“第一組成”)，以質(zhì)量％計(jì)，c：0.2～1.0％，si：0.1～1.0％，mn：0.1～1.0％，cr：10～20％，ni：0～0.6％，mo：0～1.5％，v：0～0.15％，其余部分由fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。而且，為了得到導(dǎo)熱性優(yōu)異的活塞環(huán)，優(yōu)選大幅降低含cr量，而將母材設(shè)為如下組成(以下也稱為“第二組成”)，以質(zhì)量％計(jì)，c：0.45～1.10％，si：0.15～1.60％，mn：0.30～1.15％，cr：0.50～1.60％，v：0～0.25％，mo：0～0.35％，b：0～0.005％，其余部分由fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。

這些母材除了作為鋼材的基本合金元素的c、si、mn之外，尤其是將cr設(shè)為必須合金元素。cr除了形成碳化物之外，還以置換型固溶于fe，因此能提高耐蝕性，并且通過(guò)固溶強(qiáng)化能提高耐熱疲勞性。而且，c以侵入型固溶于fe而提高基體的硬度，同時(shí)容易與cr、mo、v結(jié)合而生成碳化物，能提高耐磨損性、耐劃傷性。si及mn被作為脫氧材料而添加。而且，根據(jù)需要，還可以選擇性地添加ni、mo、v、b，以提高耐蝕性為目的可以添加ni，以使鋼的組織微細(xì)化、強(qiáng)韌化并且形成高硬度的碳化物為目的可以添加v，以增大鋼的淬火性為目的可以添加mo及b，尤其是以高溫強(qiáng)度提高為目的可以添加mo。需要說(shuō)明的是，通常，鋼中包含有小于0.03質(zhì)量％的p及s，但是作為不可避免的雜質(zhì)來(lái)處理，沒(méi)有特別規(guī)定。

尤其是在熱傳導(dǎo)率優(yōu)異的活塞環(huán)材料中，從熱傳導(dǎo)率提高的觀點(diǎn)出發(fā)，si優(yōu)選設(shè)為0.15～0.35％，而且c也優(yōu)選設(shè)為0.45～0.65％，但是從提高耐磨損性、氮化特性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選將c設(shè)為0.95～1.10％，將cr設(shè)為0.80～1.60％，將v設(shè)為0.15～0.25％，更優(yōu)選將cr設(shè)為1.30～1.60％。綜合來(lái)說(shuō)，作為熱傳導(dǎo)率優(yōu)異的活塞環(huán)的母材，優(yōu)選具有如下組成(以下也稱為“第三組成”)，以質(zhì)量％計(jì)，c：0.45～0.55％，si：0.15～0.35％，mn：0.65～0.95％，cr：0.80～1.10％，v：0.15～0.25％，其余部分由fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，而且，優(yōu)選具有如下組成(以下也稱為“第四組成”)，以質(zhì)量％計(jì)，c：0.95～1.10％，si：0.15～0.35％，mn：0.30～0.50％，cr：1.30～1.60％，其余部分由fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。

在本發(fā)明的活塞環(huán)中，優(yōu)選進(jìn)行淬火、回火處理，可得到在回火馬氏體中分散有包含微細(xì)的鉻碳化物的碳化物的顯微鏡組織。包含鉻碳化物的碳化物的析出在300℃下也能抑制錯(cuò)位的移動(dòng)或蠕變，有助于耐熱疲勞性的提高。在本發(fā)明的第一組成的材料中，優(yōu)選熱疲勞率為4％以下，在本發(fā)明的第二組成的材料中，優(yōu)選熱疲勞率為8％以下。另一方面，熱傳導(dǎo)率優(yōu)選在本發(fā)明的第二組成的材料的情況下為30w/(m·k)以上。

本發(fā)明的活塞環(huán)將其母材設(shè)為鋼材，因此若不進(jìn)行任何額外處理，則與鑄鐵制活塞環(huán)相比，在耐劃傷性等的滑動(dòng)特性上存在問(wèn)題。然而，這些問(wèn)題通過(guò)近年來(lái)的表面處理技術(shù)的進(jìn)步而被逐漸克服。因此，本發(fā)明的活塞環(huán)在其外周滑動(dòng)面優(yōu)選具有選自由氮化被膜(氮化層)、鍍敷被膜、噴鍍被膜、化學(xué)生成處理被膜、及離子鍍被膜構(gòu)成的組中的1種或2種以上的被膜。而且，在側(cè)面優(yōu)選具有選自由氮化被膜(氮化層)、鍍敷被膜及化學(xué)生成處理被膜構(gòu)成的組中的1種或2種以上的被膜。

本發(fā)明的第一組成的材料由于含有以質(zhì)量％計(jì)10～20％的cr，因此也作為優(yōu)異的氮化鋼而發(fā)揮作用。在大型環(huán)中，以往，在側(cè)面應(yīng)用硬質(zhì)鉻鍍敷，而若能夠進(jìn)行氮化處理，則能夠取代硬質(zhì)鉻鍍敷處理，能夠?qū)Τ杀緶p少作出貢獻(xiàn)。但是，本發(fā)明沒(méi)有將硬質(zhì)鉻鍍敷排除在外。氮化處理可以利用鹽浴軟氮化、氣體氮化、軟氮化、等離子氮化，都優(yōu)選在450～600℃的范圍內(nèi)進(jìn)行1～12小時(shí)的處理。通過(guò)氮化處理，鋼中的cr碳化物容易與從表面侵入的n反應(yīng)，在氮化層內(nèi)成為crn而作為硬質(zhì)粒子進(jìn)行分散，從而顯著提高滑動(dòng)面的耐磨損性、耐劃傷性。需要說(shuō)明的是，在上述材料中選擇性地使用的mo除了作為碳化物生成元素而提高耐磨損性、耐劃傷性之外，還具有防止氮化處理中的軟化的作用，對(duì)于環(huán)的尺寸穩(wěn)定性起到重要的作用。而且，v具有實(shí)現(xiàn)晶粒的微細(xì)化并發(fā)揮強(qiáng)韌性的效果和作為氮化促進(jìn)元素而提高氮化層的硬度的效果。

在表面處理中，鍍敷被膜包含硬質(zhì)鉻鍍敷被膜、多層鉻鍍敷被膜、及鎳復(fù)合分散鍍敷被膜，噴鍍被膜包含鉬噴鍍被膜或金屬陶瓷噴鍍被膜，化學(xué)生成處理被膜包含氧化鐵被膜或磷酸鹽被膜，離子鍍被膜包含crn或tin被膜。

電弧離子噴鍍通過(guò)如下方式形成被膜：向真空容器中導(dǎo)入氮(n2)氣，在蒸發(fā)源的金屬cr陰極(靶)表面產(chǎn)生電弧而使金屬cr瞬時(shí)熔化，在氮等離子(n^*)中離子化，通過(guò)向活塞環(huán)施加的負(fù)的偏壓，作為cr³⁺離子或與n^*反應(yīng)了的crn向包覆面引入，從而形成被膜。電弧離子噴鍍能夠通過(guò)高的能量密度實(shí)現(xiàn)金屬cr的高離子化率。由此，是可得到高的成膜速度，活塞環(huán)所要求的10～80μm的成膜在工業(yè)上成為可能的方式。能夠通過(guò)電弧離子噴鍍形成的硬質(zhì)氮化鉻通過(guò)電弧電流、氣氛壓、偏壓等處理?xiàng)l件的控制，能夠形成crn相、cr2n相、cr相的單相、或(crn+cr2n)、(cr2n+cr)、(crn+cr2n+cr)、(crn+cr)的復(fù)合相。在本發(fā)明中形成的硬質(zhì)氮化鉻被膜優(yōu)選以crn相及/或cr2n相的氮化鉻為主體，即包含50體積％以上。

本發(fā)明的活塞環(huán)的制造方法的特征在于，包括：對(duì)切斷成規(guī)定的長(zhǎng)度的圓柱狀鋼原料進(jìn)行加熱，通過(guò)沖壓成形將該圓柱狀鋼原料鐓鍛加工成圓板狀成形體的第一熱鍛工序；由所述圓板狀成形體通過(guò)芯沖頭在中央部形成凹部并進(jìn)行開孔加工，從而加工成第一圓筒狀原料的第二熱鍛工序；由所述第一圓筒狀原料通過(guò)擴(kuò)孔機(jī)加工成擴(kuò)徑了的第二圓筒狀原料的第三熱鍛工序；由所述第二圓筒狀原料加工成活塞環(huán)的機(jī)械加工工序。

圖2是在本發(fā)明的制造方法中，以通過(guò)原料的中心軸的截面來(lái)示意性地示出活塞環(huán)原料的形狀變化的圖。即，本發(fā)明的制造方法包括：由圓柱狀原料3成形圓柱狀原料4的第一熱鍛工序；由圓柱狀原料4成形第一圓筒狀原料5的第二熱鍛工序；以及由第一圓筒狀原料5成形第二圓筒狀原料6的第三熱鍛工序。

第三熱鍛工序使用圖3中示意性地示出其加工方法的擴(kuò)孔機(jī)。擴(kuò)孔機(jī)由主輥8、心軸9、軸向輥10、支承輥11等構(gòu)成。主輥8以固定的轉(zhuǎn)速被驅(qū)動(dòng)，而心軸9、軸向輥10及支承輥11是通過(guò)與被加工材料7的摩擦而旋轉(zhuǎn)的從動(dòng)式。在滾軋擴(kuò)孔加工中，基本上是在主輥8與心軸9之間進(jìn)行環(huán)的向徑向的壓下，一邊減少被加工材料7的壁厚，一邊擴(kuò)大直徑而形成為所希望的形狀、尺寸的加工方法，但是關(guān)于軸向尺寸，通過(guò)一對(duì)軸向輥10之間來(lái)調(diào)整，而且，關(guān)于被加工材料7的正圓度、表面性狀，通過(guò)多個(gè)支承輥11來(lái)調(diào)整。

通過(guò)上述的滾軋擴(kuò)孔加工而制造的第二圓筒狀原料(6、12)由機(jī)械加工工序加工成活塞環(huán)。該機(jī)械加工工序包括例如外周車削加工、內(nèi)周車削加工、端面車削加工、刺穿加工或切斷加工、側(cè)面磨削加工、接縫切斷加工、接縫銑削加工、外周凸輪仿形車削加工、外周研磨加工、外周拋光加工、以及油環(huán)的油孔加工等。

需要說(shuō)明的是，尤其是在4沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，大型環(huán)與小型環(huán)同樣，被分類成壓力環(huán)和油環(huán)，壓力環(huán)呈在裝配于缸體時(shí)產(chǎn)生基于自身張力的面壓那樣的非圓形的自由形狀(凸輪形狀)，另一方面，油環(huán)以利用了線圈擴(kuò)張器的張力的附帶線圈擴(kuò)張器的油環(huán)為主流，其主體呈大致圓形的自由形狀。

在本發(fā)明的活塞環(huán)中，壓力環(huán)為所謂單零件型，在閉合接縫而裝配于缸體時(shí)，為了將氣體密封而需要具有向徑向外側(cè)伸出的自身張力。上述的第三熱鍛工序的滾軋擴(kuò)孔加工基本上是成形圓形環(huán)的加工方法，為了具有自身張力，如圖4所示，優(yōu)選將通過(guò)第三熱鍛工序成形的第二圓筒狀原料6修正為非圓形形狀的自由形狀原料12。在圖4中，示出未對(duì)沖壓方向以外進(jìn)行限制的所謂自由鍛造，但是也可以設(shè)為利用了呈規(guī)定的橢圓形狀的下模及/或上模的模具鍛造。以使圓筒狀原料12的截面成為短軸d2、長(zhǎng)軸d3的橢圓形狀的方式調(diào)整溫度、壓力p、壓下量δd。d3/d2優(yōu)選設(shè)為1.005～1.05，更優(yōu)選設(shè)為1.01～1.03。

為了將由圓形形狀的活塞環(huán)修正為具有非圓形(橢圓形)的自由形狀的活塞環(huán)，也可以通過(guò)將規(guī)定的尺寸的接縫零件夾于接縫的狀態(tài)下進(jìn)行熱處理來(lái)形成。然而，在設(shè)為大型壓力環(huán)中使用的圖5所示的雙級(jí)接縫13那樣的特殊接縫的情況下，將接縫兩端不僅對(duì)接而且重疊，因此在基于熱處理的修正中變得制造困難。為了制造特殊接縫的大型環(huán)，需要在原料的階段形成為自由形狀，在這一點(diǎn)上，也優(yōu)選將第二圓筒狀原料6修正為非圓形的自由形狀原料12。

將壓力環(huán)裝配于缸體時(shí)的環(huán)的面壓分布根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能來(lái)決定。面壓分布基本上是圖6(a)那樣的等壓分布，但是在接縫部容易產(chǎn)生劃傷的大型環(huán)的話，優(yōu)選圖6(b)那樣的接縫方向的面壓比與接縫垂直的方向的面壓低的面壓分布。環(huán)在端口上滑動(dòng)的2沖程發(fā)動(dòng)機(jī)也考慮端口框部的磨損對(duì)策、防止環(huán)從端口的飛出而優(yōu)選利用該面壓分布。

在本發(fā)明的活塞環(huán)中，油環(huán)被分類成圖7(a)所示那樣的具有自身張力的單零件油環(huán)和圖7(b)所示那樣的2零件的附帶線圈擴(kuò)張器的油環(huán)。

附帶線圈擴(kuò)張器的油環(huán)包括：具有在軸向上下形成且與缸體內(nèi)周面進(jìn)行滑動(dòng)的一對(duì)軌道部16、16的油環(huán)主體14；裝配于油環(huán)主體14的內(nèi)周槽部而將油環(huán)主體向半徑方向外方按壓的線圈擴(kuò)張器15。油環(huán)主體14的張力依賴于線圈擴(kuò)張器15，因此無(wú)需自身具有張力，由此不需要具有非圓形的自由形狀。反而為了發(fā)揮優(yōu)異的刮油性能，而要求追隨發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中的缸體的變形，即，要求環(huán)充分仿形于缸體壁進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的優(yōu)異的追隨性。該環(huán)的追隨性由如下的追隨性系數(shù)k表示。

k＝3·ft·d1²/(e·h1·a1³)

在此，ft為環(huán)張力，d1為標(biāo)稱直徑，e為楊氏模量，h1為環(huán)寬尺寸，a1為徑向厚度尺寸。根據(jù)該式，環(huán)的追隨性與環(huán)主體的尺寸、尤其是徑向厚度尺寸a1的立方成反比例，因此優(yōu)選盡量減小徑向厚度尺寸a1，結(jié)果是優(yōu)選采取圖8所示的形狀(也稱為“i型形狀”)。由此，在本發(fā)明的活塞環(huán)的制造方法中，為了設(shè)為盡量接近于圖7(a)、圖7(b)及圖8所示的油環(huán)的原料形狀，優(yōu)選使用異形形狀的主輥，以使第二圓筒狀原料至少在外周面具有沿軸向以一定間隔形成的多個(gè)凹部。圖9所示的第二圓筒狀原料在外周面及內(nèi)周面的雙方具有沿軸向以一定間隔形成的多個(gè)凹部，這種情況下優(yōu)選使用異形形狀的主輥和心軸。

上述的熱鍛工序中的被加工材料的溫度根據(jù)使用的材料而適當(dāng)選擇，例如在使用具有第一組成的鋼、具有第二組成的鋼的情況下，原料溫度優(yōu)選處于850～1250℃的范圍，更優(yōu)選為900～1100℃。

由滾軋擴(kuò)孔加工制造的第二圓筒狀原料6、12、17優(yōu)選通過(guò)退火處理而除去鍛造后的內(nèi)部應(yīng)力，使?jié)B碳體球狀化，改善切削性。而且，優(yōu)選在退火處理后，通過(guò)噴砂而除去了氧化皮之后，進(jìn)行表面的脫碳層的除去加工。而且，因?yàn)榭蓮牡诙A筒狀原料得到多個(gè)環(huán)，所以優(yōu)選在脫碳層的除去加工后刺穿或切斷成規(guī)定的寬度的環(huán)。

得到的環(huán)原料通過(guò)利用滾軋擴(kuò)孔加工得到的周向纖維流線(鍛件纖維流線)組織，成為沒(méi)有缺陷的高強(qiáng)度的材料，而作為活塞環(huán)材料，為了賦予耐熱疲勞性等規(guī)定的特性而優(yōu)選進(jìn)行淬火·回火處理。在使用具有第一組成的鋼材作為原料的情況下，淬火溫度優(yōu)選900～1150℃，回火溫度優(yōu)選580～600℃，在使用具有第二組成的鋼材作為原料的情況下，淬火溫度優(yōu)選800～1100℃，回火溫度優(yōu)選470～550℃。通過(guò)該熱處理，在具有第一組成的鋼中，得到在回火馬氏體中分散有微細(xì)的鉻碳化物的顯微鏡組織，表現(xiàn)出hv250～420的維氏硬度、190gpa以上的彈性率，在具有第二組成的鋼中，得到在回火馬氏體中分散有微細(xì)的碳化物的顯微鏡組織，表現(xiàn)出hv430～500的維氏硬度、190gpa以上的彈性率。

實(shí)施例

實(shí)施例1

將sus420j2材的外徑110mm、長(zhǎng)度200mm的棒鋼加熱成1000℃，沖壓成形為外徑165mm、高度約90mm的圓板狀成形體，然后，通過(guò)芯沖頭在中央部形成凹部，將其貫通、開孔，制作出外徑約180mm、內(nèi)徑約50mm的第一圓筒狀原料。接下來(lái)，通過(guò)高頻感應(yīng)加熱裝置將第一圓筒狀原料再次加熱，將其安設(shè)于擴(kuò)孔機(jī)，通過(guò)滾軋擴(kuò)孔加工而制作出外徑約364mm、內(nèi)徑約332mm、寬度約110mm的第二圓筒狀原料。對(duì)該第二圓筒狀原料進(jìn)行790℃、10小時(shí)的退火后，在基于噴砂的氧化皮的除去之后，將內(nèi)外周同時(shí)粗加工成長(zhǎng)徑362mm、短徑356mm的非圓形形狀(橢圓形狀等)之后，進(jìn)行刺穿加工而得到8個(gè)非圓形形狀的環(huán)。在900℃起的淬火、490℃、3小時(shí)的回火之后，實(shí)施精加工，形成了標(biāo)稱直徑(d1)350mm、環(huán)寬(h1)5mm、徑向厚度(a1)9.5mm的矩形截面且外周面為桶形狀的雙級(jí)接縫形狀的壓力環(huán)。接下來(lái)，通過(guò)460℃、5小時(shí)的氣體氮化而在環(huán)整面形成約70μm的氮化層，進(jìn)而在外周通過(guò)高速火焰噴鍍形成了約500μm的以在ni合金基底中分散有微細(xì)的cr碳化物粒子的復(fù)合材粒子為主要的構(gòu)成粒子(suizer-metco公司的sm5241粉末)的金屬陶瓷噴鍍覆膜，最終實(shí)施精研磨至噴鍍覆膜的膜厚約350μm。在此，由于氣體氮化而在表面生成的化合物層(白層)進(jìn)行了磨削除去。需要說(shuō)明的是，為了使面壓成為0.08mpa，而將張力ft調(diào)整為70n。

[1]重量的測(cè)定

實(shí)施例1的壓力環(huán)的重量設(shè)為利用電子天秤測(cè)定的8個(gè)的重量的平均值。平均值為397g。

[2]平面度的測(cè)定

將實(shí)施例1的環(huán)放置在平臺(tái)上，向接縫部2點(diǎn)、從接縫起90°、180°及270°的各點(diǎn)這5點(diǎn)施加5n的載荷，測(cè)定了半徑方向和圓周方向的平面度。平面度定義為從與基準(zhǔn)面平行的面起的環(huán)側(cè)面的自然產(chǎn)生的偏差(jisb8037-2)，使用于環(huán)的扭轉(zhuǎn)、盤狀態(tài)的評(píng)價(jià)。半徑方向的平面度設(shè)為使用半徑為1.5±0.05mm的球面形測(cè)頭以約1n的測(cè)定載荷在環(huán)的上側(cè)面在載荷點(diǎn)的中央測(cè)定的4點(diǎn)的測(cè)定值的最大值，圓周方向的平面度設(shè)為在環(huán)的厚度的中心且載荷點(diǎn)的中央進(jìn)行測(cè)定得到的振動(dòng)的最大值與最小值之差。實(shí)施例1的半徑方向的平面度為0.011mm，圓周方向的平面度為0.044mm。

比較例1

由材料組成為以質(zhì)量％計(jì)c：3.8％，si：2.6％，mn：0.5％，p：0.04％，s：0.01％，cr：0.09％，ni：0.88％，v：0.06％，cu：2.42％的鑄鐵，進(jìn)行熔化、鑄造而制作與第二圓筒狀原料對(duì)應(yīng)的cv石墨鑄鐵制原料，除了省略氮化處理及噴鍍處理以外，與實(shí)施例1同樣地制作了標(biāo)稱直徑(d1)350mm、環(huán)寬(h1)7mm、徑向厚度(a1)10.5mm的矩形截面且外周面為桶形狀的雙級(jí)接縫形狀的壓力環(huán)。比較例1的環(huán)的重量為611g。在比較例1中，也為了使面壓成為0.08mpa，而將張力ft調(diào)整為98n。與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行了平面度的測(cè)定的結(jié)果是，半徑方向的平面度為0.005mm，圓周方向的平面度為0.026mm。與實(shí)施例1相比可知，由于原料為鑄鐵，因此平面度減小約40～55％，但是在實(shí)施例1中，相對(duì)于比較例1，實(shí)現(xiàn)了約35％的輕量化。

實(shí)施例2

使用與實(shí)施例1相同組成的鋼材，通過(guò)滾軋擴(kuò)孔加工制作了外徑約368mm、內(nèi)徑約339mm、寬度約120mm的第二圓筒狀原料，而且，將該圓筒狀原料再次加熱，在與軸垂直的方向上進(jìn)行沖壓成形，成形為長(zhǎng)軸370mm、短軸364mm的非圓形形狀的圓筒狀原料。需要說(shuō)明的是，在該沖壓成形中，使用了呈規(guī)定的橢圓形狀的下模及上模。得到的非圓形形狀的圓筒狀原料與實(shí)施例1同樣，進(jìn)行退火、基于噴砂的氧化皮的除去后，進(jìn)行內(nèi)外周同時(shí)加工、刺穿加工而得到非圓形形狀的8個(gè)環(huán)。與實(shí)施例1同樣，在淬火、回火之后，進(jìn)行精加工，然后實(shí)施氮化處理和噴鍍處理，形成了壓力環(huán)。在實(shí)施例2中，與實(shí)施例1相比，內(nèi)外周同時(shí)加工的加工時(shí)間縮短為約1/5。

實(shí)施例3～7

從由實(shí)施例2制作的外徑約368mm、內(nèi)徑約339mm、寬度約120mm的第二圓筒狀原料，除了將標(biāo)稱直徑(d1)設(shè)為350mm，將環(huán)寬(h1)和徑向厚度(a1)設(shè)為表1所示的數(shù)值，并為了使面壓成為0.08mpa而調(diào)整了張力ft以外，與實(shí)施例2同樣地關(guān)于各實(shí)施例制作了8個(gè)壓力環(huán)。在表1示出尺寸關(guān)系及張力ft關(guān)系，在表2示出與實(shí)施例1同樣地測(cè)定的重量及平面度的測(cè)定結(jié)果、以及相對(duì)于比較例1的重量比率及追隨性系數(shù)率，并且也包括實(shí)施例1及比較例1的結(jié)果在內(nèi)。在此，將實(shí)施例1的鋼材的楊氏模量(e)設(shè)為215gpa，將比較例1的鑄鐵的楊氏模量(e)設(shè)為160gpa，通過(guò)k＝3ftd1²/eh1a1³計(jì)算了追隨性系數(shù)率(相對(duì)于比較例1)。

[表1]

[表2]

確認(rèn)了：實(shí)施例1及3～4均與以往的鑄鐵制環(huán)相比，重量比率為0.46～0.82，低張力化率為0.57～0.86，實(shí)現(xiàn)輕量化及低張力化，另一方面，平面度為半徑方向0.007～0.013mm、圓周方向0.040～0.056mm，能夠加工成在使用上沒(méi)有問(wèn)題的等級(jí)的環(huán)精度。實(shí)施例5使用鋼材而與比較例1的鑄鐵制環(huán)相比實(shí)現(xiàn)了截面縮小化，但是根據(jù)比重差(相對(duì)于鋼材比重7.8g/cm³，鑄鐵材比重為7.0g/cm³)，重量比率接近于1，而且根據(jù)楊氏模量差(相對(duì)于鋼材楊氏模量215gpa，鑄鐵材楊氏模量為160gpa)，追隨性系數(shù)惡化了14％。實(shí)施例6～7雖然輕量化及低張力化都較大，但是加工后的平面度在半徑方向超過(guò)0.015mm，在圓周方向超過(guò)0.070mm，在環(huán)精度上存在一些問(wèn)題。

實(shí)施例8

由材料組成為以質(zhì)量％計(jì)c：0.36％，si：0.27％，mn：0.51％，p：0.029％，s：0.024％，ni：0.25％，cr：12.08％，外徑110mm，長(zhǎng)度200mm的棒鋼，與實(shí)施例1同樣地制作了外徑約353mm、內(nèi)徑約311mm、寬度約90mm的第二圓筒狀原料。將該第二圓筒狀原料進(jìn)行750℃、21小時(shí)的球狀化退火后，在基于噴砂的氧化皮的除去后，將內(nèi)外周同時(shí)粗加工成長(zhǎng)徑352mm、短徑346mm的非圓形形狀(凸輪形狀)之后，進(jìn)行刺穿加工而得到5個(gè)非圓形形狀的環(huán)。在從1000℃起的淬火、600℃、3小時(shí)間的回火之后，實(shí)施精加工，形成為標(biāo)稱直徑(d1)330mm、環(huán)寬(h1)7mm、徑向厚度(a1)10mm的矩形截面且外周面為桶形狀的雙級(jí)接縫形狀的壓力環(huán)。接下來(lái)，通過(guò)570℃、4小時(shí)的氣體氮化在環(huán)整面形成約100μm的氮化層，然后在外周，通過(guò)電弧離子噴鍍形成了約50μm的crn層。在此，由于氣體氮化而在表面生成的化合物層(白層)進(jìn)行了磨削除去。

[3]熱疲勞試驗(yàn)

熱疲勞試驗(yàn)基于jisb8037-5。首先測(cè)定張力，將環(huán)閉合成標(biāo)稱直徑而在300℃下加熱了3小時(shí)之后，再次測(cè)定張力，通過(guò)評(píng)價(jià)其減退率(jis中的切線方向張力減退度)來(lái)進(jìn)行。對(duì)于實(shí)施例8的5個(gè)環(huán)進(jìn)行了評(píng)價(jià)的結(jié)果是，熱疲勞率的平均值為3.6％，都在4％以內(nèi)，變動(dòng)也小。

比較例2

由材料組成為以質(zhì)量％計(jì)c：3.8％，si：2.6％，mn：0.5％，p：0.16％，s：0.01％，mo：0.72％，cu：0.68％的鑄鐵，進(jìn)行熔化、鑄造而制作與第二圓筒狀原料對(duì)應(yīng)的鑄鐵制原料，除了省略氮化處理及離子噴鍍處理以外，與實(shí)施例8同樣地制作了壓力環(huán)。與實(shí)施例8同樣進(jìn)行了熱疲勞試驗(yàn)的結(jié)果是，熱疲勞率的平均值為7.2％，與實(shí)施例8相比可知，實(shí)施例8的耐熱疲勞性顯著提高。

實(shí)施例9

使用與實(shí)施例8相同的組成的鋼材，通過(guò)滾軋擴(kuò)孔加工而制作外徑約348mm、內(nèi)徑約319mm、寬度約125mm的第二圓筒狀原料，然后，將該圓筒狀原料再次加熱，沿著與軸垂直的方向進(jìn)行沖壓成形，成形為長(zhǎng)軸351mm、短軸345mm的非圓形形狀的圓筒狀原料。需要說(shuō)明的是，在該沖壓成形中，使用了呈規(guī)定的橢圓形狀的下模及上模。得到的非圓形形狀的圓筒狀原料與實(shí)施例8同樣，進(jìn)行球狀化退火，在基于噴砂的氧化皮的除去后，進(jìn)行內(nèi)外周同時(shí)加工、刺穿加工而得到非圓形形狀的5個(gè)環(huán)。與實(shí)施例8同樣，在淬火、回火之后，進(jìn)行精加工，而且實(shí)施氮化處理和離子噴鍍處理，形成了壓力環(huán)。與實(shí)施例8相比，在實(shí)施例9中，內(nèi)外周同時(shí)加工的加工時(shí)間縮短為約1/5。

實(shí)施例10

從由通過(guò)實(shí)施例8制作的外徑約353mm、內(nèi)徑約311mm、寬度約90mm的第二圓筒狀原料，通過(guò)車削加工制作了標(biāo)稱直徑(d1)330mm、環(huán)寬(h1)6.0mm、徑向厚度(a1)4.5mm的圖8所示的i型形狀的油環(huán)主體。表面處理是對(duì)油環(huán)主體整體實(shí)施氮化處理。

實(shí)施例11

由與實(shí)施例8所使用的材料相同的外徑110mm、長(zhǎng)度200mm的棒鋼，經(jīng)由與實(shí)施例1同樣地制作的外徑約180mm、內(nèi)徑約50mm的第一圓筒狀原料，通過(guò)滾軋擴(kuò)孔加工制作了外徑約300mm、內(nèi)徑約280mm的第二圓筒狀原料。然后，使用具有能夠成形圖9所示的截面的第二圓筒狀原料的形狀的主輥及心軸進(jìn)行滾軋擴(kuò)孔加工，制作了外徑約333mm、內(nèi)徑約317mm的油環(huán)主體的原料。進(jìn)行刺穿加工、熱處理、精加工、氮化處理等，制作了與實(shí)施例10同樣的油環(huán)主體。與實(shí)施例10相比，在實(shí)施例11中能夠大幅減少加工時(shí)間。

實(shí)施例12

除了使用材料組成為以質(zhì)量％計(jì)c：0.86％，si：0.27％，mn：0.29％，p：0.024％，s：0.018％，cr：17.3％，mo：0.89％，v：0.11％的鋼材以外，與實(shí)施例9同樣地制作了非圓形形狀的5個(gè)壓力環(huán)。與實(shí)施例8同樣地進(jìn)行了熱疲勞試驗(yàn)的結(jié)果可知，熱疲勞率的平均值為2.9％，具有實(shí)施例8以上的耐熱疲勞性。

實(shí)施例13

由材料組成為以質(zhì)量％計(jì)c：0.48％，si：0.21％，mn：0.79％，cr：1.02％，v：0.22％，外徑110mm，長(zhǎng)度200mm的棒鋼，與實(shí)施例1同樣地制作了外徑約353mm、內(nèi)徑約311mm、寬度約90mm的第二圓筒狀原料，與實(shí)施例1同樣，在退火、基于噴砂的氧化皮的除去后，將內(nèi)外周同時(shí)粗加工成長(zhǎng)徑352mm、短徑346mm的非圓形形狀(凸輪形狀)之后，進(jìn)行刺穿加工，得到了非圓形形狀的5個(gè)環(huán)。然后，與實(shí)施例1同樣，在淬火、回火之后，實(shí)施精加工，形成為標(biāo)稱直徑(d1)330mm、環(huán)寬(h1)7mm、徑向厚度(a1)10mm的矩形截面且外周面為桶形狀的雙級(jí)接縫形狀的壓力環(huán)，并形成了基于氣體氮化的氮化層和基于高速火焰噴鍍的金屬陶瓷噴鍍覆膜。

[4]熱傳導(dǎo)率的測(cè)定

從實(shí)施例13的環(huán)切出測(cè)定用樣品，進(jìn)行研磨，通過(guò)激光閃射法測(cè)定了3次熱傳導(dǎo)率。3次的測(cè)定值的平均值為38w/(m·k)，是與cv石墨鑄鐵的熱傳導(dǎo)率相匹敵的值。

熱疲勞率

而且，將實(shí)施例8進(jìn)行的熱疲勞試驗(yàn)對(duì)實(shí)施例13的5個(gè)環(huán)進(jìn)行的結(jié)果是，熱疲勞率的平均值為4.8％，都為5％以內(nèi)，變動(dòng)也小。

比較例1的熱傳導(dǎo)率和熱疲勞率

由比較例1的材料組成的鑄鐵，與實(shí)施例13相同地制作了與第二圓筒狀原料對(duì)應(yīng)的cv石墨鑄鐵制原料，除了省略氮化處理及噴鍍處理以外，與實(shí)施例13同樣地制作了壓力環(huán)。與實(shí)施例13同樣地進(jìn)行了熱傳導(dǎo)率的測(cè)定和熱疲勞試驗(yàn)的結(jié)果是，熱傳導(dǎo)率的平均值為36w/(m·k)，熱疲勞率的平均值為7.0％，與實(shí)施例13相比可知，實(shí)施例13的耐熱疲勞性顯著提高。

實(shí)施例14

使用與實(shí)施例13相同的組成的鋼材，與實(shí)施例9同樣地成形為長(zhǎng)軸351mm、短軸345mm的非圓形形狀的圓筒狀原料。得到的非圓形形狀的圓筒狀原料與實(shí)施例13同樣，進(jìn)行退火，在基于噴砂的氧化皮的除去后，進(jìn)行內(nèi)外周同時(shí)加工、刺穿加工而得到了非圓形形狀的5個(gè)環(huán)。與實(shí)施例13同樣，在淬火、回火之后，進(jìn)行精加工，然后實(shí)施氮化處理和噴鍍處理，形成了壓力環(huán)。在實(shí)施例14中，與實(shí)施例13相比，內(nèi)外周同時(shí)加工的加工時(shí)間縮短為約1/5。

實(shí)施例15

由通過(guò)實(shí)施例13制作的外徑約353mm、內(nèi)徑約311mm、寬度約90mm的第二圓筒狀原料，通過(guò)車削加工制作了標(biāo)稱直徑(d1)330mm、環(huán)寬(h1)6.0mm、徑向厚度(a1)4.5mm的圖8所示那樣的i型形狀的油環(huán)主體。表面處理是對(duì)油環(huán)主體整體實(shí)施氮化處理。

實(shí)施例16

由與實(shí)施例13相同組成的鋼材，通過(guò)滾軋擴(kuò)孔加工制作了外徑約300mm、內(nèi)徑約280mm的第二圓筒狀原料，然后，與實(shí)施例11同樣地制作了外徑約333mm、內(nèi)徑約317mm的油環(huán)主體的原料，制作了與實(shí)施例15同樣的油環(huán)主體。與實(shí)施例15相比，在實(shí)施例16中能夠大幅地減少加工時(shí)間。

實(shí)施例17～20

除了材料組成使用表3所示的鋼材以外，與實(shí)施例14同樣地對(duì)于各鋼材，分別制作了5個(gè)非圓形形狀的壓力環(huán)。與實(shí)施例13同樣，關(guān)于進(jìn)行了熱傳導(dǎo)率的測(cè)定和熱疲勞試驗(yàn)的結(jié)果，包含實(shí)施例13及比較例1的結(jié)果在內(nèi)而在表3示出。

[表3]

+實(shí)施例13、17～20、比較例1都含有p及s作為不可避免的雜質(zhì)。

*實(shí)施例20的cu作為雜質(zhì)而被包含。

**熱傳導(dǎo)率的單位為w/(m·k)。

***熱疲勞率的單位為％。

實(shí)施例17～20的熱傳導(dǎo)率為31～49w/(m·k)，熱疲勞率為4.6～6.3％。熱傳導(dǎo)率至少為球狀石墨鑄鐵的30w/(m·k)以上，也能得到38w/(m·k)、甚至49w/(m·k)這樣與cv石墨鑄鐵、片狀石墨鑄鐵相當(dāng)?shù)闹怠６?，熱疲勞率也至少小?％，也能得到小于6％，甚至小于5％的值。