CN106103920B - 内燃机的排气阀杆及其制法 - Google Patents

Abstract

本发明提供将内燃机排气阀杆的触火面与耐高温耐腐蚀性金属层简单且短时间地粘结成一体的方法以及通过该方法得到的排气阀杆。一种排气阀杆、以及通过爆炸压接制造该排气阀杆的方法，所述内燃机用排气阀杆为以耐热钢为基料的内燃机用排气阀杆，其特征在于，该排气阀杆的由该基料构成的触火面上，压接有包含Ni以及Cr的第一耐高温耐腐蚀性合金板，呈现波状的粘结界面，该触火面的中心部堆焊有包含Ni以及Cr的第二耐高温耐腐蚀性合金。

Description

内燃机的排气阀杆及其制法

技术领域

本发明涉及船舶的各种柴油机等内燃机的排气阀杆以及其制造方法。

背景技术

以往，船舶的各种柴油机和汽油机的排气阀杆使用各种马氏体系耐热钢SUH1、3、4或者奥氏体系耐热钢SUH31、37、SNCrW，阀杆材料的密封面使用Co系司太立合金(Stellite)或者Ni系科尔莫诺伊合金(Colmonoy)等合金材料。

排气阀杆为柴油机和汽油机中最重要的部件，且为昂贵的部件，排气阀杆的寿命在船主经济中占的权重相当地大。因此，迄今为止一直在进行排气阀杆寿命延长的尝试。

过去，曾经在提高烧结司太立合金阀座的高温强度的实机试验中，达到了经过16,000Hr后，其阀座面仍健全无压痕，能供给连续使用的成绩，由此可推测：排气阀杆的阀座面的高温强度如果在某个值以上，则维护时间、阀的寿命都可以比现状进一步延长。

此外，从20几年前开始，如以下专利文献1(日本专利特开平5-222475号公报)所公开的，使用Ni基的耐热钢尼孟镍克合金(Nimonic((注册商标)以下相同)80A)材料的排气阀杆，该阀材料也比上述金属材料的耐热耐腐蚀性更优异，使用耐用寿命也相当长，目前，在大型柴油机中品质稳定。

进一步地，推测排气阀杆共同的阀头触火面的高温腐蚀多是由于开始时高温高压废气导致阀体渗碳，其与排气阀体的内部化学成分铬发生反应，形成碳化铬，在晶粒界面析出，引起渗碳点蚀。

1984年左右，修补锻造产品尼孟镍克合金(Nimonic 80A)的排气阀座时，使用同种(Nimonic80A)焊接材料，在阀座面上进行堆焊，并在焊接部表面进行喷丸处理，使硬度増加，进一步实施时效固化热处理，提高高温下的硬度，从而达到相当地延长使用寿命。

另一方面，发动机运动中的排气阀头的表面温度有这样的记录：880BHP/cyl发动机在100％负荷下，为600℃以上，阀座部为500℃以上。如果考虑最近的燃料油性状，除了上述现象，耐硫侵蚀性、耐钒侵蚀性的高温耐腐蚀性也优异的排气阀杆是必要的。

以下的专利文献2(日本专利特开2004-285863号公报)中公开了将Ni系析出固化型超耐热合金(Nimonic 80A)通过爆炸压接粘结到排气阀杆的轴杆侧外表面部(阀座)部分。

像这样，为了达到排气阀杆的长寿命，1)排气阀座部的金属为高温时可以得到高硬度的材质，2)触火面侧的金属为能够长时间耐受高温高压腐蚀气氛的燃烧气体的材质，但是，3)如果排气阀基料的金属Fe基材为在构成1)、2)的金属的析出共晶体中的金属间化合物中加入Al，Fe基材就得到脆性化合物，则质量不好，因此，就必须用Ni将边缘封闭。

因此，本发明者提出了一种柴油机等的排气阀杆，该排气阀杆的基料采用包含通常使用的SUH1、3、4、SUH31、Nimonic 80、81的阀材料的耐热钢，在其触火面上堆焊不含P(磷)成分的因科镍合金(Inconel(注册商标)以下相同)的耐高温耐腐蚀性Ni基金属，在该堆焊的上面堆焊以Ni40～60％、Cr60～40％作为主成分的超合金耐高温耐腐蚀性Ni基金属，稀释这些堆焊金属而焊接形成柴油机等的排气阀杆，对于该柴油机等的排气阀杆，提出了以下的专利文献3(日本专利实用新型授权第3175779号公报)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本专利特开平5-222475号公报

专利文献2:日本专利特开2004-285863号公报

专利文献3:日本专利实用新型授权第3175779号公报

发明内容

发明要解决的课题

将上述排气阀杆使用于需要的柴油机中，经过数千小时后检测时，触火面几乎未被腐蚀，此外还以可充分利用的状态发挥需要的效果。

但是，在排气阀杆的触火面上均匀地堆焊这些耐高温耐腐蚀性合金需要很多的劳力和时间，此外，需要的热处理是必要的，因此就产生了简单且短时间地一体粘结的课题。

解决课题的手段

为了解决前述课题，本申请发明人专心研究、多次实验，结果发现：通过爆炸压接而使耐高温耐腐蚀性合金与触火面粘结成一体，以部分地代替以往的堆焊，从而可以解决该课题，以致完成本发明。

即，本发明为如下所示的发明。

[1]前述排气阀杆，是以耐热钢作为基料的内燃机用的排气阀杆，其特征在于，在该排气阀杆的由所述基料构成的触火面上压接有包含Ni以及Cr的第一耐高温耐腐蚀性合金板，粘结界面呈现波状，所述触火面的中心部上堆焊有包含Ni以及Cr的第二耐高温耐腐蚀性合金。

[2]如前述[1]所述的排气阀杆，所述压接是通过爆炸压接而实施的压接。

[3]如前述[1]或者[2]所述的排气阀杆，所述包含Ni以及Cr的第一耐高温耐腐蚀性合金为以Ni40～60％、Cr60～30％为主成分的超合金耐高温耐腐蚀性Ni基金属。

[4]如前述[1]～[3]中任一项所述的排气阀杆，所述包含Ni以及Cr的第一耐高温耐腐蚀性合金与所述包含Ni以及Cr的第二耐高温耐腐蚀性合金相同。

[5]如前述[1]～[4]中任一项所述的排气阀杆，作为所述基料的耐热钢选自由马氏体系耐热钢SUH1、SUH3以及SUH4、奥氏体系耐热钢SUH31、SUH37、以及SNCrW系钢、和Ni基耐热钢Nimonic 80A(注册商标)以及Nimonic 81(注册商标)构成的组。

[6]如前述[1]～[5]中任一项所述的排气阀杆，所述排气阀杆的由基料构成的触火面上，介由从SUS309、SUS310、以及SUS316构成的组中选择的不锈钢耐热用钢金属板材料，压接着所述包含Ni以及Cr的第一耐高温耐腐蚀性合金板。

[7]一种前述[1]～[6]中任一项所述的排气阀杆的制造方法，其包含下述步骤：

在排气阀杆的触火面上，以规定的间隔重叠包含Ni以及Cr的第一耐高温耐腐蚀性合金板材料，在所述板材料上安装炸药，爆炸压接，从而与排气阀杆的触火面粘结成一体的步骤，以及

除去得到的排气阀杆的触火面的爆炸压接的未压接部，堆焊包含Ni以及Cr的第二耐高温耐腐蚀性合金的步骤。

本发明的1个实施方式为内燃机的排气阀杆，其特征在于，在使用了内燃机的耐热钢的排气阀杆触火面的基料上，以规定的间隔重叠超合金耐高温耐腐蚀性Ni基金属的耐高温耐腐蚀性金属板材料，爆炸压接，从而超合金的耐高温耐腐蚀性Ni基金属的耐高温耐腐蚀性金属板材料与排气阀杆的触火面基料粘结成一体，除去排气阀杆触火面的中心部的爆炸压接的未压接部，堆焊超合金耐高温耐腐蚀性金属从而形成。

本发明的其他实施方式为内燃机排气阀杆，其为排气阀杆的基料使用包含SUH1、3、4、SUH31、Nimonic 80、81(Nimonic(注册商标))中的任一种的阀材料的耐热钢的内燃机排气阀杆，其特征在于，在上述排气阀杆的触火面上，以规定的间隔重叠以Ni40～60％、Cr60～30％作为主成分的超合金耐高温耐腐蚀性的Ni基金属的耐高温耐腐蚀性金属板材料，爆炸压接，从而粘结成一体。

本发明的其他实施方式为内燃机排气阀杆，在内燃机的使用了耐热钢的排气阀杆触火面的基料上，以规定的间隔重叠3～12mm厚度的超合金耐高温耐腐蚀性的Ni基金属的耐高温耐腐蚀性金属板材料，在其中心部设置5～10mm直径的引爆器，爆炸压接，使超合金耐高温耐腐蚀性的Ni基金属的耐高温耐腐蚀性金属板材料与排气阀杆触火面基料粘结成一体，除去排气阀杆触火面中心部5～30mm直径的爆炸压接未压接部，堆焊超合金耐高温耐腐蚀性金属，从而形成。

本发明的其他实施方式为内燃机排气阀杆，其特征在于，内燃机的使用耐热钢的排气阀杆触火面的基料上，重叠包含SUS309、310、316中的任一种不锈钢耐热用钢金属板材料和以Ni40～60％、Cr60～30％为主成分的超合金耐高温耐腐蚀性的Ni基金属板材料，爆炸压接，使其粘结成一体。

本发明的其他实施方式为内燃机排气阀杆的制造方法，其特征在于，在内燃机的使用耐热钢的排气阀杆触火面的基料上爆炸压接超合金耐高温耐腐蚀性的Ni基金属的耐高温耐腐蚀性金属板材料，从而粘结成一体。

本发明的其他实施方式为内燃机排气阀杆的制造方法，其为在排气阀杆的基料使用包含SUH1、3、4、SUH31、Nimonic 80、81(Nimonic(注册商标))中任一种的阀材料的耐热钢的内燃机排气阀杆，其特征在于，在上述排气阀杆的触火面上，以规定的间隔重叠以Ni40～60％、Cr60～30％为主成分的超合金耐高温耐腐蚀性的Ni基金属的耐高温耐腐蚀性金属板材料，爆炸压接，粘结成一体。

本发明的其他实施方式为内燃机排气阀杆的制造方法，其特征在于，在排气阀杆触火面上，以规定的间隔重叠超合金耐高温耐腐蚀性金属板材料，在超合金耐高温耐腐蚀性金属板材料上安装炸药，爆炸压接，与排气阀杆触火面粘结成一体，除去该排气阀杆触火面的爆炸压接未压接部，堆焊超合金耐高温耐腐蚀性金属。

本发明的其他实施方式为内燃机排气阀杆的制造方法，其特征在于，在内燃机的使用耐热钢的排气阀杆触火面的基料上，爆炸压接包含SUS309、310、316中的任一种的不锈钢耐热用钢金属板材料、和以Ni40～60％、Cr60～30％为主成分的超合金耐高温耐腐蚀性的Ni基金属板材料，使其粘结成一体。

发明效果

本发明涉及的排气阀杆为以耐热钢为基料的内燃机用排气阀杆，在该排气阀杆由该基料构成的触火面上，压接有包含Ni以及Cr的第一耐高温耐腐蚀性合金的板，呈现波状粘结界面，在该触火面的中心部，堆焊有包含Ni以及Cr的第二耐高温耐腐蚀性合金。通过该波状粘结界面的存在，基料和包含Ni以及Cr的第一耐高温耐腐蚀性合金的粘结坚固且均匀，如果通过爆炸压接处理，该压接可以瞬间进行，因此，可以发挥以下所述的其他实施方式的效果，除此之外，本发明相较于在内燃机排气阀杆触火面的整个表面上花费劳力和时间地堆焊的方法以及通过该方法得到的排气阀杆，可以防止高温引起的热应力形变和裂纹的产生，表面粗糙度良好、机械抛光简单因而可以缩短制造时间，可以提高品质，也可以降低价格。

此外，如果根据前述的其他实施方式，在内燃机的使用耐热钢的排气阀杆触火面的基料上，以规定的间隔重叠超合金耐高温耐腐蚀性的Ni基金属的耐高温耐腐蚀性金属板材料，爆炸压接，从而使用需要的爆炸压接法进行爆炸压接处理，可以使排气阀杆触火面与超合金耐高温耐腐蚀性的Ni基金属的耐高温耐腐蚀性金属板材料在一瞬间粘结成一体，粘结面可以呈波状地坚固地粘结，可以充分利用耐腐蚀性。

此外，如果根据前述的其他实施方式，排气阀杆触火面的基料与超合金耐高温耐腐蚀性的Ni基金属的耐高温耐腐蚀性金属板材料粘结成一体，除去排气阀杆触火面中心部的爆炸压接未压接部，堆焊超合金耐高温耐腐蚀性金属而形成，从而即使通过炸药的爆炸排气阀杆的触火面产生未压接部，通过除去排气阀杆触火面的爆炸压接未压接部，堆焊超合金耐高温耐腐蚀性金属，从而触火面部的整个表面仍然坚固地完成，由于并未在排气阀杆触火面的整个表面进行堆焊粘结，因此，可以尽可能地不进行以往花费劳力和时间的堆焊粘结，可以防止高温引起的热应力形变和裂纹的产生，表面粗糙度良好、机械抛光简单因而可以缩短制造时间，可以提高品质，也可以降低价格。

此外，如果根据前述的其他方式，其为排气阀杆的基料使用了包含SUH1、3、4、SUH31、Nimonic 80、81(Nimonic(注册商标))中任一种阀材料的耐热钢的内燃机排气阀杆，在上述排气阀杆触火面上，以规定的间隔重叠以Ni40～60％、Cr60～30％为主成分的超合金耐高温耐腐蚀性的Ni基金属的耐高温耐腐蚀性金属板材料，爆炸压接，粘结成一体。排气阀杆基料采用通常使用的SUH1、3、4、37、Nimonic 80、81等阀材料的耐热钢，组合耐硫侵蚀性、耐钒侵蚀性的耐高温耐腐蚀性优异的超合金Ni基金属，从而得到具有高温-耐腐蚀性优异的耐久性的排气阀杆，可以维持以劣质重油为燃料的低速柴油机等的排气阀杆的长期寿命，可以大幅延长保养间隔，有利于消减顾客的经费，同时可以缩短上述制造时间，可以提高品质，也可以降低价格。

此外，如果根据前述的其他方式，在内燃机的使用耐热钢的排气阀杆触火面的基料上，以规定的间隔重叠3～12mm厚度的超合金耐高温耐腐蚀性的Ni基金属的耐高温耐腐蚀性金属板材料，在其中心部设置5～10mm直径的引爆器，爆炸压接，使超合金耐高温耐腐蚀性的Ni基金属的耐高温耐腐蚀性金属板材料与排气阀杆触火面基料粘结成一体，除去排气阀杆触火面中心部的5～30mm直径内的爆炸压接未压接部，堆焊超合金耐高温耐腐蚀性金属而形成，与以往堆焊粘结体相比较，可以使用3mm以上的3～12mm等级的大块的堆焊粘结体，从而可以提高耐久性，此外，即使通过炸药的爆炸而排气阀杆触火面中心部产生未压接部，通过除去触火面中心部的5～30mm直径的爆炸压接未压接部，堆焊超合金耐高温耐腐蚀性金属，触火面部的整个表面仍可坚固地完成，由于并未在排气阀杆触火面的整个表面进行堆焊粘结，可以充分使用耐腐蚀性，同时可以缩短上述制造时间，可以提高品质，也可以降低价格。

此外，如果根据前述的其他实施方式，在内燃机的使用耐热钢的排气阀杆触火面基料上，重叠包含SUS309、310、316中的任一种的不锈钢耐热用钢金属板材料、和以Ni40～60％、Cr60～30％为主成分的超合金耐高温耐腐蚀性的Ni基金属板材料，爆炸压接，将其粘结成一体，可以在排气阀杆触火面上使包含SUS309、310、316等不锈钢耐热用钢金属板材料、和以Ni40～60％、Cr60～30％为主成分的超合金耐高温耐腐蚀性的Ni基金属板材料在一瞬间坚固地粘结为一体，可以充分地利用耐腐蚀性。特别是，可以用于由排气阀杆的使用而损伤的触火面的修补，可以比以往更短时间地修补，可以充分地再利用耐腐蚀性。

而且，热处理如上所述地爆炸压接粘结成一体的排气阀杆触火面部、进行需要的机械抛光，使爆炸压接的触火面成为耐腐蚀性优异、强度优异、达到防止裂纹效果的金属组织，其可以谋求内燃机排气阀杆的长期寿命，同时可以防止由于排气阀杆触火面的爆炸压接未压接部堆焊超合金耐高温耐腐蚀性金属引起的高温导致的热应力带来的形变和裂纹的产生，可以缩短上述制造时间，可以提高品质，也可以降低价格。

此外，如果根据前述的其他方式，为下述内燃机排气阀杆的制造方法，排气阀杆的基料使用包含SUH1、3、4、SUH31、Nimonic 80、81(Nimonic(注册商标))中任一种的阀材料的耐热钢的内燃机排气阀杆，在上述排气阀杆的触火面上以规定的间隔重叠以Ni40～60％、Cr60～30％为主成分的超合金耐高温耐腐蚀性的Ni基金属的耐高温耐腐蚀性金属板材料，爆炸压接，粘结成一体，排气阀杆的基料采用一般使用的SUH1、3、4、37、Nimonic 80、81等阀材料的耐热钢，组合耐硫侵蚀性、耐钒侵蚀性的耐高温耐腐蚀性优异的超合金Ni基金属，得到高温―耐腐蚀性优异的具有耐久性的的排气阀杆，可以期待维持以劣质重油为燃料的低速柴油机等的排气阀杆的长期寿命，可以大幅延长保养间隔，有助于消减顾客的经费，同时可以缩短上述制造时间，可以提高品质，也可以降低价格。

此外，如果根据前述的其他方式，在排气阀杆触火面上，以规定的间隔重叠合金耐高温耐腐蚀性金属板材料，在超合金耐高温耐腐蚀性金属板材料上安装炸药，爆炸压接，与排气阀杆触火面粘结成一体，除去该排气阀杆触火面的爆炸压接未压接部，堆焊超合金耐高温耐腐蚀性金属，从而，即使通过炸药的爆炸，排气阀杆触火面上产生未压接部，通过除去排气阀杆触火面的爆炸压接未压接部，堆焊超合金耐高温耐腐蚀性金属，触火面部的整个表面仍可坚固地完成，由于并未在排气阀杆触火面的整个表面进行堆焊粘结，因此，可以充分使用耐腐蚀性，同时可以缩短上述制造时间，可以提高品质，也可以降低价格。

此外，如果根据前述的其他实施方式，在内燃机的使用耐热钢的排气阀杆触火面的基料上，爆炸压接包含SUS309、310、316中的任一种的不锈钢耐热用钢金属板材料、和以Ni40～60％、Cr60～30％为主成分的超合金耐高温耐腐蚀性的Ni基金属板材料，使其粘结成一体，从而，在排气阀杆触火面上使SUS309、310、316等不锈钢耐热用钢金属板材料、和以Ni40～60％、Cr60～30％为主成分的超合金耐高温耐腐蚀性的Ni基金属板材料一瞬间坚固地粘结为一体，可以充分地利用耐腐蚀性。

而且，对如上所述地通过爆炸压接而粘结成一体的排气阀杆的触火面部进行热处理，进行需要的机械抛光，使爆炸压接的触火面成为耐腐蚀性优异、强度优异达到防止裂纹效果的金属组织，其可以谋求内燃机排气阀杆的长期寿命，同时可以防止由于排气阀杆触火面的爆炸压接未压接部堆焊超合金耐高温耐腐蚀性金属而引起的高温所导致的热应力带来的形变和裂纹的产生，可以缩短上述制造时间，可以提高品质，也可以降低价格。

附图说明

图1为本发明一个实施方式的排气阀杆的侧面图。

图2为省略本发明一个实施方式的排气阀杆触火面的爆炸压接的一部分的概略侧面截面图。

图3为本发明一个实施方式触火面部的侧面图。

图4为本发明一个实施方式触火面部的侧面截面图。

图5为本发明一个实施方式的侧面图。

图6为本发明一个实施方式的两个阶段的爆炸压接说明用侧面图(a)、(b)。

图7为说明SUH31和MC合金的粘结界面中的波状形态、波高的定义的照片。

符号说明

1 排气阀杆

2 阀杆主体

3 触火面

4 耐高温耐腐蚀性金属板材料

7 炸药

10 不锈钢耐热用钢金属板材料

11 Ni基金属板材料

具体实施方式

本发明涉及的排气阀杆为以耐热钢为基料的内燃机用排气阀杆，前述排气阀杆的特征在于，在该排气阀杆的由基料构成的触火面上，压接有包含Ni以及Cr的第一耐高温耐腐蚀性合金的板，呈现波状的粘结界面，在该触火面的中心部，堆焊有包含Ni以及Cr的第二耐高温耐腐蚀性合金。

1个实施方式的内燃机排气阀杆的特征在于，在内燃机的使用耐热钢的排气阀杆触火面的基料上，以规定的间隔重叠超合金耐高温耐腐蚀性的Ni基金属的耐高温耐腐蚀性金属板材料，爆炸压接，使超合金耐高温耐腐蚀性的Ni基金属的耐高温耐腐蚀性金属板材料与排气阀杆触火面的基料粘结成一体，除去排气阀杆触火面中心部的爆炸压接未压接部，堆焊超合金耐高温耐腐蚀性金属，从而形成。

船用柴油机等的内燃机排气阀杆1如图1所示，形成为蘑菇状，作为活塞气缸的废气排出用阀发挥功能，作为阀杆主体2的基料，可以使用柴油机中通常使用的马氏体系耐热钢SUH1、3、4、或者奥氏体系耐热钢SUH31、37、SNCrW系、进一步地Nimonic 80、81的Ni基耐热钢的阀材料。这些化学成分(％)如表1所示。

表1 排气阀杆的化学成分表

[表1]

排气阀杆1的触火面3上，使用如表2所示的Ni40～60％、Cr60～30％、Mo 0～余量的超合金SUPER ALLOY(三菱金属MC合金)和SUPER ALLOY FM72(因科镍合金钎料72(特种金属焊接产品公司FM72(SPECIAL METALS Welding Products Company FM72)))等以Ni40～60％、Cr60～30％为主成分的超合金Ni基金属的耐高温耐腐蚀性金属板材料4，粘结，得到耐硫侵蚀性、耐钒侵蚀性的耐高温耐腐蚀性优异、具有耐久性的材料，可以维持以劣质重油作为燃料的低速柴油机等的排气阀杆的长期寿命，可以大幅延长保养间隔。

此外，包含Ni以及Cr的第一耐高温耐腐蚀性合金、和包含Ni以及Cr的第二耐高温耐腐蚀性合金分别为以下的Ni基金属的耐高温耐腐蚀性金属板材料中的任一个。

表2 Ni基金属的耐高温耐腐蚀性金属板材料的化学成分表

[表2]

此外，MC合金是指，如日本专利第4151061号记载，以具有下述组成为特征的、对于含无机酸的超临界水环境的耐腐蚀性优异的Ni基合金：含有Cr：超过43～50％、Mo：0.1～2％、Mg：0.001～0.05％、N：0.001～0.04％、Mn：0.05～0.5％，余下部分由Ni以及不可避免的杂质构成，作为不可避免的杂质而所含的C量调整到0.05％以下。MC合金约为Cr45％、Mo1％、Ni余量(54％左右)。

上述排气阀杆1的触火面3上粘结超合金耐高温耐腐蚀性金属板材料4，使用爆炸压接法，例如在图2所示的坚固的箱体5中填充的沙6的中央部埋设排气阀杆1的阀杆主体2，如图3所示，在与其排气阀杆1的触火面3之间以小的突起等设置需要的间隔，重叠与触火面3尺寸几乎相同等级的需要厚度的阀座的超合金耐高温耐腐蚀性金属板材料4，在该超合金耐高温耐腐蚀性金属板材料4的上表面按照需要的厚度均匀状地配置以硝酸铵为主成分的粉末状炸药7，在其中央部安装4～10mm直径的引爆器8，通过引爆器8使炸药7爆炸，爆炸压接。

上述超合金耐高温耐腐蚀性金属板材料4，相对于排气阀杆1的触火面3的100～600mm直径、10～60mm厚度，可以使用1～16mm厚度的、与排气阀杆1的尺寸对应的适宜厚度，与以往的堆焊粘结体相比较，使用3mm以上的3～16mm等级的材料，可以提高耐久性，使用3～12mm等级、更优选4～12mm等级的材料时，耐久性以及爆炸压接性可以期望。

爆炸压接是指，利用炸药的高压力的金属粘结方法的一种，尤其是可以坚固地粘结异种金属的技术。爆炸压接具有这样的特征：粘结界面呈现波形状，由于没有进一步的加热、轧制等影响原材料的金属组织的工序，因此，粘结界面的强度高，此外可有效利用原材料的特性。此外，可以使金属原材料几乎未负荷热地粘结，因此，即使是无法通过通常的方法粘结的金属组合，也可以坚固地粘结。进一步地，坚固地粘结的机制已知为由于通过爆炸压接而粘结的金属的粘结界面呈现特有的波状，比直线粘结界面的粘结面积大。但是，随着该波状界面的大小变大，粘结时的塑性形变和热的影响也变大，因此会导致粘结界面的合金层化。如果粘结界面上生成合金层，则粘结部就倾向于变硬、变脆，因此，粘结界面易于产生微裂纹。

爆炸压接中使用的炸药是产生爆炸波的火药类。为了使金属板坚固地粘结，优选使用引爆速度每秒1000m以上的炸药，为了得到更适宜的粘结力，更有选爆炸速度为音速的1/3～1/2的1500m～3000m/秒的炸药。炸药具体地可列举：硝酸铵和硝酸酯类的PETN(季戊四醇四硝酸酯)和硝酸甘油、硝基化合物的TNT(三硝基甲苯)、硝胺的环三亚甲基三硝胺和环四亚甲基四硝胺等，它们可以单独使用或者与其他的炸药成分或其他的炸药以外的成分混合后使用。

在排气阀杆的由基料构成的触火面上，压接包含Ni以及Cr的第一耐高温耐腐蚀性合金板的位置，由于呈现波状的粘结界面，与呈现直线状的粘结界面相比较，粘结面积增加，因此粘结强度变高。另一方面，如果波状界面的波长和波高变大，粘结界面上易于生成金属间化合物，因此，粘结界面可能变硬变脆。因此，不同种金属间的波状粘结界面的波长和波高分别优选为1mm以下。

本说明书中，粘结界面中的“波高”表示如图7所示从波顶至波谷的高度差。本发明中，波高如下测定：将爆炸压接的排气阀杆1加工为需要的形状，使用电子显微镜测定包含粘结部的截面。测定通过测定粘结界面的任意10点求得其平均值而进行。

上述的排气阀杆1触火面3的中央部中，通过爆炸压接，有时会产生约5～30mm直径的爆炸压接未压接部，该情况下，如图4所示，切削除去爆炸压接未压接部，使用与上述的超合金耐高温耐腐蚀性金属板材料4相同乃至同一系列的超合金耐高温耐腐蚀性金属9，堆焊，稀释，形成一体。另外，通过使用直径更细的4～5mm直径等级的引爆器8，爆炸压接未压接部可以尽可能地少。

而且，将这些爆炸压接的排气阀杆1切削成需要的形状，进行600～700℃等需要的退火等热处理，机械抛光，从而可以成形。

像这样，如果将超合金耐高温耐腐蚀性的Ni基金属的耐高温耐腐蚀性金属板材料4爆炸压接于排气阀杆1的触火面3上，超合金耐高温耐腐蚀性的Ni基金属的耐高温耐腐蚀性金属板材料4与阀杆主体2的触火面3可以一瞬间粘结成一体，粘结面为波形状，可以坚固地粘结，可以充分地利用耐腐蚀性。而且，由于以往那样的花费劳力和时间的堆焊粘结不用在排气阀杆1触火面3的整个表面进行，因此，可以防止高温引起的热应力形变和裂纹的产生，表面粗糙度良好、机械抛光简单，因而可以缩短制造时间，可以提高品质，也可以降低价格。

此外，对爆炸压接粘结成一体的排气阀杆1的触火面3部进行热处理，并进行需要的机械抛光，上述爆炸压接的触火面3部成为耐腐蚀性优异、强度优异、达到防止裂纹效果的金属组织，可以谋求内燃机排气阀杆的长期寿命，同时可以防止由于堆焊排气阀杆1的触火面3的爆炸压接未压接部堆焊超合金耐高温耐腐蚀性金属9引起的高温所导致的热应力形变和裂纹的产生。

此外，如图5所示，在内燃机的使用耐热钢的排气阀杆1的触火面3的基料上，配设包含表3所示的SUS309、310、316中的任一种的不锈钢耐热用钢金属板材料10、和上述这样的以Ni40～60％、Cr60～30％为主成分的超合金耐高温耐腐蚀性的Ni基金属板材料11，爆炸压接，粘结成一体。该炸药7可以使用上述的以硝酸铵为主成分的粉末状炸药而爆炸压接。

该情况下，可以用于由排气阀杆1的使用而引起损伤的触火面3的修补，对损伤的触火面3部仅切削需要的量进行堆焊，表面抛光，从而可以如上所述地爆炸压接需要的金属板材料，可以比以往更短时间地修补，耐腐蚀性良好地再使用。

在这样的排气阀杆1触火面3上，爆炸压接不锈钢耐热用钢金属板材料10和超合金耐高温耐腐蚀性的Ni基金属板材料11的情况下，如图6(a)所示那样，首先在排气阀杆1的触火面3上爆炸压接不锈钢耐热用钢金属板材料10，之后，也可以如图6(b)所示那样，爆炸压接超合金耐高温耐腐蚀性的Ni基金属板材料11，可以与排气阀杆1对应地进行。

表3 不锈钢耐热用钢金属的化学成分表

[表3]

像这样，可以在排气阀杆1的触火面3上重叠一层乃至多层需要的金属板材料，1次或者分多次爆炸压接而一体化。

排气阀杆1需要选择1)实际使用效果可以被评价的材料、2)经济上可满足的材料、3)阀座部在高温下可保持硬度，耐腐蚀性优异、4)触火面耐硫侵蚀性、耐钒侵蚀性、耐高压高温优异的材料。可以在如上所述的1种和多种材料相互互补而满足上述条件的排气阀杆1上进行爆炸压接。

以往，堆焊的情况下，排气阀杆1基料的金属为Fe基材料，在焊接金属析出共晶体中的金属间化合物中含有A1，可能与排气阀杆基料的Fe产生出脆性化合物，因此，作为如上所述的中间焊接金属材料，需要用因科镍合金的Ni将边缘封闭。但是，本发明的爆炸压接的情况下，原则上并不堆焊，因此，不需要用因科镍合金的Ni将边缘封闭，就可以粘结需要的超合金耐高温耐腐蚀性金属板材料而使用。

实施例

图1以下显示本发明的实施例。船用柴油机排气阀杆1形成为图1所示的蘑菇状，在奥氏体系耐热钢SUH31的排气阀杆1的阀杆主体2的机械抛光后的200mm直径、35mm厚度的触火面3上，利用图2所示的爆炸压接法，与图3所示那样在触火面3上以需要的间隔设置超合金SUPER ALLOY(三菱金属MC合金)的耐高温耐腐蚀性金属板材料4，重叠与触火面3的大小几乎相同等级的圆板状超合金耐高温耐腐蚀性金属板材料4，在该超合金耐高温耐腐蚀性金属板材料4的上表面上，以需要的厚度均匀状地配置以硝酸铵为主成分的粉末状炸药7，通过6mm直径的引爆器8而使炸药7爆炸，爆炸压接。

上述超合金耐高温耐腐蚀性金属板材料4为4mm厚度，在其上表面上以需要的厚度均匀状地装填以硝酸铵作为主成分的粉末状炸药7。

而且，驱动引爆器8使炸药7爆炸，爆炸压接后，结果，排气阀杆1的触火面3的中央部，通过爆炸压接而产生直径30mm左右的爆炸压接未压接部。因此，切削除去图4所示的爆炸压接未压接部，使用与上述的超合金耐高温耐腐蚀性金属板材料4相同的超合金耐高温耐腐蚀性金属9，堆焊，稀释，形成一体。

对于爆炸压接而制作的操作阀杆1，切出各两片的拉伸试验以及剪切试验的试验样品，进行强度试验。试验结果如表4所示拉伸强度为857.1MPa、845.6MPa，在标准值的760MPa以上，剪切强度为509.7MPa、444.4MPa(JIS G 0601)，在标准值的150MPa以上，可以判断为均具有充分的强度，充分的耐腐蚀性、耐用性。

此外，粘结界面中的波高为55μm。

表4 爆炸压接制作的排气阀杆强度试验结果表

[表4]

	n1(MPa)	n2(MPa)	Ave(MPa)
				拉伸强度	857.1	845.6	851.4
剪切强度	509.7	444.4	477.1

像这样，在排气阀杆1的触火面3上，一瞬地爆炸压接需要厚度(可以获得的4mm、6mmm、12mm等也可以)的超合金耐高温耐腐蚀性Ni基金属的耐高温耐腐蚀性金属板材料4，可以在排气阀杆1无变形的条件下粘结，其粘结面为波形状，可以以高粘结强度粘结，可以充分利用耐腐蚀性、耐久性。因此，不进行如以往的花费劳力和时间的堆焊粘结，因此良好，此外，可以防止产生由于堆焊的高温而引起的热应力导致的形变和裂纹等，表面粗糙度良好、机械抛光简单因而可以缩短制造时间，可以提高品质，也可以降低价格。

此外，图5为本发明的其他实施例，在内燃机的使用耐热钢的排气阀杆1的触火面3的基料上，以需要的间隔重叠表3这样的SUS309等不锈钢耐热用钢金属板材料10、和上述这样的以Ni40～60％、Cr60～30％为主成分的超合金耐高温耐腐蚀性的Ni基金属板材料11，如上所述使以硝酸铵为主成分的粉末状炸药7爆炸，爆炸压接，粘结成一体。

这个情况下，特别是可以用于由排气阀杆1的使用而引起损伤的触火面3的修补，因此，以需要的量切削损伤的触火面3部，堆焊，不进行如以往的花费劳力和时间的堆焊粘结，因此良好，此外，可以防止产生由于高温而引起的热应力形变和裂纹等，表面粗糙度良好、机械抛光简单，因而可以如上所述爆炸压接，进行具有充分强度的修补，耐腐蚀性、耐久性可以良好地再使用。

在这样的排气阀杆1的触火面3上，爆炸压接不锈钢耐热用钢金属板材料10和超合金耐高温耐腐蚀性的Ni基金属板材料11的情况下，如图6(a)所示首先在排气阀杆1的触火面3上爆炸压接不锈钢耐热用钢金属板材料10，之后，如图6(b)所示，也可以爆炸压接超合金耐高温耐腐蚀性的Ni基金属板材料11，可以对应排气阀杆1进行。

另外，上述中，对于大气下的爆炸压接进行了说明，但是使用水、液体的冲击波引起的爆炸压接也是可能的，实施例中，对柴油机的排气阀杆1的基料SUH31进行了说明，但是也可以同样地选择奥氏体系SUH37、SNCrW等、马氏体系SUH1、3、4等阀材料的耐热钢、Nimonic 80、81的Ni基耐热钢来实施，此外，对于因科镍合金601的Ni基金属、因科镍合金钎料72超合金Ni基金属、SUS310、316等耐热钢用，基于本发明的宗旨，也可以实施，进一步地这些适宜的组合物、此外它们的变形方式也可以实施。

工业上的可使用性

本发明可以用于船舶的柴油机、汽油机、其他的具备活塞进行往复运动的飞机、内燃机车等的所有的内燃机排气阀杆中。

Claims (9)

1.一种内燃机用排气阀杆，其以耐热钢作为基料，其特征在于，在所述排气阀杆的由所述基料构成的触火面上压接有包含Ni以及Cr的第一耐高温耐腐蚀性合金板，接合界面呈现波状，所述触火面的中心部上堆焊有包含Ni以及Cr的第二耐高温耐腐蚀性合金。

2.如权利要求1所述的排气阀杆，所述压接是通过爆炸压接而实施的压接。

3.如权利要求1所述的排气阀杆，所述包含Ni以及Cr的第一耐高温耐腐蚀性合金为以Ni40～60％、Cr60～30％为主成分的超合金耐高温耐腐蚀性Ni基金属。

4.如权利要求2所述的排气阀杆，所述包含Ni以及Cr的第一耐高温耐腐蚀性合金为以Ni40～60％、Cr60～30％为主成分的超合金耐高温耐腐蚀性Ni基金属。

5.如权利要求1所述的排气阀杆，所述包含Ni以及Cr的第一耐高温耐腐蚀性合金与所述包含Ni以及Cr的第二耐高温耐腐蚀性合金相同。

6.如权利要求2所述的排气阀杆，所述包含Ni以及Cr的第一耐高温耐腐蚀性合金与所述包含Ni以及Cr的第二耐高温耐腐蚀性合金相同。

7.如权利要求1～6中任一项所述的排气阀杆，作为所述基料的耐热钢选自由马氏体系耐热钢SUH1、SUH3以及SUH4、奥氏体系耐热钢SUH31、SUH37、以及SNCrW系钢、和Ni基耐热钢Nimonic 80A以及Nimonic 81构成的组。

8.如权利要求1～6中任一项所述的排气阀杆，所述排气阀杆的由基料构成的触火面上，介由从SUS309、SUS310、以及SUS316构成的组中选择的不锈钢耐热用钢金属板材料，压接着所述包含Ni以及Cr的第一耐高温耐腐蚀性合金板。

9.一种权利要求1～8中任一项所述的排气阀杆的制造方法，其包含下述步骤：

在排气阀杆的触火面上，以规定的间隔重叠包含Ni以及Cr的第一耐高温耐腐蚀性合金板材料，在所述板材料上安装炸药，爆炸压接，从而与排气阀杆的触火面粘结成一体的步骤，以及

除去得到的排气阀杆的触火面的爆炸压接的未压接部，堆焊包含Ni以及Cr的第二耐高温耐腐蚀性合金的步骤。