DE69212420T2

DE69212420T2 - Verfahren zum Herstellen eines reibungsverschweissten Ventils

Info

Publication number: DE69212420T2
Application number: DE69212420T
Authority: DE
Inventors: Motoaki Imamura; Tsunekazu Matsuda; Kazumi Okuyama
Original assignee: NZK CO; Daido Steel Co Ltd; Nittan Valve Co Ltd
Current assignee: NZK CO; Daido Steel Co Ltd; Nittan Corp
Priority date: 1991-09-28
Filing date: 1992-09-28
Publication date: 1996-12-05
Anticipated expiration: 2012-09-29
Also published as: EP0535888B1; KR100264457B1; ES2090525T3; EP0535888A1; DE69212420D1; DK0535888T3; JP3132602B2; JPH05269583A; KR930005691A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines reibungsverschweißten Ventils, und insbesondere ein Verfahren zum Herstellen eines reibungsverschweißten Ventils, das einen Schaftdurchmesser von 40 mm oder mehr an seinem Verbindungsabschnitt hat und zur Verwendung in einem Schiffs- Dieselmotor großen Ausmaßes geeignet ist.
Mit der Entwicklüng von Wasserfahrzeugen hoher Geschwindigkeit und großen Ausmaßes ist begonnen worden, Ventile eines Dieselmotors, der als ihr Hauptmotor verwendet wird, unter schwierigeren Arbeitsbedingungen zu verwenden. Von diesen Ventilen wird erwartet, daß sie bezüglich einer Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosion, einer Widerstandsfähigkeit gegenüber Abnutzung und einer hohen Temperaturfestigkeit verbessert sind.
Herkömmliche Ventile dieses Typs sind beispielsweise eines, das einstückig aus einer auf Nickel basierenden wärmebeständigen Legierung gebildet ist, die Nimonic 80A genannt wird (siehe beispielsweise "MWH Nimonic valves: Able to cope with extreme situations" in Maritime Industry Nr. 4, August/September 1990), eines, bei dem ein Sitzbereich eines aus wärmebeständigem Stahl gebildeten Ventilkopfes mit einer Stellit-Legierung verschweißt ist, eines, bei dem eine Kopfoberfläche mit Inconel 625 verschweißt ist, ein zusammengesetztes Ventil, bei dem Nimonic 80A als Pulver mit der Fläche und Kopfoberfläche durch das isostatische Heiß-Druckverfahren (HIP) verbunden ist, etc. Es ist auch ein zusammengesetztes Ventil bekannt, das durch Reibungsverschweißen eines Kopfabschnitts und eines Schaftabschnitts aus unterschiedlichen Materialien gebildet ist, wobei z.B. ein Kopfabschnitt aus Nimonic 80A gebildet ist und ein Schaftabschnitt aus einem wärmebeständigen Stahl, der SUH3 genannt wird, gebildet ist.
Unter diesen Ventilen ist dasjenige, das einstückig aus Nimonic 80A gebildet ist, den anderen bezüglich der Korrosionsfestigkeit, der Abnutzungswiderstandsfähigkeit und einer hohen Temperaturfestigkeit überlegen, und es wird als sogenanntes wartungsfreies Ventil angesehen, das während seiner erforderlichen Ventillebensdauer kaum eine Reparatur benötigt.
Wenn die Ventile aus der vorgenannten überlegenen Legierung einstückig ausgebildet werden, sind jedoch die Materialkosten vergleichsweise hoch. Demgemäß wird geglaubt, daß es das beste Verfahren zum Erhalten eines reibungsverschweißten Ventils ist, nur den Kopfabschnitt, der einer hohen Temperatur ausgesetzt wird, aus Nimonic 80A auszubilden, und für den Schaftabschnitt einen billigeren wärmebeständigen Stahl zu verwenden. Beim Herstellen dieses reibungsverschweißten Ventils werden der Kopf- und der Schaftabschnitt bei einem ersten Druck P1 relativ verdreht, und ein Verbindungsabschnitt wird mittels Reibungswärme erwärmt, die durch die Verdrehung erzeugt wird. Danach wird das Verdrehen angehalten, und der Kopf- und der Schaftabschnitt werden zum Verschweißen mittels eines zweiten Drucks P2 gestaucht.
Gemäß dem herkömmlichen Verfahren, bei dem der Kopfabschnitt aus Nimonic 80A und der Schaftabschnitt aus wärmebeständigem Stahl miteinander reibungsverschweißt werden, können jedoch nur reibungsverschweißte Ventile kleinen Ausmaßes mit einem Schaftdurchmesser von etwa 40 mm oder weniger am Verbindungsabschnitt für einen praktischen Einsatz hergestellt werden. Für Ventile großen Ausmaßes mit einem Schaftdurchmesser von 40 mm oder mehr ist angesichts der Kopplungsfähigkeit des Verbindungsabschnitts noch kein zuverlässiges Herstellungsverfahren gefunden worden.
Die reibungsverschweißten Ventile mit einem Schaftdurchmesser von 60 mm oder mehr können aus folgenden Gründen keine zufriedenstellende Kopplungsfähigkeit bieten. Wenn das Nimonic 80A, das eine wesentliche Menge aktiver Metalle, wie beispielsweise Titan oder Aluminium, enthält, einer hohen Temperatur ausgesetzt wird, wird es oxidiert oder nitriert, so daß die Verbindungsschnittstelle anfällig dafür ist, kontaminiert zu werden. Weiterhin fällt Titancarbid (TIC) in der Form eines Films an der Verbindungsschnittstelle aus, so daß sich Brüche leicht durch die Verbindungsschnittstelle ausbreiten können, was in einem Aufbrechen der Verbindung resultiert.
Die vorgenannte Neigung zur Kontaminierung der Verbindungsschnittstelle ist bei reibungsverschweißten Ventilen größeren Ausmaßes deutlicher ausgebildet, die anfälliger für eine ungleichmäßige Erwärmung in der Erwärmungsstufe während der Herstellung der Ventile sind. Genauer gesagt ist die Verdrehungsgeschwindigkeit des zentralen Abschnitts des Schafts eines Ventils großen Ausmaßes im wesentlichen unterschiedlich von jener des peripheren Abschnitts an der Verbindung, so daß durch Reibungserwärmung ungleichmäßig Wärme erzeugt wird, was uneinheitliche Temperaturverteilungen innerhalb und außerhalb der Verbindungsschnittstelle mit sich bringt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines reibungsverschweißten Ventils zu schaffen, wobei ein zusammengesetztes Ventil, das durch Reibungsverschweißen eines Kopfabschnitts aus einer Legierung auf Nikkelbasis, wie beispielsweise Nimonic 80A, und eines Schaftabschnitts aus wärmebeständigem Stahl hergestellt wird, einen großen Durchmesser von > 40 mm, vorzugsweise 50 mm oder mehr und noch bevorzugter 60 mm oder mehr hat, und wobei ein Verbindungsabschnitt, der eine Eigenschaft hoher Temperaturfestigkeit hat, die gleich oder größer als jene des Basismaterials ist, frei von einem Zerbrechen ist, so daß das resultierende Ventil zuverlässig ist und ein großes Ausmaß hat.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines reibungsverschweißten Ventils zu schaffen, wobei ein Rohr aus wärmebeständigem Stahl als Schaftabschnitt verwendet wird, so daß das resultierende Ventil als Ganzes leichtgewichtig ist und der Hohlraum des Schaftabschnitts mit einem Kühlmedium beladen werden kann, das einen hervorragenden Kühleffekt erzeugen kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines reibungsverschweißten Ventils geschaffen, das folgende Verfahrensschritte aufweist. Ein Kopfabschnitt, der aus einer Legierung auf Nickel-Basis enthaltend 0,20 % oder weniger Kohlenstoff, 18 bis 30 % Chrom, 0,5 bis 2,5 % Aluminium und 1,0 bis 3,0 % Titan jeweils in Gewichtsprozent als wesentliche Bestandteile gebildet ist und ein fester Schaftabschnitt, der aus einem wärmebeständigen Stahl gebildet ist, enthaltend 0,5 % oder weniger Kohlenstoff und 10 bis 30 % Chrom jeweils in Gewichtsprozent als wesentliche Bestandteile und mit einem Außendurchmesser von mehr als 40 mm werden unter einem ersten Druck P1 relativ verdreht, und ein Verbindungsabschnitt wird mittels Reibungswärme erwärmt, die durch Verdrehen erzeugt wird, so daß der Randbereich für die plastische Umwandlung 5 mm oder mehr wird. Nachdem ihre relative Verdrehung angehalten wird, werden der Kopfabschnitt und der Schaftabschnitt bei einem zweiten Druck P2 aneinandergedrückt und gestaucht, so daß der Randbereich für die plastische Umwandlung 2 mm oder mehr wird. Der erste Druck P1, der zweite Druck P2 und das Verhältnis P2/P1 des zweiten Drucks P2 zum ersten Druck P1 werden auf 39,22 MPa (4 kgf/mm²) oder mehr, 137,29 MPa (14 kgf/mm²) oder mehr bzw. 1,25 eingestellt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden ein Kopfabschnitt, der aus einer Legierung auf Nickel-Basis, die 0,20 % oder weniger Kohlenstoff, 18 bis 30 % Chrom, 0,5 bis 2,5 % Aluminium und 1,0 bis 3,0 % Titan, jeweils in Gewichtsprozent als wesentliche Bestandteile enthält, gebildet ist, und ein Schaftabschnitt, der aus einem wärmebeständigen Stahl gebildet ist, der 0,5 % oder weniger Kohlenstoff und 10 bis 30 % Chrom, jeweils in Gewichtsprozent, als wesentliche Bestandteile enthält, und der einen Außendurchmesser von mehr als 40 mm hat, unter einem ersten Druck P1 relativ verdreht, und ein Verbindungsabschnitt wird mittels Reibungswärme erwärmt, die durch die Verdrehung erzeugt wird, so daß der Randbereich für die plastische Umwandlung 3 mm oder mehr wird. Nachdem ihre relative Verdrehung angehalten wird, werden der Kopfabschnitt und der Schaftabschnitt mittels eines zweiten Drucks P2 zusammengedrückt und gestaucht, so daß der Randbereich für die plastische Umwandlung 2 mm oder mehr wird. Das Verhältnis der Wandstärke zum Außendurchmesser des rohrförmigen Schaftabschnitts reicht von 011 bis 0,3. Der erste Druck P1, der zweite Druck P2 und das Verhältnis P2/P1 des zweiten Drucks P2 zum ersten Druck P1 werden auf 39,22 MPa (4 kgf/mm²) oder mehr, 98,06 MPa (10 kgf/mm²) oder mehr bzw. 1,10 oder mehr eingestellt.
In den beigefügten Zeichnungen ist folgendes gezeigt:
Fig. 1 ist eine Draufsicht, die Bestandteile eines durch ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Ventils zeigt.
Bei einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden die vorgenannten Reibungsverschweißbedingungen angewendet auf einen Kopfabschnitt, der aus der Legierung auf Nickel-Basis der vorgenannten Zusammensetzung gebildet wird, und einen Schaftabschnitt, der aus dem wärmebeständigen Stahl der vorgenannten Zusammensetzung gebildet wird.
Die Legierung auf Nickel-Basis, die für den Kopfabschnitt verwendet wird, enthält Nickel als Ausgleichs-Bestandteil. In dieser Legierung auf Nickel-Basis ist Kohlenstoff ein Bestandteil, der zum Verfeinern der kristallinen Körner und zum Verstärken der Korngrenze dient. Der Kohlenstoffgehalt wird auf 0,20 % oder weniger, vorzugsweise auf 0,10 % oder weniger jeweils in Gewichtsprozent eingestellt. Wenn der Kohlenstoffgehalt zu hoch ist, wird die Heißbearbeitbarkeit zerstört und die Härte bei normalen und hohen Temperaturen verringert sich.
Chrom ist ein Bestandteil, der zum Verbessern der Oxidationswiderstandsfähigkeit und der Korrosionswiderstands fähigkeit dient. Der Chromgehalt wird innerhalb des Bereichs von 18 bis 30 %, vorzugsweise von 19 bis 22 %, jeweils in Gewichtsprozent, eingestellt. Wenn er zu niedrig ist, führt dies zu einem fortgeschrittenen Verschleiß in kurzer Zeit aufgrund von Oxidation und Korrosion. Wenn der Chromgehalt zu hoch ist, wird die Heißbearbeitbarkeit ruiniert, und die Legierung wird anfällig dafür, spröde zu werden, wenn sie bei hoher Temperatur verwendet wird, weil die strukturelle Stabilität sich verringert.
Aluminium ist ein Bestandteil, der eine intermetallische Verbindung erzeugt, wenn er mit Nickel und Titan verbunden wird, und dient aufgrund eines Ausfallens der Verbindung zum Erhöhen der Festigkeit. Wenn der Aluminiumgehalt niedriger als 0,5 Gewichts-% ist, wird die intermetallische Verbindung von Aluminium und Nickel unstabil, was die Festigkeit und Zähigkeit bzw. Widerstandsfähigkeit verringert. Wenn der Aluminiumgehalt höher als 2,5 Gewichts-% ist, wird die Heißbearbeitbarkeit zerstört. Daher wird der Aluminiumgehalt innerhalb des Bereichs von 0,5 bis 2,5 Gewichts-% und vorzugsweise von 1,5 bis 2,0 Gewichts-% eingestellt.
Titan ist ein Bestandteil, der aufgrund eines Ausfallens einer intermetallischen Verbindung, die durch eine Kombination von Titan, Aluminium und Nickel erzeugt wird, zum Erhöhen der Festigkeit dient. Wenn der Titangehalt niedriger als 1,0 Gewichts-% ist, wird durch das Ausfallen der intermetallischen Verbindung keine ausreichende Härte erhalten, und somit gibt es den Fehlschlag bezüglich des Erreichens eines zufriedenstellenden Pegels der Festigkeit bei hoher Temperatur. Wenn der Titangehalt höher als 3,0 Gewichts-% ist, wird die Heißbearbeitbarkeit ruiniert und die Widerstandsfähigkeit im Temperaturbereich von normal bis hoch verringert sich. Daher wird der Titangehalt innerhalb des Bereichs von 1,0 bis 3,0 Gewichts-% eingestellt, und vorzugsweise von 2,0 bis 2,5 Gewichts-%.
Die oben beschriebenen Elemente sind wesentlicke Bestandteile der Legierung auf Nickel-Basis für den Kopfabschnitt, der gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Wenn es nötig ist, kann weiterhin wenigstens eines der Elemente Kobalt, Niobium, Wolfram, Molybdän und Eisen in dieser Legierung enthalten sein. Unter diesen optionalen Bestandteilen dient Kobalt zum Verstärken des Basismaterials mittels einer festen Lösung, und die Festigkeit bei hoher Temperatur kann durch Erhöhen der Lösungstemperatur der intermetallischen Verbindungen von Nikkel-Aluminium und Nickel-Titan erhöht werden. Wenn jedoch der Kobaltgehalt zu hoch ist, verringert sich die Festigkeit bei hoher Temperatur und die Kosten werden erhöht. Somit wird der Kobaltgehalt auf 22 Gewichts-% oder weniger und vorzugsweise auf 20 Gewichts-% oder weniger eingestellt. Weiterhin dient ein Teil von Niobium zum Verstärken des Basismaterials, während er gleichzeitig eine intermetallische Verbindung herstellt, wenn er mit Nickel verbunden wird, ähnlich wie mit Aluminium und Titan, um dadurch die Festigkeit aufgrund eines Trennens der Verbindung zu erhöhen. Wenn jedoch der Niobiumgehalt höher als 7 Gewichts-% ist, erhöht sich die niedrigschmelzende Verbindungsphase, wodurch die Heißbearbeitbarkeit zerstört wird, und die Widerstandsfähigkeit im Temperaturbereich von normal bis niedrig verringert sich. Somit wird der Niobiumgehalt auf 7 Gewichts-% oder weniger beschränkt, und vorzugsweise auf 5 Gewichts-% oder weniger.
Molybdän und Wolfram sind effektive Bestandteile, die die Festigkeit bei normalen und hohen Temperaturen verbessern, da sie eine feste Lösung mit dem Basismaterial erzeugen. Wenn die Gehalte dieser Bestandteile jedoch zu hoch werden, wird die Heißbearbeitbarkeit ruiniert, und die Widerstandsfähigkeit im Temperaturbereich von normal bis hoch verringert sich. Somit sollten die einzelnen Gehalte von Molybdän und Wolfram auf 7 Gewichts-% oder weniger eingestellt werden, und vorzugsweise auf 5 Gewichts-% oder weniger.
Eisen ist ein Bestandteil, der zum Verbessern der Heißbearbeitbarkeit dient. Der Eisengehalt ist auf 20 Gewichts-% oder weniger beschränkt, und vorzugsweise auf 18 Gewichts-% oder weniger, weil dann, wenn er zu hoch ist, die Festigkeit bei hoher Temperatur nicht für eine lange Zeitdauer beibehalten wird.
Dieser Kopfabschnitt wird durch Verarbeiten eines Blockmaterials der zuvor angegebenen Legierung auf Nickel-Basis hergestellt. Dabei wird die Legierung auf Nickel-Basis der zuvor angegebenen Zusammensetzung einmal bis auf eine Lösungsglühtemperatur erwärmt, und eine Temperatur der erwärmten Legierung auf Nickel-Basis wird erniedrigt, wonach die Legierung auf Nickel-Basis im weiteren einer Heiß-Kalt-Verarbeitung bei einer Verarbeitungsrate von 10 bis 75 % und einer Temperatur von beispielsweise 850 bis 1.100ºC unterzogen wird, die nicht höher als die Rekristallisierungstemperatur der Legierung ist. Der resultierende Kopfabschnitt ist eine zufriedenstellende Struktur, die einen stabilen verstärkten Aufbau hat und eine verbesserte Hochtemperaturhärte und Zeitstandfestigkeit genießt.
Andererseits ist bei dem wärmebeständigen Stahl, der den Schaftabschnitt bildet, Kohlenstoff ein Bestandteil, der zum Verstärken der intergranularen Struktur und der Korngrenze dient. Der Kohlenstoffgehalt wird auf 0,5 Gewichts-% oder weniger eingestellt, und vorzugsweise auf 0,3 Gewichts-% oder weniger. Wenn er zu hoch ist, wird die Heißbearbeitbarkeit zerstört, und die Widerstandsfähigkeit bei normaler und hoher Temperatur verringert sich.
Chrom ist ein Bestandteil, der zum Verbessern der Oxidationswiderstandsfähigkeit und der Korrosionswiderstandsfähigkeit dient. Wenn der Chromgehalt niedriger als 10 Gewichts-% ist, macht ein Verschleiß aufgrund einer Oxidation oder Korrosion in kurzer Zeit Fortschritte, und wenn er höher als 30 Gewichts-% ist, wird die strukturelle Stabilität schlecht, wodurch die Heißbearbeitbarkeit verdorben wird, und die Festigkeit verringert sich. Somit wird der ohromgehalt in dem Bereich von 10 bis 30 Gewichts-% eingestellt. Vorzugsweise wird der Chromgehalt für wärmebeständigen Austenitstahl im Bereich von 19 bis 22 Gewichts-% eingestellt, und für wärmebeständigen Martensitstahl im Bereich von 11 bis 13 Gewichts-%.
Der wärmebeständige Stahl für den Schaftabschnitt enthält Eisen als Ausgleichs-Bestandteil und die oben beschriebenen Elemente als seine wesentlichen Bestandteile. Wenn es nötig ist, kann in diesem Stahl weiterhin wenigstens eines der Elemente Molybdän, Nickel, Wolfram und Niobium enthalten sein. Unter diesen optionalen Bestandteilen tragen Molybdän und Wolfram zum Verstärken des Basismaterials mittels einer festen Lösung bei. Wenn die Gehalte dieser Bestandteile jedoch zu hoch sind, wird die Heißbearbeitbarkeit ruiniert und die Festigkeit verringert sich. Daher werden die Gehalte von Molybdän und Wolfram jeweils auf 2 Gewichts-% oder weniger beschränkt, und vorzugsweise auf 1,5 Gewichts-% oder weniger.
In dem Fall von wärmebeständigem Austenitstahl dient Nickel zum Verbessern der strukturellen Stabilität und somit der Festigkeit bei hoher Temperatur, und in dem Fall von wärmebeständigem Martensitstahl dient es zum Verbessern der Härtbarkeit, wodurch die Stärke und Festigkeit erhöht wird. Für den wärmebeständigen Austenitstahl muß der Nickelgehalt 8 Gewichts-% oder mehr sein, um eine verbesserte Stabilität der Austenitstruktur zu erreichen. Wenn der Nickelgehalt jedoch höher als 18 Gewichts-% ist, erhöhen sich die Kosten, und somit wird er auf 18 Gewichts-% oder weniger beschränkt. In dem Fall von wärmebeständigem Martensitstahl schreitet ein Aufweichen des Stahls in kurzer Zeit fort, wenn der Nickelgehalt höher als 2 Gewichts-% ist. Daher wird der Nickelgehalt auf 2 Gewichts-% oder weniger beschränkt.
Niobium dient zum Verfestigen des Basismaterials, während ein Teil davon einen Kohlenstoff bildet, der dann dispergiert bzw. feinverteilt wird, was möglicherweise zum Verfestigen des Basismaterials dient. Der Niobiumgehalt wird auf 2 Gewichts-% oder weniger beschränkt, und vorzugsweise auf 1,5 Gewichts-% oder weniger. Wenn er höher als 2 Gewichts-% ist, verringert sich die Festigkeit des wärmebeständigen Stahls.
Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden der aus der Legierung auf Nickel-Basis der zuvor angegebenen Zusammensetzung gebildete Kopfabschnitt und der aus dem wärmebeständigen Stahl der zuvor angegebenen Zusammensetzung gebildete Schaftabschnitt reibungsverschweißt, woraufhin ein reibungsverschweißtes Ventil mit einem Schaftdurchmesser von 60 mm oder mehr an dem Verbindungsabschnitt hergestellt wird.
Wenn der Schaftabschnitt, der mit dem Kopfabschnitt zu verbinden ist, ein Festkörper ist, können zufriedenstellende Kopplungseigenschaften des Verbindungsabschnitts nur nach einem Durchlaufen der folgenden Verfahrensschritte erhalten werden. Ein erster Druck P1, der an den Kopf- und den Schaftabschnitt angelegt wird, wenn sie zusammengedrückt und mittels der resultierenden Reibungswärme erwärmt werden, wird zuerst auf 39,22 MPa (4 kgf/mm²) oder mehr eingestellt und vorzugsweise auf 78,45 (8 kgf/mm²) oder mehr. Dann werden der Kopf- und der Schaftabschnitt unter dem ersten Druck P1 relativ verdreht, und der Verbindungsabschnitt wird mittels der Reibungskraft so erwärmt, daß ein Randbereich U1 für eine plastische Umwandlung 5 mm oder mehr wird, und vorzugsweise 10 mm oder mehr. Beim Erwärmen des Verbindungsabschnitts auf diese Weise werden Oxide oder Nitride von Titan und Aluminium an der Verbindungsschnittstelle, die während des Erwärmungsschritts kontaminiert wird, mittels des ersten Drucks P1 ausgestoßen, so daß ein erweichter Bereich einer geeigneten Dicke am Verbindungsabschnitt gebildet wird.
Wenn der erste Druck P1 zum Erwärmen zu niedrig ist, wird die Erwärmungszeit so lang, daß die Temperatur bei der Verbindungsschnittstelle hoch wird. In einigen Fällen kann daher ein lokales Verschmelzen zwischen den kristallinen Körnern des Kopf- oder Schaftabschnitts erzeugt werden, oder eutektische Kristalle können um Kohlenstoffe oder ähnliches erzeugt werden, was einen Verbindungsdefekt hervorruft. Wenn der erste Druck P1 andererseits zu hoch ist, wird der erreichte Bereich exzessiv ausgestoßen, so daß er dünner wird. Demgemäß kann ein Randbereich u2 für eine plastische Umwandlung in einer nachfolgenden Stauchstufe nicht groß genug dafür sein, eine zufriedenstellende Verbindungskraft sicherzustellen. Somit wird der erste Druck P1 auf einen geeigneten Wert eingestellt, der größer als der oder gleich dem zuvor angegebenen unteren Grenzwert ist, so daß die Randbereiche u1 und u2 für eine plastische Umwandlung jeweils in den Erwärmungs- und Stauchstufen erhalten werden können.
Im allgemeinen ist die Erwärmungszeit t1 für die Erwärmungsstufe um so länger, je größer der Durchmesser des Schaftabschnitts ist. Wenn die Erwärmungszeit t1 zu kurz ist, wird der erweichte Bereich dünner, so daß der Randbereich u2 für eine plastische Umwandlung zum Stauchen nicht groß genug sein kann, um eine zufriedenstellende Verbindungskraft sicherzustellen. Demgemäß wird die Erwärmungszeit t1 für die Erwärmungsstufe gemäß dem Durchmesser des Schaftabschnitts eingestellt. In jedem Fall wird der Verbindungsabschnitt so erwärmt, daß der Randbereich U1 für eine plastische Umwandlung 5 mm oder mehr wird.
In der Stauchstufe wird die relative Verdrehung des Kopf- und des Schaftabschnitts angehalten. Danach wird ein zweiter Druck P2 auf 137,29 MPa (14 kgf/mm²) oder mehr eingestellt, und vorzugsweise auf 98,06 MPa (10 kgf/mm²) oder mehr, und das Verhältnis P2/P1 des zweiten Drucks zum ersten wird auf 1,25 oder mehr eingestellt, und vorzugsweise auf 1,5 oder mehr. Dann werden der Kopf- und der Schaftabschnitt gestaucht, so daß der Randbereich u2 für eine plastische Umwandlung 2 mm oder mehr ist, und vorzugsweise 5 mm oder mehr.
Wenn der zweite Druck P2 zu niedrig ist, bleibt ein erwärmter Bereich, wo der Randbereich für eine plastische Umwandlung nicht groß genug ist, so daß die Verbindungskraft verringert wird. Diese plastische Umwandlung zum Stauchen ist die sogenannte Kriechdeformation, welche mit dem Verstreichen von Zeit unter einem konstanten Druck fortschreitet. Je größer der Durchmesser des Schaftabschnitts ist, um so länger sollte die Zeit t2 für die Stauchstufe sein. Wenn diese Stauchzeit t2 zu kurz ist, verfestigt sich der teilweise geschmolzene Bereich wie er ist, ohne ausgestoßen zu werden, so daß die Verbindungskraft ruiniert wird. Da die Stauchzeit t2 sich in Abhängigkeit vom Durchmesser des Schaftabschnitts ändert, wird ungeachtet der Zeit. t2 der Schluß gezogen, daß eine nötige plastische Umwandlung (Staucharbeit) beendet ist, wenn der zuvor angegebene vorbestimmte Wert um den Randbereich u2 für eine plastische Umwandlung überschritten ist.
Zum Erhalten des vorbestimmten Wertes für den Randbereich u2 für eine plastische Umwandlung sollte der erweichte Bereich der geeigneten Dicke in der Erwärmungsstufe gebildet werden, wie es zuvor angegeben ist. Wenn der erste Druck P1 groß ist, wird der erweichte Bereich dünner, so daß der zweite Druck P2 zum Stauchen auf einen Wert eingestellt werden sollte, der proportional zu jenem des ersten Drucks P1 ist. Wenn das Verhältnis P2/P1 zwischen den zwei Drücken niedriger als 1,25 ist, kann kein Randbereich u2 für eine plastische Umwandlung, der beim Verfahren zum Stauchen erforderlich ist, erhalten werden.
Wenn ein wärmebeständiges Stahlrohr für den Schaftabschnitt verwendet wird, wird ein dickwandiger Abschnitt des Rohrs mit dem Kopfabschnitt reibungsverschweißt, wodurch ein Verbindungsabschnitt gebildet wird. Das in diesem Fall verwendete Rohr hat einen Außendurchmesser von 40 mm oder mehr und ist so geformt, daß das Verhältnis (T/D) seiner Wandstärke (T mm) zu seinem Außendurchmesser (D mm) von 0,1 bis 0,3 reicht.
Wenn das Verhältnis T/D des Rohrs niedriger als 0,1 ist, ist eine Belastung, die dem Verbindungsabschnitt auferlegt werden kann, beschränkt, und das Rohr kann nicht für Ventile großen Ausmaßes verwendet werden. Wenn andererseits das Verhältnis T/D des Rohrs größer als 0,3 ist, wird die Reibungswärme aufgrund des Unterschieds der Verdrehungsgeschwindigkeit zwischen der Zentrumsseite des dickwandigen Abschnitts und der peripheren Seite ungleichmäßig. Somit wird der Verbindungsabschnitt (der dickwandige Abschnitt des Rohrs) ungleichmäßig erwärmt, so daß eine hohe Verbindungskraft nicht zuverlässig erhalten werden kann.
Zum Erhalten zufriedenstellender Kopplungseigenschaften an dem Verbindungsabschnitt bei der Verwendung des Kopfabschnitts und des rohrförmigen Schaftabschnitts wird der erste Druck P1 für die Erwärmungsstufe zuerst auf 39,22 MPa (4 kgf/mm²) oder mehr eingestellt, und vorzugsweise auf 78,45 (8 kgf/mm²) oder mehr. Dann werden der Kopf- und der Schaftabschnitt unter dem ersten Druck P1 relativ verdreht und der Verbindungsabschnitt wird mittels der Reibungskraft erwärmt, so daß der Randbereich U1 für eine plastische Umwandlung 2 mm oder mehr wird, und vorzugsweise 3 mm oder mehr. Durch Aussetzen des Verbindungsabschnitts dieser Wärmebehandlung werden wie im Fall des festen Schaftabschnitts Oxide oder Nitride aus Titan oder Aluminium an der Verbindungsschnittstelle, die während des Erwärmungsschritts kontaminiert wird, ausgestoßen, so daß ein erweichter Bereich einer geeigneten Dicke am Verbindungsabschnitt gebildet wird.
Wenn der erste Druck P1 zum Erwärmen zu niedrig ist, wird die Erwärmungszeit wie im Fall des festen Schaftabschnitts so lang, daß die Schnittstellentemperatur hoch wird. In einigen Fällen kann daher ein lokales Schmelzen zwischen den kristallinen Körnern des Kopfabschnitts oder des rohrförmigen Schaftabschnitts erzeugt werden, oder eutektische Kristalle können um Kohlenstoffe oder ähnliches erzeugt werden, was einen Verbindungsdefekt mit sich bringt. Wenn andererseits der erste Druck P1 zu hoch ist, wird der erweichte Bereich ausgestoßen, so daß er dünner wird. Demgemäß kann der Randbereich u2 fur eine plastische Umwandlung in der nachfolgenden Stauchstufe nicht groß genug sein, um eine zufriedenstellende Verbindungskraft sicherzustellen. Somit wird der erste Druck P1 auf einen geeigneten Wert eingestellt, der größer als der oder gleich dem zuvor angegebenen unteren Grenzwert ist, so daß die Randbereiche u1 und u2 für eine plastische Umwandlung jeweils bei den Erwärmungs- und Stauchstufen erhalten werden können.
Im allgemeinen ist das Verhältnis T/D um so höher, je länger die Erwärmungszeit t1 für die Erwärmungsstufe ist. Wenn die Erwärmungszeit t1 zu kurz ist, wird wie im Fall des festen Schaftabschnitts der erweichte Bereich dünner, so daß der Randbereich u2 für eine plastische Umwandlung für ein Stauchen nicht groß genug sein kann, um eine zufriedenstellende Verbindungskraft sicherzustellen. Demgemäß wird die Erwärmungszeit t1 für die Erwärmungsstufe gemäß dem Verhältnis T/D eingestellt. In jedem Fall wird der Verbindungsabschnitt so erwärmt, daß der Randbereich U1 für eine plastische Umwandlung 3 mm oder mehr wird.
In der Stauchstufe wird die relative Verdrehung des Kopf- und des Schaftabschnitts angehalten. Danach wird der zweite Druck P2 auf 98,06 MPa (10 kgf/mm²) oder mehr eingestellt, und vorzugsweise auf 137,29 MPa (14 kgf/mm²) oder mehr, und das Verhältnis P2/P1 des zweiten Drucks zum ersten wird auf 1,10 oder mehr eingestellt, und vorzugsweise auf 1,20 oder mehr. Dann werden der Kopf- und der Schaftabschnitt so gestaucht, daß der Randbereich u2 für eine plastische Umwandlung 2 mm oder mehr ist, und vorzugsweise 3 mm oder mehr.
Wenn der zweite Druck P2 zu niedrig ist, bleibt ein erwärmter Bereich zurück, in dem der Randbereich für eine plastische Umwandlung nicht groß genug ist, so daß die Verbindungskraft verringert ist. Je höher das Verhältnis T/D ist, um so länger sollte die Zeit t2 für die Stauchstufe sein. Wenn diese Stauchzeit t2 zu kurz ist, verfestigt sich der teilweise geschmolzene Bereich wie er ist, ohne ausgestoßen zu werden, so daß die Verbindungskraft ruiniert wird. Da die Stauchzeit t2 sich in Abhängigkeit vom Verhältnis T/D ändert, wird daraus ungeachtet der Zeit t2 geschlossen, daß eine nötige plastische Umwandlung (eine Staucharbeit) für die Bildung des rohrförmigen Schaftabschnitts beendet ist, wenn der zuvor angegebene vorbestimmte Wert um den Randbereich u2 für eine plastische Umwandlung überschritten wird.
Zum Erhalten des richtigen Werts für den Randbereich u2 für eine plastische Umwandlung sollte der erweichte Bereich der geeigneten Dicke in der Erwärmungsstufe gebildet werden, wie es zuvor angegeben ist. Wenn der erste Druck P1 groß ist, wird der erweichte Bereich dünner, so daß der zweite Druck P2 zum Stauchen auf einen Wert eingestellt werden sollte, der proportional zu jenem des ersten Drucks P1 ist, wie im Fall des festen Schaf tabschnitts. Wenn das Verhältnis P2/P1 zwischen den zwei Drücken niedriger als 1,10 ist, kann der Randbereich u2 für eine plastische Umwandlung, der im Verfahren zum Stauchen erforderlich ist, nicht erhalten werden.
Die Reibungsschweißbedingungen zum Vorbereiten des rohrförmigen Schaftes sind lockerer als jene zum Vorbereiten des festen Schaftes, weil der Reibungsschweißbereich kleiner ist, wodurch eine Reibungsschweißmaschine mit niedrigerer Kapazität verwendet werden kann.
Gleichgültig, ob der Schaftabschnitt fest oder rohrförmig ist, sollten die jeweiligen Endflächen des Kopf- und des Schaftabschnitts, die reibungsverschweißt werden sollen, eine erforderliche lotrechte Richtung zu ihren jeweiligen Achsen haben, die während der Reibungsschweißoperation mit einer vorbestimmten Toleranz zueinander ausgerichtet sein müssen. Es ist darüber hinaus zu verstehen, daß jede Endfläche eine erforderliche polierte Oberflächenrauhigkeit haben sollte.
Wenn Isolierungen bzw. Absonderungen oder Einschlüsse, wie beispielsweise Sulfide, nahe der Schnittstelle jedes Materials existieren, wird dort eine lokale Verschmelzung veranlaßt, wenn die Temperatur der Verbindungsschnittstelle während des Reibungserwärmungsprozesses nahezu den Schmelzpunkt des Materials erreicht. Die lokale Verschmelzung entwickelt sich zur Zeit des Reibungsschweißens unter Druck in ein Zerbrechen. Wenn kein Zerbrechen verursacht wird, kann ein wesentlicher Faserfluß veranlaßt werden, und die Festigkeit in bezug auf die zum Faserfluß rechtwinklige Richtung kann wahrscheinlich vernünftig verringert werden. Daher sollten die Materialien für den Kopf- und den Schaftabschnitt so wenig Isolierungen oder Einschlüssen, wie beispielsweise Sulfiden, wie möglich ausgesetzt werden.
Isolierungen können durch die isothermische Behandlung und heiße Verarbeitung des Blockmetalls merklich verringert werden. Obwohl die Form von Sulfiden oder anderen Einschlüssen durch heißes Verarbeiten geändert werden kann, kann jedoch die Ausfallmenge nicht sehr geändert werden. Zum Erhalten einer zuverlässigen reibungsverschweißten Kopplung sollten daher die Mengen an Unreinheiten in den Materialien des Kopf- und des Schaftabschnitts, die das Erzeugen der Einschlüsse verursachen können, vorzugsweise minimiert werden.
Sowohl die Legierung auf Nickel-Basis des Kopfabschnitts als auch der wärmebeständige Stahl des Schaftabschnitts enthalten außer den zuvor angegebenen wesentlichen und optionalen Bestandteilen unvermeidlich Unreinheiten.
Es wurde herausgefunden, daß dann, wenn die Legierung auf Nikkel-Basis des Kopfabschnitts viele Unreinheiten enthält, wie beispielsweise Phosphor, Schwefel, Silizium, etc., die Festigkeit des Verbindungsabschnitts abnimmt. In dem Fall, in dem die Unreinheiten Phosphor und Schwefel sind, sammeln sie sich zwischen den kristallinen Körnern an und erniedrigen den Schmelzpunkt der Bereiche der Anhäufung. Silizium erzeugt mit irgendeinem anderen Bestandteil eine niedrigschmelzende Verbindung. Wenn das Reibungsschweißen in diesem Zustand ausgeführt wird, wird daher ein lokales Schmelzen an der Schnittstelle des Kopfabschnitts veranlaßt, so daß die Festigkeit des Verbindungsabschnitts aufgrund eines Fehlers beim Reibungsschweißen verringert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sollten daher die in der Legierung auf Nickel-Basis des Kopfabschnitts enthaltenen Unreinheiten vorzugsweise auf 0,010 Gewichts-% oder weniger von Phosphor, auf 0,005 Gewichts-% oder weniger und vorzugsweise auf 0,003 Gewichts-% oder weniger von Schwefel und auf 0,20 Gewichts-% oder weniger von Silizium beschränkt werden.
Der wärmebeständige Stahl, der den Schaftabschnitt bildet, wird auf ähnliche Weise durch Unreinheiten beeinflußt. Daher sollten die im wärmebeständigen Stahl des Schaftabschnitts enthaltenen Unreinheiten vorzugsweise auf 0,050 Gewichts-% oder weniger von Phosphor, und 0,01 Gewichts-% oder weniger und bevorzugterweise auf 0,005 Gewichts-% oder weniger von Schwefel beschränkt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird darüber hinaus eine kontaminierte Schicht an der Verbindungsabschnittsschnittstelle unter ausreichend hohem Druck entfernt, und die Reibungsschweißbedingungen werden so eingestellt, daß kein lokales Schmelzen verursacht werden kann.
Vorzugsweise werden in dem Fall des festen Schaftabschnitts beispielsweise P1, P2, u1 und u2 auf Werte eingestellt, die jeweils nicht niedriger als die vorgenannten festen Werte sind, und soweit P2/P1 betroffen ist, verringert sich dann, wenn der Wert auf einen zu großen Wert eingestellt wird, die Größe des Verbindungsabschnitts. Angesichts solcher Umstände wird P2/P1 auf innerhalb des Bereichs von 1,25 bis 3,5 beschränkt, oder u2 wird auf innerhalb des Bereichs von 5 bis 20 mm beschränkt. In dem Fall des rohrförmigen Schaftabschnitts werden andererseits P1, P2, u1 und u2 auf Werte eingestellt, die jeweils nicht niedriger als die vorgenannten festen Werte sind, und aus demselben Grund wie beim festen Schaftabschnitt wird P2/P1 auf innerhalb des Bereichs von 1,20 bis 3,0 beschränkt, oder u2 wird auf innerhalb des Bereichs von 3 bis 15 mm beschränkt.

[Ausführungsbeispiel 1]

Das folgende ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung und ein Vergleichsbeispiel als Kontrolle.
Fig. 1 zeigt einen Aufbau eines Ventils 10 großen Ausmaßes, das zur Verwendung in einem Dieselmotor für ein Schiff geeignet ist. Das Ventil 10 umfaßt einen Kopfabschnitt 12 aus einer wärmebeständigen Legierung auf Nickel-Basis und einen festen Schaftabschnitt 14 aus wärmebeständigem Stahl. Das Ventil 10 ist durch Reibungsverschweißen einer Endfläche 12a des Kopfabschnitts 12 und einer Endfläche 14a des Schaftabschnitts 14 miteinander an einem Verbindungsabschnitt 16 (gestrichelter Bereich der Fig. 1) gebildet, und dann durch Endbearbeiten der Peripherie des Verbindungsabschnitts durch maschinelles Bearbeiten.
Materialien der in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen wurden für den Kopf- und den Schaftabschnitt verwendet. Die Matenahen des Kopfabschnitts werden einer Heiß-Kalt-Bearbeitung bei einer Temperatur von 1050ºC und einem Verschmiedungsgrad von 60 % ausgesetzt. Tabelle 1 Zusammensetzung (Gewichts-%) Material Nr. Material des Kopfabschnitts Material des Schaftabschnitts
Bei sowohl dem Ausführungsbeispiel als auch dem Vergleichsbeispiel wurden tatsächlich runde Stäbe (hierin nachfolgend Kopfund Schaftabschnitte genannt) desselben Materials mit einem Durchmesser von D mm für den Kopfabschnitt 12 bzw. den Schafabschnitt 14 verwendet. In den Fällen wurde darüber hinaus der Kopfabschnitt auf einer stationären Basis eines Reibungsverschweißgeräts befestigt, und der Schaftabschnitt wurde mittels einer Spindel gehalten, wobei die jeweiligen Achsen des Kopf- und des Schaftabschnitts in Ausrichtung zueinander waren. Die Spindel kann den Schaftabschnitt auf eine derartige Weise drehen, daß der Schaftabschnitt gegen den Kopfabschnitt gedrückt wird. Die Drehgeschwindigkeit des Schaftabschnitts und der Druck sind einstellbar. Bei sowohl dem Ausführungsbeispiel als auch dem Vergleichsbeispiel wurde die Drehgeschwindigkeit des Schaftabschnitts in der Erwärmungsstufe auf 400 U/min fixiert. Der erste Druck P1 für die Erwärmungsstufe, die Erwärmungszeit t1 und der Randbereich u1 für eine plastische Umwandlung wurden auf verschiedene Weise geändert, wie es in Tabelle 2 gezeigt ist. Auch wurden der zweite Druck P2 für die Stauchstufe, das Verhältnis P2/P1, der Randbereich u2 für eine plastische Umwandlung und die Stauchzeit t2 geändert, wie es in Tabelle 2 gezeigt ist.
Es wurden zehn reibungsverschweißte Ventile auf der Grundlage der einzelnen Bedingungen vorbereitet, wie es in Tabelle 2 gezeigt ist, und Teststücke wurden einzeln auf den Zentral- und Oberflächenabschnitten des Ventils geschnitten und wurden einem von JIS Z2241 vorgesehenen Spannungs- bzw. Zugtest unterzogen, wodurch die jeweiligen Bruchfestigkeiten der Teststücke bestimmt wurden. Wenn die erhaltenen Werte gleich dem oder größer als der der Bruchfestigkeit des Grundmaterials (in diesem Fall des wärmebeständigen Stahls) waren, das Bruchstellen enthielt, wurde daraus geschlossen, daß der Bruch ein Bruch am Grundmaterial war. Wenn die Bruchstellen an der Verbindungsschnittstelle auftraten, wurde daraus geschlossen, daß der Bruch ein Verbindungsbruch war. In Tabelle 2 zeigen Kreise Fälle an, bei denen alle Teststücke, die aus den Zentral- und Oberflächenabschnitten des Verbindungsabschnitts herausgeschnitten wurden, dem Grundmaterialbruch ausgesetzt wurden. Dreiecke zeigen Fälle an, bei denen die Teststücke, die aus dem Zentralabschnitt herausgeschnitten wurden, dem Verbindungsbruch unterzogen wurden. Quadrate zeigen Fälle an, bei denen die Teststücke, die aus dem Oberflächenabschnitt herausgeschnitten wurden, dem Verbindungsbruch unterzogen wurden. Kreuze zeigen Fälle an, bei denen alle Teststücke, die aus den Zentral- und Oberflächenabschnitten herausgeschnitten wurden, dem Verbindungsbruch unterzogen wurden.
Bei Bruchtesten für die einzelnen Teststücke wurde die Übereinstimmung (in %) des Verbindungsbruchs berechnet. Tabelle 2 zeigt auch das Ergebnis dieser Berechnung. Tabelle 2 Ventilmaterial Erwärmungsstufe Stauchstufe Bruch Schaftdurchmesser D (mm) Kopfabschnitt Schaftabschnitt Hauptposition eines Bruchs Auftreten eines Verbindungbruchs (%) Ausführungsbeispiel Vergleichbeispiel

[Ausführungsbeispiel 2]

Es wurden Rohre der in Tabelle 3 gezeigten Konfigurationen durch Schneiden von Schaftabschnittmaterialien mit den Nr. 6 und 7 vorbereitet, die im Beispiel 1 verwendet wurden. Ein Reibungsverschweißen wurde unter den in Tabelle 3 gezeigten Bedingungen unter Verwendung dieser Rohre für Schaftabschnitte und Materialien mit den Nr. 1 und 2 der Tabelle 1 für Kopfabschnitte ausgeführt. Daraufhin wurden reibungsverschweißte Ventile mit hohlen Schaftabschnitten hergestellt.
Es wurden zwanzig reibungsverschweißte Ventile auf der Grundlage der einzelnen Bedingungen vorbereitet, und es wurden Teststücke aus den im wesentlichen zentralen Bereichen der Dickenabschnitte der einzelnen Ventile herausgeschnitten und Bruchtests unterzogen, die gleich jenen sind, die in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel 1 durchgeführt wurden. Die Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse der Tests.
In Tabelle 3 zeigen Kreise Fälle an, bei denen alle Teststücke dem Grundmaterialbruch unterzogen wurden, und Quadrate zeigen Fälle an, bei denen die Teststücke dem Verbindungsbruch unterzogen wurden. Tabelle 3 Ventilmaterial Rohrförmiger Schaftabschnitt Erwärmungsstufe Stauchstufe Bruch Kopfabschnitt Schaftabschnitt Außendurchmesser (D mm) Wanddicke (T mm) Hauptposition eines Bruchs Auftreten eines Verbindungsbruchs (%) Ausführungsbeispiel Vergleichsbeispiel

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines reibungsverschweißten Ventils, wobei

- ein Kopfabschnitt aus einer Legierung auf Nickel-Basis enthaltend 0,20 % oder weniger Kohlenstoff, 18 bis 30 % Chrom, 0,5 bis 2,5 % Aluminium und 1,0 bis 3,0 % Titan jeweils in Gewichtsprozent als wesentliche Bestandteile unter einem ersten Druck P1 relativ zu einem Schaftabschnitt verdreht wird, der aus einem wärmebeständigen Stahl gebildet ist, enthaltend 0,5 % oder weniger Kohlenstoff und 10 bis 30 % Chrom jeweils in Gewichtsprozent als wesentliche Bestandteile,

- ein Verbindungsabschnitt mittels Reibungswärme erwärmt wird, die durch Verdrehen erzeugt wird, so daß der Randbereich für die plastische Umwandlung 5 mm oder mehr wird,

- die Relativverdrehung angehalten wird, und

- der Kopfabschnitt und der Schaftabschnitt bei einem zweiten Druck P2 aneinander gedrückt und gestaucht werden, derart, daß der Randbereich für die plastische Umwandlung 2 mm oder mehr wird,

- wobei der Schaftabschnitt ein fester Körper mit einem Außendurchmesser von mehr als 40 mm ist und

- der erste Druck P1, der zweite Druck P2 und das Verhältnis P2/P1 des zweiten Drucks P2 zum ersten Druck P1 auf 39,22 MPa (4 kgf/mm²) oder mehr, 137,29 MPa (14 kgf/mm²) oder mehr bzw. 1,25 oder mehr eingestellt wird.

2. Verfahren zum Herstellen eines reibungsverschweißten Ventils nach Anspruch 1, wobei die Legierung auf Nickel- Basis des Kopfabschnitts weiterhin wenigstens einen wahlweisen Bestandteil enthält, die aus einer Gruppe von Elementen ausgewählt ist, die 22 % oder weniger Kobalt, 5 % oder weniger Niobium, 5 % oder weniger Wolfram, 5% oder weniger Molybden und 20 % oder weniger Eisen jeweils in Gewichtsprozent umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei Verunreinigungen in der Legierung auf Nickel-Basis des Kopfabschnitts 0,010 % oder weniger Phosphor, 0,003 % oder weniger Schwefel und 0,20 % oder weniger Silizium jeweils in Gewichtsprozent umfassen.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wärmebeständige Stahl des Schaftabschnitts weiterhin wenigstens einen wahlweisen Bestandteil enthält, der aus einer Gruppe von Elementen ausgewählt ist, die 2 % oder weniger Molybden, 18 % oder weniger Nickel, 3 % oder weniger Wolfram und 2 % oder weniger Niobium jeweils in Gewichtsprozent umfaßt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Verunreinigungen in dem wärmebeständigen Stahl des Schaftabschnitts 0,010 % oder weniger Phosphor und 0,003 % oder weniger Schwefel jeweils in Gewichtsprozent umfaßt.

6. Verfahren zum Herstellen eines reibungsverschweißten Ventils, umfassend:

- relatives Verdrehen eines Kopfabschnitts aus einer Legierung auf Nickel-Basis, die 0,20 % oder weniger Kohlenstoff, 18 bis 30 % Chrom, 0,5 bis 2,5 % Aluminium und 1,0 bis 3,0 % Titan jeweils in Gewichtsprozent als wesentliche Bestandteile enthält, und eines Schaftabschnitts aus einem wärmebeständigen Stahl, der 0,5 % oder weniger Kohlenstoff und 10 bis 30 % Chrom jeweils in Gewichtsprozent als wesentliche Bestandteile enthält, unter einem ersten Druck P1,

- Erwärmen eines Verbindungsabschnitts durch Reibungs wärme, die durch die Verdrehung erzeugt wird, so daß der Randbereich für die plastische Umwandlung 3 mm oder mehr wird,

- Anhalten der Relativverdrehung, und

- Zusammendrücken und Stauchen des Kopfabschnitts und des Schaftabschnitts mittels eines zweiten Drucks P2 derart, daß der Randbereich für die plastische Umwandlung 2 mm oder mehr wird,

- wobei der Schaftabschnitt ein Rohr mit einem Außendurchmesser von mehr als 40 mm und das Verhältnis der Wandstärke zum Außendurchmesser 0,1 bis 0,3 ist und

- der erste Druck P1, der zweite Druck P2 und das Verhältnis P2/P1 des zweiten Drucks P2 zum ersten Druck P1 auf 39,22 MPa (4 kgf/mm²) oder mehr, 98,06 MPa (10 kgf/mm²) oder mehr bzw. 1,10 oder mehr eingestellt wird.

7. Verfahren zum Herstellen eines reibungsverschweißten Ventils nach Anspruch 6, wobei die Legierung auf Nickel- Basis des Kopfabschnitts weiterhin wenigstens einen wahlweisen Bestandteil enthält, der aus einer Gruppe von Elementen ausgewählt ist, die 22 % oder weniger Kobalt, 7 % oder weniger Niobium, 7 % oder weniger Wolfram, 7 % oder weniger Molybden und 20 % oder weniger Eisen jeweils in Gewichtsprozent umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei Verunreinigungen in der Legierung auf Nickel-Basis des Kopfabschnitts 0,010 % oder weniger Phosphor, 0,003 % oder weniger Schwefel und 0,20 % oder weniger Silizium jeweils in Gewichtsprozent umfassen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der wärmebeständige Stahl des Schaftabschnitts weiterhin wenigstens einen wahlweisen Bestandteil enthält, der aus einer Gruppe von Elementen ausgewählt ist, die 2 % oder weniger Molybden, 18 % oder weniger Nickel, 3 % oder weniger Wolfram und 2 % oder weniger Niobium jeweils in Gewichtsprozent umfaßt

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei Verunreinigungen in dem wärmebeständigen Stahl des Schaftabschnitts 0,010 % oder weniger Phosphor und 0,003 % oder weniger Schwefel jeweils in Gewichtsprozent umfassen.