JP2000505148A

JP2000505148A - 内燃機関用の排気弁

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Publication number: JP2000505148A
Application number: JP10501078A
Authority: JP
Inventors: ヘーグ，ハルロ・アンドレアス
Original assignee: MAN B&W Diesel AS
Current assignee: MAN B&W Diesel AS
Priority date: 1996-06-07
Filing date: 1997-06-03
Publication date: 2000-04-25
Anticipated expiration: 2017-06-03
Also published as: DK64196A; KR20000016391A; WO1997047861A1; PL187245B1; DE69703444T2; ES2152676T3; EP0901564B1; EP0901564A1; AU3090297A; ATE197337T1; PL330429A1; US6244234B1; HK1019914A1; CN1221472A; CN1088148C; KR100419932B1; DE69703444C5; DK173337B1; JP3421055B2; NO985611L

Abstract

(57)【要約】内燃機関用の排気弁は、ニッケル系合金製の弁ディスクを有する可動のスピンドルを備えている。該ニッケル系合金により、弁ディスクの上面に環状の弁座が形成される。弁が閉じ位置にあるとき、該弁座領域は固定弁部材上の対応する弁座領域に当接する。製造時、弁ディスクの弁座領域は、合金の再結晶温度以下の温度で、加工熱変形処理される。弁ディスクの上面における弁座領域は、加工熱変形処理又は降伏強度を増加させることができる熱処理によって、約20℃の温度にて少なくとも1000ＭＰａの降伏強度（Ｒ_p0.2）の形態のへこみ傷防止特性を有する。

Description

【発明の詳細な説明】内燃機関用の排気弁本発明は、弁ディスクの上面に環状の弁座領域も構成するニッケル系合金から成る弁ディスクを有する可動スピンドルを備え、該弁座領域が弁の閉じ位置にて静止弁部材上の対応する弁座領域に当接し、弁ディスクの弁座領域は、その製造時に、加工熱変形処理（thermo-mechanical deformation process）を受け、この過程にて、材料の少なくとも一部分が冷間加工される、内燃機関、特に、２行程クロスヘッドエンジン用の排気弁に関する。内燃機関用の排気弁の開発は、永年、弁の寿命を長くし且つ信頼性を向上させることを目的としていた。この開発は、これまで、ディスクの下面に高温耐食性材料（耐高温腐食性材料）を使用し、弁座領域に硬質材料を使用して弁スピンドルを製造することにより行っていた。弁は正確に機能するためには、緊密に閉じなければならないため、弁座領域は、排気弁の信頼性にとって極めて重要である。弁座領域において緊密に閉じうる機能は、いわゆる溶落ち(bum through)と称される局部的な領域内での腐食により低下する可能性があることが周知であり、溶落ち箇所では環状の密封面を横切ってチャンネル状の溝が発生し、弁を閉じたときに該溝を介して高温のガスが流れる。悪環境下にて、この不良な状態が生じ、80時間以下の運転で弁が使用不能となる可能性があり、このことは、通常の分解時に初期不良を発見することが不可能であることがしばしばあることを意味する。このため、弁座内の溶落ちは、予測せざる運転停止を引き起こす可能性がある。エンジンが船舶の推進エンジンであるならば、２つの港の間を１回、航海する間にこの状態が生じ、弁の作動不良につながる可能性がある。この結果、航海中に問題を生じさせ、また、港にて予期せざる無駄な待機時間を生じさせることになる。弁座における溶落ちを防止する目的にて、硬さによって弁座の耐摩耗性を得て且つへこみ傷（デントマーク）の形成を少なくするために益々硬さが増した多くの異なる弁座材料が永年に亙って開発されている。デントマークは、へこみによって高温の気体が流れる僅かな漏れを生じさせるため、溶落ちが生じる状態である。高温の気体は、攻撃性のある成分が弁座の材料に腐食作用を加える温度レベルまで漏れ部分付近の材料を加熱する可能性があり、このため、その漏れはより大きくなり、高温気体の漏洩量が増し、このため浸食を加速することになる。硬さに加えて、僅かな漏洩が生じた後、浸食を遅くするためにより耐高温腐食性に優れた弁座材料も開発されている。ニモニック（NIMONIC）80Ａ材料で製造される上述の型式の排気弁は、1985年９月の130巻９号のBergund Huttenmannische Monatsheneの「Herstellung vonVe ntilspindeln aus einer Nickclbasislegierung fur Schiffsdieselmotoren」という表題の論文にて記載されている。この加工熱的鍛造は、弁座領域内にて非常な硬さが得られるように、制御される。疲れ抵抗等のような排気弁の機械的性質を考慮して、上記の論文では、ニモニック80Ａ弁は少なくとも800ＭＰａの降降伏強度を有すると記載されている。欧州特許公開第0 280 467号には、溶液焼鈍（solution annealing）した後、所望の形状に鍛造された基部本体で製造されたニモニック80Ａ製の排気弁が記載されている。このため、この弁座領域は、非常な硬さが得られるように冷間加工される。その後、弁を析出硬化させることができる。 1990年にロンドンの機関士協会から出版された、「重油運転用のディーゼルエンジンの燃焼室材料」という書籍には、多数の文献に記載された排気弁の材料に関して得られた経験を集めたものであり、長寿命を実現するために弁の設計方法に関する推奨事項を提供するものである。弁座に関して、文献は、弁座材料は極めて硬く且つ耐高温腐食性に優れた材料を使用すべきことを等しく推奨している。「弁合金の物理的及び機械的性質並びに構成要素の評価分析へのそれらの使用」という書籍の７頁には、排気弁に関する多数の異なる好適な材料が記載されており、材料の機械的性質の分析において、約820ＭＰａ以下であると考えられる、材料の降伏強度の比較可能な表も含まれている。排気弁の寿命を長くし、特に、弁の弁座領域に予見不能で且つ急速に生じる溶落ちを軽減し又は防止することが望ましい。当該出願人は、弁座材料中にデントマーク（へこみ傷）が形成された状態で試験を行い、一般的な認識と異なり、全く予想に反して弁座材料の硬さはデントマーク（へこみ傷）が生じるか否かに関して何ら顕著な影響を与えないことを確認した。本発明の目的は、へこみ傷の形成に至るメカニズムを予測し、これにより、溶落ちが発生する基本的な状態を弱め又は解消する弁座材料を提供することである。このことを考慮して、本発明によるこの排気弁は、弁ディスクの上面の弁座領域は、加工熱変形過程及び降服強度を増大させる熱処理によって約20℃の温度にて少なくとも1000ＭＰａの降伏強度（Ｒ_p0.2）の形態のへこみ傷を防止する特性が付与されることを特徴とする。デントマーク（へこみ傷）は、排気弁が開いている間に、燃焼室から弁を介して上方に流れ、排気系統内に流れる、コーク粒子のような微粒子の燃焼残留物により形成される。弁が閉じたとき、該微粒子が弁座における閉じる密封面の間に取り込まれる可能性がある。運転中の弁スピンドルにおける多数のデントマーク（へこみ傷）の研究から、上方の閉じ縁部、すなわち、固定した弁座の上端が円錐形の可動の弁座に接触する箇所である、周方向の線上に新たなへこみ傷が達することは極めて稀であることが観察された。実際上、粒子はこの領域内に取り込まれる可能性があるから、へこみの端部は、閉じ縁部から約0.5ｍｍ離れた位置にあり、このことは、何ら説明することなく明らかである。閉じ縁部の直前までへこみが存在しないことは、コーク粒子及びその他の極めて硬い粒子であっても弁が完全に閉じる前に粉砕されて粉体となることに起因するものであることが今や理解されている。燃焼室からの気体は略音速にて閉じ密封面の間の空隙を貫通して流れ出るから、粒子を破砕すると同時に、この粉体の一部は吹き飛ばされる。高速の気体はその粉体を閉じ縁部付近から吹き飛ばし、縁部までへこみが存在しないことは、密封面の間に取り込まれた略全ての粒子が粉砕されたことを示す。粉体を粉砕し且つ吹き飛ばすことにより極めて厚い粒予も薄い厚さとなり、実際上、このため、デントマークを形成する可能性のある粉体の堆積層（パウダーパイル）は最大厚さが0.5ｍｍであり、公称の最大厚さが0 .3乃至0.4ｍｍとなる。最高圧力が195バールに達する、最も最近に開発されたエンジンにおいて、特に、ディスクの下面に作用する荷重は400トンにも達する可能性がある。排気弁を閉じて、燃焼室内の圧力は最高圧力に達したとき、密封面は、密閉された粉体の堆積層（密閉されたパウダーパイル）の周りで共に完全に圧縮される。如何に堅固な弁座を形成した場合でも、これを防止することはできない。燃料の燃焼が開始し、シリンダ内の圧力、従って弁ディスクに加わる荷重が増大すると、密閉されたパウダーパイルは２つの密封面内に遊動して入り始め、これと同時に、弁座材料は弾性変形する。この弾性変形中、パウダーパイルと密封面との間の表面圧力が上昇し、その結果、通常、パウダーパイルは変形してより大きい面積となる。このパウダーパイルが十分に厚いならば、パウダーパイルの接触領域内の圧力が最低降伏強度の弁座材料の降伏強度に達する迄、弾性変形が続き、その後、この弁座材料は塑性変形して、へこみ傷の変形が開始する。この塑性変形の結果、変形硬化に起因して降伏強度が増す。このように、パウダーパイルの周りの局部的な領域内の２つの弁座材料が均一な降伏強度となったならば、パウダーパイルは同様にその他の弁座材料も塑性変形させ始める。デントマーク（へこみ傷）の形成を防止しようとするならば、上述したように、弁座材料をより硬くすることにより行うことはできず、その代わり、デントマークは弾性的にしなければならず、このことは、弁座領域を高降伏強度となるように製造することにより可能となる。より高降伏強度であることから、二重の効果が得られる。第一に、より高降伏強度の弁座材料にはより大きい弾性歪みを加えることができ、このため、塑性変形が生じる前により厚いパウダーパイルを吸収することができる。第二の必須の効果は、パウダーパイルに面する領域内の密封面の表面性質に関連するものである。弾性的変形により形成されるへこみのプロファイルは均一で且つ平滑であり、パウダーパイルの分布状態をより大径まで促進し、このことは、パウダーパイルの厚さを薄くすることなり、また、より大きい接触面積に続く接触面積の応力を軽減することにもなる。弾性変形から塑性変形に変化する部分にて、より深く且つより不規則的なへこみプロファイルが急速に形成され、このことは、パウダーパイルを不適当に固着し、このため、パウダーパイルの直径が有利に更に拡張するのを妨害する効果がある。試験の結果、排気弁において、密封面を何ら塑性変形させずに、1000ＭＰａの降伏強度に対する下限値を有する材料の２つの弁座領域の間にて、厚さ約0.14 ｍｍのパウダーパイルを吸収し得ることが判明した。弁座の面の間に取り込まれた粒子の大部分は約0.15ｍｍの厚さに粉砕される。本発明による排気弁は、弁が開いたとき、弁座面はその最初の形状に弾性的に反発して戻るだけであり、これと同時に、粉砕した粒子の残部の部分は弁座面から吹き飛ばされるから、大量の粒子がデントマークを形成することを防止するものである。弁座領域の弾性的な性質が増すことを考えると、弁座領域の材料は少なくとも 1100ＭＰａ、好ましくは少なくとも1200ＭＰａの降伏強度を有することが好ましい。現在の弁座材料のヤング係数は降伏強度が増しても略不変であり、このことは、降伏強度と最大の弾性歪みとの間に略直線状の相関関係をもたらす。上記の説明から、降伏強度が2500ＭＰａ以上の弁座材料は、通常最も頻繁に生ずる厚さのパウダーパイルを弾性変形によってのみ吸収することが可能であるから、理想的であると考えられる。しかしながら、かかる高降伏強度を有する適当な材料は、現在は、見出せない。以下の説明から、今日、利用可能な弁座材料の一部は、降伏強度を少なくとも1100ＭＰａに増大させる方法にて製造可能であることが明らかである。全ての条件が等しいならば、この降伏強度が10％増大する結果、デントマークの深さは少なくとも10％、浅くなる。殆どのタイプの粒子の場合、12 00ＭＰａの適当な限界値は、堆積層の厚さを知覚し得る程度に薄くするのに十分に大きく、従って、デントマークの深さは30％まで浅くなるが、これと同時に、可能な材料の数も少なくなる。このことはまた、少なくとも1300ＭＰａの降伏強度を有する弁座材料にも当てはまることである。特に好適な実施の形態において、弁座領域の材料は少なくとも1400ＭＰａの降伏強度を有している。この降伏強度は、現在、使用されている弁座材料の降伏強度の約２倍であり、デントマークを形成するメカニズムに関する現在の理解によれば、この高降伏強度の材料は、弁座領域の溶落ちに伴う問題点を殆ど解消すると推定される。この弁座材料中に形成される僅かなデントマークの深さは、極めて浅いため、高温腐食が有効となる温度まで弁座材料が加熱されるのに十分な多量の漏洩気体がデントマークを貫通して流れることはできない。１つの実施の形態において、固定部材及び弁ディスクの弁座領域は、それぞれ、弁座領域の運転温度にて略等しい降伏強度を有している。２つの弁座材料の略均一な降伏強度の結果、パウダーパイルを表面間に押し込んだときに、その双方の密封面は略等しい状態に変形し、このことは、面の各々に生ずる塑性変形を軽減する結果となる。固定弁座領域の温度は、スピンドルにおける弁座領域よりも低温であり、このことは、多くの材料の降伏強度が温度上昇に伴い低下することに鑑みて、約20℃にてより大きい降伏強度を有する必要があることを意味する。固定弁座領域を耐高温腐食性材料で形成するならば、この実施の形態は、特に有利である。固定弁座領域が焼き入れ硬化鋼又は鋳鉄から成るならば、固定部材の弁座領域は、その弁座領域の運転温度における弁ディスクの弁座領域よりも略大きい降伏強度を有することが好ましい。この設計の場合、すべてのデントマークは弁スピンドルに形成される。このことは、２つの利点をもたらす。その第一は、スピンドルの弁座領域は、通常、高温耐食性材料で出来ており、このため、へこみが固定部材に形成される場合よりもデントマーク（へこみ傷）が溶落ち(burn throug h)に発展することをより難しくする点である。第二に、スピンドルが回転し、弁が閉じる毎にへこみが固定密封面の上の新たな位置に配置されるとき、熱の影響は、このようにして固定弁座領域に配分される点である。以下、本発明に従って、弁ディスク及び弁座の材料として適用可能である種々の材料に関して説明する。ニモニック（NIMONIC）は、インコ・アロイ（INCO A lloy）の登録商標名であることに留意すべきである。本体の全体又は少なくとも弁ディスクの全体は、ニモニック合金で出来ていることが好ましい。これらのうち、大型のディーゼルエンジンの燃焼室内に存在する腐食性の環境内にて耐摩耗性及び耐食性に関して良好な作動結果を提供しているニモニック80、ニモニック80Ａ又はニモニック81を使用することは周知である。また、約800ＭＰａの降服強度を有し、また、約15％の冷間加工後、1000ＭＰａ以上まで増大する、基部本体の鋳造及び通常の鍛造後のニモニック合金105も適用可能である。また、ニモニックPK50も適用可能であり、このニモニックPK50 は、約1100ＭＰａの降伏強度となるように冷間加工し且つ析出硬化させることができる。通常のニモニック合金を使用し、弁座領域にて70％程度、変形させたとき、約1400ＭＰａの降伏強度を達成することが可能である。また、析出硬化熱処理によって降伏強度を更に増すことも可能である。多くの冷間加工法は、例えば、外径が130ｍｍ乃至500ｍｍのように弁ディスクが大型であるとき、堅牢な工具を必要とするから、製造方法の選択は、排気弁の寸法によって影響を受ける。また、本発明は、内燃機関用、特に、２行程クロスヘッド用の排気弁の可動弁ディスクの上面における環状の弁座領域であって、弁ディスクの基部材料と異なる合金で出来ており、弁を閉じたとき、固定弁部材上の対応する弁座領域に当接する、環状の弁座領域のデントマークを制限し又は防止する材料として、約20℃ で少なくとも1000ＭＰａの降伏強度を有する、ニッケル系クロム含有合金を使用しすることにも関するものである。かかるデントマークを制限する材料を使用することの特別に有利な点は、上記の説明から明らかである。次に、本発明の実施の形態について、極く概略図を参照しつつ更に詳細に説明する。添付図面において、図１は、本発明による排気弁の縦断面図である。図２は、典型的なデントマークを示す、２つの弁座領域の部分図である。図３乃至図６は、粒子を粉砕し且つデントマークが形成される初期のステップを示す２つの弁座領域の部分図である。図７及び図８は、デントマークの形成を示す拡大部分図である。図９は、弁を再開放した直後の表面の対応する図である。図１には、シリンダ直径を250乃至1000ｍｍの範囲とすることのできる、大型の２行程内燃機関用の排気弁が全体として参照番号１で示してある。底部片とも称される、排気弁の固定弁部材２は、図示しないシリンダカバー内に取り付けられる。該排気弁は、可動スピンドル３であって、その下端にて弁ディスク４を支持し且つその上端にて、弁を開放する液圧アクチュエータに周知の方法で接続された可動スピンドルと、該スピンドルをその閉じ位置に戻す空気戻しばねとを備えている。図１には、部分的に開いた位置にある弁が示してある。基本材料で達成されるよりも高い耐腐食性を要望するならば、弁ディスクの下面に耐高温腐食性材料５の層を設ける。弁ディスクの上面の環状の弁座領域６は、ディスクの外周縁から離れた位置にあり、円錐形の密封面７を有している。図面中、弁座領域はディスクと異なるように表示されているが、両者の部品は同じ合金で製造されている点に留意すべきである。大型の２行程クロスヘッドエンジン用の弁ディスクは、シリンダボアに対応して120乃至500ｍｍの範囲の外径を有することができる。固定弁部材には、また、環状の円錐形密封面９を形成する僅かに突き出す弁座領域８も設けられており、該円錐形の密封面は、弁が閉じた位置にあるとき、密封面７に当接する。作動温度まで加熱する間に、弁ディスクが変形するので、２つの密封面が弁の作動温度にて平行となるように、弁座領域は設計されている。このことは、低温の弁ディスクにおいて、燃焼室から最も離れた位置に配置された密封面９の上縁部１０にて密封面７は、密封面９にのみ当接することを意味する。図２には、密封面７上の閉じ縁部、すなわち、上方縁部１０が垂直の破線で示すように密封面７にぶつかる箇所である円弧状部分から約0.5ｍｍ離れた位置にて終わる典型的なデントマーク１１が示してある。図３には、弁が完全に閉じる直前に、２つの密封面７、９の間に取り込まれた硬い粒子１２が示してある。閉じ動作が続行するとき、この粒子は粉砕されて粉体となり、その粉体の相当部分は、図４に矢印Ａで示すように、弁座の間を音速にて上方に流れる気体によって取り込まれる。粉体した粒子からの粉体の一部は密封面７、９の間に固着される。それは、これらの面に最も近い粒子は摩擦力により保持され、内部スペース間の粒子は、粉体中のせん断力により固着されるからである。このため、先端同士が対面する対向した円錐形のパウダーパイルが形成される。このように、固体粒子が弁座弁の間に取り込まれるという効果に関する従来の推定は正確ではなく、むしろ、その粉体の一部は吹き飛ばされるため、弁座の間に取り込まれる材料の量は減少する。閉じ動作が続くと、円錐形の粉体の凝集体は潰れて、弁座面の面内にて拡げられ、図５に図示するようにレンズ型の粉体本体、すなわちパウダーパイルとなる。このレンズ状の粉体本体は、最大厚さが0.5ｍｍで、最大の凝集における標準厚さが0.3ｍｍ乃至0.4ｍｍであることが判明している。図６には、弁が閉じられたが、燃焼室内の圧力が燃料の燃焼の結果として上昇する前の状況が示してある。空気戻しばねは、それ自体、粉体本体の周りの領域内で密封面７を密封面９に対し完全に緊密に引き付けるのに十分に強力ではない。燃料の点火後、燃焼室内の圧力が上昇すると、ディスクの下面に加わる上方ヘの力が顕著に増大し、密封面は、互いに近接するように押し付けられる。これと同時に、粉体本体は、密封面を弾性変形し始める。粉体本体が十分に厚く、材料の降伏強度が十分に大きくないならば、弾性変形は塑性変形に変化し、へこみを恒久的なものとする。図７には、固定弁座領域８が最大の降伏強度を有し、ディスクの弁座領域６がその降伏限界値の僅か以下まで弾性変形した状態が示してある。図８に図示した密封面の完全に圧縮された位置となるまで圧縮が続けられと、密封本体は密封面内に沈んで、弁座材料は塑性変形する。弁が再開放すると、粒子は図９に示すように、流れ出る気体によって吹き飛ばされ、これと同時に、弁座材料は、その非荷重状態に反発して戻る。弁座面の一方又は双方にて塑性変形が生じた程度にて、粉体本体により形成された最大のへこみよりも深さが浅い恒久的なデントマーク１１が密封面にて生ずる。弁座材料の降伏強度が大きければ大きい程、デントマークはより小さくなる。次に、適当な弁座材料に関する分析例について説明する。全ての量は重量比で示してあり、不可避的な不純物は無視してある。また、本明細書にて降伏強度に言及することは、別の温度が示されていない限り、約20℃の温度における降伏強度を意味するものとすることも述べておく。これらの合金は、クロムを含有するニッケル系合金（又はニッケル含有のクロム系合金）であり、これらの合金は、合金の硬さとその降伏強度との間に何ら適正な相関関係が存在しない一方、硬さと引っ張り強度との間には多分相関関係が存在するという性質を有している。これらの合金に関して、降伏強度は0.2（Ｒ_p0.2)の歪みにより生じた強度を意味するものとする。合金ニモニック合金105は、Ｃｒ15％、Ｃｏ20％、Ｍｏ５％、Ａｌ4.7％、Ｆｅ１％以下、Ｔｉ1.2％、残部Ｎｉの公称組成を有している。ニモニック80Ａ合金は、Ｃ0.1％以下、Ｓｉ１％以下、Ｃｕ0.2％以下、Ｆｅ３％以下、Ｍｎ１％以下、Ｃｒ18乃至21％、Ｔｉ1.8乃至2.7％、Ａｌ1.0乃至1.8％、Ｃｏ２％以下、Ｍｏ0.3％以下、Ｚｒ0.1％以下、Ｂ0.008％以下、Ｓ0.015 ％以下、残部Ｎｉから成っている。ニモニック80合金は、Ｃ0.04％、Ｓｉ0.47％、Ｃｒ21％、Ｍｎ0.56％、Ｔｉ2. 45％、ＡｌO.63％、残部Ｎｉから公称上、成っている。ニモニック81合金は、Ｃ0.1％以下、Ｃｒ29乃至31％、Ｓｉ0.5％以下、Ｃｕ0. 2％以下、Ｆｅ１％以下、Ｍｎ0.5％以下、Ti1.5乃至２％、Ｃｏ２％以下、Ｍｏ0 .3％以下、Ａｌ0.7乃至1.5％、残部Ｎｉから成っている。ニモニックＰＫ50合金は、Ｃ0.03％、Ｃｒ19.5％、Ｔｉ３％、Ａｌ1.4％、Ｆｅ２％以下、Ｃｏ13乃至15.5％、Ｍｏ4.2％、残部Ｎｉから公称上、成っている。合金レーン220は、10−25％Cr、５−25％Ｃｏ、10％以下Ｍｏ＋Ｗ、11％以下Ｎｂ、４％以下Ｔｉ３％以下Ａｌ0.3％以下Ｃ、２−23％Ｔａ、１％以下Ｓｉ、0 .015％以下Ｓ、５％以下Ｆｅ、３％以下Ｍｎ、及び残部Ｎｉを含んでいる。公称上、レーン220は、0.02％Ｃ、18％Ｃｒ、３％Ｍｏ、５％Ｎｂ、１％Ｔｉ、0.5％Ａｌ、３％Ｔａ、及び残部ニッケルを含んでいる。析出硬化と組み合わせた変形は、この材料内にて極めて大きい降伏強度を達成することができる。955℃にて5 0％の変形程度のとき、降伏強度は約1320ＭＰａとなる。970℃にて50％の変形程度のとき、降伏強度は約1400ＭＰａとなる。990℃にて50％の変形程度のとき、降伏強度は1465ＭＰａとなる。970℃にて25％の変形程度のとき、降伏強度は143 0ＭＰａとなる。析出硬化は、760℃にて８時間、行い、その後、730℃にて24時間、690℃にて24時間、行った。上述した公称の分析結果について、実際には、現実に製造された合金に依存して、全ての分析物質に対して不可避的な不純物も生じるため、公称の分析値から偏倚することは当然である。技術文献には、析出硬化させるために種々の合金を熱処理する方法の詳細が記載されており、合金の溶液焼鈍のための熱処理及び再結晶化温度も周知である。降服強度を増すための加工熱変形処理（thermo-mechanical deformation proc ess）は、例えば、弁座領域の圧延又は鍛造若しくは、その打ち延ばし及びハンマ打ちのようなその他の方法のような周知の方法により材料を熱／冷間加工することを含む。変形後、弁座の密封面を研磨することができる。加工熱変形過程にて必要とされる力を軽減するため、弁座領域を有する本体は、変形前に、材料の分析に対応して、通常、1000℃乃至1200℃の範囲の温度にて、例えば、0.1乃至２時間、溶液焼鈍（solution annealing）を行うことができ、その後、中間の温度（典型的に500℃）まで塩浴中にて急冷し、その後に、空冷して室温にするか、又は気体中にて室温まで急冷させる。次に、これらステップの後に熱／冷間加工を行うことができる。力を適宜に小さく保つためには、この変形は、約900乃至1000℃、すなわち、典型的に、約950乃至1050℃である、再析出温度よりも低い温度以下又はその付近の高温度にて行われることが好ましい。熱加工のこの場合、溶液焼鈍から約再析出温度までの冷却は、室温まで最初に冷却することなく行われることが有利である。この変形は、中間の再加熱を行って幾つかのステップにて行うことが可能である。約20％の冷間加工において、12 00ＭＰａの降伏強度を達成することが典型的に可能である。特別に大きい降伏強度が所望であるとき、完全な変形及び加工の後、弁座領域は、析出硬化を行うことができ、この析出硬化は、例えば、24時間、850℃にて行い、その後、16時間、700℃の温度にて行うことが可能である。上述したように処理した基部本体は、鋳造及び従来の鍛造により又は代替的に熱押出し成形又は同様の変形工程と組み合わせて、ＨＩＰ処理又はＣＩＰ処理のような粉体冶金圧縮処理により製造することができる。該弁の軸は、ディスクの材料と異なる材料で製造することができ、この場合、ディスクに摩擦溶接することができる。

【手続補正書】【提出日】１９９９年６月１６日（１９９９．６．１６）【補正内容】（１）請求の範囲を別紙の通り補正する。（２）明細書第３頁第３行乃至第４行に記載の「本発明に・・・増大させる熱処理」を「本発明によるこの排気弁は、弁ディスクが少なくとも1000ＭＰａの降伏強度を達成することができるニッケル系合金から製造され、また弁ディスクの上面の弁座領域は、加工熱変形過程及び降伏強度を増大させる熱処理」と補正する。請求の範囲１．弁ディスクの上面に環状の弁座領域も構成するニッケル系合金から成る弁ディスクを有する可動スピンドルを備え、該弁座領域が弁の閉じ位置にて静止弁部材上の対応する弁座領域に当接し、弁ディスクの弁座領域が、その製造時に、熱機械的変形過程を受け、この過程にて、材料の少なくとも一部分が冷間加工される、内燃機関、特に、２行程クロスヘッドエンジン用の排気弁において、弁ディスクが、少なくとも1000ＭＰａの降伏強度を達成することができるニッケル系合金から製造され、また弁ディスクの上面の弁座領域には、加工熱変形過程により及び降伏強度を増大させる熱処理によって約20℃の温度にて少なくとも1000ＭＰａの降伏強度（Ｒ_p0.2）の形態のへこみ防止特性が付されることを特徴とする排気弁。２．請求項１に記載の排気弁において、弁座領域の材料が、少なくとも1100ＭＰａ、好ましくは少なくとも1200ＭＰａの降伏強度を有することを特徴とする排気弁。３．請求項２に記載の排気弁において、弁座の材料が、少なくとも1300ＭＰａ、好ましくは少なくとも1400ＭＰａの降伏強度を有することを特徴とする排気弁。４．請求項１乃至３の何れかに記載の排気弁において、固定部材及び弁ディスクの弁座領域が、それぞれ、弁座領域の運転温度にて略等しい降伏強度を有することを特徴とする排気弁。５．請求項１乃至３の何れかに記載の排気弁において、固定部材における弁座領域が、弁座領域の作動温度において、弁ディスクの弁座領域よりも大きい降伏強度を有することを特徴とする排気弁。６．請求項１乃至５の何れかに記載の排気弁において、弁ディスクの外径が13 0ｍｍ乃至500ｍｍの範囲内にあることを特徴とする排気弁。７．内燃機関用、特に、２行程クロスヘッド用の排気弁の可動弁ディスクの上面における環状の弁座領域であって、弁ディスクの基部材料と異なる合金で出来ており、弁を閉じたとき、固定弁部材上の対応する弁座領域に当接する、環状の弁座領域のデントマークを制限し又は防止する材料として、約20℃で少なくとも 1000ＭＰａの降伏強度を有する、ニッケル系クロム含有合金を使用する方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２２Ｆ 1/00 ６９４Ｃ２２Ｆ 1/00 ６９４Ｂ 1/10 1/10 ＡＦ０１Ｌ 3/02 Ｆ０１Ｌ 3/02 Ｅ (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ

Claims

【特許請求の範囲】１．弁ディスクの上面に環状の弁座領域も構成するニッケル系合金から成る弁ディスクを有する可動スピンドルを備え、該弁座領域が弁の閉じ位置にて静止弁部材上の対応する弁座領域に当接し、弁ディスクの弁座領域が、その製造時に、熱機械的変形過程を受け、この過程にて、材料の少なくとも一部分が冷間加工される、内燃機関、特に、２行程クロスヘッドエンジン用の排気弁において、弁ディスクの上面の弁座領域には、加工熱変形過程により及び降伏強度を増大させる熱処理によって約20℃の温度にて少なくとも1000ＭＰａの降伏強度（Ｒ_p0.2）の形態のへこみ防止特性が付されることを特徴とする排気弁。２．請求項１に記載の排気弁において、弁座領域の材料が、少なくとも1100 ＭＰａ、好ましくは少なくとも1200ＭＰａの降伏強度を有することを特徴とする排気弁。３．請求項２に記載の排気弁において、弁座の材料が、少なくとも1300ＭＰａ、好ましくは少なくとも1400ＭＰａの降伏強度を有することを特徴とする排気弁。４．請求項１乃至３の何れかに記載の排気弁において、固定部材及び弁ディスクの弁座領域が、それぞれ、弁座領域の運転温度にて略等しい降伏強度を有することを特徴とする排気弁。５．請求項１乃至３の何れかに記載の排気弁において、固定部材における弁座領域が、弁座領域の作動温度において、弁ディスクの弁座領域よりも大きい降伏強度を有することを特徴とする排気弁。６．請求項１乃至５の何れかに記載の排気弁において、弁ディスクの外径が13 0ｍｍ乃至500ｍｍの範囲内にあることを特徴とする排気弁。７．内燃機関用、特に、２行程クロスヘッド用の排気弁の可動弁ディスクの上面における環状の弁座領域であって、弁ディスクの基部材料と異なる合金で出来ており、弁を閉じたとき、固定弁部材上の対応する弁座領域に当接する、環状の弁座領域のデントマークを制限し又は防止する材料として、約20℃で少なくとも1000ＭＰａの降伏強度を有する、ニッケル系クロム含有合金を使用する方法。