JP3372568B2 - ジーゼル機関の排気弁とその製造方法 - Google Patents
ジーゼル機関の排気弁とその製造方法Info
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Description
るピストン内燃機関の排気弁とその製造方法に関する。
(登録商標)(この登録商標を以下にニモニック80A
と記載する)で作られた上記形式の排気弁は周知であ
る。そのような合金は約20%という高いクロム含有率
のために高温に対しては優れた耐抗性を示すが、その合
金で作られた排気弁では高出力でその弁の接合面に腐食
損傷が乗じていた。この腐食は進行すると接合面に深い
ピットを作り、この結果燃焼ガスのいわゆる局部的吹抜
けが起こる。これは更に局部的な温度上昇をもたらすこ
とによって腐食を増進させる。この腐食の主要な原因は
ジーゼル燃料に含まれているバナジウムとナトリウムで
ある。その腐食の詳細はよく知られている。ジーゼル燃
料が又硫黄を含んでいれば、バナジウムとナトリウムに
よって惹起される腐食は硫化によって更に大きくなる。
主体部と着座部との両方の強度を同時に適切なものとし
ながら、ニモニック80A より大きい耐食性を備えるよう
に上記型式の排気弁を改良することである。
の本発明の、ジーゼル方式で作動するピストン内燃機関
の排気弁は、着座部を備え且つ耐高温ニッケル基合金か
らなる主体部を有し、該主体部の該耐高温ニッケル基合
金は、弁製造中に生じる不純物を除いて重量パーセント
で、0.04〜0.10C、≦1.0Si、≦0.2Cu、
≦1.0Fe、≦1.0Mn、18.0〜21.0Cr、1.
8〜2.7Ti、1.0〜1.8Al、≦2.0Co、≦0.
3Mo、0.0015〜0.005B、0.04〜0.1Z
r、および残部Niの組成、あるいは0.05C、≦0.5
Si、≦0.2Cu、≦1.0Fe、≦0.5Mn、29〜31
Cr、1.5〜2Ti、0.7〜1.0Al、≦2.0Co、≦
0.3Mo、0.0015〜0.0022B、0.05〜
0.07Zr、および残部Niの組成を有する該排気弁にお
いて、該着座部は、該主体部に着合された他のニッケル
基合金の層として形成されており、該他のニッケル基合
金は、弁製造中に生じる不純物を除いて重量パーセント
で、≦0.10C、≦0.5Si、≦0.5Fe、≦0.5M
n、20〜22Cr、≦0.4Ti、≦0.4Al、≦1.0C
o、8.0〜9.5Mo、3.15〜4.15Nb+Ta、お
よび残部Niの組成を有する、あるいは0.04〜0.0
5C、47〜49Cr、0.3〜0.40Ti、および残部N
iの組成を有することを特徴とする。
な条件に最もよく合致することが実証された。それらの
必要条件とは優れたクリープ強度、高い硬度、そしてバ
ナジウムとナトリウム、場合によっては更に硫黄に対す
る良好な耐食性である。実験で示されたところによる
と、本発明による複合構造をもった弁では、その腐食率
が、全体をニモニック80Aで作られた従来の排気弁よ
り実質的に低い。従って本発明による排気弁を備えた内
燃機関の出力も大きくなる。
0A合金に相当する組成即ち弁製造中に生じる不純物を
除いて重量パーセントで、0.04〜0.10C、≦
1.0Si、≦0.2Cu、≦1.0Fe、≦1.0Mn、1
8.0〜21.0Cr、1.8〜2.7Ti、1.0〜1.
8Al、≦2.0Co、≦0.3Mo、0.0015〜0.0
05B、0.04〜0.1Zr、および残部Niの組成、あ
るいはニモニック81即ちNIMONIC81(登録商標)に
相当する組成即ち0.05C、≦0.5Si、≦0.2C
u、≦1.0Fe、≦0.5Mn、29〜31Cr、1.5〜
2Ti、0.7〜1.0Al、≦2.0Co、≦0.3Mo、
0.0015〜0.0022B、0.05〜0.07Z
r、および残部Niの組成にすることができる。そして着
座部のニッケル基合金は、弁製造中に生じる不純物を除
いて重量パーセントで、≦0.10C、≦0.5Si、≦
0.5Fe、≦0.5Mn、20〜22Cr、≦0.4Ti、≦
0.4Al、≦1.0Co、8.0〜9.5Mo、3.15〜
4.15Nb+Ta、および残部Niの組成、又は弁製造中に
生じる不純物を除いて重量パーセントで、0.04〜
0.05C、47〜49Cr、0.3〜0.40Ti、およ
び残部Niの組成にすることができる。重量パーセント
で、≦0.10C、≦0.5Si、≦0.5Fe、≦0.5M
n、20〜22Cr、≦0.4Ti、≦0.4Al、≦1.0C
o、8.0〜9.5Mo、3.15〜4.15Nb+Ta、お
よび残部Niの組成のニッケル基合金はINCONEL625(登録
商標)として、又重量パーセントで、0.04〜0.0
5C、47〜49Cr、0.3〜0.40Ti、および残部N
iの組成のニッケル基合金はINCONEL671(登録商標)と
して知られているものである。耐食性に関して、着座部
のそれら2つの合金はいずれもニモニック80A合金よ
り優れた値をもっている。着座部のそれら2つの合金を
比較した場合、IN625(登録商標)合金の方がIN671(登
録商標)よりも優れている。
例えばプラズマスプレー即ちプラズマ溶射、肉盛り溶
接、あるいは更に粉末治金法のような様々な方法を使用
できる。
好適な方法では、インコネル625型のニッケル基合金
で作られる層が肉盛り溶接によって、ニモニック型のニ
ッケル基合金で作られた主体部の着座部の区域に着合さ
れ、その着合された層の厚さが続いて変形により減少さ
れ、これによってその層が加工硬化され、そしてそのよ
うにして形成された弁体部がそれから焼鈍処理される。
べる。図1の右半分は弁製造の中間状態そして左半分は
完成状態の排気弁を示す。
燃機関のマッシュルーム弁の形の排気弁1は主体部2と
これに結合される層3で構成され、この層はマッシュル
ーム弁1の接合面を形成する。主体部2は、弁製造中に
生じる不純物を除外して、重量パーセントで、0.04
−0.10C、≦1.0Si、≦0.2Cu、≦1.0
Fe、≦1.0Mn、18.0−21.0Cr、1.8
−2.7Ti、1.0−1.8Al、≦2.0Co、≦
0.3Mo、0.0015−0.005B、0.04−
0.1Zr、及び残部Niの組成を有するニッケル基合
金ニモニック80Aで作られる。層3は、弁製造中に生
じる不純物を除外して、重量パーセントで、≦0.10
C、≦0.5Si、≦5Fe、≦0.5Mn、21C
r、≦0.4Ti、≦0.4Al、≦1.0Co、9M
o、3.6Nb+Ta、及び残部Niの組成を有するニ
ッケル基合金IN625で作られる。層3は周知の肉盛
り溶接によって10乃至12mmの厚さ(図1の弁の右半
分における3′で示される)に主体部2に着合される。
それから層3は圧延による熱間成形で加工硬化され、こ
れによって層の硬度が高くされる。この場合の変形率
は、最初に着合された層3′の体積の約60%である。
肉盛り溶接は、炭化物が樹枝状に配置した鋳造組織を作
る。熱間成形によって、腐食を促進する炭化物の分布が
均等化され、これによって腐食作用が小さくされ、即ち
耐食性が高められる。熱間成形の後、弁は550乃至6
50℃の温度で焼鈍処理される。焼鈍の後、接合面3は
研削仕上げされる(図1の弁の左半分の層3)。
着合はプラズマ溶射によっても行える。層の変形は、圧
延による熱間成形でなく、鍛造で行うこともできる。着
合された層の冷間成形も可能である。
コネル671合金を使用した場合、変形と焼鈍の処理段
階は不要である。
で、その右半分は弁製造の中間状態そして左半分は完成
状態を示す。
Claims (13)
- 【請求項1】 ジーゼル方式で作動するピストン内燃機
関の排気弁であって、該排気弁は、着座部を備え且つ耐
高温ニッケル基合金からなる主体部を有し、該主体部の
該耐高温ニッケル基合金は、弁製造中に生じる不純物を
除いて重量パーセントで、0.04〜0.10C、≦
1.0Si、≦0.2Cu、≦1.0Fe、≦1.0Mn、1
8.0〜21.0Cr、1.8〜2.7Ti、1.0〜1.
8Al、≦2.0Co、≦0.3Mo、0.0015〜0.0
05B、0.04〜0.1Zr、および残部Niの組成を有
する該排気弁において、 該着座部は、該主体部に着合された他のニッケル基合金
の層として形成されており、該他のニッケル基合金は、
弁製造中に生じる不純物を除いて重量パーセントで、≦
0.10C、≦0.5Si、≦0.5Fe、≦0.5Mn、2
0〜22Cr、≦0.4Ti、≦0.4Al、≦1.0Co、
8.0〜9.5Mo、3.15〜4.15Nb+Ta、および
残部Niの組成を有することを特徴とする該排気弁。 - 【請求項2】 ジーゼル方式で作動するピストン内燃機
関の排気弁であって、該排気弁は、着座部を備え且つ耐
高温ニッケル基合金からなる主体部を有し、該主体部の
該耐高温ニッケル基合金は、弁製造中に生じる不純物を
除いて重量パーセントで、0.05C、≦0.5Si、≦
0.2Cu、≦1.0Fe、≦0.5Mn、29〜31Cr、
1.5〜2Ti、0.7〜1.0Al、≦2.0Co、≦0.
3Mo、0.0015〜0.0022B、0.05〜0.
07Zr、および残部Niの組成を有する該排気弁におい
て、 該着座部は、該主体部に着合された他のニッケル基合金
の層として形成されており、該他のニッケル基合金は、
弁製造中に生じる不純物を除いて重量パーセントで、≦
0.10C、≦0.5Si、≦0.5Fe、≦0.5Mn、2
0〜22Cr、≦0.4Ti、≦0.4Al、≦1.0Co、
8.0〜9.5Mo、3.15〜4.15Nb+Ta、および
残部Niの組成を有することを特徴とする該排気弁。 - 【請求項3】 ジーゼル方式で作動するピストン内燃機
関の排気弁であって、該排気弁は、着座部を備え且つ耐
高温ニッケル基合金からなる主体部を有し、該主体部の
該耐高温ニッケル基合金は、弁製造中に生じる不純物を
除いて重量パーセントで、0.04〜0.10C、≦
1.0Si、≦0.2Cu、≦1.0Fe、≦1.0Mn、1
8.0〜21.0Cr、1.8〜2.7Ti、1.0〜1.
8Al、≦2.0Co、≦0.3Mo、0.0015〜0.0
05B、0.04〜0.1Zr、および残部Niの組成を有
する該排気弁において、 該着座部は、該主体部に着合された他のニッケル基合金
の層として形成されており、該他のニッケル基合金は、
弁製造中に生じる不純物を除いて重量パーセントで、
0.04〜0.05C、47〜49Cr、0.3〜0.4
0Ti、および残部Niの組成を有することを特徴とする該
排気弁。 - 【請求項4】 ジーゼル方式で作動するピストン内燃機
関の排気弁であって、該排気弁は、着座部を備え且つ耐
高温ニッケル基合金からなる主体部を有し、該主体部の
該耐高温ニッケル基合金は、弁製造中に生じる不純物を
除いて重量パーセントで、0.05C、≦0.5Si、≦
0.2Cu、≦1.0Fe、≦0.5Mn、29〜31Cr、
1.5〜2Ti、0.7〜1.0Al、≦2.0Co、≦0.
3Mo、0.0015〜0.0022B、0.05〜0.
07Zr、および残部Niの組成を有する該排気弁におい
て、 該着座部は、該主体部に着合された他のニッケル基合金
の層として形成されており、該他のニッケル基合金は、
弁製造中に生じる不純物を除いて重量パーセントで、
0.04〜0.05C、47〜49Cr、0.3〜0.4
0Ti、および残部Niの組成を有することを特徴とする該
排気弁。 - 【請求項5】 請求項1〜請求項4のいずれか1項によ
る排気弁において、着座部を形成する合金はプラズマ溶
射によって主体部に着合されていることを特徴とする該
排気弁。 - 【請求項6】 請求項1〜請求項4のいずれか1項によ
る排気弁において、着座部を形成する合金は肉盛り溶接
によって主体部に着合されていることを特徴とする該排
気弁。 - 【請求項7】 請求項5あるいは請求項6による排気弁
において、着座部を形成する合金は、該合金の着合後
に、冷間変形されていることを特徴とする該排気弁。 - 【請求項8】 請求項5あるいは請求項6による排気弁
において、着座部を形成する合金は、該合金の着合後
に、熱間間変形されていることを特徴とする該排気弁。 - 【請求項9】 請求項1〜請求項4のいずれか1項によ
る排気弁を製造する方法であって、弁製造中に生じる不
純物を除いて重量パーセントで、≦0.10C、≦0.
5Si、≦5Fe、≦0.5Mn、20〜22Cr、≦0.4T
i、≦0.4Al、≦1.0Co、8〜9.5Mo、3.15
〜4.15Nb+Ta、および残部Ni、あるいは0.04〜
0.05C、47〜49Cr、0.3〜0.4Ti、および
残部Niの組成を有する他のニッケル基合金の層を、肉盛
り溶接によって、耐高温ニッケル基合金の主体部にある
着座部の領域に着合させ、該主体部の該耐高温ニッケル
基合金は、弁製造中に生じる不純物を除いて重量パーセ
ントで、0.04〜0.10C、≦1.0Si、≦0.2C
u、≦1.0Fe、≦1.0Mn、18.0〜21.0Cr、
1.8〜2.7Ti、1.0〜1.8Al、≦2.0Co、≦
0.3Mo、0.0015〜0.005B、0.04〜
0.1Zr、および残部Niの組成、あるいは0.05C、
≦0.5Si、≦0.2Cu、≦1.0Fe、≦0.5Mn、2
9〜31Cr、1.5〜2Ti、0.7〜1.0Al、≦2.
0Co、≦0.3Mo、0.0015〜0.0022B、
0.05〜0.07Zr、および残部Niの組成を有する該
排気弁を製造する方法において、 着合された層の厚さは次に変形により減少され、これに
より該層は加工硬化され、且つ形成された排気弁は引き
続いて焼鈍処理されることを特徴とする該排気弁を製造
する方法。 - 【請求項10】 請求項9による方法において、着合さ
れた層の変形は熱間でおこなわれることを特徴とする該
方法。 - 【請求項11】 請求項9あるいは請求項10による方
法において、着合された層の変形は圧延によりおこなわ
れることを特徴とする該方法。 - 【請求項12】 請求項9による方法において、変形の
程度は、着合された体積の30〜60%であることを特
徴とする該方法。 - 【請求項13】 請求項9による方法において、焼鈍処
理は、500〜700°Cの温度でおこなわれることを
特徴とする該方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CH198291 | 1991-07-04 | ||
CH01982/91-6 | 1991-07-04 |
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