JPH04209914A - 舶用機関用排気弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば大型の舶用機関として用いられるディ
ーゼル機関の構成部品である排気弁に関するものである
。

（従来の技術） 大型の舶用機関には主としてディーゼル機関が用いられ
ている。そして、これらの機関は低燃費を実現する為に
頭上弁を存する形式が大半を占めている。これらの機関
は、機関性能の向上により低質油でも燃料として使用し
得るようになってきたこと、また排気温度の上昇に伴い
排気弁の使用状況は過酷になってきている。そして、こ
の状況は閉弁時にシリンダヘッドと接触するシート部に
於いて特に顕著である。即ちシート部の損傷は次の理由
により生じる。

（ｉ）４５０°Ｃ程度の高温となった状態で毎分１００
回程度板上の開閉を繰り返し、シリンダヘッドに強く接
触すやことにより摩耗、へたりを生じる。

（ｉｉ）排気中に含まれる未燃焼固形分がシート部に膠
着し長時間使用後には弁とシリンダヘッドが閉弁時にも
完全には密着しなくなり僅かな隙間を生じるようになる
。この狭い隙間を高温・高圧の燃焼ガスか開弁前に高速
で吹き抜けるためシート部表面が酸化により消耗する。

この消耗により弁の密着が更に不完全になる為益々消耗
を助長することになる。

従ってこれらの欠点を改善する為、排気弁のシート部に
ステライト等の耐熱合金を溶接肉盛している例もあるが
未だに充分とは言えず、更に高温に於ける高硬度、高耐
酸化性を有するものが必要となっている。

すなわち、現在採用されている排気弁は、（ｉ　）　５
ＵＨ３１等に代表される耐熱性ステンレス鋼又はこれに
成分的に若干の変更を加えたものによる一体の鍛造品、 （ｉｉ）上記のもののシート部にステライト等の耐熱・
耐摩耗性合金を溶接肉盛して性能の向上を図ったもの、 （ｉｉ）ナイモニック８０Ａ等の超合金で耐熱・耐摩耗
性の向上を図った一体鍛造品、 等が使用されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、これらのうち（ｉ）は寿命が短い、（ｉ
ｉ）は若干の延命効果はあるがまだ不充分、（ｉｉ）は
性能的には問題は無いか極めて高価（（ｉ）の約３倍）
という欠点がある。

本発明はかかる問題点を解決できる排気弁を提供するこ
とを目的としている。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明に係る舶用機関用排
気弁は、異種金属を本体に一体化せしめた後固溶化処理
及び温間鍛造を行い、その後時効処理することとしてい
るのである。

すなわち本発明は、構造的には前記した従来の（ｉｉ）
のものと同一であるか以下の点に特徴を有している。

前記した従来の（ｉｉ）のものの詳細な製造工程は、溶
解→造塊→鍛造→固溶化処理−溶接肉盛前半仕上機械加
工→溶接肉盛−仕上加工、の順序にて行われている。

これに対して本発明に係るものの製造工程は下記のとお
りである。

溶解→造塊→粗鍛造−溶接又は接合前半仕上機械加工→
溶接肉盛又は接合→固溶化処理→温間仕上鍛造→時効処
理→仕上加工。

つまり、従来のもめが最終的に異種材料を溶接肉盛する
ことにより複合構造とするのに対し、本発明は予め複合
構造としたうえで固溶化処理に続く温間仕上鍛造を施す
点に最大の特徴を有している。また異種金属の組成を適
切に設定しておくことにより仕上鍛造後の時効処理によ
って極めて高硬度を得ることが可能である。これら一連
の加工熱処理を効果あらしめる為の加工熱処理のダイア
グラムは第１図のようになる。なお、第１図においてＴ
１、ｔｌは固溶化の温度及び時間、Ｔ２、ｔ２は温間加
工の温度及び時間、Ｔ１、ｔ３は時効硬化の温度及び時
間を示し、Ｔ、〜Ｔ８、ｔ１〜ｔ、は異種金属の特性に
応じて設定するものであるが、Ｔ２　＜　Ｔ２　＜　Ｔ
Ｉとなるようにする。

本発明において、異種金属としては舶用排気弁の使用条
件を考慮して高温での耐蝕性（主として耐酸化性）が必
要なことは言うまでもないが、上記のプロセスで高硬度
を得るにはこれと併せて時効硬化性があるこ゛とと加工
硬化性があることが必要である。これらの要件を満たす
ものとしてインコネル等のＮｉ基の超合金か適している
。また本体への溶接等を考慮すると溶接性の良好なこと
も二次的要因として重要である。例えばインコネル７１
８を例にとると上記のＴ１〜Ｔ３、ｔ、〜ｔ３はそれぞ
れＴＩ＝　１０００〜１０６５℃、Ｔ２＝８５０〜９５
０　”Ｃ１Ｔ３”７１８°ＣＳｔ、＝＝３Ｈｒ、　Ｔ２
≦Ｉ　Ｈｒ、　ｔ　３　＝　１６〜１８Ｈｒとすると良
好な結果が得られる。またＴ３、ｔ３は第２図に示した
如くすることにより更に高硬度か得られる。

（作　　用） 本発明に係る舶用機関用排気弁は、異種金属を本体に一
体化せしめた後固溶化処理及び温間鍛造を行い、その後
時効処理するものであり、耐熱・耐酸化性の金属を比較
的低温で加工後時効処理を施すため、より高硬度が得ら
れる。

（実　施　例） 以下本発明を第３図以降の一実施例に基づいて説明する
。

本体としてＳＵＨ３１等の耐熱ステンレス鋼を、シート
材として下記第１表の化学成分のインコネル７１８を用
い、第３図に示す製造プロセスで本発明に係る排気弁を
製造した。

第１表 （単位二重量％） すなわち、本実施例では接合方法はＴＩＧ溶接を採用し
、前記インコネル７１８を溶接肉盛した後の温間加工（
加工熱処理）は第４図に示す温度及び時間にて行った。

第４図（イ）に示す加工熱処理パターンの中で温間加工
温度域を９５０〜８５０°Ｃとしたのは、これ以下の低
温になると巨大析出物か析出してその後の時効処理によ
っても望ましい硬度が得られず、また逆にこれ以上の高
温になると再結晶により温間加工の効果か期待できなく
なるためである。また温間加工の時間を５分としたのは
これが長時間になると当該温度範囲に於いても巨大析出
物の析出が開始する為である。

第５図にインコネル７１Ｂの析出曲線を示す。図中ＡＢ
ＣＤは本発明の実施例てあり、固溶化処理完了後Ａ−Ｂ
と冷却し、所定の温度となったらＢ→Ｃ間で温間加工を
加え、直ちに水冷を行う。この場合Ｂ、Ｃか長時間側へ
ずれると図の８点で巨大析出物か析出し高硬度が得られ
なくなる。この現象は低温になるほど短時間で起きる。

従って、望ましい硬度を得る為には固溶化後できるだけ
速やかに、かつ低温で温間加工を加えることか肝要であ
る。また第６図に示す様に温間加工による加工度は２０
〜３０％以上とするのが好ましいことかわかった。

以上の工程によって製造した排気弁のシート部の断面硬
度分布を第７図及び第８図に示す。第７図及び第８図は
時効硬化処理条件のみ異なり、第７図は第４図（ロ）に
示した条件、第８図は同図（ハ）に示した条件によるも
のを示す。

いずれも表面から５．ｍｍまでがインコネル７１８肉盛
部、その後は本体ｏ３ｉｔ熱ステンレス鋼部分である。

下記第２表に、第４図（ロ）に示した条件で時効硬化処
理を施したものの高温硬度を示す。

当該排気弁の作動温度は約４５０°Ｃであり、実際の使
用条件下で十分に高い硬度を有していることかわかる。

第２表　表面硬さ（４５０℃）測定結果（）内はビッカ
ース硬さ（Ｈｖ） 次に第３表に高温腐蝕試験の結果を示す。

腐蝕媒体としては一般によく使われている１５％Ｎａ２
５Ｏａ　−Ｖ２Ｏ５を用い、８００°ＣＸ５ｈｒての腐
蝕減量を測定した。

第３表に見られる様に本発明品では平均１６４ｇ／ポ・
ｈｒと良好な結果が得られている。

これは従来シート材として多用されているステ大型の舶
用ディーゼル機関に限って言えば５ＵＨ３１シ一ト部の
ステライト＃６を肉盛したものとナイモニック８０Ａの
一体鍛造品が主体である。しかし、ナイモニック８０Ａ
は第４表に示す様に約７０％のＮｉを含有するためこの
一体鍛造の弁は極めて高価なことが欠点である。

ナイモニック８０Ａとステライト＃６の常温及び高温硬
さを第９図に示す。同時に本発明によるインコネル７１
８の加工熱処理後の硬度も示す。常温・高温のいずれの
場合もインコネル７１８が優れた硬度を示しているのが
判る。

また第１０図に代表的な排気弁材料及びインコネル７１
８の高温耐蝕性を示す。インコネル７１８はナイモニツ
ク８０Ａと並んで最も良好な耐蝕性を示しているのが判
る。

以上の様に本発明による排気弁は安価な耐熱性ステンレ
ス鋼の本体の一部にインコネル７１８に代表される超合
金を配し、これに加工熱処理を施すことにより性能的に
は現状のものを上廻り、かつ低コストで製作し得ること
が判った。

（発明の効果） 以上説明したように本発明に係る舶用機関用排気弁は、
異種金属を本体に一体化せしめた後固溶化処理及び温間
鍛造を行い、その後時効処理するものであり、耐熱・耐
酸化性の金属を比較的低温で加工後時効処理を施すため
、より高硬度ひいては長寿命が得られる。また、本発明
によれは、全体を高価な超合金で製作する場合と比較し
て安価でもある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に適用する加工熱処理のダイヤグラムで
あり、（イ）は固溶化及び温間鍛造処理、（ロ）は時効
処理、第２図は時効処理の他の例を示すダイヤグラム、
第３図は本発明に適用する製造プロセス図、第４図（イ
）〜（ハ）は第１図（イ）（ロ）及び第２図と同様の実
施例図、第５図は固溶化後の等温保持によるインコネル
７１８の析出曲線図、第６図はインコネル７１８の場合
における加工温度と加工度か硬度に及ぼす影響を示す図
、第７図は第４図（ロ）に示す時効処理を施した後の硬
度分布を示す図、第８図は第４図（）１）の場合の第７
図と同様の図、第９図はナイモニツク８０Ａとステライ
ト＃６の場合の常温と高温硬さを示す図、第１０図は排
気弁として使用される材料の高温耐食性を示す図面であ
る。 特許出願人　　住友金属工業株式会社 同　　　川崎重工業株式会社 ヒ゛ツカース石更さ　ト１ｖ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）本体には耐熱鋼材を、シート部には耐摩耗性及び
   高温での耐酸化性に富む異種金属を配した排気弁であっ
   て、前記異種金属を本体に一体化せしめた後固溶化処理
   及び温間鍛造を行い、その後時効処理したことを特徴と
   する舶用機関用排気弁。