JPH11200946A - 肉盛強化ピストン - Google Patents
肉盛強化ピストンInfo
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
- F02F3/10—Pistons having surface coverings
- F02F3/12—Pistons having surface coverings on piston heads
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/04—Heavy metals
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Abstract
の耐食性が得られ、また、エンジンの起動・停止に伴う
温度変化サイクルによる熱疲労き裂が生じにくい肉盛強
化ピストンを提供する。 【解決手段】 ピストン1の上面の全面に、高温耐食合
金であるニッケル58重量%以上、クロム20〜23重
量%、モリブデン8〜10重量%を含む高ニッケル基合
金鋼を、多層(二層以上)に肉盛する。また、肉盛の厚
さの上限を、肉盛材の特性である応力振幅と肉盛厚さと
の関係と、応力振幅と繰り返し数との関係とに基づい
て、エンジンの起動・停止の想定回数から、合理的に決
定する。
Description
関し、特に、陸用や舶用のディーゼルエンジンのピスト
ンに適用して有用なものである。
トンの正面図である。図5に示すように、ピストン1
は、ピストン触火面における高温腐食を防止するため、
上面に肉盛5が形成された肉盛強化ピストンである。ピ
ストン1の材質(ピストン母材の材質)は、通常、クロ
ムを1重量%程度以下、モリブデンを0.5重量%程度
以下含有する低クロム・モリブデン鋼である。
ンジンの運転中には、燃焼ガスにより500℃以上の高
温にさらされており、この燃焼ガス中に含まれるバナジ
ウム、ナトリウム、硫黄などによって高温腐食を発生す
る場合がある。
火面2の補修として、ピストン1の上面の全面に、耐食
性に優れたニッケル58重量%以上、クロム20〜23
重量%、モリブデン8〜10重量%を含む高ニッケル基
合金鋼が溶接肉盛される場合がある。この場合、肉盛さ
れた高ニッケル基合金鋼の表面がピストン触火面とな
る。そして、この溶接肉盛の従来の方法は、肉盛厚さt
0 =5〜6mmの肉盛を一層盛る方法である。
は、次のような二つの不具合がある。
く肉盛材(高ニッケル基合金鋼)中のクロム及びモリブ
デンが、肉盛溶接中の入熱により、肉盛材よりもクロム
及びモリブデン濃度の低いピストン母材の方に拡散(希
釈)して、肉盛層中のクロム及びモリブデン濃度が低下
し、期待した耐食性が得られない場合があることであ
る。
盛材との熱伝導率及び線膨張係数が違うため、エンジン
の起動・停止に伴う温度変化サイクル毎に、ピストン母
材と肉盛材との間に繰り返し熱応力が発生し、熱疲労き
裂が生じる場合があることである。
リブデン鋼)と肉盛材(高ニッケル基合金鋼)の熱伝導
率及び線膨張係数の例(500℃)を示す。[表1]に
示すように、肉盛材である高ニッケル基合金鋼は熱伝導
率及び線膨張係数がピストン母材である低クロム・モリ
ブデン鋼よりも小さい。
トン触火面(肉盛の表面)は期待どおりの耐食性が得ら
れ、また、エンジンの起動・停止に伴う温度変化サイク
ルによる熱疲労き裂が生じにくい肉盛強化ピストンを提
供することを課題とする。
明の肉盛強化ピストンは、上面に高温耐食合金が多層に
肉盛されていることを特徴とする。
高温耐食合金がニッケル58重量%以上、クロム20〜
23重量%、モリブデン8〜10重量%を含む高ニッケ
ル基合金鋼であることを特徴とする。
何れかの肉盛強化ピストンにおいて、肉盛の厚さの上限
が、肉盛材の特性である応力振幅と肉盛厚さとの関係
と、応力振幅と繰り返し数との関係とに基づいて、エン
ジンの起動・停止の想定回数から、決定されていること
を特徴とする。
に基づき詳細に説明する。
ディーゼルエンジンのピストンの正面図である。図1に
示した本実施の形態に係るピストン1の材質(ピストン
母材の材質)は、クロムを1重量%程度以下、モリブデ
ンを0.5重量%程度以下含有する低クロム・モリブデ
ン鋼である。
1は、ピストン触火面における高温腐食を防止するた
め、ピストン1の上面の全面に、耐食性に優れたニッケ
ル58重量%以上、クロム20〜23重量%、モリブデ
ン8〜10重量%を含む高ニッケル基合金鋼が二層に肉
盛された肉盛強化ピストンである。即ち、高ニッケル基
合金鋼が一層目3と二層目4の2段階に分けて肉盛され
ており、二層目4の表面が燃焼ガスにより500℃以上
の高温にさらされるピストン触火面2となっている。ま
た、この肉盛の一層目3の厚さはt1、二層目4の厚さは
t2である。
熱疲労き裂発生防止の観点から決定される。即ち、エン
ジンの起動・停止の温度変化サイクルに起因する熱疲労
き裂の発生を防止するために、肉盛厚さ(t1+t2)の上
限は、耐用回数(エンジンの起動・停止の回数)との関
係で決定する。具体的には、次のとおりである。
関係を示す肉盛材の特性図である。なお、図2に示す肉
盛厚さは二層合計の厚さ(t1+t2)である。[表1]に
示すように肉盛材である高ニッケル基合金鋼はピストン
母材である低クロム・モリブデン鋼に比べて熱伝導率が
低いため、ピストン1の上面に高ニッケル基合金鋼を肉
盛するとピストン内部からの冷却効果が悪くなる。この
ため、図2に示すように、ピストン触火面2の温度は、
肉盛厚さが厚くなるほど高くなる。
す温度変化サイクルを受けた場合にピストン触火面で繰
り返し発生する応力振幅と肉盛厚さとの関係を示す肉盛
材の特性図である。なお、図3に示す応力振幅の値は肉
盛材(高ニッケル基合金鋼)の特性値を使って肉盛厚さ
をパラメータとした解析値である。また、図3に示す肉
盛厚さは二層合計の厚さ(t1+t2)である。図3に示す
ように、応力振幅は、図2に示すピストン触火面温度及
び[表1]に示す肉盛材とピストン母材との線膨張係数
の差と相俟って、肉盛厚さが厚くなるほど大きくなる。
熱疲労き裂発生に至る繰り返し数との関係を示す肉盛材
の特性図である。図4に示すように、応力振幅が大きい
ほど、熱疲労き裂発生に至る繰り返し数は少ない。
記の図3、図4の特性図を使って次のように決定する。
すると、図4より、N回の繰り返し数に対応する許容応
力振幅ΔσN が決定される。そして、図3より、応力振
幅をΔσN 以下に抑えることができる肉盛厚さtN が求
まる。即ち、エンジンの起動・停止による温度変化サイ
クルに起因する熱疲労き裂の発生を防止するためには、
エンジンの起動・停止回数をN回と想定すると、肉盛厚
さをtN 以下にする必要がある。以上の手順により、肉
盛厚さの上限を決定することができる。
した場合と二層に分けて肉盛した場合の肉盛材表面の材
料成分分析結果を示す。
盛にした場合にはモリブデンが規格値を満足していない
のに対して、本実施の形態のように二層盛にした場合に
は耐食性の向上に効くクロム及びモリブデンの両方の成
分が規格値を満足している。これは、ピストン1の上面
に一層目3と二層目4の2段階に分けて肉盛することに
より、二層目4の肉盛材中のクロム及びモリブデンがク
ロム及びモリブデン濃度の低いピストン母材へ拡散(希
釈)するのを低減することができるためである。従っ
て、ピストン触火面(肉盛の表面)2は、期待どおりの
耐食性が得られる。
盛厚さとの関係(図3)と、応力振幅と繰り返し数との
関係(図4)とに基づいて、エンジンの起動・停止の想
定回数から、熱疲労き裂の発生を防止することができる
肉盛厚さの上限を合理的に決定することができるため、
この決定された肉盛厚さ以下となるように肉盛を形成す
ることによって、確実に熱疲労き裂の発生を防止するこ
とができる。つまり、二層盛にする場合の肉盛り厚さの
上限を合理的に決定することにより、エンジンの起動・
停止に伴う温度変化サイクルによる熱疲労き裂が生じに
くくなる。
て説明したが、これに限定するものではなく、多層盛
(二層以上)であればよい。
説明したように、本発明の肉盛強化ピストンは、上面に
高温耐食合金が多層に肉盛されていることを特徴とす
る。
高温耐食合金(肉盛材)を多層に肉盛したことにより、
高温耐食合金中の耐食性向上に効く成分がピストン母材
の方へ拡散(希釈)するのを低減して、高温耐食合金の
成分を確保することができる。このため、ピストン触火
面(肉盛の表面)は、期待どおり耐食性が得られる。
高温耐食合金がニッケル58重量%以上、クロム20〜
23重量%、モリブデン8〜10重量%を含む高ニッケ
ル基合金鋼であることを特徴とする。
高ニッケル基合金鋼(肉盛材)を多層に肉盛したことに
より、高ニッケル基合金鋼中の耐食性向上に効く成分
(クロム及びモリブデン)がピストン母材の方へ拡散
(希釈)するのを低減して、高ニッケル基合金鋼の成分
を確保することができる。このため、ピストン触火面
(肉盛の表面)は、期待どおり耐食性が得られる。
何れかの肉盛強化ピストンにおいて、肉盛の厚さの上限
が、肉盛材の特性である応力振幅と肉盛厚さとの関係
と、応力振幅と繰り返し数との関係とに基づいて、エン
ジンの起動・停止の想定回数から、決定されていること
を特徴とする。
高ニッケル基合金鋼等の肉盛材を多層に肉盛する場合の
肉盛り厚さの上限を合理的に決定することにより、エン
ジンの起動・停止に伴う温度変化サイクルによる熱疲労
き裂が生じにくくなる。
のピストンの正面図である。
肉盛材の特性図である。
サイクルを受けた場合にピストン触火面で繰り返し発生
する応力振幅と肉盛厚さとの関係を示す肉盛材の特性図
である。
発生に至る繰り返し数との関係を示す肉盛材の特性図で
ある。
である。
Claims (3)
- 【請求項1】 上面に高温耐食合金が多層に肉盛されて
いることを特徴とする肉盛強化ピストン。 - 【請求項2】 前記高温耐食合金がニッケル58重量%
以上、クロム20〜23重量%、モリブデン8〜10重
量%を含む高ニッケル基合金鋼であることを特徴とする
請求項1に記載の肉盛強化ピストン。 - 【請求項3】 前記肉盛の厚さの上限が、肉盛材の特性
である応力振幅と肉盛厚さとの関係と、応力振幅と繰り
返し数との関係とに基づいて、エンジンの起動・停止の
想定回数から、決定されていることを特徴とする請求項
1又は2に記載の肉盛強化ピストン。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP00447098A JP3835916B2 (ja) | 1998-01-13 | 1998-01-13 | 肉盛強化ピストンの製造方法 |
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ID=11585022
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1998
- 1998-01-13 JP JP00447098A patent/JP3835916B2/ja not_active Expired - Lifetime
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