JPS5943541B2 - 弁の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高温の腐蝕性雰囲気中で、座（５ｅａｔ）と共
同して作動する座面（ｓｅａｔｉｎｇ ５ｕｒｆａｃｅ
）を有する機械部品の製造に関する。

とくに本発明は内燃機関用弁の製造に関するが、これに
限られるものではない。

この種の弁は周知のとおり軸部と一体の頭部があり、ガ
スの吸入又は排出の導管の閉鎖を行うための弁座（ｓｉ
ｅｇｅ ）と係合する。

重質油をエンジンに供給した場合には、燃焼生成物中に
バナジン酸ナトリウムなど各種の塩類、硫黄錯化合物そ
の他が混入していることは既知である。

これらの種々の沈着物によりシリンダヘッドのシート（
弁座）及び弁のシートの接触面の良好な密閉性が阻害さ
れる。

更にまた高温の場合には、とくにこれら弁に相当の腐蝕
を生せしめる。

この腐蝕に対処するために弁工業界において一般に用い
られている既知の解決方法は従来効果のないことが明か
になっている。

本発明者は、まずいイつゆる腐蝕の防止を検討し次に接
触面の密閉を阻害する固形沈着物に対処することを検討
した結果、本発明を完成したものである。

従って本発明によれば、高温腐蝕性雰囲気中で座と共同
して作動する座面を有する弁を製造するにあたり （ａ） 非鉄金属からなりかつ主割合のニッケルと少
割合のクロムとを含有する第１の耐蝕性合金から前記弁
を作成し； （ｂ） 主割合のコバルト、第１の耐蝕性合金中のク
ロムとニッケルの重量係の差に実質的に等しい量のクロ
ムとを含有する第２の耐蝕性合金を前記部品に融着させ
かつその際上記融着操作を第１および第２の合金中の成
分の相互拡散を生せしめる温度で行い、それによって、
クロムとニッケルを実質的に等しい割合で含有する第３
の合金からなる座面を形成させ； （ｃ） 上記座面を熱処理することにより第３の合金
の組成の均質化を行わせ； （ｄ） 前記座面にその粒子径の減少と組織の硬化を
行わせるための加工を施し；ついで （ｅ） 前記弁をエージングすること；を特徴とする
、機械部品の製造方法が提供される。

本発明の方法に従って製造された弁は腐蝕に耐えるばか
りでなく、上記したごとき処理を行わないものに比べて
著しく高い硬度を有し、従って燃焼生成物から沈着物が
生ずるエンジンに用いることができる。

第１の耐蝕性合金は主割合のニッケルおよび少なくとも
２５重量優、より好ましくは少なくとも３０重重量のク
ロムを含有していることが好ましＧ）。

最も好ましい第１の合金は３０重重量のクロムと６２重
重量のニッケルを含有する合金である。

好ましい第１の合金として上記で特定した合金は、その
硬度が低いため、一般的には、重質油を使用するエンジ
ン用の弁の製造には不適当と考えられていたものである
。

しかるに、本発明の方法に従って加工した場合には、こ
れらの合金を弁の製造に使用することができしかも高温
で生ずる腐蝕の問題も積極的に解決できる。

第２の耐蝕性合金は、主割合のコバルトと、第１の耐蝕
性合金中のクロムとニッケルの重量％の差に実質的に等
しい量のクロムとからなる。

第２の合金はコバルトとクロムの他に、タングステンお
よび（または）モリブデンならびに種々の硬化剤を含有
していることが好ましい。

好ましい第２の合金は、実質的に、５１重重量のコバル
ト、３２重重量のクロム、１４重重量のタングステン、
２重量係のニオブおよび１重量係の炭素を含有する合金
である。

第１および第２の合金の成分の相互拡散により形成され
る第３の合金は、各々、３０重量係程度のクロムとニッ
ケルからなることが好ましい。

第３の合金により形成される、機械部品は腐蝕に対して
良好な耐久性を示しかつ所望の硬度を有する。

第１の合金に第２の合金を融着させる工程は、３０００
℃の温度において、かつ、成分の添加性の原理を利用す
ることを可能にするために、すなわち、ある種の合金成
分が燃焼する温度より高い温度において第１の合金と第
２の合金を構成する元素を緊密に混合しかつ溶融させる
ことを可能にするために、十分に大きい速度で行うこと
が好ましい。

この融着工程の結果、第１および第２の合金の元素の相
互拡散が生じ、その結果、実質的に等量のクロムとニッ
ケル、好ましくは、各々、３０重量係程度のクロムとニ
ッケルを含有する第３の合金からなる座面が形成される
。

熱処理工程、すなわち、工程（Ｃ）は少なくとも座面帯
域を非常に高い温度、好ましくは３０００℃程度に加熱
することにより行い、座面を形成する金属の組成を均質
化する。

この熱処理により更に座面の耐蝕性が改善される。

この工程は通常、アーク発生トーチを用いて行われる。

加工工程、すなわち工程（ｄ）は冷間加工または熱間加
工であり得る。

後者の場合には機械部品を作動させる温度より高いが第
３の合金の溶融を生せしめる温度より低い温度で加工を
行うことが奸才しい。

上述したことから、熱間または冷間加工を行った後にお
いては、機械部品の寿命を改善するために使用された合
金、すなわち耐蝕性にするために選択された合金により
、劣化する危険性を伴うことなしに固体燃焼生成物の圧
潰を行なわせるために必要な硬度を座面に付与し得るこ
とが判る。

上記加工工程のつぎに、少なくとも座面帯域についてエ
ージング工程（ｅ）が行われる。

このエージングは機械部品の作動温度より僅かに高い温
度で行うことが好ましい。

このエージングにより座面の組織の安定化がもたらされ
、その結果、機械部品の作動温度においてこの組織が、
オーステナイト系合金の場合に通常中ずるような腐蝕を
促進する内部移動を受けることが回避される。

従ってこの組織の長期間の安定性が保証される。

本発明の方法の理解を容易にすために、以下に本発明の
実施例を示す。

これらの実施例においては、製造した機械部品はいずれ
も直径４ＯＮ１高さ２３７１ｇｌ１の弁頭部の形を有す
るものである。

弁座は、弁の上部平面に対して４５°の角度をなし、直
径１０ｗ／１１長さ９履の軸部と一体となっている。

この弁座には５ｗｌ１の溝がありその底部直径は３０Ｍ
であった。

実施例 １ ニッケル６２％、クロム３０％、炭素０．０５％程度そ
の他の各種金属成分の痕跡量および不純分から本質的に
なる耐蝕性合金Ａで、二系列の試験片を製作した。

この合金はＡＵＢＥＲＴ ＥＴＤＵＶＡＬ社製の商品名
、ＮＩＭＯＮＩＣ８０ＥＡ３として販売されているもの
に相当する。

２種の試験片は下記のようにして製作した：試験片Ｉ： 円筒形の合金片から１０５０℃で素材片を鍛造した。

この素材片に７００℃で仕上鍛造を施こし組織の冶金学
的処理を行った。

試験片■： 試験片Ｉと同様にして製作したが冶金学的処理の後に７
００℃において１６時間エージングを行った。

実施例 ２ 上記の例の試験片と形状・寸法がすべて同一の、記号１
ないし６で示す六個の試験片の製作した。

これらの試験片はいずれも本体を実施例１の合金Ａで製
造した。

これらの試験片は、いずれも強化部材が、コバルト５１
％、クロム３２％、タングステン１４％、炭素１％及
びニオブ２％を含む耐蝕性合金Ｂで構成されている。

この合金はＡＵＢＥＲＴ ＥＴＤＵＶＡＬ社から商品名
゛ＡＬＬＡ ＣＲＩＴＥ５２Ｔ”として販売されている
。

この実施例の試験片においては、いずれも、強化部材の
溶着は３０００℃程度の温度において中性雰囲気中で、
電弧溶融により溝内で行なわれた強化部材の溶着は５０
０℃程度の温度に予熱した機械部品に施こした。

いずれの場合にも、２種の合金の成分遷移によって得ら
れる強化帯域についての分析結果から、この帯域が、ニ
ッケル３１％、クロム３１％、コバルト２６％、タング
ステン７宏ニオブ１％炭素０．５％及びその他の金属の
痕跡すなわち不純分からなることが判った。

従ってこれらの種々の試験片は、その製造方法が異なっ
ているだけである。

試験片１： 試１験片の素材片は、合金Ａの円筒形の片を１０５０℃
で鍛造することにより製造した。

この素材片を１０５０℃で鍛造を施こして生成品とし、
次に冷却後機械加工して溝を設けた。

続いて、１本の合金Ｂの紐を１回でかつ手動で溝に溶着
した。

保冷層、この溶着物に３０００℃程度の高温で２回均質
化溶融を施こした。

かく得られた機械部品に７００℃で仕上鍛造を施こしそ
の冶金学的処理を行った。

試験片２： 試験片１と全く同様の方法で製造したが、冶金学的処理
属に７００℃において１６時間エージングを行った。

試験片３： 合金Ａの円筒形片を１０５０℃において鍛造して素材片
とした直属に１０５０℃において仕上鍛造を施こした。

機械加工して溝を施こしこの溝内に試験片１と同様にし
て合金Ｂを施こした。

ついで緩冷した。

換言すればこの試験片は均質化もその強化帯域の冶金学
的処理も施こされていない。

試験片４： この試験片は、試験片３と全く同様にして製造したが、
７００℃において１６時間エージングを行った。

試験片５： 合金Ａの円筒形片の１０５０℃における粗鍛造、１０５
０℃における半仕上鍛造及び溝の機械加工の后に、１本
の合金Ｂの紐を溝内に１回でかつ手動で溶着した。

その直属に、溶着部の均質化を行なうことなしに、７０
０℃において仕上鍛造することにより冶金学的処理を行
った。

試験片６： この試験片は試験片５と同様にして製造したが、７００
℃において１６時間エージングを施こした。

製造后に、これら各種の試験片に、粗機械加工を施こし
てその弁座を設けた。

これら特殊な実施例においては、６５０℃において作動
する弁の問題点を解決するため研究を行ったことに留意
すべきである。

このことから冶金学的処理とエージングと作業は７００
℃の温度において実施した。

この温度は問題の弁の作動温度より５０℃高いものであ
る。

弁の使用温度が異なるときは冶金学的処理とエージング
との作業温度はそれに適合させることは自明である。

二つの実施例の試験片について腐蝕試１験を行なったが
、その際、各月を硫酸ナトリウムとバナジン酸ナトリウ
ムとがそれぞれ１４係と８６係とのモル比の粉末混合物
を収容した溶器内においた。

共融混合物で蔽われた試験片を収容した容器を、内燃機
関の弁の作動温度に相当する６５０℃の恒温に２時間保
つために炉内に置いた。

試験片全部がこの合成摩蝕媒体に試験期間中完全に耐久
性を示したので、さらに腐食性の媒体で別の試験を行っ
た。

このため、初の、混合物を純五酸化バナジウムに取換え
た。

時間も温度も上記と同じ試験条件においては種種の試験
片は何ら認め得る程の腐蝕を受なかった。

従って温度を５０℃ずつ上昇させながら試験を続行した
。

かかる選択的試験を達成するには温度を９００℃に保た
ねばならなかった。

これらの試験の結果は表に示した。

同表には、各試験片についてその製法及び製作后冷間で
測定したその硬度も表示しである。

この表から、実施例１の試験片Ｉ及び■が腐蝕性媒体に
完全に耐え得ること及びこれらが実施例２の試１験片よ
り硬度が低いことが明かである。

この表から、また、実施例２の試験片、すなわち強化部
材を施された機械部品に関するものは、それらの強化帯
域が組織の均質化を受け、冶金学的処理されているので
一層腐食によく耐えることも判る。

これに反して、これらの試験からはエージングの利点は
示されなかった。

これは実施期間が極めて短かかったためである。

実際には、エージングは、組織を安定させ、長い間には
、機械部品が使用された場合、一方では組織が粒間腐蝕
に有利になる変動の場となることを、また他方では機械
部品が寸法の変動を蒙り弁と弁座との密着性を低下させ
、この弁の局部損傷を起こすことを回避するために望ま
しいことは明かである。

この表はまた、実施例１の試験片の冶金学的処理及び実
施例２の試験片の均質化と強化帯域の処理とが極めて満
足な冷間硬度を得ることを可能にし、いずれの場合も在
来の製法で同様の合金を加工する際にこれら二つの製造
方法を利用しないものによって得られる約３００ Ｈｖ
のものより著しく優れていることも示している。

従って本発明による製法が構造的、化学的な観点からも
機械的観点からも長期間の耐性が在来の弁より遥かに優
れている機械部品とくに弁を得ることを可能にすること
は明かである。

これが保守点検の間隔を長くすることばかりではなくそ
の期間を舶用機関の保守点検の間隔の値に保つことさえ
も可能にする。

この利点は船舶の運休期間の低減を、従ってまたそれら
の効率と運賃収入との著しい増加をもたらすので極めて
重要である。

本発明の方法を弁に適用する場合について説明したが本
発明の方法がその他の腐蝕性媒体中で作動する機械部品
、扉、ダンパ弁、仕切弁部材などを製造するのに利用で
きることは明かである。

もちろんこれらの実施例に掲げた合金Ａ及びＢは、その
他の耐蝕性合金、とくにニッケル及びクロムの含量が少
なくとも２５％、望ましくは３０係以上の値の合金によ
って代替できる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高温腐蝕性雰囲気中で座と共同して作動する座面を
   有する弁を製造するにあたり （ａ） 非鉄金属からなりかつ主割合のニッケルと少
   割合のクロムとを含有する第１の耐蝕性合金から前記弁
   を作成し； （ｂ） 主割合のコバルト、第１の耐蝕性合金中のク
   ロムとニッケルの重量％の差に実質的に等しい量のクロ
   ムとを含有する第２の耐蝕性合金を前記部品に融着させ
   かつその際上記融着操作を第１および第２の合金中の成
   分の相互拡散を生せしめる温度で行い、それによって、
   クロムとニッケルを実質的に等しい割合で含有する第３
   の合金からなる座面を形成させ； （Ｃ） 上記座面を熱処理することにより第３の合金
   の組成の均質化を行わせ； （ｄ） 前記座面にその粒子径の減少と組織の硬化を
   行わせるための加工を施し；ついで （ｅ） 前記弁をエージソゲすること；を特徴とする
   、弁の製造方法。 ２ 第３の合金が、各々３０重量％程度のクロムとニッ
   ケルとを特徴する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 第２の合金の第１の合金への融着を３０００℃程度
   の温度で行う、特許請求の範囲第１項または第２項に記
   載の方法。 ４ 第１の合金が実質的に、３０重量％のクロムと６２
   重量％のニッケルを含有し、第２の合金が実質的に、５
   １重量％のコバルト、３２重量％のクロム、１４重量％
   のタングステン、２重量％のニオブおよび１重量％の炭
   素を特徴する特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれか
   に記載の方法。 ５ 座面を３０００℃の温度に加熱して、第３の合金の
   均質化を行う、特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれ
   かに記載の方法。