JPS609860A - 予燃焼室インサ−ト - Google Patents

予燃焼室インサ−ト

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JPS609860A
JPS609860A JP11420083A JP11420083A JPS609860A JP S609860 A JPS609860 A JP S609860A JP 11420083 A JP11420083 A JP 11420083A JP 11420083 A JP11420083 A JP 11420083A JP S609860 A JPS609860 A JP S609860A
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JP
Japan
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insert
steel
thermal fatigue
present
resistance
Prior art date
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Pending
Application number
JP11420083A
Other languages
English (en)
Inventor
Tsutomu Hirayaku
平訳 勉
Mitsuo Onozaki
小野崎 光男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Riken Corp
Proterial Ltd
Original Assignee
Riken Corp
Hitachi Metals Ltd
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Publication date
Application filed by Riken Corp, Hitachi Metals Ltd filed Critical Riken Corp
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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

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】 この発明は耐酸化性及び熱疲労耐性に優れたマルテンサ
イト系の耐@鋼からなる予燃焼室インサートに係り、特
に800℃以下の繰返し加熱を受ける条件で使用するの
に好適な予燃焼室インサートに係る。
例えばディーゼルエンジンの予燃焼室インサートの製造
に用いられている耐熱鋼としてはオーステナイト系のJ
IS−3CH12,5UH310,5UH661または
Ni基耐熱合金のNimo−cast80、マルテンサ
イト系ではJIS−3UH616,5UH3などがあり
、これらは加工性或いは切削性が悪いので主としてロス
トワックス法で鋳造されでいる。
本発明者は予燃焼室インサートの破損原因を調査した結
果、オーステナイト系耐熱鋼製およびNi基耐熱合金製
の場合にはCr含有量が多いので使用中の浸炭酸化の繰
返しによる焼損は殆ど無いが、熱膨張係数が大きいため
熱疲労によって割れることを見出した。又従来のマルテ
ンサイト系耐熱鋼製の場合には変態温度が低いため使用
中に相変化が起こって熱疲労による割れを生じ、また耐
酸化性が不十分なため浸炭酸化の繰返しに基づく焼損が
生ずることを見出した。
更に現在使用されている予燃焼室インサートは前述した
ように主としてロストワックス法で鋳造されているので
コスト高となる上に、ときには偏析やボイドなどの鋳造
欠陥を生ずることがあり、材料特性上からも問題が多い
本発明は上記のごとき問題点を解決する予燃焼室インサ
ートを提供することを目的とし、C0,25〜0.4%
、Si1.5〜2.5%、Mn1%以下、NiO,2〜
1%、 Cr12〜14%、M o 0.5〜1.5%、Wo、
15〜1%、Vo、15〜1%、残部Feおよび不純物 の化学成分組成を有しマルテンサイト組織の鍛造用耐熱
鋼からなることを特徴とする熱疲労に強い予燃焼室イン
サート に係り、鍛造成形可能である上に、800℃以下の繰返
し使用においてもクランクを生ずることの少ない優れた
性質を有するものである。
本発明に係る予燃焼室インサート(以下インサートとい
う)の化学成分組成について述べれば次の通りである。
Cは他の元素と結合して炭化物を形成して高温強度を高
める効果があり、またフェライトの量を多くしないため
に0.25%以上含有させることが必要である。しかし
ながらCを多く含有させると靭性、延性を低下させ、本
発明に係る鋼の特徴である鍛造成形性を悪化させるので
上限は0.4%とする。
Stは耐酸化性及び耐浸炭性を向上させるが、本発明に
おいてはCrを12〜14%含有させるのでSiは1.
5%以上含有させてCrの耐酸化性および耐浸炭性を補
強する。然しその量が多くなると靭性、延性を低下させ
るようになるので上限を2.5%とする。
Mnは熔解精練上必要な元素であるが、その量が多(な
ると耐酸化性を低下させるので1%以下とする。
Niは高温強度を高める効果が顕著であるが、0.2%
以下ではその効果は少なく、その量が多すぎると変態温
度を下げ熱疲労耐性を低下させるので上限は1%とする
Crは耐食性、耐酸化性を得るために重要な元素であり
、本発明ではそれと共にマルテンサイト組織を確保する
ため12〜14%とする。
MOは鋼r]1のCと結合して高温強度を向上させる効
果があるので0.5%以上含有させるが、その量が多く
なると靭性、延性を低下させ、またσ相の生成を促進し
て熱疲労耐性を低下させるので上限は1.5%とする。
Wと■はMOと同様に鋼中のCと結合して高温強度を改
善するので、熱疲労耐性を高めるためWを0.15〜1
%、■を0.15〜1%含有させる。
次に実施例ならびに各種試験結果について述べる。
第1表に示す階1〜3の成分組成の本発明に係る鋼を高
周波誘導電気炉で熔解して、150 kg鋼塊とし、鍛
造、圧延したのちターニングで22m丸に削成した。
これを1050℃に1時間加熱したのち空冷、760℃
に2時間加熱、空冷の熱処理を施したのち、径15×長
さ10mの試験片を採取して酸化試験に供した。
第1表(重量%) 又前記の22鶴丸棒を900℃×3時間加熱後650℃
まで徐冷したのら空冷して完全焼鈍をして、これを所定
の寸法に切断して冷間鍛造によって第1〜2図に示す形
状にしたのち切削加工により噴口2を穿設してインサー
ト1を作り、これに1050℃xlhr、空冷、760
℃X2hr。
空冷の熱処理を施して熱疲労試験片とした。その顕微鏡
組織は第9図に示すようにこまかなマルテンサイトより
なる組織であった。冷間加工ではいずれも割れの発生が
なく、良好な冷間加工性を示した。
対比材として第1表に示す従来公知の隘4〜6の成分組
成の鋼を熔解し、径22mの丸棒に鋳造して、階4.5
は鋳造のままで試験片を採取し、患6は1050℃×1
hr、油冷、750℃×2hr、空冷の熱処理を施して
試験片を採取し、耐酸化試験片とした。また熔解した鋼
をロストワックス鋳型に鋳造して前記形状のインサート
1を作り、隘4と5とは鋳造のままで、阻6は1050
”CX 1 h r、油冷、750℃×2hr、空冷の
熱処理を施したのち熱疲労試験片とした。なお嵐8につ
いても阻6と同様にして熱疲労試験片を製作した。
なお第1表に示すそれぞれの階の化学成分組成の鋼で製
作した試験片は対応する鋼の隘と同じ階で示すこととす
る。
(11酸化試験 試験片を大気中で900℃×20hr加熱したのち酸化
増量を測定した。第2表にその結果を示す。
第2表 本発明に係るN[+、 1.2.3の成績は高価な合金
元素を多量に含有する対比材N14と同等であり、隘5
に比して酸化増量が少なく、隘6に比較すれば遥かに少
なく、マルテンサイト組織であるにもかかわらず優れた
耐酸化性を有していることが判る。
(2)熱疲労試験 前記のように製作したインサートを第3図に示す試験装
置3の保持具4に固定し、プロパン・酸素バーナー5で
下面から所定温度に加熱したのち装置3を回転して試験
片をスプレー6の上方に移動させ、水をスプレーして約
40℃まで水冷する第5図に例示した加熱冷却サイクル
を300回繰返したのち第6図に示すように噴口底面周
縁に発生したクラック7の長さを測定し、その長さの合
計によって熱疲労耐性を判定した。加熱温度は800°
Cと850℃の2種類とした。その結果を第7図に示す
。この図から本発明に係る隘1.2.3の鋼製のインサ
ートは対比材の従来品の隘4.5.6に比して著しく少
なく、熱疲労耐性が優れ(9) ていることが判る。また本発明に係るN[Ll、2.3
では繰返し加熱温度が低い場合にはクラックの発生が僅
少であるが、この温度が高い場合には僅かではあるが顕
著に増加するので、およそ800℃以下の繰返し加熱に
使用すればきわめて優れた熱疲労耐性を示すものと考え
られる。
なお阻8鋼製のインサートは200回の繰返しで噴口周
縁部が焼損して欠損し、測定が出来なくなったので試験
を中止した。
本発明に係るインサートの熱疲労耐性が優れている理由
は次のように考えられる。即ち6fi丸×15wm長さ
の試験片で2℃/分の加熱速度で測定した熱膨張係数(
X 10−6/”C)がマルテンサイト系の本発明に係
るインサートの材料では例えば患2が室温〜600℃間
で12.8であって、オーステナイト鋼のN11L4〜
5の16.9〜18.0に比して小さく、また熱伝導度
(ca1/clIl−8ec・℃)が同様に本発明に係
る鋼では例えば阻2が650℃で0.070であって、
オーステナイト鋼の隘4または患5の0.050に比し
て大きく、従って繰口亀 返し加熱に基づく熱応力が小さいこと、更に本発明に係
るインサートは鍛造品であるため鋳造品のように偏析や
ボイドなどの欠陥を生ずるおそれがない」二に、組織が
緻密であり、結晶粒がこまかなこと等の総合的な効果で
あると考えられる。
(3)焼戻試験 本発明に係る阻2の前記の径22tmの丸棒から高さ1
0mの試験片をルリ作し、比較材の隘7.8についてぼ
インサートを用いて次の焼戻試験を行った。試験は10
50℃X0.5hr加熱、空冷の後、各焼戻温度に2h
r加熱して空冷し、硬度を測定した。第8図にその温度
と硬度(HRC)の関係が示しである。焼戻温度が高く
なるにつれて硬度は次第に低下するが、成る温度以上に
なると硬度は上昇に転する。これは焼戻によってマルテ
ンサイトからオーステナイトが生じ、続いて行われた空
冷によってオーステナイトは再びマルテンサイトに変態
し、この新しく生成したマルテンサイトによって硬度が
上昇したのであると考えられる。従って使用中に温度が
上昇してマルテンサイ(11) トがオーステナイトに変態することにより高温強度は急
激に低下すると考えられるから、この硬度が極小となる
温度が高いほどインサートとして使用許容温度が高いこ
とになり好ましい。図からも判るように対比材のマルテ
ンサイト組織の試験片11h7.8の硬度極小点が80
0〜780℃であるのに比して、本発明に係る試験片の
11h2のそれは880℃と高く、従って本発明に係る
インサートは従来品に比して一層高い温度まで使用でき
ることが判る。
以上述べたように本発明に係るインサートの材料鋼は焼
鈍状態では温間または冷間で成形可能であり、熱処理し
てマルテンサイト組織として使用すれば熱疲労に強いの
で、この鋼を材料として成形製作した本発明に係るイン
サートは繰返し加熱冷却を受けてもクラックを生じ難く
、寿命を著しく延長できる。また酸化増量も従来のオー
ステナイト系耐熱鋼材料に匹敵する程度で、マルテンサ
イト系耐熱鋼に比べれば遥かに少量であって耐酸化性に
優れ、更に従来品に比して凡そ60〜80(12) ℃も高い860℃までも高温強度を維持出来る等実用上
の効果がきわめて大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るインサートの一例を示す平面図、
第2図は同じく第1図IT−If断面図、第3図は熱疲
労試験装置の概要を示す平面図、第4図は試験片保持装
置を示す断面図、第5図は熱疲労試験の加熱サイクルの
一例を示すグラフ、第6図は熱疲労試験のクラックの発
生状態を示す平面図、第7図は熱疲労試験結果を示すグ
ラフ、第8図は焼戻試験結果を示す硬度一温度曲線図、
第9図は本発明に係る鋼の顕微鏡組織の一例を示す顕微
鏡写真(100倍)である。 ■・・・予燃焼室インサート、2・・・噴口、7・・・
クランク 出願人代理人 弁理士 鴨志1)次男 (13) 第7図 第9図 肉 カロ 巻具イ8 メダ湯A((・C)第8図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 C0,25〜0.4%、Si1.5〜2.5%、Mn1
    %以下、N i O,2〜1%、Cr12〜14%、M
     o 0.5〜1.5%、Wo、15〜1%、Vo、1
    5〜1%、残部Feおよび不純物 の化学成分組成を有しマルテンサイト組織の鍛造用耐熱
    鋼からなることを特徴とするV%疲労に強も1予燃焼室
    インサート
JP11420083A 1983-06-27 1983-06-27 予燃焼室インサ−ト Pending JPS609860A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4993382A (en) * 1989-02-22 1991-02-19 Kabushiki Kaisha Riken Insert for an indirect injection diesel engine
US6096262A (en) * 1998-05-12 2000-08-01 Daido Tokushuko Kabushiki Kaisha Martensitic heat resisting steel

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55134159A (en) * 1979-04-06 1980-10-18 Daido Steel Co Ltd Vortex combustion chamber member for diesel engine and mouthpiece material thereof

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