JPWO2010010636A1 - 排気用ポペットバルブおよび同バルブの固溶化処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
しかし、従来では、高温の燃焼ガスにさらされる傘部については、固溶化処理により結晶粒度を粗くすることで、高温特性(傘部おもて側の耐熱強度)を確保することが望ましいという観点から、下記特許文献1が提案されている。
また、固溶化処理温度(加熱温度)が所定の温度とされることで、固溶化処理された首部・軸部間所定領域Aの合金中には、固溶化処理前の未溶解炭化物の一部がそのまま析出した形態に保持されているため、固溶化処理による硬度の低下が抑制されている。さらに、固溶化処理によって低下した硬度は、固溶化処理後に行う時効硬化処理によって、固溶化処理前の硬度にある程度近づけることができる。
比較例(非固溶化処理バルブ)では、800℃での伸び率が2.8%に達しているのに対し、本実施例(固溶化処理バルブ)では、800℃での伸び率が0.44%と非常に低い値に保持されており、高温クリープ強度に優れていることがわかる。
12 傘部
14 フェース部
16 首部
18 軸部
A 固溶化処理を施したバルブの首部・軸部間所定領域
20 高周波加熱装置
22 冷却用プレート
24 加熱コイル
[0011]
前記目的を達成するために、請求項1に係る排気用ポペットバルブにおいては、フェース部を外周に形成した傘部が徐々に縮径する首部を介して直線状の軸部に一体化された排気用ポペットバルブであって、前記バルブの傘部を冷却しつつ該バルブの高温クリープ強度が要求される所定領域(首部・軸部間所定領域)に固溶化処理を施して、該所定領域の結晶粒度を他の領域の結晶粒度よりも粗くなるように調整した。
[0012]
なお、バルブの高温クリープ強度が要求される所定領域とは、開弁時にフェース部とバルブシート間の隙間から排気通路に向かって排出される排気ガスが吹き付けるために高温に保持されるバルブの首部と軸部間の所定領域をいい、一般的には、徐々に縮径する首部と真っ直ぐな直線状の軸部の両者に跨った所定長さの領域であるが、フェース部やバルブシートの傾斜、排気通路の形状などによって軸方向におけるその位置や長さが異なるとともに、首部側を含まない軸部側だけの場合もある。
[0013]
また、請求項2に示すように、前記バルブはニッケルを含むオーステナイト系耐熱鋼またはNi基耐熱合金で構成されるが、いずれの場合もバルブの高温クリープ強度が要求される所定領域に固溶化処理が施されて、該所定領域の結晶粒度がASTM規格10以下に調整されていることが望ましい。
[0014]
特に、前記バルブがニッケルを含むオーステナイト系耐熱鋼で構成されている場合は、請求項3に示すように、前記バルブの高温クリープ強度が要求される所定領域に未溶解炭化物の完全固溶を伴わない固溶化処理が施されることが望ましい。
[0015]
なお、「固溶化」とは、「高温で固溶体となる温度範囲に加熱することにより、予め析出している析出物を合金中に十分溶け込ませた後、急冷して、溶け込んだ析出物の再析出を抑えること」をいう。
[0016]
「未溶解炭化物(析出物)を完全固溶する」とは、「予め析出している未溶解炭化物(析出物)を合金中に全て溶け込ませること」をいい、「未溶解炭化物(析出物)の完全固溶を伴わない固溶化」とは、「予め析出している未溶解炭化物(析出物)を合金中に完全には溶け込ませず、即ち一部の未溶解炭化物(析出物)が合金中に溶け込まないで析出したまま残るように溶け込ませた後、急冷して、溶け込んだ析出物の再析出を抑えること」をいう。
[0017]
(作用)鍛造(据え込み鍛造または押し出し鍛造)により成形された排気用ポペット
バルブでは、バルブ全体の結晶粒度が細かい(例えばSUH35では、ASTM規格11以上)。そして、開弁時に排気ガスが吹き付けるバルブの首部・軸部間所定領域は、固溶化処理されることで、この領域の結晶粒度が他の領域の結晶粒度よりも粗く調整(例えばSUH35では、ASTM規格6〜10に調整)されており、高温に保持されるバルブの首部・軸部間の所定領域における高温クリープ強度が確保されている。
[0018]
また、固溶化処理の施されない領域(バルブの首部・軸部間所定領域以外の領域)である傘部や軸部では、鍛造により成形された状態と同じ細かい結晶粒度(例えばSUH35では、ASTM規格11以上)に保持されているので、傘部(フェース部)や軸部における硬度(耐摩耗性)が確保されている。このため、軸端やコッター抱き部に求められる耐摩耗性や靭性を維持することができ、バルブガイドとの摺動部においても高い耐磨耗性を維持することができる。
[0019]
また、バルブがニッケルを含むオーステナイト系耐熱鋼で構成されている場合は、固溶化処理が施されされた首部・軸部間所定領域では、固溶化処理前の合金中に析出してバルブの硬度を高める上で貢献している未溶解炭化物(析出物)の一部が、固溶化処理後の合金中にも析出したまま残っているため、固溶化処理された首部・軸部間所定領域における硬度の低下が抑制されている。
[0020]
また、請求項4に係る排気用ポペットバルブの固溶化処理方法においては、フェース部を外周に形成した傘部が徐々に縮径する首部を介して直線状の軸部に一体化された排気用ポペットバルブの固溶化処理方法であって、前記バルブの高温クリープ強度が要求される所定領域(首部・軸部間所定領域)の結晶粒度が他の領域の結晶粒度よりも粗くなるように、前記バルブの傘部を冷却しつつ該バルブの高温クリープ強度が要求される所定領域に固溶化処理を施すように構成した。
[0021]
また、請求項5においては、請求項4に記載の排気用ポペットバルの固溶化処理方法において、前記バルブを、ニッケルを含むオーステナイト系耐熱鋼またはNi基耐熱合金で構成し、前記バルブの傘部を冷却しつつ、前記バルブの所定領域を高周波加熱装置によって加熱して、該所定領域の結晶粒度をASTM規格10以下にする固溶化処理を施すように構成した。
[0022]
特に、前記バルブがニッケルを含むオーステナイト系耐熱鋼で構成されている場合は、固溶化処理を施すことによる硬度の低下を抑制するために、請求項6に示すよう
Claims (6)
- フェース部を外周に形成した傘部が徐々に縮径する首部を介して直線状の軸部に一体化された排気用ポペットバルブであって、前記バルブの高温クリープ強度が要求される所定領域の結晶粒度が他の領域の結晶粒度よりも粗く調整されたことを特徴とする排気用ポペットバルブ。
- 前記バルブはニッケルを含むオーステナイト系耐熱鋼またはNi基耐熱合金で構成され、前記バルブの高温クリープ強度が要求される所定領域に固溶化処理が施されて、該所定領域の結晶粒度がASTM規格10以下に調整されたことを特徴とする請求項1に記載の排気用ポペットバルブ。
- 前記バルブはニッケルを含むオーステナイト系耐熱鋼で構成され、前記バルブの高温クリープ強度が要求される所定領域に未溶解炭化物の完全固溶を伴わない固溶化処理が施されたことを特徴とする請求項2に記載の排気用ポペットバルブ。
- フェース部を外周に形成した傘部が徐々に縮径する首部を介して直線状の軸部に一体化された排気用ポペットバルブの固溶化処理方法であって、前記バルブの高温クリープ強度が要求される所定領域の結晶粒度が他の領域の結晶粒度よりも粗くなるように、該所定領域に固溶化処理を施すことを特徴とする排気用ポペットバルブの固溶化処理方法。
- 前記バルブは、ニッケルを含むオーステナイト系耐熱鋼またはNi基耐熱合金で構成されており、前記バルブの傘部を冷却しつつ、前記バルブの高温クリープ強度が要求される所定領域を高周波加熱装置によって加熱して、該所定領域の結晶粒度をASTM規格10以下にする固溶化処理を施すことを特徴とする請求項4に記載の排気用ポペットバルブの固溶化処理方法。
- 前記バルブは、ニッケルを含むオーステナイト系耐熱鋼で構成されており、前記バルブの高温クリープ強度が要求される所定領域に未溶解炭化物の完全固溶を伴わない固溶化処理を施すことを特徴とする請求項5に記載の排気用ポペットバルブの固溶化処理方法。
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