KR100244786B1

KR100244786B1 - 디젤내연기관용 배기밸브 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100244786B1
Application number: KR1019920011408A
Authority: KR
Inventors: 한스알토퍼
Original assignee: 브룬너 하인리히 페터 울리히; 베르트질레 엔에스데 슈바이츠 악티엔게젤샤프트
Priority date: 1991-07-04
Filing date: 1992-06-29
Publication date: 2000-03-02
Also published as: EP0521821A3; JPH05222475A; KR930002646A; FI105945B; FI923019A0; EP0521821A2; CN1033870C; CN1068394A; FI923019A; JP3372568B2; DK0521821T3; DE59206839D1; EP0521821B1

Abstract

본 발명에 의한 배기밸브(1)의 본체(2)는 니모닉(Nimonic)형의 고온니켈기합금으로 제조된다. 본체는 그 시트부영역에서 층(3)이 야금술에 의해 부착된다. 이 층(3)은 인코넬(Inconel)형 또는 NiCrAIY 형의 니켈기합금으로 제조된다.

Description

디젤내연기관용 배기밸브 및 그 제조방법

제1도는 본 발명에 의한 배기밸브로서, 우반부는 배기밸브의 중간제조단계, 좌반부는 완성된 단계를 나타낸다.

본 발명은 디젤공정에 의해 작동하는 피스톤내연기관의 배기밸브 및 이 배기밸브의 제조방법에 관한 것이다.

이와 같은 형태의 배기밸브는 전체적으로 고온의 니켈기(朞)합금 니모닉(Nimonic) 80A 로 제조된 것으로서 공지의 것이다. 이 합금은 크롬이 약 20% 정도로 높게 함유되어 있기 때문에 고온응력에 대해 우수한 저항성을 나타내지만, 이 합금으로 제조된 고출력의 배기밸브에서의 밸브의 결합표면에 부식에 의한 손상이 생긴다. 이 부식이 진행되면 결합표면에 깊은 구멍이 형성되고, 그 결과 이 구멍을 통한 연소가스의 소위 국부통풍이 발생된다. 이에 따라 온도가 국부적으로 상승하여 부식을 더욱 촉진시키게 된다. 부식의 주원인은 디젤연료에 함유된 바나듐과 나트륨이다. 이 부식의 상세에 대하여는 공지되어 있다. 디젤연료에 황도 함유되어 있으면 바나듐과 나트륨에 기인하는 부식이 황화(sulphidising)에 의해 더욱 증가된다.

본 발명의 목적은 전술한 형태의 배기밸브를 개선하여, 그 내부식성을 니모닉 80A 의 내부식성보다 크게 하는 동시에, 밸브의 본체와 그 시트부의 강도를 적합하게 하는 것이다.

본 발명에 따르면, 밸브의 본체는 고온의 니모닉형의 니켈기합금으로 제조되고, 이 위에 본체에 접속된 시트부가 부착되고, 이 시트부는 인코넬(Inconel)형의 니켈기합금 또는 NiCrAlY 형의 니켈기합금으로 제조됨으로써, 상기 목적이 달성된다.

이 복합구조는 밸브시트부의 요구조건을 가장 잘 충족시키는 것으로 밝혀졌다. 이들 요구조건은 크리프에 대한 내성이 우수하고, 경도(硬度)가 높고, 바나듐과 나트륨, 또한 필요한 경우에는 황에 의한 내부식성이 우수한 것이다. 본 발명에 의한 복합구조의 밸브는 그 부식율이 전체적으로 니모닉 80A 로 제조한 종래의 배기밸브의 부식율보다 낮은 것이 시험에 의해 밝혀졌다. 따라서, 본원 발명에 의한 배기밸브를 구비한 내연기관의 동력이 증가될 수 있다.

본체의 니켈기합금은 니모닉 80A 합금에 해당하는 특허청구의 범위 제3항에 정의한 조성 또는 니모닉 81 합금에 해당하는 특허청구의 범위 제4항에 정의한 조성으로 이루어질 수 있다. 시트부의 니켈기합금은 특허청구의 범위 제5항 또는 제6항에 정의한 조성으로 이루어질 수 있다. 특허청구의 범위 제5항에 정의한 니켈기합금은 명칭 IN 625 로 공지되어 있고, 제6항에 정의한 니켈기합금은 명칭 IN 671 로 공지되어 있다. 내부식성에 있어서, 시트부에 대한 이 두 합금은 니모닉 80A 합금보다 더 우수하고, 시트부에 대한 이 두 합금을 비교하면 IN 625 합금이 IN 671 합금보다 더 우수하다.

본체에 시트부에 대한 합금을 적용하는 데에는 예를 들면 플라즈 마용사(溶射), 조립용접, 또는 분말야금(粉末冶金)공정과 같은 여러 가지 방법을 이용할 수 있다.

본 발명에 의한 배기밸브의 특히 유리한 제조방법은, 인코넬 625 형의 니켈기합금으로 제조된 층을 니모닉형의 니켈기합금으로 제조된 본체의 시트부영역에 조립용접에 의해 부착하고, 부착된 층의 두께를 변형에 의해 감소시켜 경화시시키고, 이와 같이 형성된 밸브를 어닐링처리하는 것으로 이루어진다.

다음에, 본 발명의 예시적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에 있어서 우반부는 배기밸브의 중간제조단계, 좌반부는 완성된 단계를 나타낸다.

도면에 도시된 바와 같이, 4행정 디젤내연기관의 버섯모양밸브의 형태인 완성된 배기밸브(1)는 본체(2)와 이에 부착된 층(3)으로 이루어지고, 이 층(3)은 버섯모양밸브(1)의 결합표면을 형성한다. 본체(2)는 니켈기합금 니모닉(Nimonic) 80A 로 이루어지고, 이 합금은 - 제조과정중에 생성되는 불순물은 별도로 하고 - 중량 % 로 0.04 ~ 0.10 의 C, ≤ 1.0 의 Si, ≤ 0.2 의 Cu, ≤1.0 의 Fe, ≤ 1.0 의 Mn, 18.0 ~ 21.0 의 Cr, 1.8 ~ 2.7 의 Ti, 1.0 ~ 1.8 의 Al, ≤2.0 의 Co, ≤ 0.3 의 Mo, 0.0015 ~ 0.005 의 B, 0.04 ~ 0.1 의 Zr 및 잔량의 Ni 의 조성으로 이루어진다. 층(3)은 니켈기합금 IN 625 로 이루어지고, 이 합금은 - 제조과정중에 생성되는 불순물은 별도로 하고 - 중량 % 로 ≤ 0.10 의 C, ≤0.5 의 Si, ≤ 5 의 Fe, ≤ 0.5 의 Mn, 21 의 Cr, ≤ 0.4 의 Ti, ≤ 0.4 의 Al, ≤ 1.0 의 Co, 9의 Mo, 3.6의 Nb + Ta 및 잔량의 Ni 의 조성으로 이루어진다. 층(3)을 공지된 방법인 조립용접에 의해 본체(2)에 10 ~ 12mm 의 두께로 부착한다(밸브의 우반부의 3' 참조). 다음에, 이 층을 롤링(rolling)공정에서 고온성형에 의해 경화한다. 이 과정은 층의 경도를 향상시키게 된다. 이 경우에 있어서, 변형정도는 초기에 부착한 층(3')의 부피에 대하여 약 60% 이다. 조립용접하여 수지상(樹枝狀)으로 배치된 카바이드를 갖는 주조구조물을 얻는다. 고온성형에 의해 부식을 촉진하는 카바이드의 분포가 균일하게 되어 부식효과를 감소시키고, 내부식성을 향상시킨다. 고온성형후에, 밸브를 550~650℃ 에서 어널링처리한다. 어널링후에 결합표면을 연마하여 마감처리한다(밸브의 좌반부의 3 참조).

전술한 예시적인 실시예의 변형예로서, 층(3)을 본체(2)에 플라즈마용사에 의해 부착할 수도 있다. 전술한 변형은 롤링에 의한 고온성형으로 하지 않고 단조(鍛造)에 의해 실시할 수도 있다. 부착된 층을 저온으로 성형하는 것도 가능하다.

시트부에 대해 인코넬 671 및 NiCrAlY 합금을 사용하면 변형 및 어널링처리단계는 필요없다.

Claims

니모닉(Nimonic)형의 고온니켈기합금으로 제조된 본체와, 이 본체에 부착되고, 인코넬(Inconel)형의 니켈기합금으로 제조된 시트부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디젤공정에 의해 작동하는 피스톤 내연기관용 배기밸브.
니모닉형의 고온니켈기합금으로 제조된 본체와, 이 본체에 부착되고, NiCrAlY 형의 니켈기합금으로 제조된 시트부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디젤공정에 의해 작동하는 피스톤 내연기관용 배기밸브.
제1항에 있어서, 본체의 니켈기합금은 - 제조과정중에 생성되는 불순물은 별도로 하고 - 중량 % 로 0.04 ~ 0.10 의 C, ≤ 1.0 의 Si, ≤ 0.2 의 Cu, ≤1.0 의 Fe, ≤ 1.0 의 Mn, 18.0 ~ 21.0 의 Cr, 1.8 ~ 2.7 의 Ti, 1.0 ~ 1.8 의 Al, ≤2.0 의 Co, ≤ 0.3 의 Mo, 0.0015 ~ 0.005 의 B, 0.04 ~ 0.1 의 Zr 및 잔량의 Ni 의 조성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배기밸브.
제1항에 있어서, 본체의 니켈기합금은 - 제조과정중에 생성되는 불순물은 별도로 하고 - 중량% 로 0.05 의 C, ≤0.5 의 Si, ≤ 0.2 의 Cu, ≤ 1.0 의 Fe, ≤0.5 의 Mn, 29~31 의 Cr, 1.5~2 의 Ti, 0.7~1.0 의 Al, ≤ 2.0 의 Co, ≤ 0.3 의 Mo, 0.0015~0.0022 의 B, 0.005~0.07 의 Zr 및 잔량의 Ni 의 조성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배기밸브.
제1항에 있어서, 시트부의 니켈기합금은 - 제조과정중에 생성되는 불순물은 별도로 하고 - 중량 % 로 ≤0.10 의 C, ≤0.5 의 Si, ≤5 의 Fe, ≤0.5 의 Mn, 20~22 의 Cr, ≤0.4 의 Ti, ≤0.4 의 Al, ≤1.0 의 Co, 8.0~9.5 의 Mo, 3.15~4.15 의 Nb + Ta 및 잔량의 Ni 의 조성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배기밸브.
제1항에 있어서, 시트부의 니켈기합금은 - 제조과정중에 생성되는 불순물은 별도로 하고 - 중량 % 로 0.04~0.05의 C, 47~49의 Cr, 0.3~0.40의 Ti 및 Ni 의 조성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배기밸브.
제2항 또는 제3항에 있어서, 시트부의 니켈기합금은 - 제조과정중에 생성되는 불순물은 별도로 하고 - 중량 % 로 24~25 의 Cr, 10~11 의 Al, 0.9~1.1 의 Y 및 잔량의 Ni 의 조성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배기밸브.
제5항에 있어서, 시트부를 형성하는 합금은 본체에 플라즈마용사(溶射)에 의해 부착되는 것을 특징으로 하는 배기밸브.
제5항에 있어서, 시트부를 형성하는 합금은 본체에 조립용접에 의해 부착되는 것을 특징으로 하는 배기밸브.
제8항 또는 제9항에 있어서, 시트부를 형성하는 합금은 부착된 후에 저온성형되는 것을 특징으로 하는 배기밸브.
제8항 또는 제9항에 있어서, 시트부를 형성하는 합금은 부착된 후에 고온성형되는 것을 특징으로 하는 배기밸브.
인코넬 625 형의 니켈기합금으로 제조된 층을 니모닉형의 니켈기합금으로 제조된 본체의 시트부영역에 조립용접에 의해 부착하고, 부착된 층의 두께를 변형에 의해 감소시켜 경화시키고, 이와 같이 형성된 밸브를 어널링처리하는 것을 특징으로 하는 디젤공정에 의해 작동하는 피스톤 내연기관용 배기밸브의 제조방법.
제12항에 있어서, 변형은 온난한 상태에서 행하는 것을 특징으로 하는 배기밸브의 제조방법.
제12항 또는 제13항에 있어서, 층의 변형은 롤링(rolling)에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 배기밸브의 제조방법.
제12항에 있어서, 변형정도는 부착된 부피의 30~60% 인 것을 특징으로 하는 배기밸브의 제조방법.
제12항에 있어서, 어널링처리는 500~700℃ 의 온도에서 행하는 것을 특징으로 하는 배기밸브의 제조방법.