JPH04209913A - 大型ディーゼル機関用排気弁の製造方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は、大型ディーゼル機関用排気弁を小容量のプレ
スを用いて容易かつ高能率に製造できる方法に関するも
のである。

（従来の技術） 大型船舶の主機関にはディーゼル機関が一般的に用いら
れているか、近年、省燃費の見地から頭上弁式の２サイ
クルデイ一ゼル機関が大勢を占めている。

ところで、この頭上弁（排気弁）は通常耐熱性ステンレ
ス鋼で製造されるが、高温かつ腐食環境で作動するため
、損傷し易い部分、例えばシリンダヘッドと接触する部
分（シート部）にはＣＯ基超超合金はＮｉ基超超合金の
硬質金属を溶接肉盛する防護処置を施して該部分の摩耗
を防止している。

しかしながら、前記シート部には耐摩耗性と共に耐食性
・靭性も要求されるため、ＣＯ基超超合金はＮｉ基超超
合金肉盛けでは不充分である。

そこで、望ましいシート部の性状を得る方法として、■
耐熱性・耐食性に優れ、かつ時効硬化性を有する合金を
シート部に配し、これを鍛造後時効硬化させることか考
えられる。またこの際、シート部は圧縮残留応力を有し
ているように成すことか望ましい。その理由は、使用時
には弁本体には温度分布に起因する熱応力の発生か不可
避だからである。

二のようなシート部の性状はシート部に肉盛される材料
の固有の特性のみによって得ることは困難であり、製造
プロセスによる特性の付与をも考慮する必要がある。従
来においても類似の発想による排気弁の製作が行われで
おり、その一つにナイモニック８０Ａ（以下ｒＮｃＦ８
０Ａ」という）製の排気弁が挙げられる。これは、Ｎ　
ＣＦ　８０Ａの時効硬化性を利用したものであり、ＮＣ
Ｆ３０Ａを温間鍛造した後に時効硬化せしめ、耐食性・
耐摩耗性及び靭性の優れた排気弁を得ようとするもので
ある。ここで、温間鍛造するのは歪エネルギを付与する
ためであり、これによって析出が促進され高硬度を得る
ことが可能となる。

しかしながら、温間鍛造域では被加工物の変形抵抗が極
めて大きいため、僅かな変形を与えるにも大きな加工力
すなわち大容量のプレスが必要となる。

これを避けるために、■加工を加えるべき部分を一度に
鍛造するのではなく、部分的な鍛造を繰り返して全体に
鍛造を加える方法もある。この方法によれば、−回に鍛
造される部分の投影面積か小さいため、当然の事として
必要とされる加工力は小さくなる。

しかしながら、この方法では一回毎の鍛造にバラツキが
あること及び部分鍛造を繰り返している間に材料が冷却
して変形抵抗が刻々変化する等により、全体に亘って均
一な加工を施すことか困難である。更に温間加工を加え
る目的が比較的低温における歪エネルギを付与すること
にあるため、−旦鍛造を開始すると被加工物の温度が低
下しても再度加熱して鍛造することができない。このた
め、部分鍛造法の不利はいうまでもないが、大容量のプ
レスを用いても被加工物が鍛造型と全面密着するため温
度低下か大きく同様の不利は否めない。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記した従来方法にあった問題点を解決する
ために成されたものであり、小容量のプレスを用いて容
易かつ高能率に所期の性状を有する排気弁を製造する方
法を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明に係る大型ディーゼ
ル機関用排気弁の製造方法は、シート部に耐熱性・耐食
性に富む高合金のクラッド部を有する排気弁を製造する
方法であって、シート部に該当する鍛造粗地部分をクラ
ッド部と成すと共に、該クラッド部と成した反対側部分
を突出成形し、しかる後開放回転鍛造により前記クラッ
ド部を下型側として９５０〜８５０℃、５分以内の範囲
で温間加工し、更に必要に応じて所要の熱処理を施すこ
ととしているのである。

すなわち、本発明方法は次の如き構成をその特徴として
いるのである。

■　材料の選択 本発明方法では、以下の如き材料を使用する。

まず、排気弁本体には価格、市場性を考慮して耐熱ステ
ンレス鋼を使用する。例えばＪＩＳ　５ＵＨ３１又はこ
れの同等品等である。

次にシート部には例えばインコネル７１８等のＮｉ基嵩
高合金はこれの同等品を使用する。これは、溶接肉盛に
よるクラツデイングが比較的容易なこと、時効処理によ
る硬度の上昇が大きいこと、比較的値かな温間加工によ
って時効硬化を促進する効果が大きいこと等の理由から
である。

■　鍛造粗地の形状 本発明方法では、シート部に該当する鍛造粗地部分を前
記インコネル７１８等を配置したクラッド部と成すると
共に、該クラッド部の反対側部分を第１図（イ）に示す
如く突出成形せしめるのである。これは、温間加工を鍛
練が必要なシート部１のみに限定し、加工に要する力を
減少させるためである。なお、第１図（イ）中の２は本
体を示す。

■鍛造方法 本発明方法では、回転鍛造法を使用するのである。これ
は、回転鍛造法では、第２図に示すように、上型３と被
加工物４か部分的に接触して加工されるため、通常のプ
レスと比較して約１０〜２０倍の加工能力を有しており
、小容量の回転鍛造設備で大型の排気弁か加工できるか
らである。更に、本発明方法では、この回転鍛造加工を
閉塞せずに開放して行い、第１図（ロ）に示すように、
加工部にバリ５を生成せしめるようにするのである。か
かる如くすることにより、インコネル７１８の高変形抵
抗によるプレス能力の不足を回避できると共に、インコ
ネル７１８に必要な量の歪量を容易に与えることか可能
となるのである。

インコネル７１８の時効処理後の硬度に対して温間加工
が効果的な領域及びインコネル７１８の温度と変形抵抗
の関係をそれぞれ第３図及び第４図に示す。

第３図より判るように、インコネル７１８に対する温間
加工域は加工可能な領域のうち低温側の限界に近い領域
である。この領域は、通常のプレス鍛造であれば鍛造割
れを懸念すべき領域であるか、回転鍛造によれは余裕が
ある。従って、本発明の如く回転鍛造に優位性かある。

また、この温度域でのインコネル７１８の変形抵抗は、
第４図より判るように、５５〜６５ｋｇ　ｆ　／ｍｍ　
２と極めて高い。これを通常のプレスて鍛造しようとす
れは、実際の排気弁の加工部位の投影面積を考慮して約
８０００ｔｏｎの能力か必要であるか、本発明の如く回
転鍛造によると約５００ｔｏｎて鍛造が可能である。

次に温間加工時における回転鍛造の型組みを第５図に示
す。

本発明方法では、クラッド部と成したシート部に該当す
る鍛造粗地部分を突出成形して、これに対応する上型３
側のぬすみ６によって必要な部位だけの局部鍛造が可能
であるため、加工力の低減に有効である。

また下型７も鍛造前は被加工物４とはシート部１だけで
接触して部分接触のため、被加工物４の温度低下の抑制
に有効である。

更に、本発明の如く、シート部ｌを下型７側とした別の
目的は、完成後のシート部に圧縮残留応力を残すためで
ある。すなわち、回転鍛造の上型３と下型７の成形能力
を比較すると、上型３の方が成形能力か高い。換言する
と上型３側により多くの加工力が加わるため、上型３側
の加工熱の発生量が多くなり、被加工物４の上型３側と
下型７側に温度差が生じる。

ところで、本発明方法では、必要に応じて被加工物４は
温間加工後直ちに水冷されるか、この時、シート部１は
他の部位より低温から急冷されるため、冷却後の残留応
力は圧縮応力となる。

先に述べたように、排気弁は使用時には温度分布が生じ
ており、シート部では約４５０℃、弁の底部では５００
〜６００℃である。また、弁本体及びインコネル７１８
の線膨張係数はそれぞれ１８Ｘｌｏ−”／　”Ｃ１１４
Ｘ１０−’／　”Ｃであることから、冷態時に仮に残留
応力かないとすれば、使用状態ではシート部には引張応
力が作用することになる。また、インコネル７１８の時
効処理に伴う収縮率は約３Ｘ１０−’であることから、
温間鍛造時にシート部に圧縮残留応力を付与しておくこ
とは極めて重要であり、弁としての性能を左右するとい
っても過言ではない。

次に温間鍛造のパターンを第６図に示す。第６図におけ
るＴ１は固溶化時間で約３時間、Ｔ２は温間鍛造時間で
５分以内（通常は３０秒〜１分間）である。

本発明において、温間鍛造の温度を９５０〜８５０°Ｃ
１その時間を５分以内としたのは、時効硬化に寄与しな
い析出物（δ相）の析出を防止するためである。なお、
回転鍛造は加工能力か高いため、インコネル７１８、耐
熱ステンレス鋼共に第４図に示すような難加工材である
にも拘らず短時間での加工が可能である。

（実　施　例） 以下に本発明方法を用いて排気弁を製造した場合の一実
施例について説明する。

第７図は実際のディーゼル機関に搭載される排気弁の温
間鍛造後の断面図である。弁傘部のみを示したものであ
る。

インコネル７１８と耐熱ステンレス鋼では変形抵抗か異
なるため、単純に据え込んだだけでは、変形抵抗の高い
インコネル７１８は殆んど変形せず、耐熱ステンレス鋼
のみか変形するか、回転鍛造によると変形抵抗が異なる
にもかかわらず、双方の変形量には大きな差はなかった
。本発明方法によって製造した排気弁の本体及びシート
部の厚さ方向の歪と半径方向の歪を下記第１表に示す。

第７図に示す排気弁に時効硬化処理を施した後シート部
に歪ゲージを貼付し、切取法によって残留応力を測定し
た結果を下記第２表に示す。なお第２表中のＴは円周方
向、Ｒは半径方向を示す。

第２表 上記第２表より、シート部には均一かつ高い圧縮残留応
力が付与されていることか判る。これは本発明方法の最
大の特徴であるといえる。

次に時効処理後の硬度・耐食性・靭性（耐熱衝撃性）に
ついての結果をそれぞれ第３・４・５表に示す。いずれ
も舶用ディーゼル機関の排気弁として良好な性能を有し
ている。

第３表 第４表 第・５表 （発明の効果） 以上説明したように、本発明方法によれば、大型ディー
ゼル機関用排気弁として望ましい性質を備えたものが、
小容量のプレスで製造できることが明らかである。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に供する鍛造粗地の説明図で、（イ）は
加工前、（ロ）は加工後、第２図は回転鍛造の原理説明
図、第３図は鍛造法とその加工可能範囲を示す図、第４
図はインコネル７１８の変形抵抗を示す図、第５図は回
転鍛造の型組を示す図で、（イ）は加工前、（ロ）は加
工後、第６図は温間鍛造のパターンを示す図、第７図は
排気弁の断面形状を示す図である。 １１よ、シート部、２は本体、３は上型、７は下型。 特許出願人　　住友金属工業株式会社 同　　　川崎重工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）シート部に耐熱性・耐食性に富む高合金のクラッ
   ド部を有する排気弁を製造する方法であって、シート部
   に該当する鍛造粗地部分をクラッド部と成すと共に、該
   クラッド部と成した反対側部分を突出成形し、しかる後
   開放回転鍛造により前記クラッド部を下型側として９５
   ０〜８５００℃、５分以内の範囲で温間加工し、更に必
   要に応じて所要の熱処理を施すことを特徴とする大型デ
   ィーゼル機関用排気弁の製造方法。