JPH08218156A - 舶用プロペラ製作方法 - Google Patents
舶用プロペラ製作方法Info
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- JPH08218156A JPH08218156A JP2528995A JP2528995A JPH08218156A JP H08218156 A JPH08218156 A JP H08218156A JP 2528995 A JP2528995 A JP 2528995A JP 2528995 A JP2528995 A JP 2528995A JP H08218156 A JPH08218156 A JP H08218156A
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- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 従来のニッケルアルミニウム青銅鋳物の硬さ
を高くすると共に焼来の熱処理では低下していた延性お
よび靱性保持して耐エロージョン性を向上させたアルミ
ニウム青銅製プロペラを提供すること。 【構成】 舶用プロペラボス中心部より、半径比０．８
〜１．０Ｒ（Ｒ：プロペラ半径）範囲のプロペラ翼後進
面表面のみを１，０５５〜１，０７７℃で０．５〜１．
０時間保持後直ちに急冷し、その後プロペラ翼後進面の
０．８〜１．０Ｒのみを４００〜５００℃の温度範囲で
１〜５時間熱処理することを特徴とする舶用プロペラ製
作方法。
を高くすると共に焼来の熱処理では低下していた延性お
よび靱性保持して耐エロージョン性を向上させたアルミ
ニウム青銅製プロペラを提供すること。 【構成】 舶用プロペラボス中心部より、半径比０．８
〜１．０Ｒ（Ｒ：プロペラ半径）範囲のプロペラ翼後進
面表面のみを１，０５５〜１，０７７℃で０．５〜１．
０時間保持後直ちに急冷し、その後プロペラ翼後進面の
０．８〜１．０Ｒのみを４００〜５００℃の温度範囲で
１〜５時間熱処理することを特徴とする舶用プロペラ製
作方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高硬度で耐エロージョン
性が優れた舶用プロペラ製作法に関する。
性が優れた舶用プロペラ製作法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から海水中の耐食性と耐エロージョ
ン性を必要とする舶用プロペラ材にはアルミニウム青銅
鋳物が多く使用されてきた。舶用プロペラは海水中で６
０〜１，０００ｒ．ｐ．ｍで回転させて使用するため、
船の速度が３０ノットを越す高速条件下では従来のアル
ミニウム青銅製プロペラは数時間で激しいエロージョン
を受け、短時間で損傷する欠点があった。この様な現状
から高速艇用プロペラは一種の消耗品と考えられ、入渠
時に新品と交換されてきた。又、プロペラの推進効率を
向上させるため翼表面積を減少させるとキヤビテーショ
ン・エロージョンが発生する。このためプロペラ材の耐
エロージョン性改善は高速艇のみならず推進効率向上面
からも大きな課題であった。
ン性を必要とする舶用プロペラ材にはアルミニウム青銅
鋳物が多く使用されてきた。舶用プロペラは海水中で６
０〜１，０００ｒ．ｐ．ｍで回転させて使用するため、
船の速度が３０ノットを越す高速条件下では従来のアル
ミニウム青銅製プロペラは数時間で激しいエロージョン
を受け、短時間で損傷する欠点があった。この様な現状
から高速艇用プロペラは一種の消耗品と考えられ、入渠
時に新品と交換されてきた。又、プロペラの推進効率を
向上させるため翼表面積を減少させるとキヤビテーショ
ン・エロージョンが発生する。このためプロペラ材の耐
エロージョン性改善は高速艇のみならず推進効率向上面
からも大きな課題であった。
【０００３】このためブリネル硬さが１５０程度のアル
ミニウム青銅製鋳物を８００〜１０５０℃に加熱して、
水冷、油冷又は空冷して焼入れを行ない続いて第二段熱
処理として４００〜６００℃において焼戻しを行ない硬
さをブリネル硬さ２３０以上と高くし、エロージョンを
向上させる方法が知られている。この方法では硬さは向
上するが、硬さと反比例して延性および衝撃値が低下す
ると共に高温での加熱のため変形するのでプロペラとし
て実用化されていない。舶用プロペラでは航行中流木や
浮遊物等との衝突もあり、プロペラ翼端では延性および
靱性が必要とされている。
ミニウム青銅製鋳物を８００〜１０５０℃に加熱して、
水冷、油冷又は空冷して焼入れを行ない続いて第二段熱
処理として４００〜６００℃において焼戻しを行ない硬
さをブリネル硬さ２３０以上と高くし、エロージョンを
向上させる方法が知られている。この方法では硬さは向
上するが、硬さと反比例して延性および衝撃値が低下す
ると共に高温での加熱のため変形するのでプロペラとし
て実用化されていない。舶用プロペラでは航行中流木や
浮遊物等との衝突もあり、プロペラ翼端では延性および
靱性が必要とされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は従来のニッケ
ルアルミニウム青銅鋳物の硬さを高くすると共に従来の
熱処理では低下していた延性および靱性を保持して耐エ
ロージョン性を向上させたアルミニウム青銅製プロペラ
を提供することを目的とするものである。即ち、船舶が
航行中キヤビテーション・エロージョンが発生する翼後
進面翼端の硬さを高くすると共に、反対側の同翼前進面
翼端の硬さを鋳物と同程度の１５０ＨＢ程度にして延性
を得ようとするものである。
ルアルミニウム青銅鋳物の硬さを高くすると共に従来の
熱処理では低下していた延性および靱性を保持して耐エ
ロージョン性を向上させたアルミニウム青銅製プロペラ
を提供することを目的とするものである。即ち、船舶が
航行中キヤビテーション・エロージョンが発生する翼後
進面翼端の硬さを高くすると共に、反対側の同翼前進面
翼端の硬さを鋳物と同程度の１５０ＨＢ程度にして延性
を得ようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、舶用プロペラ
ボス中心部より半径比０．８〜１．０Ｒ（Ｒ：プロペラ
半径）の範囲のプロペラ翼後進面表面のみを１０５５〜
１０７０℃で０．５〜１．０時間保持した後、直ちに急
冷し、その後後進面のみを４５０〜５００℃の温度範囲
で２〜４時間熱処理することを特徴とする舶用プロペラ
の製作方法である。ここで耐エロージョン性改善の熱処
理区域を舶用プロペラボス中心部より半径比０．８〜
１．０Ｒ（Ｒ：プロペラ半径）と限定したのは次の理由
による。舶用プロペラで高速又は翼面積減少（推進効率
向上）のためキヤビテーション・エロージョンが発生す
ることが多いのはプロペラ翼の後進面０．８〜１．０Ｒ
であるから、このエロージョン発生部のみの耐エロージ
ョン性を向上させるのが効率的であるためである。上記
プロペラ翼後進面表面の熱処理は、いずれも、電熱ヒー
ターを組み込んだパネルヒーターを翼表面に当てて加熱
する方法又は高周波誘導装置により表面に渦電流を発生
させ加熱する方法等により行う。
ボス中心部より半径比０．８〜１．０Ｒ（Ｒ：プロペラ
半径）の範囲のプロペラ翼後進面表面のみを１０５５〜
１０７０℃で０．５〜１．０時間保持した後、直ちに急
冷し、その後後進面のみを４５０〜５００℃の温度範囲
で２〜４時間熱処理することを特徴とする舶用プロペラ
の製作方法である。ここで耐エロージョン性改善の熱処
理区域を舶用プロペラボス中心部より半径比０．８〜
１．０Ｒ（Ｒ：プロペラ半径）と限定したのは次の理由
による。舶用プロペラで高速又は翼面積減少（推進効率
向上）のためキヤビテーション・エロージョンが発生す
ることが多いのはプロペラ翼の後進面０．８〜１．０Ｒ
であるから、このエロージョン発生部のみの耐エロージ
ョン性を向上させるのが効率的であるためである。上記
プロペラ翼後進面表面の熱処理は、いずれも、電熱ヒー
ターを組み込んだパネルヒーターを翼表面に当てて加熱
する方法又は高周波誘導装置により表面に渦電流を発生
させ加熱する方法等により行う。
【０００６】
【作用】本発明でプロペラ翼後進面の加熱温度を１０５
０〜１０７０℃と従来より高くしたのは次の理由によ
る。アルミニウム青銅の機械的性質は高温からの冷却速
度が大きい程、引張強さ、耐力および硬さは高いが、伸
び、衝撃値は低くなる。これは金属組織的に冷却速度が
遅いと硬さが低く延性のあるα相の中に含有元素のＡ
ｌ、Ｎｉ、Ｆｅの金属間化合物であるκ相が大きく成長
し、延性を増加させるためである。冷却速度が速いとκ
相を固溶し、硬さの高いβ相量の多いα＋β＋κ組織と
なり、引張強さおよび硬さが向上して耐エロージョン性
が改善される。これ等の金属組織変化を説明するため公
知のアルミニウム青銅状態図を文献〔日本学術振興会、
アルミニウム青銅委員会編“アルミニウム青銅１９６
７”〕から抜粋して図１に示す。従来の熱処理はα＋β
＋κ，α＋β又はβ相となる８００〜１０５０℃から急
冷（水冷、油冷、空冷）されていたため、焼入前の影響
で硬さ向上に限界があった。又、焼入前の組織でβ相と
なるのはＡｌ含有量が１０％以上で延性が低下する化学
成分範囲である。
０〜１０７０℃と従来より高くしたのは次の理由によ
る。アルミニウム青銅の機械的性質は高温からの冷却速
度が大きい程、引張強さ、耐力および硬さは高いが、伸
び、衝撃値は低くなる。これは金属組織的に冷却速度が
遅いと硬さが低く延性のあるα相の中に含有元素のＡ
ｌ、Ｎｉ、Ｆｅの金属間化合物であるκ相が大きく成長
し、延性を増加させるためである。冷却速度が速いとκ
相を固溶し、硬さの高いβ相量の多いα＋β＋κ組織と
なり、引張強さおよび硬さが向上して耐エロージョン性
が改善される。これ等の金属組織変化を説明するため公
知のアルミニウム青銅状態図を文献〔日本学術振興会、
アルミニウム青銅委員会編“アルミニウム青銅１９６
７”〕から抜粋して図１に示す。従来の熱処理はα＋β
＋κ，α＋β又はβ相となる８００〜１０５０℃から急
冷（水冷、油冷、空冷）されていたため、焼入前の影響
で硬さ向上に限界があった。又、焼入前の組織でβ相と
なるのはＡｌ含有量が１０％以上で延性が低下する化学
成分範囲である。
【０００７】本発明はＡｌ含有量が９〜１０％で機械的
性質に優れ、現在実用化されているアルミニウム青銅の
化学成分範囲内の合金でκ相を完全固溶したβ相から急
冷しようとして、１０５５〜１０７０℃と急冷温度を高
くしたものである。本合金の融点は１０７５〜１０９０
℃であり、本発明の加熱温度１０５５〜１０７０℃はほ
とんど融点直下である。従来の８００〜１０５０℃にお
ける熱処理も熱処理材の変形を考えると１０００℃以下
となり、又プロペラの様の曲面形状で湾曲部のある製品
では変形が大きく実用化出来なかった。本発明で、熱処
理温度を高くできた理由は加熱部分を翼後進面に限定し
たため翼前進面側が高温に加熱されず変形防止に寄与す
るためである。溶融点近傍迄加熱できる利点は溶接と同
様に、結晶粒が微細になり、その後の急冷と合せて含有
化学成分を完全固溶した組織が得られ，急冷後の４００
〜５００℃の時効処理で硬さが、従来の８００〜１０５
０℃の熱処理に比較して著しく向上する。
性質に優れ、現在実用化されているアルミニウム青銅の
化学成分範囲内の合金でκ相を完全固溶したβ相から急
冷しようとして、１０５５〜１０７０℃と急冷温度を高
くしたものである。本合金の融点は１０７５〜１０９０
℃であり、本発明の加熱温度１０５５〜１０７０℃はほ
とんど融点直下である。従来の８００〜１０５０℃にお
ける熱処理も熱処理材の変形を考えると１０００℃以下
となり、又プロペラの様の曲面形状で湾曲部のある製品
では変形が大きく実用化出来なかった。本発明で、熱処
理温度を高くできた理由は加熱部分を翼後進面に限定し
たため翼前進面側が高温に加熱されず変形防止に寄与す
るためである。溶融点近傍迄加熱できる利点は溶接と同
様に、結晶粒が微細になり、その後の急冷と合せて含有
化学成分を完全固溶した組織が得られ，急冷後の４００
〜５００℃の時効処理で硬さが、従来の８００〜１０５
０℃の熱処理に比較して著しく向上する。
【０００８】加熱保持時間を０．５〜１時間としたのは
鋳造組織のα＋κ相をβ相に変化し、均一化するのに
０．５時間以上加熱保持する必要があり、１時間を超え
ると表面層の溶融により翼面の荒れが激しくなり、翼面
仕上げの際、支障をきたすためである。又、加熱処理を
後進面のみに限定し、前進面を除外したのは前進面側に
金属粒をおき冷却するとことによって、後進面および前
進面温度を調節して、加熱による曲りを防止するため
で、本方法により後進面表面の高温加熱が可能となっ
た。加熱後急冷したのは、耐エロージョン性向上のため
に硬さを高くするためで金属組織的には析出物κ相を過
飽和固溶させたβ相を常温で得るためである。後進面表
面を１０５５〜１０７０℃に加熱後急冷した部分には加
熱急冷による残留応力が残存しており、海水中で使用さ
れる舶用プロペラでは疲労強度面から残留応力を除去し
ておく必要がある。アルミニウム青銅の残留応力を除去
するためには４００℃加熱では最大５時間、５００℃加
熱では最大１時間必要とするので保持時間を１〜５時間
に限定した。残留応力除去温度を４００℃以上と限定し
たのは４００℃未満では１５時間以上を必要とし、実用
的でないためである。又、５００℃を超えると熱処理に
よって硬さが著しく低下するためである。水冷後の後進
面を４００〜５００℃×１〜５時間保持することにより
過飽和にκ相を固溶したβ相からκ相が、微細に析出
し、硬さが焼入時より著しく向上し、耐エロージョン性
が向上する。
鋳造組織のα＋κ相をβ相に変化し、均一化するのに
０．５時間以上加熱保持する必要があり、１時間を超え
ると表面層の溶融により翼面の荒れが激しくなり、翼面
仕上げの際、支障をきたすためである。又、加熱処理を
後進面のみに限定し、前進面を除外したのは前進面側に
金属粒をおき冷却するとことによって、後進面および前
進面温度を調節して、加熱による曲りを防止するため
で、本方法により後進面表面の高温加熱が可能となっ
た。加熱後急冷したのは、耐エロージョン性向上のため
に硬さを高くするためで金属組織的には析出物κ相を過
飽和固溶させたβ相を常温で得るためである。後進面表
面を１０５５〜１０７０℃に加熱後急冷した部分には加
熱急冷による残留応力が残存しており、海水中で使用さ
れる舶用プロペラでは疲労強度面から残留応力を除去し
ておく必要がある。アルミニウム青銅の残留応力を除去
するためには４００℃加熱では最大５時間、５００℃加
熱では最大１時間必要とするので保持時間を１〜５時間
に限定した。残留応力除去温度を４００℃以上と限定し
たのは４００℃未満では１５時間以上を必要とし、実用
的でないためである。又、５００℃を超えると熱処理に
よって硬さが著しく低下するためである。水冷後の後進
面を４００〜５００℃×１〜５時間保持することにより
過飽和にκ相を固溶したβ相からκ相が、微細に析出
し、硬さが焼入時より著しく向上し、耐エロージョン性
が向上する。
【０００９】供試材の化学成分としては重量％で、Ａ
ｌ：９．０〜１０．０％、Ｎｉ：４．０〜６．０％、Ｆ
ｅ：４．０〜６．０％、Ｍｎ：４．０％以下および通常
の不純物を含み残部Ｃｕからなる合金組成の材料が本発
明製作法に最も適している。その成分限定理由は下記の
通りである。 Ａｌ：９．０％未満では４００〜５００℃の熱処理で析
出するκ相による硬化に寄与せず硬さ向上が得られない
ため耐エロージョン性向上が期待出来ない。１０％を超
えると硬さは向上するが、脆化が著しいので１０％以下
とした。 Ｎｉ：４％未満ではプロペラ材としての海水中の耐食性
が十分でなく、６％を超えると延性が低下する。 Ｆｅ：４％未満ではＮｉ量との関係で析出物が微細とな
らず硬さが低下する。又、６％を超えるとＦｅ成分が多
いκ相が粗大に析出してくるため耐食性が低下する。 Ｍｎ：焼入性に効果があるが、４．０％を超えると脆化
傾向があるので４．０％以下とした。
ｌ：９．０〜１０．０％、Ｎｉ：４．０〜６．０％、Ｆ
ｅ：４．０〜６．０％、Ｍｎ：４．０％以下および通常
の不純物を含み残部Ｃｕからなる合金組成の材料が本発
明製作法に最も適している。その成分限定理由は下記の
通りである。 Ａｌ：９．０％未満では４００〜５００℃の熱処理で析
出するκ相による硬化に寄与せず硬さ向上が得られない
ため耐エロージョン性向上が期待出来ない。１０％を超
えると硬さは向上するが、脆化が著しいので１０％以下
とした。 Ｎｉ：４％未満ではプロペラ材としての海水中の耐食性
が十分でなく、６％を超えると延性が低下する。 Ｆｅ：４％未満ではＮｉ量との関係で析出物が微細とな
らず硬さが低下する。又、６％を超えるとＦｅ成分が多
いκ相が粗大に析出してくるため耐食性が低下する。 Ｍｎ：焼入性に効果があるが、４．０％を超えると脆化
傾向があるので４．０％以下とした。
【００１０】
【実施例】次に本発明の一実施例を示し、本発明の効果
を説明する。表１は本発明プロペラ素材の化学成分を示
したもので、試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４は本発明材料、試
料Ｎｏ．５〜Ｎｏ．８は比較材料、Ｎｏ．９，Ｎｏ．１
０は現用材である。表２は本発明の製作法、硬さおよび
耐エロージョン性を示したものでＮｏ．１〜Ｎｏ．４は
本発明の熱処理条件、Ｎｏ．５〜Ｎｏ．８は本発明外の
熱処理、Ｎｏ．９およびＮｏ．１０は鋳造材のままの現
用材でそれぞれビッカーズ硬さ（荷重１０ｋｇ），超音
波エロージョン試験によるエロージョン減量を示してい
る。以上の表１および表２より次のことが明らかであ
る。製造法が本発明以外のＮｏ．５〜Ｎｏ．８では、硬
さおよび耐エロージョン性が本発明材のＮｏ．１〜Ｎ
ｏ．４に比較して著しく低い。又、本発明材のＮｏ．１
〜Ｎｏ．４は鋳造のままの現用材Ｎｏ．９，Ｎｏ．１０
に対して３倍以上の耐エロージョン性を示しており、高
速艇および推進効率を向上させたプロペラの製作が可能
となる。焼入試験片は重油炉溶解試験素材より製作し、
加熱は特殊ヒータを組みこんだ平板型焼入装置で試験し
た。なお、エロージョン試験は超音波エロージョン試験
機を使用し、試験は学振試験方法（案）に準拠した。そ
の条件は振動数：６．５ＫＨｚ，試験振巾：９０μｍ，
試験時間：１２０分，試験液：海水，試験温度：２５±
１℃である。
を説明する。表１は本発明プロペラ素材の化学成分を示
したもので、試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４は本発明材料、試
料Ｎｏ．５〜Ｎｏ．８は比較材料、Ｎｏ．９，Ｎｏ．１
０は現用材である。表２は本発明の製作法、硬さおよび
耐エロージョン性を示したものでＮｏ．１〜Ｎｏ．４は
本発明の熱処理条件、Ｎｏ．５〜Ｎｏ．８は本発明外の
熱処理、Ｎｏ．９およびＮｏ．１０は鋳造材のままの現
用材でそれぞれビッカーズ硬さ（荷重１０ｋｇ），超音
波エロージョン試験によるエロージョン減量を示してい
る。以上の表１および表２より次のことが明らかであ
る。製造法が本発明以外のＮｏ．５〜Ｎｏ．８では、硬
さおよび耐エロージョン性が本発明材のＮｏ．１〜Ｎ
ｏ．４に比較して著しく低い。又、本発明材のＮｏ．１
〜Ｎｏ．４は鋳造のままの現用材Ｎｏ．９，Ｎｏ．１０
に対して３倍以上の耐エロージョン性を示しており、高
速艇および推進効率を向上させたプロペラの製作が可能
となる。焼入試験片は重油炉溶解試験素材より製作し、
加熱は特殊ヒータを組みこんだ平板型焼入装置で試験し
た。なお、エロージョン試験は超音波エロージョン試験
機を使用し、試験は学振試験方法（案）に準拠した。そ
の条件は振動数：６．５ＫＨｚ，試験振巾：９０μｍ，
試験時間：１２０分，試験液：海水，試験温度：２５±
１℃である。
【００１１】
【表１】
【００１２】
【表２】
【００１３】
【発明の効果】本発明により現用舶用プロペラ材に比較
して海水中の耐エロージョン性で３倍以上優れたものが
得られるので、翼面積を減らし、推進効率を高めたプロ
ペラが製作可能となり、燃料費の節減等省エネルギーに
貢献する。
して海水中の耐エロージョン性で３倍以上優れたものが
得られるので、翼面積を減らし、推進効率を高めたプロ
ペラが製作可能となり、燃料費の節減等省エネルギーに
貢献する。
【図１】図１はアルミニウム四元系合金の状態図を示
す。
す。
Claims (2)
- 【請求項１】 舶用プロペラボス中心部より、半径比
０．８〜１．０Ｒ（Ｒ：プロペラ半径）範囲のプロペラ
翼後進面表面のみを１，０５５〜１，０７０℃で０．５
〜１．０時間保持後直ちに急冷し、その後プロペラ翼後
進面の０．８〜１．０Ｒのみを４００〜５００℃の温度
範囲で１〜５時間熱処理することを特徴とする舶用プロ
ペラ製作方法。 - 【請求項２】 プロペラの材質がＡｌ：９〜１０％、Ｎ
ｉ：４〜６％、Ｆｅ：４〜６％、Ｍｎ：４％以下、不可
避的不純物及び残部Ｃｕからなる合金である請求項１に
記載の舶用プロペラの製作方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2528995A JPH08218156A (ja) | 1995-02-14 | 1995-02-14 | 舶用プロペラ製作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2528995A JPH08218156A (ja) | 1995-02-14 | 1995-02-14 | 舶用プロペラ製作方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08218156A true JPH08218156A (ja) | 1996-08-27 |
Family
ID=12161866
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2528995A Withdrawn JPH08218156A (ja) | 1995-02-14 | 1995-02-14 | 舶用プロペラ製作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08218156A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010229504A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Yamato Hatsudoki Kk | アルミニウム青銅製競艇用プロペラ |
-
1995
- 1995-02-14 JP JP2528995A patent/JPH08218156A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010229504A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Yamato Hatsudoki Kk | アルミニウム青銅製競艇用プロペラ |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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