JPS58120756A

JPS58120756A - 内燃機関のエンジンバルブおよび同バルブシ−ト用Ｎｉ基合金

Info

Publication number: JPS58120756A
Application number: JP306482A
Authority: JP
Inventors: Rikie Yabuki; 矢吹　力衛; Junya Oe; 大江　潤也; Sadao Saito; 斎藤　定雄
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1982-01-12
Filing date: 1982-01-12
Publication date: 1983-07-18
Also published as: JPS626621B2

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、すぐれた高温硬さ、耐熱衝撃性、および耐
酸化鉛腐食性を有し、特にこれらの特性が要求される内
燃機関のエンジンパルプおよび同バルブシートの製造に
、鋳物用あるいは肉盛溶接用として使用するのに適した
Ｎｉ基合金に関するものである。

従来、内燃機関のエンジンバルブや同バルブシートの製
造に際しては、肉盛溶接用として、アメリカ溶接協会規
格５．１３ＲＣＯＣｒ−Ａ（Ｃ：　Ｏ１９〜１．４％、
Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：ｌ、Ｑ％以下、Ｗ：３．０
〜６．０　％、　Ｃｒ：　２６〜３２％、’Ｎｉ：３．
０％以下。

Ｆｅ：３．０％以下、ＭＯ：１．０％以下、　Ｃｏおよ
び不可避不純物：残Ｉ））や、同５．１３　ＲＣｏＣｒ
−Ｂ　（Ｃ：１．２〜１．７　％、　Ｓｉ：　２．○チ
以下、Ｍｎ：１．Ｏ％以下。

ｗ　：　７．０〜９．５％、　ｃｒ　：　２６〜３２％
、　　Ｎｉ：　３．０係以下、Ｆ’ｅ：３．０％以下、
　Ｍｏ　：　１．　Ｏ％以下、　Ｃｏおよび不可避不純
物：残シ２以上重量％）などのＣＯ基合金（以下従来Ｃ
Ｏ基合金という）が多く使用されてきた。

一方、近年、内燃機関の高性能化がはかられるようにな
るにしたがって、内燃機関のエンジンパルプや同バルブ
シートにも、よりすぐれた特性を具備することが要求さ
れるようになっておシ、一般に、いずれも肉盛溶接状態
で、温度：８００℃におけるビッカース硬さが２８５以
上の高温硬さ、並びに温度：　７００℃に１５分間保持
した後、水冷の操作を繰返し行なった場合に肉盛溶接部
に割れが発生するまでの前記操作回数が７回以上の耐熱
衝撃性、さらに温度：９１５℃に加熱した溶融酸化船中
に１時間浸漬した後の重量減が０．０９　ｆ／ｃｒ！／
ｈｒ以下の耐酸化鉛腐食性を具備することが要求される
ようになっている。なお、これらの特性を具備すること
は、鋳造によシ製造された内燃機関のエンジンパルプ鋳
物や同バルブシート鋳物に対しても同様に要求されるこ
とは勿論のことである。

しかしながら、上記の従来ＣＯ基合金は、高温硬さの点
で、上記要求条件を満足するものの、耐熱衝撃性および
耐酸化鉛腐食性については、これを満足する性質をもた
ず、したがって高性能エンジンのエンジンパルプや凹バ
ルブシートの製造に、前記従来ＣＯ基合金を肉盛溶接用
として、さらに鋳物用として用いた場合に十分満足する
使用寿命を示さないのが現状である。

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、内燃機
関、特に高性能エンジンのエンジンバルブや同バルブシ
ートに要求される高温硬さ、耐熱衝撃性、および耐酸化
鉛腐食性を具備し、かつ肉盛溶接用および鋳物用として
使用することのできる材料を開発すべく研究を行なった
結果、Ｃ：０．５５〜２．０％、　Ｓｉ：　０．１〜３
、Ｏ％ｒ　Ｍｎ　：　ｏ、　１〜２．０４Ｃｒ：ｌ○〜
２８チ未満、Ｆｅ：３〜３０ｑ６．Ｗ：０５〜１７．０
チ、ＭＯ：Ｑ、５〜８．０％、Ｔｉ：０，１〜３．５チ
、Ａｉ！、：０．１〜３．５　％を含有し、さらに必要
に応じてＮｂ：　０．０１−１．５％およびＢ：Ｏ，Ｏ
Ｏ１〜１５チのうちの１種または２種を含有し、残シが
Ｎ１と不可避不純物からなる組成（以上重量％）を有す
るＮ１基合金は、温度＝８ｏＯ℃におけるビッカース硬
さ１３００以上のきわめて高い高温硬さを有し、また温
度ニア００℃に１５分間加熱後水冷の操作を１サイクル
とする熱衝撃試験で、割れ発生に至るまでのサイクル数
が１４回以上のすぐれた耐熱衝撃性を示し、さらに温度
＝９１５℃に加熱した溶融酸化鉛中に１時間浸漬の酸化
鉛腐食試験では重量減が０．０２７　Ｐ　／ｃＩｌ／ｈ
ｒ以下のすぐれた耐酸化鉛腐食性を示し、しかも肉盛溶
接用および鋳物用として使用することができ、したがっ
てとのＮ１基合金を高性能エンジンのエンジンパルプお
よび同バルブシートの製造に用いた場合にきわめて長期
に亘ってすぐれた性能を発揮するという知見を得たので
ある。

この発明は、上記知見にもとづいてなされたもので葱っ
て、以下に成分組成を上記の通りに限定した理由を説明
する。

（ａ）　　ＣＣ成分には、Ｃｒ、　Ｗ、　　ＭＯ，Ｔｉ、およびＮｌ
）などと結合して炭化物を形成し、常温および高温硬さ
を向上させる作用があるが、その含有量が０１５５チ未
満では所望の高硬度を確保することができず、一方２０
％を越えて含有させると耐熱衝撃性が劣化するようＫな
ることから、その含有量を０，５５〜２．０チと定めた
。

（ｂ）　　ｓｉ所望の脱酸効果、鋳造性、肉盛溶接性、および湯流れ性
を確保するためには最低０１％の含有が必要であり、一
方３，０チを越えて含有させてもより一層の改善効果は
期待できないことから、その含有量を０．１−３．０％
と定めた。

（ｃ）　　ＭｎＭｎ成分には、脱酸脱硫作用のほか、肉盛溶接性を改善
する作用があるが、その含有量がＯ，１％未満では前記
作用に所望の効果が得られず、一方２０チを越えて含有
させても前記作用によシ一層の向上効果は現われないこ
とから、その含有量をＯ１〜２．０係と定めた。

（ｄ）ＣｒＣｒ成分には、その一部が素地に固溶し、残シの部分が
炭化物を形成して、特に高温硬さを向上させ、もって高
温耐摩耗性を向上させるほか、耐酸化鉛腐食性を向上さ
せる作用があるが、その含有量が１０％未満では前記作
用に所望の効果が得られず、一方２８チ以上含有させる
と耐熱衝撃性に低下傾向が現われるようになることから
、その含有量を１０〜２日チ未満と定めた。

（ｅ）　　ＦｅＦｅ成分には、合金の耐熱衝撃性を一段と向上させる作
用があるが、その含有量が３％未満では所望の耐熱衝撃
性を確保することができず、一方３゜チを越えて含有さ
せると高温硬さが低下するようになって、温度：８００
℃におけるビッカース硬さ２２８５以上を確保すること
ができないことから、そ・の含有量を３〜３０％と定め
た。

（ｆ）　　ＷＷ成分には、炭化物を微細化すると共に、自身も炭化物
を形成し、かつ素地に固溶して、これを強化し、もって
合金の高温硬さおよび高温強度を向上させる作用がある
が、その含有量が０．５４未満では前記作用に所望の効
果が得られず、一方１７、０　％を越えて含有させると
肉盛溶接性や切削性が劣化するようになることから、そ
の含有量を０５〜ニア、　Ｏチと定めた。

（ｇ）　　Ｍ。

Ｍｏ成分には、Ｗとの共存において、素地に固溶して、
これを強化し、かつ炭化物を形成して合金の高温硬さく
高温耐摩耗性）および高温強度を向上させる作用がある
が、その含有量が０．５％未満では前記作用に所望の効
果が得られず、一方８．０チを越えて含有させると、Ｗ
成分の場合と同様に耐熱衝撃性および靭性が劣化するよ
うになることから、その含有量を０．５〜８．０％と定
めた。

（ｈ）　　ＴｉＴｉ成成分上、素地の結晶粒の成長を抑制するばかりで
なく、むしろ結晶粒を微細化し、かつＭＣ型の炭化物お
よび窒化物、さらにＮｉおよびＭと結合してＮｉｓ　＜
Ｍｒ　’ｒｉ）の金属間化合物を形成して、高温硬さお
よび耐熱衝撃性、さらに高温強度および靭性を向上させ
る作用があるが、その含有量が０．１％未満では前記作
用に所望の効果が得られず、一方３．５チを越えて含有
させると、炭化物の量が多くなりすぎて耐熱衝撃性およ
び靭性が劣化するようになると共に、耐酸化鉛腐食性に
も劣化−傾向が現われるようになることから、その含有
量を０、１〜３．５俤と定めた。

（ｉ）　　Ａ１Ｍ成分には、Ｃｒと共に耐酸化鉛腐食性を向上させ、か
つ上記のようにＮｉおよびＴ１と結合してＮ’３　（Ａ
ｇ＋　”’）の金属間化合物を形成すると共に、窒化物
を形成して常温および高温硬さを向上させて耐摩耗性を
一段と高め、さらに耐熱衝撃性、高温強度を改善する作
用があるが、その含有量が０．１チ未満では前記作用に
所望の効果が得られず、一方３．５％を越えて含有させ
ると、溶湯の流動性および鋳造性が低下するようになる
ばかシでなく、溶接性および靭性も低下して実用的でな
くなることから、その含有量を０１〜３．５チと定めた
。

（ｊ）　　ＮｂＮｂ成分には、特に素地の結晶粒の成長を抑制すると共
に、ＭＣ型の炭化物および窒化物を形成して高温硬さく
高温耐摩耗性）および高温強度を一段と向上させる作用
があるので、特に高温硬さが要求される場合に必要に応
じて含有されるが、その含有量が０．０１％未満では前
記作用に所望の向上効果が得られず、一方１．５　％を
越えて含有させると、耐酸化鉛腐食性および耐熱衝撃性
が劣化するようになり、さらに靭性も低下するようにな
ることから、その含有量を０．１〜１．５％と定めた。

（ｋ）　　ＢＢ成分には、高温硬さく高温耐摩耗性）、耐熱衝撃性、
耐酸化鉛腐食性、および高温強度を一層向上させる作用
があるので、必要に応じて含有させるが、その含有量が
０．００１％未満では前記作用に所望の向上効果が得ら
れず、一方１．５チを越えて含有させると、耐熱衝撃性
が低下するようになると共に、鋳造性および溶接性も劣
化するようになることから、その含有量をＯ○０１〜１
．５％と定めた。

つぎに、この発明のＮｉ基合金を実施例によシ比較例と
対比しながら具体的に説明する。

実施例通常の溶解法によシ、それぞれ第１表に示される成分組
成をもった本発明史基合金１〜２６．比較Ｎｉ基合金１
〜１４．および上記の従来Ｃｏ基合金に相当する成分組
成をもった従来合金１，２を溶製し、引続いて通常の条
件にて連続鋳造することによシ直径：　４．８　ｇφの
溶接ロッドを成形した。

なお、比較Ｎｉ、基合金１〜１４は、いずれも構成成分
のうちのいずれかの成分含有量（第１表に峯印を付した
もの）がこの発明の範囲から外れた組成をもつものであ
る。

ついで、この結果得られた本発Ｅ！ＡＮｉ基合金１〜２
６、比較Ｎｉ基合金１〜１４．および従来合金ｌ。

２の溶接ロッドを用い、Ｔ工Ｇ自動溶接機にて、直径：
１２０ｍ、φ×厚さ：２０龍の寸法をもったステンレス
鋼（ＳＵＳ　３１６）製台金の表面に、外径：１０Ｃ１
＋＋ｍＸ幅：ＺＯ，Ｘ厚さ：５ｔｎｗの円環状ビードを
２層肉盛溶接した。

引続いて、上記台金上に形成された円環状ビードについ
て常温におけるロックウェル硬さくＣスケール）および
温度：８００℃におけるビッカース硬さを測定すると共
に、前記円環状ビードを形成した合金に対して、温度ニ
ア００℃に加熱して１５分間保持後水冷の操作を１サイ
クルとして繰シ返し行ない、前記円環状ビードに割れが
発生するまでの前記サイクル回数を測定する耐熱衝撃性
試験を行なった。さらに同様に直径：１５．、φ×長さ
：１００．ｌの寸法をもったステンレス鋼片（ＳＵＳ　
３１６）の一方端面に厚さ：５ｎの２層肉盛溶接を行な
い、この鋼片の肉盛部よシ直径：１２間φ×厚さ：１２
．．の寸法をもった試験片を削シ出し、この試験片を用
い、温度：９１５℃に加熱した溶融酸化鉛：４０ｆ中に
１時間浸漬の耐酸化鉛腐食性試験を行ない、試験後の肉
盛材の重量減を測定した。これらの測定結果を第１表に
合せて示した。

第１表に示される結果から、本発明Ｎ１基合金１〜２６
は、いずれも従来合金１，２に比して一段とすぐれた高
温硬さ、耐熱衝撃性、および耐酸化鉛腐食性を有するこ
とが明らかである。これに対して、比較Ｎｉ基合金１〜
１４に見られるように、構成成分のうちのいずれかの成
分含有量がこの発明の範囲から外れると、本発明Ｎｉ基
合金に比して、前記特性のうち少なくともいずれかの特
性が劣ったものになることが明らかである。

なお、上記実施例では、この発明のＮｉ基合金を肉盛溶
接用として用いた場合について述べたが、これを鋳物用
として使用しても肉盛溶接の場合と同様にすぐれた特性
を示すことは勿論である。

上述のように、この発明のＮｉ基合金は、高性能エンジ
ンのエンジンバルブおよヒ同バルブシートに要求される
上記の厳格な条件を十分余裕をもって満足するすぐれた
高温硬さ、耐熱衝撃性、および耐酸化鉛腐食性を有する
ので、これらの部材の製造に肉盛溶接用および鋳物用と
して用いた場合この結果の部材は著しく長期に亘ってす
ぐれた性能を発揮するようになるのである。

出願人　　三菱金属株式会社代理人　　富　１）和　夫手続補正書（自発）昭和５７年６月１０日特許庁長官　　島　１）春　樹　　　殿１、事件の表示３、補正をする者事件との関係特許出願人ｖ鷲　東京都千代田区大手町−丁目５番２号氏名（名称
）（６２６）三菱金属株式会社代表者　稲井好廣４、代　理　人自　　　発（１）明細書、第７頁、発明の詳細な説明の項、第１１
行と第１２行の間に以下の記載を挿入する。

「なお、　Ｓｉ成分には、上記のように脱酸作用がある
ので、これを脱酸剤として使用した場合などには、不可
避不純物として０．１係未満の範囲で含有する場合があ
るが、この場合には、不可避不純物含有量を含め、全体
含有量がｏ、１９ｂ以上になるようにすればよい。」（２）明細書、第７頁、発明の詳細な説明の項、下から
３行と同２行の間に以下の記載を挿入する。

「また、Ｍｎ成分には、上記のように脱酸脱硫作用があ
るので、これを脱酸脱硫剤として使用した場合などには
、Ｓｉ成分と同様に不可避不純物として０．１係未満の
範囲で含有する場合があるが、この場合も不可避不純物
含有量を含め、全体含有量がｏ、１％以上になるように
成分調整すればよい。」以上

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｃ：０．５５〜２．０％、Ｓｉ：０．１〜３０％
。Ｍｎ：　０．１〜２．０％ｌ　ｃｒ：　１０〜２８％未
満、Ｆｅ：３〜３０　％　、　Ｗ　：０．５〜ｌ　７、
Ｏ％ｔ　Ｍｏ：　０．５〜８．０％、Ｔｉ：０．１〜３
５チ、、Ｑ：０．１〜３．５係を含有し、残りがＮｉと
不可避不純物からなる組成（以上重量％）を有すること
を特徴とする内燃機関のエンジンパルプおよび同ノくル
フ゛シート用Ｎ１基合金。
（２）Ｃ：０．５５〜２．　Ｏチ、Ｓｉ：０．１〜３．
０％。Ｍｎ−〇１〜２．０％、　Ｃｒ：　１０〜２８％未満、
Ｆｅ：３〜３０％ｌ　Ｗ　：　０．５〜１　’７．０％
ｌ　ＭＯ：　０．５〜８．０％、　Ｔｉ：　０．１〜３
．５　％、　ＡＡ　：　０．１＝３．５４を含有し、さ
らにＮｂ：０．０１〜１．５チを含有し、残りがＮ１と
不可避不遊物からなる組成（以上重量％）を有すること
を特徴とする内燃機関のエンジンパルプおよび同バルブ
シート用Ｎｉ基合金。
（３）　Ｃ：０．５５〜２．０％、阻：０１〜３．０％
。Ｍ！’ｌ：０．１　〜２．０　　％　、　　　Ｃｒ：　
　　１　０　〜２　８　　％　　未満、Ｆｅ：３〜３０
％ｒ　　Ｗ：　０．５〜１７．０チ、ＭＯ：０，５〜８
、０％、　Ｔｉ　：　０．１〜３．５％、Ａｌ！：０１
〜３．５％を含有し、さらにＢ：Ｏ，ＯＯ１〜１．５チ
を含有し、残シがＮ１と不可避不純物からなる組成（以
上重量％）を有することを特徴とする内燃機関のエンジ
ンバルブおよび同バルブシート用Ｎｉ基合金。
（４）Ｃ：０．５５〜２．０％、Ｓｉ：Ｑ、１〜３．０
チ。Ｍｎ：　０．１〜２．０％ｌｃｒ：１０〜２８％未満、
Ｆｅ：３〜３０％ｌ　　Ｗ　：　０．５〜１７．０％、
ＭＯ：Ｑ、５〜８．０チ、Ｔｉ：０．１〜３．５％２Ｍ
：０．１〜３．５％を含有し、さらにＮｌ）：　０．０
１〜１．５　ｑ６と、Ｂ：Ｏ，ＯＯ１〜１．５％とを含
有し、残りがＮｉと不可避不純物からなる組成（以上重
量％）を有することを特徴とする内燃機関のエンジンバ
ルブおよび同バルブシ−ト用Ｎ１基合金。