(57)【要約】      （修正有）【課題】クラックの発生を除去し、耐久性のあるピストンヘッドを提供する。【解決手段】鍛造工程を加えずに熱処理前の機械加工を施して所要の形状に形成し、当該部材に空気の影響を受けさせないで８３０〜８８０℃から焼入れ処理を施工後、５３０〜６３０℃から焼戻しを施工する。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
市販の丸型圧延鋼材若しくは市販の丸型鍛造鋼材を含む市販の鋼材を所定の長さに輪切りに切断し、鍛造工程を加えずに熱処理前の機械加工を施して所要のピストンヘッド形状に形成し、
当該部材に空気の影響を受けさせないで830 〜880 ℃から焼入れ処理を施工後、530 〜630 ℃から焼戻しを施工してピストンヘッドを形成したことを特徴とするディーゼル機関等のピストンヘッド。
【請求項２】
真空炉を利用して急冷焼入れ処理および急冷焼戻し処理を施工した請求項１に記載のディーゼル機関等のピストンヘッド。
【請求項３】
酸素や水素の影響を受けさせないように不活性ガス雰囲気で急冷焼入れ処理および急冷焼戻し処理を施工した請求項１に記載のディーゼル機関等のピストンヘッド。
【請求項４】
市販の丸型鋼材を、ＳＣＭ４３５又はＳＣＭ４４０、若しくはＳＣＭ４４５の高炭素量、高炭素当量の材料のものとした請求項１ないし３のいずれかに記載のディーゼル機関等のピストンヘッド。
【請求項５】
炭素量が０．２３％以上、炭素当量が０．４１％を超える鋼材とした請求項１ないし４のいずれかに記載のディーゼル機関等のピストンヘッド。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、船舶等の各種ディーゼル機関やガソリン機関等の内燃機関のピストンヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、船舶等の各種ディーゼル機関等のピストンヘッドは、所要の金属材料から鍛造若しくは鋳造段階の素材工程を経て熱処理を加えて、各種ディーゼル機関等のピストンヘッドが必要とする所定の強度を確保するようにし、その後に機械加工工程を経て完成品に仕上げられている。
【０００３】
前記の鍛造素材工程の製品は、その製品の部位によって強度および硬度にばらつきができる。このばらつきは、従来の鍛造素材工程では避けがたいものである。即ち、素材インゴットを加熱し、決められた鍛造比内で製品形状に近い形状に鍛造形成し、焼きならしの上、荒削加工、材料傷検査後、熱処理、試験片採取、材料検査を行なっている。
【０００４】
しかし、上記の鍛造素材工程では、鍛造形成の段階で製品部位によって鍛練比が異る上、熱処理の結果が鍛造比による製品部位毎のばらつきに影響されて金属組織が粗粒になる個所ができる。
【０００５】
このことが製品部位によって強度および硬度にばらつきを生じさせることになって、稼動中の各種ディーゼル機関等の鍛造製のピストンヘッドにクラックを発生せしめる要因の一つとなっている。
【０００６】
また従来、電気炉による熱処理がされているが、これは熱処理中に鍛造素材の製品が空気に触れることとなり、酸化物が発生しやすく、これが製品となった場合に粒界腐食の発生メカニズムの起因になる恐れがある。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】
そのため、船舶等のディーゼル機関等のピストンヘッドをその部位に強度および硬度にばらつきが生じないものとして、これが要因のクラックの発生を除去し、耐久性のあるピストンヘッドを開発することが課題であった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本考案は、上記のような点に鑑みたもので、上記の課題を解決するために、市販の丸型圧延鋼材若しくは市販の丸型鍛造鋼材を含む市販の鋼材を所定の長さに輪切りに切断し、鍛造工程を加えずに熱処理前の機械加工を施して所要の形状に形成し、当該部材に空気の影響を受けさせないで830 〜880 ℃から焼入れ処理を施工後、530 〜630 ℃から焼戻しを施工してピストンヘッドを形成したディーゼル機関等のピストンヘッドを提供するにある。
【０００９】
また、真空炉を利用して急冷焼入れ処理および急冷焼戻し処理を施工したディーゼル機関等のピストンヘッドを提供するにある。
【００１０】
さらに、酸素や水素の影響を受けさせないように不活性ガス雰囲気で急冷焼入れ処理および急冷焼戻し処理を施工したディーゼル機関等のピストンヘッドを提供するにある。
【００１１】
さらにまた、市販の丸型鋼材を、ＳＣＭ４３５又はＳＣＭ４４０、若しくはＳＣＭ４４５の高炭素量、高炭素当量の材料のものとしたディーゼル機関等のピストンヘッドを提供するにある。
【００１２】
さらにまた、炭素量が０．２３％以上、炭素当量が０．４１％を超える鋼材としたディーゼル機関等のピストンヘッドを提供するにある。
【考案の効果】
【００１３】
本考案は、実用新案登録請求の範囲の請求項１のように、市販の丸型圧延鋼材若しくは市販の丸型鍛造鋼材を含む市販の鋼材を所定の長さに輪切りに切断し、鍛造工程を加えずに熱処理前の機械加工を施して所要の形状に形成し、当該部材に空気の影響を受けさせないで830 〜880 ℃から焼入れ処理を施工後、530 〜630 ℃から焼戻しを施工したことによって、品質が確保された量産品の市販の丸型圧延鋼材若しくは市販の丸型鍛造鋼材の鋼材の素材を使用できて、従来の鍛造工程を省略して製造コストを削減できるとともに、強度および硬度にばらつきの少ない量産品を使用できて、製品の部位でばらつきの出る強度、硬度分布を防止できる。そして、当該部材に空気の影響を受けさせない状態として、焼入れ、焼戻しすることで硬くて強靱性を有する金属組織に改善を図り、かつ製品表面の酸素や水素の含浸を回避できて酸素や水素による製品への弊害を避けられ、製品の各部位で強度および硬度のばらつきのない強靱性を確保し、信頼性のあるピストンヘッドを形成できる。
【００１４】
このように鍛造素材改善工程の実施で、ピストンヘッド用に均一な組織の鋼材を確保し、この改善された素材を使って製品を完成させて供給することによって、各種ディーゼル機関の鍛鋼製ピストンヘッドの強度および硬度のばらつきによる破損、製品表面の酸素や水素含有に起因する酸化物等による破損、炭化物形成、水素脆性に起因する破損を防止できる。
【００１５】
また、上記請求項２のように、真空炉を利用して急冷焼入れ処理および急冷焼戻し処理を施工することによって、急冷焼入れ、急冷焼戻しで硬くて強靱性を有する金属組織に改善が図れ、製品表面の酸素、水素含浸を回避できて、酸素や水素による製品への弊害を避けられ、各種ディーゼル機関の鍛鋼製ピストンヘッドの所要の強度および硬度のばらつきによる破損、製品表面の酸素含有に起因する酸化物等による破損、炭化物形成、水素脆性に起因する破損を防止できる。
【００１６】
さらに、上記請求項３のように、酸素や水素の影響を受けさせないように不活性ガス雰囲気で急冷焼入れ処理および急冷焼戻し処理を施工することによって、同様にして強靱性を有する金属組織に改善が図れ、製品表面の酸素や水素含浸を回避できて、酸素や水素による製品への弊害を避けられ、各種ディーゼル機関の鍛鋼製ピストンヘッドの所要の強度および硬度のばらつきによる破損、製品表面の酸素含有に起因する酸化物等による破損、炭化物形成、水素脆性に起因する破損を防止できる。
【００１７】
さらにまた、上記請求項４のように、市販の丸型鋼材を、ＳＣＭ４３５又はＳＣＭ４４０、若しくはＳＣＭ４４５の高炭素量、高炭素当量の材料のものとすることによって、焼入れ性が優れ、良質なピストンヘッドを形成できる。
【００１８】
さらにまた、上記請求項５のように、炭素量が０．２３％以上、炭素当量が０．４１％を超える鋼材としたことによって、高耐久性のある良質なピストンヘッドを形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本考案の一実施例のピストンの側面図、
【図２】同上のピストンヘッドの製造過程の概要図、
【図３】同上のピストンヘッド部の拡大側断面図。
【考案を実施するための形態】
【００２０】
本考案のディーゼル機関等のピストンヘッドは、市販の丸型圧延鋼材若しくは市販の丸型鍛造鋼材を含む市販の鋼材を所定の長さに輪切りに切断し、鍛造工程を加えずに熱処理前の機械加工を施して所要の形状に形成し、当該部材に空気の影響を受けさせないで830 〜880 ℃から焼入れ処理を施工後、530 〜630 ℃から焼戻しを施工してピストンヘッドを形成したことを特徴としている。
【００２１】
従来、船舶等の各種ディーゼル機関等のピストンヘッドは、所要の金属材料から鍛造若しくは鋳造段階の素材工程を経て熱処理を加えて、各種ディーゼル機関等のピストンヘッドが必要とする所定の強度および硬度を確保するようにし、熱処理後に機械加工工程を経て完成品に仕上げられている。そのため、前記の鍛造素材工程の製品は、その製品の部位によって強度および硬度にばらつきができる。
【００２２】
そのため、本考案者らは、図１のように船級協会の鋼船規則の船用ディーゼル機関のピストン１のピストンヘッド２は、従来の鍛造工程を廃止し、図２のように市販の丸型圧延鋼材若しくは市販の丸型鍛造鋼材を含む市販の鋼材の素材３に置きかえ、鍛造比、強度および硬度一定の量産品を使用して、鍛造製品の部位でばらつきのある強度および硬度分布を防止するようにしている。
【００２３】
すなわち、図２のように均一な品質が保証された市販の丸型圧延鋼材若しくは市販の丸型鍛造鋼材を含む市販の鋼材の素材３を熱処理前の所要の機械加工するもので、所要のピストンヘッド製品に適した大きさに輪切り状に切断し、荒加工の上、完成加工前の半製品素材４を作成するようにしている。
【００２４】
そして、この機械加工完成加工前の半製品素材４を空気の影響を受けさせない、５〜１０ｈＰａ（５〜１０ミリバール）、好ましくは５ｈＰａ（５ミリバール）以下の真空や窒素ガス等の不活性雰囲気の熱処理炉で適正温度830 〜880 ℃から急冷焼入れをし、マルテンサイト組織化された金属組織をもつようにしている。真空等により製品表面の酸素や水素含有を防ぐことで、ディーゼル機関が稼動中に鍛鋼材のピストンヘッド１の腐食を起点とした破損、水素によるトラブルの要因を排除できて好ましい。
【００２５】
そしてまた、この半製品素材４を急冷焼入れ後、直ちに空気の影響を受けさせない、５〜１０ｈＰａ（５〜１０ミリバール）、好ましくは５ｈＰａ（５ミリバール）以下の真空や窒素ガス等の不活性雰囲気の電気炉やガス炉等の熱処理炉にて530 〜630 ℃から急冷焼戻しにより、急冷焼入れによるマルテンサイト組織を微細パーライト組織にして強靱性を持たせることができとともに、急冷焼戻しの熱処理中に空気に触れずに酸化物を生ぜずに粒界腐食の起因による亀裂の発生を防止でき、また水素脆性によるトラブルの要因を排除できて好ましい。前述の材料の焼入性は、鍛鋼製のピストンヘッドの代表的な材料のＳＣＭ４３５又はＳＣＭ４４０、ＳＣＭ４４５が、Ｓ４５Ｃより大幅に優れていて好ましい。
【００２６】
鍛鋼製のピストンヘッド２の代表的なＳＣＭ鍛鋼材の焼入れ焼戻し組織は、トールスタイト組織（400 ℃程度での焼戻し）又はソルバイト組織（600 ℃程度での焼戻し）と呼ばれる組織で、どちらもフェライト（純鉄）とセメンタイト（炭化物、Fe3C）からなっており、総称して微細パーライトとも呼ばれている。焼き入れのままだと、マルテンサイトという大変硬くて脆い組織となるが、このままだと使えないので、焼戻しする。
【００２７】
また、ベーナイト組織は、マスが大きい等の理由で冷却速度が小さくなった場合、やや粗い組織になる。厳密には、微細パーライトと言える。
【００２８】
このように鋼材素材工程において、真空炉や電気炉、ガス炉等を使った熱処理炉の特殊熱処理が完了し、ピストンヘッド素材が完成する。そこで、試験片を採取の上、ピストンヘッド素材段階での所定の試験をする。その後は、従来通りの機械加工工程を経て図３のような所要のピストンヘッド２の製品を完成させる。
【００２９】
このようにして鍛造工程を加えずに熱処理前の機械加工を施して所要のピストンヘッド形状に形成し、当該部材に空気の影響を受けさせないで所要の温度での油冷等による急冷焼入れ処理を施工後、冷風等による急冷焼戻しを施工して、製造コストセーブができるとともに、製品の部位でばらつきの出る強度および硬度分布を防止できる。このように金属組織の改善を図り、製品の各部位でばらつきのない強靱性を確保し、各種ディーゼル機関の鍛鋼製ピストンヘッドの強度および硬度のばらつきによる破損、製品表面の酸素含有に起因する酸化物等による破損、炭化物形成、水素脆性に起因する破損を防止できて、信頼性のあるピストンヘッド２を提供することができる。
【００３０】
上記では、市販の丸型圧延鋼材若しくは市販の丸型鍛造鋼材について説明したが、その他の市販の鋼材についても、本考案の趣旨にもとづいて適用することができ、炭素量が０．２３％以上、炭素当量が０．４１％を超える市販の丸型圧延鋼材若しくは市販の丸型鍛造鋼材を含む鋼材についても適用でき、また酸素や水素の影響を受けさせないように窒素ガスやアルゴンガス等の無酸素状態の不活性ガス雰囲気で油冷等の急冷焼入れ処理および急冷焼戻し処理を施工することもできる。
【実施例】
【００３１】
図１以下は、本考案の一実施例を示すものである。図１のように舶用のディーゼル機関のピストン１のピストンヘッド２の素材３は、均一な品質が保証された市販の所要径の丸型鍛造鋼材の素材３を所要のピストンヘッド形状の製品に適した大きさに輪切り状に切断し、荒加工の上、寸法検査、超音波検査、磁気探傷検査、染色浸透探傷検査等を行い、図２のようにピストンヘッド形状の半製品素材４を作成した。
【００３２】
そして、この半製品素材４を空気の影響を受けさせない、５〜１０ｈＰａ（５〜１０ミリバール）の真空熱処理炉で適正温度830 〜880 ℃から油冷の浸漬の急冷焼入れをし、急冷焼入れ後、直ちに電気炉にて530 〜630 ℃から均一状に冷却風を吹き付ける急冷焼戻しをし、急冷焼入れによるマルテンサイト組織を、急冷焼戻しで微細パーライト組織にして強靱性をもたせるようにした。その後、素材検査のための試験片を採取し、受検した。
【００３３】
そして、所要の機械加工工程で、精削加工、Ｃｒメッキ、研磨加工して完成品とし、完成検査、目視、計測硬度、磁気探傷検査、染色浸透探傷検査、水圧検査、船級等必要な受検をし、梱包、出荷納入等とするものである。
【００３４】
上記ピストンヘッドの素材３の化学成分は表１のとおりに機関メーカー仕様にそうものであり、またピストンヘッドの素材３の機械的性質についても表２のとおりに機関メーカー仕様にそうものである。
【００３５】
なお、ピストンスカート５、ピストンロッド６については、従来の化学成分、機械的性質に適合するものを、上記ピストンヘッド１に準拠して実施することができるものである。
【００３６】
上記では、ピストンヘッド２の素材３として、市販の丸型鍛造鋼材の実施例を説明したが、同様に市販の丸型圧延鋼材についても、同様に実施することができるものである。
【００３７】
表１  ピストンヘッドの素材の化学成分％
【表１】
0003175955.tif 000003
【００３８】
表２  ピストンヘッドの素材の機械的性質
【表２】
0003175955.tif 000004
【００３９】
また、酸素や水素の影響を受けさせないように窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気で急冷焼入れ処理および急冷焼戻し処理を施工することもでき、さらに炭素量が０．２３％以上、炭素当量が０．４１％を超えるＳＣＭ４３５又はＳＣＭ４４０、若しくはＳＣＭ４４５等の高炭素量、高炭素当量の市販の丸型圧延鋼材若しくは市販の丸型鍛造鋼材の鋼材についても適用できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本考案は、船舶のディーゼル機関のピストンヘッドのみならず、ガソリン機関、その他ピストンをもって往復運動を司る航空機、機関車等のすべての内燃機関ピストンヘッドに利用できる。
【符号の説明】
【００４１】
１…ピストン      ２…ピストンヘッド      ３…素材      ４…半製品素材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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