(57)【要約】      （修正有）【課題】高炭素鋼により製造された船舶用ディーゼル機関等のピストンヘッドであって、燃焼ガスによって焼損したピストンヘッドの触火面を機械的強度を低下させることなく肉盛溶接して補修したピストンヘッドを提供する。【解決手段】舶用のディーゼル機関のピストンヘッド１は、炭素量が０．２３％以上、炭素当量が０．４１％を超える高炭素量のＣｒ−Ｍｏ鋼でピストンヘッド形状に形成しているもので、燃焼ガスによる焼損が激しくなったピストンヘッド１の触火面３の肉盛溶接部を炭素当量Ｃｅｑ（％）に対して予熱温度ＰＴ（℃）＝Ｃｅｑ×Ｋ（Ｋ＝３５０〜５００）に予熱し、またインコネルの溶接にあたっては厳密な入熱管理、溶接手法による実験で求めた予熱温度２００〜３００℃で予熱して、肉盛溶接補修の溶着金属４を被覆する。さらに、５３０〜６３０℃から急冷焼戻しを施工してピストンヘッド１を補修形成する。【選択図】図２
0003175033.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｒ−Ｍｏ鋼のディーゼル機関等のピストンヘッドであって、
燃焼ガスによって焼損したピストンヘッドの触火面の肉盛溶接部を機械的性質の引張強さが８００Ｎ／ｍｍ2 以上となるように触火面を予熱して所要の肉盛溶接補修の溶着金属を被覆し、
530 〜630 ℃から急冷焼戻しを施工してピストンヘッドを補修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】
溶接棒として、ＳＣＭ４３５、ＳＣＭ４４０、ＳＣＭ４４５、１６ＣｒＭｏ４４、４２ＣｒＭｏ４に対応、または相当の溶着金属を使用し、炭素当量Ｃｅｑ（％）に対して予熱温度ＰＴ（℃）＝Ｃｅｑ×Ｋ（Ｋ＝３５０〜５００）に予熱して上記肉盛溶接補修の溶着金属をサブマージアーク溶接で被覆して肉盛補修した請求項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】
ピストンヘッドの触火面または肉盛溶接した触火面を予熱温度２００〜２５０℃、パス間温度２５０〜３００℃にして、インコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標））の耐高温耐蝕用のＮｉ基金属をサブマージアーク溶接で肉盛溶接補修して被覆した請求項１または２に記載のディーゼル機関等のピストンヘッド。
【請求項４】
肉盛溶接として母材のシート材の所要個所を凹ませてその凹ませ部に肉盛溶接をし、その凹ませ部に肉盛溶接をした部分を溶接試験規格に対応して切り取った試験片について所定の溶接検査試験をして機械的性質の引張強さが８００Ｎ／ｍｍ2 以上の溶接部である請求項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】
当該部材に空気の影響を受けさせないで真空炉、または酸素の影響を受けさせないように不活性ガス雰囲気で830 〜880 ℃から急冷焼入れ処理を施工し、530 〜630 ℃から急冷焼戻しを施工した請求項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６】
市販の丸型圧延鋼材若しくは市販の丸型鍛造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真空炉、または酸素の影響を受けさせないように不活性ガス雰囲気で830 〜880 ℃から急冷焼入れ処理を施工し、530 〜630 ℃から急冷焼戻しを施工してピストンヘッドを形成したもので、そのピストンヘッドの触火面に肉盛溶接補修した肉盛溶接とし、母材のシート材の所要個所を凹ませてその凹ませ部に肉盛溶接をし、その凹ませ部に肉盛溶接をした部分を溶接試験規格に対応して切り取った試験片について所定の溶接検査試験をして機械的性質の引張強さが８００Ｎ／ｍｍ2 以上の溶接部である請求項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。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、船舶等のディーゼル機関やガソリン機関等の内燃機関のＣｒ−Ｍｏ鋼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、所要の各種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、その後機械加工工程を経て完成品に仕上げられている。
【０００３】
これら各種ディーゼル機関等のピストンヘッドは、数百度の高温腐食性ガス雰囲気の中で、しかも過酷に使われるものは連続数十日の使用が繰り返し行われる。したがって、ピストンヘッドの触火面が腐食損耗したり、各部にクラックが発生したりして損傷が激しい部品である。
【０００４】
そこで、一般的には、定期的な点検が定められており、ピストンの各部位について基準を超えて損耗したり、クラック等による破損があれば、必要な補修を施したり、新品と交換される。
【０００５】
また、これら各種ディーゼル機関等のＣｒ−Ｍｏ鍛造鋼製のピストンヘッドは、溶着性が悪く、溶着しても熱処理段階で溶接ＨＡＺ部にクラックが発生して使用に耐えないため、炭素当量の高いＣｒ−Ｍｏ鍛造鋼材製ピストンヘッドは、殆どの場合、溶接補修が不可能であり、一部のエンジンメーカではこの種のピストンの溶接補修工事を中止したケースもあった。
【０００６】
さらに、Ｃｒ−Ｍｏ鍛造鋼製のピストンヘッドの強度に対応した市販の溶接棒が、確認されていないものであった。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】
そのため、船級協会の鋼船規則では鋼材の炭素量が0.23％、炭素当量が0.41％を超えるものは溶接をしてはならないとされている、耐久化がはかれる高炭素量、高炭素当量を含む船舶用のディーゼル機関等のピストンヘッドの触火面の溶接補修について、理論的に解明して耐久性よく溶接補修を可能と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、Ｃｒ−Ｍｏ鋼のディーゼル機関等のピストンヘッドであって、燃焼ガスによって焼損したピストンヘッドの触火面の肉盛溶接部を機械的性質の引張強さが８００Ｎ／ｍｍ2 以上となるように触火面を予熱して所要の肉盛溶接補修の溶着金属を被覆し、530 〜630 ℃から急冷焼戻しを施工してピストンヘッドを補修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を提供するにある。
【０００９】
また、溶接棒として、ＳＣＭ４３５、ＳＣＭ４４０、ＳＣＭ４４５、１６ＣｒＭｏ４４、４２ＣｒＭｏ４に対応、または相当の溶着金属を使用し、炭素当量Ｃｅｑ（％）に対して予熱温度ＰＴ（℃）＝Ｃｅｑ×Ｋ（Ｋ＝３５０〜５００）に予熱して上記肉盛溶接補修の溶着金属をサブマージアーク溶接で被覆して肉盛補修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を提供するにある。
【００１０】
さらに、ピストンヘッドの触火面または肉盛溶接した触火面を予熱温度２００〜２５０℃、パス間温度２５０〜３００℃にして、インコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）以下同じ）の耐高温耐蝕用のＮｉ基金属をサブマージアーク溶接で肉盛溶接補修して被覆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を提供するにある。
【００１１】
さらに、肉盛溶接として母材のシート材の所要個所を凹ませてその凹ませ部に肉盛溶接をし、その凹ませ部に肉盛溶接をした部分を溶接試験規格に対応して切り取った試験片について所定の溶接検査試験をして機械的性質の引張強さが８００Ｎ／ｍｍ2 以上の溶接部であることを特徴とする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】
またさらに、当該部材に空気の影響を受けさせないで真空炉、または酸素の影響を受けさせないように不活性ガス雰囲気で830 〜880 ℃から急冷焼入れ処理を施工し、530 〜630 ℃から急冷焼戻しを施工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を提供するにある。
【００１３】
さらにまた、市販の丸型圧延鋼材若しくは市販の丸型鍛造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真空炉、または酸素の影響を受けさせないように不活性ガス雰囲気で830 〜880 ℃から急冷焼入れ処理を施工し、530 〜630 ℃から急冷焼戻しを施工してピストンヘッドを形成したもので、そのピストンヘッドの触火面に肉盛溶接補修した肉盛溶接とし、母材のシート材の所要個所を凹ませてその凹ませ部に肉盛溶接をし、その凹ませ部に肉盛溶接をした部分を溶接試験規格に対応して切り取った試験片について所定の溶接検査試験をして機械的性質の引張強さが８００Ｎ／ｍｍ2 以上の溶接部であることを特徴とする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】
【００１４】
本考案は、実用新案登録請求の範囲の請求項１のように、Ｃｒ−Ｍｏ鋼のディーゼル機関等のピストンヘッドであって、燃焼ガスによって焼損したピストンヘッドの触火面の肉盛溶接部を機械的性質の引張強さが８００Ｎ／ｍｍ2 以上となるように触火面を予熱して所要の肉盛溶接補修の溶着金属を被覆し、530 〜630 ℃から急冷焼戻しを施工してピストンヘッドを補修形成したことによって、Ｃｒ−Ｍｏ鋼のピストンヘッドの触火面を耐久性よく肉盛溶接補修ができる。そして、焼戻しで金属のもろさによる弊害を避ける金属組織の改善を図り、製品の各部位で強度と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溶接補修して形成できる。
【００１５】
また、請求項２のように、溶接棒として、ＳＣＭ４３５、ＳＣＭ４４０、ＳＣＭ４４５、１６ＣｒＭｏ４４、４２ＣｒＭｏ４に対応、または相当の溶着金属を使用し、炭素当量Ｃｅｑ（％）に対して予熱温度ＰＴ（℃）＝Ｃｅｑ×Ｋ（Ｋ＝３５０〜５００）に予熱して上記肉盛溶接補修の溶着金属をサブマージアーク溶接で被覆して肉盛補修したことによって、殆んど溶接補修が不可能といわれていた高炭素量を含むＣｒ−Ｍｏ鋼のピストンヘッドの触火面を耐久性よく肉盛溶接補修ができ、かつ金属組織の改善を図り、製品の各部位で強度と硬度を高めて、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溶接補修して形成できる。
【００１６】
また、請求項３のように、ピストンヘッドの触火面または肉盛溶接した触火面を予熱温度２００〜２５０℃、パス間温度２５０〜３００℃にして、インコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ）の耐高温耐蝕用のＮｉ基金属をサブマージアーク溶接で肉盛溶接補修して被覆したことによって、インコネルのＮｉ基金属で触火面の耐高温耐蝕性を高められ、かつ製品の各部位で強度と硬度を高めて、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溶接補修して形成できる。
【００１７】
さらに、請求項４のように、肉盛溶接として母材のシート材の所要個所を凹ませてその凹ませ部に肉盛溶接をし、その凹ませ部に肉盛溶接をした部分を溶接試験規格に対応して切り取った試験片について所定の溶接検査試験をして機械的性質の引張強さが８００Ｎ／ｍｍ2 以上の溶接部であることによって、実体に近い状態の溶接結果の、ばらつきのない強靱性を確保した、信頼性のあるピストンヘッドを提供できる。
【００１８】
さらに、上記請求項５のように、当該部材に空気の影響を受けさせないで真空炉、または酸素の影響を受けさせないように不活性ガス雰囲気で830 〜880 ℃から急冷焼入れ処理を施工し、530 〜630 ℃から急冷焼戻しを施工したことによって、急冷焼入れ、急冷焼戻しでの製品表面の酸素含浸を回避できて、酸素による製品への弊害を避けられ、特に長時間使用されてピストンヘッドの鋼材がオーバーヒート等で金属組織がかなり粗大化されたものであっても、ピストンヘッドの強度と硬度のばらつきによる破損を回避でき、酸素含有に起因する酸化物等による破損、炭化物形成に起因する破損を防止できる。
【００１９】
さらにまた、上記請求項６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真空炉、または酸素の影響を受けさせないように不活性ガス雰囲気で830 〜880 ℃から急冷焼入れ処理を施工し、530 〜630 ℃から急冷焼戻しを施工してピストンヘッドを形成したもので、そのピストンヘッドの触火面に肉盛溶接補修した肉盛溶接とし、母材のシート材の所要個所を凹ませてその凹ませ部に肉盛溶接をし、その凹ませ部に肉盛溶接をした部分を溶接試験規格に対応して切り取った試験片について所定の溶接検査試験をして機械的性質の引張強さが８００Ｎ／ｍｍ2 以上の溶接部であることによって、ピストンヘッド用に均一な組織の鋼材を確保し、製品の各部位で強度と硬度にばらつきのない強靱性を確保し、酸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内燃機関の鍛鋼製ピストンヘッドの強度と硬度のばらつきによる破損を防止できる信頼性のあるピストンヘッドを形成でき、上記のように溶接補修して提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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部の拡大側断面図。
【図３】同上の肉盛溶接部と溶着金属部の強度試験の説明面用図（ａ）、（ｂ）、
【図４】同上のピストンヘッドの他の実施例の製造過程説明図。
【考案を実施するための形態】
【００２１】
本考案のディーゼル機関等のピストンヘッドは、Ｃｒ−Ｍｏ鋼のディーゼル機関等のピストンヘッドであって、燃焼ガスによって焼損したピストンヘッドの触火面の肉盛溶接部を機械的性質の引張強さが８００Ｎ／ｍｍ2 以上となるように触火面を予熱して所要の肉盛溶接補修の溶着金属を被覆し、530 〜630 ℃から急冷焼戻しを施工してピストンヘッドを補修形成したしたことを特徴としている。
【００２２】
舶用ディーゼル機関の内燃機関のピストンヘッド１は、図１、図２のようにピストンロッド２と連結されて使用されるもので、表１、表２のようにＣｒ−Ｍｏ鋼の鍛鋼材料で作られているが、炭素量が0.23％、炭素当量が0.41％を超えるものは溶着性が悪く、溶着しても熱処理段階で溶接ＨＡＺ部にクラックが発生して使用に耐えないため、殆んどの場合、溶接補修が不可能であった。船級協会の鋼船規則では、鋼材の炭素量が0.23％、炭素当量が0.41％を超えるものは、溶接をしてはならないとされている。但し、エンジンメーカで補修基準が定められていれば、その補修基準が優先されることとなっている。
【００２３】
表１  ピストンヘッドの素材の化学成分％
【表１】
0003175033.tif 000003
【００２４】
表２  ピストンヘッドの素材の機械的性質
【表２】
0003175033.tif 000004
【００２５】
そこで、本考案者らは、船級協会の鋼船規則の一般肉盛り用の肉盛溶接法にもとづいて、溶接作業並びに熱処理を研究し、溶接の感受性を和らげる溶接母材の予熱並びにパス間温度管理、溶接施工中に溶接剥離を起こさせない入熱量管理、溶接施工手法管理、及び溶接施工後、溶接ＨＡＺ部に剥離を起こさせないで靱性を確保させるための、空気の影響を受けさせないで焼入れ処理、焼戻しを施工して歪取り焼鈍処理等について研究した。
【００２６】
鍛鋼製のピストンヘッド１の代表的なＳＣＭ鍛鋼材の金属組織は、トールスタイト組織（400 ℃程度での焼戻し）又ソルバイト組織（800 ℃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。また、ぺーナイト組織は、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うことになる。
【００２７】
そこで、ピストンヘッド１の損耗した触火面３の肉盛溶接部を、母材の化学成分、溶接棒に対応して、炭素当量Ｃｅｑ（％）に対して予熱温度ＰＴ（℃）＝Ｃｅｑ×Ｋ（Ｋ＝３５０〜５００）で予熱したり、触火面３のインコ肉盛溶接を厳密な入熱管理、溶接手法による実験で求めた予熱温度２００〜３００℃で予熱するとともにパス間温度管理して上記した肉盛溶接の所要の溶着金属４を被覆し、530 〜630 ℃から急冷焼戻しを施工してピストンヘッド１を適正に補修できることが分かった。上記炭素当量について、Ｃｅｑ（％）＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５＋（Ｎｉ＋Ｃｕ）／１５の数式にもとづいて基本的に算出できる。Ｃ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｕは、当該ピストンヘッド１の素材の化学成分量（％）である。
【００２８】
このような各種ディーゼル機関のＣｒ−Ｍｏ鍛鋼製のピストンヘッド１の溶接補修に、船級協会の鋼船規則の一般肉盛り用で採用されている炭素量、炭素当量の規制を超えたＣｒ−Ｍｏ鍛鋼製ピストンヘッドの鍛鋼材料の中で炭素量、炭素当量が最も高いＳＣＭ４３５、ＳＣＭ４４０及びＳＣＭ４４５の強度に対応した市販のフラックス／溶接棒（PF-500/US-521H又はＨ80AK/US-80LT）又はその相当材溶接棒により補修肉盛溶接を施工できる。また、ピストンヘッド１の触火面３に上記した溶接棒に代え、若しくは上記した肉盛溶接した触火面３にその上に重ね合わせるようにして、耐腐食性に優れたインコネル６００、６０１、６２５等のＮｉ基金属を、その市販のフラックス／溶接棒（PFB-70N/1NT-625A）又はその相当材溶接棒により肉盛溶接を施工することができる。
【００２９】
そして、上記のように理論的な根拠に基づいて試験を実施し、溶接性を確認した。溶接試験方法は、従来、いわゆる突き合わせの肉盛溶接による強度試験が規定されているが、本考案のようにピストンヘッド１の触火面３に肉盛溶接する場合、実際の使用状態を反映しているものではなかった。そこで、図３（ａ）、（ｂ）のように母材の試験片５にＶ字状やＵ字状等に凹ませ、母材を残した上記凹み部に肉盛溶接して、引っ張り試験やシャルピー試験等の各種の所定の肉盛溶接部の試験、溶着金属部の試験を実行することが実体にそうものである。本件は、図３（ａ）、（ｂ）のように母材の試験片５にＵ字状に凹ませ、この凹み部に肉盛溶接して、肉盛溶接試験にそうように一点鎖線のように所定の大きさに切り取った試験片５で試験、および溶着金属部から切り取った溶着金属４の試験を実施した。
【００３０】
従来、溶接後焼鈍時に溶接ＨＡＺ部に度々剥離が発生していたが、溶接後の歪取り焼鈍時の焼戻しもろさによる剥離の発生メカニズムが明確になり、効率的に耐久性よく補修ができると共に信頼性の向上が図れ、補修完成の歩留が良く、コスト削減ができることを確証できた。
【００３１】
過酷に長時間使用されたディーゼル機関のＣｒ−Ｍｏ鍛鋼のピストンヘッド１の鋼材は、オーバヒート等により金属組織がかなり粗大化されるが、上記のように適正温度で溶体化処理をし、必要により、５〜１０ｈＰａ（５〜１０ミリバール）、好ましくは１０ｈＰａ（１０ミリバール）以下の真空炉を使って真空による製品表面の酸素含有を防ぐことで、ディーゼル機関が稼動中に鍛鋼材ピストンヘッドの腐食を起点とした破損によるトラブルの要因を排除すると共に、急冷焼戻しすることにより、溶接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もたせることが可能となる。
【００３２】
なお、図４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の鋼材の素材６を輪切り状に切断して、鍛造工程を経ずに製造するピストンヘッドについて、酸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、急冷焼戻し処理を施工したものについても、施工可能である。
【実施例】
【００３３】
図１〜図３は、本考案の実施例を示すものである。舶用のディーゼル機関のピストンヘッド１は、炭素量が０．２３％以上、炭素当量が０．４１％を超える高炭素量のＣｒ−Ｍｏ鋼でピストンヘッド形状に形成しているもので、燃焼ガスによる焼損が激しくなったピストンヘッド１の触火面３の肉盛溶接部を炭素当量Ｃｅｑ（％）に対して予熱温度ＰＴ（℃）＝Ｃｅｑ×Ｋ（Ｋ＝３５０〜５００）に予熱し、またインコネルの溶接にあたっては厳密な入熱管理、溶接手法による実験で求めた予熱温度２００〜３００℃で予熱して、肉盛溶接補修の溶着金属を被覆した。
【００３４】
上記ピストンヘッドの素材１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１の素材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。なお、表１の化学成分にもとづいて、炭素当量について、Ｃｅｑ（％）＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５＋（Ｎｉ＋Ｃｕ）／１５の数式にもとづいて基本的に算出できる。
【００３５】
表３は、上記ピストンヘッド１の溶接条件を示すもので、溶接棒として、ＳＣＭ４４０及びＳＣＭ４４５の強度に対応した市販の溶接棒／フラックス（US-521H/PF-500) 、（US-80LT/H80AK ）、その相当材および溶接棒／フラックス（INT-625A/PFB-70N）により補修肉盛溶接を施工したのである。予熱は、表４の化学成分から、上記の炭素当量の算出式にもとづいて基本的に算出して調整した３００〜４５０℃のものと、インコネルについては、溶接手法による実験で求めた予熱温度２００〜３００℃、パス間温度２００〜２５０℃で、表３のとおりである。焼鈍（焼戻し）は５５０±１０℃である。
表４は、上記ピストンヘッド１の供試母材および溶着金属の性状であり、表１にもとづいている。
【００３６】
そして、上記した図３（ａ）、（ｂ）のように母材のシート材に凹ませた凹み部に肉盛溶接した試験片５について、溶接試験に基づいて実施し、溶接性を確認した。その結果、表３のように十分な引張強度を有し、肉盛溶接部は機械的性質の引張強さが８００Ｎ／ｍｍ2 以上であり、燃焼ガスによって焼損したピストンヘッドの触火面３の耐久化がはかれる。従来の溶接後焼鈍時に溶接ＨＡＺ部に度々剥離が発生していたが、溶接後の歪取り焼鈍時の焼戻しもろさによる剥離の発生もなく、十分な強度と硬度を有し、耐久性のよい補修ができ、信頼性の向上が図れ、補修完成の歩留が良く、コスト削減ができる。なお、母材のシート材の試験片５は、試験ピースだけでなく、損耗した母材を使用することもできる。
【００３７】
また、過酷に長時間使用されたディーゼル機関のＣｒ−Ｍｏ鍛鋼製ピストンヘッド１の鋼材は、オーバヒート等により金属組織がかなり粗大化されているが、当該部材に空気の影響を受けさせない、５〜１０ｈＰａ（５〜１０ミリバール）の真空状態で830 〜880 ℃から急冷焼入れを施工してピストンヘッド１を肉盛溶接補修をした。真空熱処理炉で製品表面の酸素浸透を防ぐことで、ディーゼル機関が稼動中に鍛鋼材ピストンヘッドの腐食を起点とした破損によるトラブルの要因を排除すると共に、溶接後は直ちに530 〜550 ℃から急冷焼戻しすることにより、溶接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もたせることができた。
【００３８】
表３  ピストンヘッドの溶接条件および機械的性質
【表３】
0003175033.tif 000005
【００３９】
また、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、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。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と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。そのため、従来の鍛造工程を廃止し、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の素材に置きかえ、強度、鍛造比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分布を防止するようにした。
【００４０】
図４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の素材６を所要の機械加工し、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７を作成する。そして、この半製品素材８を適正温度830 〜880 ℃から油冷等の急冷焼入れをして、焼入れ後、直ちに電気炉やガス炉等の熱処理炉にて530 〜630 ℃から急冷焼戻し、上記のように強化できる。特に、空気の影響を受けさせない、熱処理炉で真空等により製品表面の酸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によるトラブルの要因を排除できる。
【００４１】
表４  ピストンヘッドの供試母材および溶着金属の性状
【表４】
0003175033.tif 000006
【００４２】
こ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、所要の温度での焼入れ処理を施工後、急冷焼戻しを施工して、品質が確保された市販の一定の強度、鍛造比を持っ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を素材に使用して、製造コストセーブができるとともに、鍛造比にばらつきの少ない量産品を使用して、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、各種ディーゼル機関のピストンヘッドの強度およびのばらつきによる破損を防止できる。空気の影響を受けさせない、上記したように真空等で熱処理することが好ましい。
【００４３】
上記では、炭素量が０．２３％以上、炭素当量が０．４１％を超える鍛造鋼材を含む鋼材について説明したが、上記した市販の丸型圧延鋼材若しくは市販の丸型鍛造鋼材の市販の鋼材についても適用でき、また必要により、酸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熱処理を施工することもできる。
【００４４】
なお、ピストンロッド２、ピストンスカート８についても、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。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
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】
【００４６】
１…ピストンヘッド    ２…ピストンロッド    ３…触火面    ４…溶接金属
【図１】
0003175033.tif 000007
【図２】
0003175033.tif 000008
【図３】
0003175033.tif 000009
【図４】
0003175033.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成24年2月7日(2012.2.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
鍛鋼製のピストンヘッド１の代表的なＳＣＭ鍛鋼材の金属組織は、トールスタイト組織又ソルバイト組織と呼ばれる組織で、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。また、べーナイト組織は、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うことになる。
【手続補正書】
【提出日】平成24年2月16日(2012.2.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
表１  ピストンヘッドの素材の化学成分％
【表１】
0003175033.tif 000011