(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に高温耐食合金が多層に肉盛され、
熱疲労き裂の発生を防止することができる前記肉盛の厚さの上限を、肉盛材の特性である応力振幅と肉盛厚さとの関係と、応力振幅と繰り返し数との関係とに基づいて、エンジンの起動・停止の想定回数から、決定し、この決定された肉盛厚さ以下となるように肉盛を形成することを特徴とする肉盛強化ピストンの製造方法。
【請求項２】
上面に高温耐食合金が多層に肉盛され、
前記高温耐食合金がニッケル５８重量％以上、クロム２０〜２３重量％、モリブデン８〜１０重量％を含む高ニッケル基合金鋼であり、
熱疲労き裂の発生を防止することができる前記肉盛の厚さの上限を、肉盛材の特性である応力振幅と肉盛厚さとの関係と、応力振幅と繰り返し数との関係とに基づいて、エンジンの起動・停止の想定回数から、決定し、この決定された肉盛厚さ以下となるように肉盛を形成することを特徴とする肉盛強化ピストンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は肉盛強化ピストンの製造方法に関し、特に、陸用や舶用のディーゼルエンジンのピストンに適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来のディーゼルエンジンのピストンの正面図である。図５に示すように、ピストン１は、ピストン触火面における高温腐食を防止するため、上面に肉盛５が形成された肉盛強化ピストンである。ピストン１の材質（ピストン母材の材質）は、通常、クロムを１重量％程度以下、モリブデンを０．５重量％程度以下含有する低クロム・モリブデン鋼である。
【０００３】
このピストン１のピストン触火面２は、エンジンの運転中には、燃焼ガスにより５００℃以上の高温にさらされており、この燃焼ガス中に含まれるバナジウム、ナトリウム、硫黄などによって高温腐食を発生する場合がある。
【０００４】
このため、高温腐食が発生したピストン触火面２の補修として、ピストン１の上面の全面に、耐食性に優れたニッケル５８重量％以上、クロム２０〜２３重量％、モリブデン８〜１０重量％を含む高ニッケル基合金鋼が溶接肉盛される場合がある。この場合、肉盛された高ニッケル基合金鋼の表面がピストン触火面となる。そして、この溶接肉盛の従来の方法は、肉盛厚さｔ0 ＝５〜６ｍｍの肉盛を一層盛る方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の肉盛方法には、次のような二つの不具合がある。
【０００６】
▲１▼  一つ目の不具合は、耐食性の向上に効く肉盛材（高ニッケル基合金鋼）中のクロム及びモリブデンが、肉盛溶接中の入熱により、肉盛材よりもクロム及びモリブデン濃度の低いピストン母材の方に拡散（希釈）して、肉盛層中のクロム及びモリブデン濃度が低下し、期待した耐食性が得られない場合があることである。
【０００７】
▲２▼  二つ目の不具合は、ピストン母材と肉盛材との熱伝導率及び線膨張係数が違うため、エンジンの起動・停止に伴う温度変化サイクル毎に、ピストン母材と肉盛材との間に繰り返し熱応力が発生し、熱疲労き裂が生じる場合があることである。
【０００８】
［表１］にはピストン母材（低クロム・モリブデン鋼）と肉盛材（高ニッケル基合金鋼）の熱伝導率及び線膨張係数の例（５００℃）を示す。［表１］に示すように、肉盛材である高ニッケル基合金鋼は熱伝導率及び線膨張係数がピストン母材である低クロム・モリブデン鋼よりも小さい。
【０００９】
【表１】
0003835916.tif 000002
【００１０】
従って本発明は上記従来技術に鑑み、ピストン触火面（肉盛の表面）は期待どおりの耐食性が得られ、また、エンジンの起動・停止に伴う温度変化サイクルによる熱疲労き裂が生じにくい肉盛強化ピストンの製造方法を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の肉盛強化ピストンの製造方法は、上面に高温耐食合金が多層に肉盛され、熱疲労き裂の発生を防止することができる前記肉盛の厚さの上限を、肉盛材の特性である応力振幅と肉盛厚さとの関係と、応力振幅と繰り返し数との関係とに基づいて、エンジンの起動・停止の想定回数から、決定し、この決定された肉盛厚さ以下となるように肉盛を形成することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の肉盛強化ピストンの製造方法は、上面に高温耐食合金が多層に肉盛され、
前記高温耐食合金がニッケル５８重量％以上、クロム２０〜２３重量％、モリブデン８〜１０重量％を含む高ニッケル基合金鋼であり、
熱疲労き裂の発生を防止することができる前記肉盛の厚さの上限を、肉盛材の特性である応力振幅と肉盛厚さとの関係と、応力振幅と繰り返し数との関係とに基づいて、エンジンの起動・停止の想定回数から、決定し、この決定された肉盛厚さ以下となるように肉盛を形成することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１５】
＜構成＞
図１は本発明の実施の形態に係るディーゼルエンジンのピストンの正面図である。図１に示した本実施の形態に係るピストン１の材質（ピストン母材の材質）は、クロムを１重量％程度以下、モリブデンを０．５重量％程度以下含有する低クロム・モリブデン鋼である。
【００１６】
そして、図１に示すように、このピストン１は、ピストン触火面における高温腐食を防止するため、ピストン１の上面の全面に、耐食性に優れたニッケル５８重量％以上、クロム２０〜２３重量％、モリブデン８〜１０重量％を含む高ニッケル基合金鋼が二層に肉盛された肉盛強化ピストンである。即ち、高ニッケル基合金鋼が一層目３と二層目４の２段階に分けて肉盛されており、二層目４の表面が燃焼ガスにより５００℃以上の高温にさらされるピストン触火面２となっている。また、この肉盛の一層目３の厚さはt1、二層目４の厚さはt2である。
【００１７】
この場合、肉盛の厚さ（t1＋t2）の上限は熱疲労き裂発生防止の観点から決定される。即ち、エンジンの起動・停止の温度変化サイクルに起因する熱疲労き裂の発生を防止するために、肉盛厚さ（t1＋t2）の上限は、耐用回数（エンジンの起動・停止の回数）との関係で決定する。具体的には、次のとおりである。
【００１８】
図２はピストン触火面温度と肉盛厚さとの関係を示す肉盛材の特性図である。なお、図２に示す肉盛厚さは二層合計の厚さ（t1＋t2）である。［表１］に示すように肉盛材である高ニッケル基合金鋼はピストン母材である低クロム・モリブデン鋼に比べて熱伝導率が低いため、ピストン１の上面に高ニッケル基合金鋼を肉盛するとピストン内部からの冷却効果が悪くなる。このため、図２に示すように、ピストン触火面２の温度は、肉盛厚さが厚くなるほど高くなる。
【００１９】
図３はエンジンの起動・停止毎に図２に示す温度変化サイクルを受けた場合にピストン触火面で繰り返し発生する応力振幅と肉盛厚さとの関係を示す肉盛材の特性図である。なお、図３に示す応力振幅の値は肉盛材（高ニッケル基合金鋼）の特性値を使って肉盛厚さをパラメータとした解析値である。また、図３に示す肉盛厚さは二層合計の厚さ（t1＋t2）である。図３に示すように、応力振幅は、図２に示すピストン触火面温度及び［表１］に示す肉盛材とピストン母材との線膨張係数の差と相俟って、肉盛厚さが厚くなるほど大きくなる。
【００２０】
図４は肉盛材の疲労線図、即ち応力振幅と熱疲労き裂発生に至る繰り返し数との関係を示す肉盛材の特性図である。図４に示すように、応力振幅が大きいほど、熱疲労き裂発生に至る繰り返し数は少ない。
【００２１】
従って、肉盛厚さ（t1＋t2）の上限は、上記の図３、図４の特性図を使って次のように決定する。
【００２２】
エンジンの起動・停止の想定回数をＮ回とすると、図４より、Ｎ回の繰り返し数に対応する許容応力振幅ΔσN が決定される。そして、図３より、応力振幅をΔσN 以下に抑えることができる肉盛厚さｔN が求まる。即ち、エンジンの起動・停止による温度変化サイクルに起因する熱疲労き裂の発生を防止するためには、エンジンの起動・停止回数をＮ回と想定すると、肉盛厚さをｔN 以下にする必要がある。以上の手順により、肉盛厚さの上限を決定することができる。
【００２３】
＜作用・効果＞
［表２］に肉盛材を一層盛した場合と二層に分けて肉盛した場合の肉盛材表面の材料成分分析結果を示す。
【００２４】
【表２】
0003835916.tif 000003
【００２５】
［表２］に示すように、従来のように一層盛にした場合にはモリブデンが規格値を満足していないのに対して、本実施の形態のように二層盛にした場合には耐食性の向上に効くクロム及びモリブデンの両方の成分が規格値を満足している。これは、ピストン１の上面に一層目３と二層目４の２段階に分けて肉盛することにより、二層目４の肉盛材中のクロム及びモリブデンがクロム及びモリブデン濃度の低いピストン母材へ拡散（希釈）するのを低減することができるためである。従って、ピストン触火面（肉盛の表面）２は、期待どおりの耐食性が得られる。
【００２６】
また、肉盛材の特性、即ち、応力振幅と肉盛厚さとの関係（図３）と、応力振幅と繰り返し数との関係（図４）とに基づいて、エンジンの起動・停止の想定回数から、熱疲労き裂の発生を防止することができる肉盛厚さの上限を合理的に決定することができるため、この決定された肉盛厚さ以下となるように肉盛を形成することによって、確実に熱疲労き裂の発生を防止することができる。つまり、二層盛にする場合の肉盛り厚さの上限を合理的に決定することにより、エンジンの起動・停止に伴う温度変化サイクルによる熱疲労き裂が生じにくくなる。
【００２７】
なお、上記では、二層盛の場合を例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、多層盛（二層以上）であればよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上、発明の実施の形態と共に具体的に説明したように、本発明の肉盛強化ピストンの製造方法は、上面に高温耐食合金が多層に肉盛され、熱疲労き裂の発生を防止することができる前記肉盛の厚さの上限を、肉盛材の特性である応力振幅と肉盛厚さとの関係と、応力振幅と繰り返し数との関係とに基づいて、エンジンの起動・停止の想定回数から、決定し、この決定された肉盛厚さ以下となるように肉盛を形成することを特徴とする。
【００２９】
従って、この肉盛強化ピストンの製造方法によれば、高温耐食合金（肉盛材）を多層に肉盛したことにより、高温耐食合金中の耐食性向上に効く成分がピストン母材の方へ拡散（希釈）するのを低減して、高温耐食合金の成分を確保することができる。このため、ピストン触火面（肉盛の表面）は、期待どおり耐食性が得られる。
また、この肉盛強化ピストンの製造方法によれば、高ニッケル基合金鋼等の肉盛材を多層に肉盛する場合の肉盛り厚さの上限を合理的に決定することにより、エンジンの起動・停止に伴う温度変化サイクルによる熱疲労き裂が生じにくくなる。
【００３０】
また、本発明の肉盛強化ピストンの製造方法は、上面に高温耐食合金が多層に肉盛され、前記高温耐食合金がニッケル５８重量％以上、クロム２０〜２３重量％、モリブデン８〜１０重量％を含む高ニッケル基合金鋼であり、熱疲労き裂の発生を防止することができる前記肉盛の厚さの上限を、肉盛材の特性である応力振幅と肉盛厚さとの関係と、応力振幅と繰り返し数との関係とに基づいて、エンジンの起動・停止の想定回数から、決定し、この決定された肉盛厚さ以下となるように肉盛を形成することを特徴とする。
【００３１】
従って、この肉盛強化ピストンの製造方法によれば、高ニッケル基合金鋼（肉盛材）を多層に肉盛したことにより、高ニッケル基合金鋼中の耐食性向上に効く成分（クロム及びモリブデン）がピストン母材の方へ拡散（希釈）するのを低減して、高ニッケル基合金鋼の成分を確保することができる。このため、ピストン触火面（肉盛の表面）は、期待どおり耐食性が得られる。
また、この肉盛強化ピストンの製造方法によれば、高ニッケル基合金鋼等の肉盛材を多層に肉盛する場合の肉盛り厚さの上限を合理的に決定することにより、エンジンの起動・停止に伴う温度変化サイクルによる熱疲労き裂が生じにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るディーゼルエンジンのピストンの正面図である。
【図２】ピストン触火面温度と肉盛厚さとの関係を示す肉盛材の特性図である。
【図３】エンジンの起動・停止毎に図２に示す温度変化サイクルを受けた場合にピストン触火面で繰り返し発生する応力振幅と肉盛厚さとの関係を示す肉盛材の特性図である。
【図４】肉盛材の疲労線図、即ち応力振幅と熱疲労き裂発生に至る繰り返し数との関係を示す肉盛材の特性図である。
【図５】従来のディーゼルエンジンのピストンの正面図である。
【符号の説明】
１  肉盛強化ピストン
２  ピストン触火面
３  肉盛一層目
４  肉盛二層目
t1  一層目の肉盛厚さ
t2  二層目の肉盛厚さ
【図１】
0003835916.tif 000004
【図２】
0003835916.tif 000005
【図３】
0003835916.tif 000006
【図４】
0003835916.tif 000007
【図５】
0003835916.tif 000008