1前言

发动机被用作汽车等的动力源，但因为是以燃料的燃烧为驱动，所以必须使用耐高温的部件。发动机部件长期暴露在高温下，需要具有耐高温、耐氧化的特性，因此需要采用耐热钢或耐热合金。20世纪初的1910年开发了添加Cr和Ni的耐热钢，1930年左右开发了含Ni材料中添加Al和Ti的γ?析出强化型耐热合金。这些材料在应用于发动机部件时，制造工艺进行了各种演变。本文介绍了为应对降成本要求的省Ni化和高耐热材料的开发案例。

2开发案例

2.1汽油发动机涡轮壳体用耐热铸钢

随着发动机效率提高，排

气管温度上升，涡轮构成部件的壳体开始使用高耐热性铸钢来代替铸铁。尤其是汽油发动机，排气管温度可以达到950℃，甚至是1000℃以上的高温，由此对奥氏体系铸钢的需求增加。涡轮壳体由于加速器的开启和关闭，温度反复上升和下降，因此优异的热疲劳性能对涡轮壳体材料而言十分重要。为了提高热疲劳强度，除了提高材料的耐高温强度外，还要降低材料的热膨胀系数从而减少热应力的产生。因此，以Fe-0.3C-30Ni-25Cr-4W-1.6Nb （mass%）为基础，研究了各成分对强度和热膨胀系数的影响，结果发现增加W和C含量对提高高温强度有效，增加W、Ni、Cr和C含量对降低热膨胀系数有效。基于此结果，开发并实际使用了满足所需耐热温度的几种耐热铸钢。

2.2汽车排气阀用铁镍基耐热合金

发动机阀门与活塞的上下运动形成联动，从而控制气缸内允许气体进出的伞形阀部件，因此伞颈部位要求高弯曲疲劳强度。特别是排气侧的阀门，暴露于800℃以上的高温气体中，长期以来排气阀门使用JIS SUH35的高Mn-N奥氏体系耐热钢，也有用户使用Ni基或Fe-Ni基耐热合金。近年来，从低成本的需求出发进行了省Ni化的产品开发。其中之一的Fe-24Ni-15Cr-2Cu-2.2Ti-1.6Al-0.6Nb（mass%），该产品通过优化γ?，形成Al和Ti元素的平衡，从而提高γ?相的稳定性，并通过添加Cu提高冷加工性，可以冷锻加工，而且是可以采用直接时效保证高温强度。该合金产品被用于摩托车的排气阀门。另一种Fe-50Ni-15Cr-1.5Mo-1W-2.5Ti-1.4Al-1.3Nb（mass%）合金，其Ni含量比一直用于高强度阀门的Al l oy751（JIS NCF751）的70Ni低，但强度更高，并且是能够抑制σ相和η相等脆化相析出的合金，常用于运动型四轮汽车排气阀门。

2.3船舶排气阀用镍基耐热合金

船用发动机使用重油，虽然排气温度低于汽油发动机，但重油中所含的S和V对耐高温腐蚀有不利影响。因此，应用了由具有较高Cr含量的Ni-20Cr-Ti-Al组成的Al l oy80A（JIS NCF80A）合金。船用发动机也要求高效率化，因而排气温度呈上升趋势。因此，船用发动机部件已开始应用具有更高Cr含量的、耐高温腐蚀性和耐高温强度优异的Ni-38Cr-3.8Al（mass%） 合金。该合金不仅通过γ’相析出来强化，而且还通过α-Cr相以纳米级间隔层状析出来强化。通过阐明这种析出行为的机制，获得最佳热处理条件，从而实现所需强度特性。（全荣）