本發(fā)明的實(shí)施方式涉及活塞用球墨鑄鐵、一體型活塞和船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
：到目前為止，作為游船、輪船等小型船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞、油輪的輔機(jī)和主機(jī)等船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞，使用了具有冠部和裙部?jī)蓚€(gè)構(gòu)成部的組裝型活塞、以及整體上是一體形成的一體型活塞。在組裝型活塞中，構(gòu)成頭部的冠部由低合金鋼形成，裙部由鑄鐵形成。另一方面，一體型活塞由球墨鑄鐵形成。在此，一體型活塞與具有兩個(gè)構(gòu)成部的組裝型活塞相比，能夠削減制造工序。而且，由球墨鑄鐵形成的一體型活塞與使用低合金鋼的組裝型活塞相比，制造成本低。一體型活塞具有這樣的優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)有的球墨鑄鐵在現(xiàn)有的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，作為構(gòu)成一體型活塞的材料，在使用中不會(huì)發(fā)生與耐熱性和壽命相關(guān)的問(wèn)題。關(guān)于船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)，近些年來(lái)廢氣限制對(duì)策、高效率化一直在推進(jìn)。由此，船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)被要求高輸出化。因此，作用于構(gòu)成發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞的熱負(fù)載上升。即、作用于構(gòu)成一體型活塞的球墨鑄鐵的熱負(fù)載上升。在該熱負(fù)載上升的情況下，反復(fù)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)作和停止，將使得施加于一體型活塞、即球墨鑄鐵的熱疲勞增大。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)平08－260161號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2：日本特開(kāi)2003－083159號(hào)公報(bào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：伴隨上述高輸出化而來(lái)的熱疲勞的增大有可能導(dǎo)致一體型活塞發(fā)生破裂。即、對(duì)于形成一體型活塞的現(xiàn)有的球墨鑄鐵而言，在謀求高輸出化的發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，難以獲得充分的耐熱性和壽命。本發(fā)明要解決的問(wèn)題在于提供維持強(qiáng)度及硬度的同時(shí)，耐熱性及壽命優(yōu)異的活塞用球墨鑄鐵、由該球墨鑄鐵形成的一體型活塞、以及具有該活塞的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)。實(shí)施方式的活塞用球墨鑄鐵以質(zhì)量計(jì)，含有C：2.7～4.3％、Si：2.0～3.5％、Mn：0.3～0.8％、Mg：0.02～0.10％、Cu：0.3～1.0％、Cr：0.05～0.90％、Mo：0.05～1.00％，余下部分由Fe及不可避免雜質(zhì)構(gòu)成。而且，C含量及Si含量在表示C含量與Si含量的關(guān)系的圖中，處于被依次連結(jié)由(C含量，Si含量)所示的點(diǎn)A(2.7％，3.5％)、點(diǎn)B(3.2％，2.0％)、點(diǎn)C(4.3％，2.0％)、點(diǎn)D(3.8％，3.5％)各點(diǎn)的線圍成的組成范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明能夠提供維持強(qiáng)度及硬度的同時(shí)耐熱性及壽命優(yōu)異的活塞用球墨鑄鐵、由該球墨鑄鐵形成的一體型活塞和具有該活塞的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)。附圖說(shuō)明圖1是表示C含量與Si含量的關(guān)系的圖。圖2是由實(shí)施方式的球墨鑄鐵制作的一體型活塞的側(cè)視圖。圖3是表示具有實(shí)施方式的一體型活塞的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)成的圖。圖4是具有實(shí)施方式的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)的船舶的側(cè)視圖。具體實(shí)施方式以下說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。在以下的說(shuō)明中，表示組成成分的％在未特別明確記載的情況下為質(zhì)量％。圖1是表示C含量與Si含量的關(guān)系的圖。實(shí)施方式的活塞用球墨鑄鐵(以下稱為球墨鑄鐵。)含有C：2.7～4.3％、Si：2.0～3.5％、Mn：0.3～0.8％、Mg：0.02～0.10％、Cu：0.3～1.0％、Cr：0.05～0.90％、Mo：0.05～1.00％，余下部分由Fe及不可避免雜質(zhì)構(gòu)成。另外，實(shí)施方式的球墨鑄鐵中的C含量及Si含量在圖1中處于被依次連結(jié)由(C含量，Si含量)所示的點(diǎn)A(2.7％，3.5％)、點(diǎn)B(3.2％，2.0％)、點(diǎn)C(4.3％，2.0％)、點(diǎn)D(3.8％，3.5％)各點(diǎn)的線圍成的組成范圍內(nèi)。此外，作為C含量及Si含量，也包含依次連結(jié)各點(diǎn)的線上部分。該圍成的范圍內(nèi)的碳當(dāng)量CE(CE＝C+1/3×Si)為3.87～4.97。在此，作為實(shí)施方式的球墨鑄鐵中的不可避免雜質(zhì)，例如可以列舉出S、P等。優(yōu)選，至少將這些不可避免雜質(zhì)中的S抑制在0.05％以下，將P抑制在0.1％以下。實(shí)施方式的球墨鑄鐵在基體組織中具有球狀的石墨結(jié)晶。該球墨鑄鐵中石墨的球化率在80％以上。該球化率是遵照J(rèn)ISG5502計(jì)算出來(lái)的。此外，一般將石墨的球化率在80％以上的鑄鐵稱為球墨鑄鐵。優(yōu)選，在實(shí)施方式的球墨鑄鐵中，除了石墨組織以外的基體組織中的炭化物比例在1.6％以下。此外，該碳化物比例是以下所示的平均碳化物比例。碳化物比例例如利用以下所示的方法來(lái)計(jì)算。將球墨鑄鐵的組織截面使用奈塔爾(nital)腐蝕液腐蝕。接下來(lái)，用顯微鏡來(lái)觀察組織截面。此時(shí)，例如使用倍率為100倍來(lái)對(duì)5個(gè)視野進(jìn)行觀察。針對(duì)各視野進(jìn)行圖像處理，分別計(jì)算出碳化物所占的總面積及石墨組織所占的總面積。然后，求出碳化物所占的面積相對(duì)于除去了石墨組織的視野面積的比例。即、將碳化物所占的面積除以除了石墨組織以外的視野面積來(lái)計(jì)算碳化物比例。對(duì)基于各視野計(jì)算出的碳化物比例進(jìn)行算術(shù)平均，得到平均碳化物比例。基體中的碳化物使韌性降低。因此，通過(guò)使碳化物比例在1.6％以下來(lái)抑制韌性降低。另外，碳化物比例即使在該范圍中也是越低越好。實(shí)施方式的球墨鑄鐵是珠光體系(珠光體主體)的球墨鑄鐵。實(shí)施方式的球墨鑄鐵的基體組織由珠光體組織、鐵素體組織、石墨組織及碳化物構(gòu)成。在此，所謂珠光體系(珠光體主體)的球墨鑄鐵是指在除了石墨組織以外的球墨鑄鐵的基體組織中，珠光體組織的比例超過(guò)50％的球墨鑄鐵。優(yōu)選，在實(shí)施方式的球墨鑄鐵中，珠光體組織比例為60～100％。優(yōu)選該范圍是因?yàn)槟軌蛲瑫r(shí)獲得韌性和強(qiáng)度。進(jìn)一步優(yōu)選，珠光體組織比例為90～100％。另外，該珠光體組織比例是以下所示的平均珠光體組織比例。珠光體組織比例例如利用以下所示的方法計(jì)算。將球墨鑄鐵的組織截面使用奈塔爾腐蝕液腐蝕。接下來(lái)，用顯微鏡觀察組織截面。此時(shí)，例如使用倍率為100倍來(lái)對(duì)5個(gè)視野進(jìn)行觀察。針對(duì)各視野進(jìn)行圖像處理，分別計(jì)算出珠光體組織所占的總面積及石墨組織所占的總面積。然后，求出珠光體組織所占的面積相對(duì)于除了石墨組織以外的視野面積的比例。即、將珠光體組織所占的面積除以除了石墨組織以外的視野面積來(lái)計(jì)算珠光體組織比例。對(duì)基于各視野計(jì)算出的珠光體組織比例進(jìn)行算術(shù)平均，得到平均珠光體組織比例?；w中的珠光體組織提高強(qiáng)度(拉伸強(qiáng)度)。因此，通過(guò)使實(shí)施方式的球墨鑄鐵為珠光體系球墨鑄鐵，能夠得到優(yōu)異的強(qiáng)度(拉伸強(qiáng)度)。實(shí)施方式的球墨鑄鐵例如優(yōu)選用作構(gòu)成船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞的材料。作為船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)例如可以列舉出孔徑(汽缸直徑)為150mm～350mm左右的發(fā)動(dòng)機(jī)。另外，作為船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)可以列舉出輸出為500PS～4500PS的發(fā)動(dòng)機(jī)。即、實(shí)施方式的球墨鑄鐵可以用作構(gòu)成小型～中型船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞的材料。這樣的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，活塞的溫度例如為500℃左右。接下來(lái)，對(duì)上述實(shí)施方式的球墨鑄鐵中的各組成范圍的限定理由進(jìn)行說(shuō)明。(1)C(碳)C是使球狀石墨結(jié)晶析出所需的元素。C含有率在2.7％以上時(shí)，球化率在80％以上的球狀石墨結(jié)晶析出。另一方面，C含有率在4.3％以下時(shí)，將會(huì)抑制石墨的顯著結(jié)晶析出，維持球化率在80％以上的球狀石墨的結(jié)晶析出。另外，為了維持80％以上的球化率，C含有率在表示C含量與Si含量的關(guān)系的圖1中，處于連結(jié)點(diǎn)A(2.7％，3.5％)和點(diǎn)B(3.2％，2.0％)的直線AB以上且處于連結(jié)點(diǎn)C(4.3％，2.0％)和點(diǎn)D(3.8％，3.5％)的直線CD以下。通過(guò)使C含有率在直線AB以上，來(lái)抑制收縮性的劣化。另一方面，通過(guò)使C含有率在直線CD以下，來(lái)抑制碳浮渣缺陷、石墨漂浮的發(fā)生。在此，進(jìn)一步優(yōu)選，C含有率在表示C含量與Si含量的關(guān)系的圖1中，在連結(jié)點(diǎn)E(3.3％，2.8％)和點(diǎn)F(3.43％，2.4％)的直線EF以上且在連結(jié)點(diǎn)G(3.7％，2.4％)和點(diǎn)H(3.57％，2.8％)的直線GH以下。(2)Si(硅)Si是為了使球狀石墨結(jié)晶析出所需的元素。所以在Si含有率在2.0％以上時(shí)，球化率在80％以上的球狀石墨結(jié)晶析出。另外，Si含有率在2.0％以上時(shí)，將抑制收縮性的劣化。另一方面，Si含有率在3.5％以下時(shí)，強(qiáng)度不會(huì)降低，且維持球化率在80％以上的球狀石墨的結(jié)晶析出。另外，Si含有率在3.5％以下時(shí)，將抑制浮渣缺陷、石墨漂浮的發(fā)生。因此，使Si含有率為2.0～3.5％。進(jìn)一步優(yōu)選，Si含有率為2.4～2.8％。在上述C和Si的組成范圍中進(jìn)一步優(yōu)選，球墨鑄鐵中的C含量及Si含量在圖1中，處于被依次連結(jié)由(C含量，Si含量)所示的點(diǎn)E(3.3％，2.8％)、點(diǎn)F(3.43％，2.4％)、點(diǎn)G(3.7％，2.4％)、點(diǎn)H(3.57％，2.8％)各點(diǎn)的線圍成的組成范圍內(nèi)。該范圍內(nèi)的碳當(dāng)量CE為4.23～4.50。(3)Mn(錳)Mn是具有使石墨微細(xì)化且使作為基體組織的珠光體強(qiáng)化的作用的元素。這些效果在Mn含有率在0.3％以上時(shí)得以發(fā)揮。另一方面，Mn含有率在0.8％以下時(shí)，防止伸長(zhǎng)率和脆性的劣化，并抑制收縮的增加。因此，使Mn含有率為0.3～0.8％。進(jìn)一步優(yōu)選，Mn含有率為0.3～0.5％。(4)Mg(鎂)Mg是為了得到球狀石墨所需的元素。Mg含有率在0.02％以上時(shí)，能得到球化率在80％以上的球狀石墨。另一方面，Mg含有率在0.10％以下時(shí)，縮孔、浮渣缺陷、反白口、材質(zhì)硬化以及氣孔缺陷得到抑制。因此，使Mg含有率為0.02～0.10％。進(jìn)一步優(yōu)選，Mg含有率為0.02～0.05％。(5)Cu(銅)Cu在添加Cr等白口鐵化元素時(shí)抑制碳化物。Cu含有率在0.3％以上時(shí)，能得到該效果。另一方面，Cu含有率在1.0％以下時(shí)，維持80％以上的球化率。因此，使Cu含有率為0.3～1.0％。進(jìn)一步優(yōu)選，Cu含有率為0.3～0.5％。(6)Cr(鉻)Cr提高耐熱性和硬度。Cr含有率在0.05％以上時(shí)，能得到這些效果。另一方面，Cr含有率在0.90％以下時(shí)，維持適當(dāng)?shù)挠捕鹊耐瑫r(shí)，抑制使韌性降低的碳化物的過(guò)度形成。因此，使Cr含有率為0.05～0.90％。進(jìn)一步優(yōu)選，Cr含有率為0.2～0.4％。(7)Mo(鉬)Mo與Cr一樣，提高耐熱性和硬度。Mo含有率在0.05％以上時(shí)，能得到這些效果。另一方面，Mo含有率在1.00％以下時(shí)，維持適當(dāng)?shù)挠捕鹊耐瑫r(shí)，抑制使韌性降低的碳化物的過(guò)度形成。因此，使Mo含有率為0.05～1.00％。進(jìn)一步優(yōu)選，Mo含有率為0.3～0.5％。(8)S(硫)、P(磷)S及P在實(shí)施方式的球墨鑄鐵中被歸類為不可避免雜質(zhì)。優(yōu)選，盡可能使這些不可避免雜質(zhì)的殘存含有率接近0％。另外，優(yōu)選，這些不可避免雜質(zhì)中，至少S抑制在0.05以下，P抑制在0.1以下。S與Mg等的親和力較大，消耗球化劑Mg。另外，生成MgS，使鑄件的品質(zhì)劣化。因此，優(yōu)選，使S的殘存含有率在0.05％以下，并盡可能使其殘存含有率接近0％。P促進(jìn)斯氏體在基體的晶界析出(結(jié)晶析出)。這使得脆化得以發(fā)展。因此，優(yōu)選，使P殘存含有率在0.1％以下，盡可能使其殘存含有率接近0％。接下來(lái)，對(duì)實(shí)施方式的球墨鑄鐵、以及使用該球墨鑄鐵制造的一體型活塞的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)施方式的球墨鑄鐵、一體型活塞例如如下這樣制造。用于構(gòu)成球墨鑄鐵的熔融金屬例如被維持在1480～1550℃的溫度。熔融金屬例如利用電爐等來(lái)形成。對(duì)該熔融金屬進(jìn)行球化處理。在此，球化處理的方法沒(méi)有特別限定，是制作球墨鑄鐵時(shí)一般被廣泛使用的方法。此外，作為球化劑使用Mg合金、Fe-Si-Mg合金等。球化處理的溫度從產(chǎn)品的澆鑄溫度倒推，為1480～1550℃。在此，也可以對(duì)球化處理前的熔融金屬進(jìn)行脫硫和脫磷，使得熔融金屬中的S及P含量分別在0.05％以下、0.1％以下。球化處理后，向由沙模形成的鑄模進(jìn)行澆注。在此，將熔融金屬移到用于向鑄模進(jìn)行澆注的鑄桶中時(shí)，添加孕育劑進(jìn)行孕育。孕育溫度從鑄液溫度倒推，例如在1380～1450℃下實(shí)施。鑄液溫度高時(shí)，容易發(fā)生收縮不良，鑄液溫度低時(shí)，容易發(fā)生氣孔缺陷、流動(dòng)不良，因此鑄液溫度例如設(shè)定于1330～1410℃。此外，這些溫度例如利用浸漬式溫度計(jì)來(lái)測(cè)定。在此，在形成一體型活塞的情況下，鑄模形成為一體型活塞的形狀。鑄模內(nèi)的鑄液在冷卻地點(diǎn)進(jìn)行自然冷卻，直到達(dá)到例如350℃以下的溫度。冷卻后，拆掉框架將鑄件從鑄模中取出。附著于鑄件的沙子例如通過(guò)噴丸處理等去掉。另外，澆道、冒口等構(gòu)成部之外的部分例如通過(guò)等離子體熔斷等切掉。接下來(lái)，對(duì)鑄件進(jìn)行熱處理。作為熱處理進(jìn)行正火處理及退火處理。正火處理例如是為了提高強(qiáng)度而進(jìn)行的。正火處理例如在870～940℃的溫度下進(jìn)行2～3小時(shí)。即、正火處理在鑄件溫度達(dá)到870～940℃后進(jìn)行2～3小時(shí)。優(yōu)選，達(dá)到該溫度為止的升溫速度為250～350℃/h。另一方面，優(yōu)選，例如以500～1000℃/h的冷卻速度進(jìn)行冷卻，直到達(dá)到室溫為止。在此，上述溫度例如基于爐中的溫度。使正火溫度為上述范圍是為了抑制晶粒粗大化導(dǎo)致韌性降低。另外，對(duì)于球墨鑄鐵、一體型活塞而言，正火處理例如在需要700MPa以上的拉伸強(qiáng)度的情況下實(shí)施。即、作為熱處理，存在實(shí)施正火處理及退火處理兩者的情況和僅實(shí)施退火處理的情況。退火處理是例如為了去除應(yīng)力而進(jìn)行的。退火處理例如以550～600℃的溫度進(jìn)行3～4小時(shí)。即、退火處理在鑄件溫度達(dá)到550～600℃后進(jìn)行3～4小時(shí)。優(yōu)選，達(dá)到該溫度為止的升溫速度為80～120℃/h。另一方面，優(yōu)選，例如以20～30℃/h的冷卻速度進(jìn)行冷卻，直到達(dá)到250～350℃的溫度。該冷卻例如利用爐冷進(jìn)行。然后，鑄件在大氣中通過(guò)自然冷卻冷卻到室溫為止。此外，上述溫度與上述正火處理一樣，基于爐中的溫度。使退火溫度為上述范圍是為了進(jìn)行適當(dāng)?shù)膽?yīng)力去除，并且抑制珠光體分解導(dǎo)致強(qiáng)度降低。使冷卻速度為20～30℃/h是為了對(duì)部件整體進(jìn)行均勻冷卻。經(jīng)過(guò)上述工序，制作出球墨鑄鐵、一體型活塞。在此，對(duì)利用實(shí)施方式的球墨鑄鐵制作出的一體型活塞的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。圖2是利用實(shí)施方式的球墨鑄鐵制作出的一體型活塞10的側(cè)視圖。如圖2所示，一體型活塞10的冠部11和裙部12被一體形成。冠部11具有大致圓筒形狀。裙部12形成為從冠部11向下方延伸。該一體型活塞10例如可以用作船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞。作為船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)，例如可以列舉出燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)、雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)等。作為船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)，例如可以列舉出孔徑(汽缸直徑)為150mm～350mm、6～12缸的發(fā)動(dòng)機(jī)。由此，利用實(shí)施方式的球墨鑄鐵制作出的一體型活塞10具有優(yōu)異的耐熱性和壽命。因此，與現(xiàn)有的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)相比，例如能夠?qū)⒁惑w型活塞10應(yīng)用于熱負(fù)載升高了的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)。接下來(lái)，對(duì)具有實(shí)施方式的一體型活塞的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。此外，該一體型活塞是利用實(shí)施方式的球墨鑄鐵制作的。在此，給出內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)具有一體型活塞的一個(gè)例子。圖3是表示具有實(shí)施方式的一體型活塞33的內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)20的構(gòu)成的圖。如圖3所示，內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)20具有主體部30、吸氣路徑部40、排氣路徑部50、燃料供應(yīng)部60。主體部30將燃燒燃料而得到的熱能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能。具體而言，將通過(guò)燃燒而得到的熱能轉(zhuǎn)換為曲軸34的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。主體部30具有：汽缸體31、汽缸頭32、一體型活塞33、曲軸34、凸輪軸35。汽缸體31具有汽缸36。該汽缸36中收納有能夠自由滑動(dòng)的一體型活塞33。汽缸頭32配置成與一體型活塞33對(duì)置。而且，汽缸36、一體型活塞33及汽缸頭32構(gòu)成動(dòng)作室37。動(dòng)作室37是容積隨著一體型活塞33的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)而發(fā)生變化的內(nèi)部空間。另外，本內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)20是設(shè)置有多個(gè)動(dòng)作室37的多缸發(fā)動(dòng)機(jī)。一體型活塞33通過(guò)連桿與曲軸34連結(jié)。一體型活塞33滑動(dòng)使得曲軸34進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。另外，曲軸34經(jīng)由多個(gè)齒輪使凸輪軸35旋轉(zhuǎn)。吸氣路徑部40將從外部吸入的空氣導(dǎo)入到動(dòng)作室37。吸氣路徑部40沿著空氣流動(dòng)的方向具有壓縮機(jī)輪(未圖示)和吸氣歧管41。吸氣歧管41將被壓縮機(jī)輪壓縮了的空氣導(dǎo)入到動(dòng)作室37。排氣路徑部50將從動(dòng)作室37排出的廢氣引導(dǎo)到外部。排氣路徑部50沿著廢氣流動(dòng)的方向具有排氣歧管51和渦輪(未圖示)。排氣歧管51將從動(dòng)作室37排出的廢氣引導(dǎo)到渦輪。燃料供應(yīng)部60將從燃料箱供給的燃料引導(dǎo)到動(dòng)作室37。燃料供應(yīng)部60沿著燃料流動(dòng)的方向具有燃料噴射泵61和燃料噴射噴嘴62。燃料噴射泵61將通過(guò)柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)而加壓的燃料輸出到燃料噴射噴嘴62。燃料噴射噴嘴62向動(dòng)作室37的內(nèi)部噴射燃料。這樣的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)所具備的一體型活塞10具有優(yōu)異的耐熱性和壽命。因此，具有一體型活塞10的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)與現(xiàn)有的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)相比，例如能夠提高熱負(fù)載。接下來(lái)，對(duì)具有實(shí)施方式的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)的船舶的概要進(jìn)行說(shuō)明。該船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)具有實(shí)施方式的一體型活塞。圖4是具有實(shí)施方式的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)的船舶70的側(cè)視圖。如圖4所示，船舶70具有：船體71、船艙72、煙囪73(funnel)、螺旋槳74、舵75。船艙72設(shè)置于船體71的甲板76上的后部。煙囪73配置于船艙72的后方。螺旋槳74及舵75設(shè)置于船體71的后方下部。在船體71內(nèi)的后部，具有作為螺旋槳74的驅(qū)動(dòng)源的主發(fā)動(dòng)機(jī)77及減速器78。螺旋槳74在從主發(fā)動(dòng)機(jī)77經(jīng)由減速器78傳遞來(lái)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力的作用下被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。此外，實(shí)施方式的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)作為主發(fā)動(dòng)機(jī)77起作用。此外，在船體71內(nèi)的后部設(shè)置有對(duì)船舶70內(nèi)的電氣系統(tǒng)供給電力的發(fā)電裝置79。在設(shè)置發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)作為發(fā)電裝置79的情況下，也可以將實(shí)施方式的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)用作發(fā)電用發(fā)動(dòng)機(jī)。上述實(shí)施方式的球墨鑄鐵維持強(qiáng)度及硬度的同時(shí)，具有優(yōu)異的耐熱性和壽命。由該球墨鑄鐵制作出的一體型活塞也將維持強(qiáng)度及硬度，同時(shí)具有優(yōu)異的耐熱性和壽命。具有該一體型活塞的船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)因活塞的耐熱性和壽命而具有高可靠性。(球化率、強(qiáng)度、硬度、耐熱性、碳化物比例、壽命及珠光體比例的評(píng)價(jià))在此，對(duì)實(shí)施方式的球墨鑄鐵具有80％以上的球化率，能獲得優(yōu)異的耐熱性及壽命進(jìn)行說(shuō)明。表1示出評(píng)價(jià)中所使用的樣品1～樣品17的化學(xué)組成。另外，樣品1～樣品10是處于本實(shí)施方式的化學(xué)組成范圍內(nèi)的球墨鑄鐵。樣品11～樣品17是其化學(xué)組成不在本實(shí)施方式的化學(xué)組成范圍內(nèi)的球墨鑄鐵或者石墨鑄鐵，是比較例。另外，表1中示出了碳當(dāng)量CE(CE＝C+1/3×Si)。[表1]關(guān)于樣品1～樣品17的球墨鑄鐵，評(píng)價(jià)了球化率、強(qiáng)度、硬度、耐熱性、碳化物比例、壽命及珠光體比例。另外，所謂碳化物比例是指除了石墨組織以外的基體組織中碳化物的比例。所謂珠光體比例是指除了石墨組織以外的基體組織中珠光體組織的比例。球化率的測(cè)定是遵照J(rèn)ISG5502進(jìn)行的。強(qiáng)度通過(guò)拉伸試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。拉伸試驗(yàn)是遵照J(rèn)ISZ2241進(jìn)行的。斷裂時(shí)的伸長(zhǎng)率使用伸長(zhǎng)計(jì)來(lái)計(jì)算。作為拉伸試驗(yàn)中的試驗(yàn)片使用了JISZ2241中的14號(hào)A試驗(yàn)片。硬度通過(guò)布氏硬度試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)。布氏硬度試驗(yàn)是遵照J(rèn)ISZ2243進(jìn)行的。耐熱性通過(guò)蠕變?cè)囼?yàn)來(lái)評(píng)價(jià)。蠕變?cè)囼?yàn)是遵照J(rèn)ISZ2271進(jìn)行的。在蠕變?cè)囼?yàn)中，使試驗(yàn)溫度為450℃，負(fù)載應(yīng)力為300MPa。然后，將施加應(yīng)力負(fù)載后25小時(shí)后的應(yīng)變作為蠕變應(yīng)變。蠕變應(yīng)變是使用伸長(zhǎng)計(jì)計(jì)算出的。在溫度計(jì)測(cè)中，使用了R型熱電偶。作為蠕變?cè)囼?yàn)中的試驗(yàn)片使用了JISZ2241中的14號(hào)A試驗(yàn)片。表示耐熱性提高的程度的耐熱性提高度是將各樣品的蠕變應(yīng)變除以現(xiàn)有的球墨鑄鐵亦即樣品11的蠕變應(yīng)變而得到的(各樣品的蠕變應(yīng)變/樣品11的蠕變應(yīng)變)。另外，該耐熱性提高度越小，耐熱性越優(yōu)異。碳化物比例及珠光體比例是通過(guò)上述方法得到的。壽命通過(guò)高溫低循環(huán)疲勞試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)。高溫低循環(huán)疲勞試驗(yàn)是遵照J(rèn)ISZ2279進(jìn)行的。高溫低循環(huán)疲勞試驗(yàn)中，使試驗(yàn)溫度為450℃。溫度計(jì)測(cè)中使用了R型熱電偶，應(yīng)變計(jì)測(cè)中使用了伸長(zhǎng)計(jì)。另外，將各樣品的結(jié)果除以現(xiàn)有的球墨鑄鐵亦即樣品11的結(jié)果，來(lái)計(jì)算壽命比。此外，該壽命比越大，表示壽命越長(zhǎng)。各試驗(yàn)中使用的試驗(yàn)片是如下這樣制作的。在電爐中，形成用于構(gòu)成球墨鑄鐵的熔融金屬。將熔融金屬的溫度維持于1520℃，進(jìn)行球化處理及孕育。接下來(lái)，利用浸漬式溫度計(jì)對(duì)鑄液溫度為1350～1380℃進(jìn)行確認(rèn)，并向由沙模形成的鑄模進(jìn)行澆注。然后，在冷卻地點(diǎn)，使鑄模內(nèi)的鑄液自然冷卻，直到達(dá)到350℃以下的溫度。冷卻后，拆掉框架而從鑄模中取出鑄件。利用噴丸處理將沙子從鑄件上去掉。接下來(lái)，對(duì)各鑄件進(jìn)行退火處理。退火處理以570℃的溫度進(jìn)行3.5小時(shí)。另外，使達(dá)到該溫度為止的升溫速度為100℃/h。經(jīng)過(guò)3.5小時(shí)后，通過(guò)爐冷將各鑄件以25℃/h的冷卻速度冷卻到280℃的溫度。接下來(lái)，通過(guò)自然冷卻在大氣中將各鑄件冷卻到室溫。冷卻后，利用鋸床將各鑄件切割成圓棒，并利用車床加工來(lái)加工成各試驗(yàn)片。由此得到試驗(yàn)片。另外，針對(duì)樣品1～樣品10涉及的鑄件，還制作出進(jìn)行了正火處理及退火處理兩者的試驗(yàn)片。正火處理以900℃的溫度進(jìn)行了2.5小時(shí)。而且，使達(dá)到該溫度為止的升溫速度為300℃/h。經(jīng)過(guò)2.5小時(shí)后，利用空冷以800℃/h的冷卻速度將各鑄件冷卻到150℃的溫度。接下來(lái)進(jìn)行退火處理。退火處理是以與上述條件一樣的條件進(jìn)行的。冷卻后，進(jìn)行與上述一樣的加工，并得到試驗(yàn)片。表2和表3示出各樣品的試驗(yàn)結(jié)果。表2是僅進(jìn)行了退火處理時(shí)的結(jié)果。表3使進(jìn)行了正火處理及退火處理時(shí)的結(jié)果。在此，表2所示的結(jié)果中，樣品16及樣品17的球化率不到80％。因此，不能將樣品16及樣品17稱為球墨鑄鐵，因此未進(jìn)行測(cè)定球化率之外的評(píng)價(jià)。另外，關(guān)于壽命，對(duì)樣品6～樣品10及樣品11～樣品15進(jìn)行評(píng)價(jià)。另外，球化率及碳化物比例不管是否進(jìn)行正火處理都不發(fā)生變化，因此表3中未示出。[表2]球化率％拉伸強(qiáng)度MPa布氏硬度HB耐熱性提高度壽命比碳化物比例％珠光體比例％樣品1876742070.24-0.164.7樣品2866862180.15-0.462.4樣品3936752380.16-1.567.3樣品4906712070.28-0.263.4樣品5936862250.14-0.965.2樣品6906852240.143.830.568樣品7896522330.213.341.268.8樣品8896302020.223.260.866.1樣品9886452220.253.501.066.3樣品10906532190.233.220.968.7樣品1191631204110.063.9樣品12876682550.142.744.467.4樣品13856412590.162.604.970.3樣品14966852340.132.791.967.3樣品15946722400.112.682.269.7樣品1662------樣品1747------[表3]拉伸強(qiáng)度MPa布氏硬度HB耐熱性提高度珠光體比例％樣品18882970.2495.8樣品28913050.1193.9樣品38603250.1296.2樣品48842970.3395.2樣品58803180.1398.4樣品68953080.1397.6樣品77853130.1998.7樣品88362940.1594.1樣品98293010.1996.6樣品108093050.1897.3樣品118612881.0093.2如表2和表3所示，樣品1～樣品10具有80％以上的球化率，維持與現(xiàn)有的球墨鑄鐵(樣品11)同等的拉伸強(qiáng)度及布氏硬度的同時(shí)，提高了耐熱性。另外，樣品1～樣品10的碳化物比例在1.6％以下，珠光體比例超過(guò)了50％。另外，如表2所示，樣品6～樣品10的壽命比為現(xiàn)有的球墨鑄鐵(樣品11)的壽命比的3倍以上。其主要原因被認(rèn)為是由于樣品6～樣品10的耐熱性提高、以及碳化物比例被抑制在1.6以下的緣故。另外，關(guān)于樣品1～樣品5，未示出壽命比的數(shù)據(jù)，但是，由于耐熱性提高、以及碳化物比例被抑制在1.6以下，因此認(rèn)為能夠得到與樣品6～樣品10的壽命比大致相同程度的壽命比。另外，如表3所示，樣品1～樣品10能夠得到700MPa以上的拉伸強(qiáng)度。此外，雖然表3中未示出，但是，即使在進(jìn)行了正火處理及退火處理時(shí)，壽命比也是現(xiàn)有的球墨鑄鐵(樣品11)的3倍以上。另一方面，如表2所示，Cr含量較高的樣品12及樣品13和Mo含量較高的樣品14及樣品15的降低韌性的碳化物比例超過(guò)了1.6％。關(guān)于壽命比，這些樣品12～樣品15雖然比現(xiàn)有的球墨鑄鐵(樣品11)高，但是，比樣品6～樣品10低。其主要原因被認(rèn)為是：由于盡管樣品12～樣品15的耐熱性提高，但是碳化物比例超過(guò)了1.6的緣故。即、樣品12～樣品15的韌性降低了，因此，認(rèn)為壽命比低于樣品6～樣品10。Si含有率不在本實(shí)施方式的范圍內(nèi)的樣品16及樣品17的球化率小于80％。由此可知，樣品1～樣品10具有80％以上的球化率，能夠得到優(yōu)異的耐熱性及壽命。以上，說(shuō)明了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式，但是，這些實(shí)施方式是作為例子給出的，并不意圖限定發(fā)明的范圍。這些新的實(shí)施方式也可以通過(guò)其他各種方式來(lái)實(shí)施，在不脫離發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，可以進(jìn)行各種省略、替換、變更。這些實(shí)施方式及其變形包含于發(fā)明的范圍和主旨，并且包含于權(quán)利要求書(shū)所記載的發(fā)明及其等同的范圍符號(hào)說(shuō)明10、33…一體型活塞、11…冠部、12…裙部、20…內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、30…主體部、31…汽缸體、32…汽缸頭、34…曲軸、35…凸輪軸、36…汽缸、37…動(dòng)作室、40…吸氣路徑部、41…吸氣歧管、50…排氣路徑部、51…排氣歧管、60…燃料供應(yīng)部、61…燃料噴射泵、62…燃料噴射噴嘴、70…船舶、71…船體、72…船艙、73…煙囪、74…螺旋槳、75…舵、76…甲板、77…主發(fā)動(dòng)機(jī)、78…減速器、79…發(fā)電裝置。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3