共軌的製造方法及共軌的製作方法

2023-04-27 16:40:06 1

專利名稱：共軌的製造方法及共軌的製作方法
技術領域：
本發明涉及柴油發動機的蓄壓式燃料噴射系統中的共軌的製造方法及利用該制 造方法部分強化的共軌。本申請基於2009年3月12日在日本申請的特願第2009-059918號並主張其優先 權，這裡引用其內容。
背景技術：
在具有流體通路的機械部件中，在流體流通的管的端部或直徑極端變化的部位容 易發生應力集中，有時作為流體壓力變動的結果而產生的疲勞破壞成為問題。共軌是在柴油發動機的蓄壓式燃料噴射系統中位於壓送燃料輕油的泵與噴射器 之間、用於蓄壓輕油的導管狀部件。圖1表示共軌1的斷面的概略。軌道孔5是共軌1的 主要導管，具有蓄壓輕油的作用。在軌道孔5上配設有多個垂直開口的分歧孔6，通過分歧 孔6向各噴射器壓送輕油。軌道孔5的內徑屯為10mm左右，分歧孔6的內徑d2為1mm左 右。伴隨著發動機的工作，周期地壓送輕油，共軌1內的輕油的壓力周期地變動。此時，在 圖1的軌道孔5及分歧孔6上，圓周方向的拉伸應力周期地產生變動。圖2放大示出了分 歧孔6的開口周邊部即分歧孔6的內表面和軌道孔5的內表面的邊界周邊部。即使在分歧 孔6的開口周邊部中，特別是在分歧孔6的與軌道孔5的長度方向平行的直徑的兩端附近 7，兩孔5、6的拉伸應力形成合力。因此，發生比其它部分更大的拉伸應力，存在因內壓的變 動而容易發生疲勞破壞的問題。如果使相對於內壓變動的疲勞強度(內壓疲勞強度)提 高，則可進行燃料的高壓噴射，由於導致排氣的清潔法和每升油的行駛裡程的提高，所以希 望提高疲勞強度。以往，作為這樣的面向提高疲勞強度的途徑，一般採用通過利用高強度鋼材而提 高共軌的疲勞強度的方法。但是，在這種方法中，有基材的高強度化造成的成形性或加工性 的下降、伴隨高性能化的成本增大的問題。因此，例如在專利文獻1中，作為以往的利用鍛 造一體成形或機械加工的共軌的製造方法的替代方法，公開了利用液相擴散接合的焊接共 軌的發明。另外在專利文獻2中，公開了涉及適合焊接時不需要控制冷卻的液相擴散接合 的鋼材的發明。但是，這些專利文獻所公開的鋼材是拉伸強度為600MPa左右的鋼材，在使 用於為實現近年目標所指的低耗油性能的超過1500氣壓、進而超過2000氣壓的共軌時，則 顯得強度不足。另外，雖可通過熱處理等顯著提高鋼材強度，但在這種情況下，加工是困難 的，招致生產成本的顯著增大。而且，當在最大主應力部，在加工的最終表面露出MnS、Al203、 CaO等夾雜物或氧化物時，成為內壓外加時的疲勞破壞的起點，不能解決嚴重阻礙高強度共 軌的穩定生產的問題。另外，不但有提高鋼材的強度這一傳統的方法，而且例如關於共軌的強化，正如專 利文獻3或專利文獻4所公開的那樣，還知道有用流體研磨或壓印加工的方法對分歧孔開 口端部的邊緣進行倒角、從而緩和應力集中的方法。另外，也研究了通過賦予壓縮應力而進 行的疲勞強度的提高。近年正在進行開發的雷射噴丸(laser peening)，是一種在金屬物體
5的表面上放置液體等透明介質的狀態下，向其表面照射具有高的峰值能量密度的脈衝雷射 束，利用由此產生的等離子體的膨脹反作用力，在金屬物體的表面附近通過非接觸處理而 賦予殘留壓縮應力的技術，例如在專利文獻5中公開了該方法。雷射束也可以傳送到共軌 的軌道孔內表面、分歧孔內表面等狹窄部，雷射噴丸是用於賦予共軌的分歧孔開口部附近 以高的壓縮應力的目前唯一的方法。於是，正如專利文獻6所公開的那樣，就為了將雷射噴 丸應用於共軌的有效的方法進行了研究。專利文獻6所公開的方法雖然極大地提高了共軌的疲勞強度，但從裝置、效果的 角度考慮，還存在以下的問題。如果在雷射噴丸處理中將雷射束照射於樣品表面，則由於照 射斑點部表層附近發生熔融和再凝固，往往使該斑點部表層附近的壓縮應力減少。為避免 這樣的問題，已知有設置用於吸收雷射束的吸收材料層的方法，但是，由於在將該吸收材料 層設置於共軌的分歧孔開口部時需要複雜的裝置，所以從成本和生產率的角度考慮，優選 省略該工序。作為用於消除熱影響部的方法，在專利文獻5中公開了如下的方法即在雷射照 射面和在其附近相向設置的電極間產生用雷射加以控制的放電的方法，以及使用接觸雷射 照射面的透明液體為電解液、於雷射照射中在照射面和在其附近相向設置的電極間進行電 解研磨的方法。但是，這些方法由於雷射照射的影響很大，所以難以高精度且穩定地得到所 要求的加工形狀，從而不適合於共軌的工業生產。另外，正如專利文獻6中所公開的那樣， 通過提高脈衝雷射的束斑的重疊面積比例，可以緩和上述壓縮應力減少的問題。但是，為進 一步增加共軌疲勞強度的提高效果，必須最大限度提高表層附近的壓縮應力，從而希望有 其它的途徑。專利文獻1 日本特開2007-40244號公報專利文獻2 日本特開2004-83980號公報專利文獻3 日本特開2004-204714號公報專利文獻4 日本特開2004-27968號公報專利文獻5 日本專利第3373638號公報專利文獻6 日本特開2006-322446號公報

發明內容
本發明的目的在於解決上述的問題，通過採用雷射噴丸處理局部強化因應力集 中而容易成為疲勞破壞的起點的共軌分歧孔的開口部附近，提供一種使用廉價鋼材而製造 具有優良疲勞強度的共軌的方法和共軌。本發明為解決上述課題採用了以下的手段。(1)本發明的第1實施方式涉及一種共軌的製造方法，所述共軌具備共軌主體， 其設有軌道孔和形成於包圍所述軌道孔的筒壁部上的分歧孔；以及夾具，其形成有與所述 分歧孔連通的連通孔；所述共軌主體及所述夾具含有c 0. 01 0. 3質量％、Si 0. 01 0. 5 質量％、Mn 0. 01 3. 0 質量％、B 0. 0003 0. 01 質量％、N 0. 001 0. 01 質量％、A1 大 於0. 01%但小於等於0. 5質量％、Ti 0. 01 0. 05質量％，且將P限制在0. 03質量％以 下、將S限制在0. 01質量％以下、將0限制在0. 01質量％以下、將As、Sn、Sb、Pb、Zn的合 計含量限制在0. 015質量％以下，剩餘部分包括Fe及不可避免的雜質；用式TLB = (B% )
6-[(N% )/l. 3-{(Ti% )/3. 4+ (A1 % )/4. 1} X (Al%) X52] (1)表示的 TLB值在0. 001 % 以 上；所述共軌的製造方法包括插入工序，其在所述共軌主體與所述夾具之間，插入至少含 有1質量％以上B的Ni基或Fe基的嵌入金屬(insert metal)；液相擴散接合工序，通過 在1000 1300°C的接合溫度下，施加IMPa以上的應力並保持30秒以上，從而將所述共軌 主體、所述嵌入金屬和所述夾具進行接合；雷射噴丸處理工序，對位於所述分歧孔的開口周 邊部的所述分歧孔的內表面和所述軌道孔的內表面的邊界周邊部的區域，使透明液體存在 而照射脈衝雷射束；以及表層除去工序，除去所述開口周邊部的表層，以提高所述開口周邊 部的疲勞強度。(2)根據上述(1)所述的共軌的製造方法，所述共軌主體及所述夾具中的至少一 方還可以含有Ni 0. 01 2. 0質量％、Co 0. 01 1. 0質量％、Cu 0. 01 1. 0質量％、W 0.01 2.0質量％中的1種以上。(3)根據上述(1)所述的共軌的製造方法，所述共軌主體及所述夾具中的至少一 方還可以含有Zr 0. 001 0. 05質量％、Nb 0. 001 0. 05質量％、V 0. 001 0. 5質量％ 中的1種以上。(4)根據上述(1)所述的共軌的製造方法，所述共軌主體及所述夾具中的至少一 方還可以含有硫化物形態控制元素及稀土類元素中的一種以上，所述硫化物形態控制元素 為 Ca 0. 0005 0. 005 質量 ％、Mg 0. 0005 0. 005 質量 ％、Ba 0. 0005 0. 005 質量 ％ 中的任一種，所述稀土類元素為Y 0. 001 0. 05質量％、Ce 0. 001 0. 05質量％、La 0. 001 0. 05質量％中的任一種。(5)根據上述⑴ ⑷中的任一項所述的共軌的製造方法，所述開口周邊部的材 料的表層的除去也可以通過電解研磨或流體研磨來進行。(6)根據上述(1) (4)中的任一項所述的共軌的製造方法，所述脈衝雷射束的脈 衝能量也可以是lmj 10J。(7)根據上述(1) (4)中的任一項所述的共軌的製造方法，實施所述雷射噴丸 處理的區域和除去所述表層的區域分別是在所述軌道孔的內表面，包含滿足下式(2)及下 式(2』 )的區域，除去的表層厚度在滿足下式(2)及下式(2』 )的區域也可以是0.01mm 0. 3mm ；距分歧孔中心的距離≤分歧孔的直徑X0. 6 (2)朝分歧孔中心方向沿軌道孔內表面畫線段時的該線段和軌道孔長度方向所成的 角度≤10°(2，)。(8)根據上述⑴ ⑷中的任一項所述的共軌的製造方法，通過除去所述開口 周邊部的材料表層，使得在包含所述分歧孔的中心軸且沿著所述軌道孔的長度方向的斷面 中，所述分歧孔的開口部周邊部的形狀線的曲率半徑在滿足下式(3)的區域的各點也可以 是15iim以上；分歧孔直徑X0. 5 ≤距分歧孔中心的距離≤分歧孔直徑X0. 6 (3)。(9)根據上述(1) (4)中的任一項所述的共軌的製造方法，在實施所述雷射噴丸 處理之前，也可以對所述開口周邊部進行倒角加工。(10)根據上述(9)所述的共軌的製造方法，實施所述倒角加工的區域也可以包含 滿足所述式(2)及式(2』 )的區域。
(11)根據上述(1) ⑷中的任一項所述的共軌的製造方法，所述雷射噴丸處理 中所用的透明液體也可以是醇類、或加入防鏽劑的水。(12)本發明的第2實施方式涉及一種共軌，其具備共軌主體，其設有軌道孔和 形成於包圍所述軌道孔的筒壁部上的分歧孔；以及夾具，其形成有與所述分歧孔連通的連 通孔；所述共軌主體及所述夾具含有C:0. 01 0.3質量％、Si :0.01 0. 5質量％、Mn: 0. 01 3. 0 質量％、B 0. 0003 0. 01 質量％、N 0. 001 0. 01 質量％、A1 大於 0. 01%但 小於等於0. 5質量％、Ti 0. 01 0. 05質量％，且將P限制在0. 03質量％以下、將S限制 在0.01質量％以下、將0限制在0.01質量％以下、將AS、Sn、Sb、Pb、Zn的合計含量限制在 0. 015質量％以下，剩餘部分包括Fe及不可避免的雜質；用式TLB = (B% )-[(N% )/l. 3-{(Ti% )/3. 4+(Al% )/4. 1} X (Al% ) X52] (1)表 示的TLB值在0. 001%以上；所述開口周邊部的形狀是，在含有所述分歧孔的中心軸且沿著 所述軌道孔的長度方向的斷面中，所述分歧孔的所述開口部周邊部的形狀線的曲率半徑在 滿足下式(3)的區域的各點為15i!m以上；分歧孔直徑X0. 5 <距分歧孔中心的距離<分歧孔直徑X0. 6 (3)且所述斷面的與軌道孔的長度方向垂直的壓縮應力值為_200MPa以上。根據上述(1) (11)所述的共軌的製造方法，能夠將母材分為容易加工的形狀的 塊單元而通過擴散接合製造共軌，因此能夠使製造成本廉價。另外，在共軌中，在疲勞強度 成為問題的分歧孔的軌道孔側開口部周邊，能夠從表面導入高的壓縮應力，同時通過改善 分歧孔開口部形狀可緩和應力集中。其結果是，能夠大大提高疲勞強度。而且，根據上述 (12)所述的共軌，可使用廉價的鋼材進行燃料的高壓噴射，可使排氣清潔化及每升油的行 駛裡程的提高，可以產生產業上有用的效果。


圖1是共軌的軌道孔長度方向的剖視圖。圖2是共軌的分歧孔開口周邊部的平面圖。圖3是表示共軌的製造過程的立體圖。圖4是表示TLB值、與液相擴散接合接頭的接合部和母材部(距接合部5mm的部 位的Vickers硬度測定值)的硬度差的絕對值之間的關係的圖示。圖5是表示TLB值與液相擴散接合接頭的抗拉強度之間的關係的圖示。
圖6是表示共軌的分歧孔開口周邊部的剖視圖。
圖7是表示雷射噴丸處理過的試驗片的殘餘應力的曲線圖。
圖8是表示雷射束照射裝置的平面圖。
圖9是圖8的主視圖。
圖10是表示雷射束照射方法的平面圖。
圖11是表示分歧孔開口周邊部的立體圖。
圖12是表示分歧孔開口周邊部的雷射照射方法的說明圖。
圖13是表示分歧孔開口周邊部的不同的雷射照射方法的說明圖。
圖14是表示分歧孔開口周邊部的材料除去前後的狀態的剖視圖。
圖15是表示分歧孔開口周邊部的斷面形狀的圖示。
8圖16是表示分歧孔開口周邊部的雷射處理區域的立體圖。 圖17是表示進行分歧孔開口周邊部的倒角加工時的材料除去後的狀態的剖視
圖18A是表示共軌的試驗片的平面圖。 圖18B是表示該共軌的試驗片的主視圖。 圖19是表示對分歧孔開口周邊部的倒角加工的剖視圖。 圖20是表示雷射加工裝置的照射頭部分的剖視圖。 圖21是表示對分歧孔開口周邊部的雷射照射方法的剖視圖。 圖22是表示對分歧孔開口周邊部的電解研磨的剖視圖。 符號說明
1共軌2筒壁部
5軌道孔6分歧孔
7與軌道孔的長度方向平行的直徑的兩端附近11共軌主體12夾具
13管路14支管
15合金箔21內表面(分
22內表面(軌道孔)23開口周邊
31雷射束振蕩裝置32雷射束
33聚光透鏡34光學窗
35水槽37試驗片
38、39、41 支承部40、42導軌
43掃描裝置51軌道主體
52夾具57雷射束
61照射頭62導管
63聚光透鏡64反射鏡
65反射鏡底座66聚光點
67支承棒68,69 缺口部
70密封部件71突起
具體實施例方式
本發明人為解決上述課題而進行了研究。結果可知如果通過將具有適合液相 擴散接合的特定成分的高強度鋼材分成容易加工的形狀的塊單元製造後，進行液相擴散接 合，進而在通過對疲勞強度成為問題的分歧孔的軌道孔側開口部周邊進行雷射噴丸處理而 導入壓縮應力後，通過電解研磨等將包含雷射噴丸處理過的部分的區域的材料除去，則可 採用廉價鋼材大大提高共軌的疲勞強度。這裡，採用液相擴散接合對將配管固定在分歧孔 頂端的夾具進行接合，這樣可使高強度鋼材的加工變得容易，從而降低工序成本。另外，通 過調整到共軌強化用的雷射噴丸，對高強度材料中致命的、在最大主應力部(分歧孔開口 部位)露出夾雜物或氧化物時產生的疲勞強度的降低進行補充。因此，能夠廉價地製造以 往沒有的可抗高壓的共軌。
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以下，對本發明的優選的實施方式的共軌的製造方法及共軌，參照附圖進行說明。 再有，在本說明書及附圖中，對於實質上具有相同功能構成的要素施加相同的符號，並省略 重複的說明。圖1表示了共軌1的斷面的概略。形成於筒壁部2內的軌道孔5是共軌1的主要 導管，具有蓄壓輕油的作用。在軌道孔5上配設有多個垂直開口的分歧孔6。在本發明中，為了廉價地製造共軌1，採用液相擴散接合進行焊接。具體地說，首 先，如圖3所示，將液相擴散接合用非晶質合金箔(嵌入金屬)15介於由具有向長度方向貫 通的管路13的共軌主體11和圓筒形的夾具12形成的環狀的接合面間，使圓筒形的夾具 12與支管14連通。然後，通過電阻焊等將合金箔15、共軌主體11和夾具12熔融壓接在一 起，進行液相擴散接合，從而形成接頭部。再有，為了方便起見，圖3中只示出1個支管14， 但通常具備與發動機燃燒室的多個噴嘴對應的多個支管14。而且為了連接這些支管14和 用於將燃料壓送到發動機燃燒室的噴嘴的配管，夾具12與共軌主體11的支管14對應地設 置有多個。在這樣形成的共軌1中，圖3的管路13與圖1的軌道孔5對應，圖3的支管14 的內部與圖1的分歧孔6對應。作為液相擴散接合用的合金箔15，採用至少含有以上B 的Ni基或Fe基的嵌入金屬。另外，共軌主體11和夾具12的液相擴散接合通過在1000 1300C的接合溫度下，施加IMPa以上的應力並保持30秒以上來進行。在本實施方式中，從接頭設計階段預先選擇即使不需要液相擴散接合後的控制冷 卻，也能誘導充分的低溫相變組織、即在材料的必要部位或整體上誘導貝氏體或馬氏體相 變的淬透性高的材料。也就是說，採用即使在通過液相擴散接合形成的等溫凝固接頭部位 也能得到十分均勻的組織的合金組成的鋼材作為共軌1的基材。具體地說，以上述的例子 來說，作為共軌主體11和夾具12的基材，採用以下說明的液相擴散接合用鋼。以下，關於 液相擴散接合用鋼的化學成分，對優選的含量範圍進行說明。再有，以下所述的化學成分的 含量均以質量％表示。C是控制鋼的淬透性和強度的最基本的元素。在含量低於0. 01%時不能確保強 度，在超過0. 3 %時雖鋼材的強度提高，但不能確保接頭的韌性。因此，將C含量規定在 0.01 0.3%的範圍。只要是此範圍的含量，即便是保持著接合狀態的材料也可控制鋼材 的組織。但是，為了工業上穩定地得到碳的效果，優選C含量為0. 05 0. 3%。Si是鋼材的脫氧元素，通常為降低鋼中的氧濃度而與Mn—同添加。同時，Si是 晶粒內強化所必要的元素，因此如果其不足會使鋼材的強度下降。因此，即使在本發明中也 是以脫氧和晶粒內強化為主要目的而含有規定量的Si。只要Si含量在0. 01%以上就可發 揮上述效果，在超過0.5%時，有時招致鋼材本身的脆化。因此，將Si含量規定在0.01 0.5%的範圍。另外，在液相擴散接合接頭中，有可能生成含有Si02的複合氧化物，例如 Si02-Mn0、Si02-Fe0 等，因此 Si 含量優選為 0. 01 0. 3%。Mn與Si —同具有脫氧的效果，但通過添加到鋼中可提高鋼材的淬透性，有助於提 高強度。在Mn含量為0.01%以上時表現出上述的效果，但如果超過3.0%，則析出粗大的 MnO系氧化物，反而有時使液相擴散接合接頭的韌性降低。因此，將Mn含量規定在0.01 3.0%的範圍。Mn含量也與所述Si同樣，從抑制Si02-Mn0生成的角度考慮，優選為0. 01 2. 0%。B即使是微量對於提高鋼的淬透性也非常具有效果，但在其含量低於0.0003%
10時，淬透性提高的效果較小。另一方面，在B含量超過0. 01 %時，則形成碳硼化物，反而使液 相擴散接合接頭的淬透性降低，從而接頭強度下降。因此，將B含量規定為0. 0003 0. 01 % 的範圍。另一方面，B在晶界的偏析顯著，根據接合後冷卻條件的不同，有時只限於晶界而 招致脆化，因此優選其含量為0. 0003 0. 005%。Ti和B相比與N的結合力強，與B相比優先與N結合。因此，Ti對於確保對淬透 性有效的固溶B是重要的元素，但在含量低於0. 01%時其效果較小。另一方面，在Ti含量 超過0. 05%時，不僅其效果達到飽和，而且析出許多粗大的Ti系碳氮化物，從而使韌性降 低。因此，將Ti含量規定為0.01 0.05%的範圍。Ti也是形成硼化物的元素，因此如果 可能的話，應將含量的上限值抑制在較低的水平，優選為0. 01 0. 03%。N在本實施方式中，是為提高上述B的效果而希望抑制在較低水平的元素，但在添 加A1或Ti的情況下，通過與它們結合而析出A1N、TiN等氮化物，對於使晶粒微細化，從而 提高鋼的韌性是有效的。在N含量低於0. 001%時其效果較小。另外，在N含量超過0.01% 時，通過與B結合而生成BN的傾向增強，如果不大量添加A1或Ti，則不能獲得固溶B。也 就是說，難以使後面說明的TLB值穩定在0. 001以上，因此將N含量規定在0. 001 0. 01% 的範圍。再有，在通常的煉鋼工序中穩定地含有0. 008%以上的N使得工程上的成本上升， 因此N含量優選為0. 001 0. 008%。A1對於與N結合而析出微細的A1N，從而使晶粒微細化，同時作為對淬透性有效的 固溶B在鋼中確保B是重要的元素。但是，為了發揮這樣的效果，優選A1含量超過0.01%。 可是，在A1含量超過0.5%時，因A1N粗大化而使鋼的韌性降低。因此，將A1含量規定為大 於0. 01%但小於等於0. 5%的範圍。但是，A1與0的親和力強，在大量添加時，通過煉鋼工 序生成粗大氧化物簇，有時使接頭的韌性降低。因此，優選A1含量為大於0.01%但小於等 於 0. 3%。再有，在本鋼這樣的高強度鋼中，為了提高韌性，有必要儘量避免雜質向晶界的濃 化，為了此目的，分別將P及S的含量限制在0.03%以下及0.01%以下。另外，為了使鋼清 潔，確保高的韌性，將0含量限制在0.01%以下。另外，優選P、S、0的含量儘量小，但考慮 到成本問題，也可以將下限值設定在0.0001%。另外，為了切實實現韌性的提高，將晶界偏 析元素即As、Sn、Sb、Pb、Zn的含量的總和限制在0. 015%以下。含有以上化學成分的液相擴散接合用鋼也可以在以Fe為主成分的剩餘部分不阻 礙本發明的特性的範圍內，含有在製造過程等中不可避免地混入的雜質。本實施方式的液 相擴散接合用鋼至少含有Ti :0. 01 0. 05%,N:0. 001 0. 01%、A1 大於0.01%但小於 等於0. 5%，因此在鋼中，N被A1和Ti兩元素固定。除了以上基本的化學成分的限制以外，為了得到作為共軌用的鋼材所要求的、在 高壓下的交變疲勞強度，非常有效的是在液相擴散接合後的冷卻時的條件下產生低溫相 變，結果使強度在600MPa以上，接頭部位的強度分布均勻，按Vickers硬度計，接合部中心 和距接合線5mm的位置上的硬度之差的絕對值在100以下。也就是說，以上述的例子來說， 為了使通過液相擴散接合而接合的共軌主體11和夾具12的接合部上的硬度、與距該接合 部5mm的接合部兩側位置上的硬度之差按Vickers硬度計在士 100以內，採用接合部的硬 度均勻性優良的液相擴散接合用鋼是有效的。其理由是因為經過本發明人的研究，結果發 現經過雷射噴丸處理的共軌的最大主應力部雖然通過該處理而被施加壓縮應力，但在鋼
11材本身的內部，也將該應力同時導入給以應力分布的總和沒有變化的方式誘導的拉伸應力 所作用的部位，在產生拉伸應力的部位遭遇接合部時，在接合部接頭的強度差大的情況下， 有時發生從接頭的破壞。也就是說，在本發明中必須採用接合部的硬度均勻性優良的液相 擴散接合用鋼材。因此，不僅要在上述範圍內含有Al、Ti、N、B，而且要A1和Ti完全固定鋼中 N，其結果是，B沒有被N固定，而是以原子狀態向、晶界偏析，因而必須抑制來自晶界的鐵 素體相變。也就是說，通過發明人的研究，弄清楚了必須再將用下式(1)表示的TLB值限定 在達到0. 001 %以上的化學成分範圍。在TLB值低於0. 001 %時，不能形成上述的硬度差為 100 以下的接合部。TLB = (B%)-[ (N% )/l. 3- {(Ti%) /3. 4+ (A1 % ) /4. 1} X (Al%) X 52] (1)上式(1)是基於通過本發明人的研究結果判明的新發現而確定的，該發現是在 通過液相擴散接合組裝共軌時，包括接合部的接頭上的材質均勻，特別是硬度的變化小是 必要的。如果不能得到接頭附近組織的均勻性，則在施加內壓疲勞時，共軌的液相擴散接合 接頭上產生應力集中，從而產生來自接頭部位的破壞。於是，通過雷射噴丸對成為本發明的 中心的、共軌的最大應力集中部即分歧孔周邊進行強化的效果就變得沒有意義，不能實現 本發明的效果本身。於是，特別是在採用含有以上B的液相擴散接合用合金箔時，有必 要著眼於利用B的焊接接頭冷卻時的組織形成過程，引入通過使固溶B在晶界偏析來抑制 來自晶界的核發生，使接頭部位上的淬透性的差別、進而強度的分布達到均勻的技術。因 此，在本實施方式中，用Ti及A1固定容易與B結合的N，規定用於獲得足夠的固溶B量的化 學成分。在固溶N量相對於添加B量足夠多時，根據溶解度積生成BN。於是，作為能夠固定 Ti的N量，設定原子數比的倒數3. 4，另外作為能夠固定A1的N量，另外通過實驗求出A1 和N的親和力，在本發明鋼中設定特有的1/4. 1，另外考慮到A1和Ti的相互作用，將A1的 濃度和化學勢一同乘以通過實驗確定的係數52，在將其從與B結合相當的N量中減去後，作 為總固定 N 量確定[(N% )/l. 3-{(Ti% )/3. 4+(Al% )/4. 1} X (Al% ) X52]。在最後被固 定的N不與B結合的假設下，從只對本發明鋼有效的接頭的有效B量的觀點出發，作為TLB 值決定式(1)。此值可以說為假設的B效果評價式。如此確定的TLB值包含理論的假設和 實驗的係數，因此通過以下的實驗確定了能夠確保該係數和接頭的組織均勻性的TLB值。對於在實驗室規模的真空熔煉設備或實際鋼板製造設備中，通過100kg、300kg、 2tonU0tonU00ton,300ton的真空熔煉、或通常的高爐-轉爐-爐外精煉_脫氣/微量元 素添加-連續鑄造-熱軋等進行製造的上述化學成分範圍的鋼材，從與軋制方向平行的方 向，加工成①10mm或20mm見方、長度為50mm的簡易小型試驗片。將試驗片的端面研磨加 工成Rmax < 100 ym，然後進行脫脂清洗，將其端面兩個對置，形成接合試驗片對，採用具有 功率為150kW的高頻感應加熱裝置的拉伸/壓縮試驗機進行液相擴散接合。也就是說，使 可在1000 1300°C進行液相擴散接合的Ni基-B系、Fe基_B系的實質上按體積分率計 50%以上為非晶質的厚度為20 50 y m的非晶態箔介於接合面間，將試驗片整體加熱到必 要的接合溫度，在30秒 60分鐘之間，在1 20MPa的應力下進行液相擴散接合，接合後 進行放冷。從此時得到的圓棒接合試驗件上採取平行部直徑為0 6mm的圓棒拉伸試驗片，全 部在室溫下實施拉伸試驗，對確認具有600MPa以上的強度的試驗片進行切斷加工，從方棒 接合試驗片露出與接合面垂直的斷面的試驗材中央位置上的斷面，在該斷面上從組織上特
12定接合部中心，作為基準位置，按0. 1mm的間隔，以100g的載荷連續測定，直到相距10mm的 母材。在上述實驗條件內，所有接合部中心都顯示出接近最高硬度的值。從此處到母材顯 示出硬度平穩減小的傾向。但是，即使在接合時間為最長的60分鐘時，即使將距接合部5mm 的位置上的硬度測定到其後相距10mm的位置也幾乎沒有變化，因此將相距5mm的位置看作 母材的代表硬度，實質上以接合部的最高硬度與相距5mm的位置的硬度之差的絕對值作為 液相擴散接合接頭的硬度分布即強度的均勻性進行了評價。在工業上此值在100以上變化 時，接頭特性為不均勻，作為部件影響雷射噴丸處理過的共軌的疲勞強度。將該硬度差表示為AHv(lOOg)，圖4中示出了 AHv(lOOg)與上述的晶界偏析B參 數TLB值之間的關係。表明只要TLB值在0.001以上，AHv就為100以下，可維持接頭的 均質性。為了使圖4的相關性顯著，從多種熔化的材料的化學成分中，通過實驗確定了 TLB 參數式的各係數。也就是說，通過管理參數TLB值，對於滿足上述的化學成分範圍的鋼材， 在液相擴散接合後的非調質接頭中，可得到接頭部位的強度均勻性，具體而言可得到硬度 差AHv值為100以下的接頭。另外，如此得到的液相擴散接合接頭為了在得到強度的均勻 性的同時，接頭也無脆性破壞，需要在0°C時獲得47J以上的韌性，因此從得到的方棒試驗 片中採取2mmU型缺口夏氏衝擊試驗片，按照JIS Z2202中記載的方法，在接頭部位上加工 缺口，測定了吸收能量，結果得出只要TLB值在0. 001以上就超過47J。另外，圖5是表示TLB值與抗拉強度之間的關係的圖示。由此得出只要TLB值在 0.001%以上，具有本發明中規定的化學成分的鋼的抗拉強度就在600MPa以上。拉伸試驗 是按照JIS Z2241實施的。在本發明的實施方式的共軌的製造方法中，在通過液相擴散接合將用具有以上說 明的成分的鋼材製作的共軌主體11(圖3)和圓筒形的夾具12焊接後，對形成於疲勞強度 成為問題的共軌主體上的分歧孔6(圖1)的軌道孔5側開口部周邊，在實施雷射噴丸處理 而導入壓縮應力後，再通過電解研磨等將該開口部周邊的材料除去。圖6是共軌1中要強化的分歧孔6的開口周邊部的斷面的放大圖。在本發明中的 部分強化方法的第一方策中，在分歧孔6的貫通加工後，以圖6中的角egf大致垂直殘留的 狀態，對用線段gl g表示的區域(位於開口周邊部23上的軌道孔5的內表面)實施激 光噴丸處理。然後，將開口周邊部23附近的材料除去，以形成曲線glg2g3的加工形狀。由 此可提高疲勞強度。再有，本申請中所謂分歧孔6的開口周邊部23，指的是在軌道孔內表面 22距各分歧孔6的中心的距離為分歧孔6的直徑d2(參照圖1)的5倍以內的區域、在分 歧孔內表面21中距軌道孔內表面22的開口部的距離為軌道孔5的直徑dl (參照圖1)的 0. 3倍以內的區域、夾在它們中的分歧孔6和軌道孔5的連接面。首先，對雷射噴丸處理方法進行說明。作為雷射噴丸處理，需要(i)採用具有高的 峰值功率密度的雷射束，(ii)在照射表面附近設置水等透明介質。在本實施方式中，為了 滿足(i)的條件，將照射表面上的峰值功率密度設定為1 100TW/m2。為了得到該峰值功 率密度，作為雷射裝置，優選採用脈衝時間幅度為10ps 100ns左右、脈衝能量為0. lmj 100J左右、間歇振蕩的脈衝雷射器。作為這樣的雷射裝置，例如可列舉出Nd:YAG雷射器，但 只要是滿足上述條件(i)的雷射裝置就可以。如果滿足上述(i)及(ii)的條件，通過照射 具有高的峰值功率密度的脈衝雷射束而發生的等離子體通過存在於照射表面附近的水等 透明介質來抑制膨脹，可提高等離子體的壓力，通過達到高壓的等離子體的反作用力，能夠
13在照射點附近產生塑性變形，從而賦予殘留壓縮應力。這裡，為了對利用本發明的製造方法提高疲勞強度的理由進行說明，下面對雷射 噴丸處理的應力導入特性進行論述。圖7中示出了對採用抗拉強度為lOOOMPa的鋼材製作 的平板形狀的試驗片進行雷射噴丸處理，採用X射線殘餘應力測定裝置，測定殘餘應力的 深度方向分布所得到的結果。關於深度方向的應力分布的測定，一邊通過電解研磨逐次除 去鋼材一邊進行。在雷射噴丸處理中，採用圖8(平面圖)及圖9(主視圖)中所示的裝置， 從雷射束振蕩裝置31向浸漬在水槽35中的試驗片37照射雷射束32。作為雷射束採用水 中透過性好的Nd: YAG雷射器的第二高次諧波(波長532nm)。雷射束32用由焦點距離為 10mm的凸鏡構成的聚光透鏡33進行聚光，經由光學窗34照射在試驗片37上。試驗片37 上的束斑的形狀被設定成直徑為0. 8mm的圓形。將雷射的脈衝能量設定在200mJ、將峰值功 率密度設定在40TW/m2。脈衝時間幅度為10ns，脈衝重複頻率為30Hz。在試驗片37的後方， 經由支承部38、39，如圖9所示安裝有可上下方向(b方向)滑動的導軌40。另外，導軌40 如圖8所示與安裝在可向水平方向(a方向)滑動的導軌42上的支承部41連結。將試驗 片37設置成通過控制掃描裝置43可沿著導軌40、42向ab兩方向移動。圖10中示出了脈 衝激光的束斑的重疊方法。處理區被設定成5mmX 10mm的矩形(圖10中，丄戈=5mm、j2j3 =10mm)。將相對於同一點的脈衝雷射束的照射次數的平均值設定為25次，以同一掃描區 Li內的相鄰的束斑的間隔、和相鄰的掃描區域(例如圖10中的L1和L2)的中心線間的距 離相等的方式進行處理。另外，關於掃描區域的形成，在圖10中，如「L1 — L2 — L3…」那 樣連續地進行。根據圖7的測定結果，壓縮應力被導入到深度大約為0.6mm。另外，根據圖 10中所示的重疊方法，圖10中Y方向的壓縮應力有選擇性地被強化。如圖7所示，Y方向的殘餘應力在深度為30 ym處為_783MPa，殘留壓縮應力最大。 可是，被加工材表面(深度為0mm)的殘餘應力為_656MPa，不能說充分強化了表面的殘餘應 力。這是因為如果對樣品表面照射雷射束，照射斑點部表層附近熔化並再凝固。在本發明的製造方法中，在實施了以上說明的雷射噴丸處理後，將包含該處理面 的區域的材料的表層除去。利用機械研磨等的材料除去在除去後的表面殘留拉伸應力，有 時對疲勞特性施加不良影響，因此作為除去方法，優選電解研磨法或流體研磨法。在電解研 磨法中，在開口周邊部23 (圖6)設置腐蝕液，在大多數情況下，通過一邊按壓球狀的突起一 邊通電來進行研磨。另外，在流體研磨中，通過將含有研磨液的液體穿過軌道孔5及分歧孔 6來進行研磨。在這些方法中，都是以分歧孔6的軸為中心，同心圓狀地進行研磨。通過該 除去工序，可將在雷射噴丸處理中熔化並再凝固，從而應力向拉伸側偏移，殘餘應力值比稍 微進入材料內部的部分減小的表層附近部除去。而且，通過開口周邊部23的形狀的變化可 緩和應力集中係數，可降低實施使用時的最大負載應力。本發明人發現這些複合的效果可 大大提高疲勞強度。在本發明的優選的實施方式中，將雷射束的脈衝能量設定在lmj 10J的範圍，但 這是依據以下的理由。在本發明的方法中，在雷射噴丸處理後從表面除去材料，因此如果激 光噴丸處理中導入壓縮應力的深度過淺，則除去後的新的表面上的殘留壓縮應力小。脈衝 能量越小，導入壓縮應力的深度越淺。這是因為，脈衝能量越小，從被加工材表面投入的激 光脈衝能量的三維擴散越增大。因該制約，在本發明的方法中，優選以lmj以上的脈衝能量 進行處理。另外，關於脈衝能量的上限，通過勘查可穿過共軌的導軌管的雷射束的光束截面
14積和光學元件的耐光強度，優選規定為10J以下。必要的雷射噴丸處理區域及材料的除去區域依賴於(i)內壓變動負載時的分歧 孔開口周邊部的拉伸應力分布、(ii)將應力集中緩和到何等程度的部件設計思想等。拉伸 應力分布依賴於鋼材強度、使用壓力、軌道孔5的直徑屯、分歧孔6的直徑d2等。該分布可 基於有限元法計算進行估算，以下對處理領域的一般的方針進行說明。在雷射處理後經過除去工序後，伴隨著實際使用時的內壓變動負載的分歧孔開口 周邊部23的拉伸應力的最大值在包含分歧孔6的軸且沿著軌道孔5的長度方向的斷面上， 在分歧孔內表面21與實施了除去加工的面的連接部附近產生。其主應力方向是軌道孔5 的圓周方向。為了提高疲勞強度，優選向用下式(2)及式(2』 )表示的、包含取該最大值的 點的區域導入高的壓縮應力。距分歧孔中心的距離彡分歧孔的直徑X0.6(2)朝分歧孔中心方向沿軌道孔內表面畫線段時，該線段和軌道孔長度方向所成的角 度彡 10° (2，)因此，軌道孔5的內表面22的雷射處理區域優選以包含圖11所示的、用式⑵及 式(2』 )表示的區域的方式進行設定。另外，為了使疲勞強度最大化，要求將使用時的交變負載應力達到最大的部分的 主應力方向即軌道孔5的圓周方向的壓縮應力最大化。為此，圖12中示出了有效的束斑的 重疊照射方法。這樣一來，在包含分歧孔6的中心軸的平面內掃描束斑，一邊使位置沿分歧 孔6的圓周方向移動，一邊多次進行該束斑的掃描。該處理是基於通過用圖10所示的方法 進行處理，可如圖7所示那樣有選擇性地強化圖10中的Y方向的應力的事實而想出的。再 有，掃描方向不局限於包含分歧孔6的中心軸的平面內。例如，如圖13所示，即使採用在包 含軌道孔5的長度方向和分歧孔6的長度方向的平面內掃描束斑，一邊使位置向軌道孔5 的圓周方向偏移一邊多次進行束斑的掃描的方法，也能得到同樣的效果。另外，關於以將因照射雷射而熔化並再凝固、從而應力向拉伸側偏移的材料的表 面部分除去，並通過材料表面賦予大的壓縮應力為目的而進行的材料的除去，除去範圍優 選包含用上式(2)及式(2』 )表示的區域。接著，對在材料除去工序中除去的厚度進行說明。在本申請中，如以下所述，對除 去後的面上各點定義除去厚度。關於除去後的面上的某點上的除去厚度，從除去前的面上 選出認為距除去後的面上的點的距離最短的點，將其作為最小值進行定義。以圖14中的分 歧孔剖視圖為例進行說明。圖中，用虛線表示的曲線ejf是除去前的線，從e經過kp k2到 達f的曲線是除去後的線。根據上述定義，除去後的線&點上的除去厚度用、表示，k2點 上的除去厚度用、表示。這裡，以二維的剖視圖為例進行說明，但實際的除去厚度可通過 分別作為面三維地捕捉圖14中考慮的除去前後的線來定義。使雷射噴丸處理區域內的除去厚度在以下的範圍是有效果的。首先，為了將因照 射雷射而熔化並再凝固，從而應力向拉伸側偏移的表面附近除去，將除去後表面的各點上 的除去厚度規定為0. 01mm以上。另一方面，如圖7所示，通過雷射噴丸導入的壓縮應力有 隨著距表面的深度加深而減小的傾向。例如，從圖7的Y方向的應力的深度分布可預想出 如果將材料從表面除去到深度為0. 1mm左右以上，則除去後的表面應力與除去前相比當然 減小。通過增大脈衝能量(圖7的條件下為200mJ)，能夠緩和壓縮應力向深度方向的衰
15減。也就是說，通過增大脈衝能量還可得到更大的除去厚度，儘管如此，將除去厚度規定為 0. 3mm左右以下也是有效果的。通過除去材料，不僅可得到能將因照射雷射而熔化並再凝固，從而應力向拉伸側 偏移的表面附近除去的效果，而且還可得到開口部周邊部的形狀變化導致的應力集中係數 被緩和的效果。要提高疲勞強度，需要形成光滑的除去面，以便不會在伴隨著使用時的內 壓變動負載的分歧孔開口周邊部的拉伸應力達到最大的部分產生應力集中。從此觀點出 發，包括分歧孔的中心軸且沿著軌道孔的長度方向的斷面上的分歧孔的開口部周邊部上的 形狀線的曲率半徑，在以距分歧孔的中心軸的距離定義的區域滿足下式(3)的區域的各點 上，優選達到15i!m以上。再有，圖15中示出了該曲率半徑R的定義。分歧孔直徑X0. 5 <距分歧孔中心的距離<分歧孔直徑X0. 6 (3)在以上中，對只從圖6中軌道孔5的內表面22進行雷射照射的方法進行了說明， 但為了提高疲勞強度，從分歧孔6 (直徑d2)的內表面21和軌道孔5的內表面22雙方進行 的方法也是有效果的。以下，對其理由進行說明。在雷射噴丸處理中，如圖7所示，隨著向 深度方向進展，賦予的壓縮應力的絕對值逐漸減小。因此，在只從軌道孔5的內表面22進 行處理時，在遠離軌道孔5的內表面22的內部，例如在圖6中的g2點，有時壓縮應力的絕 對值比表層減小。另一方面，在將開口周邊部23的材料除去後，實際使用時的交變負載應 力多在該g2點附近達到最大。如果從分歧孔6的內表面21和軌道孔5的內表面22雙方 進行雷射噴丸處理，通過各個面的處理而導入的壓縮應力相加，可提高&點的壓縮應力的 絕對值，從而可實現更高的疲勞強度。在也對分歧孔6的內表面21進行雷射處理時，關於圖16所示的處理範圍的深度 h，只要以通過軌道孔內表面22和分歧孔內表面21相交而形成的圓的位置為高度的基準， 規定為軌道孔直徑屯的20%左右即可。但是，為了處理到分歧孔內表面21的深的部分，需 要加大相對於分歧孔內表面21的雷射束的入射角度。即使是具有相同峰值功率的雷射束， 隨著入射角度加大，照射點上的峰值功率密度也減小。因此，在直徑d2小時，深度h多被能 以適當的峰值功率密度照射的界限所左右。另一方面，只從軌道孔5的內表面22進行的照射方法不需要對分歧孔6的內表面 21進行處理所需的反射鏡的搖動機構等，因而具有能使裝置簡化的優點。在本發明中的部分強化方法的第2方策中，在分歧孔6的貫通加工後，在通過研磨 或機械加工將分歧孔6的開口周邊部23倒角加工到規定量後，對開口周邊部23實施雷射 噴丸處理。然後，再將存在於開口周邊部23上的材料除去。由此可得到提高了開口周邊部 23的疲勞強度的共軌。這在採用主要以充分緩和應力集中係數為目的，將從分歧孔6的貫 通加工時到達最終加工形狀時的除去厚度增大的部件設計時特別有效。圖17是表示第2 方策的一例子的示意圖。圖中用虛線表示的角eg f為貫通加工時的斷面，點劃線為倒角加 工後的斷面，然後從e經由k3、k4達到f的曲線是在雷射噴丸處理後，進而在進行了材料除 去後得到的最終加工形狀。在該圖中，相對於從用、或、表示的貫通加工時到達最終加工 形狀時的除去厚度超過0. 3mm時，如果採用上述第一方策，則從圖中用虛線表示的角egf的 表面實施雷射噴丸處理，然後，通過除去材料可得到最終加工形狀(圖17中曲線ek3 k4 f)。 在這種情況下，由於材料的除去厚度超過0. 3mm,因此如上所述，除去材料後得到的最終加 工形狀的表面上的殘留壓縮應力減小。另一方面，如果根據這裡說明的第2方策，由於在倒
16角加工到圖17中用點劃線表示的斷面後實施雷射噴丸處理，因而能夠將雷射噴丸處理後 的材料的除去厚度抑制在較小的水平。因此，具有即使在最終加工形狀(圖17中曲線ek3 k4 f)的表面上也可得到大的壓縮應力的優點。在雷射噴丸處理前實施的倒角加工是以緩和伴隨著實際使用時的內壓變動負載 的施加給分歧孔開口周邊部的拉伸應力的應力集中係數的目的而進行的。因此，以包含該 應力達到最大值的附近的區域，即包含用上述式(2)及式(2』)表示的區域的方式進行是有 效果的。在倒角加工後，雖可緩和分歧孔6的開口周邊部的應力集中，但應力分布的最大值 依然在包含分歧孔6的軸、且沿著軌道孔5的長度方向的斷面上，在分歧孔內表面和實施了 除去加工的面的接合部附近產生。因而，對於以去掉其後進行的分歧孔開口周邊部的雷射 處理區域、及通過雷射照射熔化並再凝固，從而應力向拉伸側偏移的表面為目的而進行的 材料除去，優選也包含用上述的式(2)及式(2』)表示的區域。另外，關於要除去的厚度，在 雷射處理區域中優選規定為0. 01mm 0. 3mm。從可對除去材料造成的除去後表面的壓縮應 力下降進行抑制的觀點出發，在雷射噴丸處理前進行的倒角加工中通過加工到接近最終加 工形狀，可將雷射噴丸處理後的除去厚度抑制在較小的0. 1mm以下，這是特別優選的範圍。共軌大多用高強度鋼製作。因而，作為設置在雷射照射表面上的透明液體，優選採 用醇類(甲醇或乙醇)等不具有使鋼生鏽的性質的液體。或者，通過採用在按任意配比在 水中混合甲醇或醇類而成的液體、純水、自來水或礦物水中的任一種中加入防鏽劑形成的 液體，也可以使共軌不生鏽。關於防鏽劑，用市售的防鏽劑雖無問題，但在採用帶色的防鏽 劑時，優選將防鏽劑的濃度設定在雷射能夠透過液體內的範圍。這樣一來，為了用工序成本 低的液相擴散接合組裝原本強度為600MPa的超級鋼材，使起因於高強度材中不可避免的 夾雜物的疲勞破壞根絕，通過對負載內壓時被施加最大主應力的分歧孔周圍實施雷射噴丸 處理，可提供首次能富餘地抗2000個大氣壓以上的超高壓的廉價的共軌。再有，在本發明中，除了上述的化學成分以外，還可以含有Ni :0. 01 2. 0%、Co 0. 01 1. 0%,Cu 0. 01 1. 0%,ff 0. 01 2. 0%中的至少1種以上，或者進一步含有Zr 0. 001 0. 05%, Nb 0. 001 0. 05%, V 0. 001 0. 5%中的至少1種以上，或者進一步 含有硫化物形態控制元素及稀土類元素等中的至少1種以上，所述硫化物形態控制元素為 Ca 0. 0005 0. 005%, Mg 0. 0005 0. 005%, Ba 0. 0005 0. 005%中的任一種，稀土類 元素為 Y 0. 001 0. 05%,Ce 0. 001 0. 05%, La 0. 001 0. 05%中的任一種。在使鋼材含有這些合金成分時，基於以下的理由限制含量範圍。Ni、Co、Cu都是、 穩定化元素，是通過降低鋼材的相變點，促進低溫相變，從而提高淬透性的元素。在M、Co、 Cu的含量分別為0. 01%以上時，可得到上述的效果。另一方面，如果Ni含有超過2. 0%、 Co和Cu分別含有超過1.0%，則殘留Y增加，從而影響鋼材的韌性。因此，優選的是，按 0. 01 2. 0%的範圍含有Ni，按0. 01 1. 0%的範圍分別含有Co和Cu。但是，哪種都是高價 的元素，從工業生產的觀點出發，優選在鋼材中按0. 05 1. 0%的範圍含有Ni，按0. 05 0.5%的範圍含有Co和Cu。W是a穩定化元素，發揮顯著的固溶硬化。如果含有0.01%以上的W，則可得到此 效果。可是，如果含有超過2%,則與液相擴散接合的擴散原子即B及P生成硼化物或磷化 物，有時使接頭的韌性劣化。因此，將W含量的上限值限制在2.0%。但是，在考慮晶界偏析 的情況下，含量上限值優選為1.0%。
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Zr、Nb、V通過析出微細的碳化物可提高材料的強度。所有在含量為0. 001 %以上 時具有效果。另一方面，在Zr、Nb含量超過0. 05%時、V含量超過0. 5%時，因碳化物粗大 化而有使韌性降低的可能性。因此，將Zr、Nb的上限值設定在0. 05%，將V的上限值設定 在0. 5%。關於這些元素的含量的上限值，特別是在避免晶界上硼化物或磷化物的生成的情 況下，Nb和&優選為0. 035%, V優選為0. 3%。另外，Ca、Mg、Ba的硫化物形態控制元素及Y、Ce、La的稀土類元素全部具有與鋼 中的雜質S的親和力高、能夠抑制影響鋼材韌性的MnS的生成的效果。為了得到此效果， Ca.Mg.Ba的含量為0. 0005%、原子量大的Y、Ce、La的含量為0. 001%是必要的。另外，在 Ca、Mg、Ba的含量為0. 005%以上時，生成粗大氧化物而使韌性降低，在Y、Ce、La的含量為 0. 05%時，同樣生成粗大氧化物而使韌性降低，因此將這些含量設定為上限。上述成分可以適宜組合地複合添加，此外也可以單獨添加各元素，可以不妨礙本 發明的效果而對鋼材賦予各種特性。再有，本發明的鋼材的製造工序不僅適用通常的利用高爐-轉爐的煉鋼連續工 藝，而且也適用採用冷鐵源的電爐製法、轉爐製法。而且，即使在不經過連續鑄造工序時，也 可經過通常的鑄造、鍛造工序進行製造，只要滿足本發明中規定的化學成分範圍和式中的 限制即可，本發明技術中的製造方法的應用範圍可擴大。另外，製造的鋼材的形狀是任意 的，可按適用部件的形狀所要求的成形技術實施。也就是說，可在鋼板、鋼管、棒鋼、線材、型 鋼等中廣泛地應用本發明的效果。另外，由於本發明鋼的焊接性也優良，適合液相擴散接 合，因此只要是包含液相擴散接合接頭的結構體，就可製造部分應用焊接、或者並用焊接的 結構體，對本發明的效果沒有任何妨礙。以上說明的本發明的一實施方式的共軌的製造方法換言之可按以下的方法得 到。也就是說，本發明的一實施方式涉及一種中心部形成有軌道孔、在包圍所述軌道孔的 筒壁部上形成多個在所述軌道孔上開口的分歧孔的共軌的製造方法，其特徵在於作為所 述共軌的基材，至少採用以質量％計含有c 0. 01 0. 3%、Si 0. 01 0. 5%、Mn 0. 01 3. 0%, B 0. 0003 0. 01%, N 0. 001 0. 01%, A1 大於 0. 01%但小於等於 0. 5%, Ti 0. 01 0. 05%，且將P限制在0. 03%以下、將S限制在0. 01 %以下、將0限制在0. 01 %以 下、另外將晶界偏析脆化元素As、Sn、Sb、Pb、Zn的總和限制在0. 015%以下，剩餘部分包括 Fe及不可避免的雜質，用式(1)表示的TLB值在0. 001 %以上的液相擴散接合用鋼材，採用 至少含有以上的B的Ni基或Fe基的嵌入金屬，在1000 1300°C的接合溫度下，施加 IMPa以上的應力，並保持30秒以上，如此進行液相擴散接合，對位於所述分歧孔的開口周 邊部的所述分歧孔的內表面和所述軌道孔的內表面，使透明液體存在而照射脈衝雷射束， 實施雷射噴丸處理，然後除去所述開口周邊部的表層，由此提高所述開口周邊部的疲勞強 度。另外，以上說明的本發明的一實施方式的共軌換言之可如以下那樣得到。也就是 說，本發明的一實施方式涉及一種中心部形成有軌道孔、在包圍所述軌道孔的筒壁部上形 成多個在所述軌道孔上開口的分歧孔的共軌，其特徵在於作為所述共軌的基材，至少是以 質量％計含有 c :0. 01 0. 3%,Si 0. 01 0. 5%,Mn 0. 01 3. 0%、B 0. 0003 0. 01%, N 0. 001 0. 01%、A1 大於0.01%但小於等於0.5%、Ti 0. 01 0. 05%，且將P限制在 0. 03%以下、將S限制在0. 01 %以下、將0限制在0. 01 %以下、另外將晶界偏析脆化元素
18As、Sn、Sb、Pb、Zn的總和限制在0. 015%以下，剩餘部分包括Fe及不可避免的雜質，用式 (1)表示的TLB值在0. 001 %以上的液相擴散接合用鋼材，關於所述分歧孔的開口周邊部的 形狀，包括分歧孔的中心軸、且沿著軌道孔的長度方向的斷面上的分歧孔的開口部周邊部 上的形狀線的曲率半徑在滿足式(3)的區域的各點上為15 ym以上，而且所述斷面的與軌 道孔的長度方向垂直的壓縮應力值為_200MPa以上。實施例1以下，對為了驗證本發明的效果而製作共軌，進行內壓疲勞試驗所得出的結果進 行說明。按以下的方法製作圖18A、圖18B中例示的共軌。首先，製成230mm長、40mm寬、 30mm厚的軌道主體51，和高度為25mm、外徑為24mm、厚度為4mm的夾具52。軌道主體51及夾 具52的製造方法是，在實驗室規模的真空熔煉設備或實際鋼板製造設備中，通過100kg 300ton的真空熔煉、或通常的高爐_轉爐_爐外精煉_脫氣/微量元素添加_連續鑄造_熱 軋等工序來製造本發明的化學成分範圍的鋼材，然後加工、成形成圖18A、圖18B所示的形 狀。接著，在軌道主體51上，在長度方向中心加工了內徑為①10mm的軌道管後，加工深度 為4mm、寬度為7mm的夾具接合定位用的導槽，然後在接合夾具52的預定位置的夾具中心軸 上，朝著軌道管開直徑為1mm的分歧孔6。另外，在夾具52上，對內徑側進行加工，以安裝最 大螺紋牙高度為2mm的用於分配燃料的分歧配管。接著，將軌道主體51和夾具52的接合 部的端面研磨加工成Rmax < 100 u m，然後進行脫脂清洗，將其端面兩個對置，形成接合試 驗片對，採用具備輸出功率為150kW的高頻感應加熱裝置的拉伸/壓縮試驗機進行液相擴 散接合。也就是說，使可在1000 1300°C進行液相擴散接合的Ni基-B系、Fe基_B系的 實質上按體積分率計50%以上為非晶質的厚度為20 50 y m的非晶態箔介於接合面間，將 試驗片整體加熱到必要的接合溫度，在30秒 60分鐘之間，在1 20MPa的應力下進行液 相擴散接合，接合後進行放冷。按一部分條件，在以下說明的雷射噴丸處理之前，對軌道主 體51的分歧孔6的軌道管的開口端部的邊緣實施倒角加工。在該倒角加工中，通過一邊按 壓球狀的突起一邊通電，以分歧孔6的軸為中心研磨成同心圓狀。通過變化突起的直徑和 電解研磨的時間，如圖19所示，變化被倒角加工的區域的寬度？1和深度p2。再有，Pl作為 相對於分歧孔直徑d2的倍率表現出來。對分歧孔6的軌道管側的開口周邊部進行了雷射噴丸處理。圖20中圖示了將處 理中採用的雷射加工裝置的照射頭61插入軌道孔5中的狀態。照射頭61受到可沿軌道孔 5的長度方向移動、同時可在中心軸周圍旋轉的支承棒67支承，在導管62上安裝有聚光透 鏡63和反射鏡64。71表示突起。在圖20中，反射鏡64為傾斜地切斷圓柱的形狀即所謂 棒型的反射鏡，被粘接在反射鏡底座65上。沿著共軌1的軌道孔5導光來的雷射束57，在 被聚光透鏡63偏向後，被反射鏡64反射，到達聚光點66。由於在聚光透鏡63的兩側存在 水，因此為了得到良好的偏向，優選透鏡採用折射率高的材質。同時，優選對具有高的峰值 功率密度的雷射束具有耐久性的材質。因此，在本實施例中採用藍寶石作為透鏡。另外，為 了防止從雷射束照射點發生的金屬微粒子或等離子體造成的反射鏡64的汙染，在導管62 上設置一對缺口部68、69，在導管62的周圍設置環狀的密封部件70。通過該密封部件70， 在導管62內生成從一方的缺口部68向另一方的缺口部69流動的水流，以保護反射鏡64鏡 面不受汙染。作為雷射束，採用水中透過性優良的Nd:YAG雷射器的第二高次諧波(波長532nm)或Nd: YV04雷射器的第二高次諧波(波長532nm)。脈衝雷射束的時間幅度分別為 lOnsUns。作為雷射處理，一邊變化脈衝能量和斑點直徑一邊進行。對於脈衝能量為10mJ 以上的處理使用Nd: YAG雷射器，對於脈衝能量低於10mJ的處理使用Nd: YV04雷射器。將 照射點的斑點的形狀設定為大致圓形，將峰值功率密度設定在50TW/m2。為了提高軌道孔圓周方向的壓縮應力，如圖12所示，在包含分歧孔6的中心軸的 平面內掃描束斑，用一邊使位置在分歧孔6的圓周方向移動，一邊多次進行該束斑的掃描 的方法進行處理。雷射處理在用下式(4)及式(4』 )表示的區域中進行，一邊變化？3和& 一邊進行處理。圖21中示出了 p3和p4的定義和處理區(斜線部)。距分歧孔中心的距離彡分歧孔的直徑Xp3(4)朝分歧孔中心方向沿軌道孔內表面畫線段時，該線段和軌道孔長度方向所成的角 度彡 P4° (4，)將相對於同一點的脈衝雷射束的照射次數的平均值設定為6. 9次。再有圖12中 只示出a側的雷射處理區域，但在實際的處理中，即使對於夾著分歧孔位於a側的相反側的 b側，也與a側同樣地進行雷射處理。在雷射噴丸處理後，通過電解研磨除去材料。通過一邊按壓球狀的突起一邊通電， 以分歧孔6的軸為中心研磨成同心圓狀。通過變化突起的直徑和電解研磨的時間，則如圖 22所示，改變電解研磨的區域的寬度(相對於分歧孔的直徑(12的倍率)p5和除去厚度p6。 除去厚度的定義如在圖14中說明的定義。另外，對包含分歧孔的中心軸、且沿著軌道孔的 長度方向的斷面上的滿足所述式(2)及式(2』 )的區域上的分歧孔的形狀線的曲率的最大 值Rm進行了評價。關於以上所述的本實施例中的電解研磨後的開口部形狀的參數(Pl、P2、 p5、P6、Rm)，在通過對包含分歧孔的中心軸、且沿著軌道孔的長度方向的斷面進行切斷及研 磨加工而得到各水準的疲勞試驗都不缺的共軌後，通過用光學顯微鏡觀察形狀來求出。將用以上的方法製作的共軌經由通過另外加工安裝的固定用夾具安裝在內壓疲 勞試驗裝置上，以最大噴射壓力為300MPa，以15Hz實施1000萬次的內壓疲勞試驗。在試驗 中，與在夾具內徑側加工的螺紋形狀一致地選擇堵塞夾具上部的開口端的螺栓，用3ton的 最大轉矩擰緊，再現實際的發動機中的使用環境。表1中示出了疲勞試驗結果。另外，表2中示出了本實施例中採用的根據本發明 的化學成分範圍的鋼材，表3中示出了表2的各鋼材的機械強度。表1的表示鋼材成分的 編號與表2所示的編號對應。表1中還示出了圖21的％點上的軌道孔圓周方向的殘餘應 力oA的測定結果。另外，關於殘餘應力oA，從各水準的疲勞試驗都不缺的共軌上，如圖 18A、圖18B所示，切下包含1個分歧孔的一部分24，採用X射線殘餘應力測定裝置進行測 定。在該切下加工中，以通過雷射噴丸而導入的殘餘應力不變化的方式，在離開分歧孔6的 軌道孔側的開口部的位置切斷。關於切下部分的尺寸，軌道孔長度方向的長度為40mm，此外 與分歧孔的軸垂直地在包含軌道孔的軸的平面切斷。X射線應力測定的光束直徑為0. 1mm。 另外，表中TS表示25°C時的液相擴散接合接頭的抗拉強度(kN/mm2)，CH表示0°C時的液相 擴散接合接頭的夏氏試驗中的吸收能量(J)，AHv表示接合部的最高硬度和相距5mm的位 置的硬度之差的絕對值(載荷100g的Vickers硬度試驗的值)。
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權利要求
一種共軌的製造方法，所述共軌具備共軌主體，其設有軌道孔和形成於包圍所述軌道孔的筒壁部上的分歧孔；以及夾具，其形成有與所述分歧孔連通的連通孔；其中，所述共軌主體及所述夾具含有C0.01～0.3質量％、Si0.01～0.5質量％、Mn0.01～3.0質量％、B0.0003～0.01質量％、N0.001～0.01質量％、Al大於0.01％但小於等於0.5質量％、Ti0.01～0.05質量％的成分，且將P限制在0.03質量％以下、將S限制在0.01質量％以下、將O限制在0.01質量％以下、將As、Sn、Sb、Pb、Zn的合計含量限制在0.015質量％以下，剩餘部分包括Fe及不可避免的雜質；用式TLB＝(B％) [(N％)/1.3 {(Ti％)/3.4+(Al％)/4.1}×(Al％)×52](1)表示的TLB值在0.001％以上；所述共軌的製造方法包括插入工序，其在所述共軌主體與所述夾具之間，插入至少含有1質量％以上B的Ni基或Fe基的嵌入金屬；液相擴散接合工序，通過在1000～1300℃的接合溫度下，施加1MPa以上的應力並保持30秒以上，從而將所述共軌主體、所述嵌入金屬和所述夾具進行接合；雷射噴丸處理工序，對位於所述分歧孔的開口周邊部的所述分歧孔的內表面和所述軌道孔的內表面的邊界周邊部的區域，使透明液體存在而照射脈衝雷射束；以及表層除去工序，除去所述開口周邊部的表層，以提高所述開口周邊部的疲勞強度。
2.根據權利要求1所述的共軌的製造方法，其特徵在於，所述共軌主體及所述夾具中 的至少一方還含有Ni 0. 01 2. 0 質量％、 Co 0. 01 1. 0 質量％、 Cu 0. 01 1. 0 質量％、 W 0. 01 2.0質量％中的1種以上。
3.根據權利要求1所述的共軌的製造方法，其特徵在於，所述共軌主體及所述夾具中 的至少一方還含有Zr 0. 001 0. 05 質量％、 Nb 0. 001 0. 05 質量％、 V 0. 001 0. 5質量％中的1種以上。
4.根據權利要求1所述的共軌的製造方法，其特徵在於，所述共軌主體及所述夾具中 的至少一方還含有硫化物形態控制元素及稀土類元素中的一種以上，所述硫化物形態控制元素為 Ca 0. 0005 0. 005 質量％、 Mg 0. 0005 0. 005 質量％、Ba 0. 0005 0. 005質量％中的任一種，所述稀土類元素為Y 0. 001 0. 05 質量％、Ce 0. 001 0. 05 質量％、La 0. 001 0. 05質量％中的任一種。
5.根據權利要求1 4中的任一項所述的共軌的製造方法，其特徵在於所述開口周 邊部的材料的表層的除去通過電解研磨或流體研磨來進行。
6.根據權利要求1 4中的任一項所述的共軌的製造方法，其特徵在於所述脈衝激 光束的脈衝能量為lmj 10J。
7.根據權利要求1 4中的任一項所述的共軌的製造方法，其特徵在於實施所述激 光噴丸處理的區域和除去所述表層的區域分別是在所述軌道孔的內表面，包含滿足下式 ⑵及下式(2』 )的區域，距分歧孔中心的距離<分歧孔的直徑X0. 6(2)朝分歧孔中心方向沿軌道孔內表面畫線段時的該線段和軌道孔長度方向所成的角度 ≤ 10° (2，)除去的表層厚度在滿足上式(2)及上式(2』 )的區域中為0. 01mm 0. 3mm。
8.根據權利要求1 4中的任一項所述的共軌的製造方法，其特徵在於通過除去所 述開口周邊部的材料表層，使得在包含所述分歧孔的中心軸且沿著所述軌道孔的長度方向 的斷面中，所述分歧孔的所述開口部周邊部的形狀線的曲率半徑在滿足下式(3)的區域的 各點為15iim以上；分歧孔直徑X0. 5 <距分歧孔中心的距離<分歧孔直徑X0. 6 (3)。
9.根據權利要求1 4中的任一項所述的共軌的製造方法，其特徵在於在實施所述 雷射噴丸處理之前，對所述開口周邊部進行倒角加工。
10.根據權利要求9所述的共軌的製造方法，其特徵在於實施所述倒角加工的區域包 含滿足所述式(2)及式(2』 )的區域。
11.根據權利要求1 4中的任一項所述的共軌的製造方法，其特徵在於所述雷射噴 丸處理中所用的所述透明液體為醇類、或加入防鏽劑的水。
12.—種共軌，其具備共軌主體，其設有軌道孔和形成於包圍所述軌道孔的筒壁部上 的分歧孔；以及夾具，其形成有與所述分歧孔連通的連通孔；其中，所述共軌主體及所述夾 具含有C 0. 01 0. 3 質量％、Si 0. 01 0. 5 質量％、Mn 0. 01 3. 0 質量％、B 0. 0003 0. 01 質量％、N 0. 001 0. 01 質量％、A1 大於0.01%但小於等於0.5質量％、Ti 0. 01 0. 05質量％的成分，且將P限制在0. 03質量％以下、將S限制在0.01質量％以下、將0限制在0.01質量％以下、將As、Sn、Sb、Pb、Zn的合計含量限制在0. 015質量％以下，剩餘部分包括Fe及不可避免的雜質；用式TLB = ) - [ (N% )/l. 3- {(Ti%) /3. 4+ (A 1% )/4. 1} X (Al% ) X52] (1)表示的 TLB 值在 0. 001 % 以上;所述開口周邊部的形狀是，在含有所述分歧孔的中心軸且沿著所述軌道孔的長度方向 的斷面中，所述分歧孔的所述開口部周邊部的形狀線的曲率半徑在滿足下式(3)的區域的 各點為15iim以上；分歧孔直徑X0. 5 <距分歧孔中心的距離<分歧孔直徑X0. 6 (3) 且所述斷面的與軌道孔的長度方向垂直的壓縮應力值為_200MPa以上。
全文摘要
本發明提供一種共軌的製造方法，所述共軌包括共軌主體及夾具，所述共軌主體及所述夾具含有C0.01～0.3質量％、Si0.01～0.5質量％、Mn0.01～3.0質量％、B0.0003～0.01質量％、N0.001～0.01質量％、Al大於0.01％但小於等於0.5質量％、Ti0.01～0.05質量％的化學成分，且將P限制在0.03質量％以下，將S限制在0.01質量％以下，將O限制在0.01質量％以下，將As、Sn、Sb、Pb、Zn的合計含量限制在0.015質量％以下，剩餘部分包括Fe及不可避免的雜質，而且TLB值在0.001％以上；所述製造方法包括嵌入金屬插入工序、液相擴散接合工序、雷射噴丸處理工序和表層除去工序。
文檔編號B23K31/00GK101981302SQ20108000131
公開日2011年2月23日 申請日期2010年3月5日 優先權日2009年3月12日
發明者今井浩文, 平野弘二, 杉橋敦史, 長谷川泰士 申請人:新日本制鐵株式會社