ES2295833T3 - Empujavalvula nitrurado y metodo para su fabricacion. - Google Patents

Abstract

Un empujaválvula para un motor de combustión interna que se somete a nitruración gaseosa o nitruración suave gaseosa sobre al menos una superficie superior del mismo, caracterizado por que una capa de compuesto formada sobre la superficie más externa de la superficie superior por la nitruración tiene un espesor de 1 a 5 µm y una rugosidad superficial Ra de la misma es 0, 05 o menor.

Description

Empujaválvula nitrurado y método para su fabricación.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un empujaválvula que es un componente de impulsión por válvula, sometido a nitruración, de un motor de combustión interna y un método de producción del mismo y además se refiere a una combinación del empujaválvula y una leva.

Fundamento de la técnica

Haciendo referencia a la Fig. 10, en un sistema 10 de accionamiento de válvulas por impulsión directa de un motor de combustión interna, se somete un empujaválvula 1 para convertir un movimiento de rotación de una leva 11 en un movimiento alternativo de una válvula 12, a un contacto deslizante en un movimiento alternativo con un bloque 14 cilíndrico y se somete una cuña 3 o una superficie 2 superior (cf. Fig. 1) del empujaválvula puesta en contacto con la leva 11, a un contacto deslizante bajo una carga alta y una carga de impacto a fin de que sea indispensable una mejora en la resistencia al desgaste y una resistencia al impacto. Por otra parte, se tiene que mejorar la rugosidad superficial de la superficie deslizante de la leva 11 de la que un material presenta propiedades de resistencia al desgaste y resistencia al impacto, para reducir una naturaleza atacante contra el empujaválvula debido a que se evita una condición de lubricación límite.

Comúnmente se ha empleado un proceso de nitruración como método simple para mejorar la resistencia al desgaste del empujaválvula 1, pero se ha eliminado por esmerilado, pulido o similar, una capa de compuesto (también denominada una capa blanca por los expertos en la materia) formada en la superficie más externa por nitruración, teniendo una dureza alta pero siendo también muy frágil, de ese modo sólo queda para uso una capa de difusión de nitruración.

Sin embargo, las características de la capa de compuesto con una dureza alta y un coeficiente de rozamiento bajo están atrayendo la atención como una medición para satisfacer recientes requerimientos de una mayor energía o un consumo de fuel menor del motor de combustión interna y una especificación del componente deslizante, en que queda una capa de compuesto incluso después de un pulido para reducir el rozamiento sobre la superficie 2 superior del empujaválvula 1 en contacto deslizante con la leva 11 y se propone un método para producirlo y se describe, por ejemplo, en el documento JP-A Nº 2002-97563.

Sin embargo, en el componente deslizante y el método para producirlo, como se describe en el documento JP-A Nº 2002-97563, se emplea un proceso de nitruración previo, según el cual se forma una capa de compuesto con una capa superficial frágil con rugosidad superficial deteriorada, relativamente gruesa (5 a 15 \mum) en el proceso de nitruración y tiene lugar una deformación relativamente grande en los artículos elaborados. Por consiguiente, es necesario mejorar la rugosidad superficial al tiempo que queda la capa de compuesto en una etapa posterior y se requiere un proceso de pulido muy difícil e inestable para hacer más fina aún una capa de compuesto fina.

Un proceso comúnmente empleado para formar la capa de compuesto, tal como una nitruración suave gaseosa, se lleva a cabo en general durante varias horas a aproximadamente 570ºC, deseando una formación de capa de compuesto de aproximadamente 10 \mum. Sin embargo, dicho proceso forma una capa porosa y se asocia con desventajas no sólo en la formación de una fase-\varepsilon frágil (Fe_{2-3}N) sino también causando una gran deformación en un artículo elaborado y un deterioro significativo en rugosidad superficial. En la nitruración como se mencionó anteriormente, la capa de compuesto consta de una fase- \varepsilon porosa (Fe_{2-3}N) de la superficie más externa (capa porosa) y una fase-\gamma' densa (Fe_{4}N) y/o una fase mixta de fase-\varepsilon y fase-\gamma' (fase \varepsilon+\gamma') bajo la capa porosa. Esta fase-\gamma' densa y/o fase \varepsilon+\gamma' mixta son cristales columnares relativamente grandes orientados casi perpendiculares a la superficie.

En dicho proceso de nitruración, como la rugosidad superficial influye significativamente en el desgaste de un material de contrapartida, es indispensable un proceso de pulido después de la nitruración para reducir una naturaleza atacante contra el material de contrapartida, pero se tiene que seleccionar un margen de pulido relativamente grande puesto que la capa porosa presenta un espesor desigual. También, ya que es difícil de conseguir un pulido uniforme, por ejemplo, debido a una desigualdad en la dureza, puede quedar aún la capa porosa después del pulido. En la superficie superior del empujaválvula en un contacto deslizante bajo una carga alta y una carga de impacto, el estado en que queda la capa porosa sobre la superficie superior, da como resultado un despegue o desprendimiento de la misma, conduciendo así a un problema.

En el documento JP-A Nº 2002-97563 se describen medios de pulido tales como pulido con rueda de trapo para eliminar la capa porosa y controlar un espesor y una rugosidad superficial de la capa de compuesto. Sin embargo, como la capa de compuesto consta de una fase-\varepsilon (Fe_{2-3}N), una fase-\gamma' densa (Fe_{4}N) y una fase \varepsilon+\gamma' mixta y es difícil hacer un pulido uniforme debido a una distribución de fases y una variación de la dureza, se tiende a dar una porción donde la capa de compuesto se elimina completamente y una porción donde la capa de compuesto aún queda dentro de una misma superficie pulida, de modo que no se puede obtener una capa de compuesto con espesor uniforme. Por consiguiente, se encuentran dichas desventajas que varía la resistencia al desgaste y no se puede obtener un efecto de reducción del momento de torsión de rozamiento.

También incluso en el caso de que se obtenga una capa de compuesto uniforme por un pulido de acuerdo con una ondulación superficial, como se describe en el documento JP-A Nº 2002-97563, una mejora en la rugosidad superficial es aún insuficiente. También es muy costoso el proceso de pulido mencionado anteriormente.

Con respecto a la leva en contacto deslizante con el empujaválvula, por otra parte, la rugosidad de la superficie esmerilada de la superficie deslizante (de la leva) es relativamente desigual de modo que se causa deterioro de la rugosidad superficial de la capa de compuesto frágil de la superficie superior. Así, se requieren equipos caros para máquina de encintado solapado con tira de papel, etc., y tiempo de mecanizado prolongado dando como resultado alto coste, para reducir el momento de torsión de rozamiento desde el comienzo de la operación y evitar una condición de lubricación límite inestable. Estas son desventajas.

Descripción de la invención

Un objeto de la presente invención es resolver las desventajas mencionadas anteriormente, es decir, es proporcionar un empujaválvula en que se forme una capa de compuesto de nitruración, uniforme y densa, de una resistencia al desgaste alta, sobre una superficie y a un método para producirlo ocasionando poco deterioro de la rugosidad superficial y poca deformación en el artículo elaborado por el proceso de nitruración y no requiriendo un proceso de pulido para mejorar la resistencia al desgaste, la rugosidad superficial y la precisión dimensional. Además, el objeto de la presente invención es proporcionar un empujaválvula que se use junto con la leva de la que no se pule la superficie deslizante mediante la máquina de encintado solapado con tira de papel, etc.

Medios para resolver los problemas

En una capa nitrurada, hay formadas en general, de una manera estratificada, una capa de difusión de una concentración en nitrógeno relativamente baja y una capa de compuesto de una concentración en nitrógeno alta. Una temperatura de nitruración alta forma una capa de compuesto gruesa con la superficie más externa porosa, frágil. Aunque se puede minimizar la capa porosa frágil adoptando una temperatura de nitruración inferior, la capa de difusión también llega a ser fina en tal caso. Como la capa de difusión en el empujaválvula requiere un espesor de 50 a 100 \mum, es deseable obtener dicha capa de difusión de 50 a 100 \mum, como se mencionó anteriormente y una capa de compuesto de rugosidad superficial densa y predeterminada, mostrando alta dureza y bajo coeficiente de rozamiento.

Como resultado de una investigación completa, los presentes autores han encontrado que se puede obtener el empujaválvula con rugosidad superficial mejorada y buena resistencia al desgaste de la superficie superior después de nitruración, mejorando su rugosidad superficial antes de la nitruración y suprimiendo el crecimiento de la capa de compuesto en el proceso de nitruración. Los presentes autores han encontrado además que la combinación del empujaválvula mencionado anteriormente y la leva mejora la rugosidad superficial de la leva en la inserción sin pulido costoso del encintado solapado con tira de papel, etc. y mejora totalmente la resistencia al desgaste y reduce el momento de torsión de rozamiento, dando como resultado un proceso de bajo coste.

Más específicamente, el empujaválvula de acuerdo con la presente invención, sometido a nitruración gaseosa o nitruración suave gaseosa sobre la superficie superior del mismo, se caracteriza porque una capa de compuesto formada sobre la superficie más externa presenta un espesor de 1 a 5 \mum y una rugosidad superficial superior Ra de la capa de compuesto es 0,05 o menor. El método de producción del empujaválvula de acuerdo con la presente invención se caracteriza porque la rugosidad superficial Ra de la superficie superior antes de la nitruración acaba en un intervalo de 0,01 a 0,03 por un proceso de esmerilado o pulido. Dicho empujaválvula pulido se somete a un proceso de nitruración bajo una condición de nitruración seleccionada de manera que se obtenga un espesor de una capa de compuesto superficial de 1 a 5 \mum, obteniéndose de ese modo un empujaválvula con capa de compuesto nitrurada de una dureza alta y un coeficiente de rozamiento bajo, sobre la superficie más externa de la superficie superior y teniendo también una rugosidad superficial Ra de 0,05 o menor.

Un espesor de la capa de compuesto después de la nitruración o menor que 1 \mum no puede proporcionar una resistencia al desgarro o un efecto de reducción del momento de torsión de rozamiento. También un espesor mayor que 5 \mum da como resultado la formación de una capa porosa o un deterioro de la rugosidad superficial y conduce a un problema de despegue de la capa de compuesto en uso debido a un espesor grande de la capa de compuesto, de modo que se selecciona un límite superior como 5 \mum. También se puede utilizar una rugosidad superficial Ra de 0,05 o menor sin dificultad para un componente deslizante. En la presente invención, la rugosidad superficial Ra de la superficie superior se selecciona igual a o menor que 0,05, puesto que una rugosidad superficial Ra mayor que 0,05 da como resultado un aumento en la naturaleza atacante contra un material de contrapartida y no se puede obtener un efecto de reducción del momento de torsión de rozamiento. En la rugosidad superficial Ra igual a o menor que 0,045, su superficie posee una función de pulido del material de contrapartida de la leva, dando como resultado la reducción del momento de torsión de rozamiento. Es más deseable que la rugosidad superficial Ra sea igual a o menor que 0,045.

En el empujaválvula de acuerdo con la invención, una porosidad en la capa de compuesto después de nitruración es 5% o menor y en una observación de una sección transversal casi perpendicular a la porción de superficie, a un aumento de 8.000 veces por SEM, como se muestra en la Fig. 3, por ejemplo, la porción de la superficie no muestra una capa porosa pero consiste en una capa de compuesto relativamente densa. En la presente invención, la porosidad se selecciona igual a o menor que 5%, ya que una porosidad del 5% o menor significa una densidad suficiente para uso en un componente deslizante tal como un empujaválvula. Una porosidad mayor que 5% influye en la rugosidad superficial y no puede proporcionar una resistencia al desgaste o un efecto de reducción del momento de torsión de rozamiento.

Además, como se muestra en la Fig. 7, la presente invención se caracteriza porque la superficie tiene muchas protusiones de 0,5 \mum o menos de diámetro medio, que constan de carburo fino, nitruro, sulfuro, óxido o una mezcla de dos o más de los mismos. Estas protusiones mejoran la rugosidad superficial de la leva (a Ra de alrededor de 0,02) debido a su función pulidora en contacto deslizante con la misma y se cae la superficie del empujaválvula dejando depresiones sobre la superficie sin aumentar su rugosidad superficial. La rugosidad superficial del empujaválvula mismo se queda como está. También, se describe en el documento JP-A Hei6-2511 que la rugosidad superficial de la superficie superior del empujaválvula de nitruro de silicio en contacto deslizante con la leva está entre 0,2 de Rz y 0,7 de Rz. Sin embargo, se describe que no se observa una mejora de la rugosidad superficial en la condición igual a o menor que 0,2 de Rz. Así la estructura descrita en el documento JP-A Hei6-2511 es diferente de la que está de acuerdo con la presente invención.

El material usado generalmente en el eje de la leva, es decir, hierro de moldeo, acero de moldeo, los sometidos a tratamientos de enfriamiento, carburización, enfriamiento rápido, etc., y los materiales sinterizados a base de hierro y los sometidos a tratamiento por enfriamiento rápido, se usan como material de contrapartida de la leva junto con el empujaválvula de acuerdo con la presente invención.

Además, en el método de producción del empujaválvula de acuerdo con la presente invención, no se forma en el proceso de nitruración una capa porosa perjudicial para el empujaválvula. Una capa de compuesto nitrogenado, uniforme y densa, de 1 a 5 \mum, que consta de una fase-\gamma' y/o una fase mixta de una fase-\gamma' y una fase-\varepsilon y comprende cristales equiaxiales, se forma sobre la superficie del empujaválvula y la superficie superior tiene una rugosidad superficial Ra de 0,05 o menor y muestra poca deformación. Por consiguiente, no es necesario pulido después del proceso de nitruración y no se encuentra una eliminación insuficiente de la capa porosa o una eliminación excesiva de la capa de compuesto nitrogenado que se tiene que dejar en caso de eliminar la capa porosa por pulido.

También el empujaválvula, debido a la capa de compuesto densa, de espesor uniforme, formada por nitruración, se caracteriza porque la superficie superior presenta una dureza de superficie uniforme igual a o mayor que Hv 660.

Además de lo anterior, el método de producción del empujaválvula de acuerdo con la presente invención se caracteriza porque la temperatura de nitruración está entre 500 y 560ºC. La nitruración a una temperatura menor que 500ºC no puede formar una capa de compuesto nitrogenado suficiente debido a una baja velocidad de nitruración, al tiempo que la nitruración a una temperatura que exceda la de 560ºC causa la formación de una capa porosa, requiriendo así un pulido para eliminar la capa porosa después de la nitruración. Otra característica es que la atmósfera de nitruración se controla convenientemente para formar una fase-\gamma' y/o una fase mixta de una fase-\gamma' y una fase-\varepsilon sobre la superficie superior del empujaválvula. Otra característica es que la capa de compuesto nitrogenado comprende cristales equiaxiales.

En la presente invención, un material base para el empujaválvula puede ser un acero al carbono para estructura general, un acero aleado o un acero para herramientas usado comúnmente para el empujaválvula.

También como proceso de nitruración aplicable a dicho material, además de una nitruración gaseosa y una nitruración suave gaseosa, también se puede emplear una nitruración iónica, una nitruración radicálica o una nitruración en baño de sales pero la nitruración iónica y la nitruración radicálica no proporcionan una ventaja en coste debido a un rendimiento muy limitado, mientras que la nitruración en baño de sales está asociada con una dificultad medioambiental y es incapaz de asegurar la rugosidad superficial, de modo que sean adecuadas la nitruración gaseosa y la nitruración suave gaseosa en la presente invención.

La nitruración gaseosa o la nitruración suave gaseosa usan generalmente NH_{3}, pero también es posible usar una sustancia, tal como la urea, capaz de formar una atmósfera de nitruración eficaz para el material de acero. En la presente invención, se usa gas N_{2} para controlar la atmósfera, sin embargo también es posible suministrar un gas descompuesto de NH_{3}, un gas modificado (gas RX), un gas N_{2}, etc., por separado o en una mezcla en una cantidad necesaria. En la presente invención, se usa gas CO_{2} como gas para nitruración suave, sin embargo también se puede emplear un método usando un gas que contenga CO, tal como gas modificado. En el caso de que se forme la capa de compuesto nitrogenado en una oxinitruración o una nitrosulfurización que también pertenezca al proceso de nitruración con un elemento ternario, se podrá obtener el efecto de la presente invención mientras la capa de compuesto nitrogenado formada sobre la superficie conste de una fase-\gamma' y/o una fase mixta de una fase-\gamma' y una fase-\varepsilon.

En el método de producción de empujaválvula nitrurado de acuerdo con la presente invención, se emplea un método de nitruración gaseosa o un método de nitruración suave gaseosa, bajo un control de temperatura, tiempo y atmósfera para formar una capa nitrurada densa con una porosidad del 5% o menor sin una capa porosa. En dicho empujaválvula, hay poco deterioro de la rugosidad superficial y poca deformación por nitruración. En el método de producción del empujaválvula de acuerdo con la presente invención, por lo tanto, no es necesario controlar el espesor y la rugosidad superficial de la capa de compuesto. Así no es necesario pulir la superficie superior para eliminar la capa porosa. La capa de compuesto presenta un espesor uniforme y una resistencia al desgaste superior. También, se puede obtener un empujaválvula de alta realización con un coste bajo, puesto que no se requiere un proceso de pulido costoso. Además, cuando el empujaválvula de acuerdo con la presente invención se desliza junto con la leva, mejora la rugosidad superficial de la leva debido a su función de pulido sin aumentar su rugosidad superficial. La rugosidad superficial del empujaválvula mismo permanece como está.

El empujaválvula incluye una configuración de un empujaválvula con cuña en que se proporciona una cuña entre una superficie superior del cuerpo principal del empujaválvula y la leva y se pone en contacto deslizante con la leva y una configuración sin cuña de un empujaválvula en que no se proporciona una cuña sino que una superficie superior del empujaválvula se pone en contacto directo con la leva y el empujaválvula y el método de producción del mismo de acuerdo con la presente invención son aplicables a ambas configuraciones. La presente invención es aplicable a un empujaválvula del que se proporciona una superficie superior o similar con un agujero para aceite, un agujero para otros objetivos, una porción de bisel o un canal. Además, la capa de compuesto de nitruración que se proporciona por la presente invención es aplicable también a una parte 4 saliente del empujaválvula, entrando en contacto deslizante con un extremo de vástago o similar de la válvula.

Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1 es una vista transversal de un ejemplo de un empujaválvula (sin cuña) en que es aplicable la presente invención.

La Fig. 2 es una vista transversal de otro ejemplo de un empujaválvula (con cuña) en que es aplicable la presente invención.

La Fig. 3 es una fotomicrografía (x8.000) de una sección transversal de una superficie superior de un empujaválvula después de nitruración de acuerdo con la presente invención.

La Fig. 4 es una vista transversal que muestra una capa de compuesto en la Fig. 3.

La Fig. 5 es una fotomicrografía (x8.000) de una sección transversal de una superficie superior de un empujaválvula después de nitruración de acuerdo con una técnica anterior.

La Fig. 6 es una vista transversal que muestra una capa porosa en la Fig. 5.

La Fig. 7 es una fotomicrografía (x8.000) de una superficie superior de un empujaválvula después de nitruración de acuerdo con la presente invención.

La Fig. 8 es una fotomicrografía (x8.000) de una superficie superior de un empujaválvula después de nitruración de acuerdo con una técnica anterior.

La Fig. 9 es una gráfica que muestra una relación entre una revolución de la leva y un momento de torsión de rozamiento.

La Fig. 10 es una vista transversal que muestra un ejemplo de uso de un empujaválvula.

La Fig. 11 es una micrografía TEM (x30.000) de una sección transversal de una superficie superior de un empujaválvula después de nitruración de acuerdo con la presente invención.

La Fig. 12 es una micrografía TEM (x30.000) de una sección transversal de una superficie superior de un empujaválvula de acuerdo con una técnica anterior después de eliminar una capa porosa.

La Fig. 13 es una fotomicrografía (x8.000) de una superficie superior de un empujaválvula de acuerdo con la presente invención después de un ensayo de deslizamiento.

La Fig. 14 es una gráfica que muestra una comparación entre la presente invención y una técnica anterior en que una variación de rugosidad superficial de un empujaválvula y una leva antes y después de la operación de inserción.

La Fig. 15 es una gráfica que muestra una variación de la rugosidad superficial de un empujaválvula de acuerdo con la presente invención y una leva de material de contrapartida antes y después de un ensayo de deslizamiento.

Mejor modo de llevar a cabo la invención

En lo siguiente, se explicará una realización de la presente invención. Un empujaválvula 1 de acuerdo con la presente invención, mostrado en las Figs. 1 y 2, es un componente deslizante que se proporciona en un sistema de accionamiento de válvulas por impulsión directa de un motor de combustión interna, como se muestra en la Fig. 10, entre una leva 11 y una válvula 12 para convertir un movimiento de rotación de la leva 11 en un movimiento alternante de la válvula 12. Por ejemplo, el método de producción del empujaválvula 1 de acuerdo con la presente invención es aplicable a una superficie 2 deslizante superior del empujaválvula 1, que entra en contacto deslizante con una leva (no mostrado), como se muestra en la Fig. 1. También es aplicable la presente invención a una superficie 2 deslizante de una cuña 3 que entra en contacto deslizante directo con la leva, como se muestra en la Fig. 2.

Un ejemplo específico de un empujaválvula 1 de acuerdo con la presente invención se mostrará en lo siguiente. Al principio se sometió un material SCM forjado a una carburización y a un tratamiento de enfriamiento rápido/templado para tener una dureza superficial de HRC 58 o superior y una profundidad de la capa endurecida, eficaz, de aproximadamente 1,0 mm y una rugosidad superficial de la superficie superior, es decir, la superficie 2 deslizante acaba a Ra 0,01 a 0,03 usando una máquina para esmerilar con una rueda de esmerilar y materiales abrasivos, en el que la superficie superior acaba preferiblemente de tal manera que la superficie 2 deslizante presente una rugosidad superficial de Ra 0,02.

Después se llevó a cabo un proceso de nitruración suave gaseosa, a una temperatura de 520ºC, durante 70 minutos, de tal manera que la superficie 2 deslizante presentó una dureza superficial de Hv 660 o mayor y una capa 6 de compuesto (cf. Fig. 4) presentaba un espesor de 1 a 5 \mum. La nitruración suave gaseosa usó un gas mixto de NH_{3}, N_{2} y CO_{2}.

Se llevó a cabo la nitruración suave gaseosa prestando atención a la homogeneidad de temperatura y atmósfera, para formar una capa de compuesto uniformemente dentro de un intervalo de 1 a 5 \mum, para obtener una capa de compuesto sin una capa porosa y para obtener una rugosidad superficial Ra de 0,05 o menor con poca deformación. También es importante controlar la composición del gas atmosférico y una velocidad de descomposición de NH_{3} para formar una capa de compuesto uniformemente dentro de un intervalo de 1 a 5 \mum y obtener una capa de compuesto sin una capa porosa. Se somete el empujaválvula a la nitruración en una atmósfera que llega a una velocidad de descomposición predeterminada de NH_{3}. La velocidad de descomposición de NH_{3} se puede controlar por una velocidad de intercambio de gas (caudal) o una relación de composición de un gas mixto. El proceso de nitruración se puede llevar a cabo usando un gas regulado a una velocidad de descomposición de NH_{3} predeterminada en otro horno. La velocidad de descomposición de NH_{3} en el ejemplo de acuerdo con la presente invención fue 23%.

En el presente ejemplo, la nitruración suave gaseosa se llevó a cabo bajo las condiciones mencionadas anteriormente, pero se obtuvieron capas de compuesto sin una capa porosa de 3,5 y 2,5 \mum, respectivamente, en condiciones de una temperatura de 560ºC, durante 30 minutos y una temperatura de 500ºC, durante 150 minutos. La velocidad de descomposición de NH_{3} en estos casos, en comparación con el caso de la condición a 520ºC, tuvo que hacerse mayor en el caso de la condición a 560ºC, pero fue igual en el caso de la condición a 500ºC. Se controló la velocidad de descomposición de NH_{3} dentro de un intervalo de 5 a 50% de acuerdo con la temperatura de nitruración de 500 a 560ºC. También se pudieron obtener empujaválvulas con una capa de compuesto uniforme y poca deformación, disponiendo los empujaválvulas en una fila sobre un montaje y llevando a cabo la nitruración suave gaseosa de tal manera que estuvieran en contacto uniformemente con el gas atmosférico.

En un proceso de nitruración suave gaseosa de la condición a una temperatura que excede la de 560ºC, como se lleva a cabo convencionalmente, el tiempo de elaboración fue demasiado breve para obtener una capa de compuesto requerida de 1 a 5 \mum y no se podía controlar la atmósfera apropiadamente. Como la descomposición de NH_{3} incluye eficazmente en la nitruración sólo en el caso de que tenga lugar dicha descomposición en la superficie, la reacción de descomposición de NH_{3} sobre la superficie del artículo elaborado disminuyó en una atmósfera con una velocidad de descomposición de NH_{3} alta. En una atmósfera con una velocidad de descomposición de NH_{3} alta, se obtuvo una capa de compuesto sin una capa porosa pero su espesor no fue uniforme. En una atmósfera con una velocidad de descomposición de NH_{3} baja, por otra parte, la nitruración tuvo lugar activamente sobre la superficie del artículo elaborado, formándose de ese modo una capa porosa sobre la capa de compuesto.

Por el proceso de nitruración suave gaseosa, mencionado anteriormente, bajo control de temperatura, tiempo y atmósfera, sobre la superficie superior del empujaválvula, una capa nitrurada que consta de una capa 7 de difusión y una capa 6 de compuesto, densa, con una porosidad del 5% o menor sin capa porosa, se formó sobre un material de base, como se muestra en la Fig.4.

También sobre la superficie de la capa de compuesto, un montón de protusiones (partes granulares blancas), como se muestra en la Fig. 7, consisten en carburo fino, nitruro, sulfuro, óxido o dos o más de estos compuestos de un diámetro medio de 0,5 \mum o menos. Esta superficie tenía una rugosidad superficial de Ra 0,05 o menor. Además, la capa de compuesto comprende cristales equiaxiales de diámetro menor que 0,5 \mum, como se muestra en la Fig. 11. El empujaválvula de acuerdo con la presente invención, obtenido de esta manera, no requiere tratamiento de pulido para la mejora de la resistencia al desgaste, la rugosidad superficial y la precisión dimensional.

Después, como ejemplos comparativos, se prepararon empujaválvulas con los mismos materiales que en los ejemplos mencionados anteriormente de la presente invención, empleando un método de una misma condición como la del proceso de nitruración de la presente invención, aunque los valores de rugosidad superficial de las superficies superiores antes de la nitruración fueron diferentes.

La Tabla 1 muestra ejemplos de cambios en los valores de la rugosidad superficial de la superficie 2 deslizante entre antes y después del proceso de nitruración. Se entenderá que, en el ejemplo de la presente invención, se puede mantener la rugosidad superficial Ra de la superficie deslizante después de la nitruración en 0,024 a 0,045 por el pulido de la superficie deslizante antes de la nitruración a una rugosidad Ra de 0,012 a 0,028. Por contraste, en los Ejemplos Comparativos 1, 2 y 3, los valores de la rugosidad superficial después de la nitruración exceden los de Ra 0,05 en el caso de que los valores de rugosidad de la superficie deslizante antes de la nitruración excedan el de Ra 0,03.

TABLA 1

1

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Las Figs. 5, 12 y 8 muestran micrografías de secciones transversales y una superficie después de nitruración sobre un empujaválvula del Ejemplo Comparativo 4 de acuerdo con una técnica anterior.

El empujaválvula del Ejemplo Comparativo 4 se somete a una nitruración suave gaseosa a una temperatura ordinaria de 570ºC y presenta una capa 6 de compuesto gruesa que comprende cristales columnares y una capa 8 porosa, grande, sobre la superficie (cf. Fig. 6). También se muestra una gran deformación y un deterioro de la rugosidad superficial, requiriendo así una eliminación de la capa porosa mediante un pulidor en una etapa posterior. La Fig. 12 muestra una micrografía TEM de una sección transversal del empujaválvula después de eliminar la capa porosa mediante pulidor. La capa de compuesto comprende cristales columnares relativamente grandes orientados casi perpendiculares a la superficie.

La Tabla 2 muestra cambios en la precisión dimensional y valores de espesor de la capa de compuesto y la capa porosa, antes y después de nitruración, en los empujaválvulas de un Ejemplo 2 presente y un Ejemplo Comparativo 4. Una deformación debida a la nitruración se representa por un desplazamiento máximo en una superficie superior del empujaválvula cuando se compara con una periferia externa de la superficie. El empujaválvula de acuerdo con la presente invención muestra poco deterioro de la rugosidad superficial y poca deformación por la nitruración y no forma una capa porosa sobre la capa de compuesto. Así, debido a que no es necesario el pulido como mecanizado posterior, no tiene lugar una desigualdad en el espesor de la capa de compuesto.

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TABLA 2

2

Ejemplo Experimental

Un ejemplo mencionado anteriormente de empujaválvula de acuerdo con la presente invención y uno del Ejemplo Comparativo 4 de acuerdo con la técnica anterior y las levas enfriadas, se montaron en un motor y se sometieron a un ensayo de motorismo a las revoluciones de 105 a 419 rad/s (1.000 a 4.000 rpm) y se midió un momento de torsión de rozamiento en movimiento deslizante. La Fig. 14 es una gráfica que muestra cambios en los valores de la rugosidad superficial de la superficie superior del empujaválvula de acuerdo con la presente invención y la leva (porción saliente de la leva) de material de contrapartida antes y después de la operación de inserción en comparación con la que está de acuerdo con la técnica anterior. En el empujaválvula de acuerdo con la presente invención, la operación de deslizamiento ocasiona deterioro de la rugosidad superficial de su superficie superior y mejora en la rugosidad superficial de la leva debido a su función pulidora. En el empujaválvula de acuerdo con la técnica anterior, por otra parte, la rugosidad superficial de la superficie superior del empujaválvula aumenta enormemente después de la operación de inserción.

La Fig. 15 es una gráfica que muestra cambios en los valores de la rugosidad superficial de la superficie superior del empujaválvula de acuerdo con la presente invención y la leva enfriada (porción saliente de la leva) del material de contrapartida desde antes de la operación de inserción a después de la evaluación de la durabilidad. En el empujaválvula de acuerdo con la presente invención, el cambio en los valores de la rugosidad superficial de la superficie superior es poco. Por otra parte, la rugosidad superficial de la leva del material de contrapartida mejora debido a su función pulidora (a Ra de alrededor de 0,02 \mum). Se obtiene la misma tendencia de mejora en el valor de la media cuadrática de la rugosidad superficial usada como evaluación del deslizamiento total de la combinación de empujaválvula y la leva. La Fig. 13 muestra una superficie deslizante después de la evaluación de la durabilidad. Las protusiones observadas en la superficie antes del deslizamiento mejoran la rugosidad superficial de la leva (a Ra de alrededor de 0,02 \mum) debido a su función pulidora en contacto deslizante con la misma y se cae la superficie del empujaválvula dejando depresiones con un efecto de retención de aceite sobre la superficie sin aumentar su rugosidad superficial. La rugosidad superficial del empujaválvula mismo permanece como es.

La Fig. 9 es una gráfica que muestra una relación entre una revolución y un momento de torsión de rozamiento. Estos resultados indican que el empujaválvula de acuerdo con la presente invención ocasiona poco cambio en los valores de la rugosidad superficial antes y después de la operación de inserción y la evaluación de la durabilidad mejora la rugosidad superficial de la leva debido a la función pulidora y proporciona menor momento de torsión de rozamiento que la que está de acuerdo con la técnica anterior, es decir, la función deslizante superior.

Como se explica en lo anterior, el empujaválvula de acuerdo con la presente invención se caracteriza porque hay un espesor de una capa de compuesto entre 1 y 5 \mum después de la nitruración gaseosa y una rugosidad superficial Ra de la superficie superior es 0,05 o menor después de la nitruración y la capa de compuesto no presenta una capa porosa sobre la superficie, de modo que no se requiere básicamente un pulidor. El método de producción del empujaválvula 1 no requiere básicamente un tratamiento pulidor costoso después de la nitruración y ocasiona resistencia al desgaste superior puesto que se puede formar uniformemente una capa de compuesto de una dureza alta y un coeficiente de rozamiento bajo, sobre la superficie 2 deslizante, reduciendo significantemente de ese modo el coste de fabricación al tiempo que se mantienen altas realizaciones. Puesto que el deslizamiento junto con la leva del material de contrapartida no ocasiona deterioro de la rugosidad superficial del empujaválvula mismo sino que mejora la rugosidad superficial de la leva debido a su función pulidora, además, no necesita ningún medio costoso que requiera equipos caros tales como máquina de encintado solapado con tira de papel, etc., y tiempo de mecanizado prolongado con respecto a la leva del material de contrapartida.

Efecto de la invención

Como se explicó en lo anterior, en el empujaválvula de acuerdo con la presente invención, la formación de una capa de compuesto nitrurado, densa y dura, de 1 a 5 \mum, sin una capa porosa y el tratamiento nitrurante gaseoso con poco deterioro de la rugosidad superficial y poca deformación en la conformación de la superficie superior, no requiere un pulido para controlar la capa de compuesto después de la nitruración tal como para mejorar la rugosidad superficial y eliminar la capa porosa. Así, se puede asegurar una propiedad de superficie uniforme y una resistencia al desgaste superior.

También por obtención de una capa de compuesto uniforme, es posible reducir el momento de torsión de rozamiento en comparación con un empujaválvula de acuerdo con una técnica anterior. También se puede obtener un empujaválvula de un coste bajo, puesto que no se requiere un proceso de pulido costoso. Puesto que el deslizamiento junto con la leva del material de contrapartida no ocasiona deterioro de la rugosidad superficial del empujaválvula sino que mejora la rugosidad superficial de la leva debido a su función pulidora, además, es posible realizar una reducción de coste de la leva además de la mejora de la resistencia al desgaste y la reducción del momento de torsión de rozamiento.

Claims (10)

1. Un empujaválvula para un motor de combustión interna que se somete a nitruración gaseosa o nitruración suave gaseosa sobre al menos una superficie superior del mismo, caracterizado porque una capa de compuesto formada sobre la superficie más externa de la superficie superior por la nitruración tiene un espesor de 1 a 5 \mum y una rugosidad superficial Ra de la misma es 0,05 o menor.

2. Un empujaválvula de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la capa de compuesto consta de una fase-\gamma' y/o una fase mixta de una fase-\gamma' y una fase-\varepsilon.

3. Un empujaválvula de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que la capa de compuesto comprende cristales equiaxiales.

4. Un empujaválvula de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la capa de compuesto presenta una porosidad de 5% o menor.

5. Un empujaválvula de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que una superficie de la capa de compuesto tiene muchas protusiones de 0,5 \mum o menos de diámetro medio.

6. Un empujaválvula de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que las protusiones sobre la superficie de la capa de compuesto consiste en un nitruro o un nitruro incluyendo al menos uno de carbono, oxígeno, azufre y compuestos de los mismos.

7. Un empujaválvula de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la superficie superior del mismo presenta una dureza superficial igual a o mayor que Hv 660.

8. Una combinación de un empujaválvula de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 y una leva en contacto deslizante con el mismo, caracterizado porque se mejora una rugosidad superficial de la leva por un contacto deslizante entre la superficie superior del empujaválvula y la superficie externa de la leva y la rugosidad superficial del empujaválvula mismo permanece como es.

9. Un método para producir un empujaválvula para un motor de combustión interna que presenta capa de nitruración gaseosa o capa de nitruración suave gaseosa sobre una superficie superior del empujaválvula, caracterizado porque una rugosidad superficial Ra de la superficie superior antes de la nitruración acaba en un intervalo de 0,01 a 0,03 por un proceso de esmerilado o uno de pulido.

10. Un método de acuerdo con la reivindicación 9, en el que una temperatura de nitruración es 500-560ºC.