JP2001123256A - エンジンバルブにおける弁フェース部の硬化方法 - Google Patents
エンジンバルブにおける弁フェース部の硬化方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 析出硬化型のＮi基耐熱合金よりなるエンジ
ンバルブの弁フェース部を、最適な温度で加工硬化させ
ることにより、比較的小さなエネルギで、高硬度及び安
定した品質の弁フェース部を得る。 【解決手段】 析出硬化型のＮi基耐熱合金よりなる加
工前のエンジンバルブ１における弁フェース部２ｂとな
る傘部１ａに、膨出部３を形成し、この膨出部３を530
〜620℃の温度範囲で押圧して塑性変形させることによ
り、弁フェース部２ｂを加工硬化させる。
ンバルブの弁フェース部を、最適な温度で加工硬化させ
ることにより、比較的小さなエネルギで、高硬度及び安
定した品質の弁フェース部を得る。 【解決手段】 析出硬化型のＮi基耐熱合金よりなる加
工前のエンジンバルブ１における弁フェース部２ｂとな
る傘部１ａに、膨出部３を形成し、この膨出部３を530
〜620℃の温度範囲で押圧して塑性変形させることによ
り、弁フェース部２ｂを加工硬化させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高い硬度及び安定
した品質が得られるようにしたエンジンバルブにおける
弁フェース部の硬化方法に関する。
した品質が得られるようにしたエンジンバルブにおける
弁フェース部の硬化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関、特に、低質の燃料が使用され
る舶用ディーゼルエンジン用の排気バルブにおいては、
燃焼残渣が弁フェース部に食い込むなどして、圧痕が生
じ、耐吹抜け性が低下することがあるため、高い硬度が
要求される。
る舶用ディーゼルエンジン用の排気バルブにおいては、
燃焼残渣が弁フェース部に食い込むなどして、圧痕が生
じ、耐吹抜け性が低下することがあるため、高い硬度が
要求される。
【０００３】この要求を満たすために、上記のような排
気バルブを、析出硬化型のＮi基耐熱合金、例えばナイ
モニック(商品名)系のＮＣＦ８０Ａ等により成形し、さ
らに、弁フェース部に鍛造などにより加工硬化処理を施
して、その部分の硬度を高め、耐摩耗性を確保してい
る。
気バルブを、析出硬化型のＮi基耐熱合金、例えばナイ
モニック(商品名)系のＮＣＦ８０Ａ等により成形し、さ
らに、弁フェース部に鍛造などにより加工硬化処理を施
して、その部分の硬度を高め、耐摩耗性を確保してい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述のような析出硬化
型のＮi基耐熱合金に加工硬化処理を施す際の鍛造性、
すなわち鍛造温度に対する変形抵抗は、図７に示すよう
な特性を有することが知られている。
型のＮi基耐熱合金に加工硬化処理を施す際の鍛造性、
すなわち鍛造温度に対する変形抵抗は、図７に示すよう
な特性を有することが知られている。
【０００５】図７から明らかなように、変形抵抗は、常
温では極めて高い変形抵抗値を示すが、その値は温度の
上昇に伴って急激に小さくなり、500〜700℃付近におい
ては、減少度は緩和され、それよりさらに高温になる
と、再度減少度が急激となり、その傾向はほぼ1000℃付
近まで続く。それよりさらに高温になると、変形抵抗は
ほぼ比例的に減少する。
温では極めて高い変形抵抗値を示すが、その値は温度の
上昇に伴って急激に小さくなり、500〜700℃付近におい
ては、減少度は緩和され、それよりさらに高温になる
と、再度減少度が急激となり、その傾向はほぼ1000℃付
近まで続く。それよりさらに高温になると、変形抵抗は
ほぼ比例的に減少する。
【０００６】また、700〜900℃付近の急減領域、及び12
00℃を超える温度では、鍛造割れを起こすことも知られ
ている。
00℃を超える温度では、鍛造割れを起こすことも知られ
ている。
【０００７】Ｎi基の耐熱合金は、このような変形抵抗
特性を有しているため、この合金を鍛造して弁フェース
部に加工硬化処理を施す際の温度管理は重要であり、温
度範囲を最適に設定しないと、変形抵抗が大となって、
大きな鍛造等のエネルギを必要とし、加工性が悪くなっ
たり、弁フェース部の表面又は内部にクラックが発生し
て品質が不安定となったり、必要な硬度が得られないな
どの諸問題が生じる。
特性を有しているため、この合金を鍛造して弁フェース
部に加工硬化処理を施す際の温度管理は重要であり、温
度範囲を最適に設定しないと、変形抵抗が大となって、
大きな鍛造等のエネルギを必要とし、加工性が悪くなっ
たり、弁フェース部の表面又は内部にクラックが発生し
て品質が不安定となったり、必要な硬度が得られないな
どの諸問題が生じる。
【０００８】本発明は、加工硬化処理を施す際の温度を
最適に設定することにより、比較的小さな鍛造等のエネ
ルギで、安定した品質及び高硬度の弁フェース部が得ら
れるようにした、エンジンバルブにおける弁フェース部
の硬化方法を提供することを目的としている。
最適に設定することにより、比較的小さな鍛造等のエネ
ルギで、安定した品質及び高硬度の弁フェース部が得ら
れるようにした、エンジンバルブにおける弁フェース部
の硬化方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題は、次のようにして解決される。 (１) 析出硬化型のＮi基耐熱合金よりなる加工前のエン
ジンバルブにおける弁フェース部となる傘部に、膨出部
を形成し、この膨出部を530〜620℃の温度範囲で押圧し
て塑性変形させることにより、弁フェース部を加工硬化
させる。
題は、次のようにして解決される。 (１) 析出硬化型のＮi基耐熱合金よりなる加工前のエン
ジンバルブにおける弁フェース部となる傘部に、膨出部
を形成し、この膨出部を530〜620℃の温度範囲で押圧し
て塑性変形させることにより、弁フェース部を加工硬化
させる。
【００１０】(２) 上記(１)項において、膨出部の断面
形状を、弁フェース部の中央部に頂点を有する二等辺三
角形状とする。
形状を、弁フェース部の中央部に頂点を有する二等辺三
角形状とする。
【００１１】(３) 上記(１)または(２)項において、膨
出部を塑性変形させたのち、時効処理を施す。
出部を塑性変形させたのち、時効処理を施す。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１〜図６は、本発明の方法を工
程順に示す。図１は、本発明に適用される加工前の排気
用のエンジンバルブ中間品(以下、バルブ中間品と略称
する)(１)の傘部(1a)側を示すもので、バルブ中間品
(１)は、析出硬化型のＮi基耐熱合金、例えばナイモニ
ック(商品名)系のＮＣＦ８０Ａ、又はインコネル(商品
名)系のＮＣＦ７５１等により形成されている。
程順に示す。図１は、本発明に適用される加工前の排気
用のエンジンバルブ中間品(以下、バルブ中間品と略称
する)(１)の傘部(1a)側を示すもので、バルブ中間品
(１)は、析出硬化型のＮi基耐熱合金、例えばナイモニ
ック(商品名)系のＮＣＦ８０Ａ、又はインコネル(商品
名)系のＮＣＦ７５１等により形成されている。
【００１３】バルブ中間品(１)の形状は、傘部(1a)の下
端部であるマージン部(1b)の外径を、想像線で示す加工
後のエンジンバルブ(２)のマージン部(2a)の外径よりも
若干小径とするとともに、マージン部(1b)の上部の外周
面、すなわち加工後のエンジンバルブ(２)のテーパ状の
弁フェース部(2b)と対応する部分に、二等辺三角形状の
断面をなす上向きの膨出部(３)を形成してある。
端部であるマージン部(1b)の外径を、想像線で示す加工
後のエンジンバルブ(２)のマージン部(2a)の外径よりも
若干小径とするとともに、マージン部(1b)の上部の外周
面、すなわち加工後のエンジンバルブ(２)のテーパ状の
弁フェース部(2b)と対応する部分に、二等辺三角形状の
断面をなす上向きの膨出部(３)を形成してある。
【００１４】上記膨出部(３)は、この部分を塑性変形さ
せて上記テーパ状の弁フェース部(2b)とするためのもの
で、その加工率(加工前の膨出部(３)と加工後の弁フェ
ース部(2b)との上下方向の寸法差を、加工前の膨出部の
寸法で除して百分率で表わした値)、すなわち塑性歪量
は、図２に拡大して示すように、弁フェース部(2b)の径
方向のほぼ中央部の加工率(Ｌ1)が最大で、この部分か
ら弁フェース部(2b)の内、外周端部に向かって漸次加工
率が小さくなるようにするとともに、弁フェース部(2b)
の外周端部付近(Ｓ)における加工率が０となるように、
膨出部(３)の形状を設定してある。
せて上記テーパ状の弁フェース部(2b)とするためのもの
で、その加工率(加工前の膨出部(３)と加工後の弁フェ
ース部(2b)との上下方向の寸法差を、加工前の膨出部の
寸法で除して百分率で表わした値)、すなわち塑性歪量
は、図２に拡大して示すように、弁フェース部(2b)の径
方向のほぼ中央部の加工率(Ｌ1)が最大で、この部分か
ら弁フェース部(2b)の内、外周端部に向かって漸次加工
率が小さくなるようにするとともに、弁フェース部(2b)
の外周端部付近(Ｓ)における加工率が０となるように、
膨出部(３)の形状を設定してある。
【００１５】本実施形態においては、弁フェース部(2b)
の中央部の加工率(Ｌ1)を30〜60％、同じく内周端部の
加工率(Ｌ2)を５〜10％の範囲に設定してある。
の中央部の加工率(Ｌ1)を30〜60％、同じく内周端部の
加工率(Ｌ2)を５〜10％の範囲に設定してある。
【００１６】上記形状のバルブ中間品(１)における傘部
(1a)を、530〜620℃、好ましくは550〜600℃の温度範囲
で加熱したのち、図３に略示する鍛造装置により傘部(1
a)を鍛造する。
(1a)を、530〜620℃、好ましくは550〜600℃の温度範囲
で加熱したのち、図３に略示する鍛造装置により傘部(1
a)を鍛造する。
【００１７】なお、バルブ中間品(１)の加熱温度を上記
の範囲に設定するのは、次の理由による。すなわち、前
述した図７のグラフに示すように、530℃以下の温度で
は、変形抵抗が大きく、上記膨出部(３)を塑性変形させ
て加工硬化させるには、大きな鍛造エネルギを必要と
し、大きなエンジンバルブを加工する際に圧縮能力の大
きな大型の鍛造装置を設置する必要がある。
の範囲に設定するのは、次の理由による。すなわち、前
述した図７のグラフに示すように、530℃以下の温度で
は、変形抵抗が大きく、上記膨出部(３)を塑性変形させ
て加工硬化させるには、大きな鍛造エネルギを必要と
し、大きなエンジンバルブを加工する際に圧縮能力の大
きな大型の鍛造装置を設置する必要がある。
【００１８】一方、加熱温度が620℃を超えると、変形
抵抗は小さくなるが、加工硬化による十分な硬度が得ら
れなくなるとともに、割れ発生領域の温度に近づくた
め、安全性を考慮して、上限を620℃に定めてある。
抵抗は小さくなるが、加工硬化による十分な硬度が得ら
れなくなるとともに、割れ発生領域の温度に近づくた
め、安全性を考慮して、上限を620℃に定めてある。
【００１９】上記の温度範囲に加熱したバルブ中間品
(１)を、鍛造装置におけるダイ(４)の型孔(4a)内に、傘
部(1a)を上向きとして垂直に挿入する。なお、ダイ(４)
の型孔(4a)は、加工しようとするエンジンバルブ(２)の
傘部と補形をなす形状としてある。(５)は、型孔(4a)内
に向かって、予め定めたストロークだけ上下に昇降する
パンチである。
(１)を、鍛造装置におけるダイ(４)の型孔(4a)内に、傘
部(1a)を上向きとして垂直に挿入する。なお、ダイ(４)
の型孔(4a)は、加工しようとするエンジンバルブ(２)の
傘部と補形をなす形状としてある。(５)は、型孔(4a)内
に向かって、予め定めたストロークだけ上下に昇降する
パンチである。
【００２０】バルブ中間品(１)をダイ(４)の型孔(4a)に
挿入したのち、図４に示すように、パンチ(５)を下降さ
せてバルブ中間品(１)を鍛造すると、後加工を殆ど必要
としない上述のようなエンジンバルブ(２)が得られる。
挿入したのち、図４に示すように、パンチ(５)を下降さ
せてバルブ中間品(１)を鍛造すると、後加工を殆ど必要
としない上述のようなエンジンバルブ(２)が得られる。
【００２１】この鍛造時において、バルブ中間品(１)の
膨出部(３)は、図５に拡大して示すように、最大の加工
率とした中央部を中心として、矢印で示す内、外周部の
方向にほぼ均等に塑性変形させながら、傘部(1a)のマー
ジン部(1b)を、拡径方向に塑性変形させる。
膨出部(３)は、図５に拡大して示すように、最大の加工
率とした中央部を中心として、矢印で示す内、外周部の
方向にほぼ均等に塑性変形させながら、傘部(1a)のマー
ジン部(1b)を、拡径方向に塑性変形させる。
【００２２】その結果、図６に示すように、加工後のエ
ンジンバルブ(２)の弁フェース部(2b)全体が、ほぼ一定
の硬化深度をもって均一に加工硬化され、弁フェース部
(2b)全体の硬度がほぼ均一化することにより、偏摩耗等
の生じにくい耐摩耗性に優れるエンジンバルブ(２)が得
られるのである。
ンジンバルブ(２)の弁フェース部(2b)全体が、ほぼ一定
の硬化深度をもって均一に加工硬化され、弁フェース部
(2b)全体の硬度がほぼ均一化することにより、偏摩耗等
の生じにくい耐摩耗性に優れるエンジンバルブ(２)が得
られるのである。
【００２３】本願の発明者らは、析出硬化型のＮi基耐
熱合金であるＮＣＦ８０Ａを用い、上記膨出部(３)の中
央部の加工率(Ｌ1)を約４５％、外周端部付近(Ｓ)の加
工率を０、内周端部の加工率(Ｌ2)を約７％となるよう
に設定するとともに、加工温度を約580℃に設定し、上
述の要領で鍛造処理を施した。
熱合金であるＮＣＦ８０Ａを用い、上記膨出部(３)の中
央部の加工率(Ｌ1)を約４５％、外周端部付近(Ｓ)の加
工率を０、内周端部の加工率(Ｌ2)を約７％となるよう
に設定するとともに、加工温度を約580℃に設定し、上
述の要領で鍛造処理を施した。
【００２４】得られた製品についての弁フェース部(2b)
の表面のビッカース硬度は、何れの測定点においても、
470〜480ＨVの範囲内にあり、大きなばらつきが生じな
いことが実証された。
の表面のビッカース硬度は、何れの測定点においても、
470〜480ＨVの範囲内にあり、大きなばらつきが生じな
いことが実証された。
【００２５】また、弁フェース部(2b)の表面はもとよ
り、内部にもクラック等が生じることはなく、極めて品
質のよいエンジンバルブ(２)が得られることも確認して
いる。
り、内部にもクラック等が生じることはなく、極めて品
質のよいエンジンバルブ(２)が得られることも確認して
いる。
【００２６】上記鍛造後のエンジンバルブ(２)に、時効
処理(例えば700℃×10hr・空冷)を施してもよく、この
ようにすれば、弁フェース部(2b)の硬度をより高めるこ
とができる。
処理(例えば700℃×10hr・空冷)を施してもよく、この
ようにすれば、弁フェース部(2b)の硬度をより高めるこ
とができる。
【００２７】上記実施形態においては、バルブ中間品
(１)の膨出部(３)を塑性変形させて加工硬化させる手段
として、鍛造装置を用いているが、押圧力をそれ程必要
としない小型のエンジンバルブにおいては、ローラによ
り、内径側から外径側にしごくように押圧して、膨出部
(３)を塑性変形させてもよい。
(１)の膨出部(３)を塑性変形させて加工硬化させる手段
として、鍛造装置を用いているが、押圧力をそれ程必要
としない小型のエンジンバルブにおいては、ローラによ
り、内径側から外径側にしごくように押圧して、膨出部
(３)を塑性変形させてもよい。
【００２８】また、大型のエンジンバルブにおいては、
バルブ中間品(１)を垂直軸回りに緩速で回転させなが
ら、鍛造装置のハンマ等により、膨出部(３)を鉛直方向
に複数回圧縮して、全周を複数に分けて順次塑性変形さ
せるようにしてもよい。このようにすると、圧縮能力の
大きな大型の鍛造装置を設置する必要はなくなる。
バルブ中間品(１)を垂直軸回りに緩速で回転させなが
ら、鍛造装置のハンマ等により、膨出部(３)を鉛直方向
に複数回圧縮して、全周を複数に分けて順次塑性変形さ
せるようにしてもよい。このようにすると、圧縮能力の
大きな大型の鍛造装置を設置する必要はなくなる。
【００２９】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、Ｎi基耐
熱合金の変形抵抗特性を考慮に入れて、加工硬化処理を
施す際の温度を530〜620℃に設定したことにより、比較
的小さな鍛造等のエネルギで弁フェース部の硬度を高め
うるとともに、クラック等のない安定した品質の弁フェ
ース部が得られる。
熱合金の変形抵抗特性を考慮に入れて、加工硬化処理を
施す際の温度を530〜620℃に設定したことにより、比較
的小さな鍛造等のエネルギで弁フェース部の硬度を高め
うるとともに、クラック等のない安定した品質の弁フェ
ース部が得られる。
【００３０】請求項２記載の発明によれば、弁フェース
部全体の硬度や硬化深度にばらつきが生じるのを防止し
うる。
部全体の硬度や硬化深度にばらつきが生じるのを防止し
うる。
【００３１】請求項３記載の発明によれば、弁フェース
部の硬度をより高めることができる。
部の硬度をより高めることができる。
【図１】本発明の一実施形態に用いられるエンジンバル
ブ中間品の傘部側の正面図である。
ブ中間品の傘部側の正面図である。
【図２】同じく、エンジンバルブ中間品の膨出部の形状
の詳細を示す要部の一部切欠正面図である。
の詳細を示す要部の一部切欠正面図である。
【図３】同じく、膨出部を塑性変形させるべく、バルブ
中間品をダイの型孔に挿入した状態を示す縦断正面図で
ある。
中間品をダイの型孔に挿入した状態を示す縦断正面図で
ある。
【図４】同じく、パンチを下降させて膨出部を塑性変形
させた状態の縦断正面図である。
させた状態の縦断正面図である。
【図５】同じく、鍛造時の膨出部の塑性変形状態を矢印
で示す要部の拡大断面図である。
で示す要部の拡大断面図である。
【図６】同じく、加工後の弁フェース部の硬化深度の状
態を示す説明図である。
態を示す説明図である。
【図７】Ｎi基耐熱合金の温度と変形抵抗との関係を示
す図である。
す図である。
(１)エンジンバルブ中間品 (1a)傘部 (1b)マージン部 (２)エンジンバルブ (2a)マージン部 (2b)弁フェース部 (３)膨出部 (４)ダイ (4a)型孔 (５)パンチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｃ 19/03 Ｃ２２Ｃ 19/03 Ｆ Ｇ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６０２ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６０２ ６３０ ６３０Ｃ
Claims (3)
- 【請求項１】 析出硬化型のＮi基耐熱合金よりなる加
工前のエンジンバルブにおける弁フェース部となる傘部
に、膨出部を形成し、この膨出部を530〜620℃の温度範
囲で押圧して塑性変形させることにより、弁フェース部
を加工硬化させることを特徴とするエンジンバルブにお
ける弁フェース部の硬化方法。 - 【請求項２】 膨出部の断面形状を、弁フェース部の中
央部に頂点を有する二等辺三角形状としたことを特徴と
する請求項１記載のエンジンバルブにおける弁フェース
部の硬化方法。 - 【請求項３】 膨出部を塑性変形させたのち、時効処理
を施すことを特徴とする請求項１または２記載のエンジ
ンバルブにおける弁フェース部の硬化方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30228599A JP4361649B2 (ja) | 1999-10-25 | 1999-10-25 | エンジンバルブにおける弁フェース部の硬化方法 |
| US09/488,160 US6295731B1 (en) | 1999-10-20 | 2000-01-20 | Method of hardening a valve face of a poppet valve |
| EP00101170A EP1094202A3 (en) | 1999-10-20 | 2000-01-21 | Method of hardening a valve face in a poppet valve |
| KR1020000003964A KR20010039528A (ko) | 1999-10-20 | 2000-01-27 | 포핏밸브의 밸브페이스 경화 방법 |
| CN00100812A CN1305051A (zh) | 1999-10-20 | 2000-02-14 | 增强提升阀阀面硬度的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30228599A JP4361649B2 (ja) | 1999-10-25 | 1999-10-25 | エンジンバルブにおける弁フェース部の硬化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001123256A true JP2001123256A (ja) | 2001-05-08 |
| JP4361649B2 JP4361649B2 (ja) | 2009-11-11 |
Family
ID=17907171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30228599A Expired - Lifetime JP4361649B2 (ja) | 1999-10-20 | 1999-10-25 | エンジンバルブにおける弁フェース部の硬化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4361649B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008055474A (ja) * | 2006-08-31 | 2008-03-13 | Kobe Steel Ltd | 鍛造金型およびこれを用いた鍛造方法 |
| KR101177687B1 (ko) | 2011-10-14 | 2012-08-27 | 니탄 밸브 가부시키가이샤 | 내연기관용 밸브의 제조방법 |
| JP5575991B2 (ja) * | 2011-10-14 | 2014-08-20 | 日鍛バルブ株式会社 | 内燃機関用バルブの製造方法 |
| JP5739596B1 (ja) * | 2014-08-27 | 2015-06-24 | 日鍛バルブ株式会社 | ポペットバルブおよびその製造方法 |
| KR102056343B1 (ko) * | 2019-07-19 | 2019-12-16 | (주) 케이에스브이 | 밸브 스핀들 제조방법 |
-
1999
- 1999-10-25 JP JP30228599A patent/JP4361649B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| JP2008055474A (ja) * | 2006-08-31 | 2008-03-13 | Kobe Steel Ltd | 鍛造金型およびこれを用いた鍛造方法 |
| KR101177687B1 (ko) | 2011-10-14 | 2012-08-27 | 니탄 밸브 가부시키가이샤 | 내연기관용 밸브의 제조방법 |
| JP5575991B2 (ja) * | 2011-10-14 | 2014-08-20 | 日鍛バルブ株式会社 | 内燃機関用バルブの製造方法 |
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