JP2006037923A - Engine valve and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば、自動車用エンジンの吸気バルブ及び排気バルブとして使用されるエンジンバルブ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an engine valve used as, for example, an intake valve and an exhaust valve of an automobile engine, and a manufacturing method thereof.
近年、自動車用エンジンの高回転化や軽量化の要請から、吸気バルブや排気バルブとしてチタン合金製のエンジンバルブが使われている。図7に示すように、一般的なエンジンバルブ31は、軸部32と、その軸部32の一端に形成された傘部33と、軸部32の他端に形成された溝部34及び軸端部35とを備える。この種のエンジンバルブ31は、図8に示すように、溝部34にコッタ41を介してスプリングリテーナ42が設けられ、そのスプリングリテーナ42には、圧縮スプリングよりなるバルブスプリング43がシリンダヘッドとの間に設けられる。従って、溝部35の部分には、バルブスプリング43により、図8において上向き(矢印方向)の付勢力が作用することになる。
In recent years, titanium alloy engine valves have been used as intake valves and exhaust valves due to demands for higher rotation and lighter weight of automobile engines. As shown in FIG. 7, a
ここで、チタン合金製のエンジンバルブは、活性により他の金属と凝着を起こし易く、耐摩耗性が十分ではない。このため、エンジンバルブにおいて、特にロッカーアームなどと頻繁に接触する軸端部35を含む軸先端部分は、他の部分よりも高い耐摩耗性が要求される。そこで、この種のチタン合金製のエンジンバルブに関する技術が、下記の特許文献1乃至4に種々開示される。
Here, an engine valve made of a titanium alloy is likely to cause adhesion with other metals due to its activity, and its wear resistance is not sufficient. For this reason, in the engine valve, particularly, the shaft tip portion including the
特許文献1に記載されたエンジンバルブは、チタン合金製のエンジンバルブの耐摩擦性を向上させるために、耐摩擦性が要求される部位に、酸素拡散層又は酸素拡散及び浸炭層が形成されている。
In the engine valve described in
特許文献2に記載されたエンジンバルブは、図9に示すように、軸部32の傘部とは反対側の端部に、焼き入れ硬化させた鋼製棒状部材を摩擦圧接させた後、機械加工して、耐摩耗性を有する軸先端部36を形成している。この軸先端部36は、上記した溝部34と軸端部35を含む。
As shown in FIG. 9, the engine valve described in
特許文献3に記載されたエンジンバルブは、チタン合金製のエンジンバルブの軸端部の頂面に形成された凹部に、予め所定寸法に加工した鋼製チップを、焼き入れ硬化させて冷間圧入している。
The engine valve described in
特許文献4に記載されたエンジンバルブは、図10に示すように、チタン合金製のエンジンバルブの軸部32の一端に、耐熱鋼製の軸端部材37を、ニッケル系のろう材38によりろう付けしている。この軸端部材37は、溝部34及び軸端部35を含む。
As shown in FIG. 10, the engine valve described in
ところが、特許文献1に記載のエンジンバルブは、耐摩擦性が要求される部位に形成される層が、酸素拡散層(酸化処理)と浸炭層だけで膜厚が十分ではなかった。このため、各層が軸端部の応力に耐えられなくなるおそれがあった。
However, the engine valve described in
特許文献2に記載のエンジンバルブは、鋼製棒部材よりなる軸先端部36が溝部34を含み、その溝部34より下側で軸部32と軸先端部36が接合されている。このため、エンジンバルブの傘部がバルブシートに着座するたびに、溝部34の部分に上向きに作用するバルブスプリングの付勢力が、軸先端部36を軸部32との接合部分から引き離す方向に働くことになり、接合強度の低下が問題となった。また、軸部32と軸先端部36との接合界面の位置を制御することも難しかった。
In the engine valve described in
特許文献3に記載のエンジンバルブは、鋼製チップが凹部に圧入されるだけなので、鋼製チップにカムなどの衝撃が加わるうちに鋼製チップが凹部から脱落するおそれがあった。
In the engine valve described in
特許文献4に記載のエンジンバルブでは、そもそもニッケル系ろう材は、チタン合金に用いられると、脆化物を形成するため、機能部品への適用が困難であった。このため、軸部32がチタン−アルミ系金属間化合物に限定されることになった。また、ろう付け時の熱処理条件しだいでは、溝部34の部分の疲労特性が低下するおそれがあった。更に、このエンジンバルブでも、溝部34の部分に上向きに作用するバルブスプリングの付勢力が、軸端部材37を軸部32との接合部分から引き離す方向に働くことになるので、接合強度の低下が問題となった。
In the engine valve described in
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、軸端部の耐摩耗性と、軸端部及び溝部の近傍における疲労強度を向上させるエンジンバルブ及びその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an engine valve that improves the wear resistance of the shaft end portion and the fatigue strength in the vicinity of the shaft end portion and the groove portion, and a method for manufacturing the same. There is.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、軸部と、軸部の一端に形成された傘部と、軸部の他端に形成された溝部及び軸端部とを備え、アルミを含有したチタン合金により形成されたエンジンバルブであって、軸端部の先端に耐熱鋼チップをろう付けしたことを趣旨とする。
In order to achieve the above object, the invention described in
上記発明の構成によれば、軸端部の先端に耐熱鋼チップをろう付けしたので、軸端部が耐熱鋼チップを介してロッカーアームなどの部材と接触することになる。また、耐熱鋼チップが、溝部を挟んで軸部と反対側に位置するので、溝部の部分にバルブスプリングの付勢力が作用しても、耐熱鋼チップのろう付け部分に影響がない。 According to the configuration of the invention, since the heat resistant steel tip is brazed to the tip of the shaft end portion, the shaft end portion comes into contact with a member such as a rocker arm via the heat resistant steel tip. Further, since the heat-resistant steel tip is located on the opposite side of the shaft portion across the groove portion, the brazed portion of the heat-resistant steel tip is not affected even if the urging force of the valve spring acts on the groove portion.
上記目的を達成するために、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のエンジンバルブにおいて、軸部の一部、溝部及び軸端部の少なくとも表面が等軸組織又は溶体化組織より構成され、軸部の一部以外の部分及び傘部が針状組織より構成されたことを趣旨とする。 In order to achieve the above object, according to a second aspect of the present invention, in the engine valve according to the first aspect, at least the surfaces of a part of the shaft part, the groove part, and the shaft end part are made of an equiaxed structure or a solution structure. It is comprised and it is set as the meaning that the part other than a part of shaft part and the umbrella part were comprised from the acicular structure | tissue.
上記発明の構成によれば、請求項1に記載の発明の作用に加え、軸部の一部、溝部及び軸端部の少なくとも表面が等軸組織又は溶体化組織より構成されるので、他の針状組織の部分よりもその部分の疲労亀裂成長速度が遅くなる。また、軸部の一部以外の部分及び傘部の表面が針状組織より構成されるので、エンジンバルブとしての耐熱性は従来通り確保される。
According to the configuration of the invention, in addition to the action of the invention according to
上記目的を達成するために、請求項3に記載の発明は、軸部と、軸部の一端に形成される傘部と、軸部の他端に形成される溝部及び軸端部とを備え、アルミを含有したチタン合金により形成されるエンジンバルブの製造方法であって、軸部の一部、溝部及び軸端部の少なくとも表面と焼き入れ可能な耐熱鋼チップを加熱すると共に、その加熱により軸端部の先端に耐熱鋼チップをろう付けすることを趣旨とする。
In order to achieve the above object, the invention described in
上記発明の構成によれば、軸部の一部、溝部及び軸端部の少なくとも表面と焼き入れ可能な耐熱鋼チップが加熱されるので、それら部位の表面組織の最適化が行われる。また、その加熱により軸端部の先端に耐熱鋼チップがろう付けされるので、軸端部の先端に耐熱鋼チップが比較的容易に接合される。 According to the configuration of the invention described above, at least the surface of a part of the shaft part, the groove part and the shaft end part and the heat-resistant steel chip that can be hardened are heated, so that the surface texture of these parts is optimized. Further, since the heat-resistant steel tip is brazed to the tip of the shaft end by the heating, the heat-resistant steel tip is relatively easily joined to the tip of the shaft end.
上記目的を達成するために、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載のエンジンバルブの製造方法において、軸部の一部、溝部及び軸端部の少なくとも表面と耐熱鋼チップの加熱は、真空中又は不活性雰囲気の下で所定時間行われる高周波誘導加熱であり、その加熱後に急冷却することを趣旨とする。 In order to achieve the above object, according to a fourth aspect of the present invention, in the method for manufacturing an engine valve according to the third aspect, at least a surface of a shaft portion, a groove portion and a shaft end portion and heating of a heat-resistant steel tip are performed. Is high-frequency induction heating performed for a predetermined time in a vacuum or under an inert atmosphere, and is intended to be rapidly cooled after the heating.
上記発明の構成によれば、請求項3に記載の発明の作用に加え、軸部の一部、溝部及び軸端部の少なくとも表面と耐熱鋼チップが、真空中又は不活性雰囲気の下で高周波誘導加熱され、その加熱後に急冷却されるので、耐熱鋼チップは焼き入れが行われ、また、ろう付けが短時間で高品質に行われる。
According to the configuration of the invention described above, in addition to the action of the invention according to
上記目的を達成するために、請求項5に記載の発明は、請求項3又は4に記載のエンジンバルブの製造方法において、軸部の一部、溝部及び軸端部の少なくとも表面と耐熱鋼チップの加熱保持温度は、β変態点−100〜+100℃、かつ、ろう材の液相線以上で、かつ、耐熱鋼チップの焼き入れ温度以上であり、加熱保持時間は1〜10分であることを趣旨とする。 In order to achieve the above object, according to a fifth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an engine valve according to the third or fourth aspect, at least a surface of a shaft portion, a groove portion and a shaft end portion, and a heat resistant steel tip The heating and holding temperature is β transformation point −100 to + 100 ° C., not less than the liquidus of the brazing material and not less than the quenching temperature of the heat-resistant steel chip, and the heating and holding time is 1 to 10 minutes. Intended to be
上記発明の構成によれば、請求項3又は4に記載の発明の作用に加え、耐熱鋼チップの焼き入れ及びろう付けと、軸部の一部、溝部及び軸端部の少なくとも表面の組織の最適化が一工程で行われる。
According to the configuration of the invention described above, in addition to the action of the invention according to
上記目的を達成するために、請求項6に記載の発明は、軸部と、軸部の一端に形成される傘部と、軸部の他端に形成される溝部及び軸端部とを備え、アルミを含有したチタン合金により形成されるエンジンバルブの製造方法であって、軸部、傘部、溝部及び軸端部を加熱することにより全体を針状組織とする第1加熱工程と、軸端部の先端にろう材を介して焼き入れ可能な耐熱鋼チップを適当な荷重で押付け保持する工程と、耐熱鋼チップ、軸端部、溝部及び軸部の一部を加熱することにより、軸端部の先端に耐熱鋼チップをろう付けすると共に、軸端部、溝部及び軸部の一部の少なくとも表面を等軸組織又は溶体化組織とする第2加熱工程と、第2加熱工程の直後にその加熱部分を急冷却する急冷却工程とを備えたことを趣旨とする。
In order to achieve the above object, an invention according to
上記発明の構成によれば、耐熱鋼チップが軸端部に好適にろう付けと同時に焼き入れされる。これと同時に、軸部の一部、溝部及び軸端部の少なくとも表面に等軸組織又は溶体化組織が形成されると共に、軸部の一部以外の部分及び傘部に針状組織が形成される。 According to the structure of the said invention, a heat-resistant steel chip | tip is hardened simultaneously with brazing suitably for a shaft end part. At the same time, an equiaxed tissue or solution structure is formed on at least the surface of a part of the shaft part, the groove part, and the shaft end part, and a needle-like structure is formed on the part other than the part of the shaft part and the umbrella part. The
上記目的を達成するために、請求項7に記載の発明は、請求項6に記載のエンジンバルブの製造方法において、第2加熱工程は、真空中又は不活性雰囲気の下で所定時間行われる高周波誘導加熱であることを趣旨とする。 In order to achieve the above object, according to a seventh aspect of the present invention, in the method for manufacturing an engine valve according to the sixth aspect, the second heating step is performed at a high frequency in a vacuum or under an inert atmosphere for a predetermined time. The purpose is induction heating.
上記構成によれば、請求項6に記載の発明の作用に加え、耐熱鋼チップが、真空中又は不活性雰囲気の下で高周波誘導加熱により短時間で高品質にろう付けされる。
According to the said structure, in addition to the effect | action of the invention of
上記目的を達成するために、請求項8に記載の発明は、請求項6又は7に記載のエンジンバルブの製造方法において、第2加熱工程の加熱保持温度は、β変態点−100〜+100℃、かつ、ろう材の液相線以上で、かつ、耐熱鋼チップの焼き入れ温度以上であり、加熱保持時間は1〜10分であることを趣旨とする。 In order to achieve the above object, according to an eighth aspect of the present invention, in the method for manufacturing an engine valve according to the sixth or seventh aspect, the heating holding temperature in the second heating step is β transformation point −100 to + 100 ° C. And it is more than the liquidus line of a brazing material, more than the quenching temperature of a heat-resistant steel chip | tip, and the heat holding time is 1 to 10 minutes.
上記発明の構成によれば、請求項6又は7に記載の発明の作用に加え、耐熱鋼チップのろう付け及び焼き入れと、軸端部及び溝部などの少なくとも表面の組織の最適化が一工程で行われる。
According to the configuration of the above invention, in addition to the action of the invention according to
請求項1に記載の発明によれば、アルミを含有したチタン合金よりなるエンジンバルブにつき、軸端部の耐摩耗性と、軸端部及び溝部の近傍における疲労強度を向上させることができる。 According to the first aspect of the present invention, the wear resistance of the shaft end portion and the fatigue strength in the vicinity of the shaft end portion and the groove portion can be improved for an engine valve made of a titanium alloy containing aluminum.
請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明の効果に加え、軸端部及び溝部の近傍における疲労強度を更に高めることができ、軸部及び傘部の高温クリープ強度を確保しつつエンジンバルブの耐久性を向上させることができる。
According to the invention described in
請求項3に記載の発明によれば、軸端部の先端に耐熱鋼チップをろう付けした、アルミを含有したチタン合金よりなるエンジンバルブを比較的容易に製造することができる。 According to the third aspect of the present invention, an engine valve made of a titanium alloy containing aluminum in which a heat-resistant steel chip is brazed to the tip of the shaft end can be manufactured relatively easily.
請求項4に記載の発明によれば、請求項3に記載の発明の効果に加え、酸化などがなく軸端部への耐熱鋼チップの焼き入れと同時にろう付けが速やかに行われ、エンジンバルブの製造時間の短縮化を図ることができる。
According to the invention described in
請求項5に記載の発明によれば、請求項3又は4に記載の発明の効果に加え、耐熱鋼チップのろう付けと同時に焼き入れが行われ、軸端部及び溝部などの少なくとも表面の組織の最適化が図られ、エンジンバルブの品質を高めることができる。
According to the invention described in
請求項6に記載の発明によれば、耐熱鋼チップのろう付け及び焼き入れと、軸部の一部、溝部及び軸端部の少なくとも表面の組織の最適化を同時に行うことができ、エンジンバルブの製造時間の短縮化を図ることができる。
According to the invention of
請求項7に記載の発明によれば、請求項6に記載の発明の効果に加え、酸化などがなく軸端部への耐熱鋼チップの焼き入れと同時にろう付けが速やかに行われ、エンジンバルブの製造時間の短縮化を図ることができる。 According to the seventh aspect of the invention, in addition to the effect of the sixth aspect of the invention, there is no oxidation and the brazing is quickly performed simultaneously with the quenching of the heat-resistant steel tip to the shaft end portion. The manufacturing time can be shortened.
請求項8に記載の発明によれば、請求項6又は7に記載の発明の効果に加え、耐熱鋼チップの焼き入れと同時にろう付けと、軸端部及び溝部などの少なくとも表面の組織の最適化が図られ、エンジンバルブの品質を高めることができる。
According to the invention described in
以下、本発明におけるエンジンバルブ及びその製造方法を具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of an engine valve and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1に、この実施形態のエンジンバルブ1を正面図により示す。このエンジンバルブ1は、エンジンの吸気バルブや排気バルブとして使用されるものであり、軸部2と、その軸部2の一端(基端)に形成された傘部3と、軸部2の他端(先端)に形成された溝部4及び軸端部5とを備える。上記の構成部位2〜5は、アルミを含有したチタン合金により形成される。この実施形態の軸端部5は、従来例のエンジンバルブ31における軸端部35(図7参照)に比べて短いものとなっている。この軸端部5の先端には、焼き入れ可能な耐熱鋼チップ6が加熱されると共にろう付けされる。すなわち、軸端部5の先端には、耐熱鋼チップ6が、ろう材7を介して接合される。
FIG. 1 is a front view of an
図2に、軸部2の先端部分、溝部4、軸端部5及び耐熱鋼チップ6を含むエンジンバルブ1の先端部分を拡大して示す。図2には、各構成部位2〜7の違いが異なる模様で示される。この実施形態で、軸部2の一部、溝部4及び軸端部5の少なくとも表面は、図2に右上がりの斜線群で示す等軸組織(α+β)又は溶体化組織(β)より構成される。また、軸部2の一部以外の部分及び傘部3が、図2に右下がりの斜線群で示す針状組織(α+β)より構成される。つまり、チタン合金より形成される部分は、等軸組織(α+β)又は溶体化組織(β)と、針状組織(α+β)とにより構成される。ここで、図1,2には、ろう材7が他と区別できるように層状に図示されるが、実際には、ろう材7は接合時に相互拡散するので、図示するように層としては残らない。図2において、軸部2の一部であって溝部4の下端から少なくとも1〜10mmの範囲の少なくとも表面は、等軸組織(α+β)又は溶体化組織(β)より構成される。
In FIG. 2, the front-end | tip part of the
図3には、この実施形態におけるエンジンバルブ1の各部位(耐熱鋼チップ、その他の部分(チタンバルブ))につき、組成、β変態点、表面処理・熱処理の違いを表に示す。図4には、この実施形態におけるろう材7の一例につき、組成、固相線、液相線及びろう付け温度例の違いを表に示す。
FIG. 3 is a table showing differences in composition, β transformation point, surface treatment / heat treatment for each part (heat-resistant steel tip, other part (titanium valve)) of the
この実施形態のエンジンバルブ1についても、図8に示すと同様、溝部4にコッタを介してスプリングリテーナが設けられ、そのリテーナには、圧縮スプリングよりなるバルブスプリングがシリンダヘッドとの間で設けられる。これにより、溝部4の部分には、バルブスプリングにより上向きの付勢力が作用することになる。
Also in the
次に、上記したエンジンバルブ1の製造方法について説明する。図5に、エンジンバルブ1の製造工程をフローチャートに示す。このフローチャートに付される各番号に沿って順次説明する。
Next, a method for manufacturing the
(1)素形材が準備される。
(2)素形材につき、熱間鍛造が行われる。この鍛造で、素形材から、図1に示す軸部2、傘部3、溝部4及び軸端部5を含んだ基本形状をなすワークが得られる。
(3)熱間鍛造後のワークにつき、第1熱処理が行われる。この熱処理により、ワークの全体表面が針状組織(α+β)に形成される。この第1熱処理は、本発明(請求項6)における第1加熱工程に相当する。尚、第1熱処理は、熱間鍛造後の冷却工程を兼ねてもよい。
(4)ワークの機械加工が行われる。この加工により、ワークの外形が整えられる。
(5)ワーク表面の酸化処理が行われる。
(6)軸端部の端面が加工される。この加工は、酸化層を除去することで、後に、軸端部の端面に耐熱鋼チップをろう付けし易くするための準備である。
(7)軸端部の端面に耐熱鋼チップがろう付けされる。このろう付けは、複数の工程で行われる。先ず、軸端部の端面に耐熱鋼チップがろう材を介してある適当な荷重、又は、耐熱鋼チップの自重で押付け保持される。この押付け保持が、本発明(請求項6)における押付け保持する工程に相当する。次に、所定部位につき第2熱処理が行われ、次に、所定部位につき急冷却処理が行われる。
(1) A shaped material is prepared.
(2) Hot forging is performed on the base material. By this forging, a workpiece having a basic shape including the
(3) A first heat treatment is performed on the workpiece after hot forging. By this heat treatment, the entire surface of the workpiece is formed into a needle-like structure (α + β). This first heat treatment corresponds to the first heating step in the present invention (Claim 6). The first heat treatment may also serve as a cooling step after hot forging.
(4) The workpiece is machined. By this processing, the outer shape of the workpiece is adjusted.
(5) The workpiece surface is oxidized.
(6) The end surface of the shaft end is processed. This processing is a preparation for facilitating brazing of the heat-resistant steel chip to the end face of the shaft end portion later by removing the oxide layer.
(7) A heat-resistant steel tip is brazed to the end face of the shaft end. This brazing is performed in a plurality of steps. First, the heat-resistant steel chip is pressed and held on the end face of the shaft end portion by an appropriate load with a brazing material interposed therebetween or by the weight of the heat-resistant steel chip. This pressing and holding corresponds to the pressing and holding step in the present invention (Claim 6). Next, a second heat treatment is performed for a predetermined portion, and then a rapid cooling process is performed for the predetermined portion.
ここで、第2加熱処理は、以下のように行われる。図6に示すように、軸部2の一部、溝部4、軸端部5及び耐熱鋼チップ6を含む先端部分の周囲を誘導加熱コイル11で取り囲む。そして、真空中又は不活性雰囲気の下で所定時間にわたりコイル11を作動させることにより、上記した先端部分を高周波誘導加熱する。図6に示すように、この第2熱処理の加熱は、耐熱鋼チップ6の上端から、軸部5であって溝部4の端から少なくとも1〜10mmの範囲にて行われる。このときの加熱保持温度は、β変態点−100〜+100℃、かつ、ろう材の液相線以上で、かつ、耐熱鋼チップの焼き入れ温度以上であり、その加熱保持時間は1〜10分である。この第2熱処理により、耐熱鋼チップ6、軸端部5、溝部4及び軸部2の一部の表面を加熱し、軸端部5の先端に耐熱鋼チップを6ろう付けすると共に焼き入れし、軸端部5、溝部4及び軸部2の一部の少なくとも表面を等軸組織(α+β)又は溶体化組織(β)としている。この第2熱処理は、本発明(請求項6)における第2加熱工程に相当する。また、上記した急冷却処理は、水、油、液体窒素もしくはドライアイスなどにより加熱範囲を冷却することにより行われる。この急冷却処理は、本発明(請求項6)における急冷却工程に相当する。
Here, the second heat treatment is performed as follows. As shown in FIG. 6, an
(8)ワーク仕上加工が行われる。すなわち、第2熱処理後の寸法確保が行われる。
(9)第2熱処理部分につき、メッキなどを使用して表面処理が行われる。但し、この表面処理は、組織への影響が無い処理温度(例えば、メッキの場合は数十℃)で行う必要がある。
(10)上記工程を経ることにより、エンジンバルブが完成する。
(8) Workpiece finishing is performed. That is, the dimension is secured after the second heat treatment.
(9) The second heat treatment portion is subjected to surface treatment using plating or the like. However, this surface treatment needs to be performed at a treatment temperature that does not affect the structure (for example, several tens of degrees C. in the case of plating).
(10) The engine valve is completed through the above steps.
以上説明したこの実施形態のエンジンバルブ1によれば、軸端部5の先端に耐熱鋼チップ6をろう付けしたので、軸端部5が耐熱鋼チップ6を介してロッカーアームなどの部材と接触することになる。また、耐熱鋼チップ6が、溝部4を挟んで軸部2と反対側に位置するので、溝部4の部分にバルブスプリングの付勢力が作用しても、耐熱鋼チップ6のろう付け部分に影響がない。このため、従来のエンジンバルブ31に比べ、エンジンバルブ1の軸端部5の耐摩耗性を向上させることができ、軸端部5及び溝部4の近傍における疲労強度を向上させることができる。このため、特に、エンジン高速回転時などにおいて、エンジンバルブ1の軸部2の振れが大きくなるような場合に、軸端部5及び溝部4の近傍における疲労破壊を効果的に抑制することができるようになる。
According to the
この実施形態のエンジンバルブ1によれば、軸部2の一部、溝部4及び軸端部5の少なくとも表面が等軸組織(α+β)又は溶体化組織(β)より構成されるので、その部分の疲労亀裂成長速度が遅くなる。この意味で、軸端部5及び溝部4の近傍における疲労強度を更に高めることができる。また、軸部2の一部以外の部分及び傘部3が針状組織(α+β)より構成されるので、その部分の高温に対するひずみが少ない。このため、従来のチタン合金製エンジンバルブ並の耐熱性を確保しつつ、溝部4の近傍の疲労強度を高めることができる。
According to the
また、この実施形態のエンジンバルブ1では、軸部2の一部であって溝部4の端から少なくとも1〜10mmの範囲の少なくとも表面が等軸組織(α+β)又は溶体化組織(β)より構成されるので、溝部4に隣接した軸部2の一部分につき最適範囲で疲労亀裂成長速度が遅くなる。このため、溝部4と軸部2のつなぎ部分でも高い疲労強度を得ることができ、エンジンバルブ1の耐久性を高めることができる。
Further, in the
この実施形態におけるエンジンバルブの製造方法によれば、軸端部5の先端に、焼き入れ可能な耐熱鋼チップ6を加熱によりろう付けしているので、軸端部5の先端に耐熱鋼チップ6が比較的容易に接合される。このため、軸端部5の先端に耐熱鋼チップ6をろう付けした、アルミを含有したチタン合金よりなるエンジンバルブ1を、比較的容易に製造することができる。
According to the engine valve manufacturing method of this embodiment, the heat-
この実施形態におけるエンジンバルブの製造方法によれば、軸部2の一部、溝部4及び軸端部5の少なくとも表面と耐熱鋼チップ6が、真空中又は不活性雰囲気の下で高周波誘導加熱され、その加熱後に急冷却されるので、軸端部5への耐熱鋼チップ6の高品質なろう付けと焼き入れが短時間に行われる。このため、エンジンバルブ1の製造時間の短縮化を図ることができる。
According to the method for manufacturing an engine valve in this embodiment, a part of the
この実施形態におけるエンジンバルブの製造方法によれば、耐熱鋼チップ6が軸端部5に好適にろう付けされると同時に焼き入れされる。さらに、軸部2の一部、溝部4及び軸端部5の少なくとも表面に等軸組織(α+β)又は溶体化組織(β)が形成されると共に、軸部2の一部以外の部分及び傘部3は針状組織(α+β)が維持される。このため、耐熱鋼チップ6のろう付けと、軸部2の一部、溝部4及び軸端部5の少なくとも表面の組織の最適化を同時に行うことができ、この意味でも、エンジンバルブ1の製造時間の短縮化を図ることができる。
According to the method for manufacturing an engine valve in this embodiment, the heat-
この実施形態におけるエンジンバルブの製造方法によれば、軸部2の一部であって溝部4の端から少なくとも1〜10mmの範囲の少なくとも表面に等軸組織(α+β)又は溶体化組織(β)が形成される。このため、溝部4の近傍、特に軸部2側を、適度な範囲で疲労強度を高めることができる。
According to the method for manufacturing an engine valve in this embodiment, an equiaxed structure (α + β) or a solution structure (β) is formed on at least the surface of a part of the
また、上記した第2熱処理において、加熱保持温度が、β変態点−100〜+100℃、かつ、ろう材の液相線以上で、かつ、耐熱鋼チップの焼き入れ温度以上であり、加熱保持時間は1〜10分に設定されることから、耐熱鋼チップ6のろう付けと、軸端部5及び溝部4などの少なくとも表面の組織の最適化が図られる。このため、エンジンバルブ1の品質を高めることができる。
In the second heat treatment described above, the heat holding temperature is β transformation point −100 to + 100 ° C., the liquidus of the brazing material or more, and the heat treatment steel chip quenching temperature or more, and the heat holding time. Is set to 1 to 10 minutes, the brazing of the heat-
尚、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更して実施することもできる。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A part of structure can also be changed suitably and implemented in the range which does not deviate from the meaning of invention.
例えば、前記実施形態では、アルミを含有したチタン合金よりなるエンジンバルブ1につき、軸端部5の先端に、耐熱鋼チップ6をろう付けすると共に、軸部2の一部、溝部4及び軸端部5の少なくとも表面を等軸組織(α+β)又は溶体化組織(β)より構成し、上記軸部2の一部以外の部分及び傘部3の表面を針状組織(α+β)より構成した。これに対し、上記構成から、等軸組織(α+β)又は溶体化組織(β)、並びに、針状組織(α+β)を省略したエンジンバルブと、そのエンジンバルブの製造方法に具体化してもよい。
For example, in the above-described embodiment, the heat
また、前記実施形態におけるエンジンバルブの製造方法では、一連の製造工程中、「ワーク仕上加工」の後に、第2熱処理部分につき、メッキなどを使用して「表面処理」を行ったが、この「表面処理」を省略してもよい。 Further, in the engine valve manufacturing method according to the above embodiment, during the series of manufacturing steps, after the “work finish processing”, the “second surface treatment” is subjected to “surface treatment” using plating or the like. “Surface treatment” may be omitted.
1 エンジンバルブ
2 軸部
3 傘部
4 溝部
5 軸端部
6 耐熱鋼チップ
7 ろう材
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記軸端部の先端に耐熱鋼チップをろう付けしたことを特徴とするエンジンバルブ。 An engine valve having a shaft portion, an umbrella portion formed at one end of the shaft portion, a groove portion and a shaft end portion formed at the other end of the shaft portion, and formed of a titanium alloy containing aluminum. And
An engine valve characterized in that a heat-resistant steel tip is brazed to the tip of the shaft end.
前記軸部の一部、前記溝部及び前記軸端部の少なくとも表面と焼き入れ可能な耐熱鋼チップを加熱すると共に、その加熱により前記軸端部の先端に前記耐熱鋼チップをろう付けすることを特徴とするエンジンバルブの製造方法。 Manufacture of an engine valve comprising a shaft portion, an umbrella portion formed at one end of the shaft portion, a groove portion and a shaft end portion formed at the other end of the shaft portion, and formed of a titanium alloy containing aluminum A method,
Heating a part of the shaft part, at least the surface of the groove part and the shaft end part and a heat-resistant steel chip that can be hardened, and brazing the heat-resistant steel chip to the tip of the shaft end part by the heating. A method for manufacturing an engine valve.
前記軸部、前記傘部、前記溝部及び前記軸端部を加熱することにより全体を針状組織とする第1加熱工程と、
前記軸端部の先端にろう材を介して焼き入れ可能な耐熱鋼チップを適当な荷重で押付け保持する工程と、
前記耐熱鋼チップ、前記軸端部、前記溝部及び前記軸部の一部を加熱することにより、前記軸端部の先端に前記耐熱鋼チップをろう付けすると共に、前記軸端部、前記溝部及び前記軸部の一部の少なくとも表面を等軸組織又は溶体化組織とする第2加熱工程と、
前記第2加熱工程の直後にその加熱部分を急冷却する急冷却工程と
を備えたことを特徴とするエンジンバルブの製造方法。 Manufacture of an engine valve comprising a shaft portion, an umbrella portion formed at one end of the shaft portion, a groove portion and a shaft end portion formed at the other end of the shaft portion, and formed of a titanium alloy containing aluminum A method,
A first heating step in which the shaft portion, the umbrella portion, the groove portion, and the shaft end portion are heated to form a needle-like tissue as a whole;
A step of pressing and holding a heat-resistant steel chip that can be hardened through a brazing material at the tip of the shaft end with an appropriate load;
The heat-resistant steel tip, the shaft end portion, the groove portion, and a part of the shaft portion are heated to braze the heat-resistant steel tip to the tip of the shaft end portion, and the shaft end portion, the groove portion, and A second heating step in which at least the surface of a part of the shaft portion has an equiaxed structure or a solution structure;
A method of manufacturing an engine valve, comprising: a rapid cooling step of rapidly cooling the heated portion immediately after the second heating step.
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