JP4203609B2

JP4203609B2 - Exhaust valve manufacturing method

Info

Publication number: JP4203609B2
Application number: JP02561697A
Authority: JP
Inventors: 茂紀植田; 俊治野田; 道生岡部
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1997-02-07
Filing date: 1997-02-07
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2017-02-07
Also published as: JPH10219353A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は排気バルブの製造方法に関し、更に詳しくは、性能は従来のものと変わることのない排気バルブを安価に製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車エンジン用の排気バルブは、従来から概ね次のようにして製造されている。
まず、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系耐熱鋼を冷間で引き抜き加工して所定寸法の棒材を成形する。ついで、その棒材に対し例えば電気アップセットで予備成形したのち熱間据え込みを行って傘部を成形する。そして、この傘部に、通常はＪＩＳＳＵＨ−１１やＪＩＳＳＵＨ−３として規格化されているマルテンサイト系耐熱鋼から成る軸部を例えば摩擦溶接して接合一体化する。
【０００３】
その後、前記した加工処理によって蓄積されている加工歪みを除去するために溶体化処理を行い、ついで時効処理を行って（Ｎｉ，Ｃｒ)₃（Ａｌ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ）のようなγ’相を析出せしめることにより高温強度を確保する。
そして、必要により軸端の焼入れを行って硬化させ、最後に、機械的な仕上げ加工を行って出荷される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の製造方法には次のような問題がある。すなわち、傘部の成形時には、電気アップセットで予備成形しその後に熱間据え込みを行うという２工程を必要とすることである。また、成形された傘部の寸法精度はあまり高くなく、発生した表面傷の完全な除去ということも加味されて、仕上げ加工時における加工代は大きくなりやすく、したがって仕上げ加工に要する時間も長くなりやすいということである。更に、時効処理前に溶体化処理が必要となる。
【０００５】
これらの問題は、いずれも製造コストの上昇要因であり、その解決が要求されている。
上記した問題のうちの前者の問題は、傘部の成形を熱間で行うのではなく、例えば冷間加工または温間加工の１工程で行うことにより基本的には解消することができる。その場合には、傘部用の耐熱鋼素材は冷間加工性に優れていることが必要になる。
【０００６】
しかしながら、現在まで提案されている耐熱鋼はいずれも熱間加工することを前提としたものであるため、それら素材に対して冷鍛や温鍛を行って傘部を成形することは困難である。
本発明は上記したような問題を解決し、既に本発明者らが特願平８−３０１２２３号や特願平８−３０１２２４号として出願した冷間加工性に優れる耐熱鋼を排気バルブの傘部用素材とすることにより傘部の冷間加工が可能となり、従来の排気バルブの性能と同等な排気バルブを安価に製造する方法の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明においては、Ｃ：0.０１〜0.１重量％，Ｓｉ：２重量％以下，Ｍｎ：２重量％以下，Ｃｒ：１２〜２５重量％，Ｎｂ＋Ｔａ：0.２〜2.０重量％，Ｔｉ：3.５重量％以下，Ａｌ：0.５〜3.０重量％，Ｎｉ：２５〜４５重量％，Ｃｕ：0.１〜5.０重量％，Ｂ：0.００１〜0.０１重量％，残部がＦｅおよび不可避的不純物から成る耐熱鋼素材に溶体化処理を施したのち、冷間加工または温間加工を行って傘部を成形し、ついで前記傘部にマルテンサイト系耐熱鋼から成る軸部を接合したのち時効処理を行い、ついで窒化処理を行うことを特徴とする排気バルブの製造方法が提供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明では、まず、上記した組成の耐熱鋼素材を用いて傘部が成形される。
その場合、目的製品である排気バルブは、それがロッカーアーム式，直動式のものであるを問わず、高温・腐食性の環境下で稼働するので、前記した冷間加工性または温間加工性に優れていると同時に、高温強度と耐食性にも優れていることが必要になる。
【０００９】
この素材において、Ｃは、他の成分であるＮｂ，Ｔａ，Ｔｉとの間で炭化物を生成して素材の高温強度の向上に資する成分であって、その含有量は0.０１〜0.１重量％に設定される。
0.０１重量％より少ない場合は上記した炭化物の生成量は少なくなって高温強度は低下傾向を示し、また0.１重量％より多い場合は、炭化物が多量に析出して冷間加工性の低下や表面傷の発生が多くなるからである。好ましくは0.０１〜0.０５重量％である。
【００１０】
Ｓｉは脱酸剤として機能し、また素材の耐酸化性の確保に寄与する。しかし、あまり多量に含有されていると、素材の冷間加工性は低下するので、その上限値は２重量％とする。
Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸剤として機能する。しかし、あまり多量に含有されていると、素材の高温下における耐酸化性が悪くなるだけではなく、靭性を阻害するη相（Ｎｉ₃Ｔｉ）の析出を助長するので、その含有量は２重量％以下に設定する。
【００１１】
Ｃｒは高温下における耐酸化性と耐食性の向上に資する成分であり、その含有量は１２〜２５重量％に設定される。
１２重量％より少なくなると、上記した効果は発揮されず、また２５重量％より多くなると、母地のオーステナイト相が不安定となり、脆化相であるσ層が析出して素材の脆性低下を招くからである。好ましくは、１２〜２０重量％である。
【００１２】
Ｎｂ，Ｔａは、いずれもＮｉと一緒になって前記したγ’相を形成して素材の高温強度の向上に資する成分である。
その合量が0.２重量％より少なくなると上記した効果は現れず、また合量が2.０重量％より多くなると、δ相（Ｎｉ₃（Ｎｂ，Ｔｉ））の析出が起こりはじめて素材の靭性低下を招く。好ましくは、0.５〜1.５重量％である。
【００１３】
Ｔｉは、前記したようにγ’相の析出に寄与する成分であるが、とくに後述する時効処理時にγ’相の析出を促進する成分である。しかし、あまり多量に含有させると、脆化相である前記したη相を析出させることにより素材の靭性低下を引き起こすので、その含有量は3.５重量％以下に設定する。好ましくは、0.５〜2.５重量％である。
【００１４】
Ａｌはγ’相の析出にとって必要な成分であり、素材の高温強度の向上に資する。その含有量が0.５重量％より少ないと、γ’相の析出量が不充分となって上記した効果の発現は少なくなり、また3.０重量％より多くなると、素材の熱間加工性の低下が引き起こされるようになるので、その含有量は0.５〜3.０重量％に設定される。好ましくは、0.７〜2.０重量％である。
【００１５】
Ｎｉはオーステナイト形成用の成分であり、素材の耐熱性と耐食性を向上せしめ、また高温下において組織を安定化せしめ、更には、強化相であるγ’相の析出のために必須な成分であって、その含有量は２５〜４５重量％に設定される。２５重量％より少ない場合は上記した効果が充分に発揮されず、また４５重量％より多くなると、Ｎｉが高価な金属であることからして素材のコスト上昇を招き、本発明の目的と合致しなくなる。しかも、Ｎｉ含有量が多くなると、後述する溶体化処理後の素材の硬さを高め、そのため、冷間加工性が低下して、後述する冷間加工または温間加工が行いづらくなる。好ましくは２７〜３５重量％である。
【００１６】
Ｃｕは、加工硬化を抑制し、もって素材の冷間加工性の向上に資する成分であって、その含有量は0.１〜5.０重量％に設定される。
0.１重量％より少ない場合は上記した効果が有効に発揮されず、また5.０重量％より多くしても、上記した効果が発揮されないだけではなく素材の熱間加工性の低下も引き起こされるようになる。好ましくは0.５〜3.０重量％である。
【００１７】
Ｂは結晶粒界に偏析して粒界強度の向上に資する成分で、その含有量は0.００１〜0.０１重量％に設定される。
0.００１重量％より少ない場合は上記効果が充分に発揮されず、また0.０１重量％より多くなると素材の熱間加工性が低下するようになる。
本発明で用いる耐熱鋼素材には、更にＰ，Ｓ，Ｏ，Ｎなどの不可避的不純物が含有されているが、これら不可避的不純物は、いずれも、他の成分との間で非金属介在物を生成して素材の機械的強度の低下を引き起こす要因になるので、その含有量は0.０１重量％に制限されることが好ましい。
【００１８】
この素材は、上記した組成を必須とするが、更に必要に応じては、Ｗ：３重量％以下，Ｍｏ：３重量％以下，Ｃｏ：５重量％以下，Ｃａ＋Ｍｇ：0.００１〜0.０１重量％の１種または２種を含有していてもよい。
その場合、Ｗ，Ｍｏ，Ｖはいずれも溶体化処理後における素材の高温強度の向上に資する成分である。これらの成分の含有量をあまり多くしても、上記した効果は飽和状態に達するだけではなく、素材のコスト上昇，冷間加工性の低下を招くようになるので、それらの含有量は上記した値を上限値とする。
【００１９】
Ｃｏは、Ｎｉと略同じ作用を示す成分であって、Ｎｉの一部を置換する状態で含有させることができる。しかしながら、ＣｏはＮｉに比べても高価な金属であるため、多量に含有させると素材のコスト上昇を招くので、その含有量は上記した値を上限にする。
Ｃａ，Ｍｇは、いずれも、素材を溶製するときに、脱酸剤および脱硫剤として機能する成分であり、脱酸，脱硫効果を発揮させるためには0.００１重量％以上を必要とするが、あまり多く含有させると素材の熱間加工性の低下が引き起こされるので0.０１重量％以下に制限することが好ましい。
【００２０】
本発明は次のようにして実施される。
最初に、上記した組成の耐熱鋼を素材として、以下の手順で傘部が成形される。
【００２１】
すなわち、まず、素材に均熱処理を施したのち、熱間で鍛伸および圧延を行って所定形状の棒材にする。
ついで、この棒材に溶体化処理を行う。具体的には、棒材を１０００〜１１００℃の温度域で１０〜６０分間程度保持したのち、水または油を用いて急冷する。
【００２２】
この溶体化処理により、Ｃｒ炭化物や、前記したγ’相，脆化相であるη相は固溶し、再結晶による軟化がすすみ、また前記した鍛伸および圧延で蓄積された内部応力が除去され、棒材は全体として軟化する。
傘部を成形するに際しては、上記した溶体化処理後の棒材が出発の素材となる。
【００２３】
すなわち、上記棒材に対し、直接、冷間加工または間鍛加工が施されることにより、目的とする形状の傘部が成形される。
棒材は既に溶体化処理されて軟質になっているので、この冷間による据え込み加工は円滑に行うことができる。そして、成形された傘部の寸法精度は高くなるため、最後の仕上げ加工時における加工代が少なくなる。また、冷間加工または温間加工であるため、傘部の形成に要する費用は熱間加工の場合に比べて節約される。
【００２４】
ついで、上記傘部に、例えばＪＩＳＳＵＨ−１１やＪＩＳＳＵＨ−３のような低温焼きなましをしたマルテンサイト系耐熱鋼から成る軸部が例えば摩擦接合されて目的形状の排気バルブが成形される。
そして、本発明においては、成形された排気バルブに対し、従来のように溶体化処理を施すことなく、直ちに、例えば６５０〜８００℃の温度域で0.５時間程度の高温時効処理が行われる。
【００２５】
この時効処理により、前記した冷間加工時の残留歪みで加工硬化していることに加えて、更に傘部ではγ’相の析出が進んでＨＶ３５０〜５００程度にまで硬化する。また、硬化した接合部では、マルテンサイトの焼戻しが起こってＨＶは２５０〜３５０程度にまで低下し、かつ靭性は向上する。
そして最後に、仕上げ加工を行って、目的とする排気バルブが製造される。
【００２６】
なお、本発明においては、上記した仕上げ加工に続けて、軸部に窒化処理を行って当該軸部に窒化層を形成すると、耐摩耗性が向上するので好適である。
窒化処理の方法としては格別限定されるものではないが、靭性に富みかつ耐摩耗性が優れた極めて薄い窒化層を形成できるという点で、タフトライド法に代表される液体窒化法を適用することが好ましい。
【００２７】
また、排気バルブがロッカーアーム式のものである場合には、更に軸端部に対して焼入れ硬化を行うと、当該軸端部の摩耗防止にとって有効である。焼入れの方法としては、例えば、高周波焼入れ，フレーム焼入れなどを適用することができる。
【００２８】
【実施例】
実施例１〜３，従来例
真空誘導炉で表１に示した組成の鋼を５０kg溶製したのちインゴットを製造した。
【００２９】
【表１】

【００３０】
これら７種類のインゴットに１１００℃で１６時間の均熱処理を行ったのち、直径７０mmに鍛伸し、更に直径１６mmの丸棒に圧延した。ついで、これらの丸棒を、温度１０５０℃で３０分間保持したのち油冷して溶体化処理を行い、傘部の素材とした。
これらの素材を用いて、以下の態様で排気バルブを製造した。
【００３１】
1)各素材室温下で冷間加工して傘径が２4.３mmの傘部を成形し、それに、ＪＩＳＳＵＨ−１１から成り、直径が5.８mmの軸部を摩擦接合した。
ついで、温度７５０℃で４時間保持したのち空冷する時効処理をおこなったのち仕上げ加工し、更に、温度５７０℃で３０分間のタフトライド処理を施して７種類の排気バルブを製造した。この排気バルブは直動式の動弁系に使用することを目的とする。これを実施例１とする。
【００３２】
2)各素材を温度５００℃で温間加工して傘部を成形したことを除いては、実施例１と同様にして排気バルブを製造した。この排気バルブもまた直動式動弁系への使用が目的とされている。これを実施例２とする。
3)実施例１で製造した排気バルブの軸端部に、高周波を用い、温度１０５０℃で３０秒間加熱したのち空冷を行った。
【００３３】
この排気バルブは、ロッカーアーム式の動弁系に使用することを目的としている。これを実施例３とする。
4)各素材を通電アップセット法で予備成形したのち熱間で据え込み加工して傘径２4.３mmの傘部を成形し、これにＪＩＳＳＵＨ−１１から成る軸部（直径5.８mm）を摩擦接合した。
【００３４】
ついで、温度１０５０℃で３０分間保持したのち油冷して溶体化処理を行い、更に続けて、温度７５０℃で４時間保持したのち空冷して時効処理を行った。
その後、仕上げ加工を行い、更に温度５７０度で３０分間のタフトライド処理を行い、ついで軸端部を、高周波を用い、１０５０℃で３０秒間加熱したのち空冷を行ってロッカーアーム式動弁系に使用する排気バルブを製造した。これを従来例とする。
【００３５】
上記した態様で製造した各排気バルブのフェース面の硬度を測定した。また、従来例による製造コストと実施例１，２，３による製造コストを比較した。それらの結果を、表１で示した各素材に対比させて表２に示した。
【００３６】
【表２】

【００３７】
本発明方法で製造した排気バルブのフェース面は、従来方法で製造した排気バルブのフェース面よりも硬くなっている。
そこで、試料No.１〜３の素材を用いて、実施例１の方法と従来例の方法で製造した直動式動弁系の排気バルブを実機に組み込んで６０００rpm，１００時間の耐久試験を行い、傘部と首部の損傷状態を観察した。このときの使用温度は約８００℃であった。
【００３８】
両者ともに損傷は認められなかった。また、耐久試験の終了後、本発明方法で製造した排気バルブを取り外し、そのフェース面の硬さを測定したところ、ＨＶは２８０〜３５０であり、従来の場合と同等の硬さになっていた。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明方法で製造した排気バルブは、実機試験において、従来方法で製造した排気バルブと同等の性能を発揮する。
そして、傘部の成形を冷間加工または温間加工で行うので、従来に比べて成形コストは低減し、しかも寸法精度が高くなって仕上げ加工時の加工代は少なくなり、全体としての製造コストは低減する。
【００４０】
すなわち、本発明は、従来と性能的に同等な排気バルブを安価に製造することができるので、その工業的価値は大である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust valve manufacturing method, and more particularly, to an inexpensive method for manufacturing an exhaust valve whose performance is not different from that of a conventional one.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, exhaust valves for automobile engines are generally manufactured as follows.
First, a Fe-Ni-Cr heat resistant steel is cold-drawn to form a bar having a predetermined size. Next, the bar is preformed by, for example, an electric upset, and then hot upset is performed to form the umbrella portion. And the shaft part which consists of martensitic heat-resisting steel normally normalized as JIS SUH-11 or JIS SUH-3 is joined and integrated with this umbrella part, for example by friction welding.
[0003]
Thereafter, a solution treatment is performed to remove the processing strain accumulated by the processing described above, and then an aging treatment is performed to perform γ ′ such as (Ni, Cr) ₃ (Al, Ti, Nb, Ta). High temperature strength is ensured by precipitating the phase.
Then, if necessary, the shaft end is hardened by hardening, and finally, mechanical finishing is performed before shipment.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional manufacturing method has the following problems. That is, when the umbrella part is formed, two steps are required: preforming with an electric upset and then performing hot upsetting. In addition, the dimensional accuracy of the molded umbrella is not so high, and taking into account the complete removal of the generated surface flaws, the machining allowance during finishing is likely to be large, and thus the time required for finishing is also long. It is easy. Furthermore, a solution treatment is required before the aging treatment.
[0005]
These problems are all factors that increase the manufacturing cost, and there is a demand for solving them.
The former problem among the problems described above can be basically solved by forming the umbrella part hot, for example, in one step of cold working or warm working. In that case, the heat-resistant steel material for the umbrella part needs to be excellent in cold workability.
[0006]
However, since all the proposed heat-resistant steels are premised on hot working, it is difficult to form an umbrella part by performing cold forging or warm forging on these materials. .
The present invention solves the above-mentioned problems, and the heat-resistant steel excellent in cold workability already filed by the present inventors as Japanese Patent Application No. 8-301223 and Japanese Patent Application No. 8-301224 is used as an umbrella part of an exhaust valve. It is an object of the present invention to provide an inexpensive method for manufacturing an exhaust valve equivalent to the performance of a conventional exhaust valve.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the present invention, C: 0.01 to 0.1% by weight, Si: 2% by weight or less, Mn: 2% by weight or less, Cr: 12 to 25% by weight, Nb + Ta: 0.2 to 2.0 wt%, Ti: 3.5 wt% or less, Al: 0.5 to 3.0 wt%, Ni: 25 to 45 wt%, Cu: 0.1 to 5.0 wt% , B: 0.001 to 0.01% by weight, and after the heat treatment of the heat-resistant steel material composed of Fe and inevitable impurities, the umbrella part is formed by performing cold working or warm working, then have rows aging treatment after bonding the shaft portion made of martensitic heat resisting steel to said valve head, and then the production method of the exhaust valves, characterized in row Ukoto the nitriding treatment is provided.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, the umbrella portion is first formed using the heat-resistant steel material having the above composition.
In that case, the exhaust valve, which is the target product, operates in a high temperature / corrosive environment regardless of whether it is a rocker arm type or a direct acting type. It is necessary to have excellent high temperature strength and corrosion resistance at the same time.
[0009]
In this material, C is a component that contributes to improving the high-temperature strength of the material by generating carbides with other components, Nb, Ta, Ti, and the content thereof is 0.01 to 0.1. Set to% by weight.
When the amount is less than 0.01% by weight, the amount of the above-mentioned carbide is reduced and the high-temperature strength tends to decrease. When the amount is more than 0.1% by weight, a large amount of the carbide is precipitated and cold workability is reduced. This is because the occurrence of deterioration and surface damage increases. Preferably it is 0.01 to 0.05 weight%.
[0010]
Si functions as a deoxidizer and contributes to securing the oxidation resistance of the material. However, if the content is too large, the cold workability of the material is lowered, so the upper limit is 2% by weight.
Mn functions as a deoxidizer in the same manner as Si. However, if it is contained in a large amount, not only the oxidation resistance of the material at high temperature is deteriorated, but also the precipitation of η phase (Ni ₃ Ti) that inhibits toughness is promoted. Set to% or less.
[0011]
Cr is a component that contributes to the improvement of oxidation resistance and corrosion resistance at high temperatures, and its content is set to 12 to 25% by weight.
When the amount is less than 12% by weight, the above-described effects are not exhibited. When the amount is more than 25% by weight, the austenite phase of the matrix becomes unstable, and the σ layer, which is an embrittled phase, precipitates, leading to a decrease in the brittleness of the material. Because. Preferably, it is 12 to 20% by weight.
[0012]
Nb and Ta are components that contribute to improving the high temperature strength of the material by forming the γ ′ phase together with Ni.
When the total amount is less than 0.2% by weight, the above effect does not appear. When the total amount exceeds 2.0% by weight, the precipitation of δ phase (Ni ₃ (Nb, Ti)) begins to occur. Causes toughness reduction. Preferably, it is 0.5 to 1.5% by weight.
[0013]
Ti is a component that contributes to the precipitation of the γ ′ phase as described above, and in particular, is a component that promotes the precipitation of the γ ′ phase during the aging treatment described later. However, if the content is too large, the above-mentioned η phase, which is an embrittlement phase, is precipitated to cause a decrease in the toughness of the material. Therefore, the content is set to 3.5% by weight or less. Preferably, it is 0.5 to 2.5% by weight.
[0014]
Al is a component necessary for precipitation of the γ ′ phase, and contributes to improvement of the high temperature strength of the material. If the content is less than 0.5% by weight, the amount of precipitation of the γ 'phase is insufficient, and the above-mentioned effects are reduced. If the content is more than 3.0% by weight, the hot workability of the material is reduced. Therefore, the content is set to 0.5 to 3.0% by weight. Preferably, it is 0.7 to 2.0% by weight.
[0015]
Ni is a component for forming austenite, which improves the heat resistance and corrosion resistance of the material, stabilizes the structure at high temperatures, and is essential for precipitation of the strengthening phase γ 'phase. And the content is set to 25 to 45 weight%. When the amount is less than 25% by weight, the above-described effects are not sufficiently exhibited. When the amount is more than 45% by weight, Ni is an expensive metal, which increases the cost of the material, which is consistent with the object of the present invention. Disappear. And if Ni content increases, the hardness of the raw material after the solution treatment mentioned later will be raised, therefore, cold workability will fall and it will become difficult to perform cold work or warm work mentioned below. Preferably it is 27 to 35% by weight.
[0016]
Cu is a component that suppresses work hardening and contributes to improvement of the cold workability of the material, and its content is set to 0.1 to 5.0% by weight.
When the amount is less than 0.1% by weight, the above-described effect is not exhibited effectively. When the amount is more than 5.0% by weight, not only the above-mentioned effect is not exhibited but also the hot workability of the material is lowered. It comes to be. Preferably it is 0.5 to 3.0% by weight.
[0017]
B is a component that segregates at the grain boundaries and contributes to the improvement of the grain boundary strength, and the content thereof is set to 0.001 to 0.01% by weight.
When the amount is less than 0.001% by weight, the above effect is not sufficiently exhibited. When the amount is more than 0.01% by weight, the hot workability of the material is lowered.
The heat-resistant steel material used in the present invention further contains unavoidable impurities such as P, S, O, and N. These unavoidable impurities are all non-metallic inclusions with other components. Is a factor that causes a decrease in the mechanical strength of the material, so that the content is preferably limited to 0.01% by weight.
[0018]
This material is an essential composition described above, is further optionally, W: 3 wt% or less, Mo: 3% or less by weight, C o: 5 wt% or less, Ca + Mg: 0.001~0. You may contain 1 type or 2 types of 01 weight%.
In that case, W, Mo, and V are all components that contribute to the improvement of the high-temperature strength of the material after the solution treatment. Even if the content of these components is increased too much, the above-mentioned effects not only reach saturation, but also increase the cost of the material and decrease the cold workability. The value is the upper limit.
[0019]
Co is a component that exhibits substantially the same action as Ni, and can be contained in a state in which a part of Ni is substituted. However, since Co is an expensive metal compared with Ni, if it is contained in a large amount, the cost of the material is increased. Therefore, the content is limited to the above value.
Both Ca and Mg are components that function as a deoxidizing agent and a desulfurizing agent when the raw material is melted, and 0.001% by weight or more is required to exert the deoxidizing and desulfurizing effect. However, if it is contained too much, the hot workability of the material is lowered, so it is preferable to limit it to 0.01% by weight or less.
[0020]
The present invention is implemented as follows.
First, an umbrella part is formed in the following procedure using heat resistant steel having the above composition as a material.
[0021]
That is, first, the material is subjected to soaking, and then hot forged and rolled to obtain a rod having a predetermined shape.
Next, the bar is subjected to a solution treatment. Specifically, the bar is held in a temperature range of 1000 to 1100 ° C. for about 10 to 60 minutes, and then rapidly cooled using water or oil.
[0022]
By this solution treatment, Cr carbide, the above-mentioned γ 'phase, and the η phase, which is an embrittlement phase, are solid-solved, and softening due to recrystallization is promoted, and internal stress accumulated by forging and rolling is removed. The bar material is softened as a whole.
When forming the umbrella part, the bar material after the solution treatment described above becomes a starting material.
[0023]
That is, an umbrella part having a target shape is formed by directly performing cold working or cold forging on the bar.
Since the bar has already been subjected to a solution treatment and has become soft, this cold upsetting can be performed smoothly. And since the dimensional accuracy of the shape | molded umbrella part becomes high, the machining allowance at the time of the last finishing process decreases. Moreover, since it is cold processing or warm processing, the cost required for forming the umbrella portion is saved as compared with the case of hot processing.
[0024]
Next, a shaft portion made of martensitic heat-resistant steel annealed at a low temperature such as JIS SUH-11 or JIS SUH-3, for example, is friction bonded to the umbrella portion to form an exhaust valve having a desired shape.
In the present invention, the formed exhaust valve is immediately subjected to a high temperature aging treatment of, for example, about 0.5 hours in a temperature range of 650 to 800 ° C. without performing a solution treatment as in the prior art. .
[0025]
By this aging treatment, in addition to the work hardening due to the residual strain at the time of the cold working described above, the γ ′ phase is further precipitated in the umbrella part and hardened to about HV 350 to 500. In the cured joint, tempering of martensite occurs, HV is reduced to about 250 to 350, and toughness is improved.
Finally, finish processing is performed to manufacture the target exhaust valve.
[0026]
In the present invention, it is preferable to perform nitriding treatment on the shaft portion and form a nitride layer on the shaft portion following the above-described finishing process, since the wear resistance is improved.
Although the nitriding method is not particularly limited, it is possible to apply a liquid nitriding method typified by the tuftride method in that an extremely thin nitride layer having high toughness and excellent wear resistance can be formed. preferable.
[0027]
Further, when the exhaust valve is a rocker arm type, further quenching and hardening the shaft end portion is effective for preventing wear of the shaft end portion. As a quenching method, for example, induction quenching, frame quenching, or the like can be applied.
[0028]
【Example】
Ingots were manufactured after melting 50 kg of steels having the compositions shown in Table 1 in Examples 1 to 3 and a conventional vacuum induction furnace.
[0029]
[Table 1]

[0030]
These seven types of ingots were soaked at 1100 ° C. for 16 hours, forged to a diameter of 70 mm, and further rolled into a round bar having a diameter of 16 mm. Subsequently, these round bars were held at a temperature of 1050 ° C. for 30 minutes, and then cooled with oil to perform a solution treatment to obtain a material for an umbrella part.
Using these materials, an exhaust valve was manufactured in the following manner.
[0031]
1) Each material was cold worked at room temperature to form an umbrella part having an umbrella diameter of 24.3 mm, and a shaft part made of JIS SUH-11 and having a diameter of 5.8 mm was friction bonded.
Next, after holding for 4 hours at a temperature of 750 ° C., an air-cooling aging treatment was performed, followed by finishing, and further a tuftride treatment at a temperature of 570 ° C. for 30 minutes to produce 7 types of exhaust valves. This exhaust valve is intended to be used in a direct acting valve system. This is Example 1.
[0032]
2) Exhaust valves were manufactured in the same manner as in Example 1 except that each material was warm-worked at a temperature of 500 ° C. to form an umbrella part. This exhaust valve is also intended for use in a direct acting valve system. This is Example 2.
3) The shaft end of the exhaust valve manufactured in Example 1 was heated at a temperature of 1050 ° C. for 30 seconds and then air-cooled.
[0033]
This exhaust valve is intended for use in a rocker arm type valve operating system. This is Example 3.
4) Each material is pre-formed by the energization upset method, then it is hot set up to form an umbrella part with an umbrella diameter of 24.3 mm, and a shaft part (diameter 5.8 mm) made of JIS SUH-11. Were friction bonded.
[0034]
Subsequently, after being kept at a temperature of 1050 ° C. for 30 minutes, the solution was cooled with oil to perform solution treatment. Further, after being kept at a temperature of 750 ° C. for 4 hours, it was air-cooled and subjected to an aging treatment.
After that, finish processing is performed, and a tuftride treatment is performed at a temperature of 570 ° C. for 30 minutes, and then the shaft end is heated at 1050 ° C. for 30 seconds using a high frequency and then air-cooled to be used for a rocker arm type valve system. An exhaust valve was manufactured. This is a conventional example.
[0035]
The hardness of the face surface of each exhaust valve manufactured in the manner described above was measured. Moreover, the manufacturing cost by a prior art example and the manufacturing cost by Example 1, 2, 3 were compared. The results are shown in Table 2 in comparison with the materials shown in Table 1.
[0036]
[Table 2]

[0037]
The face surface of the exhaust valve manufactured by the method of the present invention is harder than the face surface of the exhaust valve manufactured by the conventional method.
Therefore, using the materials of Sample Nos. 1 to 3, the direct-acting valve exhaust valve manufactured by the method of Example 1 and the method of the conventional example was incorporated into an actual machine, and a durability test of 6000 rpm for 100 hours was performed. The damaged state of the umbrella and neck was observed. The operating temperature at this time was about 800 ° C.
[0038]
Neither was damaged. Further, after the end of the durability test, the exhaust valve manufactured by the method of the present invention was removed, and the hardness of the face surface was measured. As a result, the HV was 280 to 350, which was equivalent to the conventional case. .
[0039]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, the exhaust valve manufactured by the method of the present invention exhibits the same performance as the exhaust valve manufactured by the conventional method in an actual machine test.
And since the umbrella part is formed by cold processing or warm processing, the molding cost is reduced compared to the conventional method, and the dimensional accuracy is increased, so the processing cost at the time of finishing processing is reduced, and the manufacturing cost as a whole. Is reduced.
[0040]
That is, according to the present invention, an exhaust valve equivalent in performance to the conventional one can be manufactured at a low cost, and its industrial value is great.

Claims

C: 0.01 to 0.1 wt%, Si: 2 wt% or less, Mn: 2 wt% or less, Cr: 12 to 25 wt%, Nb + Ta: 0.2 to 2.0 wt%, Ti: 3. 5 wt% or less, Al: 0.5 to 3.0 wt%, Ni: 25 to 45 wt%, Cu: 0.1 to 5.0 wt%, B: 0.001 to 0.01 wt%, balance Is subjected to solution treatment on a heat-resistant steel material composed of Fe and unavoidable impurities, and then subjected to cold working or warm working to form an umbrella part, and then the shaft part made of martensitic heat-resistant steel There rows aging treatment After joining, then production method of the exhaust valves, characterized in row Ukoto nitrided.

The heat-resistant steel material further contains one or two of W: 3% by weight or less, Mo: 3% by weight or less , Co: 5% by weight or less, and Ca + Mg: 0.001 to 0.01% by weight. The method for manufacturing an exhaust valve according to claim 1.

Wherein after the nitriding treatment, method of any of the exhaust valve according to claim 1 or 2 for quenching treatment to the end of the shaft portion.