JPH01318710A - エンジンバルブの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、（α＋β）系Ｔｉ　合金で成形したエンジン
バルブのフェース面に特定粉末を用いて肉盛しついで該
エンジンバルブの全面を窒化処理して窒化層を形成する
と同時に肉盛部の硬度を上げ、低コスチでかつ耐摩耗に
優れたチタン合金製エンジンバルブの製造方法に関する
ものである。

〔従来の技術〕

通常のエンジンバルブは耐熱鋼製であり、材料の比重は
７，８〜＆０と重い、一方、チタン合金製エンジンパル
プは材料の比重が４５〜４７　と軽く耐熱ｆＪ４製に比
べ重量が約６０％に軽減されることからエンジンの回転
数アップが可能となるため馬力が向上するという長所が
ある、反面硬度が低いことがら軸端面の摩耗、軸部の焼
付かじりおよび摩耗、フェース面の摩耗等の問題をかか
えている。

そのため軸端面の摩耗についてはＯｒ　−Ｍｏ鋼の摩（
ｄ圧接やステライトチップのロー付対策がとられている
。又、最近になって特開昭６１−２９１９５９号公報に
開示されるように浸炭処理方法等も提案されている。

又、軸部の焼付かじりおよび摩耗については、モリブデ
ン溶射が効果的な表面処理として使用されている。しか
しながらフェース面の摩耗については短時間の使用のレ
ーシングカーでは問題にならないものの長期間でノーメ
ンテナンスの要求される量産車では心配される問題であ
り現状はバルブシート材の材質をチタン合金にあわせて
銅系のシート材を使用する等の対策がとられているのが
現状である。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上の如〈従来技術においてはエンジンバルブの重量が
重かったりその問題を解消するためにチタン合金を用い
ても軸端面の摩耗、軸部の焼付かじりおよび摩耗、フェ
ース面の摩耗等の問題を完全に解消するには至らなかっ
た。

〔課題を解決するための手段〕

本願発明者等は、上記１８ＩＭ点を解決するために種々
の検討および試験を重ねた結果軸部の摩耗は、ビッカー
ス硬度（以下Ｈｖという）　Ｈｖ３００程度の母材表面
に窒化層又はＮｏ溶射層等を付着させれば十分耐摩耗性
があるのに対し、フェース面ではバルブシートと強く衝
突するためさらに高い硬度が必要で、Ｈｖ３００程度で
はシート面にあたる箇所がミクロ的な伍性変形を起こし
、むしれを生じることがある。又、非常に高いＨｖ　７
００〜１０００では逆にシート面を疵つけることを知見
した。適正なバルプフェス硬度は１−！　ｖ　３８０〜
５５０　と推定され、この硬度を得るためには、過飽和
β相の時効が最もよいと考えられた。

それゆえ、バルブフェース部の耐摩耗性の向上のために
、バルブフェース部を硬化肉盛によって過飽和β相化し
、次いで時効を行なうことによって、微細α相を析出さ
せバルブフェース部を硬化し、耐摩耗性を高めようとす
るものであり、さらにβ相中に硬質粒子を分散させて、
マトリックスの強化と複合して耐摩耗性を改善しようと
するものである６さらに軸、軸端の耐摩耗性向上には、
バルブ全面を窒化処理することにより対応するが、この
時の窒化温度を過飽和β相肉盛部が時効する３５０〜５
５０℃の温度で行なうことにより、低コスト化を図るわ
けである。

本発明者は種々検討した結果、本発明を完成した。その
要旨は、（α＋β）系Ｔｉ　　合金材からなるエンジン
パルプのフェース面にβＴｉ粉末又はＭＯｌＴａ、Ｎｂ
、Ｖ粉末の１１又は２種以上の粉末かあるいは更に金属
炭化物粉末又は金属窒化物粉末の少なくともＩＮの混合
粉末を用いて肉盛し、該肉盛部にβ相を形成し、ついで
３５０℃〜５５０℃の温度で前記エンジンパルプの全面
を時効を兼ねた窒化処理を同時に施して窒化層を形成し
Ｈｖ　３８０〜５５０　の硬度を得ることによって低コ
ストで、耐摩耗性に優れたチタン合金製エンジンバルブ
を製造する方法である。

ここでいうエンジンパルプとはＴ　ｉ　−６Ａｌｌ−４
Ｖ等の（α＋β）系Ｔｉ　合金材で成形されたものをい
う、その理由はコストが安く、熱間鍛造により容易にエ
ンジンパルプの！８！遣ができ、かつ表面にβ相が形成
しやすいためである。β相を形成する肉盛用粉末として
は、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａ４−３Ｓｎ−３Ｃｒ。

Ｔｉ−３ＡＡ−８Ｖ−８Ｃｒ−４Ｍｏ−４Ｚ　ｒ等のβ
Ｔｉ粉末や、Ｔｉ　合金と融合一体化することによりβ
相を形成するＭｏ、　Ｔａ、　Ｎｂ、　Ｖ粉末の１！１
又は２Ｍ１以上の粉末を用いる。さらに耐摩耗性を向上
させるために第２クレームにあるように、ＷＣ，Ｗ２Ｃ
，Ｔ　ｉ　Ｃ，Ｓ　ｉ　Ｃ。

ＮｂＣ，Ｃｒ３ｃｚ等の金属炭化物粉末、ＴｉＮ等の金
属窒化物粉末の少な（とも１種を前記βＴｉ粉末又は、
Ｍｏ、　Ｔａ、　Ｎｂ、　Ｖ粉末のｔｌ又は２種以上ト
１ｆｆ１合り。

た混合粉末として用いることもある。

〔作　　用〕

エンジンパルプのフェース面（１）に肉盛面５）を形成
する方法としてはＴＩＧ、ＰＴＡを用いて粉末を溶融池
に混入する方法や、粉末に塗料用ピクリル等を用いてフ
ェース面（１）に付着させた後にＴＩＧレーザー照射、
電子ビームを用いて母材（６）に溶融させる方法等があ
るがエンジンパルプの［化肉盛は通常ＴＩＧ、ＰＴＡ肉
盛法が用いられる。

肉盛工程後、仕上げ切削を行なった後ＰＶＤ又はイオン
窒化等により時効と一窒化処理を同時に行なうのが、コ
ストが安く好ましい。本発明において窒化処理温度を３
５０°Ｃ〜５５０℃としたのは、フェース面（亘）の硬
度Ｈｖ３８０〜５５０　を確保して耐摩耗性の向上を計
るためであり、３５０℃未満ではフェース面（１）のβ
相が時効硬化せず５５０℃を超えると過時効のため軟化
してしまいフェース面（１）の耐摩耗性が維持できない
。上記のようにして得られるフェース肉盛硬化層の構造
は第１クレームではβ相に微細α相が析出した組織であ
り、表面にＴｉＮ層■がある。第２クレームではβ相に
Ｗ２　Ｃ。

Ｔｉｃ、ＴｉＮ等の硬質粒子が分散し、さらに微細α相
が析出した組織でありその上にＴｌＮｆｆ１（２）が形
成された組織となっている。このように窒化処理はニア
シンパルプの軸部（３）、軸端面（Φの耐摩耗性向上に
効果があるとともにフェース面（１）の硬化肉盛部を時
効硬化させるので耐摩耗性向上にも「用である。

〔実施例１〕 ９φのＴｌ−６Ａｌｌ−４Ｖ熱間圧延線材より熱間鍛造
にて、頭部（７）成形を行なった後、切削したエンジン
バルブのフェース面に各種粉末を第１表の条件に従って
ＰＴＡ、ＴＩＧを用いて肉盛し、表面にβ相を形成した
。

第　　１　　表 次いでフェース面を仕上げ切削の後、第２表に示す条件
のＰＶＤ窒化処理を行なった。

以下余白 第　　２　　表 上記処理を施したエンジンバルブを動弁系の中にセット
し、メタノール燃料を使用したエンジン吸気系に組み込
みエンジンテストを行なった。テスト条件は、エンジン
回転数１０００〜５０００ｒ、ｐ、ｍ。

試験時間は２００Ｈｒ　としテスト後フェース面の摩耗
量を測定した。これらの本発明例のテスト結果と従来の
比較例をあわせて第３表に示す、第３表かられかるよう
に本発明（α＋β）系Ｔｉ　合金材からなるエンジンバ
ルブのフェース面に特定粉末を肉盛し、３５０〜５５０
℃の範囲で窒化処理すればＨｖ３８０〜５５０の硬度が
得られ耐摩耗性が改善されることが明らかとなった。

〔発明の効果〕

以上説明したごとく本発明エンジンバルブは、フェース
面に肉盛部を育し表面全体が窒化層でカバーされている
ことからエンジンバルブが必要とするＨ　ｖ　３８０〜
５００　の硬度と耐摩耗性が優れていることから長時間
でノンメンテナスの要求されるｆｆ１ｆｆｌ車のエンジ
ンバルブへの適用が可能となり能力向上に大きく寄与す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明エンジンバルブの破砕断面図である。 ａ中１・・・フェース面　　２・・・窒化層３・・・軸
部　　　　　番・・・軸端面５・・・肉盛部　　　　　
６・・・母材７・・・頭部 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）（α＋β）系Ｔｉ合金材でエンジンバルブを成形
   し、そのフェース面にβＴｉ粉末又はＭｏ，Ｔａ，Ｎｂ
   ，Ｖ粉末の１種又は２種以上で肉盛して肉盛部にβ相を
   形成し、ついで３５０℃〜５５０℃の温度で前記エンジ
   ンバルブの全面を窒化処理して窒化層を形成して同時に
   肉盛部の硬度を上げ耐摩耗性を改善することを特徴とす
   るエンジンバルブの製造方法。
2. （２）（α＋β）系Ｔｉ合金材でエンジンバルブを成形
   し、そのフェース面に、βＴｉ粉末又はＭｏ，Ｔａ，Ｎ
   ｂ，Ｖ粉末の１種又は２種以上と金属炭化物粉末又は金
   属窒化物粉末の少なくとも１種の混合粉末で肉盛して肉
   盛部にβ相を形成し、ついで３５０℃〜５５０℃の温度
   で前記エンジンバルブの全面を窒化処理して窒化層を形
   成して同時に肉盛部の硬度を上げ耐摩耗性を改善するこ
   とを特徴とするエンジンバルブの製造方法。