JPH02243777A - Production of engine valve - Google Patents

Production of engine valve

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Publication number
JPH02243777A
JPH02243777A JP6500089A JP6500089A JPH02243777A JP H02243777 A JPH02243777 A JP H02243777A JP 6500089 A JP6500089 A JP 6500089A JP 6500089 A JP6500089 A JP 6500089A JP H02243777 A JPH02243777 A JP H02243777A
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JP
Japan
Prior art keywords
alloyed
valve
alloyed layer
layer
wear resistance
Prior art date
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Pending
Application number
JP6500089A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiko Mori
和彦 森
Shinji Oishi
大石 真治
Masami Hirata
平田 雅巳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aisan Industry Co Ltd
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Aisan Industry Co Ltd
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Priority to JP6500089A priority Critical patent/JPH02243777A/en
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Abstract

PURPOSE:To produce an engine valve having excellent wear resistance by forming an alloyed layer consisting of Cr, C and Fe and having a specified composition on the valve face of a heat-resistant steel valve main body with high-density heating energy and then applying specified heat treatment. CONSTITUTION:The alloying material powder contg. Cr and C is arranged on the valve face 2 of the valve main body 1 made of a martensitic heat- resistant steel. High-density heating energy such as laser light is then impressed on the powder to rapidly melt the alloying material along with the lower valve main body base material layer. The materials are alloyed, and an alloyed layer 3 contg., by weight, 20-50% Cr, 1-3% C and the balance essentially Fe is formed. The alloyed layer 3 is then heated at 400-700 deg.C for 5min to 5hr, and then quenched by water, etc. Consequently, the structure of the alloyed layer 3, in which a eutectic carbide is crystallized in the matrix consisting essentially of hard martensite, is formed. By this method, an engine valve having the valve face 2 consisting of the alloyed layer 3 having excellent wear resistance is obtained at a low cost.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は自動車等のエンジンのインテークバルブなど
に使用されるエンジンバルブに関し、特にバルブシート
との当り面(バルブフェース面)に耐摩耗性に優れた合
金化層を形成したエンジンバルブの製造方法に関するも
のである。
[Detailed Description of the Invention] Industrial Application Field This invention relates to an engine valve used for the intake valve of an engine of an automobile, etc., and in particular has excellent wear resistance on the contact surface with the valve seat (valve face surface). The present invention relates to a method of manufacturing an engine valve with an alloyed layer formed thereon.

従来の技術 周知のようにエンジンバルブにおけるバルブシートとの
当り面、すなわちバルブフェース面には優れた耐摩耗性
を有することが要求される。そこで従来、マルテンサイ
ト系耐熟鋼等からなるバルブ本体のバルブフェース面に
、ステライトで代表されるCO基やNi基の耐熱・耐摩
耗性材料を盛金(肉盛)して溶着させることが行なわれ
ている。
As is well known in the prior art, the surface of an engine valve that contacts the valve seat, that is, the valve face surface, is required to have excellent wear resistance. Therefore, it has conventionally been possible to deposit and weld CO-based or Ni-based heat-resistant and wear-resistant materials, such as stellite, onto the valve face surface of the valve body made of martensitic aged steel. It is being done.

一方、熱処理によってエンジンバルブの耐摩耗性を向上
させる方法として、焼入れや窒化処理が従来から知られ
ている。
On the other hand, quenching and nitriding treatments have been conventionally known as methods for improving the wear resistance of engine valves through heat treatment.

前述のようにCO基やNi基の耐熱・耐摩耗性材料を盛
金した場合、確かに耐摩耗性は向上するが、CO基やN
i基の材料はいずれも極めて高価であり、そのためエン
ジンバルブの高コスト化を招いてしまう重大な問題があ
る。
As mentioned above, if CO-based or Ni-based heat-resistant and wear-resistant materials are deposited, the wear resistance will certainly improve, but CO-based or Ni-based materials
All of the i-based materials are extremely expensive, which poses a serious problem that increases the cost of engine valves.

方焼入れは、表面硬化処理としては高い硬さが得られる
が、焼入層の表面には高い圧縮残留応力が生じているた
め、いったん摩耗が生じれば応力が解放されてかえって
摩耗しやすくなってしまうことが知られている。また焼
入層は屏温状態では耐熱強度の低下があり、したがって
焼入れ単独ではエンジンバルブに適用するに問題がある
Direct quenching provides high hardness as a surface hardening process, but since high compressive residual stress is generated on the surface of the quenched layer, once wear occurs, the stress is released and wear becomes more likely. It is known that In addition, the heat resistance strength of the hardened layer decreases in the folding temperature state, and therefore, there is a problem in applying it to engine valves by hardening alone.

さらに窒化処理は、処理温度が低いため歪の発生が少な
いという長所はあるが、処理層の厚みが5〜10珈程度
と著しく薄く、そのため異物かみこみ等によって処理層
が一部でも消失すれば急激に摩耗が進行してしまう問題
がある。
Furthermore, nitriding has the advantage of generating less distortion due to the low processing temperature, but the thickness of the treated layer is extremely thin, about 5 to 10 strands, so if even a part of the treated layer disappears due to foreign matter getting caught, etc. There is a problem that wear progresses rapidly.

そこで本発明者等はエンジンバルブのバルブフェース面
の耐摩耗性向上策として、合金化処理に看目し、その実
用化のための研究を進めている。
Therefore, the present inventors have focused on alloying treatment as a measure to improve the wear resistance of the valve face surface of engine valves, and are proceeding with research for its practical application.

この合金化処理は、マルテンサイト系耐熟鋼等の各種耐
熟鋼からなるバルブ本体のバルブフェース面に合金化さ
せるべき材料を配し、その上からレーザやTIGアーク
、プラズマ等の高密度加熱エネルギを印加して、合金化
材料とその下側のバルブフ本体の表面層とを同時に溶融
させ、自己冷却による急冷再凝固によって所定の合金成
分組成を有する層(合金化層)を形成する方法であり、
このような合金化処理によれば、合金化させる材料を適
切に選定することによって比較的低コストで耐摩耗性に
優れかつ耐熱強度にも優れた合金化層をバルブフェース
面にかなりの厚みで形成することができる。
This alloying process involves placing the material to be alloyed on the valve face of the valve body made of various types of aging-resistant steel such as martensitic aging-resistant steel, and applying high-density heating using laser, TIG arc, plasma, etc. A method of applying energy to simultaneously melt the alloying material and the surface layer of the valve body below, and forming a layer (alloyed layer) having a predetermined alloy composition by rapid resolidification through self-cooling. can be,
According to this alloying process, by appropriately selecting the materials to be alloyed, an alloyed layer with excellent wear resistance and heat resistance strength can be formed on the valve face surface at a relatively low cost with a considerable thickness. can be formed.

合金化処理によって耐摩耗性に優れた合金化層をバルブ
フェース面に形成する技術の一つとしては、本発明者等
は既に特願昭61−142498号(特開昭62−29
6984号)において、MOもしくはMO含有材料を合
金化材料として用い、MOを1〜15wt%含有する合
金化層をバルブフェース面に形成する技術を提供してい
る。
As one of the techniques for forming an alloyed layer with excellent wear resistance on the valve face surface by alloying treatment, the present inventors have already disclosed Japanese Patent Application No. 142498/1983 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-298).
No. 6984) provides a technique for forming an alloyed layer containing 1 to 15 wt% of MO on a valve face using MO or a MO-containing material as an alloying material.

発明が解決しようとJ−る課題 前述のようにMOもしくはMO含有材料をバルブフェー
ス面に合金化する前記提案の技術では、MO自体が高価
であるから、その使用量は比較的少ないものの、ある程
度の高コスト化はM(プられない。
Problems to be Solved by the Invention As mentioned above, in the proposed technology of alloying MO or MO-containing material on the valve face surface, MO itself is expensive, so although the amount used is relatively small, The high cost of M (cannot be reduced).

一方低コストで耐摩耗性の優れた合金化層を形成し得る
可能性のある材料としてはOr、Cを主体とする材料で
あり、これを耐熟鋼からなるバルブ本体のバルブフェー
ス面に合金化して、Cr20〜50wt%程度、01〜
3wt%程度の高Cr、高CのFe=cr−C系合金化
層を形成することが考えられる。しかしながらこのよう
なl”e−Or −C系の合金化層でも、その硬さはl
v 320〜430程度しか得られず、苛酷な条件下で
使用されるエンジンバルブとしては、耐摩耗性が未だ不
充分であることが判明した。もちろん合金化層のC含有
量をさらに高めれば硬さは上昇するが、その場合割れが
発生してしまい、したがってC含有量を高めるにも限界
があった。
On the other hand, a material that has the potential to form an alloyed layer with excellent wear resistance at low cost is a material mainly composed of Or and C. Cr20~50wt%, 01~
It is conceivable to form a high Cr and high C Fe=cr-C alloy layer of about 3 wt%. However, even in such an l''e-Or -C alloyed layer, its hardness is l
It was found that the wear resistance was still insufficient for engine valves used under severe conditions. Of course, if the C content of the alloyed layer is further increased, the hardness will increase, but in that case, cracks will occur, and therefore there is a limit to increasing the C content.

この発明は以上の事情を背景としてなされたちので、F
e−Cr−C系の合金化層をバルブフェース面に形成し
たエンジンバルブを製造するにあたって、バルブフェー
ス面合金化層の耐摩耗性を充分に向上させたエンジンバ
ルブを得る方法を提供することを目的とするものである
This invention was made against the background of the above circumstances, so F.
In manufacturing an engine valve in which an e-Cr-C alloy layer is formed on the valve face, the present invention aims to provide a method for obtaining an engine valve in which the wear resistance of the valve face alloy layer is sufficiently improved. This is the purpose.

問題点を解決するための手段 この発明のエンジンバルブの製造方法は、基本的には、
バルブフェース面に高Cr、高CのFeCr−C系合金
化層を形成した後、適切な熱処理を加えることによって
合金化層中の残留オーステナイトをマルテンサイト化し
、これによって実質的にマルテンサイトのみからなるマ
トリックス中に共晶炭化物が晶出した合金化層を有する
エンジンバルブを得ようとするものである。
Means for Solving the Problems The method for manufacturing engine valves of this invention basically consists of:
After forming a high Cr and high C FeCr-C alloyed layer on the valve face surface, the retained austenite in the alloyed layer is converted to martensite by applying appropriate heat treatment, thereby converting the remaining austenite from only martensite to martensite. The objective is to obtain an engine valve having an alloyed layer in which eutectic carbides are crystallized in a matrix.

具体的には、この発明のエンジンバルブの製造方法は、
耐熟鋼からなるバルブ本体のバルブフェース面に、高密
度加熱エネルギを用いてOrおよびCを含有する材料を
合金化して、0r20〜50wt%、C1〜3wt%、
残部が実質的にFeよりなる合金化層を形成し、その後
400〜700℃の範囲内の温度に5分〜5時間加熱し
てから急冷して、合金化層の組織を、マトリックスが実
質的にマルテンサイトからなりかつマトリックス中に共
晶炭化物が晶出した組織とすることを特徴とするもので
ある。
Specifically, the method for manufacturing an engine valve of the present invention includes:
The valve face of the valve body made of hardened steel is alloyed with a material containing Or and C using high-density heating energy to form alloys containing 20 to 50 wt% of Or, 1 to 3 wt% of C,
An alloyed layer is formed in which the remainder is substantially made of Fe, then heated to a temperature in the range of 400 to 700°C for 5 minutes to 5 hours, and then rapidly cooled to change the structure of the alloyed layer so that the matrix is substantially It is characterized by having a structure consisting of martensite and having eutectic carbide crystallized in the matrix.

作   用 この発明の製造方法においては、先ずマルテンサイト系
耐熟鋼等の耐熟鋼からなるバルブ本体を常法に従って作
成しておき、そのバルブ本体のバルブフェース面に、C
rおよびCを含有する材料(合金化材料)、例えば高C
r1高CのFeCr−C合金を、レーザやTIGアーク
、プラズマ、電子ビーム等の高密度加熱エネルギを用い
て合金化させる。具体的には、バルブ本体のバルブフェ
ース面にFe−0r−C合金等の合金材料を配置し、そ
の上から高密度加熱エネルギを印加して、合金化材料お
よびその下側のバルブ本体母材の表面層を急速溶融させ
る。これによって合金化材料とその下側の母材耐熟鋼と
が溶融一体化、すなわち合金化される。引続いて高密度
加熱エネルギの印加位置移動もしくは印加停止により、
熱が急速に母材側へ移動してその溶融した合金化層が急
速冷却され、急速凝固する。
Function: In the manufacturing method of the present invention, first, a valve body made of ripening-resistant steel such as martensitic ripening-resistant steel is prepared in accordance with a conventional method, and C is applied to the valve face surface of the valve body.
Materials containing r and C (alloyed materials), e.g. high C
A FeCr-C alloy with r1 high C is alloyed using high-density heating energy such as a laser, TIG arc, plasma, or electron beam. Specifically, an alloy material such as Fe-0r-C alloy is placed on the valve face surface of the valve body, and high-density heating energy is applied from above to melt the alloyed material and the valve body base material below. Rapidly melts the surface layer of As a result, the alloying material and the underlying base material hardening steel are melted and integrated, that is, alloyed. Subsequently, by moving the application position or stopping the application of high-density heating energy,
Heat rapidly moves toward the base material, and the molten alloyed layer is rapidly cooled and rapidly solidified.

ここで、合金化材料の成分組成および配置量(合金化量
)は、合金化された層の成分組成が、Cr20〜501
%、Q1〜3wt%、残部が実質的にFeとなるように
定めておく。もちろん合金化層の成分組成は母材の成分
組成および合金化処理時の母材表面の溶融深さも影響す
るから、これらに応じて合金化材料の成分組成および合
金化量を設定する必要がある。
Here, the component composition and arrangement amount (alloying amount) of the alloyed material are such that the component composition of the alloyed layer is Cr20 to 501
%, Q1 to 3 wt%, and the balance is determined to be substantially Fe. Of course, the composition of the alloyed layer is also affected by the composition of the base material and the melting depth of the base material surface during alloying treatment, so it is necessary to set the composition of the alloyed material and the amount of alloying accordingly. .

前述のように高密度エネルギを用いた合金化処理では溶
融後の冷却凝固が急冷となるから、その合金化処理によ
り得られたFe−20〜50%Cr1〜3%C合金から
なる合金化層は、マルテンサイトと残留オーステナイト
の混相組織からなるマトリックスに共晶炭化物(主とし
てCr−Fe系炭化物)が晶出したIll織となる。こ
こで、残留オーステナイトは軟質であるから、残留オー
ステナイトのないマトリックス、すなわちほぼマルテン
サイトのみからなるマトリックスとなっていれば、より
硬さが高くなって耐摩耗性も著しく良好となるが、実際
には合金化処理のままの合金化層では30%程度の残留
オーステンイトが存在することを避は得ない。
As mentioned above, in the alloying process using high-density energy, the cooling solidification after melting becomes rapid cooling, so the alloyed layer made of Fe-20~50%Cr1~3%C alloy obtained by the alloying process This is an Ill weave in which eutectic carbides (mainly Cr--Fe carbides) are crystallized in a matrix consisting of a mixed phase structure of martensite and retained austenite. Here, retained austenite is soft, so if the matrix had no retained austenite, that is, a matrix consisting almost only of martensite, the hardness would be higher and the wear resistance would be significantly better, but in reality It is unavoidable that about 30% residual austenite exists in the alloyed layer as it has been alloyed.

そこでこの発明の方法では、合金化処理後に400〜7
00℃の範囲内の温度に5分〜5時間加熱してから水冷
もしくは油冷により急冷する熱処理を施している。この
ような熱処理を施すことによって、合金化層のマトリッ
クス中の残留オーステナイトはほぼその全量がマルテン
サイトに変化し、結局合金化層は、残留オーステナイト
がほとんど存在しないマルテンサイトからなるマトリッ
クス中にQr−Fe系炭化物を主体とする共晶炭化物が
晶出した組織となる。このような合金化層は、残留オー
ステナイトがほとんど存在しないマルテンサイトによっ
てマトリックスが構成されているため、著しく硬質であ
り、しかもマトリックス中に硬質な共晶炭化物が晶出し
ているため、耐摩耗性に著しく優れる。
Therefore, in the method of this invention, 400 to 7
Heat treatment is performed by heating to a temperature within the range of 00°C for 5 minutes to 5 hours and then rapidly cooling with water or oil cooling. By performing such heat treatment, almost all of the retained austenite in the matrix of the alloyed layer changes to martensite, and as a result, the alloyed layer has Qr- This results in a structure in which eutectic carbides mainly composed of Fe-based carbides crystallize. The matrix of such an alloyed layer is composed of martensite with almost no residual austenite, so it is extremely hard, and since hard eutectic carbides are crystallized in the matrix, it has excellent wear resistance. Remarkably superior.

なお残留オーステナイトは不安定であるため、多量の残
留オーステナイトが存在している場合は経時的に次第に
その安定化が進んで部材の変形が生じることが多いが、
前述のように合金化層を残留オーステナイトがほとんど
存在しない組織としておくことによって、このような経
時変形の発生を防止することができる。
Note that retained austenite is unstable, so if a large amount of retained austenite is present, it will gradually become more stable over time, often causing deformation of the component.
As described above, by making the alloyed layer have a structure in which almost no retained austenite exists, the occurrence of such deformation over time can be prevented.

ここで、本発明者等の実験によれば、合金化処理後の熱
処理における温度が400℃未満では、残留オーステナ
イトをマルテンサイトに変化させて硬さを上昇させる効
果が得られないことが判明している。一方熱処理温度が
700℃以上では共晶炭化物がマトリックス中に固溶し
てしまい、その結果耐摩耗性が低下してしまう。したが
って熱処理における加熱温度は400〜700°Cの範
囲内とする必要がある。またこの熱処理の加熱時間が5
分未満ではかなりの量の残留オーステナイトが残ってし
まい、一方5時間を越える長時間の加熱ではマトリック
ス中に既に生成されているマルテンサイトの硬さの低下
が生じる。したがって熱処理の加熱時間は5分〜5時間
の範囲内とした。なおこの熱処理は、真空、あるいはN
2雰囲気、Ar雰囲気などの非酸化性雰囲気で行なうこ
とが望ましい。
According to experiments conducted by the present inventors, it has been found that if the temperature in the heat treatment after alloying treatment is lower than 400°C, the effect of converting retained austenite into martensite and increasing hardness cannot be obtained. ing. On the other hand, if the heat treatment temperature is 700° C. or higher, the eutectic carbide will form a solid solution in the matrix, resulting in a decrease in wear resistance. Therefore, the heating temperature in the heat treatment needs to be within the range of 400 to 700°C. Also, the heating time of this heat treatment is 5
If the heating time is less than 5 minutes, a significant amount of retained austenite will remain, whereas if the heating time is longer than 5 hours, a reduction in the hardness of the martensite already formed in the matrix will occur. Therefore, the heating time of the heat treatment was within the range of 5 minutes to 5 hours. Note that this heat treatment is performed in a vacuum or N
It is desirable to carry out the process in a non-oxidizing atmosphere such as 2 atmosphere or Ar atmosphere.

なお合金化処理後の合金化層の成分組成は、前述のよう
にCr −20〜50wt%、C1〜3wt%、残部実
質的にFeとすれば良いが、このように定めた理由は次
の通りである。すなわちOrは焼入れ性を高め、マルテ
ンサイト相の生成に寄与するとともにCr−Fe系共晶
炭化物の生成に寄与して、硬さ向上、摩耗性向上に寄与
するが、20wt%未満ではその効果、特に共晶炭化物
の生成による耐摩耗性向上効果が充分に得られず、一方
50wt%をこえれば合金化処理時に割れが発生するお
それがある。またCも焼入れ性を向上させて、マルテン
サイト相の生成に寄与するとともに0r−Fe共品炭化
物の生成に寄与し、硬さ向上、耐摩耗性向上に寄与する
が、1wt%未満ではその効果、特に共晶炭化物の生成
による耐摩耗性向上効果が充分に得られず、一方3sv
t%を越えれば脆くなって割れが発生しやすくなる。
The composition of the alloyed layer after the alloying treatment may be Cr -20 to 50 wt%, C1 to 3 wt%, and the balance substantially Fe, as described above, but the reason for setting it this way is as follows. That's right. In other words, Or increases hardenability, contributes to the formation of martensitic phase, and also contributes to the formation of Cr-Fe-based eutectic carbides, contributing to improved hardness and abrasion resistance, but if it is less than 20 wt%, the effect In particular, the effect of improving wear resistance due to the formation of eutectic carbides cannot be sufficiently obtained, and on the other hand, if the content exceeds 50 wt%, cracks may occur during alloying treatment. C also improves hardenability, contributes to the formation of martensitic phase, and also contributes to the formation of 0r-Fe co-carbide, contributing to improvement of hardness and wear resistance, but if it is less than 1 wt%, it has no effect. In particular, the effect of improving wear resistance due to the formation of eutectic carbides was not sufficiently obtained;
If it exceeds t%, it becomes brittle and cracks are likely to occur.

実  施  例 [実施例1] 第1図に示すようなエンジンバルブを次のようにして製
造した。
Examples [Example 1] An engine valve as shown in FIG. 1 was manufactured as follows.

すなわち、Cr8.0wt%、3i1.5wt%、CO
,5wt%を含有し、その他M n O,6wt%以下
、Q u O,3wt%以下、N i  O,6wt%
以下に規制され、残部が実質的にFeよりなる成分組成
のマルテンサイト系耐熟鋼である5UHI i材を素材
として常法に従ってバルブ本体1を作成し、そのバルブ
本体1のバルブフェース面2に合金化材料としてF e
 −52wt%Cr−2,51%C合金粉末を配置し、
レーザを用いて合金化率50%で合金化処理を施し、合
金化層3を形成した。なおここで合金化率は、合金化処
理時の溶融部の垂直断面における母祠部分の溶融断面積
をA1同じく溶融部の垂直断面における全溶融断面積を
A+8とし、 合金化率(%) −AX 100/ (A十B )で表
わしたものである。得られた合金化層の成分組成は、分
析の結果Fe −30wt%Q r −1,5wt%C
−0,75wt%Cであった。その後、合金化層に対し
て、520℃に30分加熱後油冷する熱処理を施した。
That is, Cr8.0wt%, 3i1.5wt%, CO
, 5wt%, and others M n O, 6wt% or less, Q u O, 3wt% or less, N i O, 6wt%
A valve body 1 is made according to a conventional method using 5UHI i material, which is a martensitic aged steel with a composition regulated as follows and the remainder is essentially Fe, and the valve face surface 2 of the valve body 1 is Fe as alloying material
-52wt%Cr-2, 51%C alloy powder is placed,
Alloying treatment was performed using a laser at an alloying rate of 50% to form an alloyed layer 3. Here, the alloying rate is calculated by assuming that the molten cross-sectional area of the master part in the vertical cross-section of the molten part during alloying treatment is A1, and the total molten cross-sectional area in the vertical cross-section of the molten part is A+8, and the alloying ratio (%) − It is expressed as AX 100/(A×B). As a result of analysis, the composition of the obtained alloyed layer was Fe -30wt%Q r -1,5wt%C
-0.75wt%C. Thereafter, the alloyed layer was subjected to heat treatment of heating at 520° C. for 30 minutes and cooling with oil.

熱処理後の合金化層の組織を第2図に示す。第2図にお
いて、白い部分はマルテンサイト相、黒い部分は0r−
Fe系炭化物からなる共晶炭化物である。またX線回折
を行なったところ、熱処理前においては合金化層のデン
ドライト部に残留オーステナイトが約30%存在してい
たが、熱処理によってその残留オーストナイトの大部分
がマルテンサイトに変化していることがfI認された。
FIG. 2 shows the structure of the alloyed layer after heat treatment. In Figure 2, the white part is the martensite phase, and the black part is 0r-
It is a eutectic carbide made of Fe-based carbide. Furthermore, X-ray diffraction revealed that approximately 30% retained austenite existed in the dendrite portion of the alloyed layer before heat treatment, but most of the retained austonite changed to martensite after heat treatment. was approved by fI.

さらに、合金化層の硬さについて調べたところ、熱処理
前にはlv 380〜420であったが、熱処理後はH
v 530−600 (平均Hv 570)となり、約
Hv 100程度硬さが上昇したことが判明した。
Furthermore, when we investigated the hardness of the alloyed layer, it was lv 380-420 before heat treatment, but after heat treatment it was lv
v 530-600 (average Hv 570), indicating that the hardness increased by approximately Hv 100.

[実施例2] 実施例1と同様な5UH11材からなる摩耗試験用テス
トピース母材に、実施例1と同様な合金化処理を施した
後、形成された合金化層に実施例1と同様な熱処理を施
した。
[Example 2] A wear test test piece base material made of the same 5UH11 material as in Example 1 was subjected to the same alloying treatment as in Example 1, and then the formed alloyed layer was subjected to the same alloying treatment as in Example 1. Heat treatment was applied.

この実施例2により得られた熱処理後のテストピースの
合金化層、および比較材としての熱処理を行なっていな
い合金化処理のみのテストピースの合金化層、従来材と
してのステライトNO,6を肉盛したテストピースの肉
盛層について、室温で大鏡式摩耗試験を行なった結果を
第3図に、またインテークバルブの常用温度である40
0℃にて入超式摩耗試験を行なった結果を第4図に承り
。なおこの大鏡式摩耗試験は、相手材(ロータ)として
Fe基焼結バルブシート合金を用い、荷重6.3Kg、
すべり距離100m、、すべり速度0.3’R/SeC
にて行ない、試験後の摩耗痕面積にて耐摩耗性を評価し
た。
The alloyed layer of the test piece after heat treatment obtained in Example 2, the alloyed layer of the test piece that was only alloyed without heat treatment as a comparative material, and the alloyed layer of Stellite No. 6 as a conventional material. Figure 3 shows the results of a large-mirror type abrasion test conducted on the built-up layer of the test piece at room temperature.
Figure 4 shows the results of an ultra-high pressure wear test at 0°C. In addition, this large-mirror type wear test used a Fe-based sintered valve seat alloy as the mating material (rotor), and the load was 6.3 kg.
Sliding distance 100m, sliding speed 0.3'R/SeC
The wear resistance was evaluated based on the wear scar area after the test.

第3図、第4図から明らかなようにこの発明の実施例2
による熱処理を施した合金化層では、摩耗面積が合金化
処理のみの比較材と比して30〜b盛層と同等以上の優
れた耐摩耗性を有することが判明した。
As is clear from FIGS. 3 and 4, Embodiment 2 of the present invention
It was found that the alloyed layer subjected to the heat treatment had excellent wear resistance with a wear area equal to or higher than that of the 30-b overlay layer compared to the comparative material subjected to only the alloying treatment.

[実施例3] 実施例1と同じ条件で合金化層を形成した後、200〜
800℃の範囲内の種々の加熱温度で30分間加熱した
後油冷した。熱処理後の合金化層の硬さを調べた結果を
、加熱温度と対応して第5図に示す。
[Example 3] After forming an alloyed layer under the same conditions as Example 1,
After heating for 30 minutes at various heating temperatures within the range of 800°C, the mixture was cooled in oil. The results of examining the hardness of the alloyed layer after heat treatment are shown in FIG. 5 in correspondence with the heating temperature.

第5図から明らかなように、加熱温度が400℃未満で
は充分な硬さの向上が認められず、400℃以上の温度
で加熱することによって硬さを充分に向上させることが
できた。なお800℃で加熱した場合、共晶炭化物が固
溶して完全マルテンサイト組織となってしまったため、
硬さ自体は高くなっているが、充分な耐摩耗性が得られ
ないことが確認された。
As is clear from FIG. 5, when the heating temperature was less than 400°C, no sufficient improvement in hardness was observed, and by heating at a temperature of 400°C or higher, the hardness could be sufficiently improved. Note that when heated at 800°C, the eutectic carbide dissolved into a solid solution and became a completely martensitic structure.
Although the hardness itself was high, it was confirmed that sufficient wear resistance was not obtained.

発明の効果 この発明の方法によれば、高Cr、高CのFe−0r−
〇合金からなる合金化層をバルブフェース面に形成した
エンジンバルブを製造するにあたって、その合金化層中
に残留オーステナイトが殆ど存在しない状態とし、これ
により合金化層の組織を、マトリックスが実質的に硬質
なマルテンサイトのみからなりかつそのマトリックス中
にCrFe系炭化物を主体とする硬質な共晶炭化物が晶
出した組織とするものであるから、バルブフェース面を
構成する合金化層の硬さがHv 500程度以上と著し
く高く、耐摩耗性に著しく優れたエンジンバルブを得る
ことができる。またこの発明の方法により得られたエン
ジンバルブは、バルブフエ一ス面を構成する合金化層中
に不安定な残留オーステナイトが殆ど存在しないから、
残留オーステナイトに起因する経時的な変形の発生を防
止することができる。
Effects of the Invention According to the method of this invention, high Cr, high C Fe-0r-
〇When manufacturing engine valves in which an alloyed layer made of an alloy is formed on the valve face, the alloyed layer is made to have almost no retained austenite, so that the structure of the alloyed layer is changed so that the matrix is substantially Since the structure is composed only of hard martensite with hard eutectic carbides mainly composed of CrFe-based carbides crystallized in the matrix, the hardness of the alloyed layer constituting the valve face is Hv. It is possible to obtain an engine valve with extremely high wear resistance of about 500 or more, and extremely excellent wear resistance. In addition, the engine valve obtained by the method of the present invention has almost no unstable residual austenite in the alloyed layer constituting the valve face.
It is possible to prevent deformation over time caused by retained austenite.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の方法により得られたエンジンバルブ
の一例の要部を示す部分断面正面図、第2図は実施例1
により得られたエンジンバルブにおける合金化層の金属
断面組織写真(倍率400倍)、第3図は合金化層に対
する室温での大鏡式摩耗試験結果を示すグラフ、第4図
は同じく合金化層に対する400℃での大鏡式摩耗試験
結果を示すグラフ、第5図は合金化処理後の熱処理の加
熱温度と熱処理後の合金化層の硬さとの関係を示すグラ
フである。 1・・・バルブ本体、 2・・・バルブフェース面、 
3・・・合金化層。 第3図 第4図 吃 渦−度+= 400’C 山 第5図 力0や〜−■t4(0c)
FIG. 1 is a partial cross-sectional front view showing the essential parts of an example of an engine valve obtained by the method of the present invention, and FIG. 2 is a front view in section of Example 1.
Figure 3 is a graph showing the results of a large mirror wear test at room temperature on the alloyed layer, and Figure 4 is the same as that of the alloyed layer. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the heating temperature of the heat treatment after the alloying treatment and the hardness of the alloyed layer after the heat treatment. 1... Valve body, 2... Valve face surface,
3...Alloyed layer. Figure 3 Figure 4 Whirlpool degree += 400'C Mountain 5th figure force 0~-■t4 (0c)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 耐熟鋼からなるバルブ本体のバルブフェース面に、高密
度加熱エネルギを用いてCrおよびCを含有する材料を
合金化して、Cr20〜50wt%、C1〜3wt%、
残部が実質的にFeよりなる合金化層を形成し、その後
400〜700℃の範囲内の温度に5分〜5時間加熱し
てから急冷して、合金化層の組織を、マトリックスが実
質的にマルテンサイトからなりかつマトリックス中に共
晶炭化物が晶出した組織とすることを特徴とするエンジ
ンバルブの製造方法。
Materials containing Cr and C are alloyed on the valve face surface of the valve body made of hardened steel using high-density heating energy to produce 20 to 50 wt% Cr, 1 to 3 wt% C,
An alloyed layer is formed in which the remainder is substantially made of Fe, then heated to a temperature in the range of 400 to 700°C for 5 minutes to 5 hours, and then rapidly cooled to change the structure of the alloyed layer so that the matrix is substantially A method for producing an engine valve, characterized in that the structure is made of martensite and has a structure in which eutectic carbides are crystallized in the matrix.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102199698A (en) * 2010-03-25 2011-09-28 中国科学院力学研究所 Laser reinforcing process for valve seat of cylinder head

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102199698A (en) * 2010-03-25 2011-09-28 中国科学院力学研究所 Laser reinforcing process for valve seat of cylinder head

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