JPH0494889A - Ti―Al系合金製エンジンバルブ - Google Patents
Ti―Al系合金製エンジンバルブInfo
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- JPH0494889A JPH0494889A JP21308990A JP21308990A JPH0494889A JP H0494889 A JPH0494889 A JP H0494889A JP 21308990 A JP21308990 A JP 21308990A JP 21308990 A JP21308990 A JP 21308990A JP H0494889 A JPH0494889 A JP H0494889A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
- F01L3/02—Selecting particular materials for valve-members or valve-seats; Valve-members or valve-seats composed of two or more materials
- F01L3/04—Coated valve members or valve-seats
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
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。
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T i −A I系合金製エンジンバルブに関
する。
する。
[従来の技術]
T i −A I系合金は、TiとA1の金属間化合物
TiAl、およびT + :+ A Iを主体とする合
金であって、これら金属間化り物は比重が小さく、高温
強度、耐酸化性に優れているため、軽量の耐熱材料とし
て有望視されている゛。そのため、このT i −A
I系合金を自動車エンジンの動弁系部品に使用する場き
は、従来の鋼の場合の約50%程度まで軽量化すること
が可能となり、低速域での応答性の改善や高速性能の改
善を図ることが可能となる。。
TiAl、およびT + :+ A Iを主体とする合
金であって、これら金属間化り物は比重が小さく、高温
強度、耐酸化性に優れているため、軽量の耐熱材料とし
て有望視されている゛。そのため、このT i −A
I系合金を自動車エンジンの動弁系部品に使用する場き
は、従来の鋼の場合の約50%程度まで軽量化すること
が可能となり、低速域での応答性の改善や高速性能の改
善を図ることが可能となる。。
T i−A I系合金は1000℃近くまで耐酸化性に
優れた材料であることから、排気弁としてもそのままで
使用することは勿論可能であるが(特開昭61−229
907号公報)、エンジンバルブのバルブフェース部お
よび軸端部の耐摩耗性が充分でないため、硬質Ti合金
またはステライト等のCo基台金を肉盛して使用してい
る。(実開昭62−36025号公報、特開昭61 2
32310号公報) [発明が解決しようとする課題] このヨウに、T i −A I果合金製のエンジンバル
ブのバルブフェース面にCo基基合金肉盛溶接を行うと
、盛金時に基材中のTiが盛金材中に拡散するなめ、化
合物が形成され接合部が脆化するという問題点があった
。かかる脆い拡散層を防止するために、エンジンバルブ
のバルブフェース面にCoを肉盛したり(特開昭64
48673号公報)、CrめっきまたはNiめっき等の
めっき処理を施す(特開昭61−232316号公報)
などの方法が用いられている。そのなめ、エンジンバル
ブの製造工数が増加し、製造コストの上昇を招いている
。
優れた材料であることから、排気弁としてもそのままで
使用することは勿論可能であるが(特開昭61−229
907号公報)、エンジンバルブのバルブフェース部お
よび軸端部の耐摩耗性が充分でないため、硬質Ti合金
またはステライト等のCo基台金を肉盛して使用してい
る。(実開昭62−36025号公報、特開昭61 2
32310号公報) [発明が解決しようとする課題] このヨウに、T i −A I果合金製のエンジンバル
ブのバルブフェース面にCo基基合金肉盛溶接を行うと
、盛金時に基材中のTiが盛金材中に拡散するなめ、化
合物が形成され接合部が脆化するという問題点があった
。かかる脆い拡散層を防止するために、エンジンバルブ
のバルブフェース面にCoを肉盛したり(特開昭64
48673号公報)、CrめっきまたはNiめっき等の
めっき処理を施す(特開昭61−232316号公報)
などの方法が用いられている。そのなめ、エンジンバル
ブの製造工数が増加し、製造コストの上昇を招いている
。
また、T i −A I基合金は金属間化合物を主成分
とするため、脆くて延性に乏しく、盛金を行う際にアセ
チレンガスバーナやレーザビーム等で加熱すると、T
i −A I系合金にクラックが発生するという問題点
がある。さらに、盛金時にエンジンバルブが局部的に加
熱されるので、加熱される時の熱変形に伴う圧縮、引張
り力が大きくなり、破断することがある。
とするため、脆くて延性に乏しく、盛金を行う際にアセ
チレンガスバーナやレーザビーム等で加熱すると、T
i −A I系合金にクラックが発生するという問題点
がある。さらに、盛金時にエンジンバルブが局部的に加
熱されるので、加熱される時の熱変形に伴う圧縮、引張
り力が大きくなり、破断することがある。
本発明のT i −A I系合金製エンジンバルブは、
従来のT i −A I系合金製エンジンバルブの前記
のごとき問題点に鑑みてなされたものであって、エンジ
ンバルブのバルブフェース面にクラックを生じさせたり
、圧縮または引張り応力を発生させなりすることなく、
またTiの脆い拡散層を形成させることなく、バルブフ
ェース部にCo基合金またはNi基合金を肉盛すること
のできるT i−A系合金製エンジンバルブを提供する
ことを目的とする。
従来のT i −A I系合金製エンジンバルブの前記
のごとき問題点に鑑みてなされたものであって、エンジ
ンバルブのバルブフェース面にクラックを生じさせたり
、圧縮または引張り応力を発生させなりすることなく、
またTiの脆い拡散層を形成させることなく、バルブフ
ェース部にCo基合金またはNi基合金を肉盛すること
のできるT i−A系合金製エンジンバルブを提供する
ことを目的とする。
[課題を解決するための手段]
発明者等はT i −A I系合金製エンジンバルブの
バルブフェース部へのCo基自金などの肉盛りに、ろう
付けを採用することを着想するとともに、ろう材につい
て鋭意検討を重ねた。その結果、AFiPd系ろう材が
ぜん断強度の点ですぐれていること、およびこれにMn
を添加するとさらに耐熱性が改善できることを新たに知
見して本発明を完成した。
バルブフェース部へのCo基自金などの肉盛りに、ろう
付けを採用することを着想するとともに、ろう材につい
て鋭意検討を重ねた。その結果、AFiPd系ろう材が
ぜん断強度の点ですぐれていること、およびこれにMn
を添加するとさらに耐熱性が改善できることを新たに知
見して本発明を完成した。
本発明のT i−A I光音金製エンジンバルブは、重
量比でPd;2〜30%を含有し、残部がAgからなる
ろう材を用い、バルブフェース面にCo基またはNi基
合金をろう付けしたことを要旨とする。
量比でPd;2〜30%を含有し、残部がAgからなる
ろう材を用い、バルブフェース面にCo基またはNi基
合金をろう付けしたことを要旨とする。
本発明が適用されるT i −A I基合金としては、
例えばTiAlを主体とするものとしては、1゛134
A1やTi−34Al−5Nbを挙げることができ、T
i 3 A Iを主体とするものには、Ti−16A
1−1 ONbやTi−14Al〜21Nbなどを挙げ
ることができる。
例えばTiAlを主体とするものとしては、1゛134
A1やTi−34Al−5Nbを挙げることができ、T
i 3 A Iを主体とするものには、Ti−16A
1−1 ONbやTi−14Al〜21Nbなどを挙げ
ることができる。
ろう付は方法は従来から公知の抵抗ろう付け、高周波ろ
う付け、炉中ろう付けなど適宜の方法を用いることがで
きる。ろう付は温度はPd含有量により変化する液相線
に対応して適宜選択される。
う付け、炉中ろう付けなど適宜の方法を用いることがで
きる。ろう付は温度はPd含有量により変化する液相線
に対応して適宜選択される。
ろう材としては、重量比でPd、2〜30%を含有し、
必要に応じてMn;10%以下を含有し、残部がAgか
らなるろう材が用いられる。Ag−Pd系ろう材の接合
部のせん断強度とPd含有量の関係を測定したところ第
2図に示すような結果を得た。
必要に応じてMn;10%以下を含有し、残部がAgか
らなるろう材が用いられる。Ag−Pd系ろう材の接合
部のせん断強度とPd含有量の関係を測定したところ第
2図に示すような結果を得た。
第2図から知られるように、Pd含有量が2%においで
せん断強度が急上昇し、約32 kg/ mm2となり
、以後Pd含有量の増加と共にせん断強度は微増するが
、Pd含有量が30%を越えると、逆にせん断強度が低
下する。よって、Pd含有量が2〜30%において、最
大のせん断強度が得られることが判明した。
せん断強度が急上昇し、約32 kg/ mm2となり
、以後Pd含有量の増加と共にせん断強度は微増するが
、Pd含有量が30%を越えると、逆にせん断強度が低
下する。よって、Pd含有量が2〜30%において、最
大のせん断強度が得られることが判明した。
また、第3図はAg−20PdにおいてMn含有量とせ
ん断強度の関係を調べたものである。第3図に示したよ
うに、Mn含有量が10%を越えるとぜん断強度が急激
に低下することが判明した。
ん断強度の関係を調べたものである。第3図に示したよ
うに、Mn含有量が10%を越えるとぜん断強度が急激
に低下することが判明した。
したがって、Mn含有量を10%以下にすると、所望の
せん断強度を維持しつつ、耐熱性を改善できる。
せん断強度を維持しつつ、耐熱性を改善できる。
[作用]
T i −A I系合金製エンジンバルブのバルブフェ
ース部へのCo基またはNi基合金の肉盛りは、ろう付
けにより接ぎされるので、ガスバーナやレーザビーム等
のような急速加熱が避けられ、そのためエンジンバルブ
にクラックなどが発生しない。
ース部へのCo基またはNi基合金の肉盛りは、ろう付
けにより接ぎされるので、ガスバーナやレーザビーム等
のような急速加熱が避けられ、そのためエンジンバルブ
にクラックなどが発生しない。
また、ろう付は時はエンジンバルブ全体が加熱されるの
で、盛金溶接などのように局部的に加熱された部位と周
囲の間に熱変形に伴う応力集中が発生しない。ろう付け
には、重量比でPd、2〜30%を含有し、残部がAg
からなるろう材を用いたので、30 kg/ mm2以
上のせん断強度が確保され、かつ耐熱性に優れたろう付
けとすることができる。
で、盛金溶接などのように局部的に加熱された部位と周
囲の間に熱変形に伴う応力集中が発生しない。ろう付け
には、重量比でPd、2〜30%を含有し、残部がAg
からなるろう材を用いたので、30 kg/ mm2以
上のせん断強度が確保され、かつ耐熱性に優れたろう付
けとすることができる。
さらに、ろう付けは加熱温度が低いため、エンジンバル
ブ基材中のTiは、接合したCo基またはNi基合金中
に殆ど拡散せず、脆い拡散層が形成されない。
ブ基材中のTiは、接合したCo基またはNi基合金中
に殆ど拡散せず、脆い拡散層が形成されない。
本発明においてろう材の組成を限定した理由について説
明すると、Pdが2%未満では接合部のせん断強度が不
足し、30%を越えるとろう付は温度が高くなり、接合
部のせん断強度が低下するからである。Mnを添加する
と耐熱性が向上するので、エンジンバルブの作動温度に
応じて添加されるが、含有量が10%を越えると、せん
断強度が低下するので、含有量の上限を10%とした。
明すると、Pdが2%未満では接合部のせん断強度が不
足し、30%を越えるとろう付は温度が高くなり、接合
部のせん断強度が低下するからである。Mnを添加する
と耐熱性が向上するので、エンジンバルブの作動温度に
応じて添加されるが、含有量が10%を越えると、せん
断強度が低下するので、含有量の上限を10%とした。
[実施例]
本発明の好適な実施例を従来例と比較しつつ説明し、本
発明の効果を明らかにする。
発明の効果を明らかにする。
Ag−5PdおよびAg −20Pd −5Mnの組成
からなり、厚さ0.1n+n+のろう材を作製し、円環
形状に打抜き、第4図の断面図に示すようにバルブフェ
ース形状に合わせて銀合金ろう材3を成形した。
からなり、厚さ0.1n+n+のろう材を作製し、円環
形状に打抜き、第4図の断面図に示すようにバルブフェ
ース形状に合わせて銀合金ろう材3を成形した。
続いて、第5図に示すように、円筒形状の盛金材ステラ
イトNo、6(Co−1,IC−1,2Si29.5C
r−0,5Mo =4.5W)およびNiCr10(N
i−2,3C−1,08i−30,5Cr−9゜0Mo
)の■型材5を鋳造し、厚さ1.111111の円錐状
の薄片に加工し、Co、Ni基き全盛金2を作製した。
イトNo、6(Co−1,IC−1,2Si29.5C
r−0,5Mo =4.5W)およびNiCr10(N
i−2,3C−1,08i−30,5Cr−9゜0Mo
)の■型材5を鋳造し、厚さ1.111111の円錐状
の薄片に加工し、Co、Ni基き全盛金2を作製した。
第7図に示すように鋳造て製造したTi−34Alの組
成のエンジンバルブ4のバルブフェース面1に、第6図
に示すように台6を用い、銀合金ろう材3を挟んでCo
、Ni基基合金盛金2接触させ、Ag−5Pdは900
°C,AgAg−20Pd−5は1000℃で10’m
mHgの真空中で10分間保持してろう付けを行った。
成のエンジンバルブ4のバルブフェース面1に、第6図
に示すように台6を用い、銀合金ろう材3を挟んでCo
、Ni基基合金盛金2接触させ、Ag−5Pdは900
°C,AgAg−20Pd−5は1000℃で10’m
mHgの真空中で10分間保持してろう付けを行った。
第7図にはろう付けにより盛金を行ったエンジンバルブ
の断面図を示す。
の断面図を示す。
また、第8図はAg−5Pdでバルブフェース部に盛金
ステライトNo、6を接合した場合の接合部の金属組織
を表す顕微鏡写真である。第8図の顕微鏡写真から明ら
かなように、バルブフェース面のF;−34Alからの
Co、Ni基合金盛金へのTiの拡散は全く見られず、
またバルブフェース面にクラック等の発生もなく、銀合
金ろう材により両者が強固に接合されていることが確認
された。
ステライトNo、6を接合した場合の接合部の金属組織
を表す顕微鏡写真である。第8図の顕微鏡写真から明ら
かなように、バルブフェース面のF;−34Alからの
Co、Ni基合金盛金へのTiの拡散は全く見られず、
またバルブフェース面にクラック等の発生もなく、銀合
金ろう材により両者が強固に接合されていることが確認
された。
ろう付は後のエンジンバルブを、900℃のN2ガス中
で7.5時間保持し、軸部表面に窒化層を形成し、その
後バルブフェース面を仕上げ加工した。
で7.5時間保持し、軸部表面に窒化層を形成し、その
後バルブフェース面を仕上げ加工した。
このエンジンバルブを4気筒2400ccのディーゼル
エンジンに組み込み、4000 rpmで200時間の
実機耐久試験を行った。耐久試験後、ろう付は部の剥離
、変質等の異常は発見されなかった。
エンジンに組み込み、4000 rpmで200時間の
実機耐久試験を行った。耐久試験後、ろう付は部の剥離
、変質等の異常は発見されなかった。
なお、比較のために5UH35製のエンジンバルブのバ
ルブフェースに溶接によりステライトNo、 6を盛金
した従来例1、およびTi−34A製のエンジンバルブ
で盛金を施さなかった従来例2についても、同じ条件の
実機試験を行い、本発明例と従来例のバルブフェースの
摩耗深さを測定し、得られた結果を第1図に示した。
ルブフェースに溶接によりステライトNo、 6を盛金
した従来例1、およびTi−34A製のエンジンバルブ
で盛金を施さなかった従来例2についても、同じ条件の
実機試験を行い、本発明例と従来例のバルブフェースの
摩耗深さを測定し、得られた結果を第1図に示した。
第1図から明らかなように、本発明例はバルブフェース
の摩耗深さは、T i −34A I製の盛金を施さな
かった従来例2に比べて極めて少なく、耐久性が著しく
改善されており、5UH35の盛金溶接を施した従来例
1と比較しても、バルブフェースの摩耗深さはほぼ同等
であって、本発明の効果が確認された。
の摩耗深さは、T i −34A I製の盛金を施さな
かった従来例2に比べて極めて少なく、耐久性が著しく
改善されており、5UH35の盛金溶接を施した従来例
1と比較しても、バルブフェースの摩耗深さはほぼ同等
であって、本発明の効果が確認された。
[発明の効果]
本発明のT i −A I系合金製エンジンバルブは以
上説明したように、重量比でPd、2〜30%含有し、
残部がAgからなるろう材を用い、バルブフェース面に
Co基またはNi基り金をろう付けしたことを特徴とす
るものであって、T i −A I系合金製エンジンバ
ルブのバルブフェース部へのCo基またはNi基き金の
肉盛りは、ろう付けにより接合されるので、ガスバーナ
やレーザビーム等のような急速加熱が避けられ、そのた
めエンジンバルブにクラックなどが発生せず、その上エ
ンジンバルブ基材中のTiは、接合しなCo基またはN
i基合金中に殆ど拡散せず、脆い拡散層が形成されない
。
上説明したように、重量比でPd、2〜30%含有し、
残部がAgからなるろう材を用い、バルブフェース面に
Co基またはNi基り金をろう付けしたことを特徴とす
るものであって、T i −A I系合金製エンジンバ
ルブのバルブフェース部へのCo基またはNi基き金の
肉盛りは、ろう付けにより接合されるので、ガスバーナ
やレーザビーム等のような急速加熱が避けられ、そのた
めエンジンバルブにクラックなどが発生せず、その上エ
ンジンバルブ基材中のTiは、接合しなCo基またはN
i基合金中に殆ど拡散せず、脆い拡散層が形成されない
。
また、ろう付は時はエンジンバルブ全体が加熱されるの
で、盛金溶接などのように局部的に加熱された部位と周
囲の間に熱変形に伴う応力集中が発生しない。ろう付け
には、重量比でPd;2〜30%を含有し、残部がAg
からなるろう材を用いたので、優れなせん断強度が確保
され、かつ耐熱性に優れなろう付けとすることができる
。そのため、本発明によるT i−A I系合金製エン
ジンバルブは実機耐久試験後のバルブフェースの摩耗深
さが、T i −A I果合金製の盛金を施さながった
ものに比べて極めて少なく、耐久性が著しく改善されて
おり、従来のS U H35製で盛金溶接を施したもの
と比較しても、バルブフェースの摩耗深さはほぼ同等で
ある。
で、盛金溶接などのように局部的に加熱された部位と周
囲の間に熱変形に伴う応力集中が発生しない。ろう付け
には、重量比でPd;2〜30%を含有し、残部がAg
からなるろう材を用いたので、優れなせん断強度が確保
され、かつ耐熱性に優れなろう付けとすることができる
。そのため、本発明によるT i−A I系合金製エン
ジンバルブは実機耐久試験後のバルブフェースの摩耗深
さが、T i −A I果合金製の盛金を施さながった
ものに比べて極めて少なく、耐久性が著しく改善されて
おり、従来のS U H35製で盛金溶接を施したもの
と比較しても、バルブフェースの摩耗深さはほぼ同等で
ある。
第1図は本発明例と従来例の実機耐久試験後のバルブフ
ェースの摩耗深さを示す図、第2図はAg−Pd系ろう
材の接合部のせん断強度とPd含有量の関係を示す線図
、第3図はAgAg−20Pd−系ろう材の接合部のせ
ん断強度とMn含有量の関係を示す図、第4図は銀き余
ろう材の断面図、第5図はCo、Ni基合金盛金の断面
図、第6図はろう付は状態を示す断面図、第7図は一部
を切断したエンジンバルブの側面図、第8図は本発明の
一実施例のバルブフェースの接き部の金属組織を表す顕
微鏡写真である。 1・・・バルブフェース面、2・・・C01Ni基合金
盛金、3・・・銀合金ろう材、4・・・エンジンバルブ
、 特許出願人 トヨタ自動車株式会社 代 理 人 弁理士 大 川 宏 区 ’/、:6pH−順−府1表 娃 、tj賛鉦烟昭 塗丈 第4図 第5図 第6図
ェースの摩耗深さを示す図、第2図はAg−Pd系ろう
材の接合部のせん断強度とPd含有量の関係を示す線図
、第3図はAgAg−20Pd−系ろう材の接合部のせ
ん断強度とMn含有量の関係を示す図、第4図は銀き余
ろう材の断面図、第5図はCo、Ni基合金盛金の断面
図、第6図はろう付は状態を示す断面図、第7図は一部
を切断したエンジンバルブの側面図、第8図は本発明の
一実施例のバルブフェースの接き部の金属組織を表す顕
微鏡写真である。 1・・・バルブフェース面、2・・・C01Ni基合金
盛金、3・・・銀合金ろう材、4・・・エンジンバルブ
、 特許出願人 トヨタ自動車株式会社 代 理 人 弁理士 大 川 宏 区 ’/、:6pH−順−府1表 娃 、tj賛鉦烟昭 塗丈 第4図 第5図 第6図
Claims (1)
- (1)重量比でPd;2〜30%を含有し、残部がAg
からなるろう材を用い、バルブフェース面にCo基また
はNi基合金をろう付けしたことを特徴とするTi−A
l系合金製エンジンバルブ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21308990A JPH0494889A (ja) | 1990-08-10 | 1990-08-10 | Ti―Al系合金製エンジンバルブ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21308990A JPH0494889A (ja) | 1990-08-10 | 1990-08-10 | Ti―Al系合金製エンジンバルブ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0494889A true JPH0494889A (ja) | 1992-03-26 |
Family
ID=16633379
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21308990A Pending JPH0494889A (ja) | 1990-08-10 | 1990-08-10 | Ti―Al系合金製エンジンバルブ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0494889A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0859131A1 (en) * | 1997-02-14 | 1998-08-19 | Fuji Oozx Inc. | Poppet valve and method of making it |
DE102007029675A1 (de) * | 2007-06-27 | 2009-01-02 | Trw Automotive Gmbh | Gaswechselventil |
WO2014069397A1 (ja) * | 2012-10-30 | 2014-05-08 | 日鍛バルブ株式会社 | エンジンバルブ |
-
1990
- 1990-08-10 JP JP21308990A patent/JPH0494889A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0859131A1 (en) * | 1997-02-14 | 1998-08-19 | Fuji Oozx Inc. | Poppet valve and method of making it |
DE102007029675A1 (de) * | 2007-06-27 | 2009-01-02 | Trw Automotive Gmbh | Gaswechselventil |
WO2014069397A1 (ja) * | 2012-10-30 | 2014-05-08 | 日鍛バルブ株式会社 | エンジンバルブ |
JPWO2014069397A1 (ja) * | 2012-10-30 | 2016-09-08 | 日鍛バルブ株式会社 | エンジンバルブ |
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