JPH05202706A - エンジンバルブおよびその製造方法 - Google Patents
エンジンバルブおよびその製造方法Info
- Publication number
- JPH05202706A JPH05202706A JP4014148A JP1414892A JPH05202706A JP H05202706 A JPH05202706 A JP H05202706A JP 4014148 A JP4014148 A JP 4014148A JP 1414892 A JP1414892 A JP 1414892A JP H05202706 A JPH05202706 A JP H05202706A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- shaft
- engine valve
- alloy
- shaft end
- brazing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49229—Prime mover or fluid pump making
- Y10T29/49298—Poppet or I.C. engine valve or valve seat making
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49229—Prime mover or fluid pump making
- Y10T29/49298—Poppet or I.C. engine valve or valve seat making
- Y10T29/49314—Poppet or I.C. engine valve or valve seat making with assembly or composite article making
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 軽量でかつ耐熱強度に優れていると共に、軸
端部における耐摩耗性にも優れているエンジンバルブを
提供する。 【構成】 Ti−Al系合金よりなる軸部2および傘部
3をそなえ、前記軸部2の前記傘部3とは反対側の端部
と耐熱鋼よりなる軸端部材6との間にNi系ろう材7を
介在させることにより接合して、軸端部5を耐熱鋼によ
り形成したエンジンバルブ1。
端部における耐摩耗性にも優れているエンジンバルブを
提供する。 【構成】 Ti−Al系合金よりなる軸部2および傘部
3をそなえ、前記軸部2の前記傘部3とは反対側の端部
と耐熱鋼よりなる軸端部材6との間にNi系ろう材7を
介在させることにより接合して、軸端部5を耐熱鋼によ
り形成したエンジンバルブ1。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車用エンジンにお
いて排気バルブおよび吸気バルブとして利用されるエン
ジンバルブおよびその製造方法に関するものである。
いて排気バルブおよび吸気バルブとして利用されるエン
ジンバルブおよびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】自動車用エンジンの排気バルブおよび吸
気バルブは、高温下における強度はもとより、耐食性,
耐酸化性に優れていることが要求され、さらに、バルブ
シート,バルブガイド,プッシュロッド等との接触部に
おいて優れた耐摩耗性を有していることが要求される。
気バルブは、高温下における強度はもとより、耐食性,
耐酸化性に優れていることが要求され、さらに、バルブ
シート,バルブガイド,プッシュロッド等との接触部に
おいて優れた耐摩耗性を有していることが要求される。
【0003】また、最近の自動車用エンジンに対する高
回転化,高出力化への要求が高まり、さらにはエンジン
の低燃費化,高効率化の要望が強まり、エンジンバルブ
についても軽量化,超耐熱化の要請が非常に強くなって
いる。
回転化,高出力化への要求が高まり、さらにはエンジン
の低燃費化,高効率化の要望が強まり、エンジンバルブ
についても軽量化,超耐熱化の要請が非常に強くなって
いる。
【0004】従来のエンジンバルブ材料としては、耐熱
材料としてFe系またはNi系等の耐熱鋼や耐熱合金が
用いられ、これらの材料における軽量化方法として軸部
の中空化等が採用されているが、軽量化の要求を十分に
満足しているとはいえない状況にある。
材料としてFe系またはNi系等の耐熱鋼や耐熱合金が
用いられ、これらの材料における軽量化方法として軸部
の中空化等が採用されているが、軽量化の要求を十分に
満足しているとはいえない状況にある。
【0005】一方、軽量材料としてはTi合金の適用が
試みられ、一部のエンジンに実用化されているが、Ti
合金の耐用温度は約500℃であり、吸気バルブ材料と
しては適用可能であるものの、高性能エンジンの排気バ
ルブ材料としては不適当である。
試みられ、一部のエンジンに実用化されているが、Ti
合金の耐用温度は約500℃であり、吸気バルブ材料と
しては適用可能であるものの、高性能エンジンの排気バ
ルブ材料としては不適当である。
【0006】そこで、近年、軽量でかつ耐熱強度等に優
れる金属間化合物材料をエンジンバルブ等の動弁系部品
材料として使用することが試みられている。
れる金属間化合物材料をエンジンバルブ等の動弁系部品
材料として使用することが試みられている。
【0007】そのうち、例えば、特開昭61−2299
07号、特開平2−47278号等は、Ti−Al系の
合金をバルブ材料として適用したものであり、このよう
なTi−Al系合金製エンジンバルブとしては、例え
ば、図5に示す構造を有するものがあった。
07号、特開平2−47278号等は、Ti−Al系の
合金をバルブ材料として適用したものであり、このよう
なTi−Al系合金製エンジンバルブとしては、例え
ば、図5に示す構造を有するものがあった。
【0008】図5に示すTi−Al系合金製エンジンバ
ルブ51は、軸部52の一端側に傘部53を有し、この
傘部53には、傘表部53a,バルブフェース部53b
および傘裏部53cを有していると共に、軸部52の他
端側に溝部54および軸端部55を有する構造をなすも
のであり、Ti−Al系合金を素材としたものである。
ルブ51は、軸部52の一端側に傘部53を有し、この
傘部53には、傘表部53a,バルブフェース部53b
および傘裏部53cを有していると共に、軸部52の他
端側に溝部54および軸端部55を有する構造をなすも
のであり、Ti−Al系合金を素材としたものである。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のTi−Al系合金製エンジンバルブ51に用
いられているTi−Al系合金においては、軸端部55
における耐摩耗性が十分でないという問題点があった。
うな従来のTi−Al系合金製エンジンバルブ51に用
いられているTi−Al系合金においては、軸端部55
における耐摩耗性が十分でないという問題点があった。
【0010】
【発明の目的】本発明は、上記した従来の課題にかんが
みてなされたものであって、軽量でかつ耐熱強度等に優
れていると共に、軸端部における耐摩耗性にも優れてい
るエンジンバルブを提供することを目的としている。
みてなされたものであって、軽量でかつ耐熱強度等に優
れていると共に、軸端部における耐摩耗性にも優れてい
るエンジンバルブを提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明に係わるエンジン
バルブは、軸部および傘部がTi−Al系合金(金属間
化合物を含む場合ないしは金属間化合物である場合を含
む。)よりなり、軸端部が耐熱鋼よりなる構成としたこ
とを特徴としており、実施態様において、本発明に係わ
るエンジンバルブは、Ti−Al系合金よりなる軸部お
よび傘部をそなえ、前記軸部の前記傘部とは反対側の端
部に耐熱鋼よりなる軸端部材を接合した構成とし、同じ
く実施態様において、Ti−Al系合金よりなる軸部お
よび傘部をそなえ、前記軸部の前記傘部とは反対側の端
部と耐熱鋼よりなる軸端部材との間にNi系ろう材が介
在している構成とし、同じく実施態様において、Ti−
Al系合金の組成が、重量%で、Al:32〜36%、
Si:0.1〜2.0%、Nb:0.1〜5.0%、C
r:0.1〜3.0%を含み、残部が実質的にTiより
なる構成としたことを特徴としており、上記したエンジ
ンバルブに係わる発明の構成をもって前述した従来の課
題を解決するための手段としている。
バルブは、軸部および傘部がTi−Al系合金(金属間
化合物を含む場合ないしは金属間化合物である場合を含
む。)よりなり、軸端部が耐熱鋼よりなる構成としたこ
とを特徴としており、実施態様において、本発明に係わ
るエンジンバルブは、Ti−Al系合金よりなる軸部お
よび傘部をそなえ、前記軸部の前記傘部とは反対側の端
部に耐熱鋼よりなる軸端部材を接合した構成とし、同じ
く実施態様において、Ti−Al系合金よりなる軸部お
よび傘部をそなえ、前記軸部の前記傘部とは反対側の端
部と耐熱鋼よりなる軸端部材との間にNi系ろう材が介
在している構成とし、同じく実施態様において、Ti−
Al系合金の組成が、重量%で、Al:32〜36%、
Si:0.1〜2.0%、Nb:0.1〜5.0%、C
r:0.1〜3.0%を含み、残部が実質的にTiより
なる構成としたことを特徴としており、上記したエンジ
ンバルブに係わる発明の構成をもって前述した従来の課
題を解決するための手段としている。
【0012】また、本発明に係わるエンジンバルブの製
造方法は、Ti−Al系合金(金属間化合物を含む場合
ないしは金属間化合物である場合を含む。)により作製
した軸部および傘部の前記軸部における前記傘部とは反
対側の端部と耐熱鋼により作製した軸端部材とを接合す
る構成としたことを特徴としており、実施態様におい
て、本発明に係わるエンジンバルブの製造方法は、軸部
の傘部とは反対側の端部と軸端部材とをNi系ろう材を
用いてろう付け接合する構成とし、同じく実施態様にお
いて、Ni系ろう材の液相線温度以上で且つ液相線温度
+100℃以下の温度でろう付け接合する構成とし、同
じく実施態様において、軸部と軸端部材との接合面に、
0.05kgf/mm2以上で且つ接合温度における軸
部および軸端部材の降伏点以下の圧力を加えつつろう付
け接合する構成としたことを特徴としており、上記した
エンジンバルブの製造方法に係わる発明の構成をもって
前述した従来の課題を解決するための手段としている。
造方法は、Ti−Al系合金(金属間化合物を含む場合
ないしは金属間化合物である場合を含む。)により作製
した軸部および傘部の前記軸部における前記傘部とは反
対側の端部と耐熱鋼により作製した軸端部材とを接合す
る構成としたことを特徴としており、実施態様におい
て、本発明に係わるエンジンバルブの製造方法は、軸部
の傘部とは反対側の端部と軸端部材とをNi系ろう材を
用いてろう付け接合する構成とし、同じく実施態様にお
いて、Ni系ろう材の液相線温度以上で且つ液相線温度
+100℃以下の温度でろう付け接合する構成とし、同
じく実施態様において、軸部と軸端部材との接合面に、
0.05kgf/mm2以上で且つ接合温度における軸
部および軸端部材の降伏点以下の圧力を加えつつろう付
け接合する構成としたことを特徴としており、上記した
エンジンバルブの製造方法に係わる発明の構成をもって
前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【0013】図1および図2は本発明に係わるエンジン
バルブの実施態様を示すものであって、図1および図2
に示すエンジンバルブ1は、軸部2の一端側に傘部3を
有し、この傘部3には、傘表部3a,バルブフェース部
3bおよび傘裏部3cを有していると共に、軸部2の他
端側に溝部4および軸端部5を有する構造をなすもので
あり、軸部2および傘部3がTi−Al系合金よりな
り、軸端部5が耐熱鋼よりなる構造をなすものである。
バルブの実施態様を示すものであって、図1および図2
に示すエンジンバルブ1は、軸部2の一端側に傘部3を
有し、この傘部3には、傘表部3a,バルブフェース部
3bおよび傘裏部3cを有していると共に、軸部2の他
端側に溝部4および軸端部5を有する構造をなすもので
あり、軸部2および傘部3がTi−Al系合金よりな
り、軸端部5が耐熱鋼よりなる構造をなすものである。
【0014】この場合、前記軸部2の前記傘部3とは反
対側の接合端部2aに、耐熱鋼よりなり且つ溝部4を形
成したもしくは接合後に溝部4を形成する軸端部材6の
接合端部6aを接合することによって、軸端部5が耐熱
鋼により形成されるものとしており、軸部2の接合端部
2aと軸端部材6の接合端部6aとの間にはろう材7を
有する接合層が介在する構造をなすものとなっている。
対側の接合端部2aに、耐熱鋼よりなり且つ溝部4を形
成したもしくは接合後に溝部4を形成する軸端部材6の
接合端部6aを接合することによって、軸端部5が耐熱
鋼により形成されるものとしており、軸部2の接合端部
2aと軸端部材6の接合端部6aとの間にはろう材7を
有する接合層が介在する構造をなすものとなっている。
【0015】このような構造をなすエンジンバルブ1に
おいて、軸部2および傘部3の構成材料としては、重量
%で、Al:32〜36%、Si:0.1〜2.0%、
Nb:0.1〜5.0%、Cr:0.1〜3.0%を含
み、残部が実質的にTiよりなるものを使用することが
できる。
おいて、軸部2および傘部3の構成材料としては、重量
%で、Al:32〜36%、Si:0.1〜2.0%、
Nb:0.1〜5.0%、Cr:0.1〜3.0%を含
み、残部が実質的にTiよりなるものを使用することが
できる。
【0016】このようなTi−Al系合金を使用するこ
とができることとした理由は次のとおりである。
とができることとした理由は次のとおりである。
【0017】Al:32〜36% AlはTiとともに金属間化合物TiAlおよびTi3
Alを構成する必須の元素であり、Al含有量が少なす
ぎるとTi3Alの生成量が多くなりすぎて延性,靭性
が低下すると共に耐酸化性にも劣ったものとなり、反対
にAl含有量が多すぎるとAl3Tiの生成量が多くな
りすぎて延性,靭性が低下したものとなり、このような
Ti−Al系合金において高強度・高延性を得るために
はAl含有量を32〜36%位の範囲とするのがより望
ましいことによる。
Alを構成する必須の元素であり、Al含有量が少なす
ぎるとTi3Alの生成量が多くなりすぎて延性,靭性
が低下すると共に耐酸化性にも劣ったものとなり、反対
にAl含有量が多すぎるとAl3Tiの生成量が多くな
りすぎて延性,靭性が低下したものとなり、このような
Ti−Al系合金において高強度・高延性を得るために
はAl含有量を32〜36%位の範囲とするのがより望
ましいことによる。
【0018】Si:0.1〜2.0% SiはNbと共に複合添加することによってSi単独添
加の場合に比べて耐酸化性をさらに向上させるのに有効
な元素であるが、多量に含有させると珪素化合物が多く
生成して常温延性および靭性が低下することとなるの
で、0.1〜2.0%位の範囲とするのがより望ましい
ことによる。
加の場合に比べて耐酸化性をさらに向上させるのに有効
な元素であるが、多量に含有させると珪素化合物が多く
生成して常温延性および靭性が低下することとなるの
で、0.1〜2.0%位の範囲とするのがより望ましい
ことによる。
【0019】Nb:0.1〜5.0% NbはSiと共に複合添加することによってNb単独添
加の場合に比べて耐酸化性をさらに向上させるのに有効
な元素であり、含有量が増加するにつれて耐酸化性が向
上する。また、NbはTiAlよりもTi3Alに多く
固溶してTi3Alの強度を高くする効果があるが、あ
まり多く含有させてもこの効果は飽和してむしろ延性を
低下させるので、0.1〜5.0%位の範囲とするのが
より望ましいことによる。
加の場合に比べて耐酸化性をさらに向上させるのに有効
な元素であり、含有量が増加するにつれて耐酸化性が向
上する。また、NbはTiAlよりもTi3Alに多く
固溶してTi3Alの強度を高くする効果があるが、あ
まり多く含有させてもこの効果は飽和してむしろ延性を
低下させるので、0.1〜5.0%位の範囲とするのが
より望ましいことによる。
【0020】Cr:0.1〜3.0% CrはTiAlおよびTi3Alの両方に固溶するが、
特にTiAlの方に多量に固溶する元素である。そし
て、CrがTiAl中に固溶すると固溶強化によって強
度が高くなり、クリープ破断強度が高くなる。そして、
このような効果が現われるのは0.1%位からである
が、多すぎるとその効果は飽和するようになってむしろ
延性が低下すると共に耐酸化性を劣化するので、0.1
〜3.0%位の範囲とするのが良いことによる。
特にTiAlの方に多量に固溶する元素である。そし
て、CrがTiAl中に固溶すると固溶強化によって強
度が高くなり、クリープ破断強度が高くなる。そして、
このような効果が現われるのは0.1%位からである
が、多すぎるとその効果は飽和するようになってむしろ
延性が低下すると共に耐酸化性を劣化するので、0.1
〜3.0%位の範囲とするのが良いことによる。
【0021】Ti:残部 TiはTiAl/Ti3Al2相合金において、TiA
lおよびTi3Alを構成する必須の元素であるので残
部とした。
lおよびTi3Alを構成する必須の元素であるので残
部とした。
【0022】このようなTi−Al系合金は、合金母材
をプラズマスカル溶解法,プラズマアーク溶解法,アル
ゴンアーク溶解法,真空アーク溶解法等によって溶製さ
れる。
をプラズマスカル溶解法,プラズマアーク溶解法,アル
ゴンアーク溶解法,真空アーク溶解法等によって溶製さ
れる。
【0023】本発明において使用される軸部2および傘
部3の素材となるTi−Al系合金は、軽量でかつ高温
強度,高温クリープ強度の優れた材料であり、化学式に
おいてはTi3Al,TiAlの単相もしくは二相組織
を有するものが基本材料となる。
部3の素材となるTi−Al系合金は、軽量でかつ高温
強度,高温クリープ強度の優れた材料であり、化学式に
おいてはTi3Al,TiAlの単相もしくは二相組織
を有するものが基本材料となる。
【0024】この場合、バルブの使用中に、表面層が万
一剥離脱落した場合を考慮して、母材自体の耐酸化性に
優れかつ延性にも優れた組成であるTi−Al−Si−
Nb−Cr系合金の適用が望ましく、上記した化学成分
を有するものが望ましいといえる。
一剥離脱落した場合を考慮して、母材自体の耐酸化性に
優れかつ延性にも優れた組成であるTi−Al−Si−
Nb−Cr系合金の適用が望ましく、上記した化学成分
を有するものが望ましいといえる。
【0025】そして、上記に例示した溶解法により溶製
されたTi−Al系合金の溶融金属,インゴットもしく
は粉末を精密鋳造法,高温鍛造法,粉末成形焼結法など
によってエンジンバルブ1の軸部2および傘部3の形状
に成形する。
されたTi−Al系合金の溶融金属,インゴットもしく
は粉末を精密鋳造法,高温鍛造法,粉末成形焼結法など
によってエンジンバルブ1の軸部2および傘部3の形状
に成形する。
【0026】他方、軸端部材6の構成材料としては、耐
熱鋼が使用され、例えば、重量%で、C:0.35〜
0.85%、Si:1.0〜3.5%、Mn:10%以
下、Cr:7.5〜27%、場合によっては、Ni:3
7%以下、Mo:3.5%以下、残部実質的にFeより
なるものを使用することができる。
熱鋼が使用され、例えば、重量%で、C:0.35〜
0.85%、Si:1.0〜3.5%、Mn:10%以
下、Cr:7.5〜27%、場合によっては、Ni:3
7%以下、Mo:3.5%以下、残部実質的にFeより
なるものを使用することができる。
【0027】この場合、Cは軸端部の強度を向上させる
のに有効であることから、0.35%以上とするのが良
いが、多すぎると耐食性や靭性を低下させるので0.8
5%以下とするのが良く、Siは脱酸剤として有効であ
るので1.0%以上とするのが良いが、多すぎると靭性
や被削性が低下するので3.5%以下とするのが良く、
Mnは脱酸剤および脱硫剤として作用すると共に耐熱性
の向上に有効であるが、多すぎると加工性を低下させる
ので10%以下とするのが良く、Crは耐食性を向上さ
せるので7.5%以上とするのが良いが、多すぎると強
度が低下するため27%以下とするのが良く、Niは耐
食性を向上させるので37%以下で添加させるのも良
く、Moは高温強度を向上させるので3.5%以下の範
囲で添加させるのも良い。
のに有効であることから、0.35%以上とするのが良
いが、多すぎると耐食性や靭性を低下させるので0.8
5%以下とするのが良く、Siは脱酸剤として有効であ
るので1.0%以上とするのが良いが、多すぎると靭性
や被削性が低下するので3.5%以下とするのが良く、
Mnは脱酸剤および脱硫剤として作用すると共に耐熱性
の向上に有効であるが、多すぎると加工性を低下させる
ので10%以下とするのが良く、Crは耐食性を向上さ
せるので7.5%以上とするのが良いが、多すぎると強
度が低下するため27%以下とするのが良く、Niは耐
食性を向上させるので37%以下で添加させるのも良
く、Moは高温強度を向上させるので3.5%以下の範
囲で添加させるのも良い。
【0028】さらに、前記Ti−Al系合金よりなる軸
部2および傘部3の接合端部2aと、耐熱鋼よりなる軸
端部材6の接合端部6aとを接合するが、この場合の接
合手段としては、摩擦圧接法や、ろう付け法などを採用
することができる。
部2および傘部3の接合端部2aと、耐熱鋼よりなる軸
端部材6の接合端部6aとを接合するが、この場合の接
合手段としては、摩擦圧接法や、ろう付け法などを採用
することができる。
【0029】そして、ろう付け法によって接合する場合
には、図3に示すように、Ti−Al系合金よりなる軸
部2の接合端部2aと、耐熱鋼よりなる軸端部材6の接
合端部6aとの間にろう材7を箔や溶射などで薄く介在
させた状態として、コイル11を用いた誘導加熱によっ
てろう材7を溶融させることによりろう付け接合する手
法や、図3に示すコイル11を用いた誘導加熱の代わり
に、図4に示す電源12を接続した通電加熱によってろ
う材7を抵抗発熱で加熱して溶融させることによりろう
付け接合する手法などが採用される。
には、図3に示すように、Ti−Al系合金よりなる軸
部2の接合端部2aと、耐熱鋼よりなる軸端部材6の接
合端部6aとの間にろう材7を箔や溶射などで薄く介在
させた状態として、コイル11を用いた誘導加熱によっ
てろう材7を溶融させることによりろう付け接合する手
法や、図3に示すコイル11を用いた誘導加熱の代わり
に、図4に示す電源12を接続した通電加熱によってろ
う材7を抵抗発熱で加熱して溶融させることによりろう
付け接合する手法などが採用される。
【0030】そして、ろう付け接合に際しては、Ni系
ろう材を使用することが望ましく、このときに、Ni系
ろう材の液相線温度以上で且つ液相線温度+100℃以
下の温度でろう付け接合することがより望ましい。この
場合、接合温度が液相線温度+100℃よりも高いと、
接合部の接合強度が低下する傾向となる。
ろう材を使用することが望ましく、このときに、Ni系
ろう材の液相線温度以上で且つ液相線温度+100℃以
下の温度でろう付け接合することがより望ましい。この
場合、接合温度が液相線温度+100℃よりも高いと、
接合部の接合強度が低下する傾向となる。
【0031】また、軸部2と軸端部材6とのろう付け接
合に際して、接合面に0.05kgf/mm2以上で且
つ接合温度における軸部2および軸端部材6の降伏点以
下の圧力を加えつつろう付け接合するようになすことが
望ましい。この場合、接合時の加圧力が0.05kgf
/mm2よりも小さいと、接合強度が低下する傾向とな
る。
合に際して、接合面に0.05kgf/mm2以上で且
つ接合温度における軸部2および軸端部材6の降伏点以
下の圧力を加えつつろう付け接合するようになすことが
望ましい。この場合、接合時の加圧力が0.05kgf
/mm2よりも小さいと、接合強度が低下する傾向とな
る。
【0032】さらに、本発明に係わるエンジンバルブ1
において、特にバルブシートとの間での耐摩耗性に優れ
ていることが要求されるバルブフェース部3bに対して
は、従来のバルブでも行なわれているプラズマ粉末溶接
(P.P.W.)やレーザ処理等による肉盛りを行なっ
てもよい。
において、特にバルブシートとの間での耐摩耗性に優れ
ていることが要求されるバルブフェース部3bに対して
は、従来のバルブでも行なわれているプラズマ粉末溶接
(P.P.W.)やレーザ処理等による肉盛りを行なっ
てもよい。
【0033】そして、このような軸部2および傘部3に
用いたTi−Al系合金は、比重が約3.8g/cm3
であって従来の鋼製バルブの約50%であり、したがっ
て、バルブ重量は大幅な軽量化を図ることができるの
で、慣性重量およびフリクションの軽減によって運動性
能がより一層向上したものとなる。
用いたTi−Al系合金は、比重が約3.8g/cm3
であって従来の鋼製バルブの約50%であり、したがっ
て、バルブ重量は大幅な軽量化を図ることができるの
で、慣性重量およびフリクションの軽減によって運動性
能がより一層向上したものとなる。
【0034】
【発明の作用】Ti−Al系合金は、軽量であると共に
高温での強度,クリープ強度等に優れた高性能な自動車
用エンジンバルブ材料であると言えるが、軸端部におけ
る耐摩耗性が十分であるとは言いがたかったのに対し
て、本発明に係わるエンジンバルブでは、前述のよう
に、軸部および傘部がTi−Al系合金よりなり、軸端
部が耐熱鋼よりなるものであるから、軸部および傘部が
軽量で且つ耐熱強度等に優れたものになっていると共
に、軸端部における耐摩耗性が向上したエンジンバルブ
となって、要求特性を十分に満足するものとなる。
高温での強度,クリープ強度等に優れた高性能な自動車
用エンジンバルブ材料であると言えるが、軸端部におけ
る耐摩耗性が十分であるとは言いがたかったのに対し
て、本発明に係わるエンジンバルブでは、前述のよう
に、軸部および傘部がTi−Al系合金よりなり、軸端
部が耐熱鋼よりなるものであるから、軸部および傘部が
軽量で且つ耐熱強度等に優れたものになっていると共
に、軸端部における耐摩耗性が向上したエンジンバルブ
となって、要求特性を十分に満足するものとなる。
【0035】
(実施例1)Ti−33.5重量%Al−0.6重量%
Si−1.0重量%Nb−0.5重量%CrよりなるT
i−Al系合金を素材としてエンジンバルブ1の軸部2
および傘部3の形状に成形すると共に、Fe−0.51
重量%C−1.49重量%Si−0.31重量%Mn−
8.21重量%Crよりなる耐熱鋼を素材として溝部4
を未だ形成していない軸端部材6の形状に成形し、ろう
材7としてNiろう(BNi−3)を使用して、温度:
1100℃,接合面での加圧力:0.3kgf/mm2
でろう付け接合を行うことによって、軸部2および傘部
3がTi−Al系合金よりなり、軸端部5が耐熱鋼より
なる本発明実施例のエンジンバルブ1を製作した。
Si−1.0重量%Nb−0.5重量%CrよりなるT
i−Al系合金を素材としてエンジンバルブ1の軸部2
および傘部3の形状に成形すると共に、Fe−0.51
重量%C−1.49重量%Si−0.31重量%Mn−
8.21重量%Crよりなる耐熱鋼を素材として溝部4
を未だ形成していない軸端部材6の形状に成形し、ろう
材7としてNiろう(BNi−3)を使用して、温度:
1100℃,接合面での加圧力:0.3kgf/mm2
でろう付け接合を行うことによって、軸部2および傘部
3がTi−Al系合金よりなり、軸端部5が耐熱鋼より
なる本発明実施例のエンジンバルブ1を製作した。
【0036】また、比較のために、上記と同じTi−A
l系合金を素材として、図5に示したように、軸部5
2,傘部53,溝部54および軸端部55の形状に成形
して、比較例のエンジンバルブ51を製作した。
l系合金を素材として、図5に示したように、軸部5
2,傘部53,溝部54および軸端部55の形状に成形
して、比較例のエンジンバルブ51を製作した。
【0037】次いで、前記各エンジンバルブ1,51を
実機エンジンの排気バルブとして組み込み、排ガス温
度:900℃における軸端部5の軸端面での摩耗量を測
定したところ、表1に示す結果であった。
実機エンジンの排気バルブとして組み込み、排ガス温
度:900℃における軸端部5の軸端面での摩耗量を測
定したところ、表1に示す結果であった。
【0038】
【表1】
【0039】表1に示す結果より明らかなように、軸端
部5の材質が耐熱鋼である本発明実施例のエンジンバル
ブ1の場合には、摩耗量が著しく少ないものとなってお
り、軸端部55の材質がTi−Al系合金である比較例
のエンジンバルブ51の場合に比べて軸端面での耐摩耗
性が著しく向上したものになっていることが認められ
た。
部5の材質が耐熱鋼である本発明実施例のエンジンバル
ブ1の場合には、摩耗量が著しく少ないものとなってお
り、軸端部55の材質がTi−Al系合金である比較例
のエンジンバルブ51の場合に比べて軸端面での耐摩耗
性が著しく向上したものになっていることが認められ
た。
【0040】(実施例2)Ti−Al系合金よりなる軸
部2および傘部3と、耐熱鋼よりなる軸端部材6とをろ
う付け接合してエンジンバルブ1を製造するにあたり、
前記実施例1において採用した材質,工程等のうちろう
材7だけを変化させてエンジンバルブ1を製造し、次い
で接合部における破断荷重および破断位置を調べた。こ
の結果を表2に示す。
部2および傘部3と、耐熱鋼よりなる軸端部材6とをろ
う付け接合してエンジンバルブ1を製造するにあたり、
前記実施例1において採用した材質,工程等のうちろう
材7だけを変化させてエンジンバルブ1を製造し、次い
で接合部における破断荷重および破断位置を調べた。こ
の結果を表2に示す。
【0041】
【表2】
【0042】表2に示す結果より明らかなように、ろう
材7としてNiろうを用いた場合にTi−Al系合金
(母材)破断となり、より大きな接合強度が得られるこ
とが認められた。
材7としてNiろうを用いた場合にTi−Al系合金
(母材)破断となり、より大きな接合強度が得られるこ
とが認められた。
【0043】(実施例3)Ti−Al系合金よりなる軸
部2および傘部3と、耐熱鋼よりなる軸端部材6とをろ
う付け接合してエンジンバルブ1を製造するにあたり、
前記実施例1において採用した材質,工程等のうち、同
じNiろう(BNi−3)を用いてろう付け接合温度だ
けを変化させ、また、実施例1において採用した材質,
工程等のうち、Niろうと類似する別のNiろう(BN
i−2)を用いてエンジンバルブ1を製造し、次いで接
合部における破断荷重および破断位置を調べた。この結
果を表3に示す。
部2および傘部3と、耐熱鋼よりなる軸端部材6とをろ
う付け接合してエンジンバルブ1を製造するにあたり、
前記実施例1において採用した材質,工程等のうち、同
じNiろう(BNi−3)を用いてろう付け接合温度だ
けを変化させ、また、実施例1において採用した材質,
工程等のうち、Niろうと類似する別のNiろう(BN
i−2)を用いてエンジンバルブ1を製造し、次いで接
合部における破断荷重および破断位置を調べた。この結
果を表3に示す。
【0044】
【表3】
【0045】表3に示す結果より明らかなように、ろう
付け接合温度がろう材の液相線温度以上で且つ液相線温
度+100℃以下の温度であるときには、接合部の強度
が大きくなっているのに対して、それよりも高い温度の
場合には破断荷重の低下が認められ、ろう付け接合温度
はろう材の融点以上でかつ融点+100℃以下の温度範
囲とするのがより望ましいものであった。
付け接合温度がろう材の液相線温度以上で且つ液相線温
度+100℃以下の温度であるときには、接合部の強度
が大きくなっているのに対して、それよりも高い温度の
場合には破断荷重の低下が認められ、ろう付け接合温度
はろう材の融点以上でかつ融点+100℃以下の温度範
囲とするのがより望ましいものであった。
【0046】(実施例4)Ti−Al系合金よりなる軸
部2および傘部3と、耐熱鋼よりなる軸端部材6とをろ
う付け接合してエンジンバルブ1を製造するにあたり、
前記実施例1において採用した材質,工程等のうち、同
じNiろう(BNi−3)を用いてろう付け接合時の加
圧力だけを変化させ、また、実施例1において使用した
Niろうと類似する別のNiろう(BNi−2)を用い
てエンジンバルブ1を製造し、次いで接合部における破
断荷重および破断位置を調べた。この結果を表4に示
す。
部2および傘部3と、耐熱鋼よりなる軸端部材6とをろ
う付け接合してエンジンバルブ1を製造するにあたり、
前記実施例1において採用した材質,工程等のうち、同
じNiろう(BNi−3)を用いてろう付け接合時の加
圧力だけを変化させ、また、実施例1において使用した
Niろうと類似する別のNiろう(BNi−2)を用い
てエンジンバルブ1を製造し、次いで接合部における破
断荷重および破断位置を調べた。この結果を表4に示
す。
【0047】
【表4】
【0048】表4に示す結果より明らかなように、ろう
付け接合時において加圧力が低すぎるときには、十分な
接合強度を得がたいのに対して、ある程度の加圧力とす
ることによって十分な接合強度を得ることが可能であ
り、加圧力を0.05kgf/mm2以上とするのがよ
り望ましいことが認められた。
付け接合時において加圧力が低すぎるときには、十分な
接合強度を得がたいのに対して、ある程度の加圧力とす
ることによって十分な接合強度を得ることが可能であ
り、加圧力を0.05kgf/mm2以上とするのがよ
り望ましいことが認められた。
【0049】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係わ
るエンジンバルブは、軸部および傘部が、軽量でかつ高
温における強度,クリープ強度に優れたTi−Al系合
金よりなり、軸端部が、耐熱性および耐摩耗性に優れた
耐熱鋼よりなる複合構造のエンジンバルブとしたため、
軽量でかつ耐熱性および耐酸化性に優れ、とくに軸端部
における耐摩耗性に優れたエンジンバルブを提供するこ
とが可能であり、バルブの運動性能ひいては自動車用エ
ンジンのレスポンスを向上させることができると共に、
軸端部の耐摩耗性を良好なものとすることができるとい
う著しく優れた効果がもたらされる。
るエンジンバルブは、軸部および傘部が、軽量でかつ高
温における強度,クリープ強度に優れたTi−Al系合
金よりなり、軸端部が、耐熱性および耐摩耗性に優れた
耐熱鋼よりなる複合構造のエンジンバルブとしたため、
軽量でかつ耐熱性および耐酸化性に優れ、とくに軸端部
における耐摩耗性に優れたエンジンバルブを提供するこ
とが可能であり、バルブの運動性能ひいては自動車用エ
ンジンのレスポンスを向上させることができると共に、
軸端部の耐摩耗性を良好なものとすることができるとい
う著しく優れた効果がもたらされる。
【0050】また、本発明に係わるエンジンバルブの製
造方法では、Ti−Al系合金により作製した軸部およ
び傘部の前記軸部における前記傘部とは反対側の端部と
耐熱鋼により作製した軸端部材とを接合する構成とした
ため、前記した特性の優れた複合構造のエンジンバルブ
を製造することが可能であるという著しく優れた効果が
もたらされる。
造方法では、Ti−Al系合金により作製した軸部およ
び傘部の前記軸部における前記傘部とは反対側の端部と
耐熱鋼により作製した軸端部材とを接合する構成とした
ため、前記した特性の優れた複合構造のエンジンバルブ
を製造することが可能であるという著しく優れた効果が
もたらされる。
【図1】本発明の実施態様によるエンジンバルブの正面
説明図である。
説明図である。
【図2】本発明の実施態様によるエンジンバルブの軸部
と軸端部材との接合部分拡大説明図である。
と軸端部材との接合部分拡大説明図である。
【図3】本発明の実施態様によるエンジンバルブの製造
方法の一例を示す説明図である。
方法の一例を示す説明図である。
【図4】本発明の実施態様によるエンジンバルブの製造
方法の他の例を示す説明図である。
方法の他の例を示す説明図である。
【図5】従来のTi−Al系合金製エンジンバルブの正
面説明図である。
面説明図である。
1 エンジンバルブ 2 バルブの軸部 3 バルブの傘部 4 バルブの溝部 5 バルブの軸端部 6 軸端部材 7 ろう材
Claims (8)
- 【請求項1】 軸部および傘部がTi−Al系合金より
なり、軸端部が耐熱鋼よりなることを特徴とするエンジ
ンバルブ。 - 【請求項2】 Ti−Al系合金よりなる軸部および傘
部をそなえ、前記軸部の前記傘部とは反対側の端部に耐
熱鋼よりなる軸端部材を接合した請求項1に記載のエン
ジンバルブ。 - 【請求項3】 Ti−Al系合金よりなる軸部および傘
部をそなえ、前記軸部の前記傘部とは反対側の端部と耐
熱鋼よりなる軸端部材との間にNi系ろう材が介在して
いる請求項2に記載のエンジンバルブ。 - 【請求項4】 Ti−Al系合金の組成が、重量%で、
Al:32〜36%、Si:0.1〜2.0%、Nb:
0.1〜5.0%、Cr:0.1〜3.0%を含み、残
部が実質的にTiよりなる請求項1ないし3のいずれか
に記載のエンジンバルブ。 - 【請求項5】 Ti−Al系合金により作製した軸部お
よび傘部の前記軸部における前記傘部とは反対側の端部
と耐熱鋼により作製した軸端部材とを接合することを特
徴とするエンジンバルブの製造方法。 - 【請求項6】 軸部の傘部とは反対側の端部と軸端部材
とをNi系ろう材を用いてろう付け接合する請求項5に
記載のエンジンバルブの製造方法。 - 【請求項7】 Ni系ろう材の液相線温度以上で且つ液
相線温度+100℃以下の温度でろう付け接合する請求
項6に記載のエンジンバルブの製造方法。 - 【請求項8】 軸部と軸端部材との接合面に、0.05
kgf/mm2以上で且つ接合温度における軸部および
軸端部材の降伏点以下の圧力を加えつつろう付け接合す
る請求項5ないし7のいずれかに記載のエンジンバルブ
の製造方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4014148A JPH05202706A (ja) | 1992-01-29 | 1992-01-29 | エンジンバルブおよびその製造方法 |
US08/009,147 US5370092A (en) | 1992-01-29 | 1993-01-26 | Engine valve and method for producing the same |
US08/292,961 US5553369A (en) | 1992-01-29 | 1994-08-22 | Method for producing an engine valve |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4014148A JPH05202706A (ja) | 1992-01-29 | 1992-01-29 | エンジンバルブおよびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05202706A true JPH05202706A (ja) | 1993-08-10 |
Family
ID=11853068
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4014148A Pending JPH05202706A (ja) | 1992-01-29 | 1992-01-29 | エンジンバルブおよびその製造方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US5370092A (ja) |
JP (1) | JPH05202706A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004301124A (ja) * | 2003-03-28 | 2004-10-28 | Eaton Corp | エンジン用の軽量複合ポペット弁 |
CN104907657A (zh) * | 2015-05-28 | 2015-09-16 | 航天材料及工艺研究所 | 一种添加合金中间层的TiAl/TC4电子束熔钎焊方法 |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09151714A (ja) * | 1995-12-04 | 1997-06-10 | Fuji Oozx Inc | 内燃機関用アルミニウム合金製スプリングリテーナ |
DE69724730T2 (de) * | 1996-10-18 | 2004-04-01 | Daido Steel Co. Ltd., Nagoya | Turbinenrotor aus Ti-Al und Verfahren zur Herstellung dieses Rotors |
US5738060A (en) * | 1997-05-29 | 1998-04-14 | Trw Inc. | Poppet valve and method of making the poppet valve |
US6009843A (en) * | 1997-10-22 | 2000-01-04 | 3M Innovative Properties Company | Fiber reinforced, titanium composite engine valve |
US6053134A (en) * | 1998-08-28 | 2000-04-25 | Linebarger; Terry Glyn | Cam operating system |
KR100559623B1 (ko) * | 1999-11-26 | 2006-03-10 | 현대자동차주식회사 | 자동차용 흡기밸브 |
JP2002038912A (ja) | 1999-12-09 | 2002-02-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 内燃機関用弁開閉機構 |
US6718932B1 (en) | 2003-01-24 | 2004-04-13 | Eaton Corporation | Lightweight engine poppet valve |
BR102014016213A2 (pt) * | 2014-06-30 | 2016-02-10 | Mahle Int Gmbh | válvula para motores de combustão interna e processo para obtenção de uma válvula |
Family Cites Families (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1842110A (en) * | 1927-10-03 | 1932-01-19 | Wilcox Products Corp | Method of forming valve tappets |
US2207535A (en) * | 1938-12-14 | 1940-07-09 | Standard Screw | Valve tappet and insert |
US4122817A (en) * | 1975-05-01 | 1978-10-31 | Trw Inc. | Internal combustion valve having an iron based hard-facing alloy contact surface |
JPS5623507A (en) * | 1979-08-02 | 1981-03-05 | Toshiba Corp | Exhaust valve |
US4366785A (en) * | 1980-09-19 | 1983-01-04 | Caterpillar Tractor Co. | Tappet with wear resisting insert |
JPS58151306U (ja) * | 1982-04-05 | 1983-10-11 | 日産自動車株式会社 | 内燃機関の吸排気バルブ |
JPS59149868A (ja) * | 1983-02-14 | 1984-08-27 | 葛西株式会社 | 乳母車用ベツド |
JPS6122990A (ja) * | 1984-07-11 | 1986-01-31 | Ricoh Co Ltd | 光情報記録媒体 |
JPH0639891B2 (ja) * | 1985-04-02 | 1994-05-25 | 川崎重工業株式会社 | エンジンの動弁機構 |
JPS643007U (ja) * | 1987-06-25 | 1989-01-10 | ||
US4852531A (en) * | 1988-03-10 | 1989-08-01 | Dynamet Technology Inc. | Titanium poppet valve |
US4867116A (en) * | 1988-05-23 | 1989-09-19 | Inco Alloys International, Inc. | Aircraft exhaust valves |
JPH0247278A (ja) * | 1988-08-08 | 1990-02-16 | Toyota Motor Corp | 耐摩耗性Ti系部材 |
CA2010262C (en) * | 1989-02-17 | 1994-02-08 | Seiichi Koike | Heat resistant slide member for internal combustion engine |
US5169460A (en) * | 1990-01-18 | 1992-12-08 | Mitsubishi Materials Corporation | Engine valve of titanium alloy |
JP2789759B2 (ja) * | 1990-01-18 | 1998-08-20 | 三菱マテリアル株式会社 | Ti合金製エンジンバルブ |
DE4102988C1 (ja) * | 1991-02-01 | 1992-04-16 | Ina Waelzlager Schaeffler Kg, 8522 Herzogenaurach, De | |
US5280771A (en) * | 1992-09-23 | 1994-01-25 | Eaton Corporation | Direct acting hydraulic tappet |
-
1992
- 1992-01-29 JP JP4014148A patent/JPH05202706A/ja active Pending
-
1993
- 1993-01-26 US US08/009,147 patent/US5370092A/en not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-08-22 US US08/292,961 patent/US5553369A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004301124A (ja) * | 2003-03-28 | 2004-10-28 | Eaton Corp | エンジン用の軽量複合ポペット弁 |
CN104907657A (zh) * | 2015-05-28 | 2015-09-16 | 航天材料及工艺研究所 | 一种添加合金中间层的TiAl/TC4电子束熔钎焊方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5553369A (en) | 1996-09-10 |
US5370092A (en) | 1994-12-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3372568B2 (ja) | ジーゼル機関の排気弁とその製造方法 | |
JP3354922B2 (ja) | Ni基耐熱ろう材 | |
EP0837221A2 (en) | Tial turbine rotor and method of manufacturing | |
JPH0818151B2 (ja) | Ti−Al合金と構造用鋼との接合方法および接合部品 | |
JPS62104696A (ja) | 金属セラミツクス接合体およびそれを使用してなる金属セラミツクス結合体 | |
EP0854002A1 (en) | Iron-base alloy foils for liquid-phase diffusion bonding of iron-base material bondable in oxidizing atmosphere | |
JPH05202706A (ja) | エンジンバルブおよびその製造方法 | |
JP3243184B2 (ja) | 酸化雰囲気中で接合可能な液相拡散接合用合金箔 | |
JP3829388B2 (ja) | TiAl製タービンローター | |
JP3671271B2 (ja) | エンジン排気バルブの製造方法 | |
JPS6344814B2 (ja) | ||
JP3434128B2 (ja) | 酸化雰囲気中で接合可能な液相拡散接合用合金箔 | |
JPH10193087A (ja) | TiAl製タービンローターの製造方法 | |
JP2002167655A (ja) | 耐熱性および被削性にすぐれたステンレス鋳鋼 | |
JP3534633B2 (ja) | 接合部材およびタービン部材 | |
JP2910659B2 (ja) | ディーゼルエンジン用副燃焼室口金 | |
JP4538878B2 (ja) | 鋼材とチタン材との接合方法 | |
JPH10118764A (ja) | TiAl製タービン羽根車とローターシャフトとの接合 方法 | |
JP5843718B2 (ja) | Ni基溶接材および異材溶接タービンロータ | |
JPH06299276A (ja) | Ti−Al合金製部品 | |
JP2003053520A (ja) | Ti−Al系合金部材の接合方法 | |
JPH06256908A (ja) | 耐熱鋳鋼およびそれからなる排気系部品 | |
JP2000204449A (ja) | 冷間加工性と高温加熱安定性に優れたFe基耐熱合金 | |
JPH108924A (ja) | 大型ディーゼルエンジン用バルブの製造方法 | |
JP3434126B2 (ja) | 酸化雰囲気中で接合可能な液相拡散接合用合金箔 |