JPH06167206A - Valve and valve seat assembly - Google Patents

Valve and valve seat assembly

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JPH06167206A
JPH06167206A JP5424593A JP5424593A JPH06167206A JP H06167206 A JPH06167206 A JP H06167206A JP 5424593 A JP5424593 A JP 5424593A JP 5424593 A JP5424593 A JP 5424593A JP H06167206 A JPH06167206 A JP H06167206A
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JP
Japan
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valve
valve seat
titanium alloy
nitrogen
oxygen
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Application number
JP5424593A
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Japanese (ja)
Inventor
Isamu Takayama
勇 高山
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Publication of JPH06167206A publication Critical patent/JPH06167206A/en
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  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a combination, which is suitably available for a high performance engine, of a titanium alloy valve and a valve seat. CONSTITUTION:A titanium alloy hardened layer, which is made by solution treatment of oxygen, nitrogen, or oxygen and nitrogen and has Vickers hardness of 600 or more and thickness of 3mum-25mum, is formed on a face part 2 of a titanium alloy valve. The valve face part, the valve, and a valve seat consisting of iron alloy, which consists of carbon of 0.4-1.5%, at least one element, which is selected from a group consisting of copper, cobalt, and nickel, of 0.5-10.0%, and iron of the rest substantially and has Vickers hardness Hv adjusted in the 170-350 range, are combined for using the valve 1 and the valve seat.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はバルブおよびバルブシー
トに関し、さらに詳しくは、特に高性能エンジンに好適
に用いられるチタン(Ti)合金製のバルブとバルブシ
ートの組み合わせに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a valve and a valve seat, and more particularly to a combination of a valve and a valve seat made of a titanium (Ti) alloy which is particularly suitable for a high performance engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】エンジンの構成部品のなかでも、バルブ
については、軽量化がエンジンの性能向上に直接結び付
くことから、特に高性能エンジンにおいては従来の鋼製
バルブに代えてチタン(Ti)合金製バルブが用いられ
るに至っている。そして、上記のチタン合金としては、
Ti−6Al−4Vが一般に用いられている。
2. Description of the Related Art Among the components of an engine, a valve is made of titanium (Ti) alloy instead of a conventional steel valve, especially in a high-performance engine, because weight reduction directly leads to improvement of engine performance. Valves are being used. And as the above titanium alloy,
Ti-6Al-4V is commonly used.

【0003】このようなチタン合金製のバルブを有する
従来の高性能エンジンにおいて、特開昭62−2569
56号公報の記述に見られるようにバルブシートにはC
u−Be系の材料からなるものが用いられている。
In a conventional high-performance engine having such a valve made of a titanium alloy, Japanese Patent Laid-Open No. 62-2569 is disclosed.
As can be seen from the description of Japanese Patent Publication No. 56, the valve seat has C
Materials made of u-Be-based materials are used.

【0004】このようにTi−6Al−4Vにより形成
されてなるバルブと、Cu−Be系の材料からなるバル
ブシートとが組み合わされて構成されたエンジンにおい
ては、バルブ材料にチタン合金(Ti−6Al−4V)
が用いられているため、従来の鋼製バルブに比較してバ
ルブ重量が6割程度になり、軽量化が達成され、その結
果、高回転化による出力の向上、低フリクション化によ
る燃費の向上等が図られることになる。
In an engine constructed by combining a valve made of Ti-6Al-4V and a valve seat made of a Cu-Be-based material as described above, a titanium alloy (Ti-6Al) is used as a valve material. -4V)
As compared with the conventional steel valve, the weight of the valve is about 60% and the weight is reduced. As a result, the output is improved by the high rotation and the fuel consumption is improved by the low friction. Will be planned.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
Ti−6Al−4Vが用いられてなるバルブはチタン
(Ti)元素特有の焼付き易さを解消したものではな
く、また、上記のCu−Be系の材料からなるバルブシ
ートは、鉄(Fe)系バルブシートと比較してBe酸化
物に毒性があることから、製造、加工に制約があり高コ
ストをまねくという欠点があった。したがって、従来の
チタン合金(Ti−6Al−4V)製バルブとCu−B
e系の材料からなるバルブシートとが組み合わされて構
成されているエンジンは多量生産性に乏しいという問題
があった。このため、このようなバルブとバルブシート
との組み合わせは市販車に適用されるまでには至ってい
ない。
However, the valve using Ti-6Al-4V described above does not eliminate the seizure characteristic of titanium (Ti) element, and the above-mentioned Cu-Be. A valve seat made of a system-based material has a drawback that Be oxide is more toxic than an iron (Fe) -based valve seat, so that there is a limitation in manufacturing and processing and a high cost is caused. Therefore, the conventional titanium alloy (Ti-6Al-4V) valve and Cu-B
An engine constructed by combining a valve seat made of an e-based material has a problem of poor mass productivity. Therefore, such a combination of a valve and a valve seat has not yet been applied to a commercial vehicle.

【0006】一方、チタン合金製品の耐摩耗性の向上に
関する従来の知見として、例えば、Titanium Science a
nd Technorogy,Plenum,p185(1973).K.Rudinger and A.I
smerの報告があり、これによると800℃の高温特殊塩
浴中で酸素と窒素の固溶層形成により、一般的に耐摩耗
性が向上するとされている。
[0006] On the other hand, as conventional knowledge on improvement of wear resistance of titanium alloy products, for example, Titanium Science a
nd Technorogy, Plenum, p185 (1973) .K.Rudinger and AI
It has been reported that the wear resistance is generally improved by forming a solid solution layer of oxygen and nitrogen in a high temperature special salt bath at 800 ° C.

【0007】また、特開昭62−256956号公報に
は、チタン合金製バルブを炉中にて800℃以下の温度
で数分から数時間熱処理し、酸化スケールを形成させる
ことによりバルブシートは、安価な鉄系材料でも足りる
とされているが、効果はあるものの、通常の鉄系バルブ
と共に用いられるバルブシートを用いると、鉄系バルブ
の摩耗量と比較して、800℃以下の温度で酸化スケー
ルを形成させたチタン合金製バルブであっては、尚十分
とはいえない結果を得た。
Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 62-256956, a valve sheet made of titanium alloy is inexpensive by heat treating a valve made of titanium alloy in a furnace at a temperature of 800 ° C. or lower for several minutes to several hours to form an oxide scale. Although it is said that even iron-based materials will suffice, when using a valve seat that is used together with a normal iron-based valve, compared to the wear amount of the iron-based valve, an oxide scale is produced at a temperature of 800 ° C or less. In the case of the titanium alloy valve having the above-mentioned structure, the result was not sufficient.

【0008】本発明は、かかる事情に基づいてなされた
ものであり、本発明の目的は、軽量化による高回転化お
よび低フリクション化を達成し得るとともに焼付きが発
生しにくいバルブと、このバルブと組み合わされて用い
られても塑性変形や摩耗が生じにくく、上記のバルブと
好適に組み合わせ使用可能なバルブシートとを提供する
ことにより、長期耐久性に優れた高性能エンジンを実現
することのできるバルブシートおよびバルブの組立体を
提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is a valve that can achieve high rotation and low friction due to weight reduction, and is resistant to seizure, and this valve. By providing a valve seat that is resistant to plastic deformation and wear even when used in combination with the above-mentioned valve and can be suitably used in combination with the above valve, it is possible to realize a high-performance engine excellent in long-term durability. To provide a valve seat and valve assembly.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、(1)ビッカース硬度Hv≧600の硬度
を有するとともに、酸素或いは窒素または酸素および窒
素が固溶した厚さ3μm以上、25μm以下のチタン合
金硬化層を有するバルブフェース部をもつバルブと、重
量で、C:0.4〜1.5%ならびにCu,Coおよび
Niよりなる群から選択される少なくとも1種の元素
0.5〜10.0%を含有し、残部が実質的にFeから
なるとともにビッカース硬度Hv:170〜350に調
整されたバルブシートとからなるバルブおよびバルブシ
ート組立体であり、(2)前記(1)のバルブの酸素お
よび/或いは窒素を固溶した厚さが1μm〜25μmで
あり、バルブシートが、さらにPb:5.0〜20.0
%を含有するものであること、(3)上記(1)或いは
(2)のバルブフェース部の材質が、ニアα型チタン合
金であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides (1) a Vickers hardness Hv ≧ 600 and a thickness of 3 μm or more in which oxygen or nitrogen or oxygen and nitrogen are solid-dissolved, A valve having a valve face portion having a titanium alloy hardened layer of 25 μm or less, and C: 0.4 to 1.5% by weight and at least one element selected from the group consisting of Cu, Co and Ni. A valve and valve seat assembly comprising 5 to 10.0%, the balance being substantially Fe, and a valve seat adjusted to Vickers hardness Hv: 170 to 350. (2) The above (1) ) The valve has a thickness of 1 μm to 25 μm in which oxygen and / or nitrogen is dissolved, and the valve seat further has Pb: 5.0 to 20.0.
%, And (3) the material of the valve face portion in (1) or (2) above is a near α-type titanium alloy.

【0010】以下本発明のバルブとバルブシートについ
て詳細に説明する。本発明は、図1に示すようにチタン
合金製バルブ1のフェース部2に、ビッカース硬度(以
下Hvという。)600以上の硬度を有する酸素または
窒素または酸素と窒素が固溶した厚さ5μm以上20μ
m以下の硬化層を有するバルブを用いる。
The valve and valve seat of the present invention will be described in detail below. The present invention, as shown in FIG. 1, has a face portion 2 of a titanium alloy valve 1 having a Vickers hardness (hereinafter referred to as Hv) of 600 or more, oxygen or nitrogen, or a solid solution of oxygen and nitrogen having a thickness of 5 μm or more. 20μ
A valve having a cured layer of m or less is used.

【0011】ここで、チタン合金製とは、0.2%耐力
50kg/mm2 以上有するものでTi−6Al−4V,T
i−3Al−2.5Vを代表とするα+β型チタン合
金、Ti−8Al−1Mo−1Vを代表するニアα型チ
タン合金である。このバルブのフェース部に硬化層を設
けるのは、硬化層がない場合には、相手材となるバルブ
シートとして本発明のバルブシートを用いても、チタン
合金製バルブのフェース部の摩耗が大きく、不十分であ
ることが判明した。ただしニアα型チタン合金のフェー
ス部の摩耗は、α+β型チタン合金のそれと比較して、
1/2〜1/3と少ないことを見出した。異常時に、硬
化層が破れた場合を想定すると下地をニアα型チタン合
金とすることが望ましい。
Here, the titanium alloy means that it has a 0.2% proof stress of 50 kg / mm 2 or more, and Ti-6Al-4V, T.
An α + β type titanium alloy represented by i-3Al-2.5V and a near α type titanium alloy represented by Ti-8Al-1Mo-1V. The hardened layer is provided on the face portion of the valve. When the hardened layer is not provided, even if the valve sheet of the present invention is used as the mating valve sheet, wear of the face portion of the titanium alloy valve is large, Turned out to be inadequate. However, the wear of the face part of the near α-type titanium alloy is larger than that of the α + β-type titanium alloy,
It was found to be as small as 1/2 to 1/3. It is desirable to use a near α-type titanium alloy as the base under the assumption that the hardened layer is torn at an abnormal time.

【0012】本発明において、チタン合金バルブのフェ
ース部の硬度をHv≧600と規定したのは、酸素の固
溶または窒素の固溶或いは酸素および窒素が固溶したチ
タン合金であっても、Hv:500程度未満の硬度を有
するものでは、摩耗防止効果が乏しく、Hv≧600の
硬度を有するものは、著しい摩耗防止効果を発揮すると
いう、発明者によって得られた知見に基づく。
In the present invention, the hardness of the face portion of the titanium alloy valve is defined as Hv ≧ 600 even if the solid solution of oxygen, the solid solution of nitrogen, or the solid solution of oxygen and nitrogen is Hv. Based on the findings obtained by the inventor, those having a hardness of less than about 500 have a poor wear preventing effect, and those having a hardness of Hv ≧ 600 exhibit a remarkable wear preventing effect.

【0013】次に、酸素または窒素或いは酸素および窒
素が固溶したチタン合金硬化層の厚さを3μm以上、2
5μm以下と規定したのは、3μmに満たない厚さでは
チタン合金バルブのフェース部の摩耗防止厚さとして不
十分であり、一方、25μmを超える厚さでは硬化層が
剥落する危険を生じるからである。酸素および窒素は他
の元素に比しチタン合金に対する硬化能が著しく大き
く、簡便に固溶させ得る。また、特に酸素は、窒素に比
しチタン合金中における拡散係数も大きく、本発明を実
施するのに好適である。
Next, the thickness of the titanium alloy hardened layer in which oxygen or nitrogen or oxygen and nitrogen is solid-dissolved is 3 μm or more, 2
The thickness is defined as 5 μm or less because the thickness less than 3 μm is insufficient as the wear preventing thickness of the face portion of the titanium alloy valve, while the thickness over 25 μm may cause the hardened layer to peel off. is there. Oxygen and nitrogen have a significantly higher hardening ability for titanium alloys than other elements, and can be easily solid-dissolved. Further, oxygen has a large diffusion coefficient in the titanium alloy as compared with nitrogen, and is suitable for carrying out the present invention.

【0014】なお、チタン合金の通常の酸化、窒化の際
に必然的に生じる酸化物層、窒化物層について言及する
と、酸化物層は、焼付き防止に有効であるが、初期摩耗
で消失してしまうものの残存させていても問題を生じな
い。窒化物層も焼付き防止に有効であるが、表面が粗い
(粗度が大きい)場合は、相手材に対する攻撃性が大き
く、シート摩耗量が増大する。表面粗度が小さい窒化物
層は、たとえば、チタン合金表面を滑らかにした上に、
850℃以下の低温域で3μm以下の厚さに窒化物層を
形成させることによって得られる。
Incidentally, referring to the oxide layer and the nitride layer which are inevitably formed during the normal oxidation and nitridation of the titanium alloy, the oxide layer is effective in preventing seizure, but disappears in the initial wear. Although it does occur, there is no problem even if it is left. The nitride layer is also effective in preventing seizure, but when the surface is rough (the roughness is large), the aggressiveness against the mating material is large and the amount of sheet wear increases. The nitride layer with a small surface roughness is, for example, smoothed titanium alloy surface,
It is obtained by forming a nitride layer to a thickness of 3 μm or less in a low temperature range of 850 ° C. or less.

【0015】次に、本発明のバルブシートは、炭素
(C)および例えば銅(Cu)を含有し、残部が実質的
に鉄(Fe)である鉄合金により形成されている。ここ
で、残部が実質的にとは、製造工程において不可避的に
混入する微量成分を排除しない意味である。
Next, the valve seat of the present invention is formed of an iron alloy containing carbon (C) and, for example, copper (Cu), and the balance being substantially iron (Fe). Here, “substantially the balance” means that a trace component that is unavoidably mixed in the manufacturing process is not excluded.

【0016】この鉄合金における上記の炭素成分は、焼
結性およびバルブシートとしての強度を維持する作用を
有している。このような作用を有する炭素成分の含有割
合は重量比(以下の各成分の含有割合は重量比(%)と
する。)として0.4%〜1.5%、好ましくは0.6
%〜1.3%である。この含有割合が0.4%未満であ
ると、焼結性およびバルブシートとしての強度が維持さ
れなくなることがある。一方、1.5%を超えると、セ
メンタイトの析出が発生してバルブシートの脆化が著し
くなる。
The above-mentioned carbon component in this iron alloy has a function of maintaining sinterability and strength as a valve seat. The content ratio of the carbon component having such an action is 0.4% to 1.5% as a weight ratio (the content ratio of each component below is a weight ratio (%)), preferably 0.6.
% To 1.3%. If the content ratio is less than 0.4%, the sinterability and the strength as a valve seat may not be maintained. On the other hand, if it exceeds 1.5%, precipitation of cementite occurs and brittleness of the valve seat becomes remarkable.

【0017】また、本発明のバルブシートを形成する鉄
合金は、上記の炭素成分とともに銅成分、コバルト(C
o)成分およびニッケル(Ni)成分よりなる群から選
択される少なくとも1種の元素を含有している。銅成
分、コバルト成分およびニッケル成分よりなる群から選
択される1種または2種以上の成分は、パーライト基地
を安定させるとともに基地を強化させて耐摩耗性を向上
させる作用を有している。上記の鉄合金における銅、コ
バルトおよびニッケル成分よりなる群から選択される少
なくとも1種の元素の含有割合は0.5%〜10%、好
ましくは2.0%〜5.0%である。この含有割合が
0.5%未満であると、上記の作用が十分に奏されない
ことがある。一方、10%を超えると、焼結性および強
度の点で実用的なものではなくなることがある。
In addition, the iron alloy forming the valve seat of the present invention contains a copper component, cobalt (C
O) and at least one element selected from the group consisting of nickel (Ni). One or more components selected from the group consisting of a copper component, a cobalt component and a nickel component have the effects of stabilizing the pearlite matrix and strengthening the matrix to improve wear resistance. The content ratio of at least one element selected from the group consisting of copper, cobalt and nickel components in the above iron alloy is 0.5% to 10%, preferably 2.0% to 5.0%. If the content ratio is less than 0.5%, the above-mentioned effects may not be sufficiently exhibited. On the other hand, if it exceeds 10%, it may not be practical in terms of sinterability and strength.

【0018】上記成分を有するバルブシートと、既述の
チタン合金製バルブと組み合わせると、耐摩耗性は十分
に確保される。さらに、より一層の耐摩耗性が要求され
る場合や、異常時にバルブのフェース部の硬化層が破れ
た場合でも急激な摩耗が生じないためには、固体潤滑物
質が有効であるとの認識から、種々検討した結果、本発
明のバルブに対して鉛(Pb)が極めて有効であること
を発見した。その結果、本発明のバルブのバルブフェー
ス部に形成するチタン合金層も、1μm以上25μm以
下で良いことを発見した。ここで、鉛は、バルブシート
を形成する鉄合金に自己潤滑性を付与してバルブとバル
ブシートの両方の耐摩耗性を向上させる作用を有してい
る。このような鉛の含有割合は5.0%〜20%、好ま
しくは10.0%〜15.0%である。この含有割合が
5.0%未満であると、バルブシートに自己潤滑性を付
与して耐摩耗性を向上させるという上記の作用が十分に
奏されないことがある。一方、20%を超えると、スケ
ルトン密度が低すぎて強度不足を招くことがある。
When the valve seat having the above-mentioned components is combined with the above-mentioned titanium alloy valve, sufficient wear resistance is ensured. In addition, solid lubricants are effective in order to prevent rapid wear even when even greater wear resistance is required or when the hardened layer on the valve face is broken during abnormal conditions. As a result of various studies, it was discovered that lead (Pb) is extremely effective for the valve of the present invention. As a result, they have found that the titanium alloy layer formed on the valve face portion of the valve of the present invention may have a thickness of 1 μm or more and 25 μm or less. Here, lead has the function of imparting self-lubricating properties to the iron alloy forming the valve seat and improving the wear resistance of both the valve and the valve seat. The content ratio of such lead is 5.0% to 20%, preferably 10.0% to 15.0%. If the content ratio is less than 5.0%, the above-described effect of imparting self-lubricating property to the valve seat to improve wear resistance may not be sufficiently exhibited. On the other hand, if it exceeds 20%, the skeleton density may be too low, resulting in insufficient strength.

【0019】上記の各成分を含有し、バルブシートの形
成材料に用いられる鉄合金は、そのHvが170〜35
0の範囲に調製されている。Hvを上記の範囲とするの
は、既述のバルブと組み合わされて使用された場合の摩
耗や塑性変形を防止するためである。このバルブシート
は、既述のチタン合金製のバルブと好適に組み合わせ使
用することが可能である。
The Hv of an iron alloy containing each of the above components and used as a material for forming a valve seat is 170 to 35.
It is prepared in the range of 0. The Hv is set within the above range in order to prevent wear and plastic deformation when used in combination with the valve described above. This valve seat can be preferably used in combination with the above-mentioned titanium alloy valve.

【0020】なお、通常の鉄系バルブと組み合わせて用
いられるバルブシートは、例えば既述のFe−C−Cu
系のものに、例えばFe−Mo系の硬質粒子なるものを
基地中に分散させ、シートの耐摩耗性を向上させている
が、本発明の硬化層を有するチタン合金製バルブに対し
ては、硬質粒子の有無によるバルブ側の摩耗量の変化に
大差がないことを見出した。さらに、鉛を含有させるこ
とでバルブ側の摩耗量を低減させることができる。
A valve seat used in combination with an ordinary iron-based valve is, for example, the above-mentioned Fe-C-Cu.
In the system, for example, hard particles of Fe-Mo system are dispersed in the matrix to improve the wear resistance of the sheet, but for the titanium alloy valve having the hardened layer of the present invention, It was found that there is no great difference in the change in the amount of wear on the valve side due to the presence or absence of hard particles. Furthermore, by containing lead, the amount of wear on the valve side can be reduced.

【0021】[0021]

【実施例】【Example】

(実施例1)Ti−6Al−4V製バルブのフェース部
を、大気中にてプロパンガス加熱により、約950℃に
て、3分間加熱することにより、硬さ600Hv以上の
酸素の固溶した硬化層を5μm形成させた。なお、表面
の形成された酸化皮膜は、無害であるが、バルブ摩耗量
を正確に測定するために除去した。一方バルブシート
は、Fe合金粉末(C:1.5%、Cu:2.0%、残
部Fe)をバルブシートの形状に圧縮成形し、その後、
得られた圧縮成形品の焼結処理を行なってから冷却する
ことによりバルブシート母材を作成した。なお、焼結処
理にはAXガス炉を使用し、温度1160℃で45分間
焼結した。また、冷却速度は、16℃/分とした。この
ようにして得られたバルブシート母材にPb含浸法によ
りPbを含浸させてFe合金(C:1.5%、Cu:
2.0%、Pb:10%、残部Fe)からなるバルブシ
ートを作製した。
(Example 1) The face portion of a valve made of Ti-6Al-4V was heated in the atmosphere by propane gas heating at about 950 ° C. for 3 minutes to cure a solid solution of oxygen having a hardness of 600 Hv or more. The layer was formed to 5 μm. The oxide film formed on the surface is harmless, but was removed in order to accurately measure the amount of valve wear. On the other hand, for the valve seat, Fe alloy powder (C: 1.5%, Cu: 2.0%, balance Fe) is compression molded into the shape of the valve seat, and thereafter,
The obtained compression molded product was sintered and then cooled to prepare a valve seat base material. An AX gas furnace was used for the sintering treatment, and the sintering was performed at a temperature of 1160 ° C. for 45 minutes. The cooling rate was 16 ° C / minute. The valve sheet base material thus obtained was impregnated with Pb by the Pb impregnation method to obtain an Fe alloy (C: 1.5%, Cu:
A valve seat composed of 2.0%, Pb: 10%, and the balance Fe) was produced.

【0022】次に、上記のようにして得られた吸気バル
ブおよびバルブシートのそれぞれについてHvを測定す
るとともに摩耗性試験を行なって吸気バルブの摩耗量お
よびバルブシートの摩耗量を測定した。結果を表1の実
施例1に示した。
Next, Hv was measured for each of the intake valve and the valve seat obtained as described above, and a wear test was conducted to measure the wear amount of the intake valve and the wear amount of the valve seat. The results are shown in Example 1 of Table 1.

【0023】なお、Hvは次のようにして測定し、また
摩耗性試験は次のようにして行なった。 ビッカース硬度Hvの測定;吸気バルブのバルブフェー
ス部およびバルブシートのそれぞれについてマイクロビ
ッカースにより硬度を測定した。 摩耗性試験;図2に示した弁座摩耗試験機を使用して下
記の条件で吸気バルブおよびバルブシートの摩耗を測定
した。なお、図2に示した弁座摩耗試験機において、1
0は熱源、20はバルブシートである。 試験温度 :220℃(シート面温度) カム回転数 :3,000r.p.m バルブローテーション:10r.p.m バルブリフト :7.5mm スプリング荷重:24kgf(着座時) コンタクト数 :8×105 回 この試験結果は、表1に示す通りバルブシートの硬度は
300Hv、バルブ摩耗量は1μm、シート摩耗量は、
15μmであり、表2に示す鉄系バルブで良好な組み合
わせである比較例1、比較例2と比べても優れているこ
とがわかる。
The Hv was measured as follows, and the abrasion test was carried out as follows. Measurement of Vickers hardness Hv: Hardness was measured by micro-Vickers for each of the valve face portion and the valve seat of the intake valve. Abrasion test: Using the valve seat abrasion tester shown in FIG. 2, abrasion of the intake valve and valve seat was measured under the following conditions. In addition, in the valve seat wear tester shown in FIG.
Reference numeral 0 is a heat source, and 20 is a valve seat. Test temperature: 220 ℃ (seat surface temperature) Cam rotation speed: 3,000r.pm Valve rotation: 10r.pm Valve lift: 7.5mm Spring load: 24kgf (when seated) Number of contacts: 8 × 10 5 times This test result is As shown in Table 1, the valve seat hardness is 300 Hv, the valve wear amount is 1 μm, and the seat wear amount is
It is 15 μm, and it is understood that the iron-based valve shown in Table 2 is superior to Comparative Examples 1 and 2 which are good combinations.

【0024】(実施例2〜28)表1に示すようにバル
ブのチタン合金成分、硬化方法、硬化層厚さ、およびバ
ルブシートの合金成分、硬度を種々変えて前記実施例1
と同様の方法にて試験しバルブ摩耗量およびシート摩耗
量を測定し、表1に結果を併記した。なお、実施例4の
窒化バルブについては、表面の窒化層を残した。また、
比較例3〜6に示したように、硬化処理のない場合、バ
ルブ摩耗が大きい。しかし、硬化層が破れた場合を考え
ると、比較例4〜6に示すように、Ti−6Al−4V
と比べ、ニアα型チタン合金の方がよりバルブ摩耗が少
なく、下地材として優れていることが分かる。また、鉛
を含有するシートを用いるとバルブ硬化層の有無にかか
わらずバルブの摩耗量は少なくなる。ここで、酸化法は
実施例1に示す方法、またはチタン合金製バルブを大気
炉中で加熱酸化(例えば820℃にて2時間)、または
減圧大気中で加熱酸化(例えば10-2〜10-3Torr中、
820℃にて2時間)の何れの方法でも良い。窒化法
は、純窒素雰囲気にて、加熱窒化(例えば850℃にて
10時間)したものである。ここで比較例1,2につい
ては、現行バルブおよびシートの例である。
(Examples 2 to 28) As shown in Table 1, the titanium alloy component of the valve, the hardening method, the thickness of the hardened layer, the alloy component of the valve seat, and the hardness were variously changed to the above-mentioned Example 1
Tests were conducted in the same manner as in (1) to measure the amount of valve wear and the amount of seat wear, and the results are shown in Table 1. Regarding the nitriding valve of Example 4, the nitriding layer on the surface was left. Also,
As shown in Comparative Examples 3 to 6, without the hardening treatment, the valve wear was large. However, considering the case where the hardened layer is broken, as shown in Comparative Examples 4 to 6, Ti-6Al-4V is used.
Compared with, the near α-type titanium alloy shows less valve wear and is superior as a base material. Further, when a sheet containing lead is used, the amount of wear of the valve is reduced regardless of the presence or absence of the valve hardened layer. Here, the oxidation method is the method shown in Example 1, or the titanium alloy valve is heated and oxidized in an atmospheric furnace (for example, at 820 ° C. for 2 hours) or in a reduced pressure atmosphere (for example, 10 −2 to 10 −). During 3 Torr,
Any method of 2 hours at 820 ° C. may be used. The nitriding method is performed by heating nitriding (for example, at 850 ° C. for 10 hours) in a pure nitrogen atmosphere. Here, Comparative Examples 1 and 2 are examples of current valves and seats.

【0025】[0025]

【表1】 [Table 1]

【0026】[0026]

【表2】 [Table 2]

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明によれば、以上の構成としたの
で、軽量でしかも焼付きを生じにくく、耐摩耗性にも優
れたバルブと、このバルブと好適に組み合わせ使用可能
であって耐摩耗性に優れ、塑性変形を生じることのない
バルブシートとを提供することができる。これらのバル
ブシートおよびバルブは高回転・高出力型のいわゆる高
性能エンジンを実現するものであり、しかも長期耐久性
にも優れていることから例えばレース用の高性能エンジ
ンのみならず一般市販車の用途にも好適に利用可能であ
る。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, because of the above-mentioned structure, a valve that is lightweight, does not easily cause seizure, and is excellent in wear resistance; It is possible to provide a valve seat that has excellent properties and does not cause plastic deformation. These valve seats and valves realize a so-called high-performance engine of high rotation and high output type, and because they are also excellent in long-term durability, for example, not only high-performance engines for racing but also general commercial vehicles It can be suitably used for applications.

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

【図1】本発明のバルブの一例の概略を示す側面図であ
る。
FIG. 1 is a side view schematically showing an example of a valve of the present invention.

【図2】実施例および比較例で使用した摩耗試験機の概
略を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an outline of an abrasion tester used in Examples and Comparative Examples.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 バルブ 2 バルブフェース部 10 熱源 20 バルブシート 1 valve 2 valve face 10 heat source 20 valve seat

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ビッカース硬度(Hv)がHv≧600
の硬度を有するとともに、酸素或いは窒素または酸素お
よび窒素が固溶した厚さ3μm以上、25μm以下のチ
タン合金硬化層を有するバルブフェース部をもつバルブ
と、重量で、C:0.4〜1.5%、ならびにCu,C
o,Niよりなる群から選択される少なくとも1種の元
素0.5〜10.0%を含有し、残部が実質的にFeか
らなるとともにビッカース硬度(Hv)がHv:170
〜350に調整されたバルブシートとからなるバルブお
よびバルブシート組立体。
1. The Vickers hardness (Hv) is Hv ≧ 600.
And a valve having a valve face portion having a hardness of 3 μm or more and 25 μm or less of a titanium alloy hardened layer in which oxygen or nitrogen or oxygen and nitrogen are solid-dissolved, and C: 0.4 to 1. 5%, Cu, C
and at least one element selected from the group consisting of Ni and 0.5 to 10.0%, the balance being substantially Fe and having a Vickers hardness (Hv) of Hv: 170.
A valve and valve seat assembly comprising a valve seat adjusted to ~ 350.
【請求項2】 ビッカース硬度(Hv)がHv≧600
の硬度を有するとともに、酸素或いは窒素または酸素お
よび窒素が固溶した厚さ1μm以上、25μm以下のチ
タン合金硬化層を有するバルブフェース部をもつバルブ
と、重量で、C:0.4〜1.5%、Pb:5.0〜2
0.0%、ならびにCu,Co,Niよりなる群から選
択される少なくとも1種の元素0.5〜10.0%を含
有し、残部が実質的にFeからなるとともにビッカース
硬度(Hv)がHv:170〜350に調整されたバル
ブシートとからなるバルブおよびバルブシート組立体。
2. The Vickers hardness (Hv) is Hv ≧ 600.
And a valve having a valve face portion having a hardness of 1 μm or more and 25 μm or less of a titanium alloy hardened layer in which oxygen or nitrogen or oxygen and nitrogen are solid-dissolved, and C: 0.4 to 1. 5%, Pb: 5.0-2
0.0% and 0.5 to 10.0% of at least one element selected from the group consisting of Cu, Co, and Ni, and the balance being substantially Fe and having a Vickers hardness (Hv). Hv: A valve and valve seat assembly comprising a valve seat adjusted to 170 to 350.
【請求項3】 バルブフェース部の材質が、ニアα型チ
タン合金であることを特徴とする請求項1あるいは2記
載および第3項記載のバルブおよびバルブシート組立
体。
3. The valve and valve seat assembly according to claim 1 or 2, wherein the material of the valve face portion is a near α type titanium alloy.
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