JPH06229213A - 吸・排気バルブとその製造方法 - Google Patents
吸・排気バルブとその製造方法Info
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- JPH06229213A JPH06229213A JP3911091A JP3911091A JPH06229213A JP H06229213 A JPH06229213 A JP H06229213A JP 3911091 A JP3911091 A JP 3911091A JP 3911091 A JP3911091 A JP 3911091A JP H06229213 A JPH06229213 A JP H06229213A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 全体として軽量で耐熱強度に優れ、かさ部お
よび首部において高温クリープ強度が高く、軸部におい
て常温強度が高い材質組織性状の吸・排気バルブとその
製造方法を提供する。 【構成】 Ａｌ40〜55at％で残部がＴｉの反応合成法に
よるＴｉＡｌ系金属間化合物からなり、かさ部および首
部の平均結晶粒径が35〜500 μm 、軸部の平均結晶粒径
が25μm 以下の材質組織を備える。前記材質組織の吸・
排気バルブは、ＴｉとＡｌの混合粉末を圧縮成形、脱気
処理、熱間押出等の塑性加工を施して緻密な混合体を形
成したのち、かさ部および首部に相当する部位の加工度
が低く、軸部に相当する部位の加工度が高くなる条件で
バルブ形状に押出鍛造成形し、ついでＨＩＰ処理により
反応合成させてＴｉＡｌ系金属間化合物に転化する。
よび首部において高温クリープ強度が高く、軸部におい
て常温強度が高い材質組織性状の吸・排気バルブとその
製造方法を提供する。 【構成】 Ａｌ40〜55at％で残部がＴｉの反応合成法に
よるＴｉＡｌ系金属間化合物からなり、かさ部および首
部の平均結晶粒径が35〜500 μm 、軸部の平均結晶粒径
が25μm 以下の材質組織を備える。前記材質組織の吸・
排気バルブは、ＴｉとＡｌの混合粉末を圧縮成形、脱気
処理、熱間押出等の塑性加工を施して緻密な混合体を形
成したのち、かさ部および首部に相当する部位の加工度
が低く、軸部に相当する部位の加工度が高くなる条件で
バルブ形状に押出鍛造成形し、ついでＨＩＰ処理により
反応合成させてＴｉＡｌ系金属間化合物に転化する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の内燃機関に
使用される吸・排気バルブに係り、詳しくはＴｉＡｌ系
金属間化合物により構成された軽量で強度特性に優れる
吸・排気バルブとその製造方法に関する。
使用される吸・排気バルブに係り、詳しくはＴｉＡｌ系
金属間化合物により構成された軽量で強度特性に優れる
吸・排気バルブとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車等の内燃機関に装備される吸・排
気バルブは高温の燃焼雰囲気（排気時800 ℃以上）に曝
されるため、従来から耐熱性に優れる金属材料によって
構成されている。ところが、自動車部材の高性能指向に
伴ってバルブ材にも軽量化の要求が高まっている。
気バルブは高温の燃焼雰囲気（排気時800 ℃以上）に曝
されるため、従来から耐熱性に優れる金属材料によって
構成されている。ところが、自動車部材の高性能指向に
伴ってバルブ材にも軽量化の要求が高まっている。
【０００３】吸・排気バルブは、図１に示すように軸端
部１を備える軸部２の先端に曲面拡大する首部３とフェ
ース４およびマージン５を有するかさ部６を形成して一
体に構成されており、材質として高密度組織（約8000kg
/m3)の耐熱鋼、Ｎｉ合金等が一般に使用されている。こ
の他、密度が4500kg/m3 程度のＴｉ合金が利用されるこ
ともあるが、Ｔｉの使用温度は高々600 ℃であるため温
度環境の緩やかな吸気バルブへの適用に留まっている。
部１を備える軸部２の先端に曲面拡大する首部３とフェ
ース４およびマージン５を有するかさ部６を形成して一
体に構成されており、材質として高密度組織（約8000kg
/m3)の耐熱鋼、Ｎｉ合金等が一般に使用されている。こ
の他、密度が4500kg/m3 程度のＴｉ合金が利用されるこ
ともあるが、Ｔｉの使用温度は高々600 ℃であるため温
度環境の緩やかな吸気バルブへの適用に留まっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】通常、金属材料の耐力
は結晶粒径に依存し、これが微細なほど高強度となる。
しかし、逆に高温クリープ強度は結晶粒径が微細なほど
低下する。したがって、金属材料によりバルブを構成す
る場合には、高温に曝されるかさ部および首部を高温ク
リープ強度に優れる粗大な結晶粒で構成し、比較的低温
環境にある軸部は良好な常温強度が付与される微細な結
晶粒で構成することが好適な材質組織となる。
は結晶粒径に依存し、これが微細なほど高強度となる。
しかし、逆に高温クリープ強度は結晶粒径が微細なほど
低下する。したがって、金属材料によりバルブを構成す
る場合には、高温に曝されるかさ部および首部を高温ク
リープ強度に優れる粗大な結晶粒で構成し、比較的低温
環境にある軸部は良好な常温強度が付与される微細な結
晶粒で構成することが好適な材質組織となる。
【０００５】本発明は、ＴｉＡｌ系の金属間化合物が軽
量（密度約4000kg/m3)で高温強度に優れており、特にＴ
ｉとＡｌの緻密な混合体を反応焼結させて合成するＴｉ
Ａｌ系金属間化合物においては結晶粒径の調整が比較的
容易である点に着目して研究を重ねた結果開発に至った
もので、その目的は全体として軽量かつ耐熱強度に優
れ、かさ部および首部において高温クリープ強度が高
く、軸部においては常温強度の高い材質組織性状を備え
る吸・排気バルブとその製造方法を提供することにあ
る。
量（密度約4000kg/m3)で高温強度に優れており、特にＴ
ｉとＡｌの緻密な混合体を反応焼結させて合成するＴｉ
Ａｌ系金属間化合物においては結晶粒径の調整が比較的
容易である点に着目して研究を重ねた結果開発に至った
もので、その目的は全体として軽量かつ耐熱強度に優
れ、かさ部および首部において高温クリープ強度が高
く、軸部においては常温強度の高い材質組織性状を備え
る吸・排気バルブとその製造方法を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による吸・排気バルブは、Ａｌ40〜55at％で
残部がＴｉの反応合成法によるＴｉＡｌ系金属間化合物
からなり、かさ部および首部の平均結晶粒径が35〜500
μm 、軸部の平均結晶粒径が25μm 以下の材質組織を備
えることを構成上の特徴とする。
めの本発明による吸・排気バルブは、Ａｌ40〜55at％で
残部がＴｉの反応合成法によるＴｉＡｌ系金属間化合物
からなり、かさ部および首部の平均結晶粒径が35〜500
μm 、軸部の平均結晶粒径が25μm 以下の材質組織を備
えることを構成上の特徴とする。
【０００７】本発明に言う軸部、首部およびかさ部は、
図１にそれぞれ２、３、４で示した各部位を指すものと
する。
図１にそれぞれ２、３、４で示した各部位を指すものと
する。
【０００８】本発明において、吸・排気バルブを反応合
成法で作成されたＡｌ40〜55at％で残部がＴｉからなる
組成のＴｉＡｌ系金属間化合物で形成することは、材質
に高度の機械的強度ならびに延性を付与するための前提
的要件となる。その他の第三成分としてＭｎを含有させ
ると、反応焼結の過程で起こるポアの発生現象を抑制す
る効果がある。好適なＭｎの含有量は0.05〜10at％の範
囲で、0.05at％未満では前記のポア抑制効果が効果的に
発揮されず、10at％を越えると延性が大幅に減退する不
都合な結果を招く。
成法で作成されたＡｌ40〜55at％で残部がＴｉからなる
組成のＴｉＡｌ系金属間化合物で形成することは、材質
に高度の機械的強度ならびに延性を付与するための前提
的要件となる。その他の第三成分としてＭｎを含有させ
ると、反応焼結の過程で起こるポアの発生現象を抑制す
る効果がある。好適なＭｎの含有量は0.05〜10at％の範
囲で、0.05at％未満では前記のポア抑制効果が効果的に
発揮されず、10at％を越えると延性が大幅に減退する不
都合な結果を招く。
【０００９】かさ部および首部と軸部の平均結晶粒径を
特定化する理由は、かさ部および首部の平均結晶粒径が
35μm 未満ではクリープ強度が減退し、500 μm を越え
ると常温強度が低下するためであり、他方、軸部の平均
結晶粒径が25μm を上廻ると常温強度が低下する結果を
与えるからである。
特定化する理由は、かさ部および首部の平均結晶粒径が
35μm 未満ではクリープ強度が減退し、500 μm を越え
ると常温強度が低下するためであり、他方、軸部の平均
結晶粒径が25μm を上廻ると常温強度が低下する結果を
与えるからである。
【００１０】上記材質組織の吸・排気バルブを製造する
ための本発明による製造方法は、Ｔｉ粉末とＡｌ粉末を
混合し、塑性加工を施して緻密な混合体を形成したの
ち、かさ部および首部に相当する部位の加工度が低く、
軸部に相当する部位の加工度が高くなる条件でバルブ形
状に押出鍛造成形し、ついで成形体を反応合成させるこ
とによりＴｉＡｌ系金属系化合物に転化することを特徴
とする。
ための本発明による製造方法は、Ｔｉ粉末とＡｌ粉末を
混合し、塑性加工を施して緻密な混合体を形成したの
ち、かさ部および首部に相当する部位の加工度が低く、
軸部に相当する部位の加工度が高くなる条件でバルブ形
状に押出鍛造成形し、ついで成形体を反応合成させるこ
とによりＴｉＡｌ系金属系化合物に転化することを特徴
とする。
【００１１】具体的な製造プロセスは、まずＴｉ粉末と
ＡｌまたはＡｌ合金粉末に必要な金属成分を添加して混
合し、圧縮成形および脱気処理をおこなったのち、アル
ミニウム合金容器内に真空封入し熱間押出等の塑性加工
を施して緻密な混合体を形成する。
ＡｌまたはＡｌ合金粉末に必要な金属成分を添加して混
合し、圧縮成形および脱気処理をおこなったのち、アル
ミニウム合金容器内に真空封入し熱間押出等の塑性加工
を施して緻密な混合体を形成する。
【００１２】ついで、押出鍛造によりバルブ形状に成形
する。この際、バルブのかさ部および首部に相当する部
位の加工度を低く、軸部に相当する部位の加工度が高く
なる条件を与えることによって反応合成後の平均結晶粒
径がかさ部および首部において35〜500 μm 、軸部にお
いて25μm 以下の組織性状になるように制御する。成形
体は、最終的にＨＩＰ（熱間静水圧）装置を用いて反応
合成することによりＴｉＡｌ系金属間化合物に転化す
る。
する。この際、バルブのかさ部および首部に相当する部
位の加工度を低く、軸部に相当する部位の加工度が高く
なる条件を与えることによって反応合成後の平均結晶粒
径がかさ部および首部において35〜500 μm 、軸部にお
いて25μm 以下の組織性状になるように制御する。成形
体は、最終的にＨＩＰ（熱間静水圧）装置を用いて反応
合成することによりＴｉＡｌ系金属間化合物に転化す
る。
【００１３】
【作用】本発明による吸・排気バルブは、軽量で高度の
機械的強度および延性を付与する組成のＴｉＡｌ系金属
間化合物からなり、高温に曝されるかさ部および首部は
高温クリープ強度に優れる粗大な結晶粒により、比較的
低温の環境下で使用される軸部は常温強度に優れる微細
な結晶粒により構成されている。このため、バルブの構
成部位が使用温度に応じた強度性能を具備しているか
ら、全体としての耐久寿命が大幅に改善される。
機械的強度および延性を付与する組成のＴｉＡｌ系金属
間化合物からなり、高温に曝されるかさ部および首部は
高温クリープ強度に優れる粗大な結晶粒により、比較的
低温の環境下で使用される軸部は常温強度に優れる微細
な結晶粒により構成されている。このため、バルブの構
成部位が使用温度に応じた強度性能を具備しているか
ら、全体としての耐久寿命が大幅に改善される。
【００１４】また、本発明の製造方法によれば、Ｔｉ粉
末とＡｌ粉末を混合し、反応合成前の段階においてバル
ブのかさ部および首部の加工度を低く、軸部の加工度を
高くする条件で塑性加工を施すことにより前記した組成
性状のＴｉＡｌ系金属間化合物を効率的に得ることが可
能となる。
末とＡｌ粉末を混合し、反応合成前の段階においてバル
ブのかさ部および首部の加工度を低く、軸部の加工度を
高くする条件で塑性加工を施すことにより前記した組成
性状のＴｉＡｌ系金属間化合物を効率的に得ることが可
能となる。
【００１５】
【実施例】粒径 149μm 以下のＴｉ粉末と粒径 149μm
以下のＡｌ粉末またはＡｌ合金粉末を所定の配合比率で
混合し、混合物をＣＩＰ（冷間静水圧）成形したのち脱
気処理を施した。ついで、アルミニウム合金缶へ真空封
入し、そのまま押出比25％、押出温度375 ℃の条件で熱
間押出をおこなった。その後、直径35mm、高さ18mmに成
形したのち、常温において歪速度10-1/sec、かさ部径3
5.5mm、軸部径8.5mmの条件によりバルブ形状に押出鍛造
成形した。
以下のＡｌ粉末またはＡｌ合金粉末を所定の配合比率で
混合し、混合物をＣＩＰ（冷間静水圧）成形したのち脱
気処理を施した。ついで、アルミニウム合金缶へ真空封
入し、そのまま押出比25％、押出温度375 ℃の条件で熱
間押出をおこなった。その後、直径35mm、高さ18mmに成
形したのち、常温において歪速度10-1/sec、かさ部径3
5.5mm、軸部径8.5mmの条件によりバルブ形状に押出鍛造
成形した。
【００１６】このようにして得られた鍛造バルブ材のか
さ部および首部に相当する部分の金属組織写真を図２
に、また軸部の金属組織写真を図３に示した。かさ部お
よび首部に相当する部位は軸部に比べて低加工の組織で
あることが認められる。
さ部および首部に相当する部分の金属組織写真を図２
に、また軸部の金属組織写真を図３に示した。かさ部お
よび首部に相当する部位は軸部に比べて低加工の組織で
あることが認められる。
【００１７】ついで、鍛造材を温度1300℃、圧力152GP
a、時間２hrs.の条件でＨＩＰ（熱間静水圧）処理をお
こなって反応焼結させ、ＴｉＡｌ系金属間化合物を合成
した。得られたバルブのかさ部、首部および軸部の平均
結晶粒径を測定し、その結果を原料組成と対比して表１
に示した。
a、時間２hrs.の条件でＨＩＰ（熱間静水圧）処理をお
こなって反応焼結させ、ＴｉＡｌ系金属間化合物を合成
した。得られたバルブのかさ部、首部および軸部の平均
結晶粒径を測定し、その結果を原料組成と対比して表１
に示した。
【００１８】
【００１９】また、押出材に冷間スエジング加工を施
し、加工度の異なる種々の丸棒を作製したのち同様にＨ
ＩＰ処理して平均結晶粒径の異なるＴｉＡｌ系金属間化
合物を得た。これらの材料につき、常温時の引張強度お
よび 810℃の温度で 100時間処理した際のクリープ破断
強度を測定し、結果を原料組成と対比させて表２に示し
た。
し、加工度の異なる種々の丸棒を作製したのち同様にＨ
ＩＰ処理して平均結晶粒径の異なるＴｉＡｌ系金属間化
合物を得た。これらの材料につき、常温時の引張強度お
よび 810℃の温度で 100時間処理した際のクリープ破断
強度を測定し、結果を原料組成と対比させて表２に示し
た。
【００２０】
【００２１】表２の結果から、本発明により製造される
ＴｉＡｌ系金属間化合物は、結晶粒系が微細なほど常温
引張強度が高く、結晶粒径が粗大なほど高温クリープ強
度が高くなっていることが認められる。したがって、表
１のバルブはかさ部および首部において高水準の耐熱強
度を備え、軸部において必要な高引張強度を有している
ことが判る。
ＴｉＡｌ系金属間化合物は、結晶粒系が微細なほど常温
引張強度が高く、結晶粒径が粗大なほど高温クリープ強
度が高くなっていることが認められる。したがって、表
１のバルブはかさ部および首部において高水準の耐熱強
度を備え、軸部において必要な高引張強度を有している
ことが判る。
【００２２】
【発明の効果】以上のとおり、本発明に従えば全体とし
て軽量で耐熱強度に優れ、かさ部および首部の構成部位
おいて高温クリープ強度が高く、軸部において常温引張
強度の高い独特の材質組織性状を備える吸・排気バルブ
が提供される。したがって、自動車等の内燃機関に装備
される吸・排気バルブの材質要求性能を十分に満たすも
のである。
て軽量で耐熱強度に優れ、かさ部および首部の構成部位
おいて高温クリープ強度が高く、軸部において常温引張
強度の高い独特の材質組織性状を備える吸・排気バルブ
が提供される。したがって、自動車等の内燃機関に装備
される吸・排気バルブの材質要求性能を十分に満たすも
のである。
【図１】吸・排気バルブを示した説明図である。
【図２】本発明による押出鍛造後のバルブにおいて、か
さ部および首部に相当する部位の金属組織を示した顕微
鏡拡大写真である。
さ部および首部に相当する部位の金属組織を示した顕微
鏡拡大写真である。
【図３】本発明による押出鍛造後のバルブにおいて、軸
部の金属組織を示した顕微鏡拡大写真である。
部の金属組織を示した顕微鏡拡大写真である。
１ 軸端部 ２ 軸部 ３ 首部 ４ フェース ５ マージン ６ かさ部
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年１０月１４日
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】本発明による押出鍛造後のバルブにおいて、か
さ部および首部に相当する部位の金属組織を示した顕微
鏡拡大図である。
さ部および首部に相当する部位の金属組織を示した顕微
鏡拡大図である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】本発明による押出鍛造後のバルブにおいて、軸
部の金属組織を示した顕微鏡拡大図である。
部の金属組織を示した顕微鏡拡大図である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
Claims (2)
- 【請求項１】 Ａｌ40〜55at％で残部がＴｉの反応合成
法によるＴｉＡｌ系金属間化合物からなり、かさ部およ
び首部の平均結晶粒径が35〜500 μm 、軸部の平均結晶
粒径が25μm 以下の材質組織を備える吸・排気バルブ。 - 【請求項２】 Ｔｉ粉末とＡｌ粉末を混合し、塑性加工
を施して緻密な混合体を形成したのち、かさ部および首
部に相当する部位の加工度が低く、軸部に相当する部位
の加工度が高くなる条件でバルブ形状に押出鍛造成形
し、ついで成形体を反応合成させることによりＴｉＡｌ
系金属間化合物に転化することを特徴とする吸・排気バ
ルブの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3039110A JPH086565B2 (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | 吸・排気バルブとその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3039110A JPH086565B2 (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | 吸・排気バルブとその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06229213A true JPH06229213A (ja) | 1994-08-16 |
| JPH086565B2 JPH086565B2 (ja) | 1996-01-24 |
Family
ID=12543944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3039110A Expired - Lifetime JPH086565B2 (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | 吸・排気バルブとその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH086565B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000135543A (ja) * | 1998-10-29 | 2000-05-16 | Toyota Motor Corp | チタン系金属の鍛造方法、エンジンバルブの製造方法およびエンジンバルブ |
| KR100544955B1 (ko) * | 1998-06-08 | 2006-01-24 | 신터스탈 게엠베하 | 내연기관용 γ-ＴｉＡｌ 베이스 합금의 포핏밸브의 제조방법 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59117212A (ja) * | 1982-12-24 | 1984-07-06 | 日本電気株式会社 | 電解コンデンサ用多孔質焼結体の製造方法 |
| JPS61229907A (ja) * | 1985-04-02 | 1986-10-14 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | エンジンの動弁機構 |
| JPH02200743A (ja) * | 1989-01-30 | 1990-08-09 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | Ｔｉ―Ａｌ系金属間化合物部材の成形法 |
-
1991
- 1991-02-08 JP JP3039110A patent/JPH086565B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59117212A (ja) * | 1982-12-24 | 1984-07-06 | 日本電気株式会社 | 電解コンデンサ用多孔質焼結体の製造方法 |
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| JPH02200743A (ja) * | 1989-01-30 | 1990-08-09 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | Ｔｉ―Ａｌ系金属間化合物部材の成形法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100544955B1 (ko) * | 1998-06-08 | 2006-01-24 | 신터스탈 게엠베하 | 내연기관용 γ-ＴｉＡｌ 베이스 합금의 포핏밸브의 제조방법 |
| JP2000135543A (ja) * | 1998-10-29 | 2000-05-16 | Toyota Motor Corp | チタン系金属の鍛造方法、エンジンバルブの製造方法およびエンジンバルブ |
| US6599467B1 (en) | 1998-10-29 | 2003-07-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Process for forging titanium-based material, process for producing engine valve, and engine valve |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH086565B2 (ja) | 1996-01-24 |
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