JPH08144722A - Engine valve for internal combustion engine and its manufacture - Google Patents
Engine valve for internal combustion engine and its manufactureInfo
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- JPH08144722A JPH08144722A JP28305294A JP28305294A JPH08144722A JP H08144722 A JPH08144722 A JP H08144722A JP 28305294 A JP28305294 A JP 28305294A JP 28305294 A JP28305294 A JP 28305294A JP H08144722 A JPH08144722 A JP H08144722A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、引張強度が確保され、
向上されたバルブ軸端面の耐摩耗性と耐熱性と耐衝撃性
を有するエンジンバルブの構造及びその製法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention ensures tensile strength,
The present invention relates to a structure of an engine valve having improved wear resistance, heat resistance and impact resistance of a valve shaft end surface, and a manufacturing method thereof.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、チタン金属を用いて形成した内燃
機関のエンジンバルブの本体は、高い強度が得られる
が、耐熱性が不足するために、ほとんどが吸気弁にのみ
使用しており、排気弁には、使用されていなかった。2. Description of the Related Art Conventionally, a main body of an engine valve of an internal combustion engine formed of titanium metal has high strength, but most of it is used only for an intake valve due to lack of heat resistance. The valve was never used.
【０００３】また、このようなチタンエンジンバルブ
は、カムとの衝突を繰り返すバルブ弁と反対の端には、
その耐衝撃力を増すために、また、耐摩耗性を確保する
ために、Ｃｏ基、Ｎｉ基、Ｆｅ基等の異種合金材を、ろ
う付け等により溶接して耐摩耗性部分を形成していた。In addition, such a titanium engine valve has a valve valve at the end opposite to the valve valve which repeatedly collides with the cam.
In order to increase the impact resistance and to secure the wear resistance, different alloy materials such as Co base, Ni base, Fe base are welded by brazing or the like to form the wear resistant portion. It was
【０００４】然し乍ら、これらのろう付け溶接は、その
異種合金材とバルブ本体との溶接すべき面の端部だけに
形成することになりがちになり、異種合金材とバルブ本
体のチタン合金材との間に充分な溶着強度が確保できな
く、また、溶接作業に手間がかかり、信頼性のある溶接
強度が保持できなかった。However, these brazing welds tend to be formed only at the end portions of the surfaces of the dissimilar alloy material and the valve body to be welded, and the dissimilar alloy material and the titanium alloy material of the valve body should be joined together. During this period, sufficient welding strength could not be secured, and the welding work was time-consuming, and reliable welding strength could not be maintained.
【０００５】Ｔｉ−Ａｌ系耐熱合金は、耐高温超時間加
熱脆化特性にすぐれている合金材料として、知られてい
る（特開平３−２３６４５４号参照）。A Ti-Al heat-resistant alloy is known as an alloy material having excellent resistance to high-temperature heat-time embrittlement (see Japanese Patent Laid-Open No. 3-236454).
【０００６】また、Ｔｉ−Ａｌ系耐熱合金により、精密
鋳造法によりエンジン用部品を製造し、次に、製造した
エンジン用部品に、ＨＩＰ処理を施すことにより、エン
ジン用部品を製造することは、従来、知られている（特
開平６−２０９５号参照）。このＴｉ−Ａｌ合金は、Ｔ
ｉ3Ａｌ（α2）相とＴｉＡｌ（γ）相が層状になったも
のである。これは、延性に乏しいが、高い強度となる。
従って、この技術は、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物のみ
を、ＨＩＰ処理等により、層状にしたものを、エンジン
バルブ等に用いている。この技術だけでは、エンジン形
式によっては、バルブ軸端面の耐摩耗性が十分ではな
い。Further, it is possible to manufacture an engine part by a precision casting method using a Ti-Al heat-resistant alloy, and then subject the manufactured engine part to a HIP process to manufacture an engine part. Conventionally, it is known (see Japanese Patent Laid-Open No. 6-2095). This Ti-Al alloy is
The i 3 Al (α 2 ) phase and the TiAl (γ) phase are layered. It has poor ductility but high strength.
Therefore, in this technique, only the Ti-Al intermetallic compound is layered by HIP treatment or the like and used for an engine valve or the like. With this technology alone, the wear resistance of the end face of the valve shaft is not sufficient depending on the engine type.
【０００７】また、Ｔｉ−Ａｌ合金をエンジンバルブ本
体とするエンジンバルブに、中間材として、オーステナ
イト系鋼若しくは耐熱鋼又はＮｉ基若しくはＣｏ基超合
金を用いて、構造用鋼との接合を、摩擦圧接する形成方
法は、従来行なわれていた（特開平２−１３３１８３号
参照）。然し乍ら、この従来技術では、上記のように、
中間層を媒介を利用して、Ｔｉ−Ａｌ合金とマルテンサ
イト系耐熱鋼とは、接合されている。Further, in an engine valve having a Ti-Al alloy as a main body of an engine valve, austenitic steel or heat-resistant steel, or Ni-base or Co-base superalloy is used as an intermediate material to bond the structural steel with friction. The forming method of pressing is conventionally performed (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-133183). However, in this conventional technique, as described above,
The Ti-Al alloy and the martensitic heat-resistant steel are joined by using the intermediate layer as a medium.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、吸気弁にも
排気弁にも使用できるチタン金属系の強度が確保され、
耐熱性、耐摩耗性、耐衝撃性、引張強度が改良された内
燃機関用エンジンバルブを提供することを目的とする。
更に、本発明は、溶接作業に手間がかからず、溶接強度
が確保される一体化したチタン金属系のエンジンバルブ
を提供することを目的とする。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention ensures the strength of a titanium metal system that can be used for both intake valves and exhaust valves.
An object of the present invention is to provide an engine valve for an internal combustion engine having improved heat resistance, wear resistance, impact resistance, and tensile strength.
A further object of the present invention is to provide an integrated titanium metal engine valve in which welding work is trouble-free and welding strength is secured.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明によると、Ｔｉ−
Ａｌの金属間化合物の精密鋳造により、エンジンバルブ
本体を形成し、焼き入れ可能な耐熱鋼で、エンジンバル
ブの軸端部分を形成し、この両者の接合面を摩擦溶接し
た後に、徐冷処理を行なうことにより、接合構造を形成
した、耐熱性と耐摩耗性と耐衝撃性の向上した内燃機関
用エンジンバルブを提供する。そして、徐冷処理は、冷
却過程において、一旦、５００〜７００℃の温度に、１
０〜２０分間保持した後に、放冷することによる。ま
た、Ｔｉ−Ａｌの金属間化合物は、Ｔｉ3Ａｌ金属間化
合物０．１モル％〜１０モル％、ＴｉＡｌ金属間化合物
９０モル％〜９９．９モル％の割合であり、全体に対し
て、０．１〜２．０重量％のＳｉと、０．１〜５．０重
量％のＮｂと０．１〜３．０重量％のＣｒを含有するも
のが好適である。また、Ｔｉ−Ａｌの金属間化合物は、
ＴｉＡｌの金属間化合物を主成分として含有する精密鋳
造体である。According to the present invention, Ti-
The engine valve body is formed by precision casting of an Al intermetallic compound, and the shaft end portion of the engine valve is formed with heat-resistant steel that can be hardened. After friction welding the joining surfaces of both, an annealing treatment is performed. An engine valve for an internal combustion engine, which has a joined structure and is improved in heat resistance, wear resistance, and impact resistance, is provided. In the cooling process, the slow cooling process is performed once at a temperature of 500 to 700 ° C.
By holding for 0 to 20 minutes and then allowing to cool. Further, the Ti-Al intermetallic compound is in a proportion of 0.1 mol% to 10 mol% of Ti 3 Al intermetallic compound and 90 mol% to 99.9 mol% of TiAl intermetallic compound, and A material containing 0.1 to 2.0% by weight of Si, 0.1 to 5.0% by weight of Nb and 0.1 to 3.0% by weight of Cr is preferable. Further, the Ti-Al intermetallic compound is
It is a precision cast body containing an intermetallic compound of TiAl as a main component.
【００１０】[0010]
【作用】本発明による内燃機関エンジンバルブ本体の形
成に利用するＴｉ−Ａｌ系金属間化合物は、Ｔｉ3Ａｌ
金属間化合物とＴｉＡｌ金属間化合物とが、適当な割合
に含有している金属間化合物混合粉末の精密鋳造された
ものである。即ち、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物を母材と
して内燃機関用エンジンバルブの本体を形成したもので
ある。Ti-Al system intermetallic compound to be used for formation of the internal combustion engine valve body according to the action of the present invention, Ti 3 Al
The intermetallic compound and the TiAl intermetallic compound are precision-cast products of an intermetallic compound mixed powder that is contained in an appropriate ratio. That is, a main body of an engine valve for an internal combustion engine is formed by using a Ti-Al intermetallic compound as a base material.
【００１１】ＴｉＡｌ金属間化合物は、６０％の金属結
合と４０％の共有結合とからなり、化学量論組成（Ｔｉ
−５０原子％Ａｌ）のＡｌ側に、広い固溶領域を有し、
第３の元素（金属）も固溶可能である。そして、この金
属間化合物は、セラミックスに近い低密度を有し、高温
での比強度（強度／密度）は、Ｎｉ基超合金インコネル
７１３やインコネル７１８に勝るすぐれた材料となる。The TiAl intermetallic compound consists of 60% metal bond and 40% covalent bond and has a stoichiometric composition (Ti
-50 atomic% Al) has a large solid solution region on the Al side,
The third element (metal) can also be solid-dissolved. This intermetallic compound has a low density close to that of ceramics, and has a specific strength (strength / density) at high temperatures superior to that of Ni-base superalloy Inconel 713 and Inconel 718.
【００１２】本発明によると、Ｔｉ−Ａｌの金属間化合
物で形成されるエンジンバルブの本体は、精密鋳造法で
製造される。According to the present invention, the main body of the engine valve formed of the Ti-Al intermetallic compound is manufactured by the precision casting method.
【００１３】Ｔｉ3Ａｌ金属間化合物の結晶構造は、DO
19型、六方晶系であり、これに対して、ＴｉＡｌ金属間
化合物の結晶構造は、ＬＩ0型の面心正方晶である。The crystal structure of the Ti 3 Al intermetallic compound is DO
19-a hexagonal, whereas the crystal structure of the TiAl intermetallic compound is face-centered tetragonal of LI 0 type.
【００１４】更に、本発明により、エンジンバルブ本体
を形成する材料として、利用されるＴｉ−Ａｌの金属間
化合物は、Ｔｉ3Ａｌ金属間化合物０．１モル％〜１０
モル％、ＴｉＡｌ金属間化合物９０モル％〜９９．９モ
ル％の割合であり、全体に対して、０．１〜２．０重量
％のＳｉと、０．１〜５．０重量％のＮｂと０．１〜
３．０重量％のＣｒを含有する。即ち、ＴｉＡｌ金属間
化合物を主成分として、Ｔｉ3Ａｌ金属間化合物を少量
混合しているものである。Further, according to the present invention, the Ti-Al intermetallic compound used as a material for forming the engine valve main body is Ti 3 Al intermetallic compound of 0.1 mol% to 10%.
Mol%, TiAl intermetallic compound 90 mol% to 99.9 mol%, and 0.1 to 2.0 wt% Si and 0.1 to 5.0 wt% Nb with respect to the whole. And 0.1
It contains 3.0% by weight of Cr. That is, the TiAl intermetallic compound is the main component and a small amount of Ti 3 Al intermetallic compound is mixed.
【００１５】Ｓｉの添加は、Ｎｂと共に耐酸化性の向上
が目的であり、０．１重量％未満では、効果がなく、
２．０重量％を超えると、効果は一定となる。また、Ｎ
ｂは、耐酸化性と延性の向上に効果があり、０．１重量
％未満では、効果がなく、５．０重量％を超えると、耐
酸化性は向上するが、延性の面では、脆性化する。Ｃｒ
の添加は、強度の向上が目的であり、０．１重量％未満
では、効果がなく、３．０重量％を超えると、延性と耐
酸化性を阻害する。The addition of Si is aimed at improving the oxidation resistance together with Nb. If it is less than 0.1% by weight, it has no effect.
If it exceeds 2.0% by weight, the effect becomes constant. Also, N
b is effective in improving oxidation resistance and ductility. If it is less than 0.1% by weight, it has no effect, and if it exceeds 5.0% by weight, oxidation resistance is improved, but in terms of ductility, it is brittle. Turn into. Cr
Is added for the purpose of improving the strength. If it is less than 0.1% by weight, it has no effect, and if it exceeds 3.0% by weight, ductility and oxidation resistance are impaired.
【００１６】この重量％に相当する原子％は、図１にお
いて、４７原子％Ａｌに相当している。図１では、点線
で記した箇所の組成である。この場合において、本発明
によるＴｉ−Ａｌ系金属間化合物を構成するものは、Ｘ
線回折線により測定したところによると、ＴｉＡｌ金属
間化合物を主成分とし、Ｔｉ3Ａｌ金属間化合物を、２
０容量％含有していた。The atomic% corresponding to this weight% corresponds to 47 atomic% Al in FIG. In FIG. 1, the composition is indicated by the dotted line. In this case, what constitutes the Ti—Al-based intermetallic compound according to the present invention is X
According to the measurement by the line diffraction line, the TiAl intermetallic compound was the main component and the Ti 3 Al intermetallic compound was 2%.
It contained 0% by volume.
【００１７】更に、本発明に用いるＴｉ−Ａｌの金属間
化合物は、精密鋳造体であり、ＨＩＰ処理を、１０００
〜１２００℃の温度範囲及び１０００〜３０００気圧の
範囲で行なうことにより、充分な強度を確保できる。こ
のように、本発明により用いるＴｉ−Ａｌ系金属間化合
物は、ＨＩＰ処理を活用することにより、成形できるも
のである。Further, the Ti-Al intermetallic compound used in the present invention is a precision cast body, and is subjected to HIP treatment at 1000
Sufficient strength can be secured by carrying out in the temperature range of up to 1200 ° C and the range of 1000 to 3000 atm. Thus, the Ti-Al-based intermetallic compound used in the present invention can be molded by utilizing the HIP treatment.
【００１８】次に、バルブの軸端部分（即ち、カムと接
触する端面を有する部分）を形成するために、用いる耐
熱鋼としては、焼き入れ可能のマルテンサイト系耐熱合
金であり、例えば、ＳＵＨ１１、ＳＵＨ３等のマルテン
サイト系の耐熱鋼で形成する。そして、その溶接すべき
接合端面面同志を、圧接して、摩擦溶接したものであ
る。Next, the heat-resistant steel used to form the shaft end portion of the valve (that is, the portion having the end surface that contacts the cam) is a hardenable martensite heat-resistant alloy, for example, SUH11. , SUH3 and other heat resistant martensitic steels. Then, the joint end face surfaces to be welded are pressed together and friction welded.
【００１９】この摩擦溶接の条件は、次のようなもので
ある。回転速度：２０００〜５０００ｒｐｍ、回転時
間：２〜５秒間、圧力：３０〜６０kgf／mm2で、両者の
端面を接触させながら、接触回転して、急速に停止し、
両方から加圧し、溶接させる。The conditions of this friction welding are as follows. Rotation speed: 2000 to 5000 rpm, rotation time: 2 to 5 seconds, pressure: 30 to 60 kgf / mm 2 , contacting and rotating while contacting both end faces, and rapidly stopping,
Pressurize from both and weld.
【００２０】このように加圧して摩擦熱を発生せしめ、
その熱で急速に両接合面を加熱して、融合接合させ、直
後に、炉の中に入れるなどの手段により、接合部分を徐
冷する。このような徐冷処理により、マルテンサイト変
態が生じないで、バルブ本体のＴｉ−Ａｌ系金属間化合
物と焼き入れできるマルテンサイト系耐熱鋼とが、溶接
される。By applying pressure in this way to generate frictional heat,
Both of the joint surfaces are rapidly heated by the heat to perform fusion joining, and immediately after that, the joined portions are gradually cooled by means such as putting in a furnace. By such gradual cooling treatment, the Ti—Al-based intermetallic compound of the valve body and the martensitic heat-resistant steel that can be quenched are welded without causing martensitic transformation.
【００２１】次に、本発明のチタン−アルミニウム間の
金属間化合物によるエンジンバルブを更に、比較例と比
較して、実施例により説明するが、本発明はそれらによ
って限定されるものではない。Next, the engine valve made of the titanium-aluminum intermetallic compound of the present invention will be further described with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.
【００２２】[0022]
【実施例】以下、本発明によるエンジンバルブを比較例
合金と比較して説明する。３３．５重量％のＡｌ；０．
５重量％のＳｉ；１．０重量％のＮｂ；０．５重量％の
Ｃｒと残りのＴｉとなるような組成物を、精密鋳造し
た。次いでＨＩＰ処理して、エンジンバルブ形状に形成
した。即ち、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物製のエンジンバ
ルブには、体積率で、約２０容量％のＴｉ3Ａｌ金属間
化合物を含んでいる。EXAMPLE An engine valve according to the present invention will be described below in comparison with a comparative alloy. 33.5 wt% Al;
A composition such that 5 wt% Si; 1.0 wt% Nb; 0.5 wt% Cr and the balance Ti was precision cast. Then, HIP processing was performed to form an engine valve shape. That is, the Ti-Al system intermetallic compound made of the engine valves, by volume, includes about 20 volume% of Ti 3 Al intermetallic compound.
【００２３】但し、図１において、○はＴｉＡｌのγ相
の結晶が形成され、●はＴｉ3Ａｌのα相の結晶が形成
され、□はＴｉβ相の結晶が形成されることを示し、半
黒丸は、ＴｉＡｌのγ相結晶とＴｉ3Ａｌのα相結晶と
混合物が形成されることを示す。上記のＡｌ含有量は、
グラフ中の４７原子％Ａｌに相当する。In FIG. 1, ◯ indicates that TiAl γ phase crystals are formed, ● indicates that Ti 3 Al α phase crystals are formed, and □ indicates that Ti β phase crystals are formed. A black circle indicates that a mixture is formed with a γ phase crystal of TiAl and an α phase crystal of Ti 3 Al. The above Al content is
This corresponds to 47 atomic% Al in the graph.
【００２４】次に、マルテンサイト系耐熱合金ＳＵＨ１
１を母材とするエンジルバルブ軸端部分に対して、本発
明のＴｉ−Ａｌ系金属間化合物のバルブ本体を形成す
る。比較例として、オーステナイト系ＳＵＨ３６耐熱鋼
で、バルブ軸端部分を形成した。Next, the martensitic heat-resistant alloy SUH1
The valve body of the Ti—Al-based intermetallic compound of the present invention is formed on the shaft end portion of the engine valve having 1 as a base material. As a comparative example, the valve shaft end portion was formed of austenitic SUH36 heat-resistant steel.
【００２５】以上のＨＩＰ処理で形成したＴｉ−Ａｌ系
金属間化合物のエンジンバルブ形状のフェース部と反対
の端面に対して、マルテンサイト系耐熱鋼による軸端部
分及びオーステナイト系ＳＵＨ耐熱鋼による軸端部分
を、各々、次の摩擦溶接により、圧接した。即ち、回転
速度：２７００ｒｐｍ、回転時間：３秒間、圧力：４５
kgf/mm2で、両者の端面を接触させながら、接触回転し
て、急速に停止し、両方から加圧し、溶接させる。For the end face of the Ti-Al intermetallic compound formed by the above HIP treatment, which is opposite to the face portion of the engine valve shaped face portion, the shaft end portion made of martensitic heat resistant steel and the shaft end made of austenitic SUH heat resistant steel are used. The parts were each crimped by the following friction welding. That is, rotation speed: 2700 rpm, rotation time: 3 seconds, pressure: 45
With both kgf / mm 2 , the end faces of both are brought into contact with each other, contact rotation is performed, and the rotation is rapidly stopped, and pressure is applied from both to weld.
【００２６】以上のような摩擦圧接処理した直後、表１
に示す処理温度に保持した加熱炉に入れて、表１に示す
加熱時間保持し、徐冷した。以上のような圧接で接合を
形成した各々のバルブ構造体の引張強度を測定した。そ
の結果を、その比較例と共に示す。Immediately after the friction welding process as described above, Table 1
It was placed in a heating furnace maintained at the treatment temperature shown in Table 1, held for the heating time shown in Table 1, and gradually cooled. The tensile strength of each valve structure having a joint formed by the above pressure welding was measured. The result is shown together with the comparative example.
【００２７】[0027]
【表１】 [Table 1]
【００２８】Ｐ1及びＰ2は、各々摩擦回転で加える加圧
力及びその後の熱処理において圧接のために直接加える
加圧力であり、即ち、圧接処理に用いる加圧力であり、
比較例は、ＳＵＨ１１マルテンサイト系耐熱鋼とＴｉ−
Ａｌ系金属間化合物とを摩擦溶接した後、熱処理及び徐
冷処理をしない例を示し、その溶接部分には、亀裂が見
られる。また、実施例では、摩擦溶接後、加熱処理した
もので、亀裂がないことが分かる。P 1 and P 2 are the pressing force applied by frictional rotation and the pressing force directly applied for pressure welding in the subsequent heat treatment, that is, the pressing force used for the pressure welding process,
Comparative examples are SUH11 martensitic heat-resistant steel and Ti-
An example in which heat treatment and slow cooling treatment are not performed after friction welding with an Al-based intermetallic compound is shown, and cracks are observed in the welded portion. In addition, in the examples, it is found that there is no crack because the heat treatment is performed after the friction welding.
【００２９】また、溶接後の徐冷処理を、５００℃〜７
００℃の温度範囲で行なう理由は、次の通りである。溶
接後に大気中で放冷した場合、摩擦熱により局部的に加
熱された部分にマルテンサイト系変態が生じ、変態に伴
う変形又は残留応力により母材に割れが生じる危険があ
る。また、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物とＳＵＨ１１マル
テンサイト系耐熱鋼とは、熱伝導率、熱膨張係数が異な
るため、溶接後の冷却時に歪みが生じ、割れの発生につ
ながる危険がある。即ち、 金属間化合物 ＳＵＨ１１ 熱伝導率(cal/cm2℃) ０．０４３ ０．０６６ 熱膨張係数(×10-6） １０．８ １２．４ これに対して、溶接後、５００〜７００℃に保持した
後、徐冷処理することにより、マルテンサイト変態を抑
え、また、徐冷処理により、熱伝導率、熱膨張係数の差
による応力の発生を抑える。即ち、５００℃未満の処理
では、上記の効果が少なく、７００℃を超える温度から
の徐冷では、ＳＵＨ１１マルテンサイト系耐熱鋼が軟化
し、強度が低下するために、溶接後の割れ防止対策とし
ては、５００〜７００℃の温度範囲に保持した後に、徐
冷することが好適である。The gradual cooling treatment after welding is performed at 500 ° C to 7 ° C.
The reason why the temperature range is 00 ° C. is as follows. When left to cool in the air after welding, there is a risk that martensitic transformation will occur in the locally heated portion due to frictional heat, and the base material will crack due to transformation or residual stress accompanying transformation. Further, since the Ti-Al-based intermetallic compound and the SUH11 martensitic heat-resistant steel have different thermal conductivities and coefficients of thermal expansion, there is a risk that distortion may occur during cooling after welding, leading to cracking. That is, the intermetallic compound SUH11 thermal conductivity (cal / cm 2 ° C) 0.043 0.066 thermal expansion coefficient (x 10 -6 ) 10.8 12.4 On the other hand, after welding, the temperature was changed to 500 to 700 ° C. After the holding, a slow cooling treatment suppresses martensite transformation, and a slow cooling treatment suppresses the generation of stress due to the difference in thermal conductivity and thermal expansion coefficient. That is, when the treatment is performed at a temperature of less than 500 ° C, the above-mentioned effect is small, and when gradually cooled from a temperature of more than 700 ° C, the SUH11 martensitic heat-resistant steel is softened and its strength is lowered. Is preferably gradually cooled after being kept in the temperature range of 500 to 700 ° C.
【００３０】次に、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物材料と各
耐熱鋼とを摩擦溶接した後に、その溶接結合間の引張強
度を測定した。テストピースの大きさは、Ｔｉ−Ａｌ系
金属間化合物の本体；直径６．０ｍｍΦ×長さ５０ｍｍ
で、耐熱鋼軸端面部材；７．２ｍｍΦ×長さ５０ｍｍで
行なった。その結果を表２に示す。Next, after the Ti-Al intermetallic compound material and each heat-resistant steel were friction-welded, the tensile strength between the welded joints was measured. The size of the test piece is the main body of the Ti-Al intermetallic compound; diameter 6.0 mmΦ x length 50 mm.
The heat-resistant steel shaft end face member; 7.2 mmΦ × length 50 mm. The results are shown in Table 2.
【００３１】[0031]
【表２】 [Table 2]
【００３２】測定の結果は、比較例として示したオース
テナイト系ＳＵＨ３６耐熱鋼の軸端部分とＴｉ−Ａｌ系
金属間化合物のバルブ本体とを摩擦溶接した構造のもの
は、５５kgf/mm2であるのに対して、マルテンサイト系
耐熱鋼の軸端部分とＴｉ−Ａｌ系金属間化合物のバルブ
本体とを摩擦溶接した構造のものは、４０kgf/mm2であ
る。The measurement result is 55 kgf / mm 2 for the structure in which the shaft end portion of the austenitic SUH36 heat-resistant steel shown as a comparative example and the valve body of the Ti-Al intermetallic compound are friction welded. On the other hand, 40 kgf / mm 2 is obtained in the structure in which the shaft end portion of the martensitic heat-resistant steel and the valve body of the Ti-Al intermetallic compound are friction-welded.
【００３３】オーステナイト系耐熱鋼は、焼きが入ら
ず、単体では、耐摩耗性が不足し、実用には何らかの表
面処理が必要である。然し乍ら、本発明による摩擦溶接
を使用してマルテンサイト系耐熱鋼を接合したものの方
が、焼き入れができ、実用に供することができ、オース
テナイト系鋼以上の耐摩耗性、耐衝撃性、耐熱性にすぐ
れた接触面部分（軸端部分）を形成させるばかりでな
く、すぐれた引張強度が得られた。Austenitic heat-resisting steel does not get hardened and has insufficient wear resistance as a simple substance, so that some surface treatment is required for practical use. However, the one in which the martensitic heat-resistant steel is joined by using the friction welding according to the present invention can be hardened and can be put into practical use, and has wear resistance, impact resistance and heat resistance higher than those of the austenitic steel. In addition to forming an excellent contact surface portion (shaft end portion), excellent tensile strength was obtained.
【００３４】[0034]
【発明の効果】以上説明したように、本発明により、Ｔ
ｉ−Ａｌ系金属間化合物本体に、マルテンサイト系耐熱
鋼による接触面部分を、摩擦溶接に接合して形成した内
燃機関エンジンバルブにより、上記のような技術的効果
が得られた。それをまとめると、次のようである。第１
に、引張強度が確保される同時に、向上された耐熱性と
耐摩耗性と耐衝撃性を有する構造の内燃機関エンジンバ
ルブを提供した。また、摩擦溶接作業でも、マルテンサ
イト系耐熱鋼にマルテンサイト変態が生じさせないで、
即ち、マルテンサイト変態による破断を抑え、エンジン
バルブの強度、特に、引張強度が確保された著しく特性
の改良されたエンジンバルブを提供できた。As described above, according to the present invention, T
The engine valve of the internal combustion engine formed by joining the contact surface portion of the martensitic heat-resistant steel to the main body of the i-Al intermetallic compound by friction welding has the above technical effects. The summary is as follows. First
In addition, the invention provides an engine valve for an internal combustion engine having a structure that ensures tensile strength and at the same time has improved heat resistance, wear resistance, and impact resistance. Also, even in friction welding work, without causing martensitic transformation in the martensitic heat resistant steel,
That is, it was possible to provide an engine valve in which breakage due to martensitic transformation was suppressed, strength of the engine valve, in particular, tensile strength was secured and the characteristics were remarkably improved.
【図１】本発明のエンジンバルブに用いられるＴｉ−Ａ
ｌ系金属間化合物の原子％に対して析出する相を示す相
図である。FIG. 1 Ti-A used in an engine valve of the present invention
It is a phase diagram which shows the phase which precipitates with respect to atomic% of 1 type intermetallic compound.
Claims (6)
より、エンジンバルブ本体を形成し、焼き入れ可能なマ
ルテンサイト系耐熱鋼でエンジンバルブの軸端部分を形
成し、この両者の接合面を摩擦溶接した後に、徐冷処理
を行なうことにより、接合構造を形成した、耐熱性と耐
摩耗性及び耐衝撃性の向上した内燃機関用エンジンバル
ブ。Claim: What is claimed is: 1. An engine valve body is formed by precision casting of a Ti-Al intermetallic compound, and a shaft end portion of the engine valve is formed of hardenable martensitic heat-resistant steel. An engine valve for an internal combustion engine, which is heat-resistant, wear-resistant, and shock-resistant with a joint structure formed by performing a slow cooling treatment after friction welding.
一旦、５００〜７００℃の温度に、１０〜２０分間保持
した後に、放冷することを特徴とする請求項１に記載の
内燃機関用エンジンバルブ。2. The gradual cooling treatment comprises:
The engine valve for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the engine valve is left to cool after being kept at a temperature of 500 to 700 ° C. for 10 to 20 minutes.
ｉ3Ａｌ金属間化合物０．１モル％〜１０モル％、Ｔｉ
Ａｌ金属間化合物９０モル％〜９９．９モル％の割合で
あり、全体に対して、０．１〜２．０重量％のＳｉと、
０．１〜５．０重量％のＮｂと０．１〜３．０重量％の
Ｃｒを含有することを特徴とする請求項１或いは２に記
載の内燃機関用エンジンバルブ。3. The Ti—Al intermetallic compound is T
i 3 Al intermetallic compound 0.1 mol% to 10 mol%, Ti
Al intermetallic compound in a proportion of 90 mol% to 99.9 mol%, and 0.1 to 2.0 wt% of Si with respect to the whole;
The engine valve for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, which contains 0.1 to 5.0% by weight of Nb and 0.1 to 3.0% by weight of Cr.
ｉＡｌの金属間化合物を主成分として含有する精密鋳造
体である請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関用エ
ンジンバルブ。4. The Ti—Al intermetallic compound is T
The engine valve for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, which is a precision cast body containing an intermetallic compound of iAl as a main component.
１０モル％、ＴｉＡｌ金属間化合物９０モル％〜９９．
９モル％の割合であり、全体に対して、０．１〜２．０
重量％のＳｉと、０．１〜５．０重量％のＮｂと０．１
〜３．０重量％のＣｒを含有するＴｉ−Ａｌの金属間化
合物を精密鋳造することにより、エンジンバルブ本体を
形成し、次に、焼き入れ可能なマルテンサイト系耐熱鋼
でエンジンバルブの軸端部分を形成し、この両者の接合
面を摩擦溶接し、その後に、徐冷処理を行なうことによ
り、接合構造を形成し、改良された耐熱性と耐摩耗性及
び耐衝撃性を有する内燃機関用エンジンバルブの製造方
法。5. A Ti 3 Al intermetallic compound of 0.1 mol% to
10 mol%, TiAl intermetallic compound 90 mol% to 99.
The ratio is 9 mol%, and is 0.1 to 2.0 with respect to the whole.
Wt% Si, 0.1-5.0 wt% Nb and 0.1
An engine valve body is formed by precision casting of an intermetallic compound of Ti-Al containing ~ 3.0 wt% Cr, and then hardened martensitic heat-resistant steel is used to form an engine valve shaft end. For the internal combustion engine, which has improved heat resistance, wear resistance, and impact resistance by forming a part, friction welding the both joint surfaces, and then performing slow cooling treatment to form a joint structure. Engine valve manufacturing method.
一旦、５００〜７００℃の温度に、１０〜２０分間保持
した後に、放冷するものであることを特徴とする請求項
５に記載の内燃機関用エンジンバルブの製造方法。6. The gradual cooling treatment comprises:
The method for producing an engine valve for an internal combustion engine according to claim 5, wherein the temperature is maintained at 500 to 700 ° C. for 10 to 20 minutes and then allowed to cool.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28305294A JPH08144722A (en) | 1994-11-17 | 1994-11-17 | Engine valve for internal combustion engine and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28305294A JPH08144722A (en) | 1994-11-17 | 1994-11-17 | Engine valve for internal combustion engine and its manufacture |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08144722A true JPH08144722A (en) | 1996-06-04 |
Family
ID=17660585
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28305294A Pending JPH08144722A (en) | 1994-11-17 | 1994-11-17 | Engine valve for internal combustion engine and its manufacture |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08144722A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998045081A1 (en) * | 1997-04-04 | 1998-10-15 | Nguyen Dinh Xuan | Friction welding interlayer and method for joining gamma titanium aluminide to steel, and turbocharger components thereof |
| DE102018102574A1 (en) | 2017-02-08 | 2018-08-09 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | engine valve |
-
1994
- 1994-11-17 JP JP28305294A patent/JPH08144722A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998045081A1 (en) * | 1997-04-04 | 1998-10-15 | Nguyen Dinh Xuan | Friction welding interlayer and method for joining gamma titanium aluminide to steel, and turbocharger components thereof |
| US6291086B1 (en) * | 1997-04-04 | 2001-09-18 | Xuan Nguyen-Dinh | Friction welding interlayer and method for joining gamma titanium aluminide to steel, and turbocharger components thereof |
| DE102018102574A1 (en) | 2017-02-08 | 2018-08-09 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | engine valve |
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