JPS61276774A - 自動車用エンジンバルブの肉盛方法 - Google Patents

自動車用エンジンバルブの肉盛方法

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JPS61276774A
JPS61276774A JP60117576A JP11757685A JPS61276774A JP S61276774 A JPS61276774 A JP S61276774A JP 60117576 A JP60117576 A JP 60117576A JP 11757685 A JP11757685 A JP 11757685A JP S61276774 A JPS61276774 A JP S61276774A
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JP
Japan
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valve
valve face
overlay
copper
pinhole
Prior art date
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Pending
Application number
JP60117576A
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English (en)
Inventor
Munetani Takagi
高木 宗谷
Kazuhiko Mori
和彦 森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は自動車用エンジンバルブの肉盛方法に関し、特
にレーザ等の高密度エネルギ源を用いる肉盛に好適な自
動車用エンジンバルブの肉盛方法に関する。
〔従来の技術〕
自動車用エンジンに用いられているインテークバルブ、
エキゾーストバルブ等のエンジンバルブは、燃焼室にお
ける吸気あるいは排気をつかさどる弁であり、かさ部と
軸部からなる。このエンジンバルブのかさ部は燃焼室内
に設けられ、シリンダヘッドに圧入されたバルブシート
とバルブフェース面で密着、離反を繰り返す、即ち、バ
ルブフェース部は燃焼室内において700℃〜800℃
の高温に曝されると共に、バルブシートと衝突を繰り返
すため、耐熱性、耐食性、耐摩耗性が要求される。
従来、エンジンパルプのバルブフェース部に上記耐熱性
等の緒特性を具備させる方法の一つとして、バルブフェ
ース面に耐熱性、耐食性、耐摩耗性に優れた材料、例え
ばニッケル系超合金やニッケル系超合金等を肉盛する方
法が採用されている。
このバルブフェース部の肉盛は、現在はアセチレンガス
を用いたガス肉盛が主流となっており、他にTIG溶接
電源を使用するものやプラズマ電源を使用する方法があ
る。そして、かかる肉盛においては、バルブフェース部
材料である超合金の所期の耐熱性や耐摩耗性等を確保す
るために、肉盛部の内部欠陥、即ち、ピンホールを防止
することが望まれている。この理由は、バルブフェース
面上あるいはバルブフェース面直下部にピンホールが存
在すると、自動車のエンジン回転中にピンホール部周辺
の熱伝導性が低下するため、このピンホール周辺がヒー
トスポットとなってそこから溶損し、動弁系の吹き抜け
を生じることがあるためである。
従来行われているアセチレンガスを用いる肉盛方法では
、肉盛部を加工後、バルブフェース面に現れるピンホー
ル不良は約20%である。ここで、ピンホール不良率(
%)は、バルブフェース面に1個でもピンホールが生じ
ていたら不良品、バルブフェース面に一つもピンホール
がない場合を良品として全体中の不良品の割合を求めた
ものである。従って、アセチレンガスを用いた肉盛方法
においては、上記約20%の不良品に対し、ビンホ) 
    −ルが発生しているバルブフェース面を加工後
、再度アセチレンガスにて肉盛する等の手直しが必要で
あった・従来のアセチレンガス肉盛方法では、この手直
しのためのコストが高くつき、またカラーチェック等の
手作業による検査工程が必要となる等の問題がある。
一方、最近では、高密度エネルギ源を用いる肉盛方法と
して、従来のTIGやプラズマの他にレーザ等を用いる
方法が考えられている。かかる高密度エネルギ源を用い
て肉盛を行うと、高密度エネルギ源を用いる方法は急熱
急冷処理となるため肉盛部の11mが微細化し、耐摩耗
性の向上が期待できる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、この高密度エネルギ源を用いる肉盛方法
は、急熱急冷処理となるため、従来のアセチレンガス肉
盛方法に比べ肉盛ブール(肉盛材料が溶融している状態
)中から、凝固時に生成する過飽和溶解ガス成分による
気泡、主に酸素が浮上しきれず内部欠陥として残存する
機会が多くなる。このため、高密度エネルギ源を用いる
肉盛方法は、通常の方法では、従来のアセチレンガス肉
盛方法よりもピンホール不良率が高いという問題がある
このため、高密度エネルギ源が有する利点を活かしつつ
、ピンホール不良を防止する工夫が望まれていた。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題は、次に述べる本発明の自動車用エンジンパル
プの肉盛方法によって解決される。
即ち、本発明の自動車用エンジンパルプの肉盛方法は、
エンジンバルブのバルブフェース部に、高密度エネルギ
源を用いてニッケル系超合金を肉盛する方法であって、 前記バルブフェース部に銅成分を3.0〜8.0重量%
添加したニッケル系超合金粉末を配置し、照射部をシー
ルドガスでシールしながら、高密度エネルギ源を照射す
ることを特徴としている。
本発明においては、肉盛材料のベースとしてニッケル系
超合金を用いる。このニッケル系超合金は20%前後の
クロム(Cr)を含育し、更に高温強度の面でアルミニ
ウム(Affi)、チタン(Ti)、ニオブ(Nb)が
添加された析出強化型合金である。ニッケル系超合金と
しては、例えば、(a)  重量%(以下、単位はすべ
て重量%である)で、Co < 1.5%、Cr:14
〜23%、Mo:5〜16%、W<4.0%、F e 
< 5. Q%、St<0、8%、MIm<1.0%、
C:0.05〜0.1%、Ca:0.1〜2.0%およ
び残部N i 、 (b)  Co < 5゜0%、C
r:18〜22%、MO=3〜6%、F6 < 4. 
Q%、3t<1.0%、Mn<l、Q%、C:o、 o
 s 〜o、 i%、Ca:0.1〜2.0%、A 1
 < 1゜0%および残部Ni等を用いることができる
本発明においては、上記ニッケル系超合金に銅成分(元
素)を銅粉末、銅合金粉末またはニッケル系超合金と一
体的に合金化した形で3.0%〜8゜0%添加したこと
を特徴とする。ここで、下限を3.0%としたのは、添
加量が3.0%より少ないとピンホール抑制効果が十分
でないためであり、上限を8.0%としたのは、8.0
%を越えると耐熱性、耐摩耗性が著しく低下するからで
ある。
、工、えnt#aよ、76よ、2−7゜11.   〜
G溶接やプラズマ等を用いることができる。
〔作用〕
本発明の自動車用エンジンパルプの肉盛方法によれば、
従来のニッケル系超合金に銅成分を所定量添加したため
、ピンホールの発生が防止あるいは大幅に低減される。
即ち、高密度エネルギ源により溶融された肉盛プール中
には、シールドガス中に混入した大気中の酸素や、ニッ
ケル系超合金粉末の表面に吸着されていたり、ニッケル
系超合金粉末に固溶していた酸素が存在している。この
酸素は通常は気泡となってプール外へ抜は出すのである
が、高密度エネルギ源を用いた場合は急熱急冷処理とな
るためにプールから抜は出る前に凝固が完了し、肉盛合
金内に取り込まれてピンホールとなる場合が生じる。し
かるに、銅が存在すると、このピンホールの発生が防止
される。銅を添加することによりピンホールの発生が抑
止される1       機構(メカニズム)は未だ解
明されていないが、一つには銅は他の成分に比べ融点が
低い(1083℃)ため、この先に溶融した銅の部分を
通って酸素が外部に逃げやすくなるためと考えられる。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例を図面を参考にして説明する。
(第1実施例) 第1実施例として、添加する銅成分の割合を変えたとき
の、冷却速度とピンホール発生率の関係を調べた。
ここで、第1図は本発明の第1実施例に係る自動車用エ
ンジンパルプの肉盛方法の一工程を示す概略構成図、第
2図は添加銅量を変えた場合の冷却速度とピンホール発
生率の関係を示すグラフである。
全長94鶴、かさ部径30日、軸部径6fiの耐熱a(
SUH3B)からなるエキゾーストバルブ1を準備した
。このエキゾーストバルブ1は、軸部1aとかさ部1b
からなり、かさ部1bのバルブフェース部2には肉盛を
行うために凹部が形成されている。このエキゾーストパ
ルプ1を上方のバルブフェース部2が水平になるまで傾
け、軸部1aの先端を軸の周りに回転自在に保持する。
そして、上方のバルブフェース部2の直上に肉盛合金粉
末3を供給する肉盛合金供給装置4を設置する。また、
図示しないが、上方のバルブフェース部2に向けてシー
ルドガスがシールドガス供給装置から供給される。更に
、上方のバルブフェース部2には、図示しないレーザ装
置からレーザ光5が照射される。
肉盛合金粉末3は、G o < 1.5%、Cr:20
%、Mo:10%、W:2.0%、Fe:3.2%、S
iく0.8%、Mn<1.Q%、C:0.05%、Ca
:1.1%および残部Niからなるニッケル系超合金を
ベースとし、これに銅成分を銅合金粉末の形で添加した
ものを用いた。
次に、肉盛方法を説明する。
肉盛合金供給装置4から肉盛合金粉末3をバルブフェー
ス部2の凹部に供給しつつ、エキゾーストパルプ1を徐
々に回転した。同時に、図示しな・・l    “いシ
ールドガス供給装置からシールドガスとしてアルゴンガ
スを供給し、レーザ光5を照射した・このとき、レーザ
肉盛条件は、レーザ照射出カニ2.5KWSビーム走査
スピード:200璽皇/分、ビーム径:φ5Mとした。
上記レーザ肉盛を、銅成分の添加量を0%、3%および
8%の3通りとすると共に、各場合について冷却速度を
種々変えた場合のピンホール発生率を調べた。このとき
、シールドガス中の大気含有率は30で行った。この結
果を第2図に示す。
第2図から明らかなように、銅成分の添加量は3゜0%
以上でないとピンホール発生防止効果が十分でない。そ
して、条件にもよるが、銅成分の添加量が増えるに従い
ピンホール発生率は低下している。
なお、銅量を8%を越えて添加した場合には、肉盛合金
の耐熱性および耐摩耗性が著しく低下した。
以上より、本実施例の自動車用エンジンパルプの肉盛方
法によれば、銅を所定量添加することで、レーザ等の高
密度エネルギ源を用いて急熱急冷処理により肉盛を行っ
ても、ピンホール発生率を従来のアセチレンガス肉盛の
場合の半分以下に低下させることができる。また、銅量
やシール性を制御することでピンホールの発生を完全に
防止することもできる。
(第2実施例) 第2実施例として添加1ii11およびシールドガス中
の大気混合率を変えた場合のピンホール発生率を8周べ
た。
ここで、第3図は本発明の第2実施例に係る自動車用エ
ンジンバルブの肉盛方法の一工程を示す概略構成図、第
4図は添加銅量を変えた場合のシールドガス中の大気混
合率とピンホール発生率の関係を示すグラフである。
第2実施例において、第1実施例と異なる点は、エキゾ
ーストバルブ1をシールド箱6中に入れ、このシールド
箱6に設けたZn5eウインド7を2     通し″
″C′−7光5′@射16躬9昧託ゝ5す、他は実質的
に第1実施例と同じである。
即ち、シールド箱6に注入するシールドガスとしてのア
ルゴンに、種々の割合で大気を混ぜると共に、銅添加量
を3通りに変えてシールドガス中の大気混合率とピンホ
ール発生率の関係を調べた。
このとき、冷却速度は60℃/秒で一定とした。
この結果を第4図に示す。第4図より、シールドガス中
の大気混合率が低い方が、換言すれば酸素濃度が低い方
が、ピンホール発生率は小さいことが判る。また、シー
ルドガス中の大気混合率が高い場合でも、添加する銅量
を増やすことによりピンホール発生率を大幅に低下させ
ることができる。
以上、本発明の特定の実施例について説明したが、本発
明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の
範囲内において種々の実施態様を包含するものである。
例えば、実施例では高密度エネルギ源としてレーザを用
いた例を示したが、他の高密度エネルギ源、例えばTI
Gアークやプラズマ等でも同様な効果を得ることができ
る。
〔発明の効果〕
以上より、本発明の自動車用エンジンバルブの肉盛方法
によれば、銅成分を所定量添加することにより、気泡と
して存在する酸素がほとんど無くなり、ピンホールが防
止あるいは大幅に低減される。このため、不良品を修復
するに要する時間、手間が大幅に省け、低コスト化を図
ることができる。
また、本発明によれば、シールドガス中に相当量の大気
の混入があった場合でも、添加する銅量を増やすことに
よりピンホールの発生を防止できるので、シール性の許
容度が大きくなり、作業性が向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例に係る自動車用エンジンバ
ルブの肉盛方法の一工程を示す概略構成図、 第2図は添加銅量を変えた場合の冷却速度とピンホール
発生率の関係を示すグラフ、 第3図は本発明の第2実施例に係る自動車用エンジンパ
ルプの肉盛方法の一工程を示す概略構成図、 第4図は添加銅量を変えた場合のシールドガス中の大気
混合率とピンホール発生率の関係を示すグラフである。 1−−−−−−一エキシーストバルブ(エンジンバルブ
)1a・−−一−−−軸部 lb−m−−・−かさ部 2−−−−−−−バルブフェース部 3−−−−−−一肉盛合金粉末 4・−・−・−肉盛合金供給装置 5−・−・−レーザ光 6−−−−・−シールド箱 ? −−−−−−−Z n S eウィンド出願人  
トヨタ自動車株式会社 第1図 第2図 ネu1t、Ij1.(”caec) 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)エンジンバルブのバルブフェース部に、高密度エ
    ネルギ源を用いてニッケル系超合金を肉盛する方法であ
    って、 前記バルブフェース部に銅成分を3.0〜8.0重量%
    添加したニッケル系超合金粉末を配置し、照射部をシー
    ルドガスでシールしながら、高密度エネルギ源を照射す
    ることを特徴とする自動車用エンジンバルブの肉盛方法
JP60117576A 1985-05-30 1985-05-30 自動車用エンジンバルブの肉盛方法 Pending JPS61276774A (ja)

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JP60117576A JPS61276774A (ja) 1985-05-30 1985-05-30 自動車用エンジンバルブの肉盛方法

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ID=14715237

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JP60117576A Pending JPS61276774A (ja) 1985-05-30 1985-05-30 自動車用エンジンバルブの肉盛方法

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JP (1) JPS61276774A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04210892A (ja) * 1990-07-24 1992-07-31 Komatsu Ltd レーザクラッディング・アロイング法
EP0759500A1 (en) 1995-08-08 1997-02-26 Fuji Oozx Inc. Internal combustion engine valve
WO2002097161A1 (en) * 2001-05-28 2002-12-05 Fortum Oyj Laser coating of a seal surface used in an oil refinery

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