JPS62144866A - 内燃機関用シリンダヘツドの製造方法 - Google Patents

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〕 本発明は内燃機関用シリンダヘッドの製造方法に関し、
詳しくはシリンダヘッドの吸気弁と排気弁の間の弁間部
並びに吸気弁とチャンバ穴の間および排気弁とチャンバ
穴の間の弁−チャンバ間部を改良した鋳鉄製内燃機関用
シリンダヘッドの製造方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、自動車のエンジンに対する要求性能はますます高
度なものとなってきており、運転条件が過酷なものとな
っている。この結果、鋳鉄製シリンダヘッドにおいて、
他の部位より比較的肉薄とされているシリンダヘッドの
吸気弁と排気弁の間の弁間部並びに吸気弁とチャンバ穴
の間および排気弁とチャンバ穴の間の弁−チャンバ間部
に、燃焼による熱応力に起因して亀裂が発生し易いとい
う問題があった。

従来、かかる問題に対処するために亀裂の発生し易い部
位にｌ”ｅ−Ｎｉ合金等の延展性、耐熱性に優れた材料
を肉盛（溶接）、ろう付は等により形成し、この延展性
、耐熱性に優れた材料により熱応力を吸収して亀裂を防
止する方法が提案されている（例えば、特許第５１６８
２９号（特公昭３１−１８２３０号）、特開昭５８−６
２３４４号、鋳物便覧等）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上記従来技術では、使用するＦｅ−Ｎ　ｉ　
合金のＮｉ曙度が高いため高コストとなる。

また、Ｆｅ−Ｎｉ合金の肉盛を行う際に、弁間部、弁−
チャンバ間部のごく狭い範囲しか肉盛しない場合には、
母材である鋳鉄と肉盛合金であるＦｅ−Ｎｉ合金の熱膨
張率の違い等に起因して肉盛部と母材の境界部に亀裂が
発生する。このため、従来は弁間部、弁−チャンバ間部
を含む広い範囲を肉盛りすることにより、この問題に対
処している。従って、この場合にもコスト高となるとい
う問題がある。

更に、シリンダヘッドを予熱しないと肉盛性が悪く、シ
リンダヘッドを予熱して肉盛した場合には、予熱工程を
余分に必要し、また場合により焼鈍を必要とするという
問題がある。

そこで、従来と同程度の亀裂防止効果を維持しつつ、製
造性が良く、かつ低コストに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内燃機関用シリンダヘ
ッドの製造方法によって解決される。

即ち、本発明の内燃機関用シリンダヘッドの製造方法は
、鋳鉄を原料としてシリンダヘッド粗形材を鋳造する際
、シリンダヘッドの吸気弁と排気弁の間の弁間部並びに
吸気弁とチャンバ穴の間および排気弁とチャンバ穴の間
の弁−チャンバ間部の各表面に対応する鋳型の部分に冷
し金を設置し、鋳造により前記弁間部および弁−チャン
バ間部の表面部を少なくとも０．２　ｔｍ以上の深さに
わたってチル化した後、鋳型から取り出したシリンダヘ
ッドのチル化部を９００℃〜１０５　Ｑ　’ｃに加熱し
てセメンタイトを分解し、球状、塊状の黒鉛を析出させ
ることを特徴としている。

以下に、本発明を更に具体的に説明する。

本発明において、シリンダヘッド材料としては鋳鉄を使
用する。かかる鋳鉄として、ＪＩＳ　　ＦＣ２０，ＦＣ
２５、ＦＣ３０等を用いることができる。

シリンダヘッドの弁間部等には、冷し金によりチル化層
が形成される。このチル化層は０．２■１以上設けない
と十分な効果が得られない。従って、鋳型に設置する冷
し金は、０．２龍以上の深さのチル化層が得られる容量
のものを用いる必要がある。

チル化層は、チル化部のみあるいはシリンダヘッド全体
を９００℃〜１０５０℃で１０分間〜２時間加熱した後
、空冷、放冷あるいは徐冷することによりセメンタイト
が分解し、球状あるいは塊状の黒鉛が析出する。このと
き、基地はパーライトとなる。なお、加熱温度が９５０
℃と低い場合には加熱時間は１時間〜２時間と長めにな
り、１０５０℃と高い場合には加熱時間は１０分間〜２
０分間程度と短めでよい。また、加熱手段としては高周
波加熱、火炎加熱等を用いることができるが、局部加熱
ができるという点から高周波加熱の方が望ましい。

〔作用〕

本発明により得られたシリンダヘッドによれば、従来、
熱応力等により亀裂等の不具合が発生し易かった弁間部
と弁−チャンバ間部の表面部が、基地をパーライトとし
た状態で黒鉛形状が片状から球状あるいは塊状とされた
ため、靭性および強度が向上し、従来のＦｅ−Ｎｉ合金
に比べ耐亀裂性で遜色はない。

また、本発明の場合、基地が母材と同じであるため、従
来のＦｅ−Ｎｉ合金の肉盛に比べ、界面における耐亀裂
性が優れている。

また、高価なＦｅ−Ｎｉ合金を使用しないため、低コス
ト化が図れる。

更に、本発明によれば、上記特徴を備えたシリンダヘッ
ドを冷し金と熱処理を加えるだけという比較的簡単な方
法で効率よく製造することができる。

〔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。

ここで、第１図は本発明の実施例に係る内燃機関用シリ
ンダヘッドの製造方法の一工程を示す概略断面図、第２
図は本発明の実施例で得られた内燃機関用シリンダヘッ
ドの弁間部近傍を示す概略構成図、第３図は本発明の実
施例で得られたシリンダヘッドの弁間部の金属組織を示
す顕微鏡写真（Ｘ　１００倍）である。

シリンダヘッドの材料として、普通鋳鉄（ＪＩＳ　　Ｆ
ｅ１２）を２０トン坩堝型低周波炉で溶解し、砂型鋳造
法により第２図に要部の概要を示すディーゼルエンジン
用シリンダヘッド粗形材１を鋳造した。即ち、第１図に
おいて、２は砂型であり、ウォータジャケット等を形成
する中子３が幅木部で保持されている。そして、シリン
ダヘッドの弁間部と弁−チャンバ間部に対応する位置に
は冷し金４が設置されている。この砂型２と中子３と冷
し金４により、所定のシリンダヘッド形状の製品キャビ
ティ５が形成される。この鋳型に、湯口６から低周波炉
で溶解した溶融鋳鉄を注いで鋳造を行った。溶湯凝固後
、型バラクを行い、シリンダヘッド粗形材１を取り出し
た。得られたシリンダヘッド粗形材１の弁間部と弁−チ
ャンバ間部には深さ２１ｍのチル化層が形成されていた
。このシリンダヘッド粗形材１の弁間部近傍の要部を示
したのが第２図である。第２図において、７はインテー
クポート（吸気口）、８はエキゾーストポートク排気口
）、９はチャンバ穴である。そして、インテークポート
７とエキゾーストポート８の間のハツチングで示した部
分が弁間部ＩＯであり、インテークポート７とチャンバ
穴９の間およびエキゾーストボート８とチャンバ穴９の
間のハツチングで示した部分が弁−チャンバ間部１１．
１２である。

この弁間部１０と弁−チャンバ間部１１．１２に形成さ
れたチル化層のセメンタイトを分解するため、シリンダ
ヘッド粗形材ｌを処理炉に入れ、９５０℃で２時間加熱
した後、放冷した。この結果、第３図にその金属組織を
示すように、セメンタイトが分解して球状あるいは塊状
の黒鉛が析出していることが確かめられた。なお、基地
組織はパーライトであった。次いで、このシリンダへソ
ド粗形材１を機械加工してシリンダヘッド八とした。

この結果得られたシリンダヘッドＡの弁間部１０等の硬
さはビッカース硬さＨＶ　２’２０であった。

（第１比較例） 実施例において、シリンダヘッド粗形材ｌの弁間部１０
および弁−チャンバ間部１１．１２にチル化処理を行う
ことなく、そのまま機械加工により最終製品に仕上げた
こと以外、他は実質的に第１実施例と同様にしてシリン
ダヘッドＢを製造した。

このシリンダヘッドＢの弁間部１０等の基地はパーライ
トであり、片状黒鉛が析出していた。また、ビッカース
硬さはＨｖ１８Ｂであった。

（第２比較例） 第１比較例と同様にしてディーゼルエンジン用シリンダ
ヘッド粗形材１を鋳造した。得られたシリンダヘッド粗
形材１の弁間部１０と弁−チャンバ間部１１．１２に幅
１０龍、深さ４鰭の溝を加工し、亀裂防止と肉盛性の改
善のためシリンダヘッド粗形材１を４５０℃に予熱した
後、鉄−ニノケル合金Ｒ（Ｆｅ−５０％Ｎｉ合金）を用
イテ、酸素−アセチ１／ン炎で溝を埋めるように肉盛を
行った。次いで、６００℃で３時間保持して歪取りのた
めの焼鈍を行い、その後、肉盛部の厚さが２鰭となるよ
うに機械加工してシリンダヘッドＣを得た。

このシリンダヘッドＣの弁間部１０等は鉄−ニッケル合
金層となっており、ビッカース硬さはＨｖ１８７であっ
た。

（評価） 上記実施例および比較例で得られたシリンダヘッドＡ−
Ｃを、それぞれエンジンに組み付けて耐久試験を行った
。耐久試験は実機運転時における全負荷状態で４００Ｏ
ｒｐｍおよび無負荷状態で１１０００ｒｐという条件で
行った。

この結果、第１比較例で得られたシリンダヘッドＢは、
３００時間以内で弁間部および弁−チャンバ間部に亀裂
が発生するのが観察されたが、実施例と第２比較例で得
られたシリンダヘッドＡ、Ｃは、それぞれ５００時間の
連続運転を行っても弁間部等になんら異常は認められな
かった。

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Ｂ様を包含するものである。

例えば、実施例ではディーゼルエンジン用シリンダヘッ
ドに本発明を適用した例を示したが、ガソリンエンジン
用シリンダヘッドにも同様に適用することができる。

〔発明の効果〕

以上より、本発明の内燃機関用シリンダヘッドの製造方
法によれば、以下の効果を奏する。

（イ）黒鉛形状が片状から球状あるいは塊状となってい
るため、弁間部等における亀裂の発生が大幅に低減され
る。

（ロ）従来のように、高価なＦｅ−Ｎｉ合金を大量にか
つ広範囲に使用することがないため、低コスト化が図れ
る。

（ハ）従来の肉盛のように、シリンダヘッドを予熱する
必要がないため、省エネが図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る内燃機関用シリンダヘッ
ドの製造方法の一工程を示す概略断面図、第２図は本発
明の実施例で得られた内燃機関用シリンダヘッドの弁間
部近傍を示す概略構成図、第３図は本発明の実施例で得
られたシリンダヘッドの弁間部の金属組織を示す顕微鏡
写真（×１００倍）である。 １−・−−−−−シリンダヘッド粗形材２−・・・−砂
型 ３−−−−−−一中子 ４−−−−−・冷し金 ５−−−−−・−製品キャビティ ６・−−−−−・湯口 ？−−−−−−−インテークポート ８−−−−−−一エキシーストポート ９・−・−チャンバ穴 １０−・−・弁間部 １１．１２−・−弁−チャンバ間部 第一１図 弁Ｍ蔀 （Ｘ　１００　）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋳鉄を原料としてシリンダヘッド粗形材を鋳造す
   る際、シリンダヘッドの吸気弁と排気弁の間の弁間部並
   びに吸気弁とチャンバ穴の間および排気弁とチャンバ穴
   の間の弁−チャンバ間部の各表面に対応する鋳型の部分
   に冷し金を設置し、鋳造により前記弁間部および弁−チ
   ャンバ間部の表面部を少なくとも０．２ｍｍ以上の深さ
   にわたってチル化した後、鋳型から取り出したシリンダ
   ヘッドのチル化部を９００℃〜１０５０℃に加熱してセ
   メンタイトを分解し、球状、塊状の黒鉛を析出させるこ
   とを特徴とする内燃機関用シリンダヘッドの製造方法。