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

内燃機関用シリンダヘツドの製造方法

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JPS62144866A
JPS62144866A JP28614085A JP28614085A JPS62144866A JP S62144866 A JPS62144866 A JP S62144866A JP 28614085 A JP28614085 A JP 28614085A JP 28614085 A JP28614085 A JP 28614085A JP S62144866 A JPS62144866 A JP S62144866A
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JP
Japan
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valve
cylinder head
parts
chamber
inter
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Application number
JP28614085A
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English (en)
Inventor
Yoshihiro Hibino
義博 日比野
Haratsugu Koyama
原嗣 小山
Takaaki Kanazawa
孝明 金沢
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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。
JP28614085A 1985-12-19 1985-12-19 内燃機関用シリンダヘツドの製造方法 Pending JPS62144866A (ja)

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