JPS63239342A - Cylinder head for cast iron internal combustion engine and manufacture thereof - Google Patents

Cylinder head for cast iron internal combustion engine and manufacture thereof

Info

Publication number
JPS63239342A
JPS63239342A JP7319587A JP7319587A JPS63239342A JP S63239342 A JPS63239342 A JP S63239342A JP 7319587 A JP7319587 A JP 7319587A JP 7319587 A JP7319587 A JP 7319587A JP S63239342 A JPS63239342 A JP S63239342A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cast iron
cylinder head
alloyed
weight
valve seat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7319587A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takaaki Kanazawa
孝明 金沢
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP7319587A priority Critical patent/JPS63239342A/en
Publication of JPS63239342A publication Critical patent/JPS63239342A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE:To aim at improvements is abrasion resistance and high temperature corrosion resistance, etc., by forming a cylinder head body from cast iron, and forming a specific alloyed cast iron layer in a valve seat part with specified depth, while specifying the structure and hardness of the alloyed cast iron layer. CONSTITUTION:A cylinder head rough section 1 is formed of case iron. And a valve seat part 2 is made up of an alloyed cast iron layer 3 in which one kind or more than two kinds of a metal element higher in a carbide forming trend than Fe are contained at 0.1-10wt% in total, and one side or both of A10.1-3wt% or Si0.1-15wt% are contained at 15wt% in total, over a depth of more than 0.2mm. And, the alloyed cast iron layer 3 is formed with ferrite and/or pearlite of the ground, while residual cementite of 2-15% exists in it, and it is set to a layer of hardness Hv250-400 consisting of such a structure that massive graphite is crystallized.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は自動車用ディーゼルエンジン等の内燃機関に
使用される鋳鉄製シリンダヘッドおよびその製造方法に
関し、特にバルブシート部を改良したシリンダヘッドお
よびその製造方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application This invention relates to a cast iron cylinder head used in an internal combustion engine such as an automobile diesel engine and a method for manufacturing the same, and in particular a cylinder head with an improved valve seat portion and a method for manufacturing the same. It is related to.

従来の技術 周知のように内燃機関のシリンダヘッドのバルブシート
部には優れた耐摩耗性と耐熱性が要求される。そこで鋳
鉄製シリンダヘッドについても、従来から耐摩耗性の優
れたCr−MO系等の焼結合金をバルブシート部にイン
サートすることが行なわれている。しかしながらインサ
ートした場合、そのインサート部材とシリンダヘッド母
材との接触面が熱障壁となって熱伝導が悪くなり、その
ため特に熱負荷の高い場合にはバルブシート面からの放
熱・冷却に問題がある。またこのようなインサートによ
る方法では、予めインサート部材を別途製造・加工して
おかなければならないため、工程が複雑となる問題もあ
る。
As is well known in the art, the valve seat portion of the cylinder head of an internal combustion engine is required to have excellent wear resistance and heat resistance. Therefore, in cast iron cylinder heads as well, a sintered alloy such as Cr--MO based alloy having excellent wear resistance has been inserted into the valve seat portion. However, when inserted, the contact surface between the insert member and the cylinder head base material becomes a thermal barrier, resulting in poor heat conduction, which causes problems with heat dissipation and cooling from the valve seat surface, especially when the heat load is high. . Further, in such a method using an insert, the insert member must be manufactured and processed separately in advance, which causes a problem that the process becomes complicated.

そこで既に鋳鉄製シリンダヘッドのバルブシート部にレ
ーザ等の高密度エネルギ源を用いてCrを合金化し、イ
ンサートを用いることなくバルブシート部の高温耐摩耗
性を向上させる方法が「工業材料」第32巻第3号P3
1〜39の「レーザによる表面処理」の記事(特にP3
5〜36)において報告されている。
Therefore, a method has already been proposed in "Industrial Materials" No. 32 to alloy the valve seat part of a cast iron cylinder head with Cr using a high-density energy source such as a laser to improve the high-temperature wear resistance of the valve seat part without using an insert. Volume No. 3 P3
Articles 1 to 39 “Surface treatment by laser” (especially P3
5-36).

発明が解決すべき問題点 前)小の報告におけるバルブシート部に対するレーザに
よるQrの合金化層は、合金化したままであって硬さが
)lv 700〜800と著しく硬いものであり、また
10%を越える高濃度のcrを合金化してCr炭化物主
体の組織としたものであることが記載内容から推察され
る。
Problems to be Solved by the Invention The Qr alloyed layer formed by the laser on the valve seat portion in the previous report was extremely hard, with a hardness of lv 700 to 800, and lv 10 It can be inferred from the description that the structure is composed mainly of Cr carbide by alloying Cr with a high concentration of more than 1.5%.

このようなバルブシートでは硬さが高過ぎるため加工が
著しく困難であり、またバルブシート自体の耐摩耗性は
良好であっても、相手バルブのバルブフェース面を著し
く摩耗ざ甘る問題がおり、したがってシリンダヘッドの
バルブシートとしては実用的ではなかった。
This type of valve seat is extremely difficult to process because of its high hardness, and even if the valve seat itself has good wear resistance, there is a problem that the valve face of the mating valve will be severely worn out. Therefore, it was not practical as a valve seat for a cylinder head.

そこで本発明者等は、前述の報告に示されているような
レーザ等の高密度エネルギを用いた合金化による鋳鉄製
シリンダヘッドのバルブシート部の耐摩耗性向上策の改
良を図り、バルブシート部の耐摩耗性に優れると同時に
相手バルブフェース面の摩耗も防止され、しかも耐熱性
にも優れるとともに加工性に優れかつバルブシート部の
欠けも防止されるようにした鋳鉄製シリンダヘッドおよ
びその製造方法を特願昭61−17183号において提
案している。
Therefore, the present inventors attempted to improve the wear resistance of the valve seat portion of a cast iron cylinder head by alloying using high-density energy such as a laser as shown in the above report, and A cast iron cylinder head that has excellent wear resistance at the same time as well as prevents wear on the mating valve face surface, has excellent heat resistance, excellent workability, and prevents chipping of the valve seat, and its manufacture. A method has been proposed in Japanese Patent Application No. 17183/1983.

上記提案の鋳鉄製シリンダヘッドは、本体が鋳鉄からな
り、かつバルブシート部に相当する部位の表面に、Fe
よりも炭化物形成傾向が高い金属元素、例えばCr、M
O等の1種または2種以上が合計で0.1〜10重量%
含有された合金化鋳鉄層が0.2M以上の深さにわたっ
て形成されており、しかもその合金化鋳鉄層は、基地を
パーライトもしくはパーライト主体とするとともに2〜
15%の残留セメンタイトが存在しかつ塊状黒鉛が晶出
した組織からなる硬さHv 250〜400の層とされ
ていることを特徴とするものである。
The cast iron cylinder head proposed above has a main body made of cast iron, and the surface of the portion corresponding to the valve seat portion is made of Fe.
Metal elements with a higher tendency to form carbides than Cr, M
A total of 0.1 to 10% by weight of one or more of O, etc.
The contained alloyed cast iron layer is formed over a depth of 0.2M or more, and the alloyed cast iron layer has pearlite or pearlite as the base and 2 to
It is characterized by a layer having a hardness Hv of 250 to 400 and consisting of a structure in which 15% of residual cementite exists and massive graphite is crystallized.

また上記提案の鋳鉄製シリンダヘッド製造方法は、鋳鉄
を原料としてシリンダヘッド本体を鋳造した後、そのシ
リンダヘッド本体のバルブシート部に相当する部位の表
面に、Feよりも炭化物形成傾向が高い金属元素、例え
ばCrJ4o等の1種または2種以上もしくはそれらの
合金またはそれらの1種または2種以上と鉄との合金を
配置し、その上からレーザ、TIGアーク等の高密度エ
ネルギを照射して急速溶融−急速再凝固させることによ
り、前記金属元素の1種または2種以上の合計濃度が0
.1〜10重徂%となるように前記金属元素が鋳鉄に合
金化されかつチル化された合金層を形成し、次いでその
チル化合金層をA1変態点以上固相線温度未満の湿度域
に加熱した後冷却する熱処理を施して、基地をパーライ
トも(ツクはパーライト主体とするとともに2〜15%
の残留セメンタイトが存在しかつ塊状黒鉛が晶出した組
織からなる硬さ)lv 250−400の合金化鋳鉄層
を0.2.以上の深さにわたって形成することを特徴と
するものである。
In addition, in the method for manufacturing a cast iron cylinder head proposed above, after a cylinder head body is cast using cast iron as a raw material, a metal element having a higher tendency to form carbides than Fe is added to the surface of a portion of the cylinder head body corresponding to the valve seat portion. For example, one or more of CrJ4o, an alloy thereof, or an alloy of one or more of these and iron is placed, and high-density energy such as a laser or TIG arc is irradiated from above to rapidly By melting and rapidly resolidifying, the total concentration of one or more of the metal elements is reduced to 0.
.. The metal element is alloyed with cast iron to form a chilled alloy layer so as to have a concentration of 1 to 10% by weight, and then the chilled alloy layer is placed in a humidity range above the A1 transformation point and below the solidus temperature. Heat treatment is performed by heating and then cooling, and the base is made of pearlite as well.
An alloyed cast iron layer with a hardness lv 250-400 consisting of a structure in which residual cementite exists and massive graphite crystallizes. It is characterized by being formed over a depth greater than or equal to the depth.

以上のような提案による鋳鉄製シリンダヘッドにおいて
は、バルブシート部を前述のような組織の合金化鋳鉄層
とすることによって、耐摩耗性が優れると同時に相手材
としてのバルブフェース面に対する攻撃性も小さくでき
、しかも加工性も良好となり、ざらに靭性面でも有利と
なる。すなわち基地組織のパーライト自体がフェライト
基地の場合よりも耐摩耗性の点で有利であり、かつその
基地組織中に残留セメンタイトが存在していることによ
ってざらに耐摩耗性が向上しているのである。そしてま
たバルブシート部の合金化鋳鉄層は、Cr、Mo等の炭
化物形成傾向が高い金属元素が含有されることによって
組織中の残留セメンタイトおよびパーライトを構成して
いるセメンタイ1〜が強化・安定化され、これらを添加
していない場合と比較して耐摩耗性および耐熱性が著し
く改善されるのである。
In the cast iron cylinder head proposed above, by making the valve seat part an alloyed cast iron layer with the structure described above, it has excellent wear resistance and at the same time is less aggressive against the valve face surface as a mating material. It can be made smaller, has better workability, and is also advantageous in terms of toughness. In other words, the pearlite base structure itself is more advantageous in terms of wear resistance than the ferrite base structure, and the presence of residual cementite in the base structure significantly improves the wear resistance. . Furthermore, the alloyed cast iron layer of the valve seat part contains metal elements such as Cr and Mo that have a high tendency to form carbides, thereby strengthening and stabilizing the cementite 1~ that constitutes the residual cementite and pearlite in the structure. The wear resistance and heat resistance are significantly improved compared to the case without these additives.

しかしながら本発明者等がざらに実験・検討を重ねたと
ころ、上記提案の鋳鉄製シリンダヘッドは前述のような
優れた特性は有するものの、新たに別の問題が生じてい
ることが判明した。すなわち上記提案のシリンダヘッド
においては、炭化物形成元素を合金化しているためバル
ブシート部の合金化処理時のチル化が著しく、そのため
凝固収縮によりビード割れが発生し易く、したがって不
良率が高くなって歩留りが低下する問題がある。
However, after repeated experiments and studies by the present inventors, it was found that although the cast iron cylinder head proposed above has the above-mentioned excellent characteristics, it has new problems. In other words, in the cylinder head proposed above, since the carbide-forming elements are alloyed, the valve seat part is significantly chilled during the alloying process, and as a result, bead cracking is likely to occur due to solidification shrinkage, resulting in a high rejection rate. There is a problem of lower yield.

また合金化処理を施した状態での合金層中のセメンタイ
トの量が多くしかもそのセメンタイトが強化されている
ため、合金化処理後の熱処理時にセメンタイトを分解さ
せて所要の残留セメンタイト量とするために相当な時間
を要し、そのため熱処理時間が長くなって生産性が低下
する問題がある。
In addition, since the amount of cementite in the alloy layer after alloying treatment is large and the cementite is strengthened, it is necessary to decompose the cementite during heat treatment after alloying treatment to obtain the required amount of residual cementite. It takes a considerable amount of time, and therefore, there is a problem that the heat treatment time becomes long and the productivity decreases.

ざらに前記提案の鋳鉄製シリンダヘッドでは、バルブシ
ート部の高温耐酸化性、高温耐食性の点で未だ充分では
なく、より一層の向上が望まれている。
Generally speaking, the cast iron cylinder head proposed above is still insufficient in terms of high temperature oxidation resistance and high temperature corrosion resistance of the valve seat portion, and further improvement is desired.

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、前
記提案をさらに改良して、バルブシート部の耐摩耗性お
よび相手攻撃性の点では前記提案の鋳鉄製シリンダブロ
ックと同等またはそれに近い性能を有し、しかもバルブ
シート部の合金化鋳鉄層の割れを防止するとともに熱処
理時間を短縮し、ざらに高温耐酸化性、高温耐食性を向
上させた鋳鉄製シリンダヘッドおよびその製造方法を提
供することを目的とするものでおる。
The present invention was made against the background of the above-mentioned circumstances, and is a further improvement of the above-mentioned proposal to achieve performance equivalent to or close to that of the cast iron cylinder block proposed above in terms of wear resistance of the valve seat portion and attack resistance. To provide a cast iron cylinder head and a method for manufacturing the same which prevent cracking of the alloyed cast iron layer of the valve seat part, shorten heat treatment time, and significantly improve high temperature oxidation resistance and high temperature corrosion resistance. It is the purpose.

問題点を解決するための手段 第1発明の鋳鉄製シリンダヘッドは、本体が鋳鉄からな
り、かつバルブシート部に相当する部位の表面に、Fe
よりも炭化物形成傾向が高い金属元素の1種または2種
以上が合計で0.1〜10重量%含有されかつAfl 
0.1〜3重量%、Si0.1〜15重間%の一方また
は双方が合計で15重最%以下含有された合金化鋳鉄層
が0.2mm以上の深さにわたって形成されており、し
かもその合金化鋳鉄層は、基地をフェライトおよび/ま
たはパーライトとするとともに2〜15%の残留セメン
タイトが存在しかつ塊状黒鉛が晶出()だ組織からなる
硬さHv250〜400の層とされていることを特徴と
するもので必る。
Means for Solving the Problems In the cast iron cylinder head of the first invention, the main body is made of cast iron, and the surface of the portion corresponding to the valve seat portion is coated with Fe.
A total of 0.1 to 10% by weight of one or more metal elements having a higher tendency to form carbides than Afl
An alloyed cast iron layer containing a total of 15 wt % or less of either 0.1 to 3 wt % or Si 0.1 to 15 wt % is formed over a depth of 0.2 mm or more, and The alloyed cast iron layer has a hardness of 250 to 400 Hv and consists of a base of ferrite and/or pearlite, 2 to 15% residual cementite, and a structure in which massive graphite is crystallized. It must be characterized by

また第2発明の鋳鉄製シリンダヘッド製造方法は、鋳鉄
を原料としてシリンダヘッド本体を鋳造した後、そのシ
リンダヘッド本体のバルブシート部に相当する部位の表
面に、Feよりも炭化物形成傾向が高い金属元素の1種
または2種以上とA1.s +の一方または双方もしく
はそれらの合金を配置し、その上から高密度エネルギを
照射して急速溶融−急速再凝固させることにより、Fe
より炭化物形成傾向が高い前記金属元素の1種または2
種以上を合計で0.1〜10重伍%含有しかつAJ20
.1〜3重弓%、Si0.1〜15重量%の一方または
双方を合計で15重量%以下含有するように合金化され
かつチル化された合金層を形成し、次いでそのデル化合
金層をA1変態点以上固相線温度未満の温度域に加熱し
た後冷却する熱処理を施して、基地をフェライトおよび
/またはパーライトとするとともに2〜15%の残留セ
メンタイトが存在しかつ塊状黒鉛が晶出した組織からな
る硬さHv 250〜400の合金化鋳鉄層を0.2m
m以上の深さにわたって形成することを特徴とするもの
である。
Further, in the method for manufacturing a cast iron cylinder head of the second invention, after casting a cylinder head body using cast iron as a raw material, a metal having a higher tendency to form carbides than Fe is coated on the surface of a portion of the cylinder head body corresponding to a valve seat portion. One or more elements and A1. By arranging one or both of s+ or an alloy thereof and irradiating high-density energy from above to rapidly melt and rapidly resolidify Fe, Fe
One or two of the above metal elements having a higher tendency to form carbides
Contains 0.1 to 10% by weight of seeds or more in total and AJ20
.. An alloy layer is formed that is alloyed and chilled to contain a total of 15% by weight or less of one or both of 1% to 3% by weight and 0.1% to 15% by weight of Si, and then the deltened alloy layer is formed. A heat treatment was performed to heat the product to a temperature range above the A1 transformation point and below the solidus temperature, and then cool it, so that the base was made of ferrite and/or pearlite, and 2 to 15% of residual cementite was present, and massive graphite was crystallized. A 0.2 m layer of alloyed cast iron with a hardness of Hv 250 to 400 is
It is characterized by being formed over a depth of m or more.

作   用 シリンダヘッドの本体となる鋳鉄としては、鋳造性、t
JuT性およびコストの面から、JIS FC20゜F
C25などの普通鋳鉄が好ましく、またその成分組成は
特に限定しないが、通常は主要成分であるCは2.0〜
4.0重量%程度、Siは3.0重量%程度以下とされ
る。またこれらに脱酸のために微量のCe、Mg等を添
加した鋳鉄を用いることもできる。
The cast iron that forms the main body of the cylinder head has castability, t
From the viewpoint of JuT property and cost, JIS FC20°F
Ordinary cast iron such as C25 is preferable, and its composition is not particularly limited, but usually the main component C is 2.0 to 2.0.
The content of Si is about 4.0% by weight, and the content of Si is about 3.0% by weight or less. Furthermore, cast iron to which trace amounts of Ce, Mg, etc. are added for deoxidation can also be used.

この発明では、上述のような普通鋳鉄等からなる鋳鉄製
シリンダヘッドのうち、特に耐摩耗性が要求される部位
、すなわちインテークバルブやエキゾーストバルブに対
するバルブシート部に相当する部位に、後述するような
合金化鋳鉄層が0.2馴以上の深さにわたって形成され
る。
In this invention, in the above-mentioned cast iron cylinder head made of ordinary cast iron, etc., parts that require particularly wear resistance, that is, parts corresponding to valve seats for intake valves and exhaust valves, are provided with the following. An alloyed cast iron layer is formed to a depth of 0.2 mm or more.

この合金化鋳鉄層は、成分的には本体の鋳鉄成分のほか
、特に炭化物形成傾向がFeよりも高い金属元素、すな
わちOr、Mo、W、Ta、Nb、■、Ti、Zrある
いはMn等の金属元素の1種または2種以上を合計で0
.1〜10重量%の範囲内で含有し、かつAil’0.
1〜3重量%または/および3ro、t〜15臣間%を
合計で15重重量以下の範囲内で含有するものである。
In addition to the cast iron component of the main body, this alloyed cast iron layer contains metal elements that have a higher tendency to form carbides than Fe, such as Or, Mo, W, Ta, Nb, Ti, Zr, or Mn. Total of 0 or more metal elements
.. Ail'0.
It contains 1 to 3% by weight or/and 3ro, t to 15% by weight within a total range of 15% by weight or less.

またその合金化鋳鉄層の組織は、基地としてのフエライ
1〜および/またはパーライトと、2〜15%の残留セ
メンタイトと、塊状の晶出黒鉛とからなるものとされ、
その硬さがHv 250〜400の範囲内とされている
In addition, the structure of the alloyed cast iron layer is said to consist of ferrite 1 and/or pearlite as a base, 2 to 15% of residual cementite, and massive crystallized graphite.
Its hardness is said to be within the range of Hv 250 to 400.

前述のようにCrJ4o等の炭化物形成傾向が高い金属
元素が含有されることによって、バルブシート部の合金
化鋳鉄層は、その組織中の残留セメンタイ1〜およびパ
ーライトを構成しているセメンタイトが強化・安定化さ
れ、これらを添加しない場合と比較して耐摩耗性および
耐熱性が著しく改善される。すなわち、バルブシート部
は、インテークバルブに対する部分で150〜250’
C,エキゾーストバルブに対する部分で250〜400
 ’Cとなるが、このような温度でも組織、硬さが著し
く変化せず、そのバルブシート部の耐摩耗性が低下しな
いのである。ここで、合金化鋳鉄層におけるCr、Mo
等の炭化物形成元素の含有量が0.1重量%未満ではセ
メンタイトを強化して耐摩耗性、耐熱性を向上させる効
果が充分に得られず、一方10重量%を越えれば最終的
に前述のような硬さ、組織に調整することが困難となる
から、炭化物形成元素の含有量は0.1〜10重量%の
範囲内とした。
As mentioned above, by containing metal elements such as CrJ4o that have a high tendency to form carbides, the alloyed cast iron layer of the valve seat part is strengthened by the residual cementite in its structure and the cementite constituting the pearlite. stabilized, and the wear resistance and heat resistance are significantly improved compared to the case without these additions. That is, the valve seat part is 150 to 250' in the part facing the intake valve.
C, 250 to 400 in the part for the exhaust valve
'C, but the structure and hardness do not change significantly even at such temperatures, and the wear resistance of the valve seat does not deteriorate. Here, Cr, Mo in the alloyed cast iron layer
If the content of carbide-forming elements, such as Since it is difficult to adjust the hardness and structure to such a degree, the content of the carbide-forming element was set within the range of 0.1 to 10% by weight.

なおこの範囲内でも特に0.5〜3.0重量%の範囲内
が好ましい。
Note that within this range, a range of 0.5 to 3.0% by weight is particularly preferable.

ざらにバルブシート部の合金化鋳鉄層は、Or、MO等
の炭化物形成元素と併せて八!または/およびSiが合
金化されており、このようにAlまたは/およびSiを
含有させることによって、合金化処理時におけるチル化
が過剰となることが防止され、そのため合金化処理時の
その合金層の凝固収縮が小ざくなって合金層に割れ(ビ
ード割れ)が発生することが有効に防止される。また炭
化物形成元素と併せてAlまたは/およびSiを合金化
することにより、熱処理前の合金層中のセメンタイトが
過剰に強化されることが防止されるとともに、熱処理前
の状態での合金層中のセメンタイト量も炭化物形成元素
のみを合金化させた場合よりも少なくなり、そのため最
終的な熱処理により過剰なセメンタイトを分解させて残
留セメンタイト量を2〜15%に調整するにあたって、
熱処理時間が短くて済むことになる。ざらに八!、Si
はいずれも高温耐酸化性、高温耐食性の向上に有効な元
素であり、したがってAIまたは/およびSiの合金化
によってその合金化鋳鉄層からなるバルブシート部は高
温耐酸化性、高温耐食性が向上する。
Roughly, the alloyed cast iron layer in the valve seat area, together with carbide forming elements such as Or and MO, contains 8! Or/and Si are alloyed, and by including Al or/and Si in this way, excessive chilling during the alloying process is prevented, so that the alloy layer during the alloying process is prevented from becoming excessively chilled. This effectively prevents cracks (bead cracks) from occurring in the alloy layer due to the smaller solidification shrinkage. In addition, by alloying Al and/or Si together with carbide-forming elements, it is possible to prevent the cementite in the alloy layer before heat treatment from being excessively strengthened, and also to prevent cementite in the alloy layer in the state before heat treatment. The amount of cementite is also smaller than when only carbide-forming elements are alloyed, so in the final heat treatment to decompose excess cementite and adjust the amount of residual cementite to 2 to 15%,
This means that the heat treatment time can be shortened. Zaranihachi! , Si
Both are effective elements for improving high-temperature oxidation resistance and high-temperature corrosion resistance. Therefore, by alloying AI and/or Si, the valve seat portion made of the alloyed cast iron layer improves high-temperature oxidation resistance and high-temperature corrosion resistance. .

なおここで合金化鋳鉄層におけるAl、Siは、その邑
が多い・はど高温耐酸化性、高温耐食性は良好となるが
、Al@が3%を越えるかまたはS1量が15重量%を
越えれば残留セメンタイ1〜が残りにくくなって耐摩耗
性を急激に低下させる。またAl、s iは、いずれか
一方を単独で添加しても、両者を同時に複合添加しても
、前述の効果を1昇ることができるが、複合添加の場合
の合計間が15重最%を越えれば前記と同じ理由により
充分な耐摩耗性が得られなくなるから、複合添加の合計
量も15重量%以下とする必要がある。一方Aj2. 
s rがそれぞれ0.1重量%未満では上述の効果が充
分に得られない。したがってこの発明ではAfo、1〜
3重量重量Si0.1〜15重邑%のいずれか一方また
は双方を合計で15重量%以下と規定した。なお八!、
Siの一方または双方の量は、合計で1〜12重徂%の
範囲内が最も好ましい。
Note that the higher the concentration of Al and Si in the alloyed cast iron layer, the better the high-temperature oxidation resistance and high-temperature corrosion resistance, but if Al exceeds 3% or the S1 amount exceeds 15% by weight. In this case, the residual cementite 1 becomes difficult to remain and the wear resistance is sharply reduced. In addition, the above-mentioned effect can be increased by 1 whether Al or Si is added alone or in combination with both, but the total difference in the case of combined addition is 15%. If it exceeds this amount, sufficient wear resistance cannot be obtained for the same reason as mentioned above, so the total amount of composite additions must also be 15% by weight or less. On the other hand, Aj2.
If sr is less than 0.1% by weight, the above-mentioned effects cannot be sufficiently obtained. Therefore, in this invention, Afo, 1~
The total amount of either or both of 0.1 to 15% Si by weight was defined as 15% by weight or less. Naohachi! ,
Most preferably, the total amount of one or both of the Sis is in the range of 1 to 12% by weight.

ざらに合金化鋳鉄層の金属組織に関しては、炭化物形成
元素の合金化と併せて、特に前述のような組織とするこ
とによって、耐摩耗性が優れると同時に相手材としての
バルブフェース面に対する攻撃性(相手摩耗性)も小さ
くでき、しかも加工性も良好となり、ざらに靭性面でも
有利となって欠けが生じにくくなる。
Regarding the metallographic structure of the roughly alloyed cast iron layer, in addition to alloying the carbide-forming elements, by creating the structure as described above, it has excellent wear resistance and at the same time is less aggressive against the valve face surface as a mating material. (Abrasion resistance to mating material) can be reduced, and workability is also improved, and it is also advantageous in terms of toughness, making it difficult for chipping to occur.

すなわち、先ずフェライトもしくはパーライトからなる
基地組織中に残留セメンタイトが存在していることによ
って既に述べように耐摩耗性が向上しているのであるが
、ここで残留セメンタイトが2%未満では充分な耐摩耗
性が確保できない。
In other words, as already mentioned, the wear resistance is improved by the presence of residual cementite in the base structure consisting of ferrite or pearlite, but if the residual cementite is less than 2%, the wear resistance is insufficient. gender cannot be guaranteed.

一方残留セメンタイト徂が増大すれば耐摩耗性のみの点
からは有利であるが、相手バルブフェース面の摩耗が大
きくなり、また加工性も低下する。
On the other hand, if the amount of residual cementite increases, it is advantageous only from the standpoint of wear resistance, but the wear on the mating valve face increases and the workability also decreases.

本発明者等の実験によればバルブシート面の耐摩耗性を
確保しつつ相手バルブフェース面の摩耗を小さくしかつ
良好な加工性を得るためには、残留セメンタイト量が1
5%以下でおることが必要であることが判明しており、
したがって残留セメンタイト看は2〜15%の範囲内と
した。一方組織中に晶出する黒鉛は、その形状が塊状で
あることによって、普通鋳鉄の如き片状黒鉛の場合と比
較して靭性面で有利となり、バルブシート面の欠けを防
止することができる。なおここで合金化鋳鉄層の基地組
織は、フェライトのみであっても、またパーライトのみ
でおっても良いが、通常はフェライトとパーライトとの
混相組織となることが多い。
According to experiments conducted by the inventors, in order to ensure the wear resistance of the valve seat surface, reduce the wear of the mating valve face surface, and obtain good workability, the amount of residual cementite must be 1.
It has been found that it is necessary to keep it below 5%.
Therefore, the residual cementite value was set within the range of 2 to 15%. On the other hand, since the graphite crystallized in the structure has a lumpy shape, it has an advantage in terms of toughness compared to flaky graphite such as ordinary cast iron, and can prevent chipping of the valve seat surface. The base structure of the alloyed cast iron layer may be composed of only ferrite or pearlite, but it is usually a mixed phase structure of ferrite and pearlite.

ざらに合金化鋳鉄層の硬さに関しては、Hv 250未
満ではバルブフェース面の耐摩耗性を確保できず、一方
Hv 400を越えれば相手バルブシートの摩耗が過大
となり、また加工性も低下するから、Hv250〜40
0の範囲内とする必要がある。
Regarding the hardness of the alloyed cast iron layer, if the hardness is less than Hv 250, the wear resistance of the valve face cannot be ensured, whereas if it exceeds Hv 400, the wear of the mating valve seat will be excessive and the workability will also be reduced. , Hv250~40
It must be within the range of 0.

上述のような成分、組織、硬さを有する合金化鋳鉄層の
深さが0.2Mでは充分な耐摩耗性、耐熱性が確保でき
ず、したがってその深さは0.2m以上とすることが必
要である。
If the depth of the alloyed cast iron layer having the above-mentioned composition, structure, and hardness is 0.2 m, sufficient wear resistance and heat resistance cannot be ensured, so the depth should be set to 0.2 m or more. is necessary.

以上のように、所定量のCr、Mo等の炭化物形成元素
とAlまたは/およびSiを合金化した、所定の組織、
所定の硬さ、所定の深さを有する合金化鋳鉄層をバルブ
シート面に形成しておくことによって、バルブシート面
自体の耐摩耗性の確保と相手バルブフェース面の摩耗防
止、加工性確保、欠けの防止、および耐熱性の確保を図
ることができるのみならず、特にAlまたは/およびS
iをも含有させておくことにより、合金化処理時におけ
る合金層の割れの発生の防止および熱処理時間の短縮、
ざらにはバルブシート部の高温耐酸化性、高温耐食性の
向上を図ることができたのである。
As described above, a predetermined structure in which a predetermined amount of carbide-forming elements such as Cr and Mo is alloyed with Al or/and Si;
By forming an alloyed cast iron layer with a predetermined hardness and a predetermined depth on the valve seat surface, we can ensure the wear resistance of the valve seat surface itself, prevent wear of the mating valve face surface, and ensure workability. Not only can it prevent chipping and ensure heat resistance, but it can also
By also containing i, it is possible to prevent cracking of the alloy layer during alloying treatment and shorten the heat treatment time.
In general, we were able to improve the high-temperature oxidation resistance and high-temperature corrosion resistance of the valve seat.

次に前述のようにバルブシート面に合金化鋳鉄層を有す
るシリンダヘッドの製造方法、すなわち第2発明につい
て説明する。
Next, a method for manufacturing a cylinder head having an alloyed cast iron layer on the valve seat surface as described above, that is, the second invention will be described.

先ずシリンダヘッド本体の製造法としては、前述のよう
な普通鋳鉄等の鋳鉄材料を原材料として、砂型鋳造、金
型鋳造、あるいは各種圧力鋳造法等の通常の鋳造法によ
り鋳造すれば良い。
First, the cylinder head body may be manufactured by using a cast iron material such as the above-mentioned ordinary cast iron as a raw material and casting it by a normal casting method such as sand mold casting, metal mold casting, or various pressure casting methods.

得られたシリンダヘッド本体に対しては、先ず高密度エ
ネルギ源を用いて、Cr、M0.W、Ta、Nb、V、
Ti、ZrあるいはMn等の炭化物形成元素とA1また
は/およびSiの合金化処理を行なう。すなわち、シリ
ンダヘッド本体における特に耐摩耗性、耐熱性が要求さ
れるバルブフェースの表面に、前述のようなCr、MO
等の炭化物形成元素の1種または2種以上とAlまたは
/およびS11あるいはそれらの合金(以下これらを合
金化材料と総称する)を配置し、その上からレーザ、電
子ビーム、プラズマアーク、TIGアーク等の高密度エ
ネルギを照射することにより、表面に配置された合金化
材料とその下側の鋳鉄母材表面層とを瞬時に急速溶融さ
せて鋳鉄に対しCr、MO等の炭化物形成元素と八!ま
たは/およびSiを合金化し、続いてそのエネルギ照射
位置の移動もしくは照射停止によりその溶融した合金層
を瞬時に急速凝固させる。ここで、高密度エネルギの照
射により溶融した部分はシリンダヘラド全体の質量に比
べれば格段に小さい質量であるから、高密度エネルギ照
射位置の移動もしくは照射停止によってシリンダヘッド
母材側への熱移動により溶融した合金層は瞬時に凝固し
、チル化された合金層となる。但しそのチル化の程度は
、AlヤSiを合金化しない場合と比較すれば少なくな
るから、凝固収縮も少なくなってビード割れの発生が防
止される。
The obtained cylinder head body was first treated with Cr, M0. W, Ta, Nb, V,
An alloying process is performed between A1 and/or Si and a carbide-forming element such as Ti, Zr, or Mn. In other words, the above-mentioned Cr, MO, etc. are applied to the surface of the valve face, which requires particularly wear resistance and heat resistance, in the cylinder head body.
One or more carbide-forming elements such as Al and/or S11 or their alloys (hereinafter collectively referred to as alloying materials) are arranged, and then laser, electron beam, plasma arc, TIG arc By irradiating high-density energy such as ! Or/and Si are alloyed, and then the molten alloy layer is instantaneously and rapidly solidified by moving the energy irradiation position or stopping the irradiation. Here, the mass of the part melted by high-density energy irradiation is much smaller than the mass of the entire cylinder head, so by moving the high-density energy irradiation position or stopping irradiation, the melting occurs due to heat transfer to the cylinder head base material side. The alloy layer instantly solidifies and becomes a chilled alloy layer. However, the degree of chilling is less than that in the case where Al and Si are not alloyed, so solidification shrinkage is also reduced and bead cracking is prevented.

なお、合金化材料をシリンダヘッド本体のバルブフェー
ス面に配置するための具体的手法としては、例えばそれ
らの粉末、圧粉体、薄板等を載置または溶射したりある
いはスラリーとして塗布したり、さらには必要部位に溝
を加工してその中に充填したりすれば良い。
Specific methods for placing the alloying material on the valve face surface of the cylinder head body include, for example, placing or thermal spraying powder, green compacts, thin plates, etc. of the alloyed material, or applying it as a slurry. All you have to do is make a groove in the required area and fill it.

なおまた、合金化材料の配合形態としては、Cr、Mo
等の炭化物形成元素のうちの一種の単体金属や、それら
のうちの2種以上の単体金属、あるいはそれらのうちの
2種以上からなる合金、あるいはそれらのうちの1種ま
たは2種以上と鉄との合金と、AlあるいはSiの単体
金属もしくはそれらと鉄との合金とを、混合粉などの混
合状態や積層状態で用いたり、あるいは炭化物形成元素
の1種または2種以上とAlまたは/1J−3よびSi
との合金からなる粉末などを用いたり、さらには炭化物
形成元素の1種または2種以上とへ!または/およびS
iと鉄との合金からなる粉末などを用いたりすれば良い
Furthermore, the blending form of the alloying material is Cr, Mo.
An elemental metal of one of the carbide-forming elements, two or more of these elements, an alloy of two or more of them, or one or more of these elements and iron. Al or Si, or an alloy of these and iron, may be used in a mixed state such as a mixed powder or in a layered state, or one or more carbide-forming elements and Al or /1J may be used. -3 and Si
or even one or more carbide-forming elements! or/and S
A powder made of an alloy of i and iron may be used.

上述のような高密度加熱エネルギを用いた合金化処理の
ままでは、合金層はいわゆるチル鋳鉄組織が形成されて
おり、これは硬さHv 550以上で、セメンタイト+
トル−スタイト士マルテンサイト組織を呈している。こ
のようなチル鋳鉄組織では、硬さが高過ぎるため相手バ
ルブフェース面を著しく摩耗させ、また脆いため欠けが
生じやすく、さらには加工自体も困難であるから、その
ままでシリンダヘッドのバルブシート面に使用するには
支障がある。そこで合金化処理の後に、チル鋳鉄組織の
合金層を、前述の硬さ、組織に調整するための熱処理を
行なう。
In the alloying process using high-density heating energy as described above, a so-called chill cast iron structure is formed in the alloy layer, which has a hardness of Hv 550 or more and a cementite +
It exhibits a troustite-martensitic structure. This type of chilled cast iron structure is too hard and causes significant wear on the mating valve face surface, and is brittle and easily chipped.Furthermore, machining itself is difficult, so it cannot be used as is on the valve seat surface of the cylinder head. There is a problem in using it. Therefore, after the alloying treatment, heat treatment is performed to adjust the alloy layer of the chilled cast iron structure to the above-mentioned hardness and structure.

この熱処理は、A1変態点以上、固相線温度未満の温度
域で加熱保持することによって、基地組織(トルースタ
イト、マルテンサイト)のオーステナイト化とセメンタ
イトの一部分解・凝集および黒鉛化が進行し、残留セメ
ンタイト量が2〜15%に調整されるとともに塊状黒鉛
の晶出が行なわれる。そして加熱保持後の冷却過程では
、フェライトおよび/またはパーライトへの変態が進行
して、最終的に前述のような組織が得られることになる
In this heat treatment, by heating and holding in a temperature range above the A1 transformation point and below the solidus temperature, austenitization of the matrix structure (troostite, martensite), partial decomposition and agglomeration of cementite, and graphitization progress. The amount of residual cementite is adjusted to 2 to 15%, and massive graphite is crystallized. In the cooling process after heating and holding, transformation into ferrite and/or pearlite progresses, and the above-mentioned structure is finally obtained.

この熱処理における加熱保持時間は特に限定しないが、
既に述べたようにこの発明の場合へ!または/およびS
:の合金化によって合金化処理によるセメンタイトの過
剰な強化が防止されるとともに合金化処理直後のセメン
タイト量がAlまたは/およびSiを合金化しない場合
(炭化物形成元素のみの合金化の場合)゛と比較して少
量となるため、比較的短時間でセメンタイトの一部分解
を行なって残留セメンタイト量を2〜15%に調整する
ことができ、したがって加熱保持時間は30秒〜10分
程度で足りる。もちろん具体的に最適な熱処理温度、時
間は合金化したAti、s rの量、炭化物形成元素の
種類、量などによっても異なり、Al2、Si量が少な
かったり、炭化物形成元素の添/l[l 但が多かった
り、添加した合金元素の炭化物形成傾向が特に強かった
り(例えばTi、Zr、Nbなと)の場合には、比較的
高温で長時間加熱することが望ましい。但し前述のよう
にAlまたは/およびSiを合金化しない場合と比較す
れば短時間の加熱で足りることは勿論である。また冷却
条件も合金化したAlまたは/およびSiの量や炭化物
形成元素の債や種類などによって異なるが、通常は空冷
とすれば良い。
The heating holding time in this heat treatment is not particularly limited, but
As already mentioned in the case of this invention! or/and S
: Alloying prevents excessive strengthening of cementite due to alloying treatment, and when the amount of cementite immediately after alloying treatment does not alloy Al or/and Si (in the case of alloying only carbide-forming elements). Since the amount is relatively small, it is possible to partially decompose the cementite in a relatively short time and adjust the amount of residual cementite to 2 to 15%, and therefore, the heating and holding time is sufficient to be about 30 seconds to 10 minutes. Of course, the specific optimum heat treatment temperature and time will vary depending on the amount of alloyed Ati, sr, type and amount of carbide-forming elements, etc. However, if there are many alloying elements added, or if the added alloying element has a particularly strong tendency to form carbides (for example, Ti, Zr, Nb, etc.), it is desirable to heat at a relatively high temperature for a long time. However, as mentioned above, compared to the case where Al and/or Si are not alloyed, it goes without saying that a short heating time is sufficient. Cooling conditions also vary depending on the amount of alloyed Al and/or Si and the type and type of carbide-forming elements, but air cooling is usually sufficient.

なお以上の加熱処理においては、デル化合金層の部分の
みを加熱する局部加熱、例えば高周波誘導加熱や火炎加
熱(バーナ加熱)等を用いることが熱効率等の点から望
ましいが、場合によってはシリンダヘッド全体を加熱す
る炉中加熱を用いても良い。
In the above heat treatment, it is desirable to use local heating that heats only the delta alloy layer, such as high-frequency induction heating or flame heating (burner heating), from the viewpoint of thermal efficiency, but in some cases, the cylinder head Furnace heating may be used to heat the whole.

以上のように、高密度エネルギを用いた合金化処理によ
り表面層にCr、Mo等の炭化物形成元素およびAlも
しくはSiと鋳鉄とのチル化合金層を形成し、た後、熱
処理を施すことによって、前述のような組織、硬さを有
する合金化鋳鉄層をバルブシート面に形成することがで
きる。
As described above, by forming a chilled alloy layer of cast iron with carbide-forming elements such as Cr and Mo, Al or Si, and cast iron on the surface layer by alloying treatment using high-density energy, and then performing heat treatment. , an alloyed cast iron layer having the structure and hardness described above can be formed on the valve seat surface.

なお前述の熱処理後は、適宜研削加工、研磨加工等の機
械加工を行なって最終的にシリンダヘッド製品に仕上げ
れば良い。
After the heat treatment described above, mechanical processing such as grinding or polishing may be performed as appropriate to finally produce a cylinder head product.

実施例 [実施例1] JIS Fe12からなる鋳鉄基材の表面に合金化材料
として第1表のA、Bで示す2種の配合比のCr−A1
混合粉(150〜350メツシユ)をそれぞれ第1表中
に示す厚さとなるように溶射し、次いでTIGアークに
より合金化・チル処理を行なった。
Example [Example 1] Cr-A1 with two types of compounding ratios shown in A and B in Table 1 was applied as an alloying material to the surface of a cast iron base material made of JIS Fe12.
The mixed powder (150 to 350 meshes) was thermally sprayed to the thickness shown in Table 1, and then alloyed and chilled using a TIG arc.

この処理条件は、平均電流100A、送り速度3/It
FII/ SeCとし、流速121’/minのアルゴ
ンガスをシールドガスとして用いた。この合金化・チル
処理によって第1表中に示すようなcps度、Al濃度
の合金化チル層が形成された。次いでそれぞれ炉中加熱
によ゛す1000’CX 3分間加熱した後、空冷する
熱処理を施した。
The processing conditions are: average current 100A, feed rate 3/It
FII/SeC was used, and argon gas at a flow rate of 121'/min was used as a shielding gas. Through this alloying/chilling treatment, an alloyed chilled layer having a cps degree and an Al concentration as shown in Table 1 was formed. Next, each sample was heated in a furnace at 1000'CX for 3 minutes, and then air-cooled.

第1表 以上の処理によって形成された各合金化鋳鉄層について
、相手材としてバルブ材のS聞3を用いて人感式摩耗試
験を行なった。試験条件は、すべり距離100m、すべ
り速度0.31 m/Sec、最終荷重を6.3句とし
た。その摩耗試験結果を比較材についての試験結果と併
せて第1図に示す。なお比較材としては、JIS Fe
12からなる鋳鉄基材にcrのみを合金化させたものを
用いた。この比較材のTIGアークによる合金化・チル
処理条件および熱処理条件は前記と同じであり、またそ
の場合の合金化鋳鉄層のQr濃度は1.5重量%である
A human wear test was conducted on each of the alloyed cast iron layers formed by the treatments shown in Table 1 and above using valve material S-3 as a mating material. The test conditions were a sliding distance of 100 m, a sliding speed of 0.31 m/Sec, and a final load of 6.3 meters. The wear test results are shown in FIG. 1 together with the test results for comparative materials. As a comparative material, JIS Fe
A cast iron base material made of No. 12 alloyed with only Cr was used. The alloying/chill treatment conditions and heat treatment conditions using TIG arc for this comparative material are the same as those described above, and the Qr concentration in the alloyed cast iron layer in that case is 1.5% by weight.

また上記の摩耗試験に供したものと同じ試験片について
、大気中で500℃X 100時間の酸化試験を行ない
、試験前後の酸化増量を調べた結果を第2図に示す。
Further, the same test pieces as those used in the above wear test were subjected to an oxidation test at 500° C. for 100 hours in the atmosphere, and the weight gain by oxidation before and after the test was investigated. The results are shown in FIG.

第1図、第2図に示すように、0r−Ai’を合金化し
た場合(本発明材A、B)には、Crのみを合金化させ
た比較材と比べて摩耗量の増大を招くことなく酸化増量
を少なくすることができた。
As shown in Figs. 1 and 2, when 0r-Ai' is alloyed (invention materials A and B), the amount of wear increases compared to the comparative material in which only Cr is alloyed. It was possible to reduce oxidation weight gain without causing any problems.

すなわちへ!合金化により高温耐酸化性の向上を図るこ
とができた。
In other words, to! Through alloying, we were able to improve high-temperature oxidation resistance.

[実施例2] JIS Fe12からなる鋳鉄基材の表面に合金化材料
として第2表のC,D、Eで示す3種の配合比のCr−
Si混合粉(150〜300メツシユ)をそれぞれ第2
表中に示す厚さとなるように溶射し、次いでTIGアー
クにより合金化・チル処理を行なつた。その処理条件は
実施例1の場合と同じとした。このような合金化・チル
処理によって第2表中に示すようなOr濃度、S1濃度
の合金化チル層が形成された。次いでそれぞれ炉中加熱
により1000″CX 3分間加熱した侵、空冷する熱
処理を施した。
[Example 2] Cr- alloyed with three types of compounding ratios shown as C, D, and E in Table 2 was applied to the surface of a cast iron base material made of JIS Fe12 as an alloying material.
Si mixed powder (150 to 300 mesh) was added to the second
The material was thermally sprayed to the thickness shown in the table, and then alloyed and chilled using a TIG arc. The processing conditions were the same as in Example 1. Through such alloying/chilling treatment, an alloyed chilled layer having an Or concentration and an S1 concentration as shown in Table 2 was formed. Next, heat treatment was performed by heating in a furnace at 1000''CX for 3 minutes and cooling in air.

第2表 以上の処理によって形成された各合金化鋳鉄層について
、摩耗試験を実施例1の場合と同様な条件で行なった結
果を第3図に、また酸化試験を実施例1の場合と同じ条
件で行なった結果を第4図に示す。なお第3図、第4図
において比較材は実施例1について示した場合と同様に
crのみを濃度1,5重d%で合金化させたものである
For each alloyed cast iron layer formed by the treatments shown in Table 2 and above, a wear test was conducted under the same conditions as in Example 1. The results of the oxidation test are shown in Figure 3. The results obtained under these conditions are shown in FIG. In FIGS. 3 and 4, the comparative material is one in which only Cr is alloyed at a concentration of 1.5% by weight, similar to the case shown in Example 1.

第3図、第4図に示すように、Qr−Siを合金化した
合金化鋳鉄層(本発明材C,D、E)では、摩耗量はc
rのみを合金化した場合(比較材)とほとんど変らない
が、Simが増すに従って酸化増量が著しく少なくなっ
ていること、すなわち高温耐酸化性が向上していること
が判る。
As shown in Figs. 3 and 4, in the alloyed cast iron layer alloyed with Qr-Si (invention materials C, D, and E), the wear amount is c
Although there is almost no difference from the case where only r is alloyed (comparative material), it can be seen that as Sim increases, the oxidation weight gain decreases significantly, that is, the high temperature oxidation resistance improves.

[実施例3] 2400ccデイ一ゼル機関用4気筒シリンダヘッドを
製造するにあたって、先ずJISFC25鋳鉄にてシリ
ンダヘッド粗形材を通常の方法により鋳造した。
[Example 3] In manufacturing a 4-cylinder cylinder head for a 2400 cc diesel engine, a cylinder head rough profile was first cast using JISFC25 cast iron using a conventional method.

次いで第5図に示すようにシリンダヘッド粗形材1のイ
ンテークおよびエキゾーストのバルブシート部2を下加
工し、その部分に、150〜350メツシユのCr−4
0%Ala合粉末をポリビニルアルコールをバインダと
して混練したものを厚さ0.5Mとなるように塗布し、
乾燥後、TIGアークにより合金化・チル処理を行なっ
た。この処理の条件は、平均電流75A、送り速度3#
M1 / SeCとし、流速121/minのアルゴン
ガスをシールドガスとして用いた。この処理によって、
バルブシート部に深さ2.6s、Or濃度3,9重量%
、へ2濃度2,2重徂%の合金化・チル層が形成された
。次いで各バルブシート部に、高周波誘導加熱装置を用
いて1000’CX 1分間加熱した後空冷する熱処理
を施した。
Next, as shown in FIG. 5, the intake and exhaust valve seat parts 2 of the cylinder head rough profile 1 are prefabricated, and Cr-4 of 150 to 350 mesh is applied to these parts.
A mixture of 0% Ala powder was kneaded with polyvinyl alcohol as a binder and applied to a thickness of 0.5M.
After drying, alloying and chilling were performed using TIG arc. The conditions for this process are: average current 75A, feed rate 3#
M1/SeC was used, and argon gas at a flow rate of 121/min was used as a shielding gas. With this process,
Depth 2.6s in valve seat part, Or concentration 3.9% by weight
, an alloyed/chilled layer with a He2 concentration of 2.2% was formed. Next, each valve seat portion was subjected to a heat treatment of heating at 1000'CX for 1 minute using a high frequency induction heating device and then cooling in air.

以上の処理によってバルブシート部に、Cr3.9重量
%、A12.2重量%を含有しかつ金属組織が塊状黒鉛
+14%の残留セメンタイト士フェライト基地からなり
、硬さHvが310のCr−A1合金化鋳鉄層が形成さ
れた。その状態の概要を第6図に示す。第6図において
3が合金化鋳鉄層を示す。
Through the above treatment, a Cr-A1 alloy containing 3.9% by weight of Cr and 12.2% by weight of A, whose metal structure consists of a residual cementitious ferrite base of massive graphite + 14%, and a hardness of 310 Hv is formed in the valve seat part. A cast iron layer was formed. An outline of the state is shown in FIG. In FIG. 6, 3 indicates the alloyed cast iron layer.

なお上述の熱処理後には仕上げ加工を施した。Note that finishing processing was performed after the above-mentioned heat treatment.

その仕上げ加工後のバルブシート部付近の概要を第7図
に示す。なお仕上げ加工後の合金化鋳鉄層3の深さはi
、isである。
Figure 7 shows an overview of the valve seat area and its vicinity after finishing. The depth of the alloyed cast iron layer 3 after finishing is i
, is.

[比較例] 実施例3におけるCr−60%Ni混合粉末の代りに、
純Cr粉末(150〜350メツシユ)を用いた点およ
び熱処理条件を1000°QX 3分間とした点以外は
、実施例3と同じ方法、条件にて鋳鉄製シリンダヘッド
のバルブシート部に合金化・チル処理および熱処理を行
なった。
[Comparative example] Instead of the Cr-60% Ni mixed powder in Example 3,
Alloying was applied to the valve seat of a cast iron cylinder head using the same method and conditions as in Example 3, except that pure Cr powder (150 to 350 mesh) was used and the heat treatment conditions were 1000°QX for 3 minutes. Chill treatment and heat treatment were performed.

その結果、バルブシート部に、Crを1.5重量%含有
しかつ金属組織が塊状黒鉛+8%の残留セメンタイト+
パーライト基地からなる、硬さHv360のCr合金化
鋳鉄層が形成された。なお仕上げ加工後のCr合金化鋳
鉄層の深さは0.8.である。
As a result, the valve seat part contained 1.5% by weight of Cr and had a metal structure of massive graphite + 8% residual cementite.
A Cr-alloyed cast iron layer having a hardness of Hv360 was formed, consisting of a pearlite base. The depth of the Cr alloyed cast iron layer after finishing processing is 0.8. It is.

以上のような実施例3および比較例によるシリンダヘッ
ドにおける不良品率について調査した結果を述べる。
The results of an investigation regarding the defective product rate in the cylinder heads according to the third embodiment and the comparative example described above will be described.

比較例のシリンダヘッド作成時には、TIGアークによ
る合金化処理時において、凝固直後にチル形成するため
の凝固収縮によって合金層にまれにビード割れが発生す
ることがあり、その確率は2%であった。4気筒で各気
筒2バルブのシリンダヘッドを作成する場合、1台当り
8ケ所処理する必要があるが、1台8ケ所のうち1ケ所
でもビード割れが生じればそのヘッドは不良となるから
、トータルとしての不良率は概ね16%となる。
When creating the cylinder head of the comparative example, bead cracking occasionally occurred in the alloy layer due to solidification shrinkage due to chill formation immediately after solidification during alloying treatment using TIG arc, and the probability of this occurring was 2%. . When creating a cylinder head with 4 cylinders and 2 valves per cylinder, it is necessary to treat 8 places per car, but if a bead crack occurs in even one of the 8 places per car, that head will be defective. The total defect rate is approximately 16%.

これに対しこの発明の実施例3によるシリンダヘッド作
成時には、TIGアークによる合金化処理時における合
金層のビード割れがほとんど発生せず、ビード割れによ
る不良率はほぼ0%であった。これは、Alを同時に合
金化することによってチル化が少なくなり、そのため合
金化処理時の凝固収縮が少なくなったためである。
On the other hand, when producing the cylinder head according to Example 3 of the present invention, almost no bead cracking occurred in the alloy layer during the alloying treatment by TIG arc, and the defective rate due to bead cracking was almost 0%. This is because chilling is reduced by alloying Al at the same time, and therefore solidification shrinkage during alloying treatment is reduced.

[実施例4] 実施例3におけるCr−40%八!へ合粉の代りに、(
:r−70%Si混合扮末(150〜350メツシユ)
を用いて、実施例3と同じ方法、条件にて鋳鉄製シリン
ダヘッドのバルブシート部に合金化・チル処理を行なっ
た。この処理によってバルブシート部に、Orl、8重
量%、Si5.3重量%を含有しかつ金属組織が塊状黒
鉛+9%の残留セメンタイト十フェライト基地からなり
、硬さHvが290の0r−Si合金化鋳鉄層が深さ2
.4Mにわたって形成された。この実施例4によるシリ
ンダヘッド作成時においても、合金化処理によるビード
の割れはほとんど発生しないことが確認された。その理
由は、実施例3について既に述べたところと同じである
[Example 4] Cr-40% in Example 3! Instead of powder, (
: r-70% Si mixed powder (150-350 mesh)
The valve seat portion of the cast iron cylinder head was alloyed and chilled using the same method and conditions as in Example 3. Through this treatment, the valve seat part is made into an Or-Si alloy containing 8% by weight of Orl, 5.3% by weight of Si, whose metal structure is composed of residual cementite and ferrite base of massive graphite + 9%, and has a hardness of 290 Hv. The cast iron layer is 2 deep
.. It was formed over 4M. Even when producing the cylinder head according to Example 4, it was confirmed that almost no bead cracking occurred due to the alloying treatment. The reason is the same as that already described for the third embodiment.

発明の効果 この発明の鋳鉄製内燃機関用シリンダヘッドにおけるバ
ルブシート面は、所定の合金化鋳鉄層を形成したことに
よって、耐摩耗性に優れると同時に相手バルブフェース
面に対する攻撃性が少ないばかりでなく、ビード割れに
よる不良品発生率が少ないとともに耐高温酸化性、耐高
温腐食性が優れるなど、種々の優れた性能を有する。ま
たこの発明のシリンダヘッドは、本体部分は普通鋳鉄な
どの鋳造性、加工性に優れた鋳鉄を用いることができる
ため、鋳造性や加工性を損わずかつコスト的にも特に不
利とはならない。ざらにこの発明のシリンダヘッドは、
バルブシート面に従来の一般的な焼結合金インサート材
を用いた場合と異なり、バルブシート面の合金化鋳鉄層
が本体部分と一体に連続しているため、その間で熱障壁
が生じることなく、バルブシート付近における冷却性が
改善され、従来よりも内燃機関の高出力化が可能となり
、ざらにインサート材を用いた場合よりも製造工程が簡
略化されてコスト低減をもたらすことができる。
Effects of the Invention The valve seat surface of the cast iron cylinder head for an internal combustion engine of the present invention has a predetermined alloyed cast iron layer, so it not only has excellent wear resistance but also has less aggressiveness against the mating valve face surface. It has a variety of excellent performances, including a low incidence of defective products due to bead cracking, and excellent high-temperature oxidation resistance and high-temperature corrosion resistance. Further, in the cylinder head of the present invention, cast iron having excellent castability and workability, such as ordinary cast iron, can be used for the main body portion, so that castability and workability are not impaired and there is no particular disadvantage in terms of cost. Roughly speaking, the cylinder head of this invention is
Unlike conventional sintered alloy insert materials used on the valve seat surface, the alloyed cast iron layer on the valve seat surface is continuous with the main body, so there is no thermal barrier between them. Cooling performance near the valve seat is improved, making it possible to increase the output of the internal combustion engine than before, and simplifying the manufacturing process compared to the case where insert materials are used, resulting in cost reduction.

そしてまたこの発明のシリンダヘッド製造方法によれば
、前述のように優れたバルブシート而性能を有する鋳鉄
製シリンダヘッドを実質的に低コストで製造することが
でき、特に合金化処理後の熱処理時間を短縮できるため
、生産性を高めることができる。
Furthermore, according to the cylinder head manufacturing method of the present invention, a cast iron cylinder head having excellent valve seat performance as described above can be manufactured at substantially low cost, and in particular, the heat treatment time after alloying treatment can be reduced. Since the time can be shortened, productivity can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は実施例1における摩耗試験結果を示すグラフ、
第2図は実施例1における酸化試験結果を示すグラフ、
第3図は実施例2における摩耗試験結果を示すグラフ、
第4図は実施例2における酸化試験結果を示すグラフ、
第5図は実施例3におけるシリンダヘッド粗形材のバル
ブシート部付近を示す略解的な縦断面図、第6図は第5
図のシリンダヘッド粗形材のバルブシート部に合金化鋳
鉄層を形成した状態を示す略解的な縦断面図、第7図は
最終的に仕上げ加工を行なったバルブシート部付近を示
す略解的な縦断面図である。 1・・・シリンダヘッド粗形材、 2・・・バルブシー
ト部、 3・・・合金化鋳鉄層。
FIG. 1 is a graph showing the wear test results in Example 1,
FIG. 2 is a graph showing the oxidation test results in Example 1,
FIG. 3 is a graph showing the wear test results in Example 2,
FIG. 4 is a graph showing the oxidation test results in Example 2,
FIG. 5 is a schematic vertical cross-sectional view showing the vicinity of the valve seat portion of the cylinder head rough profile in Example 3, and FIG.
Figure 7 is a schematic vertical cross-sectional view showing the state in which an alloyed cast iron layer is formed on the valve seat portion of the cylinder head rough section. FIG. 1... Cylinder head rough shape material, 2... Valve seat portion, 3... Alloyed cast iron layer.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)本体が鋳鉄からなり、かつバルブシート部に相当
する部位の表面に、Feよりも炭化物形成傾向が高い金
属元素の1種または2種以上が合計で0.1〜10重量
%含有されかつAl0.1〜3重量%もしくはSi0.
1〜15重量%の一方または双方が合計で15重量%以
下含有された合金化鋳鉄層が0.2mm以上の深さにわ
たって形成されており、しかもその合金化鋳鉄層は、基
地をフェライトおよび/またはパーライトとするととも
に2〜15%の残留セメンタイトが存在しかつ塊状黒鉛
が晶出した組織からなる硬さHv250〜400の層と
されていることを特徴とする鋳鉄製内燃機関用シリンダ
ヘッド。
(1) The main body is made of cast iron, and the surface of the portion corresponding to the valve seat contains a total of 0.1 to 10% by weight of one or more metal elements that have a higher tendency to form carbides than Fe. and 0.1 to 3% by weight of Al or 0.1 to 3% by weight of Si.
An alloyed cast iron layer containing a total of 15% by weight or less of one or both of 1 to 15% by weight is formed over a depth of 0.2 mm or more, and the alloyed cast iron layer has a base of ferrite and/or Alternatively, a cylinder head made of cast iron for an internal combustion engine, characterized in that it is made of pearlite and has a layer having a hardness of 250 to 400 Hv and is composed of a structure in which 2 to 15% of residual cementite exists and crystallized massive graphite.
(2)鋳鉄を原料としてシリンダヘッド本体を鋳造した
後、そのシリンダヘッド本体のバルブシート部に相当す
る部位の表面に、Feよりも炭化物形成傾向が高い金属
元素の1種または2種以上とAl、Siの一方または双
方もしくはそれらの合金を配置し、その上から高密度エ
ネルギを照射して急速溶融−急速再凝固させることによ
り、Feより炭化物形成傾向が高い前記金属元素の1種
または2種以上を合計で0.1〜10重量%含有しかつ
Al0.1〜3重量%、Si0.1〜15重量%の一方
または双方を合計で15重量%以下含有するように合金
化されかつチル化された合金層を形成し、次いでそのチ
ル化合金層をA_1変態点以上固相線温度未満の温度域
に加熱した後冷却する熱処理を施して、基地をフェライ
トおよび/またはパーライトとするとともに2〜15%
の残留セメンタイトが存在しかつ塊状黒鉛が晶出した組
織からなる硬さHv250〜400の合金化鋳鉄層を0
.2mm以上の深さにわたって形成することを特徴とす
る鋳鉄製内燃機関用シリンダヘッドの製造方法。
(2) After casting a cylinder head body using cast iron as a raw material, the surface of the part of the cylinder head body corresponding to the valve seat is coated with one or more metal elements that have a higher tendency to form carbides than Fe and Al. , Si, or an alloy thereof, and irradiates high-density energy from above to cause rapid melting and rapid resolidification of one or two of the metal elements that have a higher tendency to form carbides than Fe. Alloyed and chilled to contain 0.1 to 10% by weight of the above in total, and 15% by weight or less of one or both of 0.1 to 3% by weight of Al and 0.1 to 15% by weight of Si. The chilled alloy layer is then heated to a temperature range above A_1 transformation point and below the solidus temperature, and then cooled to form a base of ferrite and/or pearlite. 15%
An alloyed cast iron layer with a hardness of 250 to 400 Hv, consisting of a structure in which residual cementite exists and massive graphite crystallizes, is
.. A method for manufacturing a cast iron cylinder head for an internal combustion engine, characterized in that the cylinder head is formed over a depth of 2 mm or more.
JP7319587A 1987-03-27 1987-03-27 Cylinder head for cast iron internal combustion engine and manufacture thereof Pending JPS63239342A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7319587A JPS63239342A (en) 1987-03-27 1987-03-27 Cylinder head for cast iron internal combustion engine and manufacture thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7319587A JPS63239342A (en) 1987-03-27 1987-03-27 Cylinder head for cast iron internal combustion engine and manufacture thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS63239342A true JPS63239342A (en) 1988-10-05

Family

ID=13511117

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7319587A Pending JPS63239342A (en) 1987-03-27 1987-03-27 Cylinder head for cast iron internal combustion engine and manufacture thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS63239342A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8302305B2 (en) 2006-07-05 2012-11-06 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for manufacturing cast iron member
JP2013092150A (en) * 2012-11-26 2013-05-16 Yanmar Co Ltd Surface hardening method for valve seat of cast-iron cylinder head for internal combustion engine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8302305B2 (en) 2006-07-05 2012-11-06 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for manufacturing cast iron member
JP2013092150A (en) * 2012-11-26 2013-05-16 Yanmar Co Ltd Surface hardening method for valve seat of cast-iron cylinder head for internal combustion engine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113649594B (en) Hot isostatic pressing method for manufacturing 24CrNiMo alloy steel through laser additive manufacturing
US20100154940A1 (en) Melt-treated rim of a piston combustion bowl
JPS599152A (en) Wear-resistant sintered alloy
JPS6036757A (en) Composite cylinder liner
JPS63239342A (en) Cylinder head for cast iron internal combustion engine and manufacture thereof
RU2124417C1 (en) Fuel intake valve nozzle and method of its manufacture
JPH01104906A (en) Cylinder for cast-iron internal combustion engine and manufacture thereof
JPS62177184A (en) Cast iron cylinder head for internal combustion engine and its production
JPS591678A (en) Production of composite tool steel for hot working
JPS62174388A (en) Disk rotor and its production
JPS5980712A (en) Treatment of metallic surface
JPH0559994B2 (en)
JP2839596B2 (en) Method of manufacturing wear-resistant sliding member
JPS6169946A (en) Valve system sliding member and its manufacture
JPS6393876A (en) Cylinder head for internal-combustion engine made of cast iron
JPS6196058A (en) Control valve sliding member and its production
JPS6287654A (en) Cast iron cylinder head for internal combustion engine and manufacture thereof
JPS62279255A (en) Cast iron cylinder block and its manufacture
JPH031384B2 (en)
JPS6286177A (en) Cylinder head for internal combustion engine made of cast iron and its production
JPH0480993B2 (en)
JPS6360270A (en) Improvement for wear resistance of cast iron
JPS62170487A (en) Cast iron piston for internal combustion engine
JPH0152475B2 (en)
JPH0726321A (en) Production of sliding member excellent in wear resistance