KR100205795B1 - Valve lifter and its mamufacturing method of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자동차 등의 내연기관에 사용되는 밸브리프터(valve lifter) 및 그 제조 방법에 관한 것이며; 그 목적은 캠(cam)과 맞닿는 부위가 경질의 소결합금으로 직접 접합되어 내마모성이 높은 밸브리프터를 제공함에 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a valve lifter for use in an internal combustion engine such as an automobile and a method of manufacturing the valve lifter. The object of the present invention is to provide a valve lifter having high abrasion resistance by directly joining a portion contacting a cam with a hard sintered alloy.
상기 목적달성을 위한 본 발명은 캠과 접촉하여 밸프개폐작용을 하는 내연기관용 밸브리프터(valve lifter)의 상기 캠과 맞닿는 마찰부가 40∼80중량 %의 경질상이고, 나머지는 Ni 또는 Co계합금인 결합상으로 이루어지는 내연기관용 밸브리프더 및 그러한 밸브리프터의 제조방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a valve lifter for a valve lifter which is in contact with a cam and performs a valve opening / closing action, the friction portion contacting the cam of the valve lifter is a hard phase of 40 to 80 wt% The present invention relates to a valve leaf for an internal combustion engine and a method for manufacturing such a valve lifter.
Description
본 발명은 자동차 등의 내연기관에 사용되는 밸브리프터(valve lifter) 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 캠(cam)과 맞닿는 부위가 경질의 소결합금으로 직접 접합되어 내마모성이 높은 밸브리프터 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a valve lifter for use in an internal combustion engine such as an automobile and a method of manufacturing the valve lifter. More particularly, the valve lifter having a high abrasion resistance is joined to a hard sintered alloy, And a manufacturing method thereof.
자동차 등의 내연기관용 밸브리프터는 제1도와 같이, 그 상부측에는 밸브개폐를위한 푸쉬로드(push rod)(3)에 맞닿아 연결되어 있고 그바닥면에는 높은 압력하에서 상대캠(2)과 반복 마찰운동을 하는 동적밸브계(dynamic valve system) 부품이다. 상기 밸브리프터(1)는 보통 합급주철 또는 탄소강으로 제작되는데, 그 바닥부는 끊임없는 마모에 의한 손상을 방지하기 위하여 소정의 내마모성을 확보하는 것이 필요하다.A valve lifter for an internal combustion engine such as an automobile is connected to a push rod 3 for opening and closing a valve on its upper side as shown in the first view, It is a dynamic valve system part that moves. The valve lifter 1 is usually made of alloy steel or carbon steel. The bottom of the valve lifter 1 needs to have a predetermined wear resistance in order to prevent damage due to continuous wear.
이러한 밸브리프터 바닥면의 내마모성을 확보하기 위해 주철 혹은 강재제품의 침탄소입, 급랭(chill)경화처리, 또는 이온질화처리를 실시하거나 금속용사처리 등을 적용해 왔다.In order to ensure the abrasion resistance of the bottom surface of the valve lifter, carburizing, quenching, or ion nitriding of a cast iron or steel product or metal spraying has been applied.
그러나, 상기 벙법중 급랭경화처리 또는 이온질화처리를 실시한 밸브리프터는 내마모층의 내구성이 부족하고 급속용사처리품은 필연적으로 따르는 후가공 때문에 제조 비용이 높은 단점이 있다.However, the valve lifter which has been subjected to the rapid curing treatment or the ion nitriding treatment in the above-mentioned method has a disadvantage in that the durability of the wear resistant layer is insufficient and the manufacturing cost is high due to post-processing which necessarily involves the rapid thermal sprayed product.
한편, 탄화물계 경질소결합금은 일반적으로 고가이고, 더욱이 복잡한 형상의 소결체를 제조하는 것은 어렵다. 이런 점을 감안한다면 통상 소형의 소결체나 모재 형상의 일부분을 경질합금소결체로 만들어 모재와 접합시켜 사용하는 방법이 있을 수 있다. 하지만 보통 탄화물계 소결합금을 용접가능한 온도까지 가열하면 탄화물이 분해되거나 복합탄화물이 생성되어 기계적 성능을 저하시키기 때문에 현재로서는 용접에 의한 방법 역시 불가능하다.On the other hand, the carbide-based hard sintered alloy is generally expensive, and it is difficult to produce a sintered body having a complicated shape. In view of this, there may be a method in which a small sintered body or a part of the base material shape is made into a hard alloy sintered body and bonded to the base material. However, if the carbide-based sintered alloy is heated to a welding temperature, the carbide is decomposed or complex carbide is formed, which deteriorates the mechanical performance.
그런데, 최근 이러한 용접방법과는 달리 브레이징접합에 의한 방법이 개발되어 있는데, 이 방법은 제2도와 같이, 강재로 제작된 밸브리프터(10)는 몸체부(12)와 경집합금소결재(14)사이에 브레이징재(16)를 삽입시킨 다음, 이를 브레이징하는 방법이다. 그러나, 경질합금소결재를 브레이징 접합시킨 것도 접합부 전면에 걸쳐 균일하고 건전한 접합층을 얻기 어려운 등 현재로서는 충분한 효과를 보기 어려운 실정이고 강도저하, 균열발생, 박리현상 등의 문제가 근본적으로 해결되지 않고 있다.In this method, as shown in FIG. 2, the valve lifter 10, which is made of a steel material, includes a body portion 12 and a lightweight gold binding material 14, The brazing material 16 is inserted between the brazing material 16, and then the brazing material 16 is brazed. However, it is difficult to obtain a uniform and sound bonding layer throughout the joint by brazing a hard alloy sintered material. It is difficult to obtain sufficient effects at present, and problems such as strength reduction, cracking and peeling are not solved fundamentally have.
이와같이 종래의 밸브리프터는 그 재질 및 제조방법에 따라 각각의 문제를 가지고 있으며 더욱이 최근 내연기관의 성능이 점차 향상됨에 따라 고신뢰성, 고내마모성의 밸브리프터에 대한 요구가 증가되고 있는 실정이다.As such, the conventional valve lifter has various problems depending on its material and manufacturing method, and the performance of the internal combustion engine has been gradually improved, so that there is a growing demand for a valve lifter having high reliability and high wear resistance.
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하여 내마모특성이 탁월하고 고신뢰성을 갖는 밸브리프터를 제공함에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a valve lifter having excellent wear resistance characteristics and high reliability.
본 발명의 다른 목적은 경질소결합금과 모재와의 액상소결접합에 의해 간단하게 상기 밸브리프터를 제조하는 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a method of simply manufacturing the valve lifter by liquid-phase sinter bonding of a hard sintered alloy and a base material.
제1도는 자동차 내연기관내의 밸브계폐기구의 일부 구성도.FIG. 1 is a partial schematic view of a valve system waste port in a smoke pipe in a car. FIG.
제2도는 종래의 브레이징방법에 의해 제조되는 밸브리프터의 구성도.Fig. 2 is a schematic view of a valve lifter manufactured by a conventional brazing method; Fig.
제3도는 본 발명에 따른 액상소결방법에 적용되는 경질합금원판의 측면도.FIG. 3 is a side view of a hard alloy disk applied to the liquid phase sintering method according to the present invention. FIG.
제4도는 본 발명을 적용하기 위한 밸브리프터의 일례도.FIG. 4 is an example of a valve lifter for applying the present invention. FIG.
제5도는 본 발명에 따른 액상소결법에 의해 접합층이 형성된 밸브리프터의 구성도.5 is a schematic view of a valve lifter having a bonding layer formed by the liquid phase sintering method according to the present invention.
상기 목적달성을 위한 본 발명은 캠과 접촉하여 밸프개폐작용을 하는 내연기관용 밸브리프터(valve lifter)에 있어서, 상기 캠과 맞닿는 마찰부가 40-80 중량%의 경질상이고, 나머지는 Ni 또는 Co계합금인 결합상으로 이루어지는 내연기관용 밸브리프더에 관한 것이다.In order to achieve the above object, the present invention provides a valve lifter for an internal combustion engine which is in contact with a cam to open and close a valve, wherein the frictional portion abutting the cam is a hard phase of 40-80 wt% To a valve leaf for an internal combustion engine.
또한, 본 발명은 내연기관용 밸브리프터의 제조방법에 있어서, 중량%로, B:1-4%, Si:2-5%, Fe:3%이하, 및 나머지는 Ni 혹은 Co로 이루어지는 분말: 20-60% 에 WC:80-40%를 혼합하고 이를 성형한 다음, 상기 성형체를 진공소결상태에서 1100-1300℃의 온도범위로 가열하여 소결한 후 상기 소결체를 일정두께로 가공하고, 가공된 소결체를 상기 밸브리프터의 마찰부에 적치하고, 진공상태에서 1000-1200℃의 온도범위로 가열접합하는 내연기관용 밸브리프터의 제조방법에 관한 것이다.The present invention also provides a method of manufacturing a valve lifter for an internal combustion engine, comprising the steps of: B: 1-4%, Si: 2-5%, Fe: 3% -60% of WC: 80-40%, molding the mixture, heating and sintering the formed body in a vacuum sintering temperature range of 1100-1300 ° C, processing the sintered body to a predetermined thickness, To a friction portion of the valve lifter and heat-joining the valve lifter in a vacuum state to a temperature range of 1000 to 1200 占 폚.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 밸브리프터는 일반적인 강재(예를들면 탄소강은 물론 합금주철 등도 포함)로 이루어지고, 캠과 맞닿는 마찰부는 경질상과 결합상으로 이루어진다.The valve lifter according to the present invention is made of a general steel material (including carbon steel as well as alloy cast iron, etc.), and the friction portion abutting the cam is made of a hard phase and a bonded phase.
상기 경질상의 경우 전체 마찰부 가운데 약 40-80중량%를 이루도록 함이 바람직한데 이는 경질상이 약 40중량% 미만으로 되면 캠에 비하여 상대적으로 경도가 저하되고 약 80중량%를 넘어서면 너무 경도가 커져 오히려 캠의 수명을 단축하여 바람직하지 않다. 상기 경질상은 전부 WC로 이루어지거나 여기에 각각 1-3중량%의 Cr3C2또는 Mo2C가 단독 또는 복합으로 함유될 수 있다. 이때 경질상에 Cr3C2또는 Mo2C를 첨가하게 되면 경질상의 결정립이 미세화되어 마찰부의 강도를 향상시킬 수 있는 잇점이 있다.In the case of the hard phase, it is preferable to make about 40 to 80% by weight of the entire friction portion. When the hard phase is less than about 40% by weight, the hardness is lowered relative to the cam, and when the hard phase is more than about 80% Rather, the life of the cam is shortened, which is undesirable. The hard phase may consist entirely of WC or may contain 1-3 wt% each of Cr 3 C 2 or Mo 2 C, either alone or in combination. In this case, when Cr 3 C 2 or Mo 2 C is added to the hard phase, the crystal grains of the hard phase are refined and the strength of the friction portion can be improved.
그리고 상기 결합상은 밸브리프터의 모재와 결합정도를 증가시키는 요소로서 경질상과 균형을 이루어 구성된다. 상기 결합상은 주 성분이 Ni 또는 Co로서 여기에 B:1-4중량%, Si:2-5중량%, Fe:3중량%이하가 함유되어 구성되든가 여기에 다시 16중량%이하의 Cr이 함유될 수 있다. Ni 또는 Co에 B, Si 등의 원소가 함유되면 공정반응에 의해 그 합금의 융점이 순수 Ni, Co의 융점에 비해 약 300℃정도 낮아져 상대적으로 저온에서 밸브리프터제조가 가능해 진다.And the combined phase is constituted in balance with the hard phase as a factor increasing the degree of coupling with the base material of the valve lifter. The bonded phase is composed of Ni or Co, where B: 1-4% by weight, Si: 2-5% by weight, Fe: 3% by weight or less, and further contains 16% by weight or less of Cr . When the element such as B or Si is contained in Ni or Co, the melting point of the alloy is lowered by about 300 ° C compared to the melting point of pure Ni and Co by the process reaction, so that the valve lifter can be manufactured at a relatively low temperature.
이하, 본 발명에 따른 제조방법에 대하여 살펴본다.Hereinafter, a manufacturing method according to the present invention will be described.
본 발명에 따른 제조방법은 통상의 브레이징 중간재를 개입시킬 필요없이 경질소결합금과 리프터의 몸체를 이루는 강재를 직접 액상확산접합시켜 접합 계면 전체에 걸쳐 균일하고 건전한 확산접합층을 형성하여 고신뢰성의 경질합금 접합 밸브리프터를 얻는데 특징이 있다.The manufacturing method according to the present invention is characterized in that a steel material constituting the body of the light sintered alloy and the lifter is directly liquid phase diffusion bonded to form a uniform and sound diffusion bonding layer throughout the bonding interface, Alloy junction valve lifter.
본 발명에 따른 제조방법을 제3도 내지 제5도를 통해 설명하면 다음과 같다. 우선, 제3도에 도시된 바와 같이 상기한 조성을 갖는 경질합금(21)을 성형 및 소결하고, 이를 연삭과 같은 가공과정을 통해 제작한다. 이때 소결은 진공상태에서 약 1100-1300℃의 온도에서 실시함이 바람직하다. 이후 가공된 경질합금(21)은, 제4도의 OHV(over head valve)형 밸브리프터(20)의 캠과 맞닿는 마찰부에 제5도와 같이 올려놓고 가열상태에서 접촉하게 되면 1차적으로 경질합금 결합상이 용해되고 결합상에 존재하는 B는 입자지름이 매우 작은 원소이므로 모재금속 Fe에 B의 확산이 신속하게 일어나며 또한 B가 모재의 Fe와 결합하여 모재 표면에 저윰점의 상, 즉 Fe-B상을 형성시켜 경질합금과 모재간에 각 금속성분의 상호확산을 촉진시킨다. 이어서 경질합금과 모재원소간에 상호 농도차에 의해 모재로부터 경질합금으로 Fe가, 그리고 경질합금으로부터 모재로 Ni, Si 등의 확산이 일어나게 된다. 본 발명은 이러한 액상확산접합방법에 의해 경질합금/모재 사이에 상호확산층을 생성시켜 계면 전체에 걸쳐 금속학적으로 치밀하고 균일한 접합층(23)을 얻는 것이다. 이때 이러한 상호확산반응을 위해서는 상기 경질합금의 경질상이 용융되는 온도인 약 1000-1200℃의 범위로 하여 진공상태에서 가열함이 바람직하다.The manufacturing method according to the present invention will now be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 3, the hard alloy 21 having the above composition is formed and sintered, and is manufactured through a machining process such as grinding. At this time, sintering is preferably carried out at a temperature of about 1100-1300 캜 in a vacuum state. The machined hard alloy 21 is placed on the friction portion of the overhead valve type valve lifter 20, which is in contact with the cam of FIG. 4, as shown in FIG. 4. When the hard alloy 21 is contacted in the heated state, Since phase B dissolves and B in the bonded phase is an element with a very small particle diameter, the diffusion of B rapidly occurs in the base metal Fe, and B bonds with the Fe in the base metal to form a low-viscosity phase on the base metal surface, To promote mutual diffusion of the respective metal components between the hard alloy and the base metal. Subsequently, diffusion of Ni, Si, etc. from the base metal to the hard alloy and from the hard alloy to the base metal occurs due to the mutual concentration difference between the hard alloy and the base metal. The present invention is to obtain a metallurgically dense and uniform bonding layer (23) over the entire interface by forming an interdiffusion layer between the hard alloy / base material by the liquid phase diffusion bonding method. In this case, for the mutual diffusion reaction, it is preferable to heat in a vacuum state in the range of about 1000-1200 ° C. at which the hard phase of the hard alloy melts.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.
[실시예][Example]
하기표1과 같은 조성을 갖도록 분말을 배합하고 용매중에서 습식홉합하였다. 이 혼합분말을 건조하여 직경 40mmX 2mm의 형상으로 건식프레스로 성형한 원판형(disc)성형체를 진공중에서 1100- 1300℃의 온도에서 액상소결을 실시하였다. 그 다음 소결된 경질합금원판의 상하면을 일정두께로 연삭 가공한 후, 이를 별도로 준비한 탄소강제 밸브리프터에 올려놓고 진공중에서 다시 1000-1200℃의 온도에서 가열하여 상기 밸브리프터의 모재와 확산접합을 실시하였다.Powders were formulated to have the composition shown in Table 1 below and wet-kneaded in a solvent. The mixed powder was dried and subjected to liquid phase sintering in a vacuum at a temperature of 1100 to 1300 占 폚 in which a disk shaped compact having a diameter of 40 mm × 2 mm was formed by a dry press. Then, the upper and lower surfaces of the sintered hard alloy disk were ground to a predetermined thickness, and then placed on a separately prepared carbon steel valve lifter and heated at a temperature of 1000-1200 ° C again in vacuum to perform diffusion bonding with the base metal of the valve lifter Respectively.
상기표1에 나타난 바와 같이, 밸브리프터의 접합층내의 경질상이 많은 비교예(1)의 경우 그 경도가 너무 높아 상대적으로 캠의 수명단축을 초래하며, 경질상의 비율이 적은 비교예(2)의 경우 밸브리프터의 마찰부 경도가 너무 작아 내마모성이 열화됨을 알 수 있었다.As shown in Table 1, in Comparative Example (1) in which the hard phase in the bonding layer of the valve lifter is many, the hardness is too high, resulting in shortening of the life of the cam relatively, It was found that the hardness of the friction portion of the valve lifter was too small and the wear resistance was deteriorated.
반면 본 발명에 따라 제조된 발명예(1-3)의 경우 밸브리프터의 경도는 약 700-1000정도로서 이는 보통 캠 표면 경도가 약 700Hv 정도임을 고려할 때 적정한 경도를 나타내어 우수한 내마모특성을 갖고 있음을 알 수 있다. 또한 본 발명에 따라 접함이 완료된 밸브리프터를 절단하여 그 단면구조를 현미경으로 관찰결과 확산접합층의 두께는 약 20-30㎛정도로 계면 전면에 걸쳐 금속학적으로 완전 균일한 접합층이 형성되었다.On the other hand, in the case of Inventive Example (1-3) manufactured according to the present invention, the hardness of the valve lifter is about 700-1000, which indicates that the cam surface hardness is about 700 Hv, Able to know. Further, according to the present invention, the contact lifted valve lifter was cut and its cross-sectional structure was observed under a microscope. As a result, a completely uniform metallurgically bonded layer was formed over the entire interface with a thickness of the diffusion bonding layer of about 20-30 탆.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 별도의 브레이징 중간재를 개입시킬 필요없이 낮은 비용으로 밸브리프터의 접합 계면 전체에 걸쳐 균일하고 건전한 확산접합층이 형성할 수 있고 이렇게 제조된 내연기관용 밸브리프터는 높은 내마모성을 나타내어 밸브리프터의 수명을 연장할 수 있는 등 고신뢰성을 발휘할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to form a uniform and sound diffusion bonding layer over the bonding interface of the valve lifter at low cost without requiring a separate intermediate brazing material, and the valve lifter for such internal combustion engine manufactured in this manner has high wear resistance The lifetime of the valve lifter can be prolonged and high reliability can be exhibited.
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