KR100324293B1

KR100324293B1 - 티탄계 금속재료의 단조방법 및 엔진밸브의 제조방법

Info

Publication number: KR100324293B1
Application number: KR1019990046998A
Authority: KR
Inventors: 야마구치도시야; 홋타아키오; 시바타요시노리; 후루타다다히코; 사이토다카시; 이와세사토루; 하루타다카시; 기타무라다츠야
Original assignee: 와다 아끼히로; 도요다 지도샤 가부시끼가이샤
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1999-10-28
Publication date: 2002-02-25
Also published as: JP2000135543A; US6599467B1; EP0997614B1; DE69935891T2; DE69935891D1; EP0997614A3; EP0997614A2; CN1261564A; JP3559717B2; KR20000029363A

Abstract

본 발명은 저비용으로 연성이나 피로강도가 높은 티탄계 금속제품을 제조할 수 있는 티탄계 금속의 단조방법 및 엔진밸브의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 티탄계 금속의 단조방법은 티탄합금중에서 열역학적으로 안정된 세라믹스 및/또는 기공을 총계로 체적비 1% 이상 함유하는 티탄계 소결소재를 준비하는 공정과, 그 소재를 단조온도로 가열하여 단조하는 공정을 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 티탄계 금속의 단조방법은, 내부의 기공 또는 티탄합금중에서 열역학적으로 안정된 세라믹스입자가 단조시의 결정립성장을 억제하기 때문에, 재료의 변형저항이 작은 비교적 높은 온도조건에서의 단조가 가능해지고, 또한 미세한 합금조직을 유지할 수 있기 때문에, 충격치나 피로강도의 저하가 억제된다.

Description

티탄계 금속재료의 단조방법 및 엔진밸브의 제조방법{PROCESS FOR FORGING TITANIUM-BASED MATERIAL AND PROCESS FOR PRODUCING ENGINE VALVE}

본 발명은 티탄계 금속의 단조방법에 관한 것으로, 상세하게는 자동차의 엔진밸브에 사용되는 티탄계 금속의 단조방법에 관한 것이다.

자동차 등의 내연기관에 장착되는 엔진밸브의 재질에 대한 요구는, 엔진부품중에서도 엄격한 부류에 들어가 있다. 특히, 고온의 연소분위기에 노출되면서 매우 큰 하중을 받기 때문에, 고온하에서의 내열강도나 내식성, 내산화성과 시트와의 닿는 면의 내마모성이 뛰어난 것이 요구되고 있다. 또한 최근의 자동차의 고성능지향에 수반하여 엔진밸브부재에 있어서도 경량화가 요청되어 왔다.

이들 요구를 만족하는 엔진밸브로서, 티탄계 금속(티탄합금)을 사용한 엔진밸브가 개발되고 있다.

티탄합금은, 그 특성이 결정구조와 밀접하게 관계하고 있다. 이 때문에, 티탄합금은, 결정구조에 의하여 α형, α+ β형, β형 티탄합금으로 크게 나누어져 있다.

티탄합금으로서 가장 사용량이 많은 α+ β형 티탄합금은, 변태온도(β변태점)이상 (β온도영역)에서는 β형 조직으로 변태하고, β형 조직의 티탄합금은 β 변태점 이하 (α+ β온도영역)에서는, α+ β형 조직으로 변태하는 것이 알려져 있다.

α+ β형 티탄합금은, β변태점을 넘으면, 급속하게 거칠고 큰 조직이 되어, 충격치나 피로강도가 저하하기 때문에, 종래의 α+ β형 티탄합금의 단조는 α+ β 온도영역에서 행하여지고 있었다. 그러나 α+ β온도영역에 있어서의 α+ β형 티탄합금은 변형저항이 크기 때문에, 단조가공은 용이하지 않았다.

이와 같은 티탄합금을 가공한 티탄합금제 엔진밸브의 일반적인 제조방법은, 용융티탄합금으로 제조한 티탄합금제 선재를, 업세터에 의하여 예비성형하고, 이부분에 열간으로 스웨이징을 행함으로써 밸브형상을 형성하고 있었다.

예를 들어 일본국 특개평7-34815호에 티탄합금제 엔진밸브의 제조방법이 개시되어 있다. 이 제조방법은, 티탄합금봉을 열간압출 및 우산형상으로의 형단조에 의하여 밸브형상으로 하는 방법이었다.

또　분말야금법에 의하여 밸브를 제조하는 방법도 있다. 즉, 티탄합금분말을 냉간정수압(CIP)성형에 의하여 밸브형상을 가지는 성형체를 성형한 후, 이 성형체를 소결시키는 방법이다.

이와 같은 분말야금법의 예로서, 일본국 특개평6-229213호에 개시된 엔진밸브의 제조방법이 있다. 이 제조방법은 티탄분말 및 알루미늄분말의 혼합물을 캔닝하여 밸브형상으로 압출단조 성형한 후에, 반응합성시켜 Ti-A1계 금속간 화합물로 이루어지는 엔진밸브를 제조하는 엔진밸브의 제조방법이 개시되어 있다.

그러나, 일본국 특개평7-34815호에 기재된 엔진밸브의 제조방법과 같이 티탄합금제 선재를 사용하는 제조방법에서는, 티탄합금선재가 용제재이기 때문에, 제조 및 직봉형상으로 하기 위하여 많은 공정이 필요하게 됨과 함께, 수율도 나쁘기 때문에 비용이 비싼 것이었다.

또 일본국 특개평6-229213호에 기재된 엔진밸브의 제조방법과 같이 분말야금을 사용하는 제조방법에서는, 소결체는 잔류기공이 많기 때문에, 연성 및 피로강도가 낮다는 문제를 가지고 있었다.

본 발명은 상기 실상에 관해서 이루어진 것으로, 저비용으로 연성이나 피로강도가 높은 티탄계 금속제품을 제조할 수 있는 티탄계 금속의 단조방법 및 엔진밸브의 제조방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

도 1은 티탄합금 소결체의 상대밀도와 고온연성의 관계를 나타낸 도,

도 2는 엔진밸브의 제조에 있어서의, 소결빌릿의 단조도,

도 3은 압출성형에 사용되는 프레스기의 도,

도 4는 엔진밸브의 재료플로우의 방향을 나타낸 도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 소결빌릿 11 : 축부

13 : 압출잔여부 15 : 갓부

2 : 압출성형기 21 : 다이

23 : 상펀치 24 : 상램

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자들은 티탄계 금속의 제조방법에 관하여 검토를 거듭한 결과, 티탄합금중에서 열역학적으로 안정된 세라믹스 또는 기공을 포함하는 티탄계 소결소재를 열간단조함으로써, 재료의 변형저항이 작은 온도조건에서의 단조가 가능해지고, 또한 미세한 합금조직을 유지할 수 있기 때문에, 충격치나 피로강도의 저하가 억제되는 것을 확인하여, 상기 과제를 극복할 수 있음을 발견하였다.

즉, 본 발명의 티탄계 금속의 단조방법은, 티탄합금중에서 열역학적으로 안정된 세라믹스입자 또는 체적비로 1% 이상의 기공을 가지는 티탄계 소결소재를 준비하는 공정과, 그 소재를 단조온도로 가열하여 단조하는 공정을 가지는 것을 특징으로 한다.

티탄합금중에서 열역학적으로 안정된 세라믹스입자로서는, TiB 나 TiB₂등의 붕화티탄, TiC,, Ti₂C, 티탄실리사이드, TiN 등이 있고, 넓은 의미로서는 금속간 화합물, 희토류 원소의 산화물도 해당한다. 이 중에서는 붕화티탄이 바람직하다. 또한, 티탄합금중에서 열역학적으로 안정이란, 고온까지 티탄중에 분해, 고용하지않고 입자로서 존재하여 잔존할 수 있다는 의미이다. 또, 내열강도는 반드시 필요라는 의미가 아니라, 입자로서 존재하고 있으면 같은 작용효과를 발휘한다.

또 본 발명의 엔진밸브의 제조방법은, 소재(빌릿)를 가열하는 공정과, 가열된 빌릿을 압출성형하여 스템을 형성하는 공정과, 성형된 스템을 즉시 전조하여 교정하는 공정과, 재가열하는 공정과, 그 후 열간에서 갓부를 스웨이징 단조하는 공정을 가지는 것을 특징으로 한다.

또 티탄계 금속은, 소결만으로는 잔류기공에 의한 연성, 피로강도의 저하가 발생하나, 단조에 의한 치밀화를 행하기 때문에, 연성, 피로강도의 저하가 발생하지않는다.

(티탄계 금속의 단조방법)

본 발명의 티탄계 금속의 단조방법은, 소결소재를 제조하는 공정과, 소결소재를 가열하는 공정과, 소결소재를 단조하는 공정을 가진다.

소결소재를 제조하는 공정은, 원료분말을 소결하여 소결소재로 하는 공정이다. 여기서 소결소재는, 충분히 혼합한 소정의 조성의 티탄계 분말을 금형을 사용한 형성형 등의 성형방법에 의하여 성형체를 제작하고, 이 성형체를 소결시켜 얻어진다. 원료분말은, 티탄계 분말과 강화용 분말로 이루어지는 혼합분말 및 티탄계 합금분말이 있다. 티탄계 분말에는 순티타늄분말이나 수소화 티탄분말 등이 있다. 강화용 분말에는 Al-V 합금분말이나, Al-Sn-Zr-Mo-Nb-Si 합금분말 등의 모합금분말 또는 TiB₂, TiC 등의 세라믹스분말이 있다. 또 티탄계 합금분말에는, 예를 들어 Ti-6Al-4V 합금분말이나, Ti-6Al-4V-5TiB 합금분말 등이 있다.

티탄계 분말은, 그 평균입자지름이 80㎛ 이하인 것이 바람직하다. 평균입자지름이 80㎛보다 커지면, 소결온도가 저하하여, 단조시의 균열을 초래하게 된다.

소결소재는, 분체를 성형한 후에 소결시킨 것이기 때문에, 그 내부에 기공을 가지고 있다. 이 소결소재는, 상대밀도가 높은 것이 바람직하다. 소결소재의 상대밀도가 높아지면, 고온연성이 상승하기 때문에, 소결소재의 단조에 의한 성형성이 향상한다. 이것은 도 1의 상대밀도와 고온연성의 관계의 측정결과로부터도 알 수 있다. 여기서 도 1의 관계도는, Ti-5.9A1-3.9-Sn-3.9Zr-1Mo-1Nb-0.15Si 합금매트릭스에 5 vo1%의 붕화티탄입자를 분산시킨 티탄합금 소결체의 고온연성을, 상대밀도를 변화시켜 측정한 관계도이다.

소결소재를 가열하는 공정은, 소결소재를 단조온도까지 가열하는 공정이다. 즉, 도 1의 관계도에서 알 수 있는 바와 같이, 연성은 온도의 상승과 동시에 향상하고 있다. 즉, 연성이 상승함으로써, 단조성도 향상하고 있다. 이 가열온도로서는, 900∼1400℃인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1000∼1300℃이다.

가열온도의 상한은 β변태점보다도 높게 할 수 있다. 물론, β변태점보다 낮은 α+ β온도영역에서 가열하여 단조할 수도 있으나, 본 발명에서는 소결체에 잔류시킨 기공 또는 붕화티탄입자가 가열 및 단조시의 결정립의 성장을 억제하는 효과가 있기 때문에, β온도영역에서 가열하여, 단조하는 것이 가능하게 되어 단조가능온도를 확대할 수 있다.

또한, 기공은 체적율로 1% 이상 잔류시키는 것이 바람직하다. 기공율이 1% 미만의 경우는, 결정립의 성장을 초래한다. 붕화티탄입자에 관해서도 1 vo1% 이상이 바람직하나, 기공과 아울러 1 vo1% 이상으로 하여도 좋다. 또 상기 가열온도를넘으면, 소재의 표면의 산화가 현저하게 진행한다. 그러나, 불활성가스중에서 단조를 행함으로써, 산화는 회피할 수 있다.

단조는, 금속재료를 공구로 가압하여 소성변형을 주어 소정의 치수형상으로 가공하는 가공방법이며, 그 단조방법으로서는, 자유단조, 형단조, 압출, 스웨이징 등의 방법이 있다.

이 단조공정에 있어서, 성형품이 신장하는 방향에 따른 방향으로 소결소재가 흐르는 것이 바람직하다. 즉 흐름이 부품이 신장하는 방향으로 행하여짐으로써, 성형품 표면의 인장응력방향에 잔류기공을 선형상화할 수 있기 때문에, 잔류기공에 의한 기계특성의 악화를 억제할 수 있다.

또 소결소재가 금속매트릭스중에 섬유형상 또는 막대형상의 강화입자를 분산하고 있는 것 같은 경우에는, 성형품 표면의 인장응력방향에 강화입자를 배향시키기 때문에, 기계특성을 향상시킬 수 있다. 또한 동일하게 분산된 불순물이나 그 밖의 개재물을 분산하고 있는 것 같은 경우에는, 이 개재물도 인장응력방향으로 배향되기 때문에, 기계특성의 저하를 억제할 수 있다.

(엔진밸브의 제조방법)

본 발명의 엔진밸브의 제조방법은, 빌릿을 가열하는 공정과, 빌릿의 일부로 스템을 형성하는 공정과, 스템을 교정하는 공정과, 재가열하는 공정과, 빌릿의 나머지의 부분에서 갓부를 스웨이징 단조하는 공정을 가진다.

빌릿은, 원료분말 등을 성형한 후에, 소결된 빌릿이 사용된다.

빌릿을 가열하는 공정은, 빌릿이 가열됨으로써, 그 연성이 상승하여 단조시에 빌릿이 변형하기 쉬워지기 때문에 행하여진다. 이 때의 가열온도는, 900∼1400 ℃ 인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1000∼1300℃ 이다.

빌릿에 스템을 형성하는 공정은, 가열된 빌릿을 압출성형하여 스템을 형성하는 공정이다. 압출성형에 의하여 스템을 형성함으로써, 빌릿중에 포함되는 기공 또는 강화입자 등의 개재물을 스테이가 신장하는 방향으로 배향시켜, 엔진밸브의 기계강도를 향상시키고 있다.

스템을 교정하는 공정은, 성형된 스템을 즉시 온간에서 전조하는 공정이다. 성형된 스템을 온간으로 즉시 전조함으로써, 내열 Ti 합금등, 실온연성이 낮은 재료도 균열을 일으키는 일 없이 교정을 할 수 있다. 또 축정밀도를 향상시킴으로써, 축정밀도가 높은 스웨이징을 행할 수 있다. 또한, 실온연성이 높은 재료로서는, 스템성형후 실온근방에까지 냉각되고 나서 행하여도 좋다.

재가열하는 공정은, 스템을 교정 할때의 전조온도가, 단조에 바람직한 온도보다도 저온으로 되어있기 때문에, 재가열함으로써 변형하기 쉽게 한다.

갓부를 스웨이징 단조하는 공정은, 열간에서 갓부를 스웨이징 단조하는 공정이다. 이 공정에서는, 스템을 교정하였기 때문에, 축정밀도가 높은 스웨이징이 행하여지고, 스웨이징 용금형에 스템을 보정하는 통기구멍의 내경과 워크바깥지름과의 클리어런스를 적게 할 수 있고, 갓부의 직각도를 고정밀도로 형성할 수 있게 된다.

이하, 실시예를 사용하여 본 발명을 설명한다.

(실시예 1)

소정의 조성이 되도록, 100 메시이하의 수소화 탈수소티탄분말, 평균입자지름이 10㎛의 Al-40V 합금분말, 평균입자지름이 2㎛의 TiB₂분말을 칭량하여 충분히 혼합하였다. 충분히 혼합시킨 후, 이 혼합분말을 금형성형에 의하여 지름 16 mm, 길이 45 mm의 원주형상을 가지는 압분체를 성형하였다. 이 때의 성형면압은, 5 t/cm²이었다. 또한, 시료 1, 2, 5, 6, 비교예 1, 2, 3, 4는 Ti 분말과 Al-40V 합금분말, 시료 3, 4, 7, 8은 Ti 분말과 Al-40V 합금분말에 더하여 TiB₂분말을 혼합시킨 성형체이다.

그 후, 이들 원주형상 압분체에, 진공도가 10^-5Torr 대의 분위기에서, 1300℃로 4시간의 가열을 행하여, 압분체를 소결시켜, 소결빌릿을 얻었다.

이 소결빌릿의 단면으로부터 1O mm의 위치로 절단하여, 단면조직을 광학현미경으로 관찰하여, 구 β입자의 사이즈를 측정하였다.

그 후, 절단한 나머지부를 가열온도 1030℃, 1300℃, 스웨이징율 60%의 스웨이징 성형을 행한 후, 스웨이징체의 중앙부의 단면조직관찰을 행하여, 구 β입자사이즈를 측정하였다.

단조 = 스웨이징

시료No.	기공율(vol%)	붕화티탄(vol%)	단조가열온도(℃)	구 β입자 사이즈(㎛)	비고
시료No.	기공율(vol%)	붕화티탄(vol%)	단조가열온도(℃)	단조전	비고	단조후
시료 1	5	0	1030	80	70
시료 2	1	0	↑	85	75
시료 3	5	5	↑	60	50
시료 4	1	5	↑	65	55
비교예 1	0.5	0	↑	100	120
비교예 2	0	0	↑	150	220
시료 5	5	0	1030	80	80
시료 6	1	0	↑	85	84
시료 7	5	5	↑	60	56
시료 8	1	5	↑	65	60
비교예 3	0.5	0	↑	100	230
비교예 4	0	0	↑	150	400	균열

※) 매트릭스조성 ; Ti-6Al-4V

표 1의 결과로부터, 시료 1∼8은 각각 기공, 붕화티탄입자에 의하여 단조후의 결정입자 사이즈의 증가가 억제되어 있다.

(실시예2)

본 발명의 티탄계 금속의 단조방법 및 엔진밸브의 제조방법의 실시예로서, 티탄계 금속으로 이루어지는 엔진밸브를 제작하였다.

(소결빌릿의 제작)

100 메쉬이하의 수소화 탈수소티탄분말, 평균입자지름이 10㎛의 Al-24.9Sn- 24.4Zr-6.2Nb-6.2Mo-1.4Si 합금분말 및 평균입자 지름이 2㎛의 TiB₂분말을 소정의 비율이 되도록 칭량하여, 충분히 혼합하였다. 이 혼합분말을 금형성형에 의하여 지름 16mm, 길이 45mm의 원주형상으로 성형하여, 압분체를 얻었다. 이 때의 성형면압은, 5t/cm²이었다.

그 후, 이 원주형상 압분체에 진공도가 1.0 ×10^-5Torr대의 분위기에서1300℃, 4시간의 가열처리를 행하여 소결시켜, 소결빌릿을 얻었다(도 2a). 얻어진 소결빌릿(10)은, 상대밀도가 4.1g/cm³(90%)이었다.

(단조)

얻어진 소결빌릿(10)을 1200℃로 가열한 후, 압출성형을 행하여 엔진밸브의 축부(11)를 형성하였다(도 2b). 또한, 압출성형은 도 3에 나타낸 압출성형기(2)에 의하여 행하여졌다. 또한, 이 압출성형시에 금형온도는 450℃ 로 설정되었다. 이 압출성형에 있어서의 압출비는, 8로 설정되었다. 이 압출비는, 압출나머지부분 즉 밸브의 갓부로 변형하는 부분의 재료의 상대밀도가 95% 이상이 되도록 설정된 값이다. 이 압출비가 낮아지면, 압출나머지부분의 상대밀도가 95%에 도달하지 않게 된다.

이 압출성형기(2)는 다이(21)에 압출재(빌릿 10)를 배치하고, 이 압출재를 상펀치(23)로 위쪽으로부터 가압함으로써, 압출재를 변형시키면서 다이(21)의 개구부로부터 유출시키는 것이다. 상펀치(23)는 상램(24)에도 설치되며, 이 상램 (24)이 강하함으로써 압출재를 가압하고 있다.

엔진밸브의 축부를 형성한 빌릿을 즉시 온간에서 전조하였다. 이 전조시의 온도는 200∼500℃로 하였다.

전조를 행한 후, 빌릿을 1250∼1350℃로 가열하여, 400∼580℃로 설정된 형내에 배치되어, 스웨이징을 행하여 압출나머지부분(13)을 갓형상의 밸브헤드(15)의 형상으로 성형하였다(도 2c). 또한, 단조온도는 가열온도보다도 100∼180℃ 낮아져 있다.

이상의 공정에 의하여 얻어진 엔진밸브는, 기공이 축부가 신장하는 방향으로 선형상화됨과 동시에, 이 방향을 따라 붕화티탄입자도 배향되어 있다. 이 때문에, 본 실시예에 있어서 제작된 엔진밸브는, 기계적특성이 뛰어나다. 이때의 배향의 방향을 도 4에 나타내었다.

(평가)

소결빌릿을 단조한 시험편을 제작하여, 그 시험편의 밀도 및 기계특성을 측정함으로써, 본 발명의 단조방법의 평가를 행하였다.

(시험편의 제작)

소정의 조성이 되도록, 100 메쉬이하의 수소화 탈수소티탄분말, 평균입자지름이 10㎛의 Al-40V 합금분말, 평균입자지름이 2㎛의 TiB₂분말을 칭량하여, 충분히 혼합하였다. 충분히 혼합시킨 후, 이 혼합분말을 금형성형에 의하여 지름 16 mm, 길이 45 mm의 원주형상을 가지는 압분체를 성형하였다. 이 때의 성형면압은, 5 t/cm²이었다. 또한, 시료 11∼13은 Ti 분말과 A1-40V 합금분말을, 시료 14∼16는 Ti 분말과 A1-40V 합금분말에 더하여 TiB₂합금분말을 혼합시킨 성형체이다.

그 후, 이들 원주형상 압분체에, 진공도가 10^-5Torr 대의 분위기에서, 1300 ℃로 4시간의 가열을 행하여, 압분체를 소결시켜, 소결빌릿을 얻었다.

시료 11 및 14의 소결빌릿에는 기계가공을 실시하여, 인장력 시험편 및 피로 시험편을 연삭가공에 의하여 제작하였다.

시료 12 및 15의 소결빌릿에는 가열온도 1100℃, 면압 10ton의 열간코이닝에 의한 치밀화를 행한 후에, 시료 11 및 14와 같은 기계가공을 실시하여 시험편을 제작하였다.

시료 13 및 16의 소결빌릿에는, 가열온도 1100℃, 단면감소율 85%의 열간압출에 의한 치밀화를 행한 후에, 시료 11 및 14와 같은 기계가공을 실시하여 시험편을 제작하였다.

또 비교예 10으로서, 용제 Ti-6Al-4V 합금으로 이루어지는 시험편을 연삭가공에 의하여 제작하였다.

각각의 시험편의 조성, 상대밀도, 0.2% 내력, 실온신장 및 피로강도를 측정하여 측정결과를 표 2에 나타내었다.

상대밀도의 측정은, 아르키메데스법에 의하여 행하여졌다.

0.2% 내력의 측정은, 하중-변이선도로 측정되었다.

실온신장의 측정은, 시험편에 미리 표시해둔 표점의 간격을 시험전후에 실측하여 측정되었다.

시료명	조성	붕화티탄(vol%)	공정	상대밀도(%)	0.2%내력(MPa)	실온신장(%)	피로강도(MPa)
시료 11	Ti-6Al-4V	0	소결만을	98	820	8	280
시료 12	Ti-6Al-4V	0	소결 + 코이닝	100	880	12	480
시료 13	Ti-6Al-4V	0	소결 + 압출	100	880	15	580
시료 14	Ti-6Al-4V	10	소결만을	96	1030	1	310
시료 15	Ti-6Al-4V	10	소결 + 코이닝	100	1050	2	520
시료 16	Ti-6Al-4V	10	소결 + 압출	100	1070	5	650
시료 10	Ti-6Al-4V	0	용제	100	870	14	500

표 2의 측정결과로부터, 시료 12, 13 및 15, 16의 시료는 금속조직이 치밀화됨으로서, 0.2%내력, 실온신장 및 피로강도가 커져 있다. 또 경질입자(붕화티탄)가 들어있지 않은 시료의 경우, 상대밀도가 100%이더라도 코이닝에 의하여 치밀화된 시료 12의 실온신장 및 피로강도는 향상하고 있으나, 그 효과가 충분하지 않은 데 대하여, 압출을 실시한 시료 13은 비교예 10의 용제재와 동등이상의 양호한 특성을 얻을 수 있다.

또한 붕화티탄입자를 분산한 시험편의 경우에는, 압출에 의하여 내력도 향상하고 있다. 이것은, 붕화티탄입자가 배향한 효과로 추정된다.

본 발명의 티탄계 금속의 단조방법은, 소결체를 단조함으로써, 치밀화되기 때문에, 잔류기공에 의한 연성 및 피로강도의 저하가 억제되어 용제재와 동등한 특성의 단조품을 얻을 수 있다.

또 소결빌릿을 사용하기 때문에, 빌릿제조까지의 공정이 대폭 단축되는 효과를 가진다.

Claims

티탄계 소결소재를 준비하는 공정과;

상기 소재를 단조온도로 가열하여 단조하는 공정으로 이루어지는 티탄계 금속의 단조방법에 있어서,

상기 티탄계 소결소재는 세라믹스 입자, 기공 또는 세라믹스 입자 및 기공을 티탄합금 중에 총계로 체적비 1% 이상 함유하는 것을 특징으로 하는 티탄계 금속재료의 단조방법.
소결빌릿을 가열하는 공정과;

가열된 빌릿의 일부를 압출 나머지부로서 남긴 상태로 압출성형하여 스템을 형성하는 공정과;

압출성형한 스템을 전조하여 축 구부림을 교정하는 공정과;

재가열하는 공정과;

상기 압출 나머지부를 열간으로 스웨이징 단조하여 갓부를 형성하는 공정으로 이루어지는 엔진 밸브의 제조방법에 있어서,

상기 소결빌릿은 세라믹스 입자, 기공 또는 세라믹스 입자 및 기공을 티탄합금 중에 총계로 체적비 1% 이상 함유하는 것을 특징으로 하는 엔진 밸브의 제조방법.
제 2항에 있어서,

상기 전조는, 압출성형후 즉시 행하여지는 것을 특징으로 하는 엔진밸브의 제조방법.
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제 1 항에 있어서,

상기 세라믹스 입자는 붕화 티탄, 탄화 티탄 및 규화 티탄으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종으로 이루어지는 세라믹스 입자인 티탄계 금속재료의 단조방법.
제 2 항에 있어서,

상기 세라믹스 입자는 붕화 티탄, 탄화 티탄 및 규화 티탄으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종으로 이루어지는 세라믹스 입자인 엔진 밸브의 제조방법.