KR100786359B1 - 티타늄 합금 포펫 밸브 제조 방법 - Google Patents

티타늄 합금 포펫 밸브 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100786359B1
KR100786359B1 KR1020010012023A KR20010012023A KR100786359B1 KR 100786359 B1 KR100786359 B1 KR 100786359B1 KR 1020010012023 A KR1020010012023 A KR 1020010012023A KR 20010012023 A KR20010012023 A KR 20010012023A KR 100786359 B1 KR100786359 B1 KR 100786359B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
valve
titanium
oxygen
titanium alloy
poppet valve
Prior art date
Application number
KR1020010012023A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20020007968A (ko
Inventor
히로세마사히토
아사누마히로아키
Original Assignee
후지 오오젝스 가부시키가이샤
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 후지 오오젝스 가부시키가이샤 filed Critical 후지 오오젝스 가부시키가이샤
Publication of KR20020007968A publication Critical patent/KR20020007968A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100786359B1 publication Critical patent/KR100786359B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/20—Shapes or constructions of valve members, not provided for in preceding subgroups of this group
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/02—Selecting particular materials for valve-members or valve-seats; Valve-members or valve-seats composed of two or more materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/10—Oxidising
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/80—After-treatment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2301/00—Using particular materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2303/00—Manufacturing of components used in valve arrangements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/6851—With casing, support, protector or static constructional installations
    • Y10T137/7036—Jacketed

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
  • Lift Valve (AREA)
  • Forging (AREA)

Abstract

본 발명은 티타늄 합금 포펫 밸브 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 티타늄 합금 포펫 밸브는 밸브 스템과 밸브 헤드로 구성되고 자동차의 내부 연소 엔진 내의 흡기 또는 배기 밸브로 사용된다. 미소량의 산소(O2)가 연소로내의 밸브로 주입되고 티타늄 산화물이 생성되지 않는 동시에 산화 티탄 격자간 용질을 형성하기 위해 밸브의 티타늄내로 산소 원자를 주입시키기 위하여 밸브를 가열한다. 상기 밸브는 내구성과 경도가 향상되어 강화된다.
포펫 밸브, 티타늄 합금, 격자간 용질, 산화 티탄, 밸브스템

Description

티타늄 합금 포펫 밸브 제조 방법{method of manufacturing Ti alloy poppet valve}
도 1은 포펫 밸브의 정면도이다.
도 2는 산소 확산층의 제조 방법을 나타낸 개략도이다.
도 3은 산소 확산 후 밸브 표면의 깊이에 따른 산소 함유량을 나타낸 그래프이다.
도 4는 산소 및 탄소 확산층의 제조 방법을 나타낸 개략도이다.
도 5는 산소 확산 및 탄소 처리 후 밸브 표면의 깊이에 따른 산소 및 탄소 함유량을 나타낸 그래프이다.
도 6은 산소 확산 후 밸브의 경도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 산소 확산 및 탄소 처리 후 밸브의 경도를 나타낸 그래프이다.
도 8은 연마 실험기와 이것에 의한 실험 방법을 나타낸 정면도이다.
도 9는 연마 실험기에 의한 시편의 실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 10은 구부림 실험기를 나타낸 정면도이다.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
1 : 포펫 밸브 2 : 밸브 스템
3 : 밸브 헤드 4 : 밸브 바디
5 : 밸브 표면 7 : 코터 홈
8 : 스템 단면 9 : 진공 가열 연소로
10 : 플라즈마 진공 연소로 11 : 수평 모터
11a : 축 12 : 고정지그
13 : 추 14 : 칩
15, 16 : 시편
본 발명은 티타늄 합금 포펫 밸브 제조 방법에 관한 것으로서, 관성 질량을 감소시켜 엔진의 성능을 향상시키기 위해 내부 연소 엔진내의 흡기 및 배기 밸브를 내열성 금속 대신에 티타늄 합금으로 제조한다. 그러나, 티타늄은 산소와 같은 다른 요소와 결합하기가 쉬워 내구성이 떨어지게 된다.
티타늄 합금 포펫 밸브의 표면은 내구성을 향상시키기 위해 일본 특허 3,022,015에 나타낸 것과 같이 질화 처리되거나 산화 처리되고, 미국 특허 5,466,305에 나타낸 것과 같이 탄소 처리되거나 또는 니켈 도금이 적용된다.
질화 처리 또는 산화 처리된 밸브는 충분한 내구성을 갖지만 경도가 너무 높아 다른 부재를 손상시킬 수 있어서, 밸브와 결합되어 있는 밸브 작동부의 재료를 교환할 필요가 있으며 이에 따라 비용이 상승된다.
산화 처리되는 동안, 소재는 공기 또는 산소가 공급되는 대기중에서 750~800℃의 높은 온도에 놓이게 되어 산소 확산이 매우 빠르고, 산화티탄(TiO2) 및 산화티탄(Ti2O3)과 같이 깨지기 어려운 산소층을 형성하여 쉽게 분리된다.
이것은 밸브의 표면에 탄소 처리를 하여 충분한 내구성을 획득하는 것이 어렵게 된다. 니켈 도금이 적용된 밸브내에는 내열성이 충분하지 않고 배기 밸브로 사용하기에 적합하지 않다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 티타늄 산화물의 생성없이 내구성이 현저히 향상된 티타늄 합금 포펫 밸브 제조 방법를 제공하는 데 그 목적이 있다.
이와 같은 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 티타늄 합금 포펫 밸브는 밸브스템과 밸브헤드로 구성되고, 티타늄내의 산소로 인해 생성된 격자간 용질 (interstitial solid solution)을 갖는 산소 확산층을 포함하는 표면층이 마련됨을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 티타늄 합금 포펫 밸브 제조 방법은 연소로내에서 티타늄 산화물이 형성되기 위한 화학량론의 양보다 낮은 산소 밀도를 유지하기 위하여 산소(O2)를 연소로로 주입시키는 단계와, 산화티탄(Ti-O) 격자간 용질을 만들어 밸브의 내구성을 향상시키기 위해 밸브의 티타늄내로 산소 원자를 주입시키기 위하여 700~840℃로 1~4시간 동안 밸브를 가열시키는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
만약, 온도가 700℃보다 낮으면 산소는 티타늄 합금 밸브안으로 충분히 확산되지 않고 요구되는 경도를 얻지 못한다. 만약, 온도가 840℃보다 높으면 포펫 밸브는 변형이 생기며 실제적으로 생산품으로서 사용이 불가능하게 된다. 그러므로, 온도는 750~800℃의 범위가 적절하다.
만약, 시간이 1시간 미만이면 요구되는 경도를 얻을 수 없고, 4시간 이상이면 처리시간이 너무 길어 밸브의 생산성이 떨어진다. 그러므로, 2~3시간의 범위가 적절하다.
밸브 표면의 산소 밀도는 1.10 ×10-7g/㎠ 에서 1.47 ×10-6g/㎠이 적절할 것이다. 만약, 1.10 ×10-7g/㎠ 보다 낮으면 경도가 충분하지 않고, 1.47 ×10-6g/㎠보다 높으면 산소는 티타늄에 결합되어 티타늄 산화물(titanium oxide)을 형성시킨다.
본 발명에 의해 제조된 포펫 밸브는 내구성과 내력성이 향상된다.
도 1은 티타늄 합금 포펫 밸브(poppet valve)(1)를 나타낸 것이다. 밸브 바디(valve body)(4)는 밸브 스템(valve stem)(2)와 밸브 헤드(valve head)(3)로 구성되고 α-β합금의 Ti-6Al-4V로 만들어져 있다. 이것이 Ti-5Al-2.5Sn, Ti-6Al-6V-2Sn 및 Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo 와 같은 α합금; Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo 및 Ti-8Al-1Mo-1V와 같이 10% 보다 낮은 β위상을 포함한 α-β합금인 유사 α합금; 또는 Ti-13v-11Cr-3Al 및 Ti-15Mo-5Zr-3Al과 같은 β합금으로 제조될 수도 있다
표면 처리는 밸브 표면(5)과 같이 밸브 바디(4)의 내구성있는 부위나 밸브 가이드( 미도시), 코터(cotter) 홈(7) 및 스템 단면(8)과 연결되는 밸브 스템(2)의 연결 부위를 경화시키기 위해 수행된다.
도 2는 상기 티타늄 합금 포펫 밸브(1)가 진공 가열 연소로내에 놓여있는 것을 나타낸 것으로, 밸브 바디(4)의 표면에 산소 확산층이 형성되도록 산소 밀도, 시간 및 온도가 규정되어 있다. 본 발명의 실시예와 비교예에서처럼 산소 밀도는 밸브의 전체 표면적에 대한 산소량을 의미한다.
티타늄 산화물의 생성을 방지하기 위해 산소 밀도는 티타늄 산화물을 형성하기 위한 화학량론의 양보다 더 작은 양이 적용된다.
가열 온도는 Ti-6Al-4V의 β변환점인 995℃보다 낮은 온도가 적용되어 티타늄 합금의 침상같은 결정체의 형성에 의해 경도가 감소되는 것을 방지할 수 있다.
실시예 1:
포펫 밸브가 산소 밀도 1.10 ×10-7g/㎠인 대기에서 750℃ 온도로 4시간 동안 가열되었고, 질소 가스에 의해 실내가 냉각되었다. 경도가 좋고 변형이 적은 밸브가 제조되었다.
실시예 2:
포펫 밸브가 산소 밀도 2.83 ×10-7g/㎠인 대기에서 800℃ 온도로 3시간 동안 가열되었고, 질소 가스에 의해 실내가 강제 냉각되었다. 경도가 좋고 변형이 적은 밸브가 제조되었다.
실시예 3:
포펫 밸브가 산소 밀도 1.42 ×10-6g/㎠인 대기에서 700℃ 온도로 2시간 동안 가열되었고, 질소 가스에 의해 실내가 강제 냉각되었다. 경도가 좋고 변형이 적은 밸브가 제조되었다.
실시예 4:
포펫 밸브가 산소 밀도 1.47 ×10-6g/㎠인 대기에서 800℃ 온도로 3시간 동안 가열되었고, 질소 가스에 의해 실내가 강제 냉각되었다. 경도가 좋고 변형이 적은 밸브가 제조되었다.
비교예는 다음과 같다:
비교예 1:
포펫 밸브가 산소 밀도 1.08 ×10-7g/㎠인 대기에서 700℃ 온도로 2시간 동안 가열되었고, 질소 가스에 의해 실내가 강제 냉각되었다. 변형은 적지만 경도가 좋지 않은 밸브가 제조되었다.
비교예 2:
포펫 밸브가 산소 밀도 1.50 ×10-6g/㎠인 대기에서 800℃ 온도로 3시간 동안 가열되었고, 질소 가스에 의해 실내가 강제 냉각되었다. 변형은 적지만 산소 밀도가 너무 높아서 티타늄과 재반응된 산소가 밸브의 표면상에 이산화티탄(TiO2)와 같은 산화물 필름을 형성하여 경도의 감소를 초래하였다.
비교예 3:
포펫 밸브가 산소 밀도 1.40 ×10-7g/㎠인 대기에서 850℃ 온도로 2시간 동안 가열되었고, 질소 가스에 의해 실내가 강제 냉각되었다. 높은 온도때문에 밸브의 변형이 매우 커서 실제적으로 사용하기에 적절하지 못하였다.
도 3은 필드 에미션 오거 전자 스펙트로스코피(field emission Auger electron spectroscopy device)에 의해 상기 실시예 1~4의 각 깊이에 따라 측정된 산소 함유량의 평균을 나타낸 것이다. 포펫 밸브의 표면으로부터의 깊이는 횡좌표축 상에 나타냈고 산소 밀도는 세로좌표축 상에 나타낸다. 산소 함유량의 단위는 "원자%" 대신에 "분석된 전체 원자수에 대한 산소 원자수 비율"로 나타낸다.
티타늄 산화물 제품은 엑스레이(X-ray) 회절측정기(diffractrometer)에 의해 발견되지 않았고 산소 원자는 티타늄에 결합되지 않았으나 여전히 격자간 용질을 형성하기 위한 티타늄내에 원자로써 남아있었다.
도 6은 횡좌표축에 마이크로미터(㎛) 단위의 깊이를 나타내고 세로좌표축에 Hv 단위의 경도를 나타내었다. 상기 그래프에서는 본 발명에 따른 실시예 1~4의 평균값과 취급되지 않은 밸브의 일례를 나타내고 있다. 이들은 일본의 시마즈(Shimazu)사에 의해 제조된 마이크로-빅커스(Micro-Vickers) 경도 측정기에 의해 측정되었다.
그래프에 나타나 있듯이, 경도는 대략 50㎛의 깊이에 대해 Hv 350을 가지며, 본 발명에 의해 취급된 밸브는 상당히 높은 수치의 Hv 500~630의 경도를 갖는다.
내부 연소 엔진내에 사용되는 포펫 밸브의 대략 50㎛의 깊이는 적절한 내구성과 경도가 요구된다. 도 3에서처럼, 만약 산소 함유량이 대략 50㎛의 깊이에 대해 4~12% 를 유지하면 충분한 내구성과 경도를 획득할 수 있을 것이다.
만약, 표면내의 산소 함유량이 12%를 초과하면 경도는 증가하지만 깨지기가 쉬워진다. 그러므로, 상한선까지 값을 설정하는 것이 바람직하다.
밸브의 티타늄내로 산소와 탄소 원자를 주입함으로써 밸브 바디의 표면을 처리하는 것이 아래에 기술되어 있다.
밸브 스템과 밸브 헤드로 구성된 티타늄 합금 밸브가 플라즈마 진공 연소로내에 놓여있고, 이 연소로는 티타늄 산화물을 형성하기 위한 화학량론의 양보다 적은 산소를 포함하며 탄소 처리 가스는 예정된 시간동안 티타늄 합금의 β변형점보다 낮은 온도에서 주입된다. 그러므로, 산소와 탄소 원자는 밸브의 표면내로 주입되고 티타늄 합금내에 산소와 탄소의 격자간 용질을 형성하여 밸브의 표면을 단단하게 만든다.
실시예 5:
Ti-6Al-4V 합금은 열간 단조에 의해 도 4에 나타내듯이 플라즈마 진공 연소로내에 놓여진 밸브 바디를 형성한다. 산소 가스가 연소로내로 주입되었고 밸브의 표면적에 대한 산소 밀도는 1.83 ×10-7g/㎠를 유지하였다. 상기 밸브는 3시간 동안 800℃로 가열되었다.
그리고, 탄소 처리를 위해 티타늄 합금내로 탄소 원자를 주입시키기 위하여 연소로내로 프로판 가스를 주입하여 백열(glow discharge)을 배출시켰다. 결과적으로, 경도가 좋고 변형이 적은 밸브가 제조되었다.
도 5는 깊이에 대한 밸브의 산소와 탄소 함유량의 관계를 나타낸 것이고, 도 7은 깊이에 대한 경도의 관계를 나타낸 것이다.
엑스레이 회절측정기에 의한 엑스레이 회절에 의해 밸브 바디내에서 탄화티탄(TiC)이 발견되었지만 티타늄 산화물은 발견되지 않았다. 도 5에서처럼, 산소 원자는 티타늄과 결합되지 않았지만 티타늄 내에 원자로서 남아있는다. 탄소 원자는 탄화티탄을 형성하기 위해 부분적으로 티타늄에 결합되지만 그 나머지는 원자로써 티타늄내로 주입된다.
도 7에서 실시예 5의 밸브는 같은 재질로 만들어진 비처리 밸브보다 경도가 더 높았고, 특히 15㎛의 깊이에 대한 경도는 대략 Hv 530 이었다. 다른 부재의 손상은 감소되고 내구성은 증가한다.
도 6과 도 7을 비교하여 보면, 도 7의 표면 근처의 경도는 도 5보다 낮다. 만약 산소 확산과 더불어 탄화 처리가 수행되면 경도는 그렇게 높지 않게 되며 다른 부재의 손상은 감소된다.
Ti-6Al-4V 합금과 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo 합금내에 산소 확산층, 산소 및 탄소 확산층을 갖는 소정의 시편에 대해 연마 실험을 수행하였으며, 연마 실험기와 사용 방법을 아래와 같이 기술한다.
도 8은 수평 모터(11), 시편을 고정시키기 위해 수직으로 이동되도록 축(11a)의 단부에 설치된 고정 지그(12) 및 이 고정 지그(12)상에 놓여진 추(13)를 포함하는 크로스바(crossbar) 연마 실험기를 나타낸 것이다.
매끈한 외부 환형 표면을 만들기 위해 연마되고 비윤활 처리된 단조 금속처럼 강철로 만들어진 디스크 같은 칩(14)이 축(11a) 단부에 이 축(11a)과 동심축을 이루며 설치되어 있다. 그리고 비윤활 처리된 편평한 저면을 갖는 시편(15)이 고정 지그(12)의 저면에 설치되어 있으며 그 저면은 칩(14)의 상면과 연결되어 있다. 1㎏의 추(13)가 고정 지그(12)의 상면에 놓여있고 모터(11)가 설정된 속도로 칩(14)을 회전시키기 위해 작동된다. 상기 추(13)는 매회 칩(14)에 500g의 중량을 가하여 회전하는 칩(14)이 시편(15)을 연마하면서 시편(15)과의 사이에 형성된 상대적인 이동거리가 50 m가 됨으로써 모터의 회전수와 칩의 외부 직경을 감지하게 된다.
시편(15)과 칩(14) 사이에 용착(seizure) 또는 갤링(galling)이 생기거나 회전하는 칩(14)이 시편(15)을 연마하면서 시편(15)과의 사이에 형성된 상대적인 이동거리가 350 m 되었을 때 실험이 끝난다.
도 9는 다음의 실험에 의해 얻어진 결과를 나타낸다.
도 9에 있어서, (A)와 (B)는 Ti-6Al-4V 와 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo가 각각 표면처리되지 않았고; (C)와 (D)는 산화가 적용된 두 개의 합금이며; (E)와 (F)는 산소 확산층이 포함된 두 개의 합금이고; (G)와 (H)는 산소와 탄소 확산층이 적용된 두 개의 합금이다.
도9에서 나타내듯이, 본 발명이 적용된 (E)에서 (H)까지의 시편의 용착 거리가 표면 처리가 적용되지 않은 (A) 및 (B)와 비교하여 현저히 증가되었다. 산화 작용이 적용된 서로 유사한 (C)와 (D) 조차 시편(15)과의 사이에 상대적인 이동거리가 350 m가 형성되도록 칩이 시편을 연마하여도 용착이 발생하지 않았으며, 현저히 높은 내구성을 나타내었다. 이것으로 내구성이 현저히 증가된 포펫 밸브를 얻을 수 있음이 명백하게 되었다.
직경 6mm의 시편(16)이 준비되고 상기와 같은 처리가 시편에 적용된다. 양단을 지 지한 상태에서 하중을 가하여 시편이 1mm정도 구부러졌다. 표면층의 조건이 검사되었다.
산화 처리가 적용된 시편의 표면층에서 분리 현상이 발생하였다. 산소 확산이 적용된 시편의 표면층에서 균열이 생기고, 산소 확산 및 탄소 처리가 적용된 시편은 이상이 발생되지 않았다.
이러한 결과에 의해, 산화 처리가 적용된 시편은 표면층에 형성된 깨지기 어려운 산화물이 분리되었다. 산소 확산층만이 적용된 시편은 표면층의 경도가 너무 높아 결과적으로 균열이 발생하였고, 산소 확산과 탄소 처리가 적용된 시편은 표면층의 경도가 미세하게 감소하였기 때문에 강점이 성취되었다.
본 발명은 또한 Ti-Al 금속간 화합물에도 적용할 수도 있다.
이상에서와 같이 본 발명은 제조된 티타늄 합금 포펫 밸브에 티타늄 산화물이 생성되지 않는 동시에 내구성이 현저히 향상되는 효과를 얻는다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명은 바람직한 구체적인 예들에 대해서만 기술하였으나, 상기의 구체적인 예들을 바탕으로 한 본 발명의 기술사상 범위 내에서의 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 또한, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 연소로 내에서 티타늄 산화물이 형성되기 위한 화학량론의 양보다 낮은 산소밀도를 유지하기 위하여 산소(O2)를 연소로로 주입시키는 단계; 및
    산화티탄(Ti-O) 격자간 용질을 만들어 밸브의 내구성을 향상시키기 위해 밸브의 표면 전체에 대한 산소 밀도가 1.10 ×10-7g/㎠ 내지 1.47 ×10-6g/㎠가 되도록 밸브의 티타늄 내로 산소 원자를 주입시키기 위하여 700~840 ℃로 1~4시간 동안 밸브를 가열시키는 단계;
    를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 티타늄 합금 포펫 밸브 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가열은 750~800℃의 온도에서 수행함을 특징으로 하는 티타늄 합금 포펫 밸브 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 가열은 2~3시간 동안 수행함을 특징으로 하는 티타늄 합금 포펫 밸브 제조방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 연소로는 진공 가열 연소로임을 특징으로 하는 티타늄 합금 포펫 밸브 제조방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 연소로는 밸브의 티타늄 내로 탄소 원자를 주입시키기 위해 탄소 처리 가스가 채워진 플라즈마 진공 연소로임을 특징으로 하는 티타늄 합금 포펫 밸브 제조방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 밸브는 α- β티타늄 합금으로 제작됨을 특징으로 하는 티타늄 합금 포펫 밸브 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 α- β티타늄 합금은 Ti-6Al-4V임을 특징으로 하는 티타늄 합금 포펫 밸브 제조방법.
KR1020010012023A 2000-07-18 2001-03-08 티타늄 합금 포펫 밸브 제조 방법 KR100786359B1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000-217507 2000-07-18
JP2000217507 2000-07-18
JP2001025415A JP2002097914A (ja) 2000-07-18 2001-02-01 チタン合金製エンジンバルブ及びその製造方法
JP2001-25415 2001-02-01

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20020007968A KR20020007968A (ko) 2002-01-29
KR100786359B1 true KR100786359B1 (ko) 2007-12-14

Family

ID=26596237

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020010012023A KR100786359B1 (ko) 2000-07-18 2001-03-08 티타늄 합금 포펫 밸브 제조 방법

Country Status (6)

Country Link
US (2) US6511045B2 (ko)
EP (1) EP1174593B1 (ko)
JP (1) JP2002097914A (ko)
KR (1) KR100786359B1 (ko)
CN (2) CN1312314C (ko)
DE (1) DE60102751T2 (ko)

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002097914A (ja) * 2000-07-18 2002-04-05 Fuji Oozx Inc チタン合金製エンジンバルブ及びその製造方法
ES2339560T3 (es) 2003-12-09 2010-05-21 Central Research Institute Of Electric Power Industry Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de oxido de titanio dopado con carbono.
DE602004032046D1 (de) 2003-12-09 2011-05-12 Central Res Inst Elect Multifunktionelles material mit einer schicht aus kohlenstoffdotiertem titanoxid
JP2005248256A (ja) * 2004-03-04 2005-09-15 Shimano Inc ベータ型チタンの表面硬化処理方法およびベータ型チタン系部材、ベータ型チタンの表面硬化処理装置
DE102004033342A1 (de) * 2004-07-09 2006-02-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung von verschleißbeständigen und ermüdungsresistenten Randschichten in Titan-Legierungen und damit hergestellte Bauteile
CN1314827C (zh) * 2004-12-08 2007-05-09 中国科学院金属研究所 一种钛合金渗氧－扩散固溶复合表面强化处理方法
CA2597266A1 (en) 2005-02-16 2006-08-24 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Surface treatment method of titanium alloy member for aerospace equipment
WO2006109540A1 (ja) * 2005-03-30 2006-10-19 Honda Motor Co., Ltd. エンジンバルブの表面改質処理用治具及びそれを用いた表面改質処理方法
JP4517095B2 (ja) * 2005-10-07 2010-08-04 新日本製鐵株式会社 高強度チタン合金製自動車用エンジンバルブ
US20070189649A1 (en) * 2006-02-16 2007-08-16 The Boeing Company Lightweight bearing cartridge for wear application
KR100986845B1 (ko) 2008-08-14 2010-10-08 삼성모바일디스플레이주식회사 유기전계발광 표시장치의 배선수리구조 및 그 수리방법
JP5328694B2 (ja) 2010-02-26 2013-10-30 新日鐵住金株式会社 耐熱性に優れたチタン合金製自動車用エンジンバルブ
EP2674506B1 (en) * 2011-02-10 2017-04-12 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Abrasion-resistant titanium alloy member having excellent fatigue strength
JP2014152636A (ja) * 2013-02-05 2014-08-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd バルブの製造方法、及びＮａ供給装置
DE102013216188A1 (de) * 2013-08-14 2015-03-12 Mahle International Gmbh Leichtmetalleinlassventil
WO2016084980A1 (ja) * 2014-11-28 2016-06-02 新日鐵住金株式会社 チタン合金部材およびチタン合金部材の製造方法
JP6914688B2 (ja) * 2017-03-27 2021-08-04 Ntn株式会社 機械部品及びすべり軸受
JP6991853B2 (ja) * 2017-12-20 2022-02-15 Ntn株式会社 機械部品
JP7051419B2 (ja) * 2017-12-20 2022-04-11 Ntn株式会社 機械部品の製造方法
US20200318684A1 (en) * 2017-12-20 2020-10-08 Ntn Corporation Mechanical component and method for manufacturing mechanical component
JP2019173862A (ja) * 2018-03-28 2019-10-10 Ntn株式会社 すべり軸受及び球面すべり軸受
CN108866472B (zh) * 2018-06-29 2020-07-28 西安交通大学 一种金属材料表面处理方法
JP7154087B2 (ja) * 2018-09-27 2022-10-17 Ntn株式会社 機械部品
US11661645B2 (en) 2018-12-20 2023-05-30 Expanite Technology A/S Method of case hardening a group IV metal

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0244253A1 (en) * 1986-04-30 1987-11-04 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Surface treatment of titanium articles
US5466305A (en) * 1993-09-21 1995-11-14 Tanaka Limited Method of treating the surface of titanium

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD146556B1 (de) * 1979-09-19 1982-09-29 Wilm Heinrich Hochverschleissfeste teile,insbesondere fuer misch-und mahlaggregate und verfahren zu ihrer herstellung
FR2618796B1 (fr) * 1987-07-27 1993-02-05 Centre Nat Rech Scient Procede de traitement de surfaces, utilisant une post-decharge electrique dans un gaz en ecoulement et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede
US5068003A (en) * 1988-11-10 1991-11-26 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Wear-resistant titanium alloy and articles made thereof
JPH0322015A (ja) 1989-06-19 1991-01-30 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 三次元指元装置
JP3022015B2 (ja) 1991-12-26 2000-03-15 新日本製鐵株式会社 チタン合金バルブの製造方法
ES2135445T3 (es) * 1992-02-07 1999-11-01 Smith & Nephew Inc Implantes medicos metalicos biocompatibles endurecidos superficialmente.
WO1994002656A1 (en) * 1992-07-16 1994-02-03 Nippon Steel Corporation Titanium alloy bar suitable for producing engine valve
JPH06146825A (ja) * 1992-11-04 1994-05-27 Fuji Oozx Inc チタン製エンジンバルブ
US5441235A (en) * 1994-05-20 1995-08-15 Eaton Corporation Titanium nitride coated valve and method for making
US5517956A (en) * 1994-08-11 1996-05-21 Del West Engineering, Inc. Titanium engine valve
US5771873A (en) * 1997-04-21 1998-06-30 Ford Global Technologies, Inc. Carbonaceous deposit-resistant coating for engine components
DE69936198T2 (de) * 1999-08-10 2008-01-31 Fuji Oozx Inc., Fujisawa Tellerventil aus Titanlegierung
JP2002097914A (ja) * 2000-07-18 2002-04-05 Fuji Oozx Inc チタン合金製エンジンバルブ及びその製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0244253A1 (en) * 1986-04-30 1987-11-04 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Surface treatment of titanium articles
US5466305A (en) * 1993-09-21 1995-11-14 Tanaka Limited Method of treating the surface of titanium

Also Published As

Publication number Publication date
DE60102751T2 (de) 2005-04-14
CN1333418A (zh) 2002-01-30
US6511045B2 (en) 2003-01-28
DE60102751D1 (de) 2004-05-19
CN1598036A (zh) 2005-03-23
EP1174593A2 (en) 2002-01-23
CN1187516C (zh) 2005-02-02
KR20020007968A (ko) 2002-01-29
EP1174593A3 (en) 2003-04-02
US20030056856A1 (en) 2003-03-27
EP1174593B1 (en) 2004-04-14
US6623568B2 (en) 2003-09-23
US20020011267A1 (en) 2002-01-31
JP2002097914A (ja) 2002-04-05
CN1312314C (zh) 2007-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100786359B1 (ko) 티타늄 합금 포펫 밸브 제조 방법
JP6320590B2 (ja) ニッケル−クロム−合金
KR960004831B1 (ko) 철 알루미늄 합금의 내연 기관용 흡입 밸브
EP0388710B1 (en) Surface treatment method for titanium or titanium alloy
EP1076112B1 (en) Poppet valve made of titanium alloy
US6354001B1 (en) Method of manufacturing a Ti alloy poppet value
EP0244253B1 (en) Surface treatment of titanium articles
EP2142680A1 (en) Hybrid carburization with intermediate rapid quench
EP1288327B1 (en) TI alloy surface treatment
JPH05141213A (ja) 内燃機関用吸・排気バルブ
CN1570192A (zh) 气门精锻模的表面改性处理加工方法
JPH0641715A (ja) チタン合金バルブの製造方法
CN109154040B (zh) 包含钛金属的工件的处理方法和物品
KR100576607B1 (ko) 티타늄계 제품의 표면에 탄화수소 가스 반응에 의한티타늄 카바이드층의 형성 방법 및 그 제품
JPH07268516A (ja) 吸気エンジンバルブに適した低強度チタン合金棒
JP2852433B2 (ja) 軸受部品の製造方法
JP2001073726A (ja) チタン合金製エンジンバルブ及びその表面処理方法
US20140065003A1 (en) Novel method of improving the mechanical properties of powder metallurgy parts by gas alloying
JPH07180013A (ja) エンジン用バルブスプリングリテーナ
JPH0551713A (ja) 耐摩耗性チタン−アルミニウム系合金部材の製造方法
JPH02179861A (ja) チタンまたはチタン合金の表面処理方法
CN109750248A (zh) 一种γ-TiAl表面喷丸处理促进Al2O3膜热生长的方法及应用
JPH11117017A (ja) マルエージング鋼の浸炭表面硬化方法
WO2008124243A1 (en) Shaped articles made from low temperature carburized metal powder

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20110701

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee