KR20030090975A - 자동차용 엔진 배기밸브의 피로강도 향상 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 엔진 배기밸브의 피로강도 향상 방법에 관한 것으로서, 자동차용 엔진의 배기밸브 제조공정에 있어서, 기존에 단조작업후 공냉처리하고 있는 공정을 제어 수냉으로 변경하고, 기존에 하지 않았던 용체화 처리 및 템퍼링을 실시하여서, 고온 피로강도를 기존대비 30%이상 그리고 내부식성을 3배 이상 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

이를 위해 본 발명은 자동차용 엔진 배기밸브의 제조공정에 있어서, 배기밸브의 단조작업후, 150∼200 ℃/분의 속도로 상온까지 제어 수냉하고, 이를 다시 1100∼1200℃로 용체화 처리한 후, 620∼760 ℃/60∼90분 동안 템퍼링을 실시한 후, 공냉시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 엔진 배기밸브의 피로강도 향상 방법을 제공한다.

Description

자동차용 엔진 배기밸브의 피로강도 향상 방법{Method for improving fatigue limit of exhaust valve for vehicle}

본 발명은 자동차용 엔진 배기밸브의 피로강도 향상 방법에 관한 것으로서, 배기밸브의 제조공정중 단조공정 후, 현행 공냉과정을 수냉으로 제어 냉각하여, 엔진 배기밸브의 고온 피로강도 및 내부식성을 향상시킬 수 있도록 한 자동차용 엔진 배기밸브의 피로강도 향상 방법에 관한 것이다.

통상적으로 자동차용 엔진 배기밸브는 이그조스트 밸브라고도 불리우며 엔진 연소실의 연소동작 후 발생하는 배기가스를 밖으로 배출시켜주는 구성품으로서, 기밀성과 내열성이 우수하도록 제작되어야 한다.

배기밸브의 구성은 크게 록카암이 닿는 스템엔드 부분, 밸브 가이드와 접촉하게 되는 시스템부분, 실린더 헤드의 밸브시트와 접촉하게 되는 실질적으로 기밀이 이루어지는 밸브 마진부분으로 나눌수 있으며, 높은 고열에서도 변형이나 파손이 생기지 않도록 합금강을 사용하고 있다.

보통 배기밸브의 크기는 흡입밸브보다 작고 두껍게 제작이 되어 있어 흡입밸브와 구분이 되어 있다.

이러한 배기밸브는 고온 피로강도 및 내부식성이 높으면 높을수록 배기성능 및 신뢰성을 주는 것으로 판단되고 있다.

상기 배기밸브는 오스테나이트계 내열강으로서, 다음의 표 1과 같은 합금계 성분을 갖는 SUH35,SUH36을 이용하여 제조되고 있다

상기 표와 같은 합금계 성분을 이용하여 자동차용 엔진의 배기밸브를 제조하는 바, 그 제조공정을 간략히 설명하면 다음과 같다.

상기 배기밸브는 와이어로 된 재료를 평평하게 펴서, 소정의 크기로 커팅을 하고, 커팅된 재료를 가열한 다음, 포밍하는 단조 작업을 시행한 후, 성형 가공 및마찰몰딩, 크롬도금, 질화처리, 면고주파처리등의 후처리 공정등을 거쳐서 제조되고 있다.

보다 상세하게는, 기존의 배기밸브 제조공정중 상기 단조작업은 약 1200℃에서 진행하게 되고, 단조작업후 그대로 공냉을 시키고 있다.

위와 같이, 기존에는 배기밸브의 단조 작업후 대개 공냉과정을 거치게 되어 있지만, 이는 고온 피로강도 및 내부식성을 요하는 배기밸브의 특성에 만족스럽지 못한 점이 있다.

즉, 보다 고온에서 견딜수 있는 피로한도 및 보다 향상된 내부식성을 갖도록 하는 것은 배기밸브의 제조 공정상 항상 요구되는 사항이므로, 기존의 특성치보다 휠씬 나은 고온 피로강도 및 내부식성을 갖도록 하는 연구개발이 계속 진행중에 있다.

이에, 자동차용 배기밸브의 고온 피로강도 및 내부식성을 향상시킬 수 있는 방법이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명한 것으로서, 자동차용 엔진의 배기밸브 제조공정에 있어서, 기존에 단조작업후 공냉처리하고 있는 공정을 제어 수냉으로 변경하고, 기존에 하지 않았던 용체화 처리 및 템퍼링을 실시하여서, 고온 피로강도를 기존대비 30%이상 그리고 내부식성을 3배 이상 향상시킬 수 있는 자동차용 엔진 배기밸브의 피로강도 향상 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 자동차용 엔진 배기밸브의 제조공정에 있어서, 배기밸브의 단조작업후, 150∼200 ℃/분의 속도로 상온까지 제어 수냉하고, 이를 다시 1100∼1200℃로 용체화 처리한 후, 620∼760 ℃/60∼90분 동안 템퍼링을 실시한 후, 공냉시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 엔진 배기밸브의 피로강도 향상 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 엔진 배기밸브의 피로강도 향상 방법을 설명하기 위한 그래프,

도 2는 본 발명의 방법이 적용된 배기밸브와 기존의 배기밸브간의 피로한도를 비교한 그래프,

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 설명한다.

본 발명은 자동차용 엔진의 배기밸브 제조공정에 있어서, 기존에 단조작업후 공냉 처리하고 있는 공정을 제어 수냉으로 변경하고, 기존에 하지 않았던 용체화 처리 및 템퍼링을 실시하여서, 고온 피로강도를 기존대비 30%이상 그리고 내부식성을 3배 이상 향상시키는데 그 주된 특징이 있다.

상기 엔진 배기밸브의 제조공정은 최초 공급된 재료(표 1의 합금계 성분으로 이루어짐)로서 와이어로 된 재료를 평평하게 펴는 단계, 소정의 알맞은 크기로 커팅하는 단계, 커팅된 재료를 가열처리하는 단계, 배기밸브의 형상으로 포밍하는 단조 작업을 시행하는 단계를 거친 후, 성형 가공 및 마찰 몰딩, 크롬도금, 질화처리, 면고주파처리등의 후처리 공정등이 진행되어진다.

기존에는 상기 배기밸브 제조공정중 단조작업을 약 1200℃에서 진행한 다음상온까지 그대로 방치하여 공냉시켰다.

본 발명은 기존의 공냉 공정 대신에, 단조작업후, 150∼200 ℃/분의 속도로상온까지 제어 수냉하는 단계를 진행한다.

상기 제어 수냉후, 재료를 1100∼1200℃로 용체화 처리한 후, 620∼760 ℃/60∼90분 동안 템퍼링을 실시한 다음 상온까지 공냉시키는 공정을 진행한다.

이러한 본 발명의 공정후, 기존과 마찬가지로 성형 가공 및 마찰 몰딩, 크롬도금, 질화처리, 면고주파처리등의 후처리 공정등을 진행한다.

본 발명의 따른 방법을 적용하여 제조된 배기밸브에 대한 고온 피로강도를 측정하였는 바, 그 결과는 다음의 표 2와 같다.

위의 표 2에서 보는 바와 같이, 600℃ 이상 고온에서 배기밸브에 대한 피로강도가 향상되었음을 알 수 있었다.

본 발명의 따른 방법을 적용하여 제조된 배기밸브에 대한 내부식성 평가를 하였는 바, 그 결과는 다음의 표 3과 같다.

내부식성은 내열강의 특성상 입계에 탄화물이 예민화 편석되는 정도를 정량화 비교하여 대별할 수 있으며 예민화지수는 위의 표 3에 나타낸 바와 같다.

상기 예민화지수는 입계에 편석된 탄화물의 이미지 어널라이져에 의한 면분석으로 측정된 것이다.

표 3에서 보는 바와 같이, 기존에는 예민화지수가 상온보다 760℃의 고온에서 약 3배 가량 높게 나타났으나, 본 발명에서는 상온 및 760℃의 고온에서 예민화지수가 기존보다 현격히 낮게 나타났다.

이와 같이, 배기밸브의 고온 피로강도를 향상시키고, 내부식성을 좋게 함으로써, 배기밸브의 내구성을 증대시킬 수 있게 되고, 신엔진 개발시 엔진 허용온도범위를 높일 수 있게 된다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 엔진 배기밸브의 피로강도 향상 방법에 의하면, 기존에 단조작업후 공냉처리하고 있는 공정을 제어 수냉으로 변경하고, 기존에 하지 않았던 용체화 처리 및 템퍼링을 실시하여서, 고온 피로강도를 기존대비 30%이상 그리고 내부식성을 3배 이상 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다.

Claims (1)

1. 자동차용 엔진 배기밸브의 제조공정에 있어서,

   배기밸브의 단조작업후, 150∼200 ℃/분의 속도로 상온까지 제어 수냉하고, 이를 다시 1100∼1200℃로 용체화 처리한 후, 620∼760 ℃/60∼90분 동안 템퍼링을 실시한 후, 공냉시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 엔진 배기밸브의 피로강도 향상 방법.