JP3022015B2 - チタン合金バルブの製造方法 - Google Patents
チタン合金バルブの製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動４輪車及びその他
車両のエンジンに使用するチタン合金バルブの耐摩耗処
理に関するものであり、さらに耐摩耗性の必要なチタン
合金部品に広く適用しうるものである。
車両のエンジンに使用するチタン合金バルブの耐摩耗処
理に関するものであり、さらに耐摩耗性の必要なチタン
合金部品に広く適用しうるものである。
【０００２】
【従来の技術】これまでに、チタン合金バルブのフェー
ス部、軸部、軸端部の耐摩耗処理として、酸化（特開昭
６２−２５６９５６号公報参照）、窒化（特開昭６１−
８１５０５号公報参照）、イオン窒化（特開昭６１−２
３４２１０号公報参照）、硬質Ｃｒメッキ、Ｎｉ−Ｐメ
ッキ（特開平１−９６４０７号公報参照）、モリブデン
溶射（特開昭６２−４１９０８号公報参照）等が試みら
れている。
ス部、軸部、軸端部の耐摩耗処理として、酸化（特開昭
６２−２５６９５６号公報参照）、窒化（特開昭６１−
８１５０５号公報参照）、イオン窒化（特開昭６１−２
３４２１０号公報参照）、硬質Ｃｒメッキ、Ｎｉ−Ｐメ
ッキ（特開平１−９６４０７号公報参照）、モリブデン
溶射（特開昭６２−４１９０８号公報参照）等が試みら
れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】モリブデン溶射は、競
争用自動車エンジンおよび競争用２輪車エンジンのチタ
ン合金バルブの軸部表面の焼き付き防止処理として実績
が有るが、コストが高いのが実状である。硬質Ｃｒメッ
キ、Ｎｉ−Ｐメッキについては、チタン合金表面に不可
避的に存在する酸化皮膜のため、メッキ密着性を確保す
ることは、本質的に困難であるが、ショットブラストに
よる表面の粗面化、フッ素酸酸洗による酸化皮膜の除去
等、及びメッキ後の熱拡散等によりメッキ密着性の改善
の努力が払われている。
争用自動車エンジンおよび競争用２輪車エンジンのチタ
ン合金バルブの軸部表面の焼き付き防止処理として実績
が有るが、コストが高いのが実状である。硬質Ｃｒメッ
キ、Ｎｉ−Ｐメッキについては、チタン合金表面に不可
避的に存在する酸化皮膜のため、メッキ密着性を確保す
ることは、本質的に困難であるが、ショットブラストに
よる表面の粗面化、フッ素酸酸洗による酸化皮膜の除去
等、及びメッキ後の熱拡散等によりメッキ密着性の改善
の努力が払われている。
【０００４】一方、酸化、窒化については、チタン合金
をその雰囲気中で加熱すればよいだけの簡便な方法で、
拡散処理ゆえに密着性が優れていることから以前より着
目されているが、高い温度で加熱する必要性から、熱変
形が生じチタン合金バルブに要求される形状寸法精度を
確保できないという問題点があった。またイオン窒化は
窒化温度を低下させることができると言われているが、
形状確保の点でなお不十分であり、同様の問題点があ
る。
をその雰囲気中で加熱すればよいだけの簡便な方法で、
拡散処理ゆえに密着性が優れていることから以前より着
目されているが、高い温度で加熱する必要性から、熱変
形が生じチタン合金バルブに要求される形状寸法精度を
確保できないという問題点があった。またイオン窒化は
窒化温度を低下させることができると言われているが、
形状確保の点でなお不十分であり、同様の問題点があ
る。
【０００５】本発明はこのような問題点を解消するチタ
ン合金バルブの耐摩耗処理を提供することを目的とす
る。
ン合金バルブの耐摩耗処理を提供することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者は、従来より知
られているチタン合金の酸化または窒化処理において、
その加熱前にあらかじめ、チタン合金素材の組織を調整
することにより、従来問題となっていた酸化または窒化
処理時に生ずる熱変形を著しく防止できることを知見し
た。
られているチタン合金の酸化または窒化処理において、
その加熱前にあらかじめ、チタン合金素材の組織を調整
することにより、従来問題となっていた酸化または窒化
処理時に生ずる熱変形を著しく防止できることを知見し
た。
【０００７】本発明はこのような知見に基づくものであ
り、チタン合金バルブの耐摩耗処理において、あらかじ
めバルブ素材であるチタン合金の組織を６μｍ以上２５
μｍ以下の粒径の等軸α晶組織または針状α晶組織また
は等軸α晶と針状α晶の混合した組織に調整したのち、
バルブ形状に加工し、７００℃以上９００℃以下に加熱
により酸化または窒化または酸化と窒化を行うことを特
徴とするチタン合金バルブの製造方法を要旨とする。
り、チタン合金バルブの耐摩耗処理において、あらかじ
めバルブ素材であるチタン合金の組織を６μｍ以上２５
μｍ以下の粒径の等軸α晶組織または針状α晶組織また
は等軸α晶と針状α晶の混合した組織に調整したのち、
バルブ形状に加工し、７００℃以上９００℃以下に加熱
により酸化または窒化または酸化と窒化を行うことを特
徴とするチタン合金バルブの製造方法を要旨とする。
【０００８】
【作用】本発明において、チタン合金バルブの素材は、
Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ，Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ，Ｔｉ−
６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏなどのα＋β型チタン
合金等の５〜３０mmφの線材または棒材である。
Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ，Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ，Ｔｉ−
６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏなどのα＋β型チタン
合金等の５〜３０mmφの線材または棒材である。
【０００９】これらの線材または棒材は、強度と延性の
両方を高めるために、等軸α晶組織を均一に得ることを
狙いとして製造される。このときの製造条件はこれらの
合金の熱間加工の可能な、α＋β域温度でかつ十分な圧
下率で熱間加工されるため、ほぼ必然的に３〜６μｍの
粒径の微細な等軸α晶組織となっている。ここで、バル
ブ素材であるチタン合金の組織を６μｍ以上２５μｍ以
下の粒径の等軸α晶組織または針状α晶組織または等軸
α晶と針状α晶の混合した組織に調整するのは、後の加
熱による熱変形を防止するためである。等軸α晶が６μ
ｍ未満では、従来より経験されているように熱変形が著
しく生じやすく、２５μｍ超えでは、熱変形防止の効果
が同じである反面、粒度調整に長時間を必要とし現実的
でない。針状α晶組織の場合は、β域から水冷されて得
られる微細な針状α晶組織（アルファープライム）で
も、β域から炉冷して得られる針状α晶組織（プレイト
ライクアルファー）でも熱変形防止に効果がある。等軸
α晶と針状α晶との混合した組織は、例えば等軸α晶組
織を有する素材をＴβ（β変態点）＞Ｔ＞Ｔβ−１００
℃なる温度Ｔから水冷または空冷されたままの組織であ
ってもよいし、その後時効してもよい。また、線材をα
＋β域熱間圧延中に、加工発熱により線材の中心部がβ
域に近づいたり、β域を越えたものであってもよい。
両方を高めるために、等軸α晶組織を均一に得ることを
狙いとして製造される。このときの製造条件はこれらの
合金の熱間加工の可能な、α＋β域温度でかつ十分な圧
下率で熱間加工されるため、ほぼ必然的に３〜６μｍの
粒径の微細な等軸α晶組織となっている。ここで、バル
ブ素材であるチタン合金の組織を６μｍ以上２５μｍ以
下の粒径の等軸α晶組織または針状α晶組織または等軸
α晶と針状α晶の混合した組織に調整するのは、後の加
熱による熱変形を防止するためである。等軸α晶が６μ
ｍ未満では、従来より経験されているように熱変形が著
しく生じやすく、２５μｍ超えでは、熱変形防止の効果
が同じである反面、粒度調整に長時間を必要とし現実的
でない。針状α晶組織の場合は、β域から水冷されて得
られる微細な針状α晶組織（アルファープライム）で
も、β域から炉冷して得られる針状α晶組織（プレイト
ライクアルファー）でも熱変形防止に効果がある。等軸
α晶と針状α晶との混合した組織は、例えば等軸α晶組
織を有する素材をＴβ（β変態点）＞Ｔ＞Ｔβ−１００
℃なる温度Ｔから水冷または空冷されたままの組織であ
ってもよいし、その後時効してもよい。また、線材をα
＋β域熱間圧延中に、加工発熱により線材の中心部がβ
域に近づいたり、β域を越えたものであってもよい。
【００１０】バルブ形状に加工する方法は、例えば、径
７mmφ、長さ２００mmの線材の一端に、十分な変形能を
得るためにβ変態点以上に加熱した玉状の形状を作り、
その部分を型鍛造し、水冷または空冷して傘部を形成さ
せる。その後７００〜９００℃で焼鈍し、切削または切
削加工により寸法精度を出して仕上げられる。ここで焼
鈍温度は、後の耐摩耗処理のための加熱温度以上とし、
加工中の応力誘記変態による変形や歪導入による再加熱
時の変形のないように空冷以下の冷速で冷却する。
７mmφ、長さ２００mmの線材の一端に、十分な変形能を
得るためにβ変態点以上に加熱した玉状の形状を作り、
その部分を型鍛造し、水冷または空冷して傘部を形成さ
せる。その後７００〜９００℃で焼鈍し、切削または切
削加工により寸法精度を出して仕上げられる。ここで焼
鈍温度は、後の耐摩耗処理のための加熱温度以上とし、
加工中の応力誘記変態による変形や歪導入による再加熱
時の変形のないように空冷以下の冷速で冷却する。
【００１１】本発明の組織に調整しておくことで、上記
の焼鈍加熱時に、バルブ軸部の過大な変形を防止でき
る。そのために軸径に近い線材径を使用できることか
ら、切削負荷の低減が可能となる。なお、焼鈍加熱時の
変形を冷間矯正すると、後の耐摩耗処理のための加熱で
変形してしまう。
の焼鈍加熱時に、バルブ軸部の過大な変形を防止でき
る。そのために軸径に近い線材径を使用できることか
ら、切削負荷の低減が可能となる。なお、焼鈍加熱時の
変形を冷間矯正すると、後の耐摩耗処理のための加熱で
変形してしまう。
【００１２】次に、７００℃以上９００℃以下の加熱に
より酸化または窒化または酸化と窒化を行うのは耐摩耗
処理のためである。耐摩耗処理は、フェース部、軸部、
軸端部に必要であるが、エンジンの方式、相手材の相違
により、耐摩耗の要求レベルは種々異なる。例えば、フ
ェース部は相手材が銅系シートである場合には無処理で
よい。軸端部は、鉄を摩擦圧接すれば必要なくなる。例
えば各部を同時処理すると仮定し、最も耐摩耗性が要求
される場合となるバルブフェースの耐磨耗処理（相手材
が鉄系シート）を行うケースについて述べると、７００
℃未満では、極めて長時間を必要とするからである。ま
た９００℃超えでは、上記の組織調整を行なっても、熱
変形が顕在化し、バルブの形状及び寸法精度を確保でき
ないためである。
より酸化または窒化または酸化と窒化を行うのは耐摩耗
処理のためである。耐摩耗処理は、フェース部、軸部、
軸端部に必要であるが、エンジンの方式、相手材の相違
により、耐摩耗の要求レベルは種々異なる。例えば、フ
ェース部は相手材が銅系シートである場合には無処理で
よい。軸端部は、鉄を摩擦圧接すれば必要なくなる。例
えば各部を同時処理すると仮定し、最も耐摩耗性が要求
される場合となるバルブフェースの耐磨耗処理（相手材
が鉄系シート）を行うケースについて述べると、７００
℃未満では、極めて長時間を必要とするからである。ま
た９００℃超えでは、上記の組織調整を行なっても、熱
変形が顕在化し、バルブの形状及び寸法精度を確保でき
ないためである。
【００１３】
［実施例１］表１のＮｏ．１に示すように、５μｍ粒径
の等軸α晶組織のＴｉ−６Ａｌ−４Ｖチタン合金製の７
mmφの線材を９００℃に加熱したのち、炉冷し、１５μ
ｍ粒径の等軸α晶組織に調整した。次に、前述した方法
によりバルブを作成した。なお、焼鈍加熱は、耐磨耗処
理温度と同一温度で１時間実施した。軸部は６．６mmφ
に加工し、軸部の耐磨耗処理を行うために、約８１０℃
にて３０秒、大気中にて加熱した。加熱は、チタン合金
バルブを回転可能な台の上に立て、回転しながらプロパ
ンガスバーナーを用いて軸部のみ行なった。その結果、
軸部長さ９０mmに対して、曲がりは２μｍ以下であっ
た。つづいて、ＦC ２５相当のバルブガイドを使用した
４気筒エンジンを用い６０００RPM にて、２００時間こ
のチタン合金バルブを試験したところ、軸部の焼き付き
等の問題は、発生しなかった。
の等軸α晶組織のＴｉ−６Ａｌ−４Ｖチタン合金製の７
mmφの線材を９００℃に加熱したのち、炉冷し、１５μ
ｍ粒径の等軸α晶組織に調整した。次に、前述した方法
によりバルブを作成した。なお、焼鈍加熱は、耐磨耗処
理温度と同一温度で１時間実施した。軸部は６．６mmφ
に加工し、軸部の耐磨耗処理を行うために、約８１０℃
にて３０秒、大気中にて加熱した。加熱は、チタン合金
バルブを回転可能な台の上に立て、回転しながらプロパ
ンガスバーナーを用いて軸部のみ行なった。その結果、
軸部長さ９０mmに対して、曲がりは２μｍ以下であっ
た。つづいて、ＦC ２５相当のバルブガイドを使用した
４気筒エンジンを用い６０００RPM にて、２００時間こ
のチタン合金バルブを試験したところ、軸部の焼き付き
等の問題は、発生しなかった。
【００１４】［実施例２］実施例１と同様の試験を、い
くつか条件を変えて行なった結果を表１のＮｏ．２〜１
２に示す。表１から本発明法によれば、曲がりがほとん
どなく、軸部焼き付き防止に優れていることが明らかで
ある。なお、Ｎｏ．６の針状組織は、等軸α晶組織のも
のを１０５０℃に加熱空冷により得たものである。Ｎ
ｏ．７の組織は等軸α晶組織のものを９５０℃に加熱空
冷して得たものである。
くつか条件を変えて行なった結果を表１のＮｏ．２〜１
２に示す。表１から本発明法によれば、曲がりがほとん
どなく、軸部焼き付き防止に優れていることが明らかで
ある。なお、Ｎｏ．６の針状組織は、等軸α晶組織のも
のを１０５０℃に加熱空冷により得たものである。Ｎ
ｏ．７の組織は等軸α晶組織のものを９５０℃に加熱空
冷して得たものである。
【００１５】［実施例３］実施例１と同様の試験にて、
フェース部の耐摩耗処理（相手材はＦｅ−Ｃ−Ｃｕ系バ
ルブシート）を行った結果を表１のＮｏ，１３〜１６に
示す。表１の通り曲りは殆どなく、その結果、フェース
部の傘振れの程度も良好で、エンジン試験結果は、軸部
に焼き付きのないことは勿論のこと、フェース摩耗量も
実用に耐えるものであった。なお、Ｎｏ．１３，１４，
１６の針状組織はβ温度域１０００〜１０５０℃で９mm
φの線材に圧延し空冷したものである。針状α晶の線幅
は３〜４μｍであった。
フェース部の耐摩耗処理（相手材はＦｅ−Ｃ−Ｃｕ系バ
ルブシート）を行った結果を表１のＮｏ，１３〜１６に
示す。表１の通り曲りは殆どなく、その結果、フェース
部の傘振れの程度も良好で、エンジン試験結果は、軸部
に焼き付きのないことは勿論のこと、フェース摩耗量も
実用に耐えるものであった。なお、Ｎｏ．１３，１４，
１６の針状組織はβ温度域１０００〜１０５０℃で９mm
φの線材に圧延し空冷したものである。針状α晶の線幅
は３〜４μｍであった。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、チタン合金バルブのフ
ェース部、軸部、軸端部に対して、これまで、処理の簡
便さ、耐磨耗処理に優れていながら熱変形のため、採用
できなかった酸化、窒化法を、十分な形状寸法精度で行
えるので、実用化できる。
ェース部、軸部、軸端部に対して、これまで、処理の簡
便さ、耐磨耗処理に優れていながら熱変形のため、採用
できなかった酸化、窒化法を、十分な形状寸法精度で行
えるので、実用化できる。
Claims (2)
- 【請求項１】 チタン合金バルブの耐摩耗処理におい
て、あらかじめバルブ素材であるチタン合金の組織を６
μｍ以上２５μｍ以下の粒径の等軸α晶組織、針状α晶
組織または等軸α晶と針状α晶の混合した組織の何れか
に調整したのち、バルブ形状に加工し、７００℃以上９
００℃以下の加熱により、酸化または窒化または酸化と
窒化を行うことを特徴とするチタン合金バルブの製造方
法。 - 【請求項２】 前項におけるバルブ形状への加工が、５
〜８mmφのチタン合金線材または棒材の一端にβ変態点
以上に加熱された玉状の形状を作り、その部分を型鍛造
し、水冷または空冷して、傘部を形成したのちに機械加
工することを特徴とする請求項１記載のチタン合金バル
ブの製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34508291 | 1991-12-26 | ||
| JP3-345082 | 1991-12-26 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05279835A JPH05279835A (ja) | 1993-10-26 |
| JP3022015B2 true JP3022015B2 (ja) | 2000-03-15 |
Family
ID=18374163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04344948A Expired - Lifetime JP3022015B2 (ja) | 1991-12-26 | 1992-12-24 | チタン合金バルブの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3022015B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6511045B2 (en) | 2000-07-18 | 2003-01-28 | Fuji Oozx Inc. | Ti alloy poppet valve and a method of manufacturing the same |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR0148414B1 (ko) * | 1992-07-16 | 1998-11-02 | 다나카 미노루 | 티타늄 합금제 엔진밸브 및, 그것의 제조방법 |
| DE69731101T2 (de) * | 1996-07-18 | 2006-02-23 | Citizen Watch Co., Ltd., Nishitokyo | Dekorationsteil aus titanbasis und verfahren zum härten |
| DE19752051C1 (de) * | 1997-11-25 | 1999-11-25 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zum Herstellen von maßgenauen Formteilen mit nitrierter oder nitrocarburierter Oberflächenschicht sowie Formteil |
| JP4298690B2 (ja) * | 2005-09-27 | 2009-07-22 | 本田技研工業株式会社 | エンジンバルブ及びその製造方法 |
| CN105039879B (zh) * | 2015-07-31 | 2017-04-19 | 广东欧珀移动通信有限公司 | 一种压铸件加工工艺及压铸件 |
| CN115584456B (zh) * | 2022-10-27 | 2023-09-01 | 西安泵阀总厂有限公司 | 一种钛及钛合金的球阀球体表面的硬化方法 |
-
1992
- 1992-12-24 JP JP04344948A patent/JP3022015B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6511045B2 (en) | 2000-07-18 | 2003-01-28 | Fuji Oozx Inc. | Ti alloy poppet valve and a method of manufacturing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05279835A (ja) | 1993-10-26 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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