JPH0247278A - 耐摩耗性Ti系部材 - Google Patents

耐摩耗性Ti系部材

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JPH0247278A
JPH0247278A JP19752288A JP19752288A JPH0247278A JP H0247278 A JPH0247278 A JP H0247278A JP 19752288 A JP19752288 A JP 19752288A JP 19752288 A JP19752288 A JP 19752288A JP H0247278 A JPH0247278 A JP H0247278A
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JP
Japan
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wear
base material
wear resistance
intermetallic compound
resistance
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Pending
Application number
JP19752288A
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English (en)
Inventor
Haratsugu Koyama
原嗣 小山
Yukio Kadota
門田 幸男
Hiroyuki Shamoto
社本 裕幸
Masahiro Nakagawa
仲川 政宏
Makoto Yoshida
信 吉田
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この弁明は自動車エンジンの排気弁等として使用される
耐摩耗性Ti系部材に関し、より詳しくは金属間化合物
であるTiA&を基材とする耐摩耗性Ti系部材に関す
るものである。
従来の技術 自動車のエンジンの排気弁や吸気弁等のバルブについて
は、高温下での耐熱強度が要求されるとともに耐食性や
i!jle化性が要求され、さらにバルブシートとの当
り面(バルブフェース面)や軸端には優れた耐摩耗性が
要求される。従来のエンジンバルブとしては、耐熱強度
が優れる耐熱鋼を基材とし、バルブフェース面に耐摩耗
性が優れるステライト合金を肉盛したものが一般的であ
る。
ところで最近に至り自動車のエンジンの高出力化、高速
化の要求が強まり、そのためエンジンバルブについても
軽量化の要請がますます強まっているが、従来の耐熱鋼
を用いたバルブでは軽量化の要求を満たすことができな
い。そこで最近では軽量でしかも耐熱強度等も優れるT
i(チタン)系の材料をエンジンバルブに適用すること
が考えられている。
7i系の材料としては各種の合金材料、金属間化合物材
料があるが、そのうちでも例えば特開昭61−4174
0号公報などに示されている金属間化合物TiAfは、
低比重(3,89/c!j>でかつ高温強度、クリープ
強度に著しく優れており、そこでこの金属間化合物Ti
Afからなる材料を自動重用エンジンバルブのうちでも
特に高温にさらされる排気弁に適用することが考えられ
ている。
発明が解決すべき課題 前述の金属間化合物TiAl+は、軽量性や高温強度、
クリープ強度等の点では排気弁に好適であるが、硬度が
低いため、バルブフェース面や軸端のように高い耐摩耗
性が要求される部分では耐久性が充分とは言えなかった
既に述べたように従来の鋼製のバルブでは耐摩耗層が要
求される部分にステライト合金を肉盛してその部分の耐
摩耗性を局部的に向上させることが行なわれており、そ
こでTiAfかうなるバルブについても同様にステライ
ト合金を肉盛して耐摩耗性を向上させることが考えられ
る。しかしながらTiAfの熱膨張係数が8.4X 1
0−6 /’Cであるのに対しステライト合金の熱膨張
係数は17〜18x104/’Cと著しく大きく、その
ためTiA&からなるバルブにT+Affを肉盛すれば
、熱膨張率の差によって肉盛時に割れが発生しやすく、
また肉盛後の使用時にも割れが発生しやすいから、実際
上はステライト合金を肉盛して使用することが困難であ
った。
この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、軽
量でしかも高温強度、クリープ強度が優れた金属間化合
物TiAfを基材とする自動車エンジン用排気弁等の部
材において、耐摩耗性が要求される部位の耐摩耗性を局
部的に向上させた部材を提供することを目的とするもの
である。
課題を解決するための手段 本発明者等は前述の目的を達成するべく鋭意実験・検討
を重ねた結果、TiAlかうなる基材の表面における耐
摩耗性が要求される部位にA2を合金化させて、TiA
lよりもTi/Af比の低い金属間化合物であるTiA
l3を晶出されることによって、その部位の耐摩耗性を
基材部分よりも格段に向上させ得ることを見出し、この
発明をなすに至った。
したがってこの発明は、金属間化合物TiA&を基材と
するTi系部材において、耐摩耗性が要求される部位の
表面層にAl2が合金化されて、へ!濃度が48 wt
%以上であってかつTiAlaを主体とするTi−Aβ
系金属間化合物からなりしかも純A2相が実質的に晶出
していない耐摩耗層が形成されていることを特徴とする
ものである。
なおここでTiAjl’3を主体とする金属間化合物と
は、通常はTiAl3のみからなる相もしくはTiAl
3とTiAfとが混在する組織を意味するが、場合によ
ってはT i Aj’3とTiAlとの間でTiAf2
が晶出することがあり、したがってその場合にはT i
 Ai’3とTiAf2とが混在する11械あるいはT
 i Ai’3とTiAj!2とTAlとか混在する組
織も含むものとする。
作   用 T i −Af系の金属間化合物のうちでもTiAfは
高温強度、クリープ強度が優れる反面、耐摩耗性が劣る
。これに対しT i AZ3は高温強度やクリープ強度
はTiAfより劣る反面、硬質であるため耐摩耗性は著
しく優れる。したがってこの発明の7i系部材では、基
材部分はTiAffによって形成されているため、排気
弁等の基材として必要な高温強度や耐クリープ強度は充
分に優れており、しかも耐摩耗性が必要な部位について
はAlの合金化によってTiA&3を主体とするmaの
耐摩耗層が形成されているため、充分な耐摩耗性を発揮
することができる。なおTil>とTiAj’3の両者
ともに耐酸化性、耐食性は優れており、したがっていず
れの部分でもこれらの特性を満足することができる。
ここで、A2の合金化によって形成される耐摩耗層は、
へβ濃度が481v t%未満ではTiAl3の割合が
少なくなって硬さの向上が充分に得られなくなり、優れ
た耐摩耗性を確保できなくなる。
万態摩耗層におけるAl8度がTiAf3形成濃度より
高くなれば、耗Al相が晶出して耐熱性が低下するとと
もに硬さも低下して充分な耐摩耗性が得られなくなる。
したがって耐摩耗層におけるAl濃度は48vN%以上
であってしかも耗Al相が晶出しない濃度とする必要が
ある。なおTiAf3相におけるへβ濃度は必ずしも明
確ではないが、一般には63wt%前後といわれており
、したがって耐摩耗層におけるA2濃度も通常は631
%曲後までは許容される。
実施例 この発明を自動車エンジンのバルブに適用した実施例を
第1図〜第3図に示す。
第1図〜第3図において、バルブ本体部分を構成する基
材1としては金属間化合物−rrAgが用いられており
、バルブフェース部2および軸端部3には、金属間化合
物TiAZaを主体とする組、冑からなる耐摩耗層4が
基材1に対するA!の合金化によって形成されている。
自動車エンジンのバルブにおけるバルブフェース部2お
よび軸端部3はいずれも相手材との間で衝撃的な接触を
繰返すから、優れた耐摩耗性が要求される部位であり、
したがってこれらの部位に上述のような耐摩耗@4を形
成することによって、擾れた耐久性能を得ることができ
る。
このようなバルブにσjけるバルブフェース部の基材と
耐摩耗層との界面付近の金属組Sを第4図に示す。第4
図においてaはTiAf3と王iAfとが混在する耐摩
耗層、bは母材すなわちTiAfからなる基材、CはT
iAl!からなる基材における合金化による熱影響部で
ある。
次に耐摩耗層を構成する組織のA28度を種々変化させ
て耐摩耗性Ti系部材を作成した実施例および比較例を
記す。
金属間化合物TiAlからなる基材の一表面に、それぞ
れ0.04 ’J/ci、  0.09 g/cm、 
 0.13 !?/ cIt、  0.19 fj 1
ctdの純アルミニウム粉末(粒度−150メツシユ〜
+400メツシユ)を均一に配し、出力3Awのレーザ
装置により純アルミニウム粉末層表面にレーザ光を照射
し、純アルミニウム粉末層とその下側の基材表面とを同
時に溶融させて合金化し、ただちに再凝固させ、深さ2
m#Iの合金化層(本発明における耐摩耗層)を形成し
た。得られた各合金化層におけるAβ濃度、硬さおよび
組織を調べた結果を、基材についてのAl8度、硬さ、
粗織とともに第1表に記す。また第1表中のNo、 3
およびNo、 4の合金化層について、その金属組織写
真をそれぞれ第5図、第6図に示す。
さらに、第1表に示される各材料からピンオンディスク
摩耗試験のビン試験片を作成し、焼結合金ディスクを相
手材として摩耗試験を行ない、500m1ff動後の摩
耗量を調べた結果を第1表中に併せて示す。
第1表に示すように、合金化層のへ!濃度が48wt%
以上でしかも@へ!相が晶出していないNα3およびN
o、 4の本発明例の部材では、合金化層(耐摩耗層)
の硬さが基材と比べて格段に高く、耐摩耗性も著しく優
れていることが明らかである。なおN092の部材では
、合金化層がTiAlとTiAl3との混在する組織と
なってはいるが1,171度が低いためT i Al3
の量が少なく、そのため充分な硬さが得られず、耐摩耗
性の向上も少ない。
一方No、 5の部材では、合金化層のAZi1度が高
いため合金化層にIf!dAl相が晶出し、硬さが著し
く低くなって耐摩耗性も劣ったものとなってしまった。
なお以上の実施例では耐摩耗層の形成のためのAlの合
金化をレーザによって行なうものとしたが、その他の高
密度加熱エネルギ、例えばTIGアークやプラズマアー
ク、電子ビーム等を用いても良いことは勿論である。ま
たAlの合金化の際のAlの供給方法としては、前述の
ように粉末を均一に配置しておく方法のほか、粉末をス
ラリーとして塗布しておく方法、あるいはレーザご−ム
の移動にともなって粉末を連続的に供給していく方法、
さらにはワイヤとして供給する方法など、種々の方法を
適用することができる。
さらにこの発明のTi系部材において基材は要はその1
@織が金属間化合物TiAf相をベースとする組織とな
っていれば良く、含有元素としてはTiおよびAlのほ
か例えば特開昭61−41740号に示されるように少
量(例えば0.1〜5.0重量%)のMnを含有してい
たり、米国特許用4゜294.615号に示さるように
Vを含有していても良いことは勿論である。
なおまた、実施例では自動車のエンジンバルブに適用し
た例を示したが、それに限らず他の耐摩耗性を要求され
る部位を有する部材に適用できることは勿論である。
発明の効果 この発明の耐摩耗性Ti系部材は、基材部分は金属間化
合カニiAlで構成されているため高温強度、クリープ
強度が優れると同時に、耐摩耗性が要求される部位は金
属間化合物TiAl3を主体とする組織となっているた
め、その部位の硬さが高く、耐摩耗性も著しく優れてい
る。またいずれの部分も高温耐酸化性や耐食性が優れか
つ軽量であり、したがってこの発明のTi系部材は、高
温強度、クリープ強度、高温耐酸化性、耐食性、軽量性
が要求されると同時に耐摩耗性が優れることが要求され
る用途の部材に最適であり、例えば自動車用エンジンの
排気弁に適用してその軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明を自動車用エンジンのバルブに適用し
た実施例を示す部分縦断側面図、第2図は第1図中の部
分■の拡大断面図、第3図は第1図中の部分■の拡大断
面図、第4図は第1図に示すバルブのバルブフェース部
における基材と耐摩耗層との界面付近の金属組織断面写
真(倍率100倍)、第5図は第1表中におけるNo、
 3の部材の合金化層(耐摩耗層)の金属l1lR断面
写真(倍率200倍)、第6図は第1表中における恥、
4の部材の合金化層(耐摩耗層)の金属組織断面写真(
倍率200倍)である。 1・・・基材、 4・・・耐摩耗層。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 実質的に金属間化合物TiAlからなる基材の耐摩耗性
    が要求される部位の表面層にAlが合金化されて、Al
    濃度が48wt%以上であつてかつTiAl_3を主体
    とするTi−Al系金属間化合物からなりしかも純Al
    相が実質的に晶出していない耐摩耗層が形成されている
    ことを特徴とする耐摩耗性Ti系部材。
JP19752288A 1988-08-08 1988-08-08 耐摩耗性Ti系部材 Pending JPH0247278A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5370092A (en) * 1992-01-29 1994-12-06 Daido Tokushuko Kabushiki Kaisha Engine valve and method for producing the same
WO2007020762A2 (ja) 2005-08-17 2007-02-22 Nihon Parkerizing Co., Ltd. 金属材料用水系表面処理剤及び表面被覆金属材料
CN111763939A (zh) * 2020-07-18 2020-10-13 新余学院 一种多尺度TiC陶瓷相增强TiAl3/TiAl双相复合涂层及其制备方法

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