JPH0247278A - 耐摩耗性Ti系部材 - Google Patents
耐摩耗性Ti系部材Info
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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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- Japan
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- wear
- base material
- wear resistance
- intermetallic compound
- resistance
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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。
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。
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。
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。
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。
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
。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
@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。
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。
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。
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。
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)
- 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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19752288A JPH0247278A (ja) | 1988-08-08 | 1988-08-08 | 耐摩耗性Ti系部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19752288A JPH0247278A (ja) | 1988-08-08 | 1988-08-08 | 耐摩耗性Ti系部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0247278A true JPH0247278A (ja) | 1990-02-16 |
Family
ID=16375866
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19752288A Pending JPH0247278A (ja) | 1988-08-08 | 1988-08-08 | 耐摩耗性Ti系部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0247278A (ja) |
Cited By (3)
| 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 |
-
1988
- 1988-08-08 JP JP19752288A patent/JPH0247278A/ja active Pending
Cited By (4)
| 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 |
| US5553369A (en) * | 1992-01-29 | 1996-09-10 | Daido Tokushuko Kabushiki Kaisha | Method for producing an engine valve |
| 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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