JPH06264706A - 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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- JPH06264706A JPH06264706A JP5054240A JP5424093A JPH06264706A JP H06264706 A JPH06264706 A JP H06264706A JP 5054240 A JP5054240 A JP 5054240A JP 5424093 A JP5424093 A JP 5424093A JP H06264706 A JPH06264706 A JP H06264706A
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- Japan
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- titanium alloy
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- treatment
- oxidation
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- Pending
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- Extrusion Of Metal (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 チタン合金バルブの製造方法で特に耐摩耗処
理を行う方法。 【構成】 チタン合金バルブの耐摩耗処理において、チ
タン合金をβ相温度域にて、熱間押し出し加工し、バル
ブ形状を得たのち、切削および研削加工し、最終形状に
仕上げ、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ことを特徴とするチ
タン合金バルブの製造方法。また前記熱間押し出し加工
後熱処理により等軸α晶の粒径を６〜２５μｍに調整す
ることを特徴とする。 【効果】 耐摩耗処理性に優れ、酸化、窒化処理を熱変
形することなく、十分な形状寸法精度で実施できる。
理を行う方法。 【構成】 チタン合金バルブの耐摩耗処理において、チ
タン合金をβ相温度域にて、熱間押し出し加工し、バル
ブ形状を得たのち、切削および研削加工し、最終形状に
仕上げ、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ことを特徴とするチ
タン合金バルブの製造方法。また前記熱間押し出し加工
後熱処理により等軸α晶の粒径を６〜２５μｍに調整す
ることを特徴とする。 【効果】 耐摩耗処理性に優れ、酸化、窒化処理を熱変
形することなく、十分な形状寸法精度で実施できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動４輪車およびその
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得るものである。
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得るものである。
【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
があるが、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、およ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
があるが、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、およ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。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。
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。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。
【０００５】
【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。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、チタン合金をβ相
温度域にて、熱間押し出し加工し、バルブ形状を得る
か、またはα＋β相温度域にて、熱間押し出し加工し、
バルブ形状を得たのち、熱処理により、等軸α晶の粒径
を６μｍ以上２５μｍ以下に調整する処理を行い、その
後、切削および研削加工し、最終形状に仕上げ、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。
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。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、チタン合金をβ相
温度域にて、熱間押し出し加工し、バルブ形状を得る
か、またはα＋β相温度域にて、熱間押し出し加工し、
バルブ形状を得たのち、熱処理により、等軸α晶の粒径
を６μｍ以上２５μｍ以下に調整する処理を行い、その
後、切削および研削加工し、最終形状に仕上げ、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。
【０００６】
【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等のα＋β型チタン合
金等の１０〜３０mmφの線材または棒材である。
Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ，Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ，Ｔｉ−
６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ等のα＋β型チタン合
金等の１０〜３０mmφの線材または棒材である。
【０００７】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、チタ
ン合金をβ相温度域にて、熱間押し出し加工し、バルブ
形状を得るのは、β相温度域以下であるα＋β相温度域
で、熱間押し出し加工すると、微細な等軸α晶組織とな
り、後の酸化または窒化処理時に、熱変形し、バルブに
要求される形状寸法精度を確保できないからである。ま
た、α＋β相温度域で熱間押し出し加工したのち、熱処
理により、等軸α晶が６μｍ以上２５μｍ以下の粒径に
調整するのは、６μｍ未満では、熱変形が著しく生じや
すく、２５μｍ超では、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。また
この粒度調整のための熱処理でも、熱変形するが、やや
大き目のバルブ形状に、熱間押し出し加工すればよい。
また、β相温度域で、熱間押し出し加工する場合に、表
層部に、冷却のため微細等軸α晶が形成されることもあ
るが、熱変形防止効果は、中心部の針状α晶を有してい
るので、問題にならない。
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、チタ
ン合金をβ相温度域にて、熱間押し出し加工し、バルブ
形状を得るのは、β相温度域以下であるα＋β相温度域
で、熱間押し出し加工すると、微細な等軸α晶組織とな
り、後の酸化または窒化処理時に、熱変形し、バルブに
要求される形状寸法精度を確保できないからである。ま
た、α＋β相温度域で熱間押し出し加工したのち、熱処
理により、等軸α晶が６μｍ以上２５μｍ以下の粒径に
調整するのは、６μｍ未満では、熱変形が著しく生じや
すく、２５μｍ超では、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。また
この粒度調整のための熱処理でも、熱変形するが、やや
大き目のバルブ形状に、熱間押し出し加工すればよい。
また、β相温度域で、熱間押し出し加工する場合に、表
層部に、冷却のため微細等軸α晶が形成されることもあ
るが、熱変形防止効果は、中心部の針状α晶を有してい
るので、問題にならない。
【０００８】次に、切削または研削加工し、最終形状に
仕上げたのちに、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、バルブのフェース部、
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
処理でもよい。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
性が要求されるバルブフェースの耐摩耗処理（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℃超では、上記の組織調整を行っても、熱変形が
顕在化し、バルブの形状および寸法精度を確保できない
ためである。
仕上げたのちに、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、バルブのフェース部、
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
処理でもよい。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
性が要求されるバルブフェースの耐摩耗処理（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℃超では、上記の組織調整を行っても、熱変形が
顕在化し、バルブの形状および寸法精度を確保できない
ためである。
【０００９】
〔実施例１〕表１のNo．１に示す。５μｍ粒径の等軸α
晶組織のＴｉ−６Ａｌ−４Ｖチタン合金製の１４mmφ、
長さ５０mmの線材を１０５０℃に加熱したのち、熱間押
し出し法により、バルブ形状に加工した。軸径は７mmφ
であり、組織は、針状α晶組織であった。切削および研
削加工により軸部は６．６mmφに加工し、耐摩耗処理を
行うために、約８２０℃にて１時間、大気中にて加熱し
た。その結果、軸部長さ９０mmに対して、曲がりは２μ
ｍ以下であった。続いて、ＦＣ２５相当のバルブガイド
およびＦｅ−Ｃ−Ｃｕ系バルブシートを使用した４気筒
エンジン（リフター方式）を用い６０００RPM にて、２
００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、フェースの異常な摩耗、軸端部の摩耗等の
問題は、発生しなかった。
晶組織のＴｉ−６Ａｌ−４Ｖチタン合金製の１４mmφ、
長さ５０mmの線材を１０５０℃に加熱したのち、熱間押
し出し法により、バルブ形状に加工した。軸径は７mmφ
であり、組織は、針状α晶組織であった。切削および研
削加工により軸部は６．６mmφに加工し、耐摩耗処理を
行うために、約８２０℃にて１時間、大気中にて加熱し
た。その結果、軸部長さ９０mmに対して、曲がりは２μ
ｍ以下であった。続いて、ＦＣ２５相当のバルブガイド
およびＦｅ−Ｃ−Ｃｕ系バルブシートを使用した４気筒
エンジン（リフター方式）を用い６０００RPM にて、２
００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、フェースの異常な摩耗、軸端部の摩耗等の
問題は、発生しなかった。
【００１０】〔実施例２〕表１のNo．２に示す。５μｍ
粒径の等軸α晶組織のＴｉ−６Ａｌ−４Ｖチタン合金製
の１４mmφ、長さ５０mmの線材を９５０℃に加熱したの
ち熱間押し出し法により、バルブ形状に加工した。軸径
は７mmφであり、組織は約５μｍの等軸α晶組織であっ
た。このバルブを９００℃に加熱したのち、炉冷し、約
１５μｍの等軸α晶組織に調整した。次に、切削および
研削加工により、軸部は、６．６mmφに加工し、耐摩耗
処理を行うために、約８２０℃にて１時間、大気中にて
加熱した。その結果、軸部長さ９０mmに対して、曲がり
は２μｍ以下であった。続いて、ＦＣ２５相当のバルブ
ガイドおよびＦｅ−Ｃ−Ｃｕ系バルブシートを使用した
４気筒エンジン（リフター方式）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、フェースの異常な摩耗、軸端部の
摩耗等の問題は、発生しなかった。
粒径の等軸α晶組織のＴｉ−６Ａｌ−４Ｖチタン合金製
の１４mmφ、長さ５０mmの線材を９５０℃に加熱したの
ち熱間押し出し法により、バルブ形状に加工した。軸径
は７mmφであり、組織は約５μｍの等軸α晶組織であっ
た。このバルブを９００℃に加熱したのち、炉冷し、約
１５μｍの等軸α晶組織に調整した。次に、切削および
研削加工により、軸部は、６．６mmφに加工し、耐摩耗
処理を行うために、約８２０℃にて１時間、大気中にて
加熱した。その結果、軸部長さ９０mmに対して、曲がり
は２μｍ以下であった。続いて、ＦＣ２５相当のバルブ
ガイドおよびＦｅ−Ｃ−Ｃｕ系バルブシートを使用した
４気筒エンジン（リフター方式）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、フェースの異常な摩耗、軸端部の
摩耗等の問題は、発生しなかった。
【００１１】〔実施例３〕表１のNo．３〜１３に示す。
同表に示すようにチタン合金材質、熱間押し出しとその
後の熱処理により得られた組織（耐摩耗処理前の組
織）、耐摩耗処理の加熱温度、加熱時間、加熱雰囲気を
種々変化させ、耐摩耗処理後の軸部の曲がり、エンジン
試験結果（軸部の焼き付き、フェースの異常な摩耗、軸
端部の摩耗の有無の評価）を併記した。
同表に示すようにチタン合金材質、熱間押し出しとその
後の熱処理により得られた組織（耐摩耗処理前の組
織）、耐摩耗処理の加熱温度、加熱時間、加熱雰囲気を
種々変化させ、耐摩耗処理後の軸部の曲がり、エンジン
試験結果（軸部の焼き付き、フェースの異常な摩耗、軸
端部の摩耗の有無の評価）を併記した。
【００１２】試験条件等は、実施例１，２と同一であ
る。また、その結果も同様であり、特に問題はみられな
かった。Ａ，Ｂ，Ｃは比較例であり、耐摩耗処理前の組
織、あるいは加熱温度が本発明範囲より外れ、曲がりが
何れも要求精度を満足しなかった。
る。また、その結果も同様であり、特に問題はみられな
かった。Ａ，Ｂ，Ｃは比較例であり、耐摩耗処理前の組
織、あるいは加熱温度が本発明範囲より外れ、曲がりが
何れも要求精度を満足しなかった。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【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、耐摩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、耐摩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、チタン合金をβ相温度域にて、熱間押し出し加工
し、バルブ形状を得たのち、切削および研削加工し、最
終形状に仕上げ、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】 チタン合金バルブの耐摩耗処理におい
て、チタン合金をα＋β相温度域にて、熱間押し出し加
工し、バルブ形状を得たのち、熱処理により、等軸α晶
の粒径を６μｍ以上２５μｍ以下に調整し、その後切削
および研削加工し、最終形状に仕上げ、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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5054240A JPH06264706A (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | チタン合金バルブの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5054240A JPH06264706A (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | チタン合金バルブの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06264706A true JPH06264706A (ja) | 1994-09-20 |
Family
ID=12965025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5054240A Pending JPH06264706A (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | チタン合金バルブの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06264706A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115584456A (zh) * | 2022-10-27 | 2023-01-10 | 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 |
-
1993
- 1993-03-15 JP JP5054240A patent/JPH06264706A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115584456A (zh) * | 2022-10-27 | 2023-01-10 | 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 |
| 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 |
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