JPS62296984A - エンジンバルブの製造方法 - Google Patents

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】 ３、発明の詳細な説明 産業上の利用分野 この発明は自動車等のエンジンのインテークバルブなど
に使用されるエンジンバルブに関し、待にバルブシート
との当り面（バルブフェース面）に、耐熱性、耐摩耗性
が滞れかつ相手攻撃性か少ない層を形成したバルブの１
１１ｍ方法に関するものでおる。

従来の技術 周知のようにエンジンバルブには曖れた耐熱性が要求さ
れるとともに、特にバルブシートに当接するバルブフェ
ース面には高い耐摩耗性が要求され、またこのほか相手
材であるバルブシートに対する攻撃性（相手攻撃性）か
低いことも要求される。

従来のエンジンバルブのうち、インテークバルブには主
としてＪＩＳ　Ｓ聞３などのマルテンサイト系耐熱鋼が
使用されるのが通常であったが、最近ではインテークバ
ルブについても使用条件が一層苛酷となる傾向にあり、
そこでこれに対処すべく、本体部分（母材）をマルテン
サイト系耐熱鋼で作り、バルブフェース面に特に耐熱性
、耐摩耗性等に優れたｃｏ−ｃｒ−ｗ系合金であるステ
ライトの内需（例えばアメ１ツカ溶接協会規格Ａ５．１
３−５６１参照）を施すことによって、耐摩耗性等を一
層向上させたバルブが多用されるようになっている。

発明が解決すべき問題点 前）ホのようにマルテンサイト系耐熱鋼からなる母材の
バルブフェース面にステライト肉盛を施したエンジンバ
ルブは、ステライト自体が著しく高価なＣＯを基本成分
として多量に含有する高価な合金であるに加え、従来の
一般的なアセチレンガス肉盛やＴＩＧ肉盛では薄く肉盛
することが困難で、一本のエンジンバルブ当りのステラ
イト使用１が多量にならざるを得なかった。

ざらに従来のステライト肉盛バルブにおいては、最良の
耐熱性、耐摩耗性を光運し得る肉盛層の成分組成を定め
て、その成分組成を有する合金をバルブ本体のフェース
面に肉盛してあり、母材成分、特にＦｅの肉盛層への混
入による成分組成変動によって所期の特性か得られなく
なることを避けるため、肉盛時にはできるだけ母材表面
には溶融させないように肉盛条件を定めているのが通常
でおった。このことから、逆に肉盛層とは材との冶金的
結合が充分になされない事態が生じがちとなって、内需
層が剥離し易くなるという問題を招くことがあった。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、低
コストでしかも従来のステライト肉盛バルブと同等以上
の優れた耐熱性、耐摩耗性、低相手攻撃性を示し、しか
もバルブフェース面を構成する層の剥離を招くことがな
いようにしたエンジンバルブ、特にインテークバルブに
適したバルブを提供することを目的とするものでおる。

問題点を解決するための手段 この発明のエンジンバルブ製造方法は、マルテンサイト
系耐熱鋼からなるバルブ本体のバルブフェース面にＭｏ
もしくはＭｏを含む材料からなる合金化材料を配置し、
その合金化材料の上から高密度エネルギを照射してその
合金化材料およびその下側の母材表面層を急速溶融・急
速再凝固させて、Ｍｏ　１〜１５重徂％を含む合金化層
を形成し、その後３００〜６００　℃の範囲内の温度で
熱処理することを特徴とするものでおる。

作　　　用 この発明の方法では、主としてインテークバルブを対象
としている関係上、耐熱温度はエキゾーストバルブより
も低くても良く、そこでバルブ本体の材料としてはマル
テンサイト系耐熱鋼を使用している。このマルテンサイ
ト系耐熱鋼は、従来からインテークバルブに使用されて
いるものと同様なものでおれば良く、例えばＪＩＳ　Ｓ
ｉ３旧、５ＩＪｔ１３、Ｓ聞４．５ＵＨＩＩ　％どを用
いることができる。そのマルテンサイト系耐熱鋼の成分
組成は特に限定しないが、通常は必須成分として５〜２
２ｗｔ％のＣｒおよび０．３〜１．０ｗｔ％のＣを含有
し、ざらにこのほか必要に応じてＭｏｏ、５〜１．５ｗ
ｔ％、Ｎｉ０．５〜２ｗｔ％、Ｗ　Ｏ，５，〜１．５ｗ
ｔ％、Ｍ　ｎ　０．２〜１．０ｗｔ％、Ｖ　Ｏ，２〜０
．５ｗｔ％、３ｉ０．５〜４．０ｗｔ％等のうちの１種
または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不
純物とすれば良い。

この発明の方法を実施するに必たっては、先ず上述のよ
うなマルテンサイト系耐熱鋼からなるバルブ本体を常法
に従って作成しておく。なおこのバルブ本体のフェース
面には、予め合金化材料を配置するための凹部を周方向
に連続して形成して８５　＜ことか望ましい。

次いでバルブフェース面に、合金化材料としてＭｏｌも
しくはＭｏを含有する合金（例えばｐｅ−Ｍｏ合金）を
配置し、その上から高密度エネルギビームを照射して合
金化材料およびその下側の母材（マルテンサイト系耐熱
鋼）表面層を急速溶融させる。斯くすればＭｏもしくは
Ｍｏ合金からなる合金化材料とその下側の母材とが溶融
一体化、すなわち合金化する。引続いて高密度エネルギ
ビームの照射位置移動もしくは照射停止により、熱°が
急速に母材側へ移動してその溶融した合金化層が急速冷
却され、急速凝固される。

ここで、合金化材料の単位面積当りの配置量は、最終的
に得られる合金化層のＭｏ含有猾が１〜１５ｗｔ％の範
囲内となるように定めれば良い。すなわち合金化材料と
してＭｏそのものを用いる場合、母材組成および母材表
面の溶融深さに応じて、合金化層のＭｏ温度が１〜１５
Ｗ（％の範囲内となるようにＭｏ配置量を定めれば良く
、またＭｏ−Ｆｅ合金等のＭｏ含有合金を用いた場合は
その合金のＭｏ含有量をも併せて考慮すれば良い。また
合金化材料の配置方法としては、ＭｏやＭｏ合金の粉末
を溶射したり、おるいは粉末の混練物として塗布または
スプレーして被覆したりすれば良く、その方法は任意で
ある。ざらに照射する高密度エネルギとしては、レーザ
、ＴＩＧアーク、プラズマアーク、電子ビームなどを好
適に用いることができる。

前述のようにして合金化層を形成した状態では、その合
金化層は焼入れられた状態となっている。

すなわち、レーザ等の高密度エネルギの照射による合金
化処理は、合金化材料とその下側の母材の表面層のみを
溶融させる処理で必るため極めて短時間でなされ、高密
度エネルギビームの照射停止もしくは照射位置移動によ
り溶融合金化層が凝固する際の冷却も母材側への熱移動
によって急速になされるから、凝固速度および凝固後の
冷却速度が大きく、しかも母材自体がマルテンサイトの
鋼で必るに加えて、合金化されたＭｏは焼入性を著しく
向上させる元素であるから、凝固した合金化層は焼入れ
を施した場合と同じ状態となる。このように凝固後の合
金化層は焼入れ状態におり、しかも焼入れ性を向上させ
るＭｏが多量に含有されているため、その硬さが著しく
高く、そのままでは相手攻撃性が高いため、バルブフェ
ース面として適当ではない。そこでこの発明の方法では
、続いて焼もどしのための熱処理を行なって、合金化層
の硬さをＨｖ　４００〜６００程度に調整する。この熱
処理は３００〜６００°Ｃの範囲内の温度に望ましくは
１〜３時間保持することによって行なう。ここで、°熱
処理温度が３００°Ｃ未満では後述する実施例からも明
らかなように焼もどしか不充分で硬さがＨｖ　６００を
越え、そのため相手攻撃性が高く、相手材（バルブシー
ト）の摩耗が大きくなる。一方６００°Ｃを越える高温
では逆に軟化が著しくなって、合金化層バルブフェース
の硬さがＨｖ　４００よりも低くなり、それ自体の耐摩
耗性が充分に得られなくなる。したがって熱処理温度は
３００〜６００　℃の範囲内とした。

上述の熱処理を施した後には、必要に応じて適宜研磨等
の仕上加工を施せば最終製品であるバルブが得られる。

もらろｌυ熟熱処理前仕上刃０工を施しておいても良い
。

以上のようにして得られたバルブの一例を第１図に示す
。第１図において、マルテンサイト系耐熱鋼からなるバ
ルブ本体１は、軸部１Ａと傘部１Ｂとが一体に形成され
ており、その傘部１Ｂにおける相手バルブシート材と当
接するフェース面２には、前）ボのようにしてＭｏを１
〜１５ｗｔ％合金化しかつ所定の熱処理を施したＨｖ　
４００〜６００程度の硬さの合金化層３が周方向に連続
して形成されている。

ここで、〜１０は高温強さ、特に高温耐摩耗性を向上さ
せるに有効な元素であるから、Ｍｏを合金化した合金化
層からなるバルブフェース面はその耐摩耗性が著しく優
れている。しかも合金化層は合金化処理後に適切な熱処
理を施すことによって硬さが調整され、相手攻撃性も緩
和されている。

したがってこのようにして得られたバルブは、従来のス
テライト肉盛を施したバルブと同等以上のバルブ性能を
有する。

なおここで、合金化層におけるＭｏ含有量が１ｗｔ％未
満ではＭｏ合金化による耐摩耗性向上効果が光分に得ら
れず、一方Ｍｏが１５ｗｔ％を越えれば、バルブフェー
ス面自体の耐摩耗性は向上するが、熱処理を施しても相
手攻撃ｉ生を充分に緩和することができず、またコスト
的に不経済となる。

したがってバルブフェース面を、偶成する合金化層のＭ
ｏ含有量は１〜１５ｗｔ％の範囲内とした。なおまた、
合金化層におけるＭｏ以外の元素の含有量は特に規定し
ないが、要はＭｏ以外の元素については母材でおるマル
テンサイト系耐熱鋼と同様な成分を含有していれば良い
。

また上述のような合金化層は急速溶融−急速再凝固によ
る合金化処理によって母材と一体に形成されているため
、母材との間で剥離を生じるようなおそれはない。また
合金化層は著しく高価なＣ○を積極的に含有させたもの
ではないから、従米のステライト肉盛と比較して材料コ
ストが安価でおり、またレーザ等の高密度エネルギを用
いた合金化処理によって必要充分な厚さで薄く形成する
ことができ、このこともコスト低減に有効に作用してい
る。

ここで合金化層の厚みはコスト面からは薄い方が好まし
いが、通常は平均厚みで０．２．以上とすることが望ま
しい。０．２．ｍｆｆ１未満では前述のような合金化層
形成による効果が充分に得られない。また合金化層の厚
みの上限はコスト面や合金化処理の作業性等の観点から
定められるが、通常は２馴程度以下、好ましくは１醋以
下とする。さらに、合金化層の硬さは既に述べたように
Ｈｖ　４００〜６００の範囲内が好ましい。Ｈｖ　４０
０未満では充分なバルブフェース面の耐摩耗性を（Ｈる
ことができず、一方Ｈｖ、６００を越えれば相手攻撃性
が高くなってバルブシート材の摩耗が著しくなる。この
ような範囲の硬さは、前述のように合金化処理後の熱処
理によって得ることができる。

実施例 第１図に示すようなバルブを次のようにして製造した。

すなわちＪＩＳ　５ＩＪＨ３のマルテンサイト系耐熱鋼
を素材として常法にしたがってバルブ本体１を作成し、
そのフェース面２にＭｏ粉末をプラズマ溶射することに
よって種々の厚さのＭｏ被覆層を形成し、そのＭｏ被覆
層の上がらＴＩＧアークを照射して合金化処理を行ない
、種々のＭｏ濃度のＭ。

合金化層３を形成した。なあ丁ＩＧアークによる処理条
件は次のように設定した。

出　　　　カニ　　１５０／　　１２０Ａパルス時間：
各０．５ＳｅＣ 送り速度：　３ｍ／ｓｅｃ シールドガス流量：８１／ｎ＋＋□ 第１表に合金化処理前のＭｏ被覆層の厚み、およびＴＩ
Ｇアーク照射による合金化処理後の合金化層のＭｏ濃度
を示す。なお合金化層の厚みはいずれも０．２〜１．０
簡の範囲内である。

第　　１　　表 次いで各Ｍｏ２度の合金化層について、３００　℃１５
００℃１７００℃の種々の温度で３時間の熱処理を施し
、熱処理浚の合金化層表面のビッカース硬さを調べた。

また熱処理を行なわなかったものについてもビッカース
硬さを調べた。それらの結果を熱処理温度と対応して第
２図に示す。

一方、同一のＭｏ被覆および合金化処理条件にて別途５
ＵＨ３製の試験片に合金化層を形成し、研磨後、大越式
迅速度耗試験に供した。なお相手材としてはバルブシー
ト材として代表的な鉄系の焼結金属（Ｃ１，０％、Ｍｏ
５％、Ｃｏ　８％、残部「ｅ；硬さＨｖ約２１０）を使
用した。また比較材としてＳＵＩ＋３基材にステライト
（ＡＩ規格　ＲＣＯＣｒ−△）を肉盛して研磨したもの
を用怠し、同様な摩耗試験に供した。これらの摩耗試験
の結果を第３図に示す。

ざらに第４図には、第３図の結果に暴いてステライト（
ＲＣＯＣｒ−Ａ）肉盛材との性能比較を行なった結果を
、合金化層のＭｏ濃度と熱処理温度に対応して示す。

第３図、第４図から明らかなように、合金化層のＭｏ濃
度が１〜１５％の範囲内でがっ熱処理温度か３００〜６
００　℃の範囲内の場合に、従来のステライト肉岱材の
場合と同等以上の耐摩耗性、相手攻撃性を有することが
確認された。

発明の効果 この発明のエンジンバルブ製造方法によれば、耐摩耗性
や相手攻撃性などのフェース面性能として、従来のステ
ライト肉盛バルブと同等以上の性能を有するエンジンバ
ルブを、ステライト肉盛バルブよりも格段に安価に得る
ことができる。ざらにこの発明の方法により得られたバ
ルブは、フェース面の合金化層が母材との合金化により
一体化されているため、剥離等の問題も生じないなどの
長所も有する。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の方法により得られたバルブの要部を
示す部分縦断側面図、第２図は実施例における合金化処
理後の熱処理温度と合金化層のビッカース硬さとの関係
を、各Ｍｏ１度について示す相関図、第３図は実施例に
おける摩耗試験結果を各合金化層のＭｏ１度、各熱処理
温度に対応して示すグラフ、第４図は従来のステライト
肉盛材との性能比較結果を示すグラフである。 １・・・バルブ本体、　２・・・フェース面、　３・・
・合金化層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）マルテンサイト系耐熱鋼からなるバルブ本体のバ
   ルブフェース面に、ＭｏもしくはＭｏを含む材料からな
   る合金化材料を配置し、その合金化材料の上から高密度
   エネルギを照射して合金化材料およびその下側の母材表
   面層を急速溶融・急速再凝固させて、Ｍｏ１〜１５重量
   ％を含む合金化層を形成し、その後３００〜６００℃の
   範囲内の温度で熱処理することを特徴とするエンジンバ
   ルブの製造方法。
2. （２）前記熱処理により、合金化層の硬さをＨｖ４００
   〜６００に調整する特許請求の範囲第１項記載のエンジ
   ンバルブの製造方法。