WO1994002656A1

WO1994002656A1 - Barre d'alliage de titane convenant pour fabriquer une soupape de moteur

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Publication number: WO1994002656A1
Application number: PCT/JP1993/000874
Authority: WO
Inventors: Isamu Takayama; Satoshi Yamamoto; Masanori Kizaki
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-07-16
Filing date: 1993-06-28
Publication date: 1994-02-03
Anticipated expiration: 1995-01-16
Also published as: US5662745A; CA2119022C; DE69330781T2; DE69330781D1; EP0608431A1; KR940702559A; EP0608431A4; EP0608431B1; KR0148414B1

Description

明細書ンレフ" 製造に好適なチタン合金棒

技術分野

本発明は、自動車、 2輪車等のエンジンに使用される、大量生産を可能としたェンジンバルブ用のチタン合金棒に関し、特にェンジンバルブを製造する際の加熱時において、形状変化を起さない、かつ棒を製造する際の冷問加工時に割れ発生、進展のない微視組織を有するチタン合金棒に関する。技術の背景

自動車等のェンジン燃焼室の吸 ·排気孔に設けられるバルブは、傘部と、 .これに連続する軸部および軸端部で構成される。例えば直径 7匪の鋼製棒材を 25 O mm長さに切断し、その一端部を通電加熱しつつ熱問にてアップセット錶造（電気鍛縮法）し、引き続き傘部を熱間にて型鍛造してきのこ状の粗形材とし、必要に応じて歪取り焼鈍を行い、次いで切削、研削加工により最終形状に仕上げた後、耐摩耗性を付与するために軟窒化処理等の表而処理を行っているのが通例である。

エンジンバルブにおける傘部のフヱース部、籼部、および軸端部のいずれも耐摩耗性が要求される。またこのバルブの使用環境からバルブには高温強度、耐食性、耐酸化性を具えていなければならず. 従来のバルブは耐熱鋼で製作されるのが一般的であった。

ところで、近年自動車等のエンジンは、馬力を低下させることなく、燃費を改善するために軽量化が求められている。上下運動を高速で繰り返すェンジンバルブについては、軽量化による燃費改善の波及効果が極めて大きくそのため比強度の高いチタン合金材の採用が試みられている。例えば競争用自動审の吸気バルブとして、 α + ^型チタン合金の代表例である T i 一 6 A - 4 Vが多く用いられてきた。しかし、チタン合金をエンジンバルブにそのまま使用した場合、バルブシート、バルブガイド等の相手とバルブの各部との摺動による摩耗が生じ、耐久性に乏しいという問題がある。このチタン合金製バルブの製造法は、仕上げ加工までは、耐熱鋼製バルブと同様であるが、例えば軸部については、耐摩耗性を付与するために、 M o溶射を施している。従って、製造コストを高くし、経済性を無視したものとなる。

'方、チタン^金製エンジンバルブに耐摩耗性を付与するための別の方法として、特開昭 61- 234210号公報に開示されているように、外面にイオン窒化処理を施したもの、特開平 1 -96407号公報に開示されているように N i合金無電解メツキ層を設けたもの、さらには特開昭 61- 81 05号公報にはイオンプレーティング処理または窒化処理を行ったもの、特開昭 62- 256956号公報にみられるように、表面に酸化スケールを形成させたもの等種々の手段がすでに提案されている。

これらの処理手段には、各々一長一短があり、例えば、前記した N i合金無電解メッキ処理については、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ツキ密着性が悪くなる。これを改善するために、例えばシヨットブラストゃ、フッ素酸酸洗等による酸化皮膜の除去が必要であり、さらにメツキ後の拡散熱処理で、密着性を改善させる手段がとられる等の付加工程が必要であり、有利な方法とは云えない。また、イオンプレーティング処理も、設備的に制約があつて量生産向きでないという問題がある。

比較的安価な耐摩耗処理として各々の雰囲気で加熱すればよいだけの酸化処理、窒化処理が知られているが、通常の α + 型チタン合金バルブ材にこれらの処理を適用すると、高い温度で加熱するために熱変形（特に軸部の曲り）が生じ、バルブに要求される形状寸法精度を確保できず、従ってこれを何度も矯正するか、予め粗形材を大き目に成形し、変形分を切削する方法をとらなければならず、チタン合金が高価で、切削しにくいこともあり効率的な生産が極めて困難になる。このことは「チタニウム · ジルコニウム」 vol . 35， No. 2 ( 74頁）に記載されている。寸法形状変化が起る原因は、酸化或いは窒化の処理温度（700〜 900 °C) でチタン合金バルブが自重 (約 50 g ) のわずかな応力で微小なクリープ変形（約 2 x l(T⁶% ) を生じるためである。

一方、特開昭 64- 28347号公報には、 α + 型チタン合金よりェンジンバルブを製造するに際し、使用環境中でのクリープ特性を向上させる方法が開示されている。すなわち傘部の微細組織を微細な針状 α晶組織とすることを必須とし、この組織を得るには、相温度域から水冷または空冷後、 α + /3相成形温度域にて鍛造比 2. 5以下で加工し、等籼 α晶粒の発生を禁じている。

さらに、この方法によるときは、加工度を小さく制限するため、傘部と軸部が別々に加工され、その後作り込んだ組織を壊さぬように、一体化するための低温度での接合工程と接合部の検査工程が必要であることから生産性に優れているとは云えない。

本発明は、それ自体公知の電気鍛縮法によって、棒から傘部を直接に成形でき、粗形バルブ製造後の焼鈍や、耐摩耗処理としての安価な酸化処理或いは窒化処理において高温に加熱しても、それによる寸法形状変化（特に軸部の曲り）を生じさせないため、切削、研削代が少なく、極めて経済的に大量生産可能な、エンジンバルブに好適なチタン合金棒を提供することを目的としている。

さらに本発明は、チタン合金棒の製造において要求される良好な冷間での加工性を有するチタン合金棒を提供することを目的とする < 発明の開示

本発明は、ひ + ^型チタン合金棒であって、その微視組織が、針状 α晶の幅が 1 iim以上の針状 α晶組織、等軸 α晶が分散した針状 α 晶の幅が 1 pm以上の針状 α晶組織および α晶粒径が 6 /im以上の等軸 α晶組織の何れかであることを特徴としている。このような微視組織にすることによって、寸法形状精度のよいエンジン用チタン合金バルブを大量生産できるようにした。

また本発明は上記 α + 型チタン合金棒の微視組織の中でも特に、針状 α晶組織の旧 /9粒径が 3 0 0 /iffl以下であり、かつ、針状 α晶の幅が 1 /im以上 4 /im以下にすることに特徴づけられるものは、最も効率的にェンジンバルブ用チタン合金棒を製造できる。図面の簡単な説明

第 1図は本発明のチタン合金棒により製造したェンジンバルブの側面を示す図であり、第 2図は酸化処理或いは窒化処理において、炉内に横置きした状態を示す図である。図中において、 1は傘部、 2は軸部、 3は軸端部、 4はフニ一ス部を示す。発明を実施するための最良の形態

以下本発明を詳細に説明する。

本発明の α + β型チタン合金棒は、相温度域で電気鍛縮法により玉状にした後、引き続き室温に冷却することなく、相または + 相温度域で鍛造比 3〜10で型鍛造空冷される。傘形状のため、部位により鍛造比に違いがある。またこの微視組織は、針状 α晶の幅が、 1 以上と大きく、針状 α晶の分断の度合は、相温度域で型鍛造したものは、分断がほとんどなく、 α + 相温度域で型鍛造したものは、かなり分断され、一部に等軸 α晶粒が認められる。

通常の α + 型チタン合金棒は、 α晶粒径が、 2〜 4 |imの微細等軸 α晶組織の棒である。その理由は、例えば 100腿角のビレツトを 9相温度域から約 7 mm径の材料に熱間圧延する場合に、このような細い線に加工されていく過程で、線は冷却しやすくなり、 a + 相温度域に入り、ここで十分に加工されるために微細等軸 α晶組織が必然的に得られるからである。また、上記熱問圧延した線材をコィル状に巻きとつた後、冷問での引き抜き加工により真円度を出し、表面を精整するためのシェービング（皮むき、疵とり）および真直な棒にするための矯直を施す（必要に応じて適宜焼鈍もする。）力このときの線材にはある程度以上の伸び値、絞り値が割れ防止のために必要であり、それには微細等軸 α晶組織が適する。さらに、代表的な α + y?'型チタン合金である T i - 6 — 4 Vの細い棒の主な用途は、航空機等のボルト、ナツ卜であるが、これには強度と延性に優れた微細等籼 α晶組織のもののみが使われている。

しかしながら、電気鍛縮法による上記の α晶粒径が 2〜4 πιの微細等軸 α晶組織の樺材よりバルブを製造する場合、鍛造後の歪取り焼鈍や、耐摩耗性を付与する表面処理としての酸化或いは窒化処理においても、これらは約 700°C以上の高温で行われ、このときバルブは、処 ΪΗ炉の屮に第 2図のように横に置かれ、或いは網状支持体に差し込んで加熱されるために、バルブ自体の自重により熱変形することがわかつた。

このような熱変形を抑止するためには、本発明で規制する微視組織とすることが必要である。

本発明の対象とするひ + 8型チタン合金は、チタン合金の大半を占める T i - 6 Α β — 4 Vを代表とし、他に T i 一 6 A 一 2 S n - Z r - 2 M o, T i 一 6 Aト 2 F e — 0. 1 S i， T i - 3 Α β - 2. 5 V, T i — 5 A£ — l F e， T i 一 5 A 一 2 C r — l F e , T i — 6 A — 2 S n — 4 Z r — 6 M o等である。

本発明が、このような α + 型チタン合金を選択した理由は、ェンジンバルブとしての機械的特性を満足するとともに、バルブ素材である細い棒材にするために必要な熱問加工性があるからである。チタン合金としては、他に α型チタン合金、ニァ α型チタン合金があるが、これらは、熱問強度が高くかつ延性が乏しいので、割れ発生を抑えて歩留まりがよく細い線材に熱間加工するには、加工中に温度が低下しないような特別の工夫が必要となる。また、 /3型チタン合金は、一般にクリープ強度が低くエンジン吸気バルブとしての機械的特性を満足しないこと、および切削、研削加工性が、チタン合金の中で特別に悪く、効率的な生産が困難であることから本発明の対象外とした。

本発明において、 α + ;S型チタン合金棒の微視組織が、針状 α晶の幅が 1 iim以上の針状 α晶組織、等軸 a晶が分散した針状 α晶の幅が 1 iim以上の'針状 α晶組織、または α晶粒径が 6 //m以上の等軸 α晶組織の何れかであるとしたのは、ェンジン用バルブの製造工程において、鍛造後の傘部および、冷間加工歪の残存する軸部の焼鈍および最終形状に仕上げた後の酸化処理、窒化処斑の際に生じる熱変形を防止するためである。

本発明において、微視組織に関係なく α + ^β型チタン合金を /3相温度域に加熱し空冷以下で冷却すると針状 α晶の幅が 1 // m以上の針状 α晶組織が得られる。等軸 α晶が分散した針状 α晶組織は、等軸 α晶組織の α + β型チタン合金を /9相温度域の直下にて加熱し空冷すると得られる。 α晶粒径が以上の等軸 α晶組織は、等軸ひ晶組織のものを、 α + ^相温度域にて加熱し徐冷すれば得られる。 α 品粒径が 6 ^未満であると、従来より経験されているように熱変形が^しく ζ じ ¾くなるからであり、またあまり "品粒径が大きくなると熱変形防止効果が飽和する反面、粒度調整に時間がかかり、現実的でないため、上限を 25 //m以下にするのが好ましい。また、針状 α晶の幅を 1 l/ m以上としたのは、 1 ι/m未満のものを得るには、水冷が必要となり、その場合、歪が入るため、焼鈍や酸化、窒化処理時に変形して問題となるからである。以上の微視組織のものは、通常の細い棒の製造工程の他に、組織調整用の加熱工程や、加工性が低下したものは、熱間での矯直が必要となる。また微細等軸組織を熱処理により 6 i/ m以上の等軸 α品にする場合等は、線材が熱変形しやすいので、その防止策が必要となる。ここで特に針状 α晶組織の旧 3粒径が 300 ^以下であり、かつ針状 " の幅が丄以上 4 以ドであるものは、上^の熱変形防止が可能であることに加えて従来の細い棒の製造工程でそのままできるからである。つまり、針状ひ晶組織の旧 ^粒径が、 300 以下の組織は、熱問延でビレツ卜の加熱の際に生じる粗大な旧^粒を、 β 域圧延に引き続き α + 3域圧延にて完全に破砕した後、引き続き加ェ発熱により /?相温度域にて短時問（数秒から数分問）維持し空冷することにより得られる。この組織は、伸び値、絞り値をある程度に確保し、その後の冷問での引き抜き加工、シェービング（皮むき、疵とり）、 ^への矯商での割れ発生等がない。すなわち、 300 mを超えると伸びが 10%以下と低くなり、冷問での引き抜きゃ矯直が困難となるためであり、また、その下限は特に限定する必要はない。すなわち旧 ^粒界が確認できない程度に小さくなつている場合でも、針状組織であれば前記熱変形の問题は起きないからである。尚、疲労強度の観点からは、旧 /?粒径が小さい方が有利である。

また、針状品の幅については熱変形を抑止するには 4 //m超の粗大な針状 a品組織がより一層適しているが、蚰部の疲労強度の低下を考慮に入れると α品の幅が 1〜 4 のものが適当であつて、 1 a m 未満のものは熱問 Π:延後 /5相温度域から急冷して得られるが伸びがなく矯直が困難となる。

すなわち本発明者は、細い棒の製造では 3粒の成長と α晶の幅を容易に抑制でき、その結果、熱変形に強い針状 α晶組織であっても伸び値、絞り値が高いものとなり、従来製造工程にて作り得ることを見出した。

本発明のチタン合余棒を製造するための熱問圧延で狙う線径は、直径を 5 mm以上 10mm以下とするのが好ましい。すなわち、 α + /3型チ夕ン合金は一般に冷間伸線能率が低いため、バルブの軸径になるベく近く熱問 Γί:延し、製造上必要な研削代を残した径のものを直接得るようにするためである。線怪をこのような標にすることは、細い線材のため冷却速度が大きくとれ、圧延終了後^相温度域から冷却中に、 /3粒径と α晶の幅が大きくなることによる疲労強度の低下を防ぐことが容易に可能となる。また、圧延中の加工発熱により針状化させるこの方法では、圧下率が大きくとりかつ熱容量の小さい細怪が有利である。

また、ビレツトを熱間圧延する場合、通常変形能の高い /?相温度域で加熱し圧延を開始するが、酸化による表面疵が発生し易いため、 a + 9相温度域にて加熱し、熱間圧延することにより加工発熱させて相温度域に入れて熱問圧延する方法もある。

バルブ形状に加工する方法は、例えば、径 7 ¾6、長さ 250mmの棒材の -端に、十分な変形能を得るために /3変態点以上に通電加熱しアップセットにより直径 20〜25關の玉状の形状を作り、室温に冷却することなく引き^きその部分を型鍛造し傘径 36 の傘部を成形し空冷する。その後 7 0 0〜 9 0 0 °Cで焼鈍し、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または 800°C以上とし、加工中の応力誘起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ことが好ましい。

次に、耐摩耗処理はチタン合金バルブを 7 0 0 °C以上 9 0 0 °C以下の加熱により酸化或いは窒化、または酸化と窒化する処理である。耐摩耗処理は、フェース部、籼部、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、耐摩耗性の要求レベルは種々異なる。例えば、フヱース部は相 Τ·材が銅系シ一トである場合には無処理でよい。また籼端部は、ロッカーアーム方式の場合には酸化処理、窒化処理では不卜分であり、焼き入れた鋼製チップをはめる等の工夫が必要となる。ここで、処理温度が 7 0 0 °C未満では、極めて長時間を必要とし、また 9 0 0 °C超では、上記の組織調整を行っても、熱変形が顕在化、バルブの形状および寸法精度を確保できない。伹し、この温度は限定するものではない。実施例

〔実施例 1〕

各種の微視組織を有する T i 一 6 A 一 4 Vチタン合金棒、およびバルブを作成し、酸化処理、窒化処理加熱後の軸部の曲りを把握した結果を表 1に示す。本発明の微視組織は、熱変形が著しく少ない。蚰部の耐摩耗処理としては酸化処理（700°C， 1時間）、最低限必要である。またフェース部、軸端部の耐摩耗処理に酸化処理、窒化処理を適用する場合は、さらに高温、長時間処理が必要であり- より熱変形しにくい組織に限られる。

表 1における微視組織の調整方法は、断面が lOOmm角のチタン合金ビレツトを α + /3相温度域にて熱間加工し、引き続き所定の加工を行い微細等籼品組織の 7 mm径の棒材を作成したものに以下の熱処理を行うものである。

微細等籼 α晶組織は、この棒材を 700 °Cにて焼鈍したものである < その組織の α晶粒径は、 2〜 4 /imである。

中粒等舢び晶組織は、この棒材を 850°Cに加熱後徐冷した。その組織の α晶粒径は、約 6 |ηιである。

粗大等蚰 α晶組織は、この棒材を 95(TCに加熱後徐冷した。その組織の α晶粒怪は、約 10 である。

針状ひ品組織一 1は、この棒材を 980°Cに加熱後空冷した。その組織は、等籼 a品が分散した針状 a品の幅が 1 ίίπι以上の針状ひ晶組織である。

針状 α晶組織一 2は、この棒材を 1010°Cに 1分間加熱後空冷した < 旧 /5粒径は、約 40/mであり、 α晶の幅は約 2 ^である。

針状ひ晶組織— 3は、この棒材を 1010°Cに 1時間加熱後空冷した < 旧 ^粒径は約 1000，であり、 α晶の幅は約 2 /inである。

針状 α晶組織一 4は、この棒材を 1010°Cに 1時問加熱後炉冷した < 旧 /S粒径は約 1000，であり、 α晶の幅は 5〜20 である。

上記のように微視組織を調整後、電気鍛縮法と型鍛造により傘部を成形し、傘径 36mm、籼部をセンタ一レス研削により 6.7 怪、 110mm長さのバルブに加工した。

酸化処理の加熱方法は、図 2に示すようにバルブを横に置き、大気中にて 700〜 900°Cに 1時間加熱後空冷する。軸部の曲りは酸化スケールを除去したのち、籼部の 80 長さの両端部を支持し、回転させ、ダイヤルゲージにて中央部の振れの最小値と最大値の差の半分とした。軸部の曲りは、 lO/tni以内であれば問題ない。

表 1から分かるように中粒等軸 α晶組織では、 750°Cまでに限られるが、針状 α晶組織一 4では、 900°Cでも問題ない。

微視組織 700°C 750°C 800で 850°C 900°C 備考讓等軸 α晶繊 30 100 400 700 lOOO 比校例中粒等籼"擴織 1 10 60 200 500 本発明粗大等轴 α品紐織 0 3 10 50 150 本翻針状 1 0 3 10 50 150 本翻針状 "品纏 ¾ 2 0 1 3 10 50 本翻針状 α晶組辙—3 0 0 0 0 10 本発明針状 α晶繊ー 4 0 0 0 0 0 本発明表の数値は変形量を示す。 .位は。また、窒化処理も酸化処理加熱と同様に実施した結果、全く同様の曲りを示した。

さらに、他の α + ^型チタン合金は、 T i 一 6 Α - 2 S n -

4 Z r - 2 M 0 , T i — 6 A^ — 2 S n— 4 Z r — 6 M o、 T i - 6 A ^ - 2 e - 0.1 S i 、 T i _ 5 A ー l F e 、 T i 一

5 A£ — 2 C r — l F e、 T i - 3 — 2.5V等も全く同様の傾向を示した。

〔実施例 2〕

実施例 1の表 1に示した微視組織を有する棒は、通常の工程をェ夫すれば製造し得るものである。例えば、はじめに従来の微細等籼 a晶組織を熱問圧延で作り、その後加熱炉ゃ通電加熱法にて組織調整した後冷間矯直する。伸び値、絞り値の乏しい組織例えば、針状 α晶組織一 4は、温問または熱間矯直すれば割れを防止し得る。しかし、従来の微細等軸ひ晶組織を作る方法と同様に効率的に製造できれば、極めて有益である。

従来の製造方法で作ることを前提として各種微視組織を有する棒の製造性を検討した。その結果、針状 α晶組織の旧 ^粒径が、 3 0 0 /im以下であり、かつ針状 α晶の幅が 1 //in以上 4 //m以下である針状 α 晶組織一 2は熱間圧延のみで造り込める。すなわち表 1の針状 α晶組織一 2の α 4 /3相温度域の延により、ビレツ卜の旧 ^粒を α + β相温度域の Π^:_延により破碎した後、 ί ί;延の後段にて ί 延速度や 1 パス当りの延量を堦やし加ェ発熱させ^相温度域に昇温後、相温度域にて 1分程度維持し、粒の成長を抑えて、空冷する方法により製造できるからである。さらにこの組織は、冷間伸線、冷間矯直で割れ発生がない。その理由は、伸び値、絞り値がある程度あるからである。例えば、旧粒径が 3 0 0 |/mのものは、伸び値が約 13%、絞り俯が約 30%であり、従来の製造工程でぎりぎり作れる。また旧 ^粒径が、約 20 のものは、伸び値が約 20%、絞り値が約 50%であり、従来の微細等籼 α晶組織のものと同等である。以上を検討した結果を表 2に示す。

表 2 cr + /Sチタン棒の製造工程での評価バルブ時

性讓総，、合備考合金棒の繊熱間圧延冷引き皮むき冷間矯直の «¾防止

翻等軸 α晶組織〇〇〇〇〇 X X 比較例中粒等軸 α晶纖 X 〇〇〇 △ △ △ 本発明默等軸 a晶繊 X 〇〇〇 △ 〇〇本発明針状 α晶繊— 1 △ 〇〇〇〇 △ 〇本発明針状 α晶組織 - 2 〇〇〇〇〇〇 ◎ 本発明針状 α晶組織一 3 X X 〇 X △ ◎ 〇本発明針状 α晶讎— 4 X X 〇 X

CO △ ◎ 〇本発明己号〇：問題なし。熱間圧延では、微視組織を直接に作り込めるものを〇とした。

冷間線引きおよび冷間矯直では、割れの発生、進展のないものを〇とした。

条件範囲が狭いができる。

X：できない。しかし以下の工程を追加、または代替すればできる。

熱間圧延で Xのものは、微細等轴 a晶組織に熱間圧延した熱処理すれば目標組織が得られる ₍

尚、針状晶組織一 3 , - 4は熱処理前の組織は何でも良 L、。

冷曰^引きおよび冷間矯直で Xのものは、伸び値が約 7 %、絞り値力約 15%と小さいためで、

温間、熱間ですれば割れを防止し得る。

〔実施例 3〕

100mm角の T i — 6 Α — 4 Vビレツトを 1050°C /3相温度域から圧延し、 α + 相温度域にて十分に圧延したのち、加工発熱により相温度域に.短時間保持し空冷することにより、約 7.5m_m0のコィル状の線材とした。微視組織は、針状 α晶組織であり、そのひ晶の幅は約 2 /im、その旧粒径は、 30〜60/mであった。

この線材を伸線しシヱービング後、矯直しセンタ一レス研削して, 7.0 0の ¾線状の榨材とした。

さらにこの棒材を用いて、第 1図に示すように、電気鍛縮法により ^相温度域（約 1050°C) で玉形状を作り傘部を鍛造し、 810°Cにて 1時問焼鈍した後空冷し、傘径 36 、軸径 6.7mm0、バルブ長さ 11 Ommのバルブを切削および研削により製造した。

表 3の Να 1に示すように焼鈍終了後の籼部の曲りは、 0〜 100//m であり、従来法（表 3の比較例 Α， Β) と比べ格段の改善が認められた。焼鈍後の籼部の Fillりは、 lOO/im以内であれば問題ない。

本発明（Ναΐ〜： L1) で発生するこの蚰部の曲りは、矯直時の歪が解放されたために生じたものであり、比較例（A〜G) で発生する軸部の曲りは、これに加えて焼鈍中のクリープ変形が加わつたものである。またバルブを^ 2 Iに^すように横 (Iきした状態で、 81ϋ 。( にて 1時問酸化したときの曲りは、 0〜 3 μπιであり 810°Cにて 10 時問窒化したときの曲りは、 5〜； LOi/mであり、従来法と比べ格段の改^が認められた。、比蛟例については、太怪のバルブを作り、焼鈍後の曲りを切削により真直なものとした。

さらに、バルブ軸部の推定疲労強度は、 50kgf/im¾であり従来法と比べ同等であった。バルブ傘部の推定クリープ強度は、クリープ歪み 0.1%に達するのは、 100時問 500°Cの条件で 10kg /^でありバルブとして実用上問题ないことが分かる。

曲りは、軸部の 80mm問の 2点を支持し、バルブを回転させたときの、支持間の中央部での振れの最大値と最小値の差の半分をダイャルゲージで測定した。曲りは、 10//m以内であれば問題ない。

バルブ軸部の推定疲労強度は、バルブ軸部と同じ微視組織を有する素材から直径 8 mm 0の小野式回転曲げ試験により求めた。

バルブ傘部の推定クリープ強度は、バルブ傘部と同じ微視組織を有する素材から、 J I S Z 2271試験により求めた。

No. 1 と同様に処理した本発明の他の例（Να 2〜11) を比較例と共に表 3に示す。熱間圧延後の冷却速度を変えて針状 α晶の幅を変えた。これによると本発明例は、何れも良好な結果となった。尚、傘部の推定クリーブ強度は実施例、比較例とも差がなかった。

さらにまた、 8 1 0 °Cにて 1時間酸化処理した各種チタン合金製バルブ、および 8 1 0 °Cにて 10時間窒化処理した各種チタン合金バルブを、 F C 25相当のバルブガイド、 F e— C— C u系のバルブシートを使用したエンジンを用い 6000 rpmにて 2 0 0時間の耐久試験をした。その結果、蚰部の焼き付き、フェース部の摩耗の点について従来品と同等以上であった。尚、軸端部には、焼き入れた鋼製チップを取り付けてた。

3

酸化は 810°Cにて 1時間、窒化（T i— 3 A£ -2 . 5Vは除く）は 810°Cにて 10時間した何れも第 2図に示すように炉内に置いた。

〔実施例 4〕

100mm角の T i — 6 A 一 4 Vビレットを、 α + ^相温度域（約 950°C) 圧延により 9 0の線材とした。微視組織は、 2〜4 /imの等軸 α晶組織であった。この線材を伸線、疵とり、実施例 1に示した各種熱処理を行い 800〜 850°Cで矯直しセンタレス加工して 7 mm øの線材とした。これらの線材の微視組織は、微細等軸 α晶、中粒等軸 α晶、粗大等軸 α晶、針状 α晶組織— 1， - 2 , 一 3，一 4であった。これらの線材を用いて所定の方法により第 1図に示すように傘径 1を 36 、軸径 6.7mm、バルブ長 110mmのバルブを製造した。傘部は電気短縮法により相温度域にて玉を形成し、引き続き α + ^相温度域で型鍛造し成形後空冷した。その L断面の組織は、いずれのものも、等軸 α晶粒が一部認められ、針状 α晶は分断していた。また、通常行う鍛造後の焼鈍は、棒材が熱間矯直されているので必要なかった。これらのバルブを立脚した状態で表 4に示す所定の方法で酸化または窒化したときの曲りを実施例 1 と同様な方法により、測定した。結果を表 4に示す。表からわかるように、本発明の曲りは Ο〜10ίΐπιであり、従来法（20〜60/ιπι) と比較して格段の改善が認められた。

さらにまた、これらの各種微視組織のバルブを F C 25相当のバルブガイド、 F e — C— C u系のバルブシ一トを使用したエンジンを用い 6000rpmにて 200時問の耐久試験をした。その結果、軸部の焼き付き、フース部の摩耗の点について従来品と同等以上であつた。尚、籼端部には、焼き入れた鋼製チップを取り付けてた。 4

〔実施例 5〕

100龍角の T i 一 3 A 一 2.5 Vビレットを、 α + /9相温度域 (約 930°C) 圧延により 9龍 0の線材とした。微視組織は、 4 (tinの等軸 α晶組織であった。この線材を伸線、疵とり後、実施例 1に示した各種熱処理の加熱温度をいずれも 20°C低く行い 800〜 850°Cで矯直しセンタレス加工して 7 mm の線材とした。これらの線材の微視組織は、微細等軸 α晶、中粒等軸 α晶、粗大等軸 α晶、針状 α晶組織— 1，一 2， — 3，一 4であった。これらの線材を用いて所定の方法により第 1図に示すように傘径 1を 36匪、軸径 6.7mm、バルブ長 110mmのバルブを製造した。傘部は電気短縮法により /3相温度域にて玉を形成し、引き続き a + /3相温度域で型鍛造し成形後空冷した。その L断面の組織は、旧粒が伸びた組織であり、針状 α晶の分断は、ほとんど見られなかった。また、通常行う鍛造後の焼鈍は、棒材が熱間矯直されているので必要なかった。

これらのバルブを立脚した状態で表 5に示す所定の方法で酸化または窒化したときの曲りを実施例 1 と同様な方法により、測定し結果を表 4に示した。

本発明の曲り測定結果は 0〜： L0//mであり、従来法（20〜60iim) と比較して格段の改善が認められた。さらにまた、これらの各種微視組織のバルブを F C 25相当のバルブガイド、 F e— C— C u系のバルブシ一卜を使用したェンジンを用い 6000rpniにて 200時間の耐久試験をした。その結果、軸部の焼き付き、フェース部の摩耗の点について従来品と同等以上であった < 尚、軸端部には、焼き入れた鋼製チップを取り付けてた。表 5

産業上の利用可能性

以上のように本発明のチタン合金棒を用いれば、熱変形が解消され、安価な耐摩耗処理である酸化処理、窒化処理をバルブ製造に適用できること、さらに従来の工程にてそのチタン合金棒を製造できる方法は、素材としての棒も効率的に生産できるので、極めて経済的にチタン合金製バルブを製造し得る。

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Claims

請求の範囲

1. α + 型チタン合金棒であって、その微視組織が、針状 α晶の幅が 1 /im以上の針状 α晶組織、等軸 α晶が分散した針状 ( 晶の幅が 1 /im以上の針状 α晶組織および晶粒径が 6 /im以上の等軸 a晶組織の何れかであることを特徴とするエンジンバルブ製造に好適なチタン合金棒。

2. α + 3型チタン合金棒の微視組織において、針状 α晶組織の旧 )3粒¾が 3 0 0 /ιιη以下であり、かつ針状 α晶の幅が 1 μιη以上 4 μιη以下にすることに特徴づけられる請求の範囲第 1項記載のェンジンバルブ製造に好適なチタン合金棒。