JPH05340299A - Aluminum alloy cylinder head for engine and its manufacture - Google Patents
Aluminum alloy cylinder head for engine and its manufactureInfo
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- JPH05340299A JPH05340299A JP17475092A JP17475092A JPH05340299A JP H05340299 A JPH05340299 A JP H05340299A JP 17475092 A JP17475092 A JP 17475092A JP 17475092 A JP17475092 A JP 17475092A JP H05340299 A JPH05340299 A JP H05340299A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、例えば、吸排気弁が
着座する弁座部をバルブシートレス構造になしたような
エンジンのアルミニウム合金製シリンダヘッド及びその
製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an aluminum alloy cylinder head for an engine having a valve seatless structure for a valve seat on which an intake / exhaust valve is seated, and a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、エンジンのアルミニウム合金製シ
リンダヘッドにおいて、吸排気弁が着座する弁座部に
は、一般的に鋳鉄製、鉄系焼結材製または銅系合金製の
バルブシート部材が焼きばめ手段により圧入固定されて
いる。2. Description of the Related Art Conventionally, in an aluminum alloy cylinder head of an engine, a valve seat member on which an intake / exhaust valve is seated is generally made of cast iron, iron-based sintered material or copper-based alloy valve seat member. It is press-fitted and fixed by shrink fitting.
【０００３】しかし、このような構成の場合には、バル
ブシート部材が必要で部品点数が大となることは勿論、
シリンダヘッドの弁座部にバルブシート部材圧入のため
の加工を要し、さらに焼きばめによりバルブシート部材
の固着を見込んで、バルブシート部材を大きめに形成す
る必要があり、シリンダヘッド周辺部の設計自由度に制
約を受ける問題点があった。However, in the case of such a construction, a valve seat member is required and the number of parts is large, of course.
The valve seat part of the cylinder head needs to be machined to press fit the valve seat member, and it is necessary to form the valve seat member in a larger size in consideration of the fixation of the valve seat member by shrink fitting, and There was a problem that the design flexibility was restricted.
【０００４】このような問題点を解決するために、従
来、例えば特公平２−５８４４４号公報に記載のような
アルミニウム合金製バルブシートレスシリンダヘッドが
既に発明されている。In order to solve such a problem, a valve seatless cylinder head made of an aluminum alloy as described in Japanese Patent Publication No. 2-58444 has been invented.
【０００５】すなわち、シリンダヘッドのバルブシート
部（弁座部）に、アルミニウム合金の元素と銅合金の元
素とよりなる合金層を介して、銅合金の肉盛層をレーザ
肉盛法により形成したものである。That is, a overlay layer of a copper alloy is formed on the valve seat portion (valve seat portion) of the cylinder head by a laser overlay method with an alloy layer of an aluminum alloy element and a copper alloy element interposed therebetween. It is a thing.
【０００６】この従来構造によれば、上述の銅合金肉盛
層を弁フェース部と接触する僅かな部位にのみ形成し
て、同部位のシリンダヘッド肉厚を薄くすることができ
るので、燃焼室周辺部の冷却性が向上し、かつバルブ径
を大径にすることができ、さらに銅合金肉盛層のアルミ
ニウム合金製シリンダヘッド母材に対する接合性が良好
な利点がある反面、銅合金肉盛層は高硬度化が困難な関
係上、耐摩耗性が不充分となり、特にエンジンの高性能
化、長寿命化に対応することができない問題点があっ
た。According to this conventional structure, since the above-mentioned copper alloy overlay layer is formed only on a small portion which is in contact with the valve face portion, the cylinder head wall thickness of the portion can be reduced, so that the combustion chamber can be thinned. It has the advantages that the cooling performance of the peripheral part is improved, the valve diameter can be made large, and the bondability of the copper alloy overlay to the aluminum alloy cylinder head base material is good, while the copper alloy overlay is Since it is difficult to increase the hardness of the layer, the wear resistance becomes insufficient, and there is a problem that it is not possible to cope with particularly high performance and long life of the engine.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】この発明の請求項１記
載の発明（第１発明）は、アルミニウム合金製シリンダ
ヘッドの弁座部に対する肉盛層の接合強度を確保しつ
つ、耐摩耗性を向上させることができ、エンジンの高性
能化、長寿命化に充分対応することができるエンジンの
アルミニウム合金製シリンダヘッドの提供を目的とす
る。The invention according to claim 1 (first invention) of the present invention is to ensure wear resistance while ensuring the bonding strength of the overlay layer to the valve seat portion of the aluminum alloy cylinder head. It is an object of the present invention to provide an aluminum alloy cylinder head of an engine that can be improved and can sufficiently cope with high performance and long life of the engine.
【０００８】この発明の請求項２記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の目的と併せて、銅合金肉盛層と鉄系
金属肉盛層との境界部に炭化物を生成することで、バッ
クアップ強度を向上させて、耐衝撃強度の向上を図るこ
とができるエンジンのアルミニウム合金製シリンダヘッ
ドの提供を目的とする。According to the second aspect of the present invention, in addition to the object of the first aspect of the invention, carbide is formed at the boundary between the copper alloy overlay and the iron-based overlay. An object of the present invention is to provide an aluminum alloy cylinder head for an engine, which can improve backup strength and impact resistance strength.
【０００９】この発明の請求項３記載の発明（第２発
明）は、希釈率が低いレーザ肉盛法を用いて連続して銅
合金肉盛層と鉄系金属肉盛層との２層の肉盛を行なうこ
とができ、生産性の向上を図ることができると共に、上
述の弁座部に対する肉盛層の接合強度を確保しつつ、耐
摩耗性を向上させることができるエンジンのアルミニウ
ム合金製シリンダヘッドの製造方法の提供を目的とす
る。According to the third aspect of the present invention (the second invention), two layers of a copper alloy overlay layer and an iron-based overlay layer are continuously formed by using a laser overlay method having a low dilution rate. Made of aluminum alloy for engine, which can perform overlay and improve productivity, and also improve the wear resistance while ensuring the bonding strength of the overlay layer to the valve seat portion described above. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a cylinder head.
【００１０】この発明の請求項４記載の発明は、上記請
求項３記載の発明の目的と併せて、機能材としてカーボ
ン粉末を用いることで、銅合金肉盛層と鉄系金属肉盛層
との境界部、なかんずく境界部位近傍における鉄系金属
肉盛層に炭化物を生成することができ、バックアップ強
度を向上させて、耐衝撃強度の向上を図ることができる
エンジンのアルミニウム合金製シリンダヘッドの製造方
法の提供を目的とする。According to the invention of claim 4 of the present invention, in addition to the object of the invention of claim 3, by using carbon powder as a functional material, a copper alloy overlay layer and an iron-based metal overlay layer are formed. Manufacture of aluminum alloy cylinder heads for engines that can generate carbide in the iron-based metal overlay layer near the boundary part of the engine, especially in the vicinity of the boundary part, improve backup strength, and improve impact strength. The purpose is to provide a method.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１記載
の発明（第１発明）は、エンジンのアルミニウム合金製
シリンダヘッドの弁座部に、銅合金肉盛層を形成し、上
記銅合金肉盛層の上部に、該銅合金肉盛層との境界部の
硬度が高くなるように鉄系金属肉盛層を形成したエンジ
ンのアルミニウム合金製シリンダヘッドであることを特
徴とする。According to a first aspect of the present invention, a copper alloy overlay layer is formed on a valve seat portion of an aluminum alloy cylinder head of an engine. An aluminum alloy cylinder head for an engine, in which an iron-based metal overlay layer is formed on the overlay layer so that the hardness at the boundary with the copper alloy overlay layer is high.
【００１２】この発明の請求項２記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の構成と併せて、上記境界部に炭化物
が生成されたエンジンのアルミニウム合金製シリンダヘ
ッドであることを特徴とする。The invention according to claim 2 of the present invention is, in addition to the structure of the invention according to claim 1, an aluminum alloy cylinder head of an engine in which carbide is generated at the boundary portion. ..
【００１３】この発明の請求項３記載の発明（第２発
明）は、エンジンのアルミニウム合金製シリンダヘッド
の弁座部に、レーザ肉盛法で銅合金肉盛層を形成した後
に、上記銅合金肉盛層の上部に、レーザ光の反射を抑制
し、かつ該銅合金肉盛層との境界部の硬度を高める機能
材を付着させ、次に上記レーザ肉盛法により上記銅合金
肉盛層の上部に鉄系金属肉盛層を形成するエンジンのア
ルミニウム合金製シリンダヘッドの製造方法であること
を特徴とする。According to a third aspect of the present invention (the second invention), the copper alloy overlay layer is formed on the valve seat portion of the aluminum alloy cylinder head of the engine by the laser overlay method, and then the copper alloy is formed. A functional material that suppresses the reflection of laser light and enhances the hardness of the boundary with the copper alloy overlay is attached to the upper part of the overlay, and then the copper overlay is formed by the laser overlay method. Is a method of manufacturing an aluminum alloy cylinder head for an engine, in which an iron-based metal overlay layer is formed on the upper part of the.
【００１４】この発明の請求項４記載の発明は、上記請
求項３記載の発明の構成と併せて、上記機能材としてカ
ーボン粉末を用い、上記境界部に炭化物を生成させるエ
ンジンのアルミニウム合金製シリンダヘッドの製造方法
であることを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the third aspect of the invention, an aluminum alloy cylinder for an engine is used in which carbon powder is used as the functional material and carbide is generated at the boundary portion. It is a method of manufacturing a head.
【００１５】[0015]
【発明の効果】この発明の請求項１記載の発明によれ
ば、上述の弁座部に銅合金肉盛層を形成したので、アル
ミニウム合金製シリンダヘッドの該弁座部に対する肉盛
層の接合強度を確保することができ、しかも、この銅合
金肉盛層の上部には、該銅合金肉盛層との境界部の硬度
が高くなるように鉄系金属肉盛層を形成したので、弁が
着座するこの鉄系金属肉盛層の耐摩耗性を向上させるこ
とができ、この結果、エンジンの高性能化、長寿命化に
充分対応することができる効果がある。According to the first aspect of the present invention, since the copper alloy overlay layer is formed on the valve seat portion, the overlay layer is joined to the valve seat portion of the aluminum alloy cylinder head. Since the strength can be ensured and the iron-based metal overlay layer is formed on the upper portion of the copper alloy overlay layer so that the hardness at the boundary with the copper alloy overlay layer is increased, It is possible to improve the wear resistance of the iron-based metal overlay layer on which the engine is seated, and as a result, it is possible to sufficiently cope with higher performance and longer life of the engine.
【００１６】この発明の請求項２記載の発明によれば、
上記請求項１記載の発明の効果と併せて、銅合金肉盛層
と鉄系金属内肉盛層との境界部にＦｅ3 Ｃ（炭化鉄）な
どの炭化物が生成されているので、鉄系金属肉盛層のバ
ックアップ強度を向上させることができて、耐衝撃強度
の向上を図ることができる効果がある。According to the second aspect of the present invention,
In addition to the effect of the invention of claim 1, iron-based carbides such as Fe 3 C (iron carbide) are formed at the boundary between the copper alloy overlay and the iron-based internal overlay. The backup strength of the metal overlay layer can be improved, and the impact resistance strength can be improved.
【００１７】この発明の請求項３記載の発明によれば、
レーザに肉盛法により銅合金肉盛層と鉄系金属肉盛層と
を形成するので、上述のレーザに肉盛法はレーザ光を局
部的に当てることができて、希釈率の低下を図ることが
できるのは勿論、同一のレーザ肉盛工程により銅合金肉
盛層と鉄系金属肉盛層との２層の肉盛を行なうことがで
きるので、生産性の向上を図ることができる効果があ
る。なお、レーザ肉盛法以外の他の肉盛法の場合にはＣ
ｕが多く溶かされて希釈率が大となる。According to the invention of claim 3 of the present invention,
Since the copper alloy overlay layer and the iron-based metal overlay layer are formed on the laser by the overlay method, the overlay laser can locally irradiate the laser beam on the laser described above, and the dilution rate is reduced. As a matter of course, it is possible to perform the two-layer overlay of the copper alloy overlay layer and the iron-based metal overlay layer by the same laser overlay step, so that the productivity can be improved. There is. In addition, in the case of another overlay method other than the laser overlay method, C
A large amount of u is dissolved and the dilution rate becomes large.
【００１８】しかも、請求項１記載の発明の効果と同
様、上述の弁座部に対する銅合金肉盛層の接合強度を確
保しつつ、鉄系金属肉盛層により耐摩耗性を向上させる
ことができる効果がある。Further, similar to the effect of the invention described in claim 1, it is possible to improve the wear resistance by the iron-based metal overlay layer while ensuring the bonding strength of the copper alloy overlay layer to the valve seat portion. There is an effect that can be done.
【００１９】加えて、上述の機能材はレーザ光の反射を
抑制し、かつ境界部の硬度を高めるので、レーザ光の吸
収効率が大幅に向上すると共に、境界部に形成される硬
化層により、バックアップ強度が向上して、耐衝撃強度
の向上を図ることができる効果がある。In addition, since the above-mentioned functional material suppresses the reflection of laser light and increases the hardness of the boundary portion, the absorption efficiency of the laser light is significantly improved, and the hardened layer formed at the boundary portion The backup strength is improved, and the impact strength can be improved.
【００２０】この発明の請求項４記載の発明によれば、
上記請求項３記載の発明の効果と併せて、上述の機能材
としてカーボン粉末を用いたので、境界部付近の鉄系金
属肉盛層に炭化物を形成することができ、例えば、その
生地組織を、緻密で硬いマルテンサイト（martensite、
ささ状の結晶で腐食されにくく、硬さや引張強さが大き
い組織、α固溶体のこと）にすることができる効果があ
る。According to the invention of claim 4 of the present invention,
In addition to the effect of the invention described in claim 3, since carbon powder is used as the above-mentioned functional material, it is possible to form a carbide in the iron-based metal overlay layer near the boundary portion. , Precise and hard martensite (martensite,
It has the effect of making it a structure having a large hardness and a high tensile strength, that is, an α solid solution) that is hard to be corroded by a quasi-crystal.
【００２１】[0021]
【実施例】この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳
述する。図面はエンジンのアルミニウム合金製シリンダ
ヘッド及びその製造方法を示し、図１において、エンジ
ンのアルミニウム合金製シリンダヘッド１を設け、この
シリンダヘッド１の吸気弁ＩＮＶおよび排気弁ＥＸＶの
着座用の弁座部２には、図２に示すように該弁座部２の
母材３上に銅合金肉盛層４を形成し、この銅合金肉盛層
４の上部に、該銅合金肉盛層４との境界部５の硬度が高
くなるように鉄系金属肉盛層６を形成している。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. The drawings show an aluminum alloy cylinder head of an engine and a method of manufacturing the same. In FIG. 1, an aluminum alloy cylinder head 1 of an engine is provided, and a valve seat portion for seating an intake valve INV and an exhaust valve EXV of the cylinder head 1 is provided. 2, a copper alloy overlay layer 4 is formed on the base material 3 of the valve seat portion 2 as shown in FIG. 2, and the copper alloy overlay layer 4 and the copper alloy overlay layer 4 are formed on the copper alloy overlay layer 4. The iron-based metal overlay layer 6 is formed so that the hardness of the boundary portion 5 becomes high.
【００２２】次に図３乃至図１０を参照して、上述のエ
ンジンのアルミニウム合金製シリンダヘッドの製造方法
について述べる。Next, with reference to FIGS. 3 to 10, a method of manufacturing the above-described aluminum alloy cylinder head for an engine will be described.
【００２３】まず、図３に示す工程図の第１工程Ｓ１
で、アルミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ４Ｄ）によりエ
ンジンのシリンダヘッド１を鋳造し、弁座部２の母材３
を所定形状に前加工する（図４参照）。このシリンダヘ
ッド１の鋳造により上述の母材３内には若干のピンホー
ル７等のガス欠陥が残存する。First, the first step S1 of the process diagram shown in FIG.
Then, the cylinder head 1 of the engine is cast from an aluminum alloy (JIS standard AC4D), and the base material 3 of the valve seat portion 2 is cast.
Is pre-processed into a predetermined shape (see FIG. 4). Due to the casting of the cylinder head 1, some gas defects such as pinholes 7 remain in the base material 3.
【００２４】次に、図３の第２工程Ｓ２で、熱源として
例えばＣＯ2 レーザ（炭酸ガスレーザ、carbon dioxide
laser、λ＝１０．６μｍ）を用い上述の母材３を再溶
融深さ１．０〜２．０mmに再溶融処理する（図５参
照）。この再溶融処理により、後述する肉盛りの際に界
面の接合強度を低下させる要因となるピンホール７等の
ガス欠陥を消失することができる。Next, in the second step S2 of FIG. 3, for example, a CO 2 laser (carbon dioxide laser, carbon dioxide laser) is used as a heat source.
laser, λ = 10.6 μm) is used to remelt the above-mentioned base material 3 to a remelting depth of 1.0 to 2.0 mm (see FIG. 5). By this remelting treatment, it is possible to eliminate gas defects such as the pinhole 7 which causes a decrease in the bonding strength at the interface during the padding described later.
【００２５】次に、図３の第３工程Ｓ３で、上述の再溶
融処理された母材３の表面をショットブラスト法（鋳鉄
製、鋳鋼製、アルミニウム合金製のショットやワイヤを
カットしたグリッドを、羽根車で鋳造品に投射する方
法）によりＲmax １０〜５０μｍ（ここにＲmax は微細
な凹凸の振幅に関する最大高さを示す表面粗さのこと）
に粗面化する（図６参照）。この母材３表面の粗面化に
より後述するＣＯ2 レーザによる肉盛時のレーザ光の反
射を防止することができる。Next, in the third step S3 of FIG. 3, shot blasting (cast iron, cast steel, aluminum alloy shot or wire cut grid is applied to the surface of the remelted base metal 3 described above. , Rmax 10 to 50 μm (where Rmax is the surface roughness that indicates the maximum height related to the amplitude of fine irregularities) by the method of projecting on a cast product with an impeller)
To roughen (see FIG. 6). By roughening the surface of the base material 3, it is possible to prevent the laser light from being reflected at the time of overlaying with a CO 2 laser described later.
【００２６】次に、図３の第４工程Ｓ４で、ＫＣｌ（塩
化カリウム）やＮａＣｌ（塩化ナトリウム）等の脱酸剤
８をペースト状にして、粗面化された母材３の表面に厚
さ５〜５０μｍにコーティング処理する（図７参照）。
この脱酸剤８のコーティングによりレーザ光の吸収効率
を高めると共に、後述する銅系粉末および肉盛層の酸化
を防止することができる。Next, in a fourth step S4 of FIG. 3, a deoxidizing agent 8 such as KCl (potassium chloride) or NaCl (sodium chloride) is made into a paste, and the surface of the roughened base material 3 is thickened. The coating process is performed to a thickness of 5 to 50 μm (see FIG. 7).
The coating of the deoxidizer 8 can enhance the absorption efficiency of laser light and prevent the copper-based powder and the overlay layer, which will be described later, from being oxidized.
【００２７】次に、図３の第５工程Ｓ５で、ＣＯ2 レー
ザを用いて銅系粉末を肉盛りし、母材３の上部に銅合金
肉盛層４を形成する（図８参照）。Next, in a fifth step S5 of FIG. 3, a copper-based powder is built up by using a CO 2 laser to form a copper alloy build-up layer 4 on the base material 3 (see FIG. 8).
【００２８】ここで、上述の肉盛り粉末（この工程では
銅系粉末）を供給するノズル装置１０は図１０に示す構
成のものを用いる。すなわち、下部が小径で、上部が大
径のテーパコーン状のノズル本体１１の側壁部に、エア
ホース１２からのエアにより駆動されるエアバイブレー
タ１３を取付けると共に、ノズル本体１１上部の粉末供
給側には粉末インレットポート１４を形成して、この粉
末インレットポート１４に粉末供給ホース１５を連通接
続する一方、ノズル本体１１上部の粉末インレットポー
ト１４と対向する部位には、粉末の通過を阻止し、キャ
リアガス（アルゴンガス等）のみを抜出す所定メッシュ
の網目部材１６を配設したノズル装置である。Here, the nozzle device 10 for supplying the above-mentioned build-up powder (copper-based powder in this step) has the structure shown in FIG. That is, the air vibrator 13 driven by the air from the air hose 12 is attached to the side wall of the tapered cone-shaped nozzle body 11 whose lower part has a small diameter and whose upper part has a large diameter. An inlet port 14 is formed, and a powder supply hose 15 is connected to the powder inlet port 14 in communication therewith. On the other hand, at a portion of the upper portion of the nozzle body 11 facing the powder inlet port 14, the passage of powder is blocked, and carrier gas ( This is a nozzle device in which a mesh member 16 having a predetermined mesh for extracting only argon gas) is arranged.
【００２９】そして、上述の粉末供給ホース１５から所
定ガス圧、所定流量のキャリアガスＧにより肉盛り粉末
Ｐを、粉末インレットポート１４を介してノズル本体１
１内に供給し、上述の網目部材１６からキャリアガスＧ
のみを抜出すと共に、エアバイブレータ１３の矢印方向
の加振（微振動）により網目部材１６の目詰りを防止し
つつ、テーパコーン状のノズル本体１１下端の粉末アウ
トレットポート１７から、母材３上に粉末Ｐを供給する
と、ノズル詰りや粉末Ｐの飛散がない状態で、上述の粉
末Ｐを自重落下程度で歩留りよく安定供給することがで
きて、良好な肉盛りを行なうことができる。Then, the build-up powder P is supplied from the above-mentioned powder supply hose 15 with the carrier gas G at a predetermined gas pressure and a predetermined flow rate, and the nozzle body 1 is passed through the powder inlet port 14.
1 into the carrier gas G from the mesh member 16 described above.
While only removing the powder, while preventing clogging of the mesh member 16 by vibrating (fine vibration) of the air vibrator 13 in the direction of the arrow, the powder outlet port 17 at the lower end of the taper cone-shaped nozzle body 11 is transferred onto the base material 3. When the powder P is supplied, the above-mentioned powder P can be stably supplied with a good yield by falling by its own weight without causing nozzle clogging or scattering of the powder P, and good padding can be performed.
【００３０】一方、上述の銅合金肉盛層４形成時のＣＯ
2 レーザの照射条件は次のように設定した。On the other hand, CO when forming the above-mentioned copper alloy overlay layer 4
The two laser irradiation conditions were set as follows.
【００３１】レーザ出力 …４．０kw 溶融速度 …０．６m/min レーザビーム径 …７．０mmφ アシストガス …Ａｒ（アルゴン） アシストガス流量…２０l/min また粉末Ｐに関する諸条件は次のように設定した。Laser output: 4.0 kw Melting speed: 0.6 m / min Laser beam diameter: 7.0 mm φ assist gas: Ar (argon) assist gas flow rate: 20 l / min Further, various conditions regarding the powder P are as follows. Set.
【００３２】粉末供給量 …４０g/min 銅系粉末の粒径…１００メッシュアンダ 銅系粉末の組成 Ｓｉ（ケイ素）…１〜１０％ Ｂ （ホウ素）…１〜３％ Ｃｕ（銅） …残部 上述の各種条件下で母材３上に厚さ約２．０mmに銅合金
肉盛層４を形成した後に、この銅合金肉盛層４を加工し
て、厚さ約１．０mmの均一厚さになす。Powder supply rate: 40 g / min Particle size of copper-based powder: 100 mesh under Copper-based powder composition: Si (silicon): 1-10% B (boron): 1-3% Cu (copper): balance Under various conditions, after forming the copper alloy overlay layer 4 to a thickness of about 2.0 mm on the base material 3, the copper alloy overlay layer 4 is processed to obtain a uniform thickness of about 1.0 mm. Eggplant
【００３３】次に、図３の第６工程Ｓ６で、レーザ光の
反射を抑制し、かつ銅合金肉盛層４との境界部５の硬度
を高める機能材としてカーボン粉末１８を用い、このカ
ーボン粉末１８を溶剤に溶かして、スプレー状として、
上述の均一厚さの銅合金肉盛層４の上部に厚さ５〜５０
μｍに塗布する（図９参照）。このカーボン粉末１８の
塗布によりＣＯ2 レーザの吸収率を高めると共に、次工
程でカーボン粉末１８の固溶により炭化物たとえば緻密
で硬いマルテンサイト組織を得ることができる。因に上
述のカーボン粉末１８を塗布しない場合にはＣＯ2 レー
ザを９９．９％反射するが、このような反射を防止する
ことができる。Next, in the sixth step S6 of FIG. 3, carbon powder 18 is used as a functional material that suppresses the reflection of laser light and enhances the hardness of the boundary portion 5 with the copper alloy overlay layer 4. Dissolve the powder 18 in a solvent to make a spray,
A thickness of 5 to 50 is formed on the copper alloy overlay 4 having the uniform thickness described above.
It is applied in a thickness of μm (see FIG. 9). By applying the carbon powder 18, it is possible to increase the absorption rate of the CO 2 laser and to obtain a carbide, for example, a dense and hard martensite structure by the solid solution of the carbon powder 18 in the next step. Incidentally, when the above-mentioned carbon powder 18 is not applied, the CO 2 laser reflects 99.9%, but such reflection can be prevented.
【００３４】次に、図３の第７工程Ｓ７で、上述と同一
のレーザ照射条件によりＣＯ2 レーザを用いて鉄系金属
粉末、具体的には合金工具鋼（ＪＩＳ規格ＳＫＤ１２）
の合金粉末を肉盛りし、銅合金肉盛層４の上部に厚さ約
２．５mmの鉄系金属肉盛層６を形成する（図２参照）。
この第７工程Ｓ７での肉盛りの際、上述の銅合金肉盛層
４の上部には予めカーボン粉末１８を溶剤に溶かして塗
布したので、ＣＯ2 レーザの吸収効率が向上すると共
に、境界部５付近の鉄系金属肉盛層６の生地組織を、マ
ルテンサイト（α固溶体）組織にすることができる。Next, in a seventh step S7 of FIG. 3, iron-based metal powder, specifically alloy tool steel (JIS standard SKD12) is produced by using a CO 2 laser under the same laser irradiation conditions as described above.
The above-mentioned alloy powder is piled up to form an iron-based metal overlay layer 6 having a thickness of about 2.5 mm on the copper alloy overlay layer 4 (see FIG. 2).
During the build-up in the seventh step S7, the carbon powder 18 was dissolved in a solvent in advance and applied to the upper portion of the copper alloy build-up layer 4 described above, so that the absorption efficiency of the CO 2 laser is improved and the boundary portion is improved. The dough structure of the iron-based metal overlay layer 6 near 5 can be a martensite (α solid solution) structure.
【００３５】このようにして製造されたエンジンのアル
ミニウム合金製シリンダヘッドを、図２の硬さ分布測定
方向にて測定した結果を図１１に示す。図１１からも明
らかなように、母材３と銅合金肉盛層４との間（測定ポ
ジションＣ参照）には、化合物が生成されるので、母材
３それ自体のアルミニウム合金のビッカース硬さＨｖ１
００〜１１０および銅合金肉盛層４のビッカース硬さＨ
ｖ２００〜２５０に対してビッカース硬さＨｖ３００〜
３７０となり、また銅合金肉盛層４と鉄系金属肉盛層６
との間（測定ポジションＢ参照）にも、化合物が生成さ
れるので、硬さＨｖ４００〜５００となり、境界部５近
傍における鉄系金属肉盛層６内（測定ポジションＤ参
照）にはカーボン層により供給された炭素の影響により
表面付近（測定ポジションＡ参照）に対してさらに硬度
が上昇し、ビッカース硬さＨｖが約５５０となった。FIG. 11 shows the result of measurement of the aluminum alloy cylinder head of the engine thus manufactured in the hardness distribution measuring direction of FIG. As is clear from FIG. 11, since a compound is generated between the base material 3 and the copper alloy overlay layer 4 (see measurement position C), the Vickers hardness of the base material 3 itself of the aluminum alloy. Hv1
00-110 and Vickers hardness H of the copper alloy overlay layer 4
Vickers hardness Hv300 to v200 to 250
370, and the copper alloy overlay layer 4 and the iron-based metal overlay layer 6
Since the compound is also generated between and (see measurement position B), the hardness becomes Hv 400 to 500, and the carbon layer is formed in the iron-based metal overlay layer 6 near the boundary 5 (see measurement position D). Due to the effect of the supplied carbon, the hardness further increased near the surface (see measurement position A), and the Vickers hardness Hv became about 550.
【００３６】以上要するに、本実施例のエンジンのアル
ミニウム合金製シリンダヘッドは、弁座部２に銅合金肉
盛層４を形成したので、該弁座部２に対する肉盛層４の
接合強度を確保することができ、しかも、この銅合金肉
盛層４の上部には、該銅合金肉盛層４との境界部５の硬
度が高くなるように鉄系金属肉盛層６を形成したので、
弁が着座するこの鉄系金属肉盛層６の耐摩耗性を向上さ
せることができ、この結果、エンジンの高性能化、長寿
命化に充分対応することができる効果がある。In summary, since the aluminum alloy cylinder head of the engine of this embodiment has the copper alloy overlay layer 4 formed on the valve seat portion 2, the joining strength of the overlay layer 4 to the valve seat portion 2 is secured. Moreover, since the iron-based metal overlay layer 6 is formed on the upper portion of the copper alloy overlay layer 4 so that the hardness of the boundary portion 5 with the copper alloy overlay layer 4 is increased,
It is possible to improve the wear resistance of the iron-based metal overlay layer 6 on which the valve is seated, and as a result, there is an effect that it is possible to sufficiently cope with higher performance and longer life of the engine.
【００３７】加えて、上述の銅合金肉盛層４と鉄系金属
肉盛層６との境界部５に炭化鉄などの炭化物を生成する
と、鉄系金属肉盛層６のバックアップ強度を向上させる
ことができて、対衝撃強度の向上を図ることができる効
果がある。In addition, when carbide such as iron carbide is generated at the boundary portion 5 between the copper alloy overlay layer 4 and the iron-based overlay layer 6 described above, the backup strength of the iron-based overlay layer 6 is improved. Therefore, there is an effect that the impact strength can be improved.
【００３８】また本実施例のエンジンのアルミニウム合
金製シリンダヘッドの製造方法は、レーザ肉盛法により
銅合金肉盛層４と鉄系金属肉盛層６とを形成する。上述
のレーザ肉盛法はレーザ光を局部的に当てることができ
て、希釈率の低下を図ることができるのは勿論、同一の
レーザ肉盛工程により銅合金肉盛層４と鉄系金属肉盛層
６との２層の肉盛を行なうことができるので、生産性の
向上を図ることができる効果がある。In the method of manufacturing the aluminum alloy cylinder head of the engine of this embodiment, the copper alloy overlay layer 4 and the iron-based metal overlay layer 6 are formed by the laser overlay method. In the laser overlaying method described above, the laser beam can be locally applied to reduce the dilution ratio, and the copper alloy overlay layer 4 and the iron-based metal overlay layer 4 can be formed by the same laser overlaying step. Since it is possible to build up two layers with the overlay layer 6, there is an effect that productivity can be improved.
【００３９】しかも、上述の弁座部２に対する銅合金肉
盛層４の接合強度を確保しつつ、鉄系金属肉盛層６によ
り耐摩耗性を向上させることができる効果がある。加え
て、上述の機能材はレーザ光の反射を抑制し、かつ境界
部５の硬度を高めるので、レーザ光の吸収効率が大幅に
向上すると共に、境界部５に形成される硬化層（図１１
の測定ポジションＤ参照）により、バックアップ強度が
向上して、耐衝撃強度の向上を図ることができる効果が
ある。Furthermore, the wear resistance can be improved by the iron-based metal overlay layer 6 while ensuring the bonding strength of the copper alloy overlay layer 4 to the valve seat portion 2 described above. In addition, since the above-mentioned functional material suppresses the reflection of the laser light and increases the hardness of the boundary portion 5, the absorption efficiency of the laser light is significantly improved, and the hardened layer formed on the boundary portion 5 (see FIG. 11).
By the measurement position D), the backup strength is improved, and the impact resistance strength can be improved.
【００４０】さらに、上述の機能材としてカーボン粉末
を用いると、境界部５付近の鉄系金属肉盛層６に炭化物
を生成することができ、例えばその生地組織を、緻密で
硬いマルテンサイト（α固溶体）にすることができる効
果がある。Further, when carbon powder is used as the above-mentioned functional material, carbide can be generated in the iron-based metal overlay layer 6 in the vicinity of the boundary portion 5. For example, the texture of the material can be a dense and hard martensite (α). It has the effect of being a solid solution.
【００４１】この発明の構成と、上述の実施例との対応
において、この発明のアルミニウム合金は、実施例のＪ
ＩＳ規格ＡＣ４Ｄのアルミニウム合金に対応し、以下同
様に、銅合金は、ＣｕとＢとＳｉとの合金に対応し、鉄
系金属は、ＪＩＳ規格ＳＫＤ１２（合金工具鋼）に対応
し、機能材は、カーボン粉末に対応するも、この発明
は、上述の実施例の構成のみに限定されるものではな
い。In the correspondence between the constitution of the present invention and the above-mentioned embodiment, the aluminum alloy of the present invention is
Corresponding to aluminum alloy of IS standard AC4D, copper alloy corresponds to alloy of Cu, B and Si, iron metal corresponds to JIS standard SKD12 (alloy tool steel), and functional material Although it corresponds to carbon powder, the present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiment.
【００４２】例えば、上述の機能材としてはカーボン粉
末の他に、クロムやクロムカーバイト等の黒色微粉体を
用いてもよく、この場合にはレーザ光が黒色微粉体に当
たって乱反射し、この乱反射中にレーザ光を吸収するの
で、上記実施例とほぼ同様の作用、効果を得る。For example, as the above-mentioned functional material, in addition to carbon powder, black fine powder such as chromium or chrome carbide may be used. In this case, the laser light impinges on the black fine powder and is diffusely reflected. Since it absorbs the laser light, the same action and effect as those in the above-mentioned embodiment can be obtained.
【図１】本発明のエンジンのアルミニウム合金製シリン
ダヘッドを示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing an aluminum alloy cylinder head of an engine of the present invention.
【図２】図１の要部拡大断面図。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part of FIG.
【図３】本発明のエンジンのアルミニウム合金製シリン
ダヘッドの製造方法を示す工程図。FIG. 3 is a process drawing showing a method for manufacturing an aluminum alloy cylinder head for an engine of the present invention.
【図４】前加工終了を示す概略断面図。FIG. 4 is a schematic sectional view showing the end of pre-processing.
【図５】再溶融工程を示す概略断面図。FIG. 5 is a schematic sectional view showing a remelting step.
【図６】粗面化工程を示す概略断面図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a roughening step.
【図７】脱酸剤コーティング工程を示す概略断面図。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a deoxidizing agent coating step.
【図８】銅合金肉盛り工程を示す概略断面図。FIG. 8 is a schematic sectional view showing a copper alloy build-up step.
【図９】機能材付着工程を示す概略断面図。FIG. 9 is a schematic sectional view showing a functional material attaching step.
【図１０】肉盛り粉末供給に用いるノズル装置の断面
図。FIG. 10 is a cross-sectional view of a nozzle device used for supplying build-up powder.
【図１１】本発明の製造方法により製造されたシリンダ
ヘッドの硬さ分布を示す特性図。FIG. 11 is a characteristic diagram showing a hardness distribution of a cylinder head manufactured by the manufacturing method of the present invention.
１…シリンダヘッド ２…弁座部 ４…銅合金肉盛層 ５…境界部 ６…鉄系金属肉盛層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cylinder head 2 ... Valve seat part 4 ... Copper alloy overlay layer 5 ... Boundary part 6 ... Iron-based metal overlay layer
Claims (4)
ッドの弁座部に、銅合金肉盛層を形成し、上記銅合金肉
盛層の上部に、該銅合金肉盛層との境界部の硬度が高く
なるように鉄系金属肉盛層を形成したエンジンのアルミ
ニウム合金製シリンダヘッド。1. A copper alloy overlay layer is formed on a valve seat portion of an aluminum alloy cylinder head of an engine, and a hardness of a boundary portion with the copper alloy overlay layer is provided on an upper portion of the copper alloy overlay layer. Cylinder head made of aluminum alloy for engines with a built-up iron-based metal layer.
記載のエンジンのアルミニウム合金製シリンダヘッド。2. A carbide is generated at the boundary portion.
Aluminum alloy cylinder head for the engine described.
ッドの弁座部に、レーザ肉盛法で銅合金肉盛層を形成し
た後に、上記銅合金肉盛層の上部に、レーザ光の反射を
抑制し、かつ該銅合金肉盛層との境界部の硬度を高める
機能材を付着させ、次に上記レーザ肉盛法により上記銅
合金肉盛層の上部に鉄系金属肉盛層を形成するエンジン
のアルミニウム合金製シリンダヘッドの製造方法。3. A copper alloy overlay layer is formed on the valve seat portion of an aluminum alloy cylinder head of an engine by a laser overlay method, and the reflection of laser light is suppressed on the copper alloy overlay layer. Of the engine in which a functional material that enhances the hardness of the boundary portion with the copper alloy overlay is adhered, and then the iron-based overlay is formed on the copper alloy overlay by the laser overlay method. Manufacturing method of aluminum alloy cylinder head.
記境界部に炭化物を生成させる請求項３記載のエンジン
のアルミニウム合金製シリンダヘッドの製造方法。4. The method of manufacturing an aluminum alloy cylinder head for an engine according to claim 3, wherein carbon powder is used as the functional material, and carbide is generated at the boundary portion.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17475092A JPH05340299A (en) | 1992-06-08 | 1992-06-08 | Aluminum alloy cylinder head for engine and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17475092A JPH05340299A (en) | 1992-06-08 | 1992-06-08 | Aluminum alloy cylinder head for engine and its manufacture |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05340299A true JPH05340299A (en) | 1993-12-21 |
Family
ID=15984033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17475092A Pending JPH05340299A (en) | 1992-06-08 | 1992-06-08 | Aluminum alloy cylinder head for engine and its manufacture |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05340299A (en) |
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-
1992
- 1992-06-08 JP JP17475092A patent/JPH05340299A/en active Pending
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