JPS62142815A - 吸気バルブ用鋼材 - Google Patents
吸気バルブ用鋼材Info
- Publication number
- JPS62142815A JPS62142815A JP29729786A JP29729786A JPS62142815A JP S62142815 A JPS62142815 A JP S62142815A JP 29729786 A JP29729786 A JP 29729786A JP 29729786 A JP29729786 A JP 29729786A JP S62142815 A JPS62142815 A JP S62142815A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- intake valve
- resistance
- hardened layer
- soft nitriding
- materials
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
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〉
この発明は内燃機関、気体圧縮機関などに使用される吸
気バルブの改良に関する。
気バルブの改良に関する。
〈従来の技術〉
例えば、内燃機関には一般に第1図の動弁機構図にみら
れるような排気バルブ1と吸気バルブ2が用いられてい
る。このうち排気側は作動温度が600〜850℃と高
く、したがって排気バルブ自体には、耐熱性、耐食性、
耐摩耗性等厳しい特性が要求されるため高温特性の良好
なオーステナイト系耐熱鋼が用いられている。一方吸気
側は温度が上昇していないガスを常に吸入するため作動
温度は200〜450℃と低く、したがって吸気バルブ
自体は排気バルブはど高温特性が要求されないため、一
般に、フェライト系耐熱鋼、たとえば5UH3,5UH
I 1等が使用されている。
れるような排気バルブ1と吸気バルブ2が用いられてい
る。このうち排気側は作動温度が600〜850℃と高
く、したがって排気バルブ自体には、耐熱性、耐食性、
耐摩耗性等厳しい特性が要求されるため高温特性の良好
なオーステナイト系耐熱鋼が用いられている。一方吸気
側は温度が上昇していないガスを常に吸入するため作動
温度は200〜450℃と低く、したがって吸気バルブ
自体は排気バルブはど高温特性が要求されないため、一
般に、フェライト系耐熱鋼、たとえば5UH3,5UH
I 1等が使用されている。
しかしながら最近吸気バルブの耐焼付き性および耐摩耗
性を向上させる処理法として、熱処理歪が少ない軟窒化
処理が注目され実用化されつつある。
性を向上させる処理法として、熱処理歪が少ない軟窒化
処理が注目され実用化されつつある。
〈発明が解決しようとする問題点〉
ところが従来の吸気バルブに用いられていた5UH3,
5UHI 1等のフェライト系耐熱鋼では組成的に軟窒
化処理性が充分でなく、深い表面硬化層を形成させるた
めにはきわめて長時間の軟窒化処理が必要となる難点が
ある。
5UHI 1等のフェライト系耐熱鋼では組成的に軟窒
化処理性が充分でなく、深い表面硬化層を形成させるた
めにはきわめて長時間の軟窒化処理が必要となる難点が
ある。
く問題点を解決するための手段〉
そこで、本発明者等は軟窒化処理性が良好で、しかも吸
気バルブとして要求される諸特性を充分に満足しつる鋼
を開発するために種々検討した結果、以下に示した成分
組成を有する鋼はきわめて効果的であり、当該鋼を用い
てバルブ粗形とし軟窒化処理を施して深い表面硬化層を
形成させた吸気バルブは、従来の吸気バルブにくらべて
耐焼付き性および耐摩耗性が良好であり、かつ安価に製
造できることを確認した。すなわち、本発明はC: 0
.10〜0.60%、 S i : 0.10〜2.0
%、Mn:0゜20〜2.0%、 Cr : 0.50
〜5.0%、Mo:0.10〜20%、Ni:1.5%
以下を含有し、残部が実質的にFeからなり、軟窒化処
理を施して表面硬化層を形成させた高耐摩耗性を有する
吸気バルブである。
気バルブとして要求される諸特性を充分に満足しつる鋼
を開発するために種々検討した結果、以下に示した成分
組成を有する鋼はきわめて効果的であり、当該鋼を用い
てバルブ粗形とし軟窒化処理を施して深い表面硬化層を
形成させた吸気バルブは、従来の吸気バルブにくらべて
耐焼付き性および耐摩耗性が良好であり、かつ安価に製
造できることを確認した。すなわち、本発明はC: 0
.10〜0.60%、 S i : 0.10〜2.0
%、Mn:0゜20〜2.0%、 Cr : 0.50
〜5.0%、Mo:0.10〜20%、Ni:1.5%
以下を含有し、残部が実質的にFeからなり、軟窒化処
理を施して表面硬化層を形成させた高耐摩耗性を有する
吸気バルブである。
次に本発明の吸気バルブ用鋼材(以下単に本発明用材と
いう)の成分、組成範囲の限定理由を述べる。
いう)の成分、組成範囲の限定理由を述べる。
C: 0.10〜0.60%
Cは母材の強度を向上させるために有効な元素であり少
なくとも0.10%以上添加する必要がある。しかし多
量に添加すると靭性及び軟窒化性が劣化するため0.6
0%以下が好ましい。
なくとも0.10%以上添加する必要がある。しかし多
量に添加すると靭性及び軟窒化性が劣化するため0.6
0%以下が好ましい。
S i + 0.10〜2.0%
Stは脱酸精錬剤として溶解時に有効であるとともに、
軟窒化処理により母材中に窒化ケイ素を析出させ、硬化
層の形成に補助的な役割りをはたすため0.1%以上必
要である。しかし多量に添加すると靭性が低下し、かつ
被剛性が劣化するので2.0%以下とした。
軟窒化処理により母材中に窒化ケイ素を析出させ、硬化
層の形成に補助的な役割りをはたすため0.1%以上必
要である。しかし多量に添加すると靭性が低下し、かつ
被剛性が劣化するので2.0%以下とした。
M n : 0.20〜2.0%
Mnは脱酸、脱硫精錬剤として、また鋼の焼入性を向上
させるのに有効な元素であって0.20%以上添加する
必要があるが、多量に添加すると熱間加工性が劣化し、
アプセット鍛造によるバルブの製造が不可能になるので
2.0%以下とした。
させるのに有効な元素であって0.20%以上添加する
必要があるが、多量に添加すると熱間加工性が劣化し、
アプセット鍛造によるバルブの製造が不可能になるので
2.0%以下とした。
Cr : 0.5 〜5.0 %Crは本発明用
材において最も基本的な元素の1つである。Crは、軟
窒化処理により母材内部にクロム炭(窒)化物を析出さ
せ高い表面硬さと厚い硬化層を形成させるので、バルブ
の耐焼付性、耐摩耗性を向上させるのに極めて有効な元
素である。0.5%以下ではその効果が期待されず5%
以上では実験例1で示すように硬化層の深さがむしろ浅
くなるので5%以下とした。
材において最も基本的な元素の1つである。Crは、軟
窒化処理により母材内部にクロム炭(窒)化物を析出さ
せ高い表面硬さと厚い硬化層を形成させるので、バルブ
の耐焼付性、耐摩耗性を向上させるのに極めて有効な元
素である。0.5%以下ではその効果が期待されず5%
以上では実験例1で示すように硬化層の深さがむしろ浅
くなるので5%以下とした。
Mo:0.1〜2.0%
MOは本発明用材において最も基本的な元素の1つであ
る。MOは450℃以上の焼もどしによりMo2Cを形
成し二次硬化に寄与する元素であり軟窒化処理後の硬さ
をHRC35以上にするために少なくとも0.1%以上
の添加が必要である。
る。MOは450℃以上の焼もどしによりMo2Cを形
成し二次硬化に寄与する元素であり軟窒化処理後の硬さ
をHRC35以上にするために少なくとも0.1%以上
の添加が必要である。
しかし2%以上のMOの添加は経済性がないばかりでな
く熱間加工性も劣化し有害となるので2゜0%以下とし
た。
く熱間加工性も劣化し有害となるので2゜0%以下とし
た。
Ni:2.0%以下
Niは母材中に固溶して軟化抵抗性を増し、基本鋼・の
MOと同様の役割をはたす。Niは2.0%以上でその
効果の増加の割合が小さくなる。
MOと同様の役割をはたす。Niは2.0%以上でその
効果の増加の割合が小さくなる。
次に本発明用材の特徴を実施例により詳細に説明する。
実施例では第1表の供試材S5に示すように、C: 0
.43%、Si:1.53%、Mn:0.62%、Cr
:1.59%、Mo:0.52%、 N i :0.5
1%の成分組成を有し、Niを含有させて固溶体強化を
図り、表面に軟窒化処理による硬化層が形成されている
。
.43%、Si:1.53%、Mn:0.62%、Cr
:1.59%、Mo:0.52%、 N i :0.5
1%の成分組成を有し、Niを含有させて固溶体強化を
図り、表面に軟窒化処理による硬化層が形成されている
。
また、上記実施例の展開にあたり、本発明用材とC,S
i、Mn、Cr、Moを共通成分とする吸気バルブ用素
材の特性を基礎実験により把握した。この比較のために
実験された比較材は、第1表の比較材S1.S2.S3
.S4に示す成分を有している。更に従来から用いられ
ている吸気バルブ用素材は比較材AI、A2として第1
表に成分組成を示す。尚、供試材S6は上記共通成分に
AIl・0.21. T i : 0.15%添加した
参考用材であり、供試材S7は同共通成分にW : 0
.55%添加した参考用材、供試材S8は同共通成分に
Nb:0゜11%、 v : o、to%添加した参考
用材、供試材S9は同共通成分にS : 0.15%、
P b : 0.011%添加した参考用材、供試材
S10は同共通成分にAIL:2.0%添加した参考用
材、供試材Sllは同共通成分にT i : 0.16
%添加した参考用材である。
i、Mn、Cr、Moを共通成分とする吸気バルブ用素
材の特性を基礎実験により把握した。この比較のために
実験された比較材は、第1表の比較材S1.S2.S3
.S4に示す成分を有している。更に従来から用いられ
ている吸気バルブ用素材は比較材AI、A2として第1
表に成分組成を示す。尚、供試材S6は上記共通成分に
AIl・0.21. T i : 0.15%添加した
参考用材であり、供試材S7は同共通成分にW : 0
.55%添加した参考用材、供試材S8は同共通成分に
Nb:0゜11%、 v : o、to%添加した参考
用材、供試材S9は同共通成分にS : 0.15%、
P b : 0.011%添加した参考用材、供試材
S10は同共通成分にAIL:2.0%添加した参考用
材、供試材Sllは同共通成分にT i : 0.16
%添加した参考用材である。
以下の各実験例はこの第1表の素材を高周波誘導炉で溶
解し、各種特性値を調査したものである実験例1 (1)軟窒化処理による表面かたさく第2図)第1表の
供試材の中、32.S3.At、A2について鍛造加工
により直径20mmの棒材とした後焼入れ(1025℃
×1時間)し、さらにKCN、 NaCN、 KCNO
,NaCN0の混合溶液中で塩浴軟化処理(570℃×
90分油冷)を施した。
解し、各種特性値を調査したものである実験例1 (1)軟窒化処理による表面かたさく第2図)第1表の
供試材の中、32.S3.At、A2について鍛造加工
により直径20mmの棒材とした後焼入れ(1025℃
×1時間)し、さらにKCN、 NaCN、 KCNO
,NaCN0の混合溶液中で塩浴軟化処理(570℃×
90分油冷)を施した。
上記処理材について表面からのかたさ分布〔マイクロビ
ッカースかたさく荷重100g))を測定した結果を第
2図に示す。同図にみられるように、クロム含有量が高
い比較材(AI、A2)の表面かたさは高いが、硬化深
さが浅い、これに対して比較材(S2.S3)の表面か
たさはHv900以上を示しており、かつ硬化深さも比
較材(At、A2)にくらべて深いことを示している。
ッカースかたさく荷重100g))を測定した結果を第
2図に示す。同図にみられるように、クロム含有量が高
い比較材(AI、A2)の表面かたさは高いが、硬化深
さが浅い、これに対して比較材(S2.S3)の表面か
たさはHv900以上を示しており、かつ硬化深さも比
較材(At、A2)にくらべて深いことを示している。
ここで表面近傍のかたさはクロム含有量が多し)程高く
なるが1.5%以上ではその変化量が少なく、5%以上
では硬化深さが浅いことが判る。
なるが1.5%以上ではその変化量が少なく、5%以上
では硬化深さが浅いことが判る。
(2)軟窒化処理による硬化層深さく第3図)つぎに軟
窒化処理を施した第1表の供試材の表面かたさ分布測定
結果に基づいて、ビッカースかたさ1(v700が得ら
れる深さを求め、その結果を第3図に示した。
窒化処理を施した第1表の供試材の表面かたさ分布測定
結果に基づいて、ビッカースかたさ1(v700が得ら
れる深さを求め、その結果を第3図に示した。
この時の軟窒化処理条件は、NH3と吸熱反応型ガス(
RXガス)との混合ガス中で590℃で1時間保持して
行なった。
RXガス)との混合ガス中で590℃で1時間保持して
行なった。
第3図より本発明用材(供試材S5)は、比較材AI、
A2に比べていずれもビッカースかたさHv700が得
られる表面からの距離は深く、また、比較材S1.S2
.S3.S4に比べて、それに略匹敵する程度の硬化層
深さが得られることを示している。すなわち、本発明用
材は軟窒化処理における硬化性がきわめて優れているこ
とを確認した。
A2に比べていずれもビッカースかたさHv700が得
られる表面からの距離は深く、また、比較材S1.S2
.S3.S4に比べて、それに略匹敵する程度の硬化層
深さが得られることを示している。すなわち、本発明用
材は軟窒化処理における硬化性がきわめて優れているこ
とを確認した。
(3)軟窒化処理条件と硬化深さの関係(第4図)つぎ
に第1表の供試材のうちS6およびA1を用いて軟窒化
処理条件と硬化深さの関係を調べた。なお、ガス軟窒化
処理はNH3と吸熱反応型ガス(RXガス)との混合ガ
ス(1:1)中で行ない、硬化深さはビッカースかたさ
Hv700が得られる深さで整理した。その結果を第4
図に示した。
に第1表の供試材のうちS6およびA1を用いて軟窒化
処理条件と硬化深さの関係を調べた。なお、ガス軟窒化
処理はNH3と吸熱反応型ガス(RXガス)との混合ガ
ス(1:1)中で行ない、硬化深さはビッカースかたさ
Hv700が得られる深さで整理した。その結果を第4
図に示した。
同図にみられるように同−硬化深さを得るには処理温度
が高いほど処理時間が短かくなる傾向が認められる。S
6およびA1の軟窒化処理における等かたさ曲線を比較
すると、たとえば軟窒化処理温度580℃において、′
50μの硬化深さくHv700のビッカースかたさが得
られる深さ)が得られる処理時間はA1では100分以
上であるのにたいしてS6では20分程度である。すな
わち、本発明バルブ用材は従来のバルブ用材にくらべて
きわめて短時間に同−硬化層深さの表面硬化層が形成さ
れることを示している。
が高いほど処理時間が短かくなる傾向が認められる。S
6およびA1の軟窒化処理における等かたさ曲線を比較
すると、たとえば軟窒化処理温度580℃において、′
50μの硬化深さくHv700のビッカースかたさが得
られる深さ)が得られる処理時間はA1では100分以
上であるのにたいしてS6では20分程度である。すな
わち、本発明バルブ用材は従来のバルブ用材にくらべて
きわめて短時間に同−硬化層深さの表面硬化層が形成さ
れることを示している。
実験例2
第1表の供試材のうちS2およびA1を用いて高温摩耗
試験片、焼付き試験片および疲労試験片を採取し、焼入
および塩浴軟窒化処理(570℃×90分)を施し各種
試験に供した。なお高温摩耗性は大越式摩耗試験により
、また耐焼付き性はFalex式焼付き試験により、ま
た耐疲労性は小野式回転曲げ疲労試験により行った。そ
の結果を第5.6.7図に示した。
試験片、焼付き試験片および疲労試験片を採取し、焼入
および塩浴軟窒化処理(570℃×90分)を施し各種
試験に供した。なお高温摩耗性は大越式摩耗試験により
、また耐焼付き性はFalex式焼付き試験により、ま
た耐疲労性は小野式回転曲げ疲労試験により行った。そ
の結果を第5.6.7図に示した。
(1)高温摩耗特性(第5図)
(2)耐焼付き特性(第6図)
(3)耐疲労特性 (第7図)
図から判るように、S2はA1にくらべて高温摩耗特性
、耐焼付き性および耐疲労性ともにいずれも優れている
ことを示しており、S2に略匹敵する深い表面硬化層を
有する本発明用材S5の各特性は、上記S2と略同等の
性能を発揮することが推定される。すなわち、本発明バ
ルブ用材は従来の吸気バルブ用材にくらべて、吸気バル
ブ自体に要求される諸特性がいずれも優れていることを
確認した。
、耐焼付き性および耐疲労性ともにいずれも優れている
ことを示しており、S2に略匹敵する深い表面硬化層を
有する本発明用材S5の各特性は、上記S2と略同等の
性能を発揮することが推定される。すなわち、本発明バ
ルブ用材は従来の吸気バルブ用材にくらべて、吸気バル
ブ自体に要求される諸特性がいずれも優れていることを
確認した。
実験例3
(1)実機試験における耐摩耗特性(第2表)本発明用
材S5と第1表の供試材のうちA1を用いて、軟窒化処
理を施した吸気バルブを製造し、これを4サイクルエン
ジンに組込んで実機試験を行なった。試験条件および試
験結果を第2表に示す。
材S5と第1表の供試材のうちA1を用いて、軟窒化処
理を施した吸気バルブを製造し、これを4サイクルエン
ジンに組込んで実機試験を行なった。試験条件および試
験結果を第2表に示す。
同表にみられるごとく短時間の試験ではあるが、S5素
材を用いて製造した吸気バルブはA1素材を用いて製造
した吸気バルブにくらべて軸端部の摩耗が少なく、かつ
全長延び6少ないことを示している。
材を用いて製造した吸気バルブはA1素材を用いて製造
した吸気バルブにくらべて軸端部の摩耗が少なく、かつ
全長延び6少ないことを示している。
上記のごとく本発明の吸気バルブは従来から用いられて
いる吸気バルブにくらべて実用時における耐久性が優れ
ていることを確認した。
いる吸気バルブにくらべて実用時における耐久性が優れ
ていることを確認した。
第 2 表
〈発明の効果〉
以上の実施例にみられるごとく、発明用材は特に深い表
面硬化層を形成し、高耐摩耗性を発揮している。
面硬化層を形成し、高耐摩耗性を発揮している。
また、吸気バルブとして要求される高温摩耗性、耐焼付
き性、及び耐疲労性も、従来の吸気バルブ用材にくらべ
て優れているうえに被剛性も優れているため、吸気バル
ブ用材としてきわめて好適であることを確認した。さら
に上記素材からバルブ粗形を加工仕上げし、軟窒化処理
を施して製造した本発明吸気バルブは従来の吸気バルブ
にくらべて実用時における耐久性も優れていることを確
認した。以上のごとく本発明は吸気バルブ′用としては
新規な低合金鋼を用いて、熱処理歪が少ない軟窒化処理
を施して表面硬化層を形成させたものであり、製造性が
良好でしかも安価である等工業的価値は多大である。
き性、及び耐疲労性も、従来の吸気バルブ用材にくらべ
て優れているうえに被剛性も優れているため、吸気バル
ブ用材としてきわめて好適であることを確認した。さら
に上記素材からバルブ粗形を加工仕上げし、軟窒化処理
を施して製造した本発明吸気バルブは従来の吸気バルブ
にくらべて実用時における耐久性も優れていることを確
認した。以上のごとく本発明は吸気バルブ′用としては
新規な低合金鋼を用いて、熱処理歪が少ない軟窒化処理
を施して表面硬化層を形成させたものであり、製造性が
良好でしかも安価である等工業的価値は多大である。
第1図は内燃機関の弁機構を示す図、第2図は比較材に
おける軟窒化処理後の表面かたさ分布を示す図、第3図
は本発明用材と比較材、参考用材における軟窒化処理後
の硬化深さを示す図、第4図は比較材、参考用材におけ
る軟窒化処理後の等かたさ曲線を示す図、第5図は比較
材における軟窒化処理後の高温摩耗特性を示す図、第6
図は比較材における軟窒化処理後の焼付き性を示す図、
第7図は比較材における軟窒化処理後の疲労特性を示す
図である。 特 許 出 願 人 大同特殊鋼株式会社 富士バルブ株式会社 1−=4 1、−−二、−・ 第1図 第 2 に 一?、、面かSり距紐(□□) 第5図 1弐5史温度(°C) 処チヱ$区(°C) 丸捏曝・区(9C) 第 6 図 32 Al
おける軟窒化処理後の表面かたさ分布を示す図、第3図
は本発明用材と比較材、参考用材における軟窒化処理後
の硬化深さを示す図、第4図は比較材、参考用材におけ
る軟窒化処理後の等かたさ曲線を示す図、第5図は比較
材における軟窒化処理後の高温摩耗特性を示す図、第6
図は比較材における軟窒化処理後の焼付き性を示す図、
第7図は比較材における軟窒化処理後の疲労特性を示す
図である。 特 許 出 願 人 大同特殊鋼株式会社 富士バルブ株式会社 1−=4 1、−−二、−・ 第1図 第 2 に 一?、、面かSり距紐(□□) 第5図 1弐5史温度(°C) 処チヱ$区(°C) 丸捏曝・区(9C) 第 6 図 32 Al
Claims (1)
- (1)C:0.10〜0.60%、Si:0.10〜2
.0%、Mn:0.20〜2.0%、Cr:0.50〜
5.0%、Mo:0.10〜2.0%、Ni:1.5%
以下を含有し、残部が実質的にFeからなり、軟窒化処
理を施して表面硬化層を形成させた高耐摩耗性を有する
吸気バルブ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29729786A JPS62142815A (ja) | 1986-12-12 | 1986-12-12 | 吸気バルブ用鋼材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29729786A JPS62142815A (ja) | 1986-12-12 | 1986-12-12 | 吸気バルブ用鋼材 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5192679A Division JPS55145155A (en) | 1979-04-25 | 1979-04-25 | Suction valve |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62142815A true JPS62142815A (ja) | 1987-06-26 |
JPH0143019B2 JPH0143019B2 (ja) | 1989-09-18 |
Family
ID=17844686
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP29729786A Granted JPS62142815A (ja) | 1986-12-12 | 1986-12-12 | 吸気バルブ用鋼材 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62142815A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5758415A (en) * | 1995-05-08 | 1998-06-02 | Fuji Oozx Inc. | Method of manufacturing a tappet in an internal combustion engine |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5037629A (ja) * | 1973-08-06 | 1975-04-08 | ||
JPS5044933A (ja) * | 1973-08-27 | 1975-04-22 | ||
JPS516142A (en) * | 1974-07-05 | 1976-01-19 | Toyota Motor Co Ltd | Taimamokono seizoho |
-
1986
- 1986-12-12 JP JP29729786A patent/JPS62142815A/ja active Granted
Patent Citations (3)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5758415A (en) * | 1995-05-08 | 1998-06-02 | Fuji Oozx Inc. | Method of manufacturing a tappet in an internal combustion engine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0143019B2 (ja) | 1989-09-18 |
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