JPS62142815A - 吸気バルブ用鋼材 - Google Patents

吸気バルブ用鋼材

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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
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intake valve
resistance
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Tetsuo Kato
哲男 加藤
Norioki Uehara
上原 紀興
Kenkichi Matsunaga
松永 健吉
Hisao Kamiya
神谷 久夫
Yasushi Koyanagi
小柳 よし
Masaki Matsuno
雅樹 松野
Masanori Iizuka
飯塚 正典
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Daido Steel Co Ltd
Fuji Oozx Inc
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
Fuji Valve Co Ltd
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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。

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。
〈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。
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。
〈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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
(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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
【図面の簡単な説明】
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

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  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。
JP29729786A 1986-12-12 1986-12-12 吸気バルブ用鋼材 Granted JPS62142815A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

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JPS5037629A (ja) * 1973-08-06 1975-04-08
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JPS516142A (en) * 1974-07-05 1976-01-19 Toyota Motor Co Ltd Taimamokono seizoho

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