發(fā)動機氣門的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及形成了采用堆焊（盛金）的面的發(fā)動機氣門。
【背景技術(shù)】
[0002] 在天然氣等的干式的燃燒環(huán)境中，在發(fā)動機氣門的面的表面不易形成燃燒殘渣， 因此，在其與氣門座之間產(chǎn)生金屬接觸，在面上產(chǎn)生激烈的粘著磨損。關(guān)于這一點，雖然作 為面的表面固化合金將鈷基耐磨損性合金、即商標(biāo)名TribaloyT400用于磨損環(huán)境嚴(yán)酷的 天然氣等，但材料費昂貴，另外加工性差，因此，成為氣門制造上的難點。
[0003] 為了降低這種在干式的燃燒環(huán)境下具有耐久性的發(fā)動機氣門的成本，提出了各種 技術(shù)方案，特別是如專利文獻(xiàn)1中所示的技術(shù)方案，在特定組成的鐵基合金的堆焊上通過 氮化處理形成表面固化層，由此，以低成本謀求發(fā)動機氣門的耐久性提高。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開平7 102916號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明所要解決的課題
[0008] 但是，由于近年來對環(huán)境意識的提高，工業(yè)設(shè)備使用環(huán)境的嚴(yán)格度增加。隨之而來 的是要求表面固化合金的更加高性能化及、礦物資源的有效利用和與之相伴的稀有金屬的 使用抑制導(dǎo)致的便宜的合金。尤其是，在發(fā)動機氣門所使用的堆焊合金中，具備耐沖擊性和 耐磨損性、耐高溫腐蝕性，并且利用了豐富資源的便宜的合金的開發(fā)成為課題。
[0009] 本發(fā)明的目的在于，提供一種發(fā)動機氣門，其將規(guī)定的稀有金屬的組成比率抑制 為較小，且為了應(yīng)對使用環(huán)境的嚴(yán)酷化，可按規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)滿足耐磨損性、耐沖擊性、耐高溫腐 蝕性的全部。
[0010] 用于解決課題的技術(shù)方案
[0011] 權(quán)利要求1的發(fā)明的特征在于，在包括包含軸部和其一端的傘部的發(fā)動機氣門用 的氣門基體，在所述傘部設(shè)有堆焊焊接形成的圓周狀的焊縫隆起部（肉盛部），具備在該 焊縫隆起部形成有表面固化層的面的發(fā)動機氣門中，由Ni-Fe-Cr系合金形成所述焊縫隆 起部的堆焊材料，其含有元素的質(zhì)量成分為：W:8. 0~40. 0%、Mo和W的合計為20. 0~ 40. 0% 的范圍、Fe:20. 0 ~50. 0%、Cr:12. 0 ~36. 0%、B:1. 0 ~2. 5%，余部由Ni及不可 避免的雜質(zhì)構(gòu)成，且所述表面固化層是在形成于所述面的精加工面形成氮化層而成，該氮 化層通過氣門整體的氮化處理而形成。
[0012] 權(quán)利要求2的發(fā)明的特征在于，在權(quán)利要求1的發(fā)明的構(gòu)成中，在所述堆焊材料的 含有元素的余部的范圍混入的元素的質(zhì)量成分為：以合計計選自Co、Mn、Cu、Si的元素為 15. 0%以下、Co為15. 0%以下、Mn和Cu分別為5. 0%以下、Si為2. 0%以下、C為0. 5%以 下。
[0013] 權(quán)利要求3的發(fā)明的特征在于，在包括包含軸部和其一端的傘部的發(fā)動機氣門用 的氣門基體，在所述傘部設(shè)有堆焊焊接形成的圓周狀的焊縫隆起部，具備在該焊縫隆起部 形成有表面固化層的面而成的發(fā)動機氣門中，由Co基耐磨損合金形成所述焊縫隆起部的 堆焊材料，且所述表面固化層是在形成于所述面的精加工面通過氣門整體的氮化處理而形 成伴隨分散氮化層的氧化被膜而成。
[0014] 發(fā)明效果
[0015] 通過權(quán)利要求1的發(fā)明，在滿足規(guī)定的4個特性條件的堆焊形成的面的精加工面 上，作為表面固化層通過氣門整體的氮化處理形成氮化層，因此，發(fā)動機氣門能夠抑制取得 困難的規(guī)定的稀有金屬的組成比率，且不增加特別的處理工序地確保所需要的耐久性。
[0016] 權(quán)利要求2的發(fā)明是在權(quán)利要求1的發(fā)明的效果的基礎(chǔ)上，通過將不會給物性帶 來不利影響的添加元素抑制在規(guī)定的上限內(nèi)，能夠抑制本發(fā)明合金的耐沖擊性及耐磨損性 的降低。
[0017] 通過權(quán)利要求3的發(fā)明，使用普通的鈷基堆焊材料，在面的精加工面作為表面固 化層通過氣門整體的氮化處理形成伴隨分散氮化層的氧化皮膜，因此，能夠不增加特別的 處理工序地確保所要求的耐久性。
【附圖說明】
[0018] 圖1是發(fā)動機氣門的面周圍的剖視圖；
[0019] 圖2是發(fā)動機氣門制造的新舊工序比較圖（a) (b);
[0020] 圖3是鐵基堆焊的氮化層的有無導(dǎo)致的面磨損量比較曲線；
[0021] 圖4是鈷基堆焊的氮化的有無導(dǎo)致的面磨損量比較曲線；
[0022] 圖5是堆焊材料的高溫硬度比較曲線；
[0023] 圖6是發(fā)動機氣門的示意圖；
[0024] 圖7是閥磨損試驗方法的概略圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面，基于上述技術(shù)思想對具體地構(gòu)成的實施方式參照附圖進(jìn)行說明。
[0026] (構(gòu)成）
[0027] 本發(fā)明的發(fā)動機氣門的面周圍的剖視圖如圖1所示，對于第1例（a)的采用鐵基 合金的堆焊11，使用后述的規(guī)定的成分比的鐵基耐磨損合金，在面F的精加工后進(jìn)行氣門 整體的氮化處理，由此對于堆焊11形成氮化層形成的表面固化層12,同時在其他的氣門表 面形成氮化層12a。另外，對于第2例（b)的采用鈷基合金的堆焊13,使用普通的鈷基耐磨 損合金，在界面F的精加工后進(jìn)行氣門整體的氮化處理，由此形成伴隨分散氮化層的氧化 被膜形成的表面固化層14,同時在其他的氣門表面形成氮化層14a。
[0028] 所述發(fā)動機氣門通過由氮化處理而與該氮化層12a、14a同時形成的堆焊11、13的 面F的表面固化層12、14,能夠防止其與氣門座之間的金屬接觸，與氣門的軸部一起確保面 耐磨損性。
[0029](制造工序）
[0030] 所述發(fā)動機氣門制造工序的新舊工序比較圖如圖2所示，在面精加工后進(jìn)行氣門 整體的氮化處理（a)。這是將現(xiàn)有工序（b)中的防止進(jìn)行滑動的軸部的磨損的氮化處理和 面精加工進(jìn)行了調(diào)換，通過工序變更而能夠不增加處理成本地實施。
[0031] 氣門材料可以是馬氏體系、奧氏體系耐熱鋼、Ni基超合金，在通過鍛造而成型的排 氣氣門的界面上焊接鐵基堆焊或鈷基堆焊，進(jìn)行至粗加工、精加工，完成氣門界面。
[0032] 接著，對氣門整體進(jìn)行氮化處理。例如，通過鹽浴軟氮化處理，S卩，通過采用含有氰 酸鈉或氰酸鉀的混合鹽的鹽浴，在鐵基合金的堆焊表面形成金屬間化合物的氮化層，另外， 在鈷基合金的堆焊表面形成伴隨分散氮化層的氧化被膜。此外，氣體軟氮化、等離子氮化等 的例子也適合。
[0033](耐磨損性）
[0034] 堆焊為規(guī)定的鐵基合金的情況，對于面磨損量，采用臺架試驗（y夕亍只卜）的氮 化層有無的比較曲線如圖3所示，對于270°C~460°C的各溫度劃分，確認(rèn)了基于氮化處理 形成的氮化層的耐磨損性。因此，對于鐵基堆焊，由于確保了加工性，且將稀有金屬含量抑 制為較小，也沒有增加工序，因此不會招致成本增加，能夠確保氮化層帶來的耐磨損性。此 外，所述臺架試驗的試驗條件如下，將" ~ "作為指數(shù)標(biāo)記。
[0035] (1)凸輪（力A)轉(zhuǎn)速：3000rpm、（2)氣門旋轉(zhuǎn)：20rpm、（3)接觸數(shù)：1.6X10~6、 (4)試驗條數(shù)：各溫度評價2條
[0036] 對于堆焊為鈷基合金的情況，對于面磨損量進(jìn)行采用實機的規(guī)定時間的測試，氮 化有無的比較曲線如圖4所示，通過伴隨分散氮化層的氧化被膜的防止金屬接觸的作用， 確認(rèn)了氮化處理的優(yōu)越性。另外，通過截面的反射電子像確認(rèn)了分散氮化層與面的表面的 鐵的分布相對應(yīng)。
[0037](高溫硬度）
[0038] 對于堆焊材料的氮化處理帶來的高溫硬度，比較曲線如圖5所示，在運轉(zhuǎn)中的面 溫度在氮化層擴散溫度（600°C附近）的溫度域，對于堆焊的氮化處理效果而言，以SUH35等 耐熱鋼（圓形表示）為基準(zhǔn)，鐵基堆焊1A、1B(正方形表示）及鈷基合金3A、3B(菱形表示） 均可確保充分的高溫硬度，因此在溫度高的范圍，可以預(yù)見比沒有堆焊的氮化處理更優(yōu)異 的耐磨損性。
[0039] 鐵基堆焊1A、鐵基堆焊1B、鉆基合金3A、鉆基合金3B、耐熱鋼的成分比如表1所 不〇
[0040] [表1]
[0041]
[0042](鐵基堆焊）
[0043] 下面，對本發(fā)明的發(fā)動機氣門所應(yīng)用的鐵基堆焊材料詳細(xì)地進(jìn)行說明。
[0044] 通過設(shè)定用于具備耐沖擊性和耐磨損性、耐高溫腐蝕性、進(jìn)而將稀有金屬的含量 抑制為較低的表面固化用合金的開發(fā)的4個條件，作為可確保面耐久性所需要的特性值的 Ni-Fe-Cr系合金，開發(fā)基于下述組成比的鐵基合金（以下，稱為"本發(fā)明合金"）。
[0045] 作為條件的目標(biāo)值如下。以下，將平方cm表記為"cm2"。
[0046] (1)夏氏沖擊值一4J/cm2以上、（2)洛氏硬度（C標(biāo)尺）一42以上、（3)磨損減量 -150ym以下、⑷Fe含量一20質(zhì)量％以上
[0047] 另外，在此定義的稀有金屬設(shè)為除了鐵、鋁、銅、鋅、錫、金、銀、水銀、鉛、硅、碳的金 屬，本發(fā)明中符合的金屬元素為Ni、Cr、B、Mo、W、Mn、Co。
[0048] 本發(fā)明的Ni-Fe-Cr系合金的特征為，含有Mo:0~20. 0質(zhì)量％、W:8. 0~40. 0質(zhì) 量％，Mo和W的合計量為20. 0~40. 0質(zhì)量％，且含有Fe:20. 0~50. 0質(zhì)量％、Cr: 12. 0~ 36. 0質(zhì)量％、B:1. 0~2. 5質(zhì)量％，余部由Ni及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。在此，所謂不可避免 的雜質(zhì)為非有意識地添加，但在各原料的制造工序等中不可避免地混入的雜質(zhì)，作為這種 雜質(zhì)，可舉出Mg、S、0、N、V、Zr、Sn等。而且，它們的總和通常為0. 3質(zhì)量％以下，不會給本 發(fā)明的作用帶來影響。
[0049] 另外，本發(fā)明合金的特征為，在上述記載的Ni-Fe-Cr系合金中，以合計計含有選 自Co、Mn、Cu、Si、C的元素15. 0質(zhì)量％以下，且Co為15. 0質(zhì)量％以下、Mn、Cu分別為5. 0 質(zhì)量％以下、Si為2.0質(zhì)量％以下、C為0.5質(zhì)量％以下。
[0050](組成比的限定）
[0051] 所述各成分范圍基于實施例中的試驗成績?nèi)缫韵聛硐薅ā?br>[0052]W及Mo固溶于作為基質(zhì)（基體）的Ni或Fe固溶體中，賦予耐磨損性?耐沖擊性， 同時，其一部分與B形成金屬間化合物，還有助于耐磨損性的提高，但W和Mo的合計量不足 20. 0質(zhì)量％時，金屬間化合物的結(jié)晶不充分，若超過40. 0質(zhì)量％，則形成較多的金屬間化 合物，韌性（耐沖擊性）大幅降低。因此，Mo和W的合計量規(guī)定在20. 0~40. 0質(zhì)量％的 范圍。此外，若W的含量不足8. 0質(zhì)量％，則金屬間化合物的結(jié)晶變得不充分，因此W的含 量優(yōu)選8. 0~40. 0質(zhì)量％的范圍，與W相比Mo向基質(zhì)的固溶極限量小，因此將Mo的含量 的上限規(guī)定為20. 0質(zhì)量％。此外，Mo為任意成分，因此，Mo的含量也可以為0質(zhì)量％。
[0053]Fe為資源豐富且便宜的元素，有助于產(chǎn)品的低價格化。因此，優(yōu)選Fe的含量盡可 能多，將其下限設(shè)定為20. 0質(zhì)量％。另一方面，F(xiàn)e固溶于Ni固溶體，但若超過50. 0質(zhì)量％， 沖擊值、硬度、耐高溫腐蝕性就會降低，因此Fe的含量規(guī)定在20. 0~50. 0質(zhì)量％的范圍。
[0054]Cr固溶于Ni或Fe固溶體，賦