发动机气门制造技术

本发明专利技术提供一种发动机气门，其对于面堆焊材料仰制规定的稀有金属的成分比，且为了应对使用环境的严酷化，对于耐磨损性、耐冲击性、耐高温腐蚀性的全部均可满足规定的特性。发动机气门是在气门基体的伞部设有堆焊焊接形成的圆周状的焊缝隆起部，具备在该焊缝隆起部形成有表面固化层的面而构成，由Ni-Fe-Cr系合金形成上述焊缝隆起部的堆焊材料，其含有元素的质量成分为：W：8.0～40.0％、Mo和W的合计为20.0～40.0％的范围、Fe：20.0～50.0％、Cr：12.0～36.0％、B：1.0～2.5％，余部由Ni及不可避免的杂质构成，且上述表面固化层是在形成于上述面的精加工面形成氮化层而成，该氮化层通过气门整体的氮化处理而形成，由此，可以抑制稀有金属的组成成分比，且确保规定的特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】发动机气门
本专利技术涉及形成了采用堆焊(盛金)的面的发动机气门。
技术介绍
在天然气等的干式的燃烧环境中，在发动机气门的面的表面不易形成燃烧残渣，因此，在其与气门座之间产生金属接触，在面上产生激烈的粘着磨损。关于这一点，虽然作为面的表面固化合金将钴基耐磨损性合金、即商标名TribaloyT400用于磨损环境严酷的天然气等，但材料费昂贵，另外加工性差，因此，成为气门制造上的难点。为了降低这种在干式的燃烧环境下具有耐久性的发动机气门的成本，提出了各种技术方案，特别是如专利文献1中所示的技术方案，在特定组成的铁基合金的堆焊上通过氮化处理形成表面固化层，由此，以低成本谋求发动机气门的耐久性提高。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平7102916号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题但是，由于近年来对环境意识的提高，工业设备使用环境的严格度增加。随之而来的是要求表面固化合金的更加高性能化及、矿物资源的有效利用和与之相伴的稀有金属的使用抑制导致的便宜的合金。尤其是，在发动机气门所使用的堆焊合金中，具备耐冲击性和耐磨损性、耐高温腐蚀性，并且利用了丰富资源的便宜的合金的开发成为课题。本专利技术的目的在于，提供一种发动机气门，其将规定的稀有金属的组成比率抑制为较小，且为了应对使用环境的严酷化，可按规定标准满足耐磨损性、耐冲击性、耐高温腐蚀性的全部。用于解决课题的技术方案权利要求1的专利技术的特征在于，在包括包含轴部和其一端的伞部的发动机气门用的气门基体，在所述伞部设有堆焊焊接形成的圆周状的焊缝隆起部(肉盛部)，具备在该焊缝隆起部形成有表面固化层的面的发动机气门中，由Ni-Fe-Cr系合金形成所述焊缝隆起部的堆焊材料，其含有元素的质量成分为：W：8.0～40.0％、Mo和W的合计为20.0～40.0％的范围、Fe：20.0～50.0％、Cr：12.0～36.0％、B：1.0～2.5％，余部由Ni及不可避免的杂质构成，且所述表面固化层是在形成于所述面的精加工面形成氮化层而成，该氮化层通过气门整体的氮化处理而形成。权利要求2的专利技术的特征在于，在权利要求1的专利技术的构成中，在所述堆焊材料的含有元素的余部的范围混入的元素的质量成分为：以合计计选自Co、Mn、Cu、Si的元素为15.0％以下、Co为15.0％以下、Mn和Cu分别为5.0％以下、Si为2.0％以下、C为0.5％以下。专利技术效果通过权利要求1的专利技术，在满足规定的4个特性条件的堆焊形成的面的精加工面上，作为表面固化层通过气门整体的氮化处理形成氮化层，因此，发动机气门能够抑制取得困难的规定的稀有金属的组成比率，且不增加特别的处理工序地确保所需要的耐久性。权利要求2的专利技术是在权利要求1的专利技术的效果的基础上，通过将不会给物性带来不利影响的添加元素抑制在规定的上限内，能够抑制本专利技术合金的耐冲击性及耐磨损性的降低。附图说明图1是发动机气门的面周围的剖视图；图2是发动机气门制造的新旧工序比较图(a)(b)；图3是铁基堆焊的氮化层的有无导致的面磨损量比较曲线；图4是钴基堆焊的氮化的有无导致的面磨损量比较曲线；图5是堆焊材料的高温硬度比较曲线；图6是发动机气门的示意图；图7是阀磨损试验方法的概略图。具体实施方式下面，基于上述技术思想对具体地构成的实施方式参照附图进行说明。(构成)本专利技术的发动机气门的面周围的剖视图如图1所示，对于第1例(a)的采用铁基合金的堆焊11，使用后述的规定的成分比的铁基耐磨损合金，在面F的精加工后进行气门整体的氮化处理，由此对于堆焊11形成氮化层形成的表面固化层12，同时在其他的气门表面形成氮化层12a。另外，对于第2例(b)的采用钴基合金的堆焊13，使用普通的钴基耐磨损合金，在界面F的精加工后进行气门整体的氮化处理，由此形成伴随分散氮化层的氧化被膜形成的表面固化层14，同时在其他的气门表面形成氮化层14a。所述发动机气门通过由氮化处理而与该氮化层12a、14a同时形成的堆焊11、13的面F的表面固化层12、14，能够防止其与气门座之间的金属接触，与气门的轴部一起确保面耐磨损性。(制造工序)所述发动机气门制造工序的新旧工序比较图如图2所示，在面精加工后进行气门整体的氮化处理(a)。这是将现有工序(b)中的防止进行滑动的轴部的磨损的氮化处理和面精加工进行了调换，通过工序变更而能够不增加处理成本地实施。气门材料可以是马氏体系、奥氏体系耐热钢、Ni基超合金，在通过锻造而成型的排气气门的界面上焊接铁基堆焊或钴基堆焊，进行至粗加工、精加工，完成气门界面。接着，对气门整体进行氮化处理。例如，通过盐浴软氮化处理，即，通过采用含有氰酸钠或氰酸钾的混合盐的盐浴，在铁基合金的堆焊表面形成金属间化合物的氮化层，另外，在钴基合金的堆焊表面形成伴随分散氮化层的氧化被膜。此外，气体软氮化、等离子氮化等的例子也适合。(耐磨损性)堆焊为规定的铁基合金的情况，对于面磨损量，采用台架试验(リグテスト)的氮化层有无的比较曲线如图3所示，对于270℃～460℃的各温度划分，确认了基于氮化处理形成的氮化层的耐磨损性。因此，对于铁基堆焊，由于确保了加工性，且将稀有金属含量抑制为较小，也没有增加工序，因此不会招致成本增加，能够确保氮化层带来的耐磨损性。此外，所述台架试验的试验条件如下，将“^”作为指数标记。(1)凸轮(カム)转速：3000rpm、(2)气门旋转：20rpm、(3)接触数：1.6×10^6、(4)试验条数：各温度评价2条对于堆焊为钴基合金的情况，对于面磨损量进行采用实机的规定时间的测试，氮化有无的比较曲线如图4所示，通过伴随分散氮化层的氧化被膜的防止金属接触的作用，确认了氮化处理的优越性。另外，通过截面的反射电子像确认了分散氮化层与面的表面的铁的分布相对应。(高温硬度)对于堆焊材料的氮化处理带来的高温硬度，比较曲线如图5所示，在运转中的面温度在氮化层扩散温度(600℃附近)的温度域，对于堆焊的氮化处理效果而言，以SUH35等耐热钢(圆形表示)为基准，铁基堆焊1A、1B(正方形表示)及钴基合金3A、3B(菱形表示)均可确保充分的高温硬度，因此在温度高的范围，可以预见比没有堆焊的氮化处理更优异的耐磨损性。铁基堆焊1A、铁基堆焊1B、钴基合金3A、钴基合金3B、耐热钢的成分比如表1所示。[表1](铁基堆焊)下面，对本专利技术的发动机气门所应用的铁基堆焊材料详细地进行说明。通过设定用于具备耐冲击性和耐磨损性、耐高温腐蚀性、进而将稀有金属的含量抑制为较低的表面固化用合金的开发的4个条件，作为可确保面耐久性所需要的特性值的Ni-Fe-Cr系合金，开发基于下述组成比的铁基合金(以下，称为“本专利技术合金”)。作为条件的目标值如下。以下，将平方cm表记为“cm2”。(1)夏氏冲击值→4J/cm2以上、(2)洛氏硬度(C标尺)→42以上、(3)磨损减量→150μm以下、(4)Fe含量→20质量％以上另外，在此定义的稀有金属设为除了铁、铝、铜、锌、锡、金、银、水银、铅、硅、碳的金属，本专利技术中符合的金属元素为Ni、Cr、B、Mo、W、Mn、Co。本专利技术的Ni-Fe-Cr系合金的特征为，含有Mo：0～20.0质量％、W：8.0～40.0质量％，Mo和W的合计量为20.0～40.0质量％，且含有Fe：20.0～50.0质量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发动机气门，其特征在于，其包括包含轴部和其一端的伞部的发动机气门用的气门基体，在所述伞部设有堆焊焊接形成的圆周状的焊缝隆起部，具备在该焊缝隆起部形成有表面固化层的面而成，其中由Ni‑Fe‑Cr系合金形成所述焊缝隆起部的堆焊材料，其含有元素的质量成分为：W：8.0～40.0％、Mo和W的合计为20.0～40.0％的范围、Fe：20.0～50.0％、Cr：12.0～36.0％、B：1.0～2.5％，余部由Ni及不可避免的杂质构成，且所述表面固化层是在形成于所述面的精加工面形成氮化层而成，该氮化层通过气门整体的氮化处理而形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种发动机气门，其特征在于，其包括包含轴部和其一端的伞部的发动机气门用的气门基体，在所述伞部设有堆焊焊接形成的圆周状的焊缝隆起部，具备在该焊缝隆起部形成有表面固化层的面，其中由Ni-Fe-Cr系合金形成所述焊缝隆起部的堆焊材料，其含有元素的质量成分为：含有基底Ni，以及W：8.0～40.0％、Mo和W的合计为20.0～40.0％的范围、Fe：20.0～50.0％、Cr：12.0～3...

【专利技术属性】
技术研发人员：横山尚永，饭尾将波，
申请(专利权)人：日锻汽门株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP