(57)【要約】  フェース盛金材について所定のレアメタルの成分比を抑えつつ、使用環境の過酷化に対応するべく、耐摩耗性、耐衝撃性、耐高温腐食性の全てについて所定の特性を満たしうるエンジンバルブを提供する。エンジンバルブは、バルブ基体の傘部に盛金溶接による周回状の肉盛部を設け、この肉盛部に表面硬化層を形成したフェースを備えて構成され、上記肉盛部の盛金材をNi-Fe-Cr 系合金により形成し、その含有元素の質量成分が、W を8.0〜40.0％、Mo をW との合計が20.0〜40.0％の範囲、Fe を20.0〜50.0％、Cr を12.0〜36.0％、B を1.0〜2.5％、残部がNiおよび不可避不純物からなり、かつ、上記表面硬化層は、上記フェースに形成した仕上加工面にバルブ全体の窒化処理による窒化層を形成し、それにより、レアメタルの組成成分比を抑えつつ、所定の特性確保を可能とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部とその一端の傘部とからなるエンジンバルブ用のバルブ基体からなり、上記傘部に盛金溶接による周回状の肉盛部を設け、この肉盛部に表面硬化層を形成したフェースを備えてなるエンジンバルブにおいて、上記肉盛部の盛金材をNi-Fe-Cr系合金により形成し、その含有元素の質量成分が、Wを8.0〜40.0％、MoをWとの合計が20.0〜40.0％の範囲、Feを20.0〜50.0％、Crを12.0〜36.0％、Bを1.0〜2.5％、残部がNiおよび不可避不純物からなり、かつ、上記表面硬化層は、上記フェースに形成した仕上加工面にバルブ全体の窒化処理による窒化層を形成してなることを特徴とするエンジンバルブ。
【請求項２】
前記盛金材の含有元素の残部の範囲に混入する元素の質量成分が、Co、Mn、Cu、Siから選択される元素を合計で15.0％以下、Coが15.0％以下、MnとCuがそれぞれ5.0％以下、Siが2.0％以下、Cが0.5％以下であることを特徴とする請求項１記載のエンジンバルブ。
【請求項３】
軸部とその一端の傘部とからなるエンジンバルブ用のバルブ基体からなり、上記傘部に盛金溶接による周回状の肉盛部を設け、この肉盛部に表面硬化層を形成したフェースを備えてなるエンジンバルブにおいて、上記肉盛部の盛金材をCo基の耐摩耗合金により形成し、かつ、上記表面硬化層は、上記フェースに形成した仕上加工面にバルブ全体の窒化処理により散在窒化層を伴う酸化被膜を形成してなることを特徴とするエンジンバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、盛金によるフェースを形成したエンジンバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】  天然ガス等のドライな燃焼環境では、エンジンバルブのフェース表面に燃焼残渣が形成されにくいため、バルブシートとの間でメタルタッチを生じてフェースに激しい凝着摩耗を生じる。この点に関し、フェースの表面硬化合金としてコバルト基の耐摩耗性合金である商標名トリバロイＴ４００が摩耗環境の厳しい天然ガス等に用いられるものの、材料費が高価であり、また、加工性が悪いため、バルブ製造上の難点となっていた。【０００３】  このようなドライな燃焼環境で耐久性を有するエンジンバルブの低コスト化のために種々の提案がなされ、特に特許文献１に示される提案のように、特定組成の鉄基合金の盛金に窒化処理によって表面硬化層を形成することにより、低コストでエンジンバルブの耐久性向上が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７―１０２９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  しかしながら、近年の環境に対する意識の向上により、産業機器の使用環境は厳しさを増してきている。それに伴って表面硬化合金のさらなる高性能化および、鉱物資源の有効利用とそれに伴うレアメタルの使用抑制による安価な合金が要求される。特に、エンジンバルブに使用される盛金合金では、耐衝撃性と耐摩耗性、耐高温腐食性を備え、さらには豊富な資源を利用した安価な合金の開発が課題となっている。【０００６】  本発明は、所定のレアメタルの組成比率を小さく抑えつつ、使用環境の過酷化に対応するべく、耐摩耗性、耐衝撃性、耐高温腐食性の全てを所定レベルで満たしうるエンジンバルブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  請求項１に係る発明は、軸部とその一端の傘部とからなるエンジンバルブ用のバルブ基体からなり、上記傘部に盛金溶接による周回状の肉盛部を設け、この肉盛部に表面硬化層を形成したフェースを備えてなるエンジンバルブにおいて、上記肉盛部の盛金材をNi-Fe-Cr系合金により形成し、その含有元素の質量成分が、Wを8.0〜40.0％、MoをWとの合計が20.0〜40.0％の範囲、Feを20.0〜50.0％、Crを12.0〜36.0％、Bを1.0〜2.5％、残部がNiおよび不可避不純物からなり、かつ、上記表面硬化層は、上記フェースに形成した仕上加工面にバルブ全体の窒化処理による窒化層を形成してなることを特徴とする。【０００８】  請求項２に係る発明は、請求項１の発明の構成において、前記盛金材の含有元素の残部の範囲に混入する元素の質量成分が、Co、Mn、Cu、Siから選択される元素を合計で15.0％以下、Coが15.0％以下、MnとCuがそれぞれ5.0％以下、Siが2.0％以下、Cが0.5％以下であることを特徴とする。【０００９】  請求項３に係る発明は、軸部とその一端の傘部とからなるエンジンバルブ用のバルブ基体からなり、上記傘部に盛金溶接による周回状の肉盛部を設け、この肉盛部に表面硬化層を形成したフェースを備えてなるエンジンバルブにおいて、上記肉盛部の盛金材をCo基の耐摩耗合金により形成し、かつ、上記表面硬化層は、フェースに形成した仕上加工面にバルブ全体の窒化処理により散在窒化層を伴う酸化被膜を形成してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】  請求項１に係る発明により、所定の４特性条件を満たす盛金によるフェースの仕上加工面に表面硬化層としてバルブ全体の窒化処理による窒化層を形成したことから、エンジンバルブは、入手困難な所定のレアメタルの組成比率を抑えつつ、特段の処理工程の増加なしに所要の耐久性を確保することができる。【００１１】  請求項２に係る発明は、請求項１の発明の効果に加え、物性に悪影響を及ぼさない添加元素を所定の上限内に抑えることにより、本発明合金の耐衝撃性および耐摩耗性の低下を抑えることができる。【００１２】  請求項３に係る発明により、一般的なコバルト基の盛金材を用いてフェースの仕上加工面に表面硬化層としてバルブ全体の窒化処理により散在窒化層を伴う酸化皮膜を形成したことから、特段の処理工程の増加なしに所要の耐久性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】エンジンバルブのフェース周りの断面図
【図２】エンジンバルブ製造の新旧工程比較図（ａ）（ｂ）
【図３】鉄基盛金の窒化層の有無によるフェース摩耗量比較グラフ
【図４】コバルト基盛金の窒化有無によるフェース摩耗量比較グラフ
【図５】盛金材の高温硬さ比較グラフ
【図６】エンジンバルブの模式図
【図７】弁摩耗試験方法の概略図
【発明を実施するための形態】
【００１４】  上記技術思想に基づいて具体的に構成された実施の形態について以下に図面を参照しつつ説明する。（構成）  本発明のエンジンバルブは、フェース周りの断面図を図１に示すように、第１例（ａ）の鉄基合金による盛金１１について、後述の所定の成分比の鉄基の耐摩耗合金を用い、フェース面Ｆの仕上加工後にバルブ全体の窒化処理を行うことにより、盛金１１について窒化層による表面硬化層１２を形成するとともに、その他のバルブ表面に窒化層１２ａを形成する。また、第２例（ｂ）のコバルト基合金による盛金１３について、一般的なコバルト基の耐摩耗合金を用い、フェース面Ｆの仕上加工後にバルブ全体の窒化処理を行うことにより、散在窒化層を伴う酸化被膜による表面硬化層１４を形成するとともに、その他のバルブ表面に窒化層１４ａを形成する。
【００１５】  上記エンジンバルブは、窒化処理によりその窒化層１２ａ，１４ａとともに形成される盛金１１，１３のフェースＦの表面硬化層１２，１４により、バルブシートとの間のメタルタッチを防止してバルブの軸部とともにフェースの耐摩耗性を確保することができる。
【００１６】（製造工程）  上記エンジンバルブの製造工程は、新旧工程比較図を図２に示すように、フェース仕上加工の後にバルブ全体の窒化処理を行う（ａ）。これは、従来工程（ｂ）における摺動する軸部の摩耗防止の窒化処理とフェース仕上加工とを入替えたものであり、工程変更により処理コストの増加なしに実施することができる。
【００１７】  バルブ材はマルテンサイト系、オーステナイト系耐熱鋼、Ni基超合金でもよく、鍛造により成形された排気バルブのフェース面に鉄基盛金またはコバルト基盛金を溶接し、粗加工、仕上げまでを行ってバルブフェース面を仕上げる。
【００１８】  次いで、バルブ全体を窒化処理する。例えば、塩浴軟窒化処理、すなわち、シアン酸ソーダ又はシアン酸カリを含む混合塩による塩浴とすることにより、鉄基合金の盛金の表面に金属間化合物の窒化層が形成され、また、コバルト基合金の盛金の表面に散在窒化層を伴う酸化被膜が形成される。その他、ガス軟窒化、プラズマ窒化等の例が該当する。
【００１９】（耐摩耗性）  盛金が所定の鉄基合金の場合は、フェース摩耗量についてリグテストによる窒化層有無の比較グラフを図３に示すように、２７０℃〜４６０℃の各温度区分について窒化処理による窒化層に基づく耐摩耗性が確認された。したがって、鉄基盛金については、加工性を確保しつつ、レアメタル含有量が小さく抑えられ、工程増加もないことから、コスト増を招くことなく、窒化層による耐摩耗性を確保することができる。なお、上記リグテストにおける試験条件は、「^」を指数表記として、次のとおりである。（１）カム回転数：3000rpm、（２）バルブローテーション：20rpm、（３）コンタクト数：1.6×10^6、（４）試験本数：各温度２本評価  
【００２０】  盛金がコバルト基合金の場合については、フェース摩耗量について実機による所定時間のテストを行い、窒化有無の比較グラフを図４に示すように、散在窒化層を伴う酸化被膜によるメタルタッチ防止作用により、窒化処理の優位性が確認された。なお、散在窒化層は、断面の反射電子像によりフェース表面の鉄の分布と対応することが確認された。
【００２１】（高温硬さ）  盛金材の窒化処理による高温硬さについて、比較グラフを図５に示すように、運転中のフェース温度が窒化層拡散温度（６００℃付近）の温度域において、盛金の窒化処理効果は、ＳＵＨ３５等の耐熱鋼（円形表示）を基準として、鉄基盛金１Ａ，１Ｂ（正方形表示）およびコバルト基合金３Ａ，３Ｂ（菱形表示）のいずれも十分な高温硬さが確保できることから、温度が高い範囲では、盛金なしの窒化処理より優れた耐摩耗性が見込まれる。  鉄基盛金１Ａ、鉄基盛金１Ｂ、コバルト基合金３Ａ、コバルト基合金３Ｂ、耐熱鋼の成分比は、表１に示すとおりである。【表１】
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【００２２】（鉄基盛金）  以下において、本発明のエンジンバルブに適用する鉄基盛金材について詳細に説明する。  耐衝撃性と耐摩耗性、耐高温腐食性を備え、さらにレアメタルの含有量を低く抑えた表面硬化用合金の開発のための４条件を設定することにより、フェース耐久性に必要な特性値を確保しうるＮｉ−Ｆｅ−Ｃｒ系合金として下記組成比による鉄基合金（以下、「本発明合金」という）を開発する。
【００２３】  条件としての目標値は次のとおりである。以下において、平方ｃｍを「ｃｍ２」と表記する。（１）シャルピー衝撃値→４Ｊ／ｃｍ２以上、（２）ロックウェル硬さ（Ｃスケール）→４２以上、（３）摩耗減量→１５０μｍ以下、（４）Ｆｅ含有量→２０質量％以上    また、ここで定義するレアメタルは、鉄、アルミニウム、銅、亜鉛、スズ、金、銀、水銀、鉛、ケイ素、炭素を除く金属とし、本発明に該当する金属元素は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｃｏである。
【００２４】  本発明のＮｉ−Ｆｅ−Ｃｒ系合金は、Ｍｏを０〜２０．０質量％、Ｗを８．０〜４０．０質量％含有し、ＭｏとＷの合計量が２０．０〜４０．０質量％であること、Ｆｅを２０．０〜５０．０質量％、Ｃｒを１２．０〜３６．０質量％、Ｂを１．０〜２．５質量％含有し、残部がＮｉ及び不可避不純物からなることを特徴とする。ここで、不可避不純物とは、意図的に添加していないが、各原料の製造工程等で不可避的に混入する不純物のことであり、このような不純物としては、Ｍｇ、Ｓ、０、Ｎ、Ｖ、Ｚｒ、Ｓｎなどが挙げられる。そして、これらの総和は通常０．３質量％以下であり、本発明の作用に影響を及ぼすものではない。
【００２５】  さらに、本発明合金は、上記記載のＮｉ−Ｆｅ−Ｃｒ系合金において、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｃから選択される元素を合計で１５．０質量％以下含有し、かつ、Ｃｏが１５．０質量％以下、Ｍｎ、Ｃｕがそれぞれ５．０質量％以下、Ｓｉが２．０質量％以下、Ｃが０．５質量％以下であることを特徴とするものでもある。
【００２６】（組成比の限定）  上記各成分範囲は、実施例における試験成績に基づき、以下のようにして限定される。  ＷおよびＭｏは、基質（マトリックス）となるＮｉあるいはＦｅ固溶体に固溶して、耐摩耗性・耐衝撃性を付与すると共に、その一部はＢと金属間化合物を形成してさらに耐摩耗性の向上に寄与するが、ＷとＭｏの合計量が２０．０質量％未満では金属間化合物の晶出が不十分であり、４０．０質量％を超えると金属間化合物が多く形成して、大幅に靭性（耐衝撃性）が低下する。このため、ＭｏとＷの合計量は２０．０〜４０．０質量％の範囲に定めた。なお、Ｗの含有量が８．０質量％未満となると、金属間化合物の晶出が不十分となるため、Ｗの含有量は８．０〜４０．０質量％の範囲が好ましく、ＭｏはＷよりも基質への固溶限界量が小さいため、Ｍｏの含有量の上限を２０．０質量％に定めた。なお、Ｍｏは任意成分であるため、Ｍｏの含有量は０質量％であっても良い。
【００２７】  Ｆｅは、資源が豊富で安価な元素であり、製品の低価格化に寄与する。したがって、Ｆｅの含有量はできるだけ多い方が好ましく、その下限を２０．０質量％に設定した。一方、ＦｅはＮｉ固溶体に固溶するが、５０．０質量％を越えると衝撃値や硬さ、耐高温腐食性が低下するため、Ｆｅの含有量は、２０．０〜５０．０質量％の範囲に定めた。
【００２８】  Ｃｒは、ＮｉあるいはＦｅ固溶体に固溶して、耐摩耗性・耐衝撃性・耐食性・耐酸化性を付与する。また、Ｃｒの一部はＢと金属間化合物を形成して、マトリックス内に分散するため、さらに耐摩耗性の向上に寄与する。しかし、含有量が１２．０質量％未満では、十分な耐摩耗性・耐食性・耐酸化性が得られず、３６．０質量％を超えると金属組織中に金属間化合物が多く形成して、靭性が大きく低下するため、Ｃｒの含有量は１２．０〜３６．０質量％の範囲に定めた。
【００２９】  Ｂは、ＷやＭｏ、Ｃｒと金属間化合物を形成し、耐摩耗性を付与するとともに、溶湯を清浄化して、盛金時の湯流れを良くするため、ＰＴＡやＴＩＧ肉盛あるいは溶射などの施工作業性を向上させる。しかし、１．０質量％未満の含有量では、十分な量の金属間化合物が形成されず、耐摩耗性が低下するほか、溶湯の清浄化作用が不十分となる。また、２．５質量％を超えると金属間化合物の量が多く、大幅に靭性（耐衝撃性）が低下する。このため、Ｂの含有量は１．０〜２．５質量％の範囲に定めた。
【００３０】  本発明合金は、物性に悪影響を及ぼさない添加元素として、Ｃｏを１５．０質量％以下、Ｍｎ、Ｃｕをそれぞれ５．０質量％以下、Ｓｉを２．０質量％以下、Ｃを０．５質量％以下含むことができるが、耐衝撃性および耐摩耗性を損なわないようにするため、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｃの合計量の上限値を１５．０質量％以下に定めた。
【００３１】（効果）  上記組成比により特定される本発明合金は、Ｆｅを２０質量％以上含有させることでレアメタルの使用量を低減した合金であり、シャルピー衝撃値が４Ｊ／ｃｍ２以上、且つ硬さ（ＨＲＣ）が４２以上の特性を有し、さらに、後述する弁−弁座摩耗試験において、エンジンバルブおよびシートの摩耗減肉量の合計が１５０μｍ未満であり、エンジンバルブ以外にも耐衝撃性と耐摩耗性を備えた表面硬化合金として、広範囲な用途への適応が可能となる。
【００３２】  上述のように、本発明合金は、表面硬化合金として優れた耐摩耗性と耐衝撃特性を備えていることから、これを盛金したエンジンバルブの耐久性の向上を図ることができる。さらに、本発明合金は資源が豊富で比較的安価なＦｅを２０質量％以上含有しているため、レアメタルの使用量を低く制御でき、鉱物資源の有効利用あるいは環境に配慮したエンジンバルブの製造が可能である。  また、本発明合金は、盛金用に限定されることなく、粉末冶金による焼結部品に複合添加して硬質粒子とすることにより、耐摩耗性の良好な機械部品を形成することにも活用できる。
【実施例】
【００３３】（実施形態）  本発明合金は、べースのＮｉ及び添加成分としてのＷ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｂと必要に応じて添加するＣｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃ、Ｓｉの夫々が所定の質量％になるよう調整・配合した地金を、溶解炉中のルツボ内で加熱・溶融して液状の合金とした後、アトマイズ法や溶融粉砕法により粉末とするか、所定の型に鋳造して棒状や板状に形成して盛金材とすることができる。【００３４】  特にアトマイズ法で製造した本発明合金は、目的の施工方法に適した粒度に調整することにより、ＰＴＡ肉盛や溶射などの表面改質施工に、連続鋳造法で製造した肉盛溶接棒はガス肉盛などの表面改質施工に適用することができる。また、この粉末ないしは棒材を種々材質のエンジンバルブのフェース面に施工することで、エンジンバルブに耐摩耗性を付与することができる。【００３５】上記のように調整・配合した本発明の実施例合金及び比較例合金を溶製し、以下に示す方法で、シャルピー衝撃値とロックウェル硬さの測定および摩耗試験を行った。【００３６】（１）シャルピー衝撃試験  各合金の配合組成を有する１００ｇの地金を、電気炉を用いアルゴン気流中で約１６００℃に加熱、溶解し、シェル鋳型に鋳造して、ＪＩＳ  Ｚ２２４２：２００５記載の試験片（ノッチなし）に機械加工した。そして、シャルピー衝撃試験機を用いＪＩＳ  Ｚ２２４２：２００５に準拠した衝撃試験を行って衝撃値を測定した。【００３７】（２）硬さ測定  上記（１）と同じ方法で溶製した鋳造片を１０×１０×２０ｍｍの形状に機械加工し、平行面を出し、その平行面上部を２４０番の耐水研磨紙で湿式研磨して、ＪＩＳ  Ｚ２２４５：２００５に準拠したロックウェル硬さ試験を実施した。なお、硬さ測定はＣスケールで実施した。【００３８】（３）摩耗試験  各合金の配合組成を有する１００ｋｇの地金を、高周波溶解炉を用いアルゴン気流中で約１６００℃に加熱、溶解し、ガスアトマイズ法により、粉末化させ、振搗篩機にて８０〜３５０ｍｅｓｈに粒度調整した。この合金粉末を、図６に示すように、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系耐熱鋼で作製したエンジンバルブ１のフェース面２にＰＴＡ肉盛溶接を行い、所定形状となるように機械加工した後、図７に示す試験方法で、弁−弁座摩耗試験を実施した。【００３９】  試験条件は以下による。  試験例のエンジンバルブは傘径約３２ｍｍ、軸径約６ｍｍ、全長約１１０ｍｍ、弁座材にはＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ系焼結材を使用し、カム回転数３０００ｒｐｍ、バルブ回転数２０ｒｐｍ、バルブフェース温度２５０〜４００℃、試験時間９時間で実施して、試験前後のバルブ（弁）およびバルブシート（弁座）の摩耗減量の合計値を算出した。なお、参照符号３は加熱バーナ、以下同じく４はバルブ、５はシート、６は冷却水、７はローテータ（径方向回転）、８はプッシュロッド（上下動）である。【００４０】（評価基準）○：バルブとシートの摩耗減量の合計が１００μｍ未満△：バルブとシートの摩耗減量の合計が１００μｍ以上、１５０μｍ未満×：バルブとシートの摩耗減量の合計が１５０μｍ以上【００４１】  表２に本発明の実施例を、表３および表４に比較例を示す。【００４２】
【表２】
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【００４３】
【表３】
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【００４４】
【表４】
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【００４５】（比較例１）  表３に示す比較例合金（ａ）〜（ｉ）は本発明の組成外の合金である。合金（ａ）はＭｏとＷの合計が本発明の組成範囲の下限を下回ったもの、合金（ｅ）はＦｅとＣｒが上記範囲の下限を下回ったもの、合金（ｇ）はＣｒが上記範囲の上限を上回り、Ｂが上記範囲の下限を下回ったもの、合金（ｉ）はＣｏとＭｎの合計が上記範囲の上限を上回ったものであり、いずれも硬さと摩耗減量の目標値を満足していない。合金（ｂ）はＷとＢが上記範囲の上限を上回ったもの、合金（ｃ）はＭｏとＳｉが上記範囲の上限を上回ったもの、合金（ｄ）はＷとＭｏの合計が上記範囲の上限を上回ったもの、合金（ｈ）はＣが上記範囲の上限を上回ったものであり、いずれも衝撃値が目標値を満足していない。合金（ｆ）はＦｅが上記範囲の上限を上回ったもので、衝撃値と硬さの目標値を満足していない。【００４６】（比較例２）  表４に示す比較例合金（Ａ）〜（Ｕ）は、従来のＣｏ−Ｃｒ−Ｗ−Ｃ系合金（ステライト（登録商標））やＣｒ−Ｍｏ−Ｓｉ系合金（トリバロイ（登録商標））、あるいは他の特許文献に示されている合金であるが、いずれもＦｅ量や衝撃値、硬さ、摩耗減量のいずれかの目標値を満足していない。【００４７】  これに対し、表２に示すように、本発明合金である実施例１〜１２は、衝撃値と硬さ、摩耗減量のいずれも目標値を満足しており、表面硬化合金として適度な耐摩耗性と、十分な靭性を備えている。【００４８】（４）ＰＴＡ肉盛試験  上記（３）の摩耗試験において、エンジンバルブを作製した際の、肉盛溶接時に形成される溶融プールの湯流れ状態を調査した結果、実施例合金の湯流れ状態は、いずれも非常に良好であり、肉盛作業性に優れていることを確認した。【００４９】（５）高温硫化腐食試験  実施例合金および比較例合金（Ａ）、（Ｃ）の合金組成を用いて、上記（３）と同じ方法で作製したエンジンバルブを、硫化ナトリウムで包み、８５０℃で２時間保持した後、盛金層の表面状態を確認した。その結果、比較例合金（Ｃ）は硫化物の生成が確認されたが、実施例合金や比較例合金（Ａ）では、硫化物の生成は確認されず、優れた高温硫化腐食特性を有していた。【００５０】（６）熱衝撃試験    実施例合金および、比較例合金（Ａ）、（Ｃ）の合金組成を用いて、上記（３）と同じ方法で作製したエンジンバルブを、４００℃設定の電気炉で１時間熱処理した後、約２０℃の水中に投入して急冷した。次に熱処理温度をさらに５０℃上昇させて、１時間の熱処理した後、水冷を行った。これを熱処理温度が６５０℃となるまで繰り返し、６５０℃での熱処理後の水冷で盛金層に割れや剥離が生じるかを調査した結果、比較例合金（Ｃ）は割れが確認されたが、実施例合金と比較例合金（Ａ）では割れは認められず、十分な熱衝撃特性を備えていることを確認した。
【符号の説明】
【００５１】  １１    盛金  １２    表面硬化層（窒化層）  １３    盛金  １４    表面硬化層（散在窒化層を伴う酸化被膜）  Ｆ      フェース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年1月30日(2014.1.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部とその一端の傘部とからなるエンジンバルブ用のバルブ基体からなり、上記傘部に盛金溶接による周回状の肉盛部を設け、この肉盛部に表面硬化層を形成したフェースを備えてなるエンジンバルブにおいて、
上記肉盛部の盛金材をＮｉ−Ｆｅ−Ｃｒ系合金により形成し、その含有元素の質量成分が、Ｗを８．０〜４０．０％、ＭｏをＷとの合計が２０．０〜４０．０％の範囲、Ｆｅを２０．０〜５０．０％、Ｃｒを１２．０〜３６．０％、Ｂを１．０〜２．５％、残部がＮｉおよび不可避不純物からなり、かつ、上記表面硬化層は、上記フェースに形成した仕上加工面にバルブ全体の窒化処理による窒化層を形成してなることを特徴とするエンジンバルブ。
【請求項２】
前記盛金材の含有元素の残部の範囲に混入する元素の質量成分が、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｓｉから選択される元素を合計で１５．０％以下、Ｃｏが１５．０％以下、ＭｎとＣｕがそれぞれ５．０％以下、Ｓｉが２．０％以下、Ｃが０．５％以下であることを特徴とする請求項１記載のエンジンバルブ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
酷化に対応するべく、耐摩耗性、耐衝撃性、耐高温腐食性の全てを所定レベルで満たしうるエンジンバルブを提供することにある。
課題を解決するための手段
［０００７］
請求項１に係る発明は、軸部とその一端の傘部とからなるエンジンバルブ用のバルブ基体からなり、上記傘部に盛金溶接による周回状の肉盛部を設け、この肉盛部に表面硬化層を形成したフェースを備えてなるエンジンバルブにおいて、上記肉盛部の盛金材をＮｉ−Ｆｅ−Ｃｒ系合金により形成し、その含有元素の質量成分が、Ｗを８．０〜４０．０％、ＭｏをＷとの合計が２０．０〜４０．０％の範囲、Ｆｅを２０．０〜５０．０％、Ｃｒを１２．０〜３６．０％、Ｂを１．０〜２．５％、残部がＮｉおよび不可避不純物からなり、かつ、上記表面硬化層は、上記フェースに形成した仕上加工面にバルブ全体の窒化処理による窒化層を形成してなることを特徴とする。
［０００８］
請求項２に係る発明は、請求項１の発明の構成において、前記盛金材の含有元素の残部の範囲に混入する元素の質量成分が、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｓｉから選択される元素を合計で１５．０％以下、Ｃｏが１５．０％以下、ＭｎとＣｕがそれぞれ５．０％以下、Ｓｉが２．０％以下、Ｃが０．５％以下であることを特徴とする。
［０００９］
発明の効果
［００１０］
請求項１に係る発明により、所定の４特性条件を満たす盛金によるフェースの仕上加工面に表面硬化層としてバルブ全体の窒化処理による窒化層を形成したことから、エンジンバルブは、入手困難な所定のレアメタルの組成比率を抑えつつ、特段の処理工程の増加なしに所要の耐久性を確保することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
［００１１］
請求項２に係る発明は、請求項１の発明の効果に加え、物性に悪影響を及ぼさない添加元素を所定の上限内に抑えることにより、本発明合金の耐衝撃性および耐摩耗性の低下を抑えることができる。
［００１２］
図面の簡単な説明
［００１３］
［図１］エンジンバルブのフェース周りの断面図
［図２］エンジンバルブ製造の新旧工程比較図（ａ）（ｂ）
［図３］鉄基盛金の窒化層の有無によるフェース摩耗量比較グラフ
［図４］コバルト基盛金の窒化有無によるフェース摩耗量比較グラフ
［図５］盛金材の高温硬さ比較グラフ
［図６］エンジンバルブの模式図
［図７］弁摩耗試験方法の概略図
発明を実施するための形態
［００１４］
上記技術思想に基づいて具体的に構成された実施の形態について以下に図面を参照しつつ説明する。
（構成）
本発明のエンジンバルブは、フェース周りの断面図を図１に示すように、第１例（ａ）の鉄基合金による盛金１１について、後述の所定の成分比の鉄基の耐摩耗合金を用い、フェース面Ｆの仕上加工後にバルブ全体の窒化処理を行うことにより、盛金１１について窒化層による表面硬化層１２を形成するとともに、その他のバルブ表面に窒化層１２ａを形成する。また、第２例（ｂ）のコバルト基合金による盛金１３について、一般的なコバルト基の耐摩耗合金を用い、フェース面Ｆの仕上加工後にバルブ全体の窒化処理を行うことにより、散在窒化層を伴う酸化被膜による表面硬化層１４を形成するとともに、その他のバルブ表面に窒化層１４ａを形成する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
コンタクト数：１．６×１０−６、（４）試験本数：各温度２本評価
［００２０］
盛金がコバルト基合金の場合については、フェース摩耗量について実機による所定時間のテストを行い、窒化有無の比較グラフを図４に示すように、散在窒化層を伴う酸化被膜によるメタルタッチ防止作用により、窒化処理の優位性が確認された。なお、散在窒化層は、断面の成分分析によりフェース表面の鉄の分布と対応することが確認された。
［００２１］
（高温硬さ）
盛金材の窒化処理による高温硬さについて、比較グラフを図５に示すように、運転中のフェース温度が窒化層拡散温度（６００℃付近）の温度域において、盛金の窒化処理効果は、ＳＵＨ３５等の耐熱鋼（円形表示）を基準として、鉄基盛金１Ａ，１Ｂ（正方形表示）およびコバルト基合金３Ａ，３Ｂ（菱形表示）のいずれも十分な高温硬さが確保できることから、温度が高い範囲では、盛金なしの窒化処理より優れた耐摩耗性が見込まれる。
鉄基盛金１Ａ、鉄基盛金１Ｂ、コバルト基合金３Ａ、コバルト基合金３Ｂ、耐熱鋼の成分比は、表１に示すとおりである。
［表１］
2014068662.tif 000014
［００２２］
（鉄基盛金）
以下において、本発明のエンジンバルブに適用する鉄基盛金材について詳細に説明する。
耐衝撃性と耐摩耗性、耐高温腐食性を備え、さらにレアメタルの含有量を低く抑えた表面硬化用合金の開発のための４条件を設定することにより、フ
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
実施例合金および、比較例合金（Ａ）、（Ｃ）の合金組成を用いて、上記（３）と同じ方法で作製したエンジンバルブを、４００℃設定の電気炉で１時間熱処理した後、約２０℃の水中に投入して急冷した。次に熱処理温度をさらに５０℃上昇させて、１時間の熱処理した後、水冷を行った。これを熱処理温度が６５０℃となるまで繰り返し、６５０℃での熱処理後の水冷で盛金層に割れや剥離が生じるかを調査した結果、比較例合金（Ｃ）は割れが確認されたが、実施例合金と比較例合金（Ａ）では割れは認められず、十分な熱衝撃特性を備えていることを確認した。
符号の説明
［００５１］
１１    盛金
１２    表面硬化層（窒化層）
Ｆ      フェース
【国際調査報告】
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