(57)【要約】【課題】本発明は、焼結チタン基エンジンバルブであって、高い耐疲労特性と耐摩耗性を有するステム部と高いクリープ特性を有するフェース部とを備えるエンジンバルブとその製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】本発明のエンジンバルブは、ステム部は焼結チタン基耐熱合金をマトリックスとし該マトリックス中に強化粒子を分散保持する焼結チタン基複合材料からなり、フェース部は強化粒子を含まない焼結チタン基耐熱合金からなることを特徴とする。【選択図】図１
2009264132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステム部とフェース部とを一体的に形成したエンジンバルブであって、
前記ステム部は、焼結チタン基耐熱合金をマトリックスとし該マトリックス中に強化粒子を分散保持する焼結チタン基複合材料からなり、前記フェース部はマトリックスである前記焼結チタン基耐熱合金からなることを特徴とするエンジンバルブ。
【請求項２】
前記ステム部はβ粒径が２５〜１００μｍの針状（α＋β）組織であり、前記フェース部はβ粒径が１００〜１０００μｍの粗大な針状（α＋β）組織である請求項１に記載のエンジンバルブ。
【請求項３】
原料粉末を混合して材料粉末を調製する材料粉末調製工程と、
調製された該材料粉末を金型のキャビティに充填する粉末充填工程と、
充填された該材料粉末を加圧して円柱状のビレットを形成するビレット形成工程と、
形成された該ビレットを焼結して焼結ビレットとするビレット焼結工程と、
該焼結ビレットを熱間加工してステム部とフェース部とを備えるエンジンバルブ粗材を形成する熱間加工工程と、
該エンジンバルブ粗材を加熱して該フェース部の組織を粗大化する熱処理工程と、を有し、
前記粉末充填工程では、前記キャビティの前記フェース部に対応する領域にチタン粉末と該チタン粉末とともにマトリックスを形成する合金要素粉末とからなる第１の材料粉末を充填し、前記キャビティの前記ステム部に対応する領域には該第１の材料粉末に該マトリックス中に分散保持される強化粒子をさらに含む第２の材料粉末を充填することを特徴とするエンジンバルブの製造方法。
【請求項４】
前記熱処理工程は、不活性ガス雰囲気中で前記エンジンバルブ粗材を１１００〜１２００℃で０．５〜２時間加熱する工程である請求項３に記載のエンジンバルブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のエンジンバルブとその製造方法とに関し、より詳しくは焼結チタン基エンジンバルブとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車用エンジンバルブに軽量で強度の高いチタン合金を用いることで、エンジン性能の向上（高出力化、低燃費、静音化）が図られてきた。しかし、より高性能なエンジンへのチタン合金の適用を進めてゆくに従い、エンジン回転数の上昇に伴う慣性重量の増加による負荷の増大や温度上昇による強度低下等の問題から、チタン合金の高温強度及び疲労強度などの更なる向上が求められるようになった。
【０００３】
本発明者らはこれらの要求に応えるべく、すでに熱間加工性、強度、クリープ特性、疲労特性及び耐摩耗性に優れるチタン材料と、このチタン材料を用いたエンジンバルブを提案した（特許文献１参照）。すなわち、チタン合金を主成分とするマトリックスと、該マトリックス中に分散されるチタン化合物粒子ならびに希土類化合物粒子とからなるチタン基複合材料を用いたエンジンバルブである。このエンジンバルブは、熱力学的に安定なチタン化合物粒子ならびに希土類化合物粒子をマトリックス中に分散保持しているので、高温強度、クリープ特性、疲労特性及び耐摩耗特性に優れている。
【特許文献１】国際公開第００／０５４２５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、エキゾーストエンジンバルブの場合には、最高温度部位を含むフェース部が９００℃の高温に曝されることがあり、上記のチタン基複合材料を用いたエンジンバルブでは、フェース部のクリープ特性について必ずしも満足できるものではなかった。
【０００５】
本発明はこの問題を解決するためになされたもので、焼結チタン基エンジンバルブであって、高い耐疲労特性と耐摩耗性を有するステム部と高いクリープ特性を有するフェース部とを備えるエンジンバルブとその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、チタン合金を主成分とするマトリックスと、該マトリックス中に分散保持される硼化チタン粒子などの強化粒子とを有する焼結チタン基複合材料において、鋭意実験を重ね次のような知見を得た。
【０００７】
１）焼結チタン基耐熱合金は、強化粒子であるＴｉＢを含むことによりその疲労強度は大きく向上する。図４は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖの焼結合金Ａ（●）と、この焼結合金Ａにさらに１０体積％のＴｉＢを含むチタン基複合材料Ｂ（■）の回転曲げ疲労試験による疲労特性を示すグラフである。ＴｉＢを含むことによりその疲労強度が大きく向上することが分かる。
【０００８】
２）焼結チタン基耐熱合金は、強化粒子であるＴｉＢ粒子量の増加とともにそのクリープ特性は低下する。図５は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖの焼結合金Ａ（△）と、焼結合金ＡにＴｉＢ粒子を５体積％含有したチタン基複合材料Ｃ（○）と、ＴｉＢ粒子を１０体積％含有したチタン基複合材料Ｂ（●）と、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ−０．２Ｓｉの溶製鍛造材Ｄ（▲）のクリープ特性を示す。図４は、乾燥空気中で、８００℃の温度に加熱された試料に、５０ＭＰａの曲げ応力を加えるクリープ試験を行い、経過時間に対するクリープ撓みを測定したものであり、強化粒子であるＴｉＢ粒子量の増加とともにクリープ特性が低下することを示している。
【０００９】
すなわち、焼結チタン基耐熱合金は、ＴｉＢ粒子を複合化することでその疲労強度は向上するが、クリープ特性は低下することが分かった。
【００１０】
従って、曲げ疲労強度などの強度特性と、バルブガイドとの摩耗を考慮しなければならないステム部には、強化粒子を含む焼結チタン基複合材料を用い、最高温度部位が９００℃以上の排気ガスに曝される場合があるフェース部位には、強化粒子を含まない焼結チタン基耐熱合金を用いればそれぞれの部位に要求される特性を満足する優れたエンジンバルブを得ることができる。
【００１１】
すなわち、本発明のエンジンバルブは、ステム部とフェース部とを一体的に形成したエンジンバルブであって、前記ステム部は、焼結チタン基耐熱合金をマトリックスとし該マトリックス中に強化粒子を分散保持する焼結チタン基複合材料からなり、前記フェース部は前記強化粒子を含まない焼結チタン基耐熱合金からなることを特徴とする。ここで、ステム部は、β粒径が２５〜１００μｍの針状（α＋β）組織であり、前記フェース部はβ粒径が１００〜１０００μｍの粗大な針状（α＋β）組織であることが望ましい。
【００１２】
本発明のエンジンバルブの製造方法は、原料粉末を混合して材料粉末を調製する材料粉末調製工程と、調製された該材料粉末を金型のキャビティに充填する粉末充填工程と、充填された該材料粉末を加圧して円柱状のビレットを形成するビレット形成工程と、形成された該ビレットを焼結して焼結ビレットとするビレット焼結工程と、該焼結ビレットを熱間加工してステム部とフェース部とを備えるエンジンバルブ粗材を形成する熱間加工工程と、該エンジンバルブ粗材を加熱して該フェース部の組織を粗大化する熱処理工程と、を有し、粉末充填工程では、前記キャビティのフェース部に対応する領域にチタン粉末と該チタン粉末とともにマトリックスを形成する合金要素粉末とからなる第１の材料粉末を充填し、前記キャビティのステム部に対応する領域には該第１の材料粉末にさらに該マトリックス中に分散保持される強化粒子を含む第２の材料粉末を充填することを特徴とする。
【００１３】
本発明のエンジンバルブの製造方法において、熱処理工程は、不活性ガス雰囲気中で前記エンジンバルブ粗材を１１００〜１２００℃で０．５〜２時間加熱する工程であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のエンジンバルブは、焼結チタン基耐熱合金をマトリックスとしてステム部とフェース部とを一体的に焼結形成したエンジンバルブであって、ステム部はチタン化合物などからなる強化粒子をマトリックス中に分散保持している焼結チタン基複合材料からなっている。これ故、ステム部は耐熱性は勿論、疲労強度と耐摩耗性において優れた特性を持ち、フェース部は強化粒子を含まない耐熱チタン基合金（マトリックス）のみからなっているので、クリープ特性において優れた特性を持つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の好適な実施の形態について以下に詳しく説明する。
【００１６】
［Ｉ］エンジンバルブ
本発明のエンジンバルブ４０は、図１に示すように一端に環状のコッタ溝１１１が形成されているステム部１１０と、このステム部１１０に連設されているフェース部１５０とからなっており、ステム部１１０とフェース部１５０とは組成の異なる粉末材料で形成されている。
【００１７】
ステム部１１０は焼結チタン基耐熱合金（以後、単にチタン合金ともいう）をマトリックスとし、そのマトリックス中に強化粒子２００を分散保持する焼結チタン基複合材料（以後、単にチタン基複合材料ともいう）からなっている。一方、フェース部１５０は強化粒子２００を含まないチタン合金からなっている。
【００１８】
ここでチタン合金は、少なくともＡｌ、Ｖ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｏ、ＮｂおよびＭｏのうち複数種の元素を含むチタン合金であれば特に制約はなく、公知のものを適宜使用することができる。なかでも質量％で、Ａｌ：３．０〜７．０％、Ｓｎ：２．０〜６．０％、Ｚｒ：２．０〜６．０％、Ｍｏ：０．５〜４．０％、残部Ｔｉ及び不可避不純物とからなるチタン合金は好適である。また、このチタン合金には、さらにＳｉ：０．１〜０．４％、Ｏ：０．１〜０．５％とＮｂ：０．５〜４．０％とのうちの１種以上を含有してもよい。
【００１９】
このような組成を有するチタン合金は、優れた高温強度とクリープ特性とを有しているので、高温に曝されるエンジンバルブのフェース部の材料として好適である。
【００２０】
ステム部は、曲げ疲労強度などの強度特性とバルブガイドに対する耐摩耗性とを必要とする。このためステム部は上記のチタン合金をマトリックスとし、このマトリックス中に強化粒子を分散保持したチタン基複合材料とする。
【００２１】
ここで、強化粒子はチタン化合物粒子及び／又は希土類化合物粒子であることが好ましく、チタン化合物粒子は、硼化チタン（ＴｉＢ、ＴｉＢ２）、炭化チタン（ＴｉＣ、Ｔｉ２Ｃ）、窒化チタン（ＴｉＮ）および珪化チタン（ＴｉＳｉ２）の少なくとも１種からなる粒子であり、希土類化合物粒子は、イットリウム（Ｙ）、セリウム（Ｃｅ）、ランタン（Ｌａ）、エルビウム（Ｅｒ）及びネオジウム（Ｎｄ）の酸化物及び硫化物の少なくとも１種からなる粒子であることが望ましい。これらの化合物粒子をステム部の強化粒子として１種又は組み合わせて使用するとよい。
【００２２】
かかる強化粒子は、チタン合金中において、高温まで安定的に存在する化合物であり、チタン合金のβ相の粒成長を抑制して熱間加工性を改善し、また常温や高温での強度や耐疲労特性及び耐摩耗性を向上させることができる。
【００２３】
このような強化粒子は、ステム部を形成するチタン基複合材料に１〜１５体積％含有するとよい。強化粒子の含有量が１体積％未満では、ステム部に充分な疲労特性あるいは耐摩耗性を付与することができない。一方、１５体積％を超えて多く含有させるとステム部の靱性が劣化することがあるので好ましくない。
【００２４】
［ＩＩ］エンジンバルブの製造方法
本発明のエンジンバルブは、（１）材料粉末調製工程、（２）ビレット形成工程、（３）ビレット焼結工程、（４）熱間加工工程、（５）熱処理工程を経て得ることができる。以下、各工程に沿って本発明の製造方法を詳しく説明する。
【００２５】
（１）材料粉末調製工程
材料粉末調製工程は、原料粉末を混合して所望の組成となるように材料粉末を調製する工程である。まず、チタン粉末と、合金要素粉末と、強化粒子粉末とを準備する。
【００２６】
（１ａ）チタン粉末
チタン粉末には、例えばスポンジチタン粉末、水素化脱水素チタン粉末、水素化チタン粉末及びアトマイズド粉末などの粉末を使用することができる。チタン粉末の構成粒子の形状や粒径（粒径分布）などは、特に限定されるものではないが、コストおよび焼結体の緻密性の観点から、チタン粉末の平均粒径は１００〜２００μｍであることが望ましい。
【００２７】
（１ｂ）合金要素粉末
合金要素粉末は、マトリックスの主成分であるチタン合金を得るために必要な粉末である。チタン合金は、チタンの他にＡｌ、Ｖ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｏ、ＮｂおよびＭｏなどを含有するものであるから、合金要素粉末は、それぞれの金属単体の粉末としてもよいし、それらの各元素の１種もしくは組み合わせによってできる合金や化合物の粉末としてもよい。また、これらの元素を全て含む合金としてもよい。なお、合金要素粉末の組成は、マトリックスの組成と配合量に合わせて適宜用意すればよい。
【００２８】
（１ｃ）強化粒子粉末
強化粒子粉末は、マトリックスに分散されてステム部を強化するチタン化合物粒子や希土類化合物粒子を形成するために必要である。強化粒子粉末は、チタン化合物や希土類化合物そのものの粉末でもよい。また、マトリックスの成分元素（チタン、酸素など）と反応してチタン化合物粒子や希土類化合物粒子を形成する硼素、炭素、窒素、珪素などや希土類元素単体、合金もしくは化合物の粉末でもよい。ここで、チタン化合物粒子としては、硼化チタン粒子（ＴｉＢ、ＴｉＢ２）、炭化チタン粒子（ＴｉＣ、Ｔｉ２Ｃ）、窒化チタン粒子（ＴｉＮ）または珪化チタン粒子（ＴｉＳｉ２）などを例示することができる。チタン化合物粒子は、これらの１種のみならず、それらの組み合わせでもよい。なかでも硼化チタン粒子（ＴｉＢ、ＴｉＢ２）が好ましい。
【００２９】
希土類化合物粒子は、イットリウム（Ｙ）、セリウム（Ｃｅ）、ランタン（Ｌａ）、エルビウム（Ｅｒ）及びネオジウム（Ｎｄ）の酸化物もしくは硫化物などを例示することができる。希土類化合物粒子は、これらの１種のみならず、それらの組み合わせでもよい。また、上記のチタン化合物粒子の粉末と希土類化合物粒子の粉末とを複合して強化粒子粉末としてもよい。
【００３０】
（１ｄ）材料粉末の調製
以上のようにして用意したチタン粉末、合金要素粉末及び強化粒子粉末を用いて以下の２種類の材料粉末を調製する。すなわち、チタン粉末と合金要素粉末とを所定の組成となるように配合した第１の材料粉末と、この第１の材料粉末にさらに所定量の強化粒子粉末を配合した第２の材料粉末である。なお、原料粉末の混合には、Ｖ型混合機、ボールミル及び振動ミルなど周知の混合手段を用いればよい。
【００３１】
（２）ビレット成形工程
ビレット成形工程は、前記材料粉末調製工程で得られた材料粉末を金型の円柱状のキャビティに充填し、加圧して円柱状のビレットを成形する工程である。ここで成形されたビレットは焼結後、後述する熱間加工工程を経て、図２ｃに示すステム部１１とフェース部１５とを有するエンジンバルブ粗材３０に成形される。従って、このビレット成形工程においては、まず材料粉末調製工程で準備した第１の材料粉末を、熱間加工後フェース部１５となるビレット成形体１０（図２ａ）のフェース部層１０ａに対応するように円柱状のキャビティに充填し、続いて第２の材料粉末を、熱間加工後ステム部１１となるビレット成形体１０のステム部層１０ｂに対応するようにキャビティに充填する。すなわち、キャビティ内で第１の材料粉末に第２の材料粉末を積層するように充填するわけである。そして、キャビティに充填したこれらの材料粉末を積層状態のまま加圧してビレット成形体１０を形成する。なお、加圧成形方法には特に制約はなく、従来と同様に行えばよい。
【００３２】
（３）ビレット焼結工程
ビレット焼結工程は、ビレット成形工程で得られたビレット１０をマトリックスのβ変態点以上の温度で焼結させ常温まで冷却して焼結ビレットを得る工程である。このビレット焼結工程により、ビレット成形体中で接触している粉末粒子同士が焼結される。
【００３３】
ビレット成形体１０をβ変態点以上に加熱すると、ビレット成形体１０のフェース部層１０ａではチタン粉末と合金要素粉末とが合金化してマトリックスであるチタン合金を形成する。また、ビレット成形体１０のステム部層１０ｂではフェース部層１０ａと同様にチタン合金を形成すると同時に、強化粒子粉末がＴｉＢ２の場合にはチタン粉末との間で新たな（例えば、ＴｉＢなど）粒子が形成される。すなわち、焼結することにより、ステム部層１０ｂにはチタン合金を主成分とするマトリックス中に強化粒子が分散されたチタン基複合材料が形成されることとなる。
【００３４】
ビレット焼結工程での焼結は、真空又は不活性ガスの雰囲気でなされることが好ましい。焼結温度はβ変態点以上の温度領域で行われるが、その温度範囲は１２００℃〜１４００℃であるとより好ましい。また、焼結時間は２〜１６時間であることが好ましい。１２００℃未満の焼結では、緻密化が必ずしも充分ではない。一方、１４００℃を超える温度の焼結は、エネルギ的に不経済であり生産性の点からも効率的ではない。また、焼結時間が２時間未満では充分に緻密化できないことがあり、１６時間以上の焼結はエネルギ的に不経済である。
【００３５】
焼結終了直後にはビレット１０のフェース部層１０ａはβ単相となっている。これを０．１〜１０℃／ｓの冷却速度で冷却すると、β相から針状のα相が析出してβ相とα相との混相（α＋β相）が形成される。α相の析出強化ならびに粗大針状化によりマトリックスの強度は著しく向上し、フェース部の高温域におけるクリープ特性が向上する。
【００３６】
一方、ステム部層１０ｂでは、焼結終了直後にはチタン合金のβ相とＴｉＢ粒子（チタン化合物粒子）との２相組織となっているが、冷却されることでβ相から針状のα相が析出して、β相、針状のα相およびＴｉＢ粒子との混相が形成される。そして、この混層はステム部の耐摩耗性及び疲労特性を向上させる。なお、このＴｉＢ粒子は、ステム部が熱間加工されるときにβ相粒の粗大化を有効に抑制する。
【００３７】
（４）熱間加工工程
熱間加工工程は、焼結ビレット１０を熱間加工してステム部１１の一端側にフェース部１５を連設したエンジンバルブ粗材３０を形成する工程である。ビレット焼結工程で得られた焼結ビレット１０は、フェース部層１０ａではβ相と針状のα相との混相（α＋β相）を形成しており、ステム部層１０ｂでは、このα＋β相中にＴｉＢ粒子などの強化粒子が分散している混相を形成している。このため、焼結ビレットをα＋β域またはβ変態点以上の温度で熱間加工しても、変形抵抗が低く、熱間加工性に優れている。
【００３８】
まず、焼結ビレット１０をα＋β域又はβ変態点以上の温度に加熱し、その温度で熱間押出加工して所望形状のステム部１１を有する押出成形材２０を成形する（図２ｂ）。なお、１３は押し残し部である。
【００３９】
次に、α＋β域又はβ変態点以上の温度に再加熱し、その温度で熱間鍛造により所望形状のフェース部１５を形成してエンジンバルブ粗材３０を得る（図２ｃ）。
【００４０】
このとき、ステム部１１及びフェース部１５の熱間加工時の加熱温度は、双方ともに９００℃〜１２００℃の範囲にあることが好ましい。加工温度が９００℃未満では、変形抵抗を充分に小さくすることが難しいので好ましくない。また、加熱温度が１２００℃を超えると、酸化が激しく、その後の材料特性に悪影響を与えたり、熱間加工時に表面に微細な割れを生じたりすることがあるので適当ではない。
【００４１】
（５）熱処理工程
熱処理工程はフェース部の組織を粗大化して所望のクリープ特性を確保するためにエンジンバルブ粗材を熱処理する工程である。熱間加工工程でエンジンバルブ粗材３０を形成した後、このエンジンバルブ粗材３０を不活性ガス雰囲気中でβ変態温度＋５０℃以上、例えば、１１００〜１２００℃×０．５〜２時間加熱してフェース部１５のβ粒を粗大化する。加熱温度が１１００℃未満ではβ粒を充分に粗大化することができない。一方、１２００℃を超えて高温にしてもそれに見合う効果が得られないので不経済である。より好ましい熱処理温度は、１１５０〜１２００℃である。また、加熱時間が０．５時間未満ではβ粒を均一に粗大化することができない。一方、２時間を超えて長いと生産性を低下させるので好ましくない。より好ましい熱処理時間は、０．５〜１時間である。
【００４２】
このような熱処理を施すことにより加工による歪みを除去してフェース部１５の高温域における優れたクリープ特性を確保することができる。エンジンバルブ粗材３０に熱処理を施して旧β粒を粗大化し、粗大な針状（α＋β）組織にすることで優れたクリープ特性が得られる理由は必ずしも明確ではないが、以下のように推測される。使用する温度範囲におけるクリープ特性は粒界すべりが支配的であるために、原理的には積層欠陥エネルギを下げ、結晶粒径を大きくして弾性定数を大きくすることが有効であるからである。
【００４３】
この時、ステム部１１も同時に加熱処理されるが、ステム部１１には強化粒子２００が存在するので、そのピンニング効果によりβ粒の粗大化は抑制される。従って、ステム部１１は高い疲労強度と耐摩耗性とを維持することができる。
【００４４】
図３に熱処理後のエンジンバルブ粗材の軸方向断面の顕微鏡組織を示す。（ａ）はステム部、（ｂ）はフェース部である。（ａ）からステム部では強化粒子であるＴｉＢ粒子がステム部の押出方向（水平方向）に配向しており、マトリックスは微細な結晶組織となっていることが分かる。また、（ｂ）からフェース部は組織が粗大化しており、β粒（旧β相）の粒径は３００μｍ程度であり、その中に粗大な針状にα相が析出しているのが分かる。
【００４５】
その後、このエンジンバルブ粗材３０に従来と同様の仕上げ加工を施して、寸法など所望の仕様をもったエンジンバルブ４０（図１）を得ることができる。
【００４６】
以上のように、本発明の製造方法によれば、従来のエンジンバルブ製造ラインをほとんど変更することなく、ステム部１１０には強化粒子２００を有しフェース部１５０には強化粒子を含まない、部位によって強化粒子の含有量が異なるエンジンバルブ４０を容易に提供することが出来る。
【実施例】
【００４７】
以下具体的な実施例について説明する。
【００４８】
（実施例１）
原料粉末として、市販の水素化脱水素Ｔｉ粉末（＃１００）と３６．９Ａｌ−２４．９Ｓｎ−２４．４Ｚｒ−６．２Ｎｂ−６．２Ｍｏ−１．４Ｓｉ合金粉末（平均粒径：９μｍ、数値は含有元素の質量％である。）および強化粒子粉末であるＴｉＢ２粉末（平均粒径：３μｍ）をそれぞれ用意した。まず、Ｔｉ粉末と合金粉末とを所定量配合しアトライターを用いてよく混合して第１の材料粉末を調製した。次に、第１の材料粉末にＴｉＢ２粉末を反応後のＴｉＢ粒子で１０体積％となるように配合してアトライターで混合し、第２の材料粉末を調製した。
【００４９】
そして、金型の筒状（φ１６×３２ｍｍ）のキャビティに第１の材料粉末と第２の材料粉末とを順に充填して、フェース部層１０ａとステム部層１０ｂとからなるビレット１０を成形した。ここでの成形圧は６ｔ／ｃｍ２とした。
【００５０】
次いで、このビレットを１×１０−５ｔｏｒｒの真空中で室温から１３００℃の焼結温度まで１２．５℃／分の昇温速度で昇温し、１３００℃で４時間保持した後、１℃／分で冷却して焼結ビレットを得た。
【００５１】
この焼結ビレットを用い、１１５０℃の熱間押出加工によりステム部１１を成形し、その後、再び１１５０℃に加熱して熱間鍛造によりフェース部１５を形成して、６ｍｍ（ステム径）×３５ｍｍ（フェース径）×１２０ｍｍ（全長）の形状をもつエンジンバルブ粗材３０を得た。
【００５２】
続いて、このエンジンバルブ粗材３０をアルゴンガス雰囲気中で１１５０℃×３０分間加熱して、フェース部１５のクリープ特性を安定化させた。その後所定の加工を施して実施例１のエンジンバルブを得た。なお、マトリックスのチタン合金は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｓｎ−４Ｚｒ−１Ｎｂ−１Ｍｏ−０．２Ｓｉ（数値は含有元素の質量％である。）であった。
【００５３】
（実施例２）
第２の材料粉末に配合する強化粒子粉末をＴｉＣ粉末とした以外は、実施例１と同様にして実施例２のエンジンバルブを得た。
【００５４】
（比較例）
ステム部１１と同様にフェース部１５にも強化粒子２００を配合した従来のエンジンバルブである。
【００５５】
（耐久試験）
各々のエンジンバルブを実用エンジンに装着して下記の条件で耐久試験を行った。
（１）耐久試験条件
ａ．エンジン型式：６サイクル×４バルブ、２０００ｃｃ
ｂ．試験条件：６４００ｒｐｍ×４／４負荷、水温サイクル６０×１１０℃
ｃ．試験時間：２００時間
（２）評価方法
２００時間耐久試験の前後におけるエンジンバルブの突出変化量（カッピング＋軸伸び：単位μｍ）を測定した。
（３）結果
エンジンバルブの突出変化量は、実施例１と実施例２では何れも３０μｍであった。しかし、従来のエンジンバルブである比較例では７５μｍであり、実施例のエンジンバルブの突出変化量は比較例のそれの１／２以下とはるかに小さいことが確認できた。
【００５６】
なお、本発明は上記の実施例に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更してもよい。実施例では、ＴｉＢ粒子量を１０体積％としたが、例えば５体積％としてもよい。反応後のＴｉＢ粒子量を５体積％とすることで、疲労特性と耐摩耗性とを確保しつつさらに耐クリープ特性を改善することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明のエンジンバルブは、自動車エンジンのエンジンバルブ、特に高温ガスに曝されるエグゾーストバルブに好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】実施例１のエンジンバルブを示す正面概要図である。
【図２】熱間加工工程におけるビレットの形状変化を示す模式図である。（ａ）は焼結ビレット、（ｂ）は熱間押出後、（ｃ）は熱間鍛造後を示す。
【図３】実施例１のエンジンバルブの組織を示す写真である。（ａ）ステム部、（ｂ）フェース部である。
【図４】チタン合金のＴｉＢ粒子量と疲労特性との関係を示すグラフである。
【図５】チタン合金のＴｉＢ粒子量とクリープ特性との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５９】
１０：ビレット  １１、１１０：ステム部  １５、１５０：フェース部  ３０：エンジンバルブ粗材  ４０：エンジンバルブ  １１１：コッタ溝  ２００：強化粒子
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図３】
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