專(zhuān)利名稱：氮化閥挺桿及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)的氣閥系部件中實(shí)施了氮化的閥挺桿及其制造方法。而且涉及閥挺桿與凸輪的組合。
背景技術(shù)：
如

圖10所示，在內(nèi)燃機(jī)的直打式氣閥機(jī)構(gòu)10中，將凸輪11的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作轉(zhuǎn)換成閥12的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的閥挺桿1，除了與汽缸體14的由往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的滑動(dòng)之外，與凸輪11接抵的墊片3或頂表面部2(參照?qǐng)D1)還受到在高面壓力下的滑動(dòng)及沖擊力，因此要求有優(yōu)異的耐磨耗性和耐沖擊性。另一方面，凸輪11為具有耐磨耗性和耐沖擊性的材質(zhì)，為了降低對(duì)閥挺桿1的撞擊性，以及為了避免潤(rùn)滑形態(tài)變成不穩(wěn)定的臨界潤(rùn)滑，有必要提高滑動(dòng)部表面的表面粗糙度。作為提高閥挺桿1的耐磨耗性的簡(jiǎn)單的方法，一般采用氮化處理，但通過(guò)氮化而在最外表面部形成的化合物層(本領(lǐng)域人員也稱為白層)雖為高硬度，但有非常脆的性質(zhì)，因此過(guò)去通過(guò)磨削、拋光等去除，在只殘留氮化擴(kuò)散層的狀態(tài)下使用。
可是，作為對(duì)近年來(lái)的內(nèi)燃機(jī)的高輸出功率化或低燃料耗費(fèi)化的要求的對(duì)應(yīng)，由氮化得到的化合物層的高硬度且低摩擦系數(shù)這一特性被注目，作為降低與凸輪11滑動(dòng)的閥挺桿1的頂表面部2處的摩擦的方法，提出了拋光后也殘留化合物層的形式的滑動(dòng)部件及其制造方法，例如在特開(kāi)2002-97563號(hào)公報(bào)中表示出。
可是，在上述特開(kāi)2002-97563號(hào)公報(bào)的滑動(dòng)部件及其制造方法中，使用了過(guò)去的氮化處理方法，在氮化處理時(shí)化合物層形成得比較厚(5-15μm)，表面變成脆的層，而且處理品的變形也大，表面粗糙度也降低。為此，在此之后的工序中，需要一邊殘留化合物層且一邊也進(jìn)行表面粗糙度的調(diào)整，將薄的化合物層加工得更薄非常難、拋光處理必然不穩(wěn)定。
為形成化合物層，一般所進(jìn)行的氣體軟氮化等的處理，以形成10μm左右的化合物層為目標(biāo)，在570℃前后的溫度進(jìn)行數(shù)小時(shí)的處理?？墒?，這樣的處理方法，產(chǎn)生多孔層，不僅產(chǎn)生脆的ε相(Fe2～3N)，處理品的變形也大，同時(shí)表面粗糙度也大幅度惡化，有這些問(wèn)題。另外，上述的以往的氮化處理中的化合物層，由最外層多孔質(zhì)的ε相(Fe2～3N)、以及其下的致密的γ’相(Fe4N)和/或ε相與γ’相的混合相構(gòu)成，它們形成與表面大致垂直地取向的比較粗大的柱狀結(jié)晶。
這樣的氮化處理，由于表面粗糙度大大地影響到配對(duì)材料的磨損，因此在降低對(duì)配對(duì)材料的撞擊性的意義上，氮化后的拋光處理也不可缺少，但多孔層厚度不均勻，需要比較多地設(shè)定拋光余量。而且，由于硬度偏差等，均勻的拋光是困難的，因此在拋光后也有多孔層殘留的可能性。在受到高面壓力下的滑動(dòng)和沖擊的閥挺桿頂表面處，在拋光后殘留多孔層的狀態(tài)下，多孔層剝離脫落，成為故障發(fā)生的原因。
在特開(kāi)2002-97563號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了這樣的內(nèi)容作為去除多孔層、調(diào)整化合物層厚度及表面粗糙度的裝置，使用拋光輪等拋光裝置，但如上述，化合物層由ε相(Fe2～3N)以及致密的γ’相(Fe4N)和/或ε相與γ’相的混合相構(gòu)成，由于各相的分布狀態(tài)或硬度偏差等，拋光量無(wú)法均一，因此在同一拋光面易發(fā)生全部去除了化合物層的部分或殘存多孔層的部分等，得不到均勻的化合物層。因此，在耐磨耗性上有得不到降低偏差或摩擦力矩的效果。
另外，如特開(kāi)2002-97563號(hào)公報(bào)所示，沿著表面的起伏而拋光，即使均勻的化合物層，也在改善表面粗糙度上產(chǎn)生問(wèn)題。而且，上述的拋光處理有成本非常高的問(wèn)題。
另一方面，與閥挺桿滑動(dòng)的凸輪，對(duì)滑動(dòng)面實(shí)施拋光加工而使用，表面粗糙度比較粗，潤(rùn)滑狀態(tài)為臨界潤(rùn)滑，使具有脆的化合物層的上述閥挺桿頂表面的表面粗糙度增大。因此，為了從運(yùn)轉(zhuǎn)初始就抑制摩擦力矩，避免成為潤(rùn)滑形態(tài)不穩(wěn)定的臨界潤(rùn)滑，在一般的拋光加工之外，還需要砂紙拋光加工等高價(jià)的設(shè)備和需要長(zhǎng)加工時(shí)間的高成本裝置，存在這個(gè)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是解決上述問(wèn)題的發(fā)明，其目的在于，提供在氮化處理的階段在表面部形成均勻而致密的耐磨耗性高的化合物層，且氮化處理中的表面粗糙度的增大及處理物的變形小，不需要用于提高耐磨耗性或改善表面粗糙度和尺寸精度的拋光處理的閥挺桿及其制造方法。而且，本發(fā)明目的還在于，提供不需要對(duì)凸輪表面砂紙拋光等就能夠與凸輪組合使用的閥挺桿。
一般地，在氮化層中，層狀地形成氮濃度相對(duì)低的擴(kuò)散層、和氮濃度高的化合物層。當(dāng)?shù)幚頊囟雀邥r(shí)，化合物層形成得厚，最外表面變成脆的多孔狀，因此為了盡量減少它，將處理溫度設(shè)定得低即可，但在此種情況下，擴(kuò)散層也變薄。在閥挺桿中，由于需要50-100μm擴(kuò)散層厚，因此希望得到顯示50-100μm的上述擴(kuò)散層和高硬度、低摩擦系數(shù)的致密、規(guī)定表面粗糙度的化合物層。
于是，本發(fā)明人刻苦研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過(guò)減小氮化前的閥挺桿頂表面的表面粗糙度，且將氮化而致的化合物層的厚度抑制得薄，能夠得到氮化后的頂表面的表面粗糙度也小、耐磨耗性優(yōu)異的閥挺桿。進(jìn)而發(fā)現(xiàn)通過(guò)將上述的閥挺桿與凸輪組合，能夠?qū)崿F(xiàn)不需要砂紙拋光等的高成本的精加工，通過(guò)跑合運(yùn)轉(zhuǎn)就使凸輪的表面粗糙度減小，總體上耐磨耗性優(yōu)異、且降低了摩擦力矩的閥挺桿與凸輪的組合，同時(shí)低成本化也能夠?qū)崿F(xiàn)。
即，本發(fā)明的至少對(duì)頂表面實(shí)施了氣體氮化或氣體軟氮化的閥挺桿，其特征在于，在最外表面形成1-5μm氮化而致的化合物層，所形成的該化合物層的表面粗糙度為Ra0.05或以下。另外，本發(fā)明的閥挺桿的制造方法，其特征在于，將氮化前的頂表面的表面粗糙度拋光加工成Ra0.01-0.03。通過(guò)氮化處理如此拋光加工的閥挺桿，并選擇表面化合物層厚度達(dá)到1-5μm的氮化條件，從而得到在頂表面的最外表面具有高硬度、低摩擦系數(shù)的氮化化合物層、且表面粗糙度變?yōu)镽a 0.05或以下的閥挺桿。
氮化后的化合物層厚度為1μm或以下時(shí)，得不到耐磨耗性或降低摩擦力矩的效果，當(dāng)為5μm或以上時(shí)，產(chǎn)生由于多孔層形成或表面粗糙度增大、以及化合物層厚而導(dǎo)致的使用時(shí)的化合物層剝離的問(wèn)題，因此上限定為5μm。另外，一般地如果表面粗糙度為Ra 0.05或以下，則作為滑動(dòng)部件可無(wú)問(wèn)題地使用。當(dāng)表面粗糙度為Ra 0.05或以上時(shí)，由于配對(duì)材料撞擊性變大，也得不到降低摩擦力矩的效果，因此本發(fā)明中，頂表面的表面粗糙度定為Ra 0.05或以下。表面粗糙度在Ra 0.045或以下時(shí)，有磨光配對(duì)材料凸輪的功能，因此得到降低摩擦力矩的效果，故更優(yōu)選。
另外，在本發(fā)明的閥挺桿中，氮化后的化合物層的孔隙率為5％或以下，例如如圖3所示，在SEM的8000倍的倍率下觀察時(shí)，表面部未看到多孔層，形成了比較致密的化合物層。一般地如果孔隙率為5％或以下，則對(duì)于閥挺桿那樣的滑動(dòng)部件而言是充分致密的，因此本發(fā)明將孔隙率定為5％或以下。當(dāng)孔隙率為5％或以上時(shí)，由于影響到表面粗糙度，因此得不到耐磨耗性或降低摩擦力矩效果。
而且如圖7所示，特征為在表面具有平均粒徑0.5μm或以下的微細(xì)的碳化物、氮化物、硫化物或氧化物、或者包含2種或以上上述化合物的大量突起。這些突起有這樣的特征在與凸輪組合而滑動(dòng)時(shí)，通過(guò)其磨光功能，使凸輪的表面粗糙度提高到Ra 0.02或以下，不增大閥挺桿自身的表面粗糙度就脫離，在表面殘留凹坑。特開(kāi)平6-2511中公開(kāi)了將與凸輪滑動(dòng)的滑動(dòng)面的表面粗糙度定為Rz0.2～Rz0.7的氮化硅的內(nèi)容，但在Rz0.2或以下時(shí)，表明沒(méi)有改善表面粗糙度的效果，在構(gòu)成上不同。
與本發(fā)明的閥挺桿組合的配對(duì)材料凸輪，可使用一般凸輪軸所用的鑄鐵、鑄鋼及對(duì)其實(shí)施了激冷、滲碳、淬火等處理的、或鐵系燒結(jié)材料及對(duì)其實(shí)施了淬火處理等的。
而且，本發(fā)明的閥挺桿的制造方法，在氮化處理中，閥挺桿不產(chǎn)生有害的多孔層。在閥挺桿表面形成1-5μm的含有由γ’相和/或γ’相與ε相的混合相組成的均勻而致密的等軸結(jié)晶的氮化合物層，且頂表面的表面粗糙度為Ra 0.05或以下，也幾乎無(wú)變形。因此不僅不需要氮化處理后的拋光，而且在通過(guò)拋光消除多孔層的場(chǎng)合，也沒(méi)有多孔層的拋光殘留或由必要的氮化合物層的拋光導(dǎo)致的過(guò)度去除。另外，其特征為通過(guò)由氮化而形成的均勻厚度、致密的化合物層，上述閥挺桿的頂表面的表面硬度均勻地為Hv660或以上。
在上述之外，在本發(fā)明的閥挺桿的制造方法中，其特征為，上述閥挺桿的氮化處理溫度是500-560℃。氮化處理溫度不足500℃時(shí)，氮化速度慢，未形成足夠的氮化合物層，而超過(guò)560℃時(shí)，形成多孔層，在氮化處理后必需進(jìn)行用于去除的拋光。進(jìn)一步地，特征為通過(guò)適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)氮化處理的氣氛，在閥挺桿頂表面形成γ’相和/或γ’相與ε相的混合相。另外，特征為氮化化合物層包含等軸結(jié)晶而成。
對(duì)于上述的閥挺桿，作為母材，能夠使用一般在閥挺桿中使用的機(jī)械結(jié)構(gòu)用碳素鋼、合金鋼、工具鋼等。
另外，上述材料所使用的氮化處理法，在氣體氮化、氣體軟氮化以外，還列舉出離子氮化、ラジカル氮化或鹽浴氮化等，但離子氮化、ラジカル氮化法1次的處理量非常少，沒(méi)有在成本方面的優(yōu)點(diǎn)，鹽浴氮化法難以確保環(huán)境問(wèn)題和面粗糙度，因此不優(yōu)選，在本發(fā)明中，氣體氮化和氣體軟氮化合適。
氣體氮化和氣體軟氮化處理一般是使用NH3的方法，但也可以使用形成對(duì)于鋼材顯示氮化作用的氣氛的尿素等物質(zhì)。另外，本發(fā)明在調(diào)節(jié)氣氛時(shí)使用了N2氣，但也可以將NH3的分解氣體、轉(zhuǎn)化氣(RX氣體)、N2氣等單獨(dú)或混合地以必需量供給。而且，本發(fā)明中，作為軟氮化用的氣體，使用了CO2氣體，但也可以是使用轉(zhuǎn)化氣等的含有CO的氣體的方法。另外，即使是在屬于氮化處理的氧氮化、滲硫氮化等的氮化合物層中含有第三元素的情況，如果在表面形成的氮化合物層是γ’相和/或γ’相與ε相的混合的相，則也顯示出本發(fā)明的效果。
在本發(fā)明的氮化閥挺桿中，使用氣體氮化及氣體軟氮化法，調(diào)整氮化處理溫度、時(shí)間、氣氛等，在氮化處理后，沒(méi)有多孔層，形成孔隙率為5％或以下的致密的氮化化合物層。比較氮化前后，幾乎沒(méi)有表面粗糙度的增大，氮化處理導(dǎo)致的應(yīng)變或變形也極小。因此，不需要用于氮化后的化合物層厚度的調(diào)整、表面粗糙度的調(diào)整及多孔層去除的拋光就得到均勻厚度的化合物層，據(jù)此可確保穩(wěn)定的耐磨耗性。另外，由于不需要高成本的拋光處理，因此能夠得到低成本、高性能的閥挺桿。而且，在與凸輪組合而滑動(dòng)時(shí)，不增大閥挺桿自身的表面粗糙度，而通過(guò)其磨光功能能夠提高凸輪的表面粗糙度。
再者，閥挺桿有在閥挺桿本體上面與凸輪之間裝上墊片，使之與凸輪滑動(dòng)而使用墊片的形式的閥挺桿、和不使用墊片而在閥挺桿頂表面直接與凸輪滑動(dòng)的無(wú)墊片形式的閥挺桿，但本發(fā)明的閥挺桿及其制造方法，對(duì)兩種形式的閥挺桿都能適用。另外，關(guān)于在閥挺桿的頂表面等上設(shè)置了油孔或其他目的的孔穴或倒角、溝等的閥挺桿也能夠適用。而且，也能夠?qū)⒈景l(fā)明的閥挺桿及其制造方法的化合物層應(yīng)用于與閥的閥桿末端等滑動(dòng)的閥挺桿的凸起部4。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明圖1是可適用本發(fā)明的閥挺桿(無(wú)墊片)的一例的截面圖。
圖2是可適用本發(fā)明的閥挺桿(有墊片)的其他例的截面圖。
圖3是本發(fā)明的閥挺桿氮化后的頂表面截面的顯微鏡照片(8000倍)。
圖4是明示圖3的化合物層的截面圖。
圖5是以往技術(shù)的閥挺桿氮化后的頂表面截面的顯微鏡照片(8000倍)。
圖6是明示圖5的多孔層的截面圖。
圖7是本發(fā)明的閥挺桿氮化后的頂表面表面的顯微鏡照片(8000倍)。
圖8是以往技術(shù)的閥挺桿氮化后的頂表面表面的顯微鏡照片(8000倍)。
圖9是表示凸輪轉(zhuǎn)速與摩擦力矩的關(guān)系的曲線圖。
圖10是表示閥挺桿的使用例的截面圖。
圖11是本發(fā)明的閥挺桿氮化后的頂表面截面的TEM觀察照片(30000倍)。
圖12是以往技術(shù)的閥挺桿氮化后去除了多孔層的頂表面截面的TEM觀察照片(30000倍)。
圖13是本發(fā)明的閥挺桿滑動(dòng)試驗(yàn)后的頂表面表面的顯微鏡照片(8000倍)。
圖14是表示本發(fā)明及以往技術(shù)的閥挺桿與配對(duì)材料凸輪在跑合運(yùn)轉(zhuǎn)前后的表面粗糙度的變化的圖。
圖15是表示本發(fā)明的閥挺桿與配對(duì)材料凸輪在滑動(dòng)試驗(yàn)前后的表面粗糙度的變化的圖。
實(shí)施發(fā)明的最佳方案以下說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案的一例。圖1和圖2所示的本發(fā)明的閥挺桿1，如圖10所示，是在內(nèi)燃機(jī)的直打式氣閥機(jī)構(gòu)中，嵌裝在凸輪11和閥12之間，將凸輪11的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作轉(zhuǎn)換成閥12的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的滑動(dòng)部件。例如如圖1所示，對(duì)于閥挺桿1與凸輪(未圖示出)滑動(dòng)接觸的滑動(dòng)面2使用本發(fā)明的閥挺桿1的制造方法。再者，本發(fā)明對(duì)于如圖2所示的、與凸輪直接滑動(dòng)接觸的墊片3的滑動(dòng)面2也適用。
以下示出本發(fā)明的閥挺桿1的具體的實(shí)施例。首先，將SCM材料鍛造成形，對(duì)這樣所得的坯材實(shí)施滲碳淬火回火處理，使得表面硬度達(dá)到HRC58或以上，有效硬化層深度達(dá)到約1.0mm，然后使用采用了砂輪和拋光劑的磨床將頂表面即滑動(dòng)面2的表面粗糙度加工成Ra0.01～0.03，但優(yōu)選進(jìn)行頂表面精加工使得滑動(dòng)面2的表面粗糙度達(dá)到Ra0.02。
接著，在處理溫度520℃、處理時(shí)間70分下進(jìn)行氣體軟氮化處理，使得滑動(dòng)面2的表面硬度達(dá)到Hv660或以上，化合物層6(參看圖4)的厚度達(dá)到1-5μm。在氣體軟氮化處理中使用的氣體，使用了NH3和N2及CO2的混合氣體。
在氣體軟氮化處理中，為了在1-5μm的范圍均勻形成化合物層，且得到?jīng)]有多孔層的化合物層，而且，為了變形小，表面粗糙度為Ra0.05以下，在溫度的均勻性和氣氛氣體的攪拌上予以注意來(lái)進(jìn)行處理。另外，為了在1-5μm的范圍均勻形成化合物層、且得到?jīng)]有多孔層的化合物層，控制氣氛氣體的組成和NH3的分解率也重要。閥挺桿在達(dá)到所規(guī)定的NH3分解率的氣氛中被氮化處理。NH3的分解率能夠用氣體交換率(流量)或混合氣體的構(gòu)成比等控制。另外，也可以使用采用其他爐調(diào)整氣氛成為所規(guī)定的NH3分解率的氣體進(jìn)行氮化處理。本實(shí)施例中的NH3的分解率是23％。
在本實(shí)施例中，用上述處理?xiàng)l件進(jìn)行了氣體軟氮化，在處理溫度560℃、處理時(shí)間30分，及在處理溫度500℃、處理時(shí)間150分下分別得到3.5μm和2.5μm的沒(méi)有多孔層的化合物層。此時(shí)的NH3的分解率，與520℃處理比較，在處理溫度560℃時(shí)需要增大，但在500℃下則相同。NH3的分解率按照氮化處理溫度500-560℃在5-50％的范圍內(nèi)控制。另外，閥挺桿在夾具上整齊排列，以均勻地接觸氣氛氣體而進(jìn)行氣體軟氮化處理，由此得到變形更小的均勻化合物層的閥挺桿。
過(guò)去進(jìn)行的超過(guò)560℃的溫度的氣體軟氮化處理，為形成必要的1-5μm的化合物層，處理時(shí)間短，不能調(diào)節(jié)成適當(dāng)?shù)臍夥?。只NH3的分解在表面進(jìn)行的情況下，對(duì)氮化有效地作用，因此在NH3的分解率大的氣氛中，處理品表面的NH3的分解反應(yīng)減少，雖形成了沒(méi)有多孔層的化合物層，但化合物層產(chǎn)生偏差，在NH3的分解率小的氣氛中，處理品表面的氮化活躍地進(jìn)行，化合物層產(chǎn)生了多孔層。
通過(guò)控制了氮化處理的溫度、時(shí)間和氣氛的上述氣體軟氮化處理，在閥挺桿的頂表面上，如圖4所示，在母材上形成了擴(kuò)散層7及在表面上不形成多孔層而形成了由孔隙率5％或以下的致密的化合物層6構(gòu)成的氮化層。
另外，在化合物層表面具有圖7所示的平均粒徑0.5μm或以下的微細(xì)的碳化物、氮化物、硫化物或氧化物、或者包含上述化合物的2種或以上的大量突起(白的粒狀部分)。此時(shí)的表面粗糙度是Ra0.05或以下。而且，如圖11所示，氮化合物層中含有0.5μm或以下的等軸結(jié)晶。這樣得到的本發(fā)明的閥挺桿，不需要用于改善表面粗糙度和尺寸精度的拋光處理。
接著，作為比較例，使用與上述本發(fā)明的實(shí)施例相同的坯材，使氮化前的頂表面的表面粗糙度不同，但采用與本發(fā)明的氮化處理相同的條件的加工方法作成了閥挺桿。
表1表示出此時(shí)的滑動(dòng)面2上在氮化處理前和后的表面粗糙度的變化的例子。在本發(fā)明的實(shí)施例中，由于將氮化前的滑動(dòng)面的表面粗糙度拋光加工成Ra0.012-0.028，因此知道可使氮化后的滑動(dòng)面的表面粗糙度為Ra0.024～0.045。與此相對(duì)，在比較例1、2、3中，氮化處理前的滑動(dòng)面的表面粗糙度超過(guò)Ra0.03的場(chǎng)合，氮化處理后的表面粗糙度超過(guò)了Ra0.05。
表1

圖5、圖12及圖8中，針對(duì)以往技術(shù)比較例4的閥挺桿，顯示出氮化后的截面及表面。
以往技術(shù)比較例4的閥挺桿，在一般的570℃被氣體軟氮化，厚厚地形成含有柱狀結(jié)晶的化合物層6，具有粗大的多孔層8(參照?qǐng)D6)。另外，由于變形大，表面粗糙度也惡化，因此需要通過(guò)后面工序的拋光來(lái)去除多孔層。圖12顯示出通過(guò)加工而消除了多孔層的閥挺桿截面的TEM組織，但從表面開(kāi)始具有大致垂直地取向的比較粗大的柱狀結(jié)晶。
表2表示出實(shí)施例2及比較例4的閥挺桿在氮化前后的尺寸精度的變化及化合物層、多孔層的厚度。變形表示為相對(duì)于氮化前的閥挺桿頂表面形狀，以外周部為基準(zhǔn)，氮化后的最大位移。本發(fā)明的閥挺桿，在氮化處理后，表面粗糙度沒(méi)有增大，變形也非常小，而且化合物層中未形成多孔層。據(jù)此，不需要作為后加工的拋光，因此不會(huì)出現(xiàn)因拋光導(dǎo)致的化合物層厚度產(chǎn)生偏差。
表2
將上述的本實(shí)施例的本發(fā)明閥挺桿和比較例4的以往技術(shù)的閥挺桿及將凸輪部激冷化的冷硬凸輪組裝到引擎中，在轉(zhuǎn)速1000-4000rpm下進(jìn)行空轉(zhuǎn)試驗(yàn)，測(cè)定了滑動(dòng)時(shí)的摩擦力矩。圖14表示出本發(fā)明和以往技術(shù)的閥挺桿在跑合運(yùn)轉(zhuǎn)前后的閥挺桿頂表面及滑動(dòng)配對(duì)材料凸輪(凸輪鼻端部)的表面粗糙度變化。本發(fā)明的閥挺桿，不引起自身的表面粗糙度增大，并通過(guò)其磨光功能能夠改善(降低)凸輪側(cè)的表面粗糙度。另一方面，以往技術(shù)的閥挺桿，在跑合運(yùn)轉(zhuǎn)前后閥挺桿自身的表面粗糙度大幅度增大。
另外，圖15表示出本發(fā)明的閥挺桿跑合運(yùn)轉(zhuǎn)前、耐久評(píng)價(jià)后的閥挺桿頂表面和配對(duì)材料凸輪(凸輪尖)的表面粗糙度變化。本發(fā)明的閥挺桿頂表面的表面粗糙度幾乎沒(méi)有變化，另一方面，通過(guò)其磨光功能，使配對(duì)材料凸輪側(cè)的表面粗糙度提高到Ra0.02μm。另外，從作為閥挺桿和凸輪的綜合滑動(dòng)評(píng)價(jià)使用的表面粗糙度的方均值看也為收斂的傾向。圖13表示出耐久評(píng)價(jià)后的本發(fā)明閥挺桿的滑動(dòng)表面?；瑒?dòng)前的表面上可看到的突起，在與凸輪組合而滑動(dòng)時(shí)，通過(guò)其磨光功能使凸輪的表面粗糙度提高到Ra0.02μm或以下，不增大閥挺桿自身的表面粗糙度，而殘留提高保油效果的凹坑而脫離。
圖9是表示轉(zhuǎn)數(shù)和摩擦力矩的關(guān)系的曲線圖。此結(jié)果知道本發(fā)明的閥挺桿在跑合運(yùn)轉(zhuǎn)前后及耐久評(píng)價(jià)中幾乎沒(méi)有自身表面粗糙度的變化，且通過(guò)磨光功能提高凸輪側(cè)的表面粗糙度，摩擦力矩比以往技術(shù)的低，在滑動(dòng)阻力上也有優(yōu)勢(shì)。
如先前所述，本發(fā)明的閥挺桿，其特征是，氮化后的化合物層厚度為1-5μm，且，氮化后的頂表面的表面粗糙度是Ra0.05或以下，而且在化合物層表面部未形成多孔層，因此基本上不需要拋光處理。這樣制造的閥挺桿1，在氮化處理后基本不需要高成本的拋光處理，由于能夠使滑動(dòng)面2均勻存在高硬度且低摩擦系數(shù)的化合物層，因此耐磨耗性也穩(wěn)定，能夠維持高性能同時(shí)大幅度降低制造成本。而且，通過(guò)與配對(duì)材料凸輪組合而滑動(dòng)，不引起閥挺桿自身的表面粗糙度增大，而通過(guò)其磨光功能能夠提高凸輪側(cè)的表面粗糙度，因此對(duì)于配對(duì)材料凸輪也不需要砂紙拋光加工等高價(jià)的設(shè)備和需要長(zhǎng)的加工時(shí)間的高成本的裝置。
如以上所述，本發(fā)明的閥挺桿，通過(guò)進(jìn)行形成沒(méi)有多孔層的1-5μm的致密而硬的氮化化合物層，在氮化前后表面粗糙度幾乎沒(méi)有增大，而且應(yīng)變變形極小的氣體氮化處理，不需要調(diào)整表面粗糙度及去除多孔層等調(diào)整氮化處理后的化合物層的拋光。據(jù)此，表面性狀均勻，可確保穩(wěn)定的耐磨耗性。
另外，通過(guò)得到均勻的化合物層，與以往技術(shù)的閥挺桿比，能夠降低摩擦力矩。而且由于不需要高成本的拋光處理，因此能夠得到低成本的閥挺桿。
而且，通過(guò)與凸輪組合而滑動(dòng)，不引起閥挺桿自身的表面粗糙度增大，而通過(guò)其磨光功能，能夠提高凸輪側(cè)的表面粗糙度，因此除了改善耐磨耗性和摩擦力矩之外，還能實(shí)現(xiàn)凸輪側(cè)的低成本化。
權(quán)利要求
1.一種閥挺桿，是對(duì)內(nèi)燃機(jī)用閥挺桿的至少頂表面實(shí)施了氣體氮化或氣體軟氮化的閥挺桿，其特征在于，在最外表面形成1-5μm經(jīng)氮化而致的化合物層，所形成的該化合物層的表面粗糙度為Ra0.05或以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥挺桿，其特征在于，該化合物層由γ’相和/或γ’相與ε相的混合相構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的閥挺桿，其特征在于，該化合物層包含等軸結(jié)晶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3的任1項(xiàng)所述的閥挺桿，其特征在于，該化合物層的孔隙率為5％或以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4的任1項(xiàng)所述的閥挺桿，其特征在于，在該化合物層的表面具有平均粒徑0.5μm或以下的大量突起。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5的任1項(xiàng)所述的閥挺桿，其特征在于，該化合物層表面的突起是氮化物、或者含有碳、氧、硫及其化合物之中的至少1種的氮化物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6的任1項(xiàng)所述的閥挺桿，其特征在于，閥挺桿頂表面的表面硬度是Hv660或以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7的任1項(xiàng)所述的閥挺桿與凸輪的組合，其特征在于，閥挺桿頂表面通過(guò)與凸輪的滑動(dòng)使凸輪的表面粗糙度提高，且不增大閥挺桿自身的表面粗糙度。
9.一種閥挺桿的制造方法，是對(duì)內(nèi)燃機(jī)用閥挺桿的至少頂表面實(shí)施氣體氮化或氣體軟氮化的閥挺桿的制造方法，其特征在于，將氮化前的頂表面的表面粗糙度拋光加工成Ra0.01-0.03。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的閥挺桿的制造方法，其特征在于，在上述閥挺桿的制造方法中，氮化處理溫度是500-560℃。
全文摘要
閥挺桿(1)或凸輪(3)的滑動(dòng)面(2)進(jìn)行了滲碳淬火回火處理后，進(jìn)行氣體軟氮化處理，使得其表面硬度達(dá)到Hv660或以上，化合物層(6)的厚度達(dá)到1－5μm。表面的氮化層是孔隙率1％或以下的致密的化合物層(6)。
文檔編號(hào)C23C8/02GK1784505SQ20048001267
公開(kāi)日2006年6月7日 申請(qǐng)日期2004年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月10日
發(fā)明者山下勝洋, 上野靖, 市東和之, 宗村進(jìn)之介, 菅原力 申請(qǐng)人:株式會(huì)社理研, 東方工程公司