JP2706561B2 - 内燃機関用弁座材、及びその製造方法 - Google Patents
内燃機関用弁座材、及びその製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、特に高温耐摩耗性に優れその長寿命化を
図るのに好適な内燃機関用弁座材、及びその製造方法に
関する。
図るのに好適な内燃機関用弁座材、及びその製造方法に
関する。
〈従来の技術〉 従来より、ガソリン代替燃料として利用されるLPG燃
料を利用した内燃機関は、主にタクシーに利用されてお
り、１日当たりの走行距離が約350Kmと一般乗用車に比
べて多いため、特に排気側弁座は疲労破壊的摩耗が激し
い。
料を利用した内燃機関は、主にタクシーに利用されてお
り、１日当たりの走行距離が約350Kmと一般乗用車に比
べて多いため、特に排気側弁座は疲労破壊的摩耗が激し
い。
また、このようなLPG内燃機関は特有のアブレッシブ
摩耗（機械的破壊摩耗）が生じ易く、弁座摩耗が増大さ
れるという問題を有している。
摩耗（機械的破壊摩耗）が生じ易く、弁座摩耗が増大さ
れるという問題を有している。
このため、本出願人らは上記のような問題を解決すべ
く、CO−Ni−Mo−Ｃ系鉄基地中にCo系合金硬質相を分散
させた焼結合金の空孔内に、鉛を溶浸させた材料を先に
開発した（特開昭62−10244号公報参照）。
く、CO−Ni−Mo−Ｃ系鉄基地中にCo系合金硬質相を分散
させた焼結合金の空孔内に、鉛を溶浸させた材料を先に
開発した（特開昭62−10244号公報参照）。
〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、内燃機関の高性能化の要請に伴って、
近年さらにLPG内燃機関の長寿命化が要求されており、
その弁座材も一層の高温耐摩耗性が必要とされてきてい
る。
近年さらにLPG内燃機関の長寿命化が要求されており、
その弁座材も一層の高温耐摩耗性が必要とされてきてい
る。
この発明は、上記のような事情に鑑みてなされたもの
であり、特に高温耐摩耗性に優れその長寿命化を図るの
に好適な内燃機関用弁座材、およびその製造方法を提供
することを目的とする。
であり、特に高温耐摩耗性に優れその長寿命化を図るの
に好適な内燃機関用弁座材、およびその製造方法を提供
することを目的とする。
〈課題を解決するための手段〉 この発明は、上記のような目的を達成するために、全
体組成が重量比でC0.3〜1.5％,Si0.1〜0.8％,Cr1.4〜４
％,Ni0.1〜２％,Mo2.7〜13％,W0.2〜9.5％,Co11〜20％,
V0.1〜2.6％及び残りFeで、かつ組織は金属炭化物が分
散している高速度工具鋼相20〜50％と、 金属間化合物が分散しているコバルト金属硬質相10〜
20％と、 Co−Ni−Mo−Ｃを含む鉄合金相及び上記コバルト合金
硬質相が他の相に拡散した中間相残りと、 が斑状に混り合っていることを特徴とし、また空孔内
にPbが充填されていることを特徴とする。
体組成が重量比でC0.3〜1.5％,Si0.1〜0.8％,Cr1.4〜４
％,Ni0.1〜２％,Mo2.7〜13％,W0.2〜9.5％,Co11〜20％,
V0.1〜2.6％及び残りFeで、かつ組織は金属炭化物が分
散している高速度工具鋼相20〜50％と、 金属間化合物が分散しているコバルト金属硬質相10〜
20％と、 Co−Ni−Mo−Ｃを含む鉄合金相及び上記コバルト合金
硬質相が他の相に拡散した中間相残りと、 が斑状に混り合っていることを特徴とし、また空孔内
にPbが充填されていることを特徴とする。
また、この発明は全体組成が重量比でC0.3〜1.5％,Si
0.1〜0.8％,Cr1.4〜４％,Ni0.1〜２％,Mo2.7〜13％,W0.
2〜9.5％,Co11〜20％,V0.1〜2.6％及び残りFeで、硬さ
が異なる相が斑状に分布した組織の焼結材料を粉末成形
及び焼結により製造する方法において、 黒鉛粉末0.2〜0.7％と、 Si1.5〜2.5％,Cr7〜９％,Mo26〜30％及び残部Coのコ
バルト合金粉末10〜20％と、 下記のイ〜ニに包含される高速度工具鋼粉のうち少な
くとも１種20〜50％と、 イ.C0.7〜0.8％,Cr3.8〜4.5％,W17〜19％,V0.8〜1.2
％，及びFe残り、 ロ.C0.7〜1.6％,Cr3.8〜4.5％,W11.5〜19％,V0.8〜5.2
％,Co4.2〜11％及びFe残り、 ハ.C0.8〜1.4％,Cr3.5〜4.5％,Mo4.5〜9.2％,W1.5〜6.7
％,V1.6〜4.5％及びFe残り、 ニ.C0.8〜1.4％,Cr3.5〜4.5％,Mo3〜12％,W1.2〜11％,V
0.9〜3.7％,Co4.5〜11％及びFe残り、 Ni0.5〜３％,Mo0.5〜３％,Co5.5〜7.5％及び残部Feの
合金鉄粉とで、合計100％となる混合粉を用いることを
特徴とする。
0.1〜0.8％,Cr1.4〜４％,Ni0.1〜２％,Mo2.7〜13％,W0.
2〜9.5％,Co11〜20％,V0.1〜2.6％及び残りFeで、硬さ
が異なる相が斑状に分布した組織の焼結材料を粉末成形
及び焼結により製造する方法において、 黒鉛粉末0.2〜0.7％と、 Si1.5〜2.5％,Cr7〜９％,Mo26〜30％及び残部Coのコ
バルト合金粉末10〜20％と、 下記のイ〜ニに包含される高速度工具鋼粉のうち少な
くとも１種20〜50％と、 イ.C0.7〜0.8％,Cr3.8〜4.5％,W17〜19％,V0.8〜1.2
％，及びFe残り、 ロ.C0.7〜1.6％,Cr3.8〜4.5％,W11.5〜19％,V0.8〜5.2
％,Co4.2〜11％及びFe残り、 ハ.C0.8〜1.4％,Cr3.5〜4.5％,Mo4.5〜9.2％,W1.5〜6.7
％,V1.6〜4.5％及びFe残り、 ニ.C0.8〜1.4％,Cr3.5〜4.5％,Mo3〜12％,W1.2〜11％,V
0.9〜3.7％,Co4.5〜11％及びFe残り、 Ni0.5〜３％,Mo0.5〜３％,Co5.5〜7.5％及び残部Feの
合金鉄粉とで、合計100％となる混合粉を用いることを
特徴とする。
（鉄合金基地相） まず、上記組成の基地相は、特公昭55−36242号公報
記載の合金と同様であるが、異なる点は靭性を高くする
ことを考慮して炭素量を少なめに構成してある。
記載の合金と同様であるが、異なる点は靭性を高くする
ことを考慮して炭素量を少なめに構成してある。
基地相のNiおよびMoは、主に強度向上に寄与し、Coは
高温硬さを向上する成分である。
高温硬さを向上する成分である。
また、炭素は特公昭55−36242号公報記載の合金の場
合には合金粉に添加しているが、この発明に係る合金に
おいては、粉末圧縮性を良くするために黒鉛粉の形で添
加し焼結中に合金化させる。なお、基地相の硬さはMHV3
00〜380程度である。
合には合金粉に添加しているが、この発明に係る合金に
おいては、粉末圧縮性を良くするために黒鉛粉の形で添
加し焼結中に合金化させる。なお、基地相の硬さはMHV3
00〜380程度である。
（高速度工具鋼相） 高速度工具鋼の粒子は、疲労破壊的摩耗の防止に効果
があり、20％以上で効果を奏するが、50％を越えるとア
ブレッシブ摩耗を助長させて耐摩耗性が低下すると同時
に相手部材を摩耗させることとなる。
があり、20％以上で効果を奏するが、50％を越えるとア
ブレッシブ摩耗を助長させて耐摩耗性が低下すると同時
に相手部材を摩耗させることとなる。
高速度工具鋼種には、日本工業規格で規定されている
ように、Mo系とＷ系があるがいずれも耐摩耗性に効果を
示す。
ように、Mo系とＷ系があるがいずれも耐摩耗性に効果を
示す。
また、この高速度工具鋼相は粒状の金属炭化物が分散
した組織を示しており、その硬さは基地相よりやや硬く
MHV360〜520程度である。
した組織を示しており、その硬さは基地相よりやや硬く
MHV360〜520程度である。
なお、Si,Niが不純物として含まれることがある。
（コバルト合金硬質相） 硬質粒子は、特開昭62−10244号公報記載の合金であ
るが、開示されている金属間化合物のうちMo33〜36％,S
i4〜12％のコバルト合金が適している。
るが、開示されている金属間化合物のうちMo33〜36％,S
i4〜12％のコバルト合金が適している。
特に、LPG燃料エンジンは弁と弁座の介面がドライの
ため、材料同士が接触して起こるアブレッシブ摩耗を起
こし易いが、このCo系合金硬質粒子はその低下に有効で
ある。
ため、材料同士が接触して起こるアブレッシブ摩耗を起
こし易いが、このCo系合金硬質粒子はその低下に有効で
ある。
また、基地組織は上記金属間化合物が分散した組織を
しており、その硬さはMHV800〜970程度である。
しており、その硬さはMHV800〜970程度である。
また、この金属間化合物が分散した硬質相は、隣り合
う鉄合金基地相または高速度工具鋼相に一部拡散して、
組成および硬さなどの性質が傾斜した中間相を形成して
いる。
う鉄合金基地相または高速度工具鋼相に一部拡散して、
組成および硬さなどの性質が傾斜した中間相を形成して
いる。
このように構成すると硬材料強度起が高くなり、耐摩
耗性を向上させることができる。
耗性を向上させることができる。
Co系合金硬質粒子の添加量は、５％以上で耐摩耗性が
安定し、10〜20％が好ましいが、25％を越える添加量は
費用の割りに効果が伴わない。
安定し、10〜20％が好ましいが、25％を越える添加量は
費用の割りに効果が伴わない。
（鉛） 上記したこの発明に係る焼結合金の空孔中に鉛を含浸
させた材料は、使用する環境温度が鉛の融点より低い温
度で固体潤滑作用があり、耐摩耗性が向上する。
させた材料は、使用する環境温度が鉛の融点より低い温
度で固体潤滑作用があり、耐摩耗性が向上する。
〈作用〉 この発明によれば、Co−Ni−Mo−Ｃを含む鉄基地中
に、金属間化合物が分散したCo系合金硬質粒子と、金属
炭化物が分散した高速度工具鋼粒子とを分散させるとと
もに、Co系合金硬質粒子の一部を他の粒子に拡散させた
中間相を設けるように構成されているので、特に高温耐
摩耗性に優れ、その長寿命化を図ることとなり、内燃機
関用弁座材として好適である。
に、金属間化合物が分散したCo系合金硬質粒子と、金属
炭化物が分散した高速度工具鋼粒子とを分散させるとと
もに、Co系合金硬質粒子の一部を他の粒子に拡散させた
中間相を設けるように構成されているので、特に高温耐
摩耗性に優れ、その長寿命化を図ることとなり、内燃機
関用弁座材として好適である。
〈実施例〉 以下、実施例により本発明を説明する。
実施例−１ 組成が6.5％Co−1.5％Ni−1.5％Moを含む鉄合金粉
に、黒鉛粉を0.6％とステアリン酸亜鉛を0.8％添加し、
更に28％Mo−8.5％Cr−２％Siのコバルト合金粉及び4.2
％Cr−５％Mo−6.2％Ｗ−1.9％Ｖ−0.7％Si−1.1％Ｃの
JIS規格SKH51相当の高速度工具鋼粉の添加量を種々変え
た混合粉を作製した。
に、黒鉛粉を0.6％とステアリン酸亜鉛を0.8％添加し、
更に28％Mo−8.5％Cr−２％Siのコバルト合金粉及び4.2
％Cr−５％Mo−6.2％Ｗ−1.9％Ｖ−0.7％Si−1.1％Ｃの
JIS規格SKH51相当の高速度工具鋼粉の添加量を種々変え
た混合粉を作製した。
混合粉は圧力8t/cm2でリング状に成形後、還元性雰囲
気中，温度1200℃で30分間焼結した。
気中，温度1200℃で30分間焼結した。
また、一部の焼結材については、温度550℃,8気圧で
真空高圧鉛含浸した。
真空高圧鉛含浸した。
焼結体の顕微鏡組織は、ソルバイト状の鉄基地と、細
かに金属炭化物が分散した高速度工具鋼相と、金属間化
合物が迷路のように分散したCo系合金硬質相とが混り合
っており、Co系合金硬質相の一部が鉄基地または高速度
工具鋼相に拡散した中間相が認められる。
かに金属炭化物が分散した高速度工具鋼相と、金属間化
合物が迷路のように分散したCo系合金硬質相とが混り合
っており、Co系合金硬質相の一部が鉄基地または高速度
工具鋼相に拡散した中間相が認められる。
これら焼結材の耐摩耗性を模擬エンジン試験機を用い
て、コバルト合金硬質相の効果，高速度工具鋼和の効果
などを測定した。
て、コバルト合金硬質相の効果，高速度工具鋼和の効果
などを測定した。
上記試験機は、LPG燃料ガスで弁及び弁座を所定の温
度に加熱しながらカム軸をモータで駆動する機構で、温
度，弁の往復数，弁のスプリング圧などを任意に設定す
ることができ、短時間で苛酷な試験を行なうことができ
る。
度に加熱しながらカム軸をモータで駆動する機構で、温
度，弁の往復数，弁のスプリング圧などを任意に設定す
ることができ、短時間で苛酷な試験を行なうことができ
る。
その試験条件は、弁の往復数6000回／分，シート温度
300℃，試験時間50時間で、弁材は21−4Nを用いた。
300℃，試験時間50時間で、弁材は21−4Nを用いた。
第１図に弁座試料の摩耗量を、また第２図に弁の摩耗
量を示す。
量を示す。
コバルト合金硬質相の量が10〜20％のとき、弁も弁座
も摩耗が少ないことが分る。
も摩耗が少ないことが分る。
また、高速度工具鋼相の量が20〜50％のとき、弁座摩
耗が少なく、また弁の摩耗は50％以下のとき摩耗が少な
い。
耗が少なく、また弁の摩耗は50％以下のとき摩耗が少な
い。
第１表に、第１図に示した試料のうちコバルト合金硬
質相の量が10％の各試料の摩耗量と、それと同じ焼結体
に鉛を含浸した試料を、上記と同様に摩耗試験した結果
を示す。
質相の量が10％の各試料の摩耗量と、それと同じ焼結体
に鉛を含浸した試料を、上記と同様に摩耗試験した結果
を示す。
この測定結果から明らかなように、鉛溶浸すると摩耗
が減少することがわかる。
が減少することがわかる。
実施例−２ 上記実施例１で用いた各種粉末に加え、組成が異なる
都合７種類の高速度工具鋼粉末を準備した。
都合７種類の高速度工具鋼粉末を準備した。
（１）SKH−２相当組成； Fe−0.8％Ｃ−4.1％Cr−17％Ｗ−0.9％Ｖ （２）SKH−４相当組成； Fe−0.8％Ｃ−４％Cr−18％Ｗ−1.1％Ｖ−10％Co （３）SKH−10相当組成； Fe−1.5％Ｃ−４％Cr−12％Ｗ−4.5％Ｖ−4.5％Co （４）SKH−51相当組成； Fe−0.8％Ｃ−4.2％Cr−6.2％Ｗ−1.9％Ｖ−50％Mo （５）SKH−57相当組成： Fe−1.3％Ｃ−４％Cr−10％Ｗ−3.2％Ｖ−3.3％Mo−1
0％Co （６）SKH−58相当組成； Fe−1.0％Ｃ−４％Cr−1.9％Ｗ−1.8％Ｖ−8.5％Mo （７）SKH−59相当組成； Fe−1.1％Ｃ−４％Cr−1.5％Ｗ−1.1％Ｖ−10％Mo−
８％Co Co−Ni−Moを含む鉄合金粉に、黒鉛粉を0.6％、ステ
アリン酸亜鉛を0.8％、コバルト合金粉15％及び高速度
工具鋼粉40％とし、高速度工具鋼粉の種類が異なる混合
粉を作製した。
0％Co （６）SKH−58相当組成； Fe−1.0％Ｃ−４％Cr−1.9％Ｗ−1.8％Ｖ−8.5％Mo （７）SKH−59相当組成； Fe−1.1％Ｃ−４％Cr−1.5％Ｗ−1.1％Ｖ−10％Mo−
８％Co Co−Ni−Moを含む鉄合金粉に、黒鉛粉を0.6％、ステ
アリン酸亜鉛を0.8％、コバルト合金粉15％及び高速度
工具鋼粉40％とし、高速度工具鋼粉の種類が異なる混合
粉を作製した。
実施例１と同様にリング形状に成形し、還元性雰囲気
中温度1200℃で30分間焼結した。
中温度1200℃で30分間焼結した。
各焼結体は、上記と同様に鉛溶浸した後弁座形状に加
工した。
工した。
この弁座試料をプロパン燃料エンジンの排気側に組み
込み、エンジン回転数6000rpm,全負荷で500時間運転
し、弁座の摩耗量を比較した。
込み、エンジン回転数6000rpm,全負荷で500時間運転
し、弁座の摩耗量を比較した。
第２表にその測定結果を示す。
比較材は上記試料から高速度工具鋼相を除いた組成の
焼結体に鉛溶浸したもので、特開昭62−10244号公報記
載の従来材に相当する。
焼結体に鉛溶浸したもので、特開昭62−10244号公報記
載の従来材に相当する。
発明材１〜７は、上記の高速度工具鋼粉の番号に対応
する。
する。
発明材１〜７は、従来材である比較材よりも弁座摩耗
量の低下率がどれもが全て優れている。
量の低下率がどれもが全て優れている。
また、発明材１〜７のうちでは発明材４〜７のモリブ
デン系高速度工具鋼粉を添加した試料が摩耗量が少な
い。
デン系高速度工具鋼粉を添加した試料が摩耗量が少な
い。
〈発明の効果〉 以上説明したように、この発明によれば、Co−Ni−Mo
−Ｃを含む鉄基地中に、金属間化合物が分散したCo系合
金硬質粒子と、金属炭化物が分散した高速度工具鋼粒子
とを分散させるとともに、Co系合金硬質粒子の一部を他
の粒子に拡散させた中間相を設けた組織構成にしたこと
により、アブレッシブ摩耗及び疲労破壊的摩耗が起こり
にくくすることができ、自動車などのエンジンの性能向
上を図ることができる。
−Ｃを含む鉄基地中に、金属間化合物が分散したCo系合
金硬質粒子と、金属炭化物が分散した高速度工具鋼粒子
とを分散させるとともに、Co系合金硬質粒子の一部を他
の粒子に拡散させた中間相を設けた組織構成にしたこと
により、アブレッシブ摩耗及び疲労破壊的摩耗が起こり
にくくすることができ、自動車などのエンジンの性能向
上を図ることができる。
よって、特に高温耐摩耗性に優れその長寿命化を図る
のに好適な内燃機関用弁座材、及びその製造方法を提供
することができる。
のに好適な内燃機関用弁座材、及びその製造方法を提供
することができる。
第１図は弁座の摩耗量を示したグラフ、第２図は弁の摩
耗量を示したグラフである。
耗量を示したグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤木 章 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社内 (72)発明者 谷本 一郎 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社内 (72)発明者 岸 克宏 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−167858（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−163350（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−8350（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】全体組成が重量比でC0.3〜1.5％,Si0.1〜
0.8％,Cr1.4〜４％,Ni0.1〜２％,Mo2.7〜13％,W0.2〜9.
5％,Co11〜20％,V0.1〜2.6％及び残りFeで、かつ組織は
金属炭化物が分散している高速度工具鋼相20〜50％と、 金属間化合物が分散しているコバルト合成硬質相10〜20
％と、 Co−Ni−Mo−Ｃを含む鉄合金相及び上記コバルト合金硬
質相が他の相に拡散した中間残りと、 が斑状に混り合っていることを特徴とする内燃機関用弁
座材。 - 【請求項２】空孔内にPbが充填されていることを特徴と
する請求項１記載の内燃機関用弁座材。 - 【請求項３】全体組成営が重量比でC0.3〜1.5％,Si0.1
〜0.8％,Cr1.4〜４％,Ni0.1〜２％,Mo2.7〜13％,W0.2〜
9.5％,Co11〜20％,V0.1〜2.6％及び残りFeで、硬さが異
なる相が斑状に分布した組織の焼結材料を粉末成形又は
焼結により製造する方法において、 黒鉛粉末0.2〜0.7％と、 Si1.5〜2.5％,Cr7〜９％,Mo26〜30％及び残部Coのコバ
ルト合金粉末10〜20％と、 下記のイ〜ニに包含される高速度工具鋼粉のうち少なく
とも１種20〜50％と、 イ.C0.7〜0.8％,Cr3.8〜4.5％,W17〜19％,V0.8〜1.2
％，及びFe残り、 ロ.C0.7〜1.6％,Cr3.8〜4.5％,W11.5〜19％,V0.8〜5.2
％,Co4.2〜11％及びFe残り、 ハ.C0.8〜1.4％,Cr3.5〜4.5％,Mo4.5〜9.2％,W1.5〜6.7
％,V1.6〜4.5％及びFe残り、 ニ.C0.8〜1.4％,Cr3.5〜4.5％,Mo3〜12％,W1.2〜11％,V
0.9〜3.7％,Co4.5〜11％及びFe残り、 Ni0.5〜３％,Mo0.5〜３％,Co5.5〜7.5％及び残部Feの合
金鉄粉とで、合計100％となる混合粉を用いることを特
徴とする内燃機関用弁座材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28021890A JP2706561B2 (ja) | 1990-10-18 | 1990-10-18 | 内燃機関用弁座材、及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28021890A JP2706561B2 (ja) | 1990-10-18 | 1990-10-18 | 内燃機関用弁座材、及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04159405A JPH04159405A (ja) | 1992-06-02 |
| JP2706561B2 true JP2706561B2 (ja) | 1998-01-28 |
Family
ID=17621961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28021890A Expired - Fee Related JP2706561B2 (ja) | 1990-10-18 | 1990-10-18 | 内燃機関用弁座材、及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2706561B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104962782A (zh) * | 2015-07-14 | 2015-10-07 | 四川三鑫南蕾气门座制造有限公司 | 具有抗腐蚀耐磨功能的内燃机高合金气门座制造技术 |
| US10273838B2 (en) | 2015-12-22 | 2019-04-30 | Nippon Piston Ring Co., Ltd. | Valve seat insert for internal combustion engine having excellent wear resistance |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09324615A (ja) * | 1996-06-07 | 1997-12-16 | Nippon Piston Ring Co Ltd | 接合型バルブシート |
| JP3469435B2 (ja) * | 1997-06-27 | 2003-11-25 | 日本ピストンリング株式会社 | 内燃機関用バルブシート |
| JP4584158B2 (ja) * | 2005-03-23 | 2010-11-17 | 日本ピストンリング株式会社 | 内燃機関用鉄基焼結合金製バルブシート材 |
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