JP2842868B2 - バルブシート用鉄基焼結合金 - Google Patents
バルブシート用鉄基焼結合金Info
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- JP2842868B2 JP2842868B2 JP62192710A JP19271087A JP2842868B2 JP 2842868 B2 JP2842868 B2 JP 2842868B2 JP 62192710 A JP62192710 A JP 62192710A JP 19271087 A JP19271087 A JP 19271087A JP 2842868 B2 JP2842868 B2 JP 2842868B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【発明の目的】
（産業上の利用分野）
この発明は、自動車用等のエンジン部品であるバルブ
シートの素材として好適に利用されるバルブシート用鉄
基焼結合金に関するものである。 （従来の技術） 自動車用エンジン部品であるバルブシートは、自動車
用エンジンの高出力化や燃料の一つであるガソリンの無
鉛化に伴って、溶製材から焼結合金材へと次第に変換し
つつある。 そして、近年に至っては、自動車用エンジンの高出力
化、，高回転化、さらには過給器の付加等により、バル
ブシートの受ける熱的および機械的負荷はさらに増大す
る傾向にある。 このような自動車用エンジンのすう勢に対応し、バル
ブシートの耐摩耗性，高温強度，耐酸化性を向上する目
的で、Cr,Ni,Co,W,Mo等の合金元素を、基地への合金化
法や、硬質相の形態とした分散法により添加していた。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような合金元素の添加によって素
材の耐摩耗性は向上するもののコストの高騰をもたらす
という問題点があった。また、こうした合金元素の添加
によってそれに見合うだけの効果が得られるかどうかに
ついては不明な点が多かった。 （発明の目的） この発明は、このような従来の問題点に着目してなさ
れたもので、自動車用エンジンの高出力化、高回転化に
よる熱的および機械的負荷の増大に対応できる高負荷エ
ンジン用の高性能バルブシート素材として好適なバルブ
シート用鉄基焼結合金を提供することを目的としてい
る。 【発明の構成】 （問題点を解決するための手段） この発明に係るバルブシート用鉄基焼結合金は、重量
％で、Mo:3〜14％、Ni:3〜14％、C:0.3〜1.5％を含み、
残部Feおよび不純物よりなり、Moを均一に固溶するFe粉
の焼結によりMoの大部分が鉄基地中に均一に固溶しある
いは数μｍオーダーの金属間化合物として均一に分布し
た組織を有していることを特徴としているものであり、
悪に開発したFe−Ni−Ｃ系およびFe−Mo−Ｃ系鉄基焼結
合金をさらに改良し、FeにNiとMoとを同時に添加し、Mo
の大部分を鉄基地中に均一に分布させた組織とすること
により、耐摩耗性をさらに向上させるようにしたことを
特徴としているものである。 次に、この発明に係るバルブシート用鉄基焼結合金の
成分（重量％）および組織の限定理由について説明す
る。 Mo:3〜14％ Moはその大部分が鉄基地中に均一に固溶しあるいは数
μｍオーダーの金属間化合物として均一に分布すること
によって、耐摩耗性をより一層向上するのに有効な元素
である。 従来からバルブシート用焼結合金としてMoを含む材料
は使用されているが、このMoは主としてフェロモリブデ
ン粒子として添加され、このフェロモリブデン粒子が硬
質粒子として耐摩耗性向上のために使用されていた。と
ころが、このような使われ方をした場合に、モリブデン
が鉄基地中に拡散しにくいこともあってフェロモリブデ
ン粒子の周囲は強化されるものの他の部分は強化されな
いため、分散強化による基地強化が主体となり、モリブ
デンが鉄基地中に固溶することによる合金化すなわち固
溶強化による基地強化はさほど期待できなかった。 この発明においては、従来のフェロモリブデン粒子と
して添加することによる問題点にかんがみ、Moを鉄基地
中に均一に固溶させあるいは数μｍオーダーの金属間化
合物として分散させた組織とすることにより、すなわち
具体的にはMoを溶融鉄中に均一に固溶させた溶湯をアト
マイズすることにより作成した粉末を原料粉末として使
用することによってMoの大部分を鉄基地中に均一に固溶
させることにより、Moのもつ耐摩耗性向上の効果を最大
限に活用するようにしたのである。 しかしながら、Mo量が３％未満では耐摩耗性向上の効
果が小さく、また、14％を超えると粉末成形時の成形性
が低下すると共に材質が硬くもろくなるので好ましくな
い。 したがって、Moは３〜14％の範囲とした。 このMoは鉄基地中に均一に分布させるために、前述し
たように、原料粉末の主体となる鉄粉中にモリブデンが
均一に分布したFe−Mo系、あるいはFe−Mo−Ni系の粉末
を使用する必要がある。ただし、高Mo,高Ni組成を狙う
場合は、成形性を確保するためにNi,Moの一部を200メッ
シュアンダーの微細な金属ニッケル，金属モリブデンと
して添加するのが望ましい。 Ni:3〜14％ Niは合金の耐摩耗性を向上させるのに有効であるが、
３％未満ではこのような耐摩耗性向上の効果が十分に得
られず、14％を超えると金属組織中にオーステナイトと
マルテンサイトを生ずるようになって加工しずらくなる
とともに、脆くなるので好ましくない。 したがって、Ni量は３〜14％の範囲とした。 C:0.3〜1.5％ Ｃは共析組成を目標とし、添加するMo量およびNi量に
よりフェライトおよび炭化物を生じない範囲となるよう
に必然的に決定される。この場合、上記のMo量およびNi
量に対応するＣ量は0.3〜1.5％となる。そして、Ｃ量が
共析組成よりも少ないとフェライトを生じて耐摩耗性が
低下するので好ましくなく、また逆にＣ量が共析組成よ
りも多いと炭化物を生じて加工しずらくなるとともに脆
くなるため好ましくない。 したがって、炭素量はフェライトおよび炭化物を生じ
ない範囲とすることが好ましいが、現実的には炭素量を
厳密にコントロールするのは原料粉末の酸素量や焼結炉
の雰囲気などに影響されるため難しく、若干、例えば５
体積％以下のフェライトおよび炭化物の組成は許容され
る。 （実施例） Moを溶融鉄中に均一に固溶させた溶湯をアトマイズす
ることにより作成した粒度が150〜200メッシュにピーク
を持つ５重量％モリブデンを均一に固溶する鉄粉に、20
0メッシュアンダーの金属ニッケル粉，黒鉛粉および金
属モリブデン粉をそれぞれ第２表のNo.5〜No.9の組成と
なるように加え、さらに金型成形の際において型抜けを
良くするために潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を0.6重
量％加えた混合粉を調製し、各混合物をプレスにて7ton
/cm2の成形圧力で成形して成形体を得たのち、各成形体
を650℃で１時間脱ろうし、次いで1200℃で１時間焼成
して焼結させ、次に900℃まで炉冷し、900℃よりガス冷
却して外径46mm×内径30mm×高さ7.5mmのテストピース
（バルブシート）を作製した。 続いて、各テストピースに対し、硬度がHRB95前後と
なるように熱処理を行った後、所定の寸法に加工し、単
体摩耗試験を行ってバルブシート材としての適正を評価
した。 この評価に際しては、排気側バルブシートの使用条件
を想定し、第１表に示す条件で行った。この評価試験の
結果を同じく第２表に示す。 （比較例） 比較のために、Fe−Mo−Ｃ系の焼結合金（No.1）、Fe
−Ni−Ｃ系の焼結合金（No.2,3）、Mo量およびNi量が少
ない本発明比較焼結合金、フェロモリブデンの形でMoを
添加したFe−５％Mo−５％Ni焼結合金（No.10）をそれ
ぞれ用意し、前記実施例と同様にテストピースの作製し
て第１表に示す条件によりバルブシート材としての適正
を評価した。これらの結果を同じく第２表に示す。 第２表に示す結果より明らかなように、本発明材（N
o.5〜９）からなるバルブシートでは、従来の比較材（N
o.1〜３）からなるバルブシートに比べて耐摩網性がさ
らに向上していることが明らかであり、Mo量およびNi量
が少ない比較材（No.4）では耐摩耗性がさほど良くない
ことが認められた。 また、Moをフェロモリブデンの形で添加した比較材
（No.10）に比べて本発明材（No.5）は同一成分であり
ながら耐摩耗性がかなり良好であることが認められた。 【発明の効果】 以上説明してきたように、この発明に係るバルブシー
ト用鉄基焼結合金は、重量％で、Mo:3〜14％、Ni:3〜14
％、C:0.3〜1.5％を含み、残部Feおよび不純物よりな
り、Moを均一に固溶するFe粉の焼結によりMoの大部分が
鉄基地中に均一に固溶しあるいは数μｍオーダーの金属
間化合物として均一に分布した組織を有しているもので
あるから、耐摩耗性に著しく優れた鉄基焼結合金であ
り、とくに自動車用エンジンの高出力化，高回転化によ
る熱的および機械的負荷の増大に対応できる高負荷エン
ジン用の高性能バルブシート素材として好適なバルブシ
ート用鉄基焼結合金であるという非常に優れた効果がも
たらされる。
シートの素材として好適に利用されるバルブシート用鉄
基焼結合金に関するものである。 （従来の技術） 自動車用エンジン部品であるバルブシートは、自動車
用エンジンの高出力化や燃料の一つであるガソリンの無
鉛化に伴って、溶製材から焼結合金材へと次第に変換し
つつある。 そして、近年に至っては、自動車用エンジンの高出力
化、，高回転化、さらには過給器の付加等により、バル
ブシートの受ける熱的および機械的負荷はさらに増大す
る傾向にある。 このような自動車用エンジンのすう勢に対応し、バル
ブシートの耐摩耗性，高温強度，耐酸化性を向上する目
的で、Cr,Ni,Co,W,Mo等の合金元素を、基地への合金化
法や、硬質相の形態とした分散法により添加していた。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような合金元素の添加によって素
材の耐摩耗性は向上するもののコストの高騰をもたらす
という問題点があった。また、こうした合金元素の添加
によってそれに見合うだけの効果が得られるかどうかに
ついては不明な点が多かった。 （発明の目的） この発明は、このような従来の問題点に着目してなさ
れたもので、自動車用エンジンの高出力化、高回転化に
よる熱的および機械的負荷の増大に対応できる高負荷エ
ンジン用の高性能バルブシート素材として好適なバルブ
シート用鉄基焼結合金を提供することを目的としてい
る。 【発明の構成】 （問題点を解決するための手段） この発明に係るバルブシート用鉄基焼結合金は、重量
％で、Mo:3〜14％、Ni:3〜14％、C:0.3〜1.5％を含み、
残部Feおよび不純物よりなり、Moを均一に固溶するFe粉
の焼結によりMoの大部分が鉄基地中に均一に固溶しある
いは数μｍオーダーの金属間化合物として均一に分布し
た組織を有していることを特徴としているものであり、
悪に開発したFe−Ni−Ｃ系およびFe−Mo−Ｃ系鉄基焼結
合金をさらに改良し、FeにNiとMoとを同時に添加し、Mo
の大部分を鉄基地中に均一に分布させた組織とすること
により、耐摩耗性をさらに向上させるようにしたことを
特徴としているものである。 次に、この発明に係るバルブシート用鉄基焼結合金の
成分（重量％）および組織の限定理由について説明す
る。 Mo:3〜14％ Moはその大部分が鉄基地中に均一に固溶しあるいは数
μｍオーダーの金属間化合物として均一に分布すること
によって、耐摩耗性をより一層向上するのに有効な元素
である。 従来からバルブシート用焼結合金としてMoを含む材料
は使用されているが、このMoは主としてフェロモリブデ
ン粒子として添加され、このフェロモリブデン粒子が硬
質粒子として耐摩耗性向上のために使用されていた。と
ころが、このような使われ方をした場合に、モリブデン
が鉄基地中に拡散しにくいこともあってフェロモリブデ
ン粒子の周囲は強化されるものの他の部分は強化されな
いため、分散強化による基地強化が主体となり、モリブ
デンが鉄基地中に固溶することによる合金化すなわち固
溶強化による基地強化はさほど期待できなかった。 この発明においては、従来のフェロモリブデン粒子と
して添加することによる問題点にかんがみ、Moを鉄基地
中に均一に固溶させあるいは数μｍオーダーの金属間化
合物として分散させた組織とすることにより、すなわち
具体的にはMoを溶融鉄中に均一に固溶させた溶湯をアト
マイズすることにより作成した粉末を原料粉末として使
用することによってMoの大部分を鉄基地中に均一に固溶
させることにより、Moのもつ耐摩耗性向上の効果を最大
限に活用するようにしたのである。 しかしながら、Mo量が３％未満では耐摩耗性向上の効
果が小さく、また、14％を超えると粉末成形時の成形性
が低下すると共に材質が硬くもろくなるので好ましくな
い。 したがって、Moは３〜14％の範囲とした。 このMoは鉄基地中に均一に分布させるために、前述し
たように、原料粉末の主体となる鉄粉中にモリブデンが
均一に分布したFe−Mo系、あるいはFe−Mo−Ni系の粉末
を使用する必要がある。ただし、高Mo,高Ni組成を狙う
場合は、成形性を確保するためにNi,Moの一部を200メッ
シュアンダーの微細な金属ニッケル，金属モリブデンと
して添加するのが望ましい。 Ni:3〜14％ Niは合金の耐摩耗性を向上させるのに有効であるが、
３％未満ではこのような耐摩耗性向上の効果が十分に得
られず、14％を超えると金属組織中にオーステナイトと
マルテンサイトを生ずるようになって加工しずらくなる
とともに、脆くなるので好ましくない。 したがって、Ni量は３〜14％の範囲とした。 C:0.3〜1.5％ Ｃは共析組成を目標とし、添加するMo量およびNi量に
よりフェライトおよび炭化物を生じない範囲となるよう
に必然的に決定される。この場合、上記のMo量およびNi
量に対応するＣ量は0.3〜1.5％となる。そして、Ｃ量が
共析組成よりも少ないとフェライトを生じて耐摩耗性が
低下するので好ましくなく、また逆にＣ量が共析組成よ
りも多いと炭化物を生じて加工しずらくなるとともに脆
くなるため好ましくない。 したがって、炭素量はフェライトおよび炭化物を生じ
ない範囲とすることが好ましいが、現実的には炭素量を
厳密にコントロールするのは原料粉末の酸素量や焼結炉
の雰囲気などに影響されるため難しく、若干、例えば５
体積％以下のフェライトおよび炭化物の組成は許容され
る。 （実施例） Moを溶融鉄中に均一に固溶させた溶湯をアトマイズす
ることにより作成した粒度が150〜200メッシュにピーク
を持つ５重量％モリブデンを均一に固溶する鉄粉に、20
0メッシュアンダーの金属ニッケル粉，黒鉛粉および金
属モリブデン粉をそれぞれ第２表のNo.5〜No.9の組成と
なるように加え、さらに金型成形の際において型抜けを
良くするために潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を0.6重
量％加えた混合粉を調製し、各混合物をプレスにて7ton
/cm2の成形圧力で成形して成形体を得たのち、各成形体
を650℃で１時間脱ろうし、次いで1200℃で１時間焼成
して焼結させ、次に900℃まで炉冷し、900℃よりガス冷
却して外径46mm×内径30mm×高さ7.5mmのテストピース
（バルブシート）を作製した。 続いて、各テストピースに対し、硬度がHRB95前後と
なるように熱処理を行った後、所定の寸法に加工し、単
体摩耗試験を行ってバルブシート材としての適正を評価
した。 この評価に際しては、排気側バルブシートの使用条件
を想定し、第１表に示す条件で行った。この評価試験の
結果を同じく第２表に示す。 （比較例） 比較のために、Fe−Mo−Ｃ系の焼結合金（No.1）、Fe
−Ni−Ｃ系の焼結合金（No.2,3）、Mo量およびNi量が少
ない本発明比較焼結合金、フェロモリブデンの形でMoを
添加したFe−５％Mo−５％Ni焼結合金（No.10）をそれ
ぞれ用意し、前記実施例と同様にテストピースの作製し
て第１表に示す条件によりバルブシート材としての適正
を評価した。これらの結果を同じく第２表に示す。 第２表に示す結果より明らかなように、本発明材（N
o.5〜９）からなるバルブシートでは、従来の比較材（N
o.1〜３）からなるバルブシートに比べて耐摩網性がさ
らに向上していることが明らかであり、Mo量およびNi量
が少ない比較材（No.4）では耐摩耗性がさほど良くない
ことが認められた。 また、Moをフェロモリブデンの形で添加した比較材
（No.10）に比べて本発明材（No.5）は同一成分であり
ながら耐摩耗性がかなり良好であることが認められた。 【発明の効果】 以上説明してきたように、この発明に係るバルブシー
ト用鉄基焼結合金は、重量％で、Mo:3〜14％、Ni:3〜14
％、C:0.3〜1.5％を含み、残部Feおよび不純物よりな
り、Moを均一に固溶するFe粉の焼結によりMoの大部分が
鉄基地中に均一に固溶しあるいは数μｍオーダーの金属
間化合物として均一に分布した組織を有しているもので
あるから、耐摩耗性に著しく優れた鉄基焼結合金であ
り、とくに自動車用エンジンの高出力化，高回転化によ
る熱的および機械的負荷の増大に対応できる高負荷エン
ジン用の高性能バルブシート素材として好適なバルブシ
ート用鉄基焼結合金であるという非常に優れた効果がも
たらされる。
フロントページの続き
(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 石橋 章義
埼玉県熊谷市熊谷810
(72)発明者 武村 和俊
埼玉県熊谷市上之3167
(56)参考文献 特開 昭53−86605（ＪＰ，Ａ)
特開 昭49−96912（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．重量％で、Mo:3〜14％、Ni:3〜14％、C:0.3〜1.5％
を含み、残部Feおよび不純物よりなり、Moを均一に固溶
するFe粉の焼結によりMoの大部分が鉄基地中に均一に固
溶した固溶強化基地組織を有していることを特徴とする
バルブシート用鉄基焼結合金。 ２．Moを均一に固溶するFe粉は、Moを溶融鉄中に均一に
固溶させた溶湯のアトマイズ粉末である特許請求の範囲
第１項に記載のバルブシート用鉄基焼結合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62192710A JP2842868B2 (ja) | 1987-08-03 | 1987-08-03 | バルブシート用鉄基焼結合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62192710A JP2842868B2 (ja) | 1987-08-03 | 1987-08-03 | バルブシート用鉄基焼結合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6439349A JPS6439349A (en) | 1989-02-09 |
| JP2842868B2 true JP2842868B2 (ja) | 1999-01-06 |
Family
ID=16295768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62192710A Expired - Fee Related JP2842868B2 (ja) | 1987-08-03 | 1987-08-03 | バルブシート用鉄基焼結合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2842868B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017074215A1 (ru) * | 2015-10-30 | 2017-05-04 | Центр Разработки Нефтедобывающего Оборудования | Порошковый материал на основе железа для ступеней погружных центробежных насосов |
| WO2017074214A1 (ru) * | 2015-10-30 | 2017-05-04 | Центр Разработки Нефтедобывающего Оборудования | Порошковый материал на основе железа для ступеней погружных центробежных насосов |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4996912A (ja) * | 1973-01-20 | 1974-09-13 | ||
| JPS5386605A (en) * | 1977-06-20 | 1978-07-31 | Toyota Motor Corp | Sintered alloy having wear resistance at high temperature |
-
1987
- 1987-08-03 JP JP62192710A patent/JP2842868B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6439349A (en) | 1989-02-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |