JP6026015B2 - 焼結バルブシート及びその製造方法 - Google Patents
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Description
平均粒径22μm、純度99.8%の電解Cu粉末に、硬質粒子として、平均粒径29μm、質量%で、Mo:28.5%、Cr:8.5%、Si:2.6%、残部Co及び不可避的不純物からなるCo-Mo-Cr-Si合金粉末を52質量%、焼結助剤として、P含有量が26.7質量%のFe-P合金粉末を3質量%配合し、混合機で混練して混合粉末を作製した。なお、原料粉末には成形工程の型抜き性をよくするためにステアリン酸亜鉛を原料粉末の質量に対して0.5質量%加えている。
焼結助剤としてのFe-P合金粉末を7質量%とした以外は実施例1と同様にしてバルブシートサンプルを作製した。焼結体のロックウェル硬さは71.5 HRBであり、バルブシートのFe及びPの組成について化学分析を行った結果、Fe:5.2%、P:1.9%であった。
Fe-Mo-Si合金からなる硬質粒子を10質量%含有したFe基焼結合金を使用して実施例1と同形状のバルブシートサンプルを作製した。焼結体のロックウェル硬さは90.5 HRBであった。
図5に示したリグ試験機を用いてバルブ温度を測定し、バルブ冷却能を評価した。バルブシートサンプル10はシリンダヘッド相当材(Al合金、AC4A材)のバルブシートホルダ14に圧入して試験機にセットされ、リグ試験は、バーナー11によりバルブ13(SUH合金、JIS G4311)を加熱しながら、カム12の回転に連動してバルブ13を上下させることによって行われる。バルブ冷却能は、バーナー11のエアー及びガスの流量とバーナー位置を一定にすることで入熱を一定にし、サーモグラフィー16によりバルブの傘中心部の温度を計測することによって行った。バーナー11のエアー及びガスの流量(L/min)は、それぞれ90、5.0、カム回転数は2500 rpmとした。運転開始15分後、飽和したバルブ温度を測定した。なお、本願実施例では、バルブ冷却能は、加熱条件等により変化する飽和バルブ温度で評価する代わりに、比較例1のバルブ温度からの温度低下量(低下を-で表示)により評価した。比較例1の飽和バルブ温度は800℃を超える高温であったが、実施例1及び2の飽和バルブ温度は800℃を下回り、バルブ冷却能は、それぞれ -48℃及び -32℃であった。
図5に示したリグ試験機を用いて、バルブ冷却能の評価の後、耐摩耗性を評価した。評価は、バルブシート10に埋め込んだ熱電対15を用いて、バルブシートの当たり面が所定の温度になるようにバーナー11の火力を調節して行った。また、摩耗量は、試験前後のバルブシートとバルブの形状を測定することにより、当たり面の後退量として算出した。ここで、バルブ13(SUH合金)は上記バルブシートに適合するサイズのCo合金(Co-20%Cr-8%W-1.35%C-3%Fe)を盛金したものを使用した。試験条件としては、温度300℃(バルブシート当たり面)、カム回転数2500 rpm、試験時間5時間とした。なお、摩耗量は、比較例1の摩耗量を1とした相対比率で評価した。実施例1及び2の摩耗量は、比較例1と比較して、バルブシート摩耗量はそれぞれ1.03及び0.69であったが、バルブ摩耗量はそれぞれ1.02及び0.83であった。
実施例3〜6において、硬質粒子の量をそれぞれ28質量%、40質量%、55質量%及び65質量%、焼結助剤としてのFe-P合金粉末を5質量%とした以外は、実施例1と同様にしてバルブシートサンプルを作製し、実施例1と同様にして、Fe及びPの化学分析、ロックウェル硬度の測定、バルブ冷却能の測定、及び摩耗試験を行った。
比較例2及び3において、焼結助剤としてのFe-P合金粉末をそれぞれ2.5質量%及び8.5質量%とした以外は、実施例1と同様にしてバルブシートサンプルを作製し、実施例1と同様にして、Fe及びPの化学分析、ロックウェル硬度の測定、バルブ冷却能の測定、及び摩耗試験を行った。
基地強化のために、平均粒径が5.6μmの範囲にあり、純度99.7%のNi粉末を2質量%、4質量%添加した以外は実施例1と同様にしてバルブシートサンプルを作製した。実施例1と同様にして、Fe及びPの化学分析、ロックウェル硬度の測定、バルブ冷却能の測定、及び摩耗試験を行った。
硬質粒子として、平均粒径85μm、質量%で、W:4.0%、Cr:28.0%、C:1.1%、残部Co及び不可避的不純物からなるCo-W-Cr-C合金粉末を使用した以外は実施例1と同様にしてバリブシートサンプルを作製した。焼結体のロックウェル硬さは60.0HRBであった。
Claims (2)
- Cuマトリックス中にCo基合金からなる硬質粒子が分散した焼結バルブシートであって、
前記硬質粒子は、組成が、質量%で、Mo:27.5〜30.0%、Cr:7.5〜10.0%、Si:2.0〜4.0%、残部Co及び不可避的不純物からなるCo-Mo-Cr-Si合金、又は、W:3.0〜10.0%、Cr:25.0〜31.0%、C:1.0〜2.0%、残部Co及び不可避的不純物からなるCo-W-Cr-C合金、平均粒径が5〜100μm、ビッカース硬さが500〜800 HV0.1、含有量が28〜70質量%であり、
前記焼結バルブシートは、前記Cuマトリックス及び前記硬質粒子を構成する組成に加えて、質量%で、Fe:2.1〜6.0%、P:0.8〜2.2%を含み、前記Pの含有量は前記Feと前記Pの合計含有量に対して24.5〜26.7質量%であり、
前記Fe及び前記PはFe-P合金粒子として又は前記硬質粒子に拡散して存在し、
前記Cuマトリックスはネットワーク状に連結している
ことを特徴とする焼結バルブシート。 - 請求項1に記載の焼結バルブシートにおいて、さらに5質量%以下のNiを含むことを特徴とする焼結バルブシート。
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