JPH08134607A - バルブシート用耐摩耗性鉄系焼結合金 - Google Patents
バルブシート用耐摩耗性鉄系焼結合金Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 バルブシートからの硬質粒子の破砕、脱落を
抑制すると共に、凝着摩耗を抑え、バルブシート及びバ
ルブの摩耗を低減することのできる、バルブシート用耐
摩耗性鉄系焼結合金を提供する。 【構成】 重量％で、０.５〜１.５％Ｃ、０.５〜３％
Ｎｉ、０.５〜２％Ｍｏ、０.１〜８％Ｃｏ、０.０５〜
１％Ｍｎ、残部Ｆｅで、組織がソルバイト又はパーライ
トであり、ビッカース硬度が３００〜４５０の鉄系基地
に；１.５〜２.５％Ｃ、３８〜４５％Ｃｒ、１８〜３０
％Ｗ、５〜１５％Ｃｏ、０.５〜３％Ｍｏ、０.０３〜
０．５％Ｔｉ、残部Ｆｅで、平均粒径３０〜８０μｍの
硬質粒子Ａと；６０〜７０％Ｍｏ、０.５〜２％Ｓｉ、
残部Ｆｅで、平均粒径３０〜８０μｍの硬質粒子Ｂと
が、合計で１０〜２５重量％均一に分散しているバルブ
シート用鉄系焼結合金。
抑制すると共に、凝着摩耗を抑え、バルブシート及びバ
ルブの摩耗を低減することのできる、バルブシート用耐
摩耗性鉄系焼結合金を提供する。 【構成】 重量％で、０.５〜１.５％Ｃ、０.５〜３％
Ｎｉ、０.５〜２％Ｍｏ、０.１〜８％Ｃｏ、０.０５〜
１％Ｍｎ、残部Ｆｅで、組織がソルバイト又はパーライ
トであり、ビッカース硬度が３００〜４５０の鉄系基地
に；１.５〜２.５％Ｃ、３８〜４５％Ｃｒ、１８〜３０
％Ｗ、５〜１５％Ｃｏ、０.５〜３％Ｍｏ、０.０３〜
０．５％Ｔｉ、残部Ｆｅで、平均粒径３０〜８０μｍの
硬質粒子Ａと；６０〜７０％Ｍｏ、０.５〜２％Ｓｉ、
残部Ｆｅで、平均粒径３０〜８０μｍの硬質粒子Ｂと
が、合計で１０〜２５重量％均一に分散しているバルブ
シート用鉄系焼結合金。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車エンジンのバル
ブシート、特に高負荷、高回転型エンジンに適した耐摩
耗性に優れたバルブシートの材料として好適な、耐摩耗
性鉄系焼結合金に関する。
ブシート、特に高負荷、高回転型エンジンに適した耐摩
耗性に優れたバルブシートの材料として好適な、耐摩耗
性鉄系焼結合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、自動車エンジンの高性能化、高出
力化により、高温下でバルブにより繰り返し叩かれるバ
ルブシートの使用環境はますます厳しくなっているた
め、バルブシート自身についても耐摩耗性向上の要求が
高まっている。
力化により、高温下でバルブにより繰り返し叩かれるバ
ルブシートの使用環境はますます厳しくなっているた
め、バルブシート自身についても耐摩耗性向上の要求が
高まっている。
【０００３】現在では、殆どのバルブシートが鉄系焼結
合金材料で製造されており、耐摩耗性を維持するため
に、例えば特開昭５９−２５９５９号公報に開示される
ように、Ｆｅ基地にＣｏやＮｉ等の合金元素を添加し、
Ｃ−Ｃｒ−Ｗ−Ｃｏ−Ｆｅ系やＦｅ−Ｍｏ系の硬質粒子
を分散させ、更に空孔に銅を溶浸した鉄系焼結合金材料
が使用されている。
合金材料で製造されており、耐摩耗性を維持するため
に、例えば特開昭５９−２５９５９号公報に開示される
ように、Ｆｅ基地にＣｏやＮｉ等の合金元素を添加し、
Ｃ−Ｃｒ−Ｗ−Ｃｏ−Ｆｅ系やＦｅ−Ｍｏ系の硬質粒子
を分散させ、更に空孔に銅を溶浸した鉄系焼結合金材料
が使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記の耐摩耗性に優れ
た鉄系焼結合金材料を用いたバルブシートであっても、
自動車エンジンのなかでも特に高負荷、高回転型エンジ
ンでは、バルブからの叩き衝撃と滑り衝撃が大きくな
り、バルブシートとバルブの双方の摩耗が顕著になる傾
向がある。
た鉄系焼結合金材料を用いたバルブシートであっても、
自動車エンジンのなかでも特に高負荷、高回転型エンジ
ンでは、バルブからの叩き衝撃と滑り衝撃が大きくな
り、バルブシートとバルブの双方の摩耗が顕著になる傾
向がある。
【０００５】即ち、バルブからの叩き衝撃が硬質粒子に
集中することにより、硬質粒子が破砕し鉄系基地から脱
落するため、摩耗が進行すると共に、脱落した硬質粒子
がバルブシートだけでなくバルブをも攻撃し、両方の摩
耗を増大させる原因となっている。
集中することにより、硬質粒子が破砕し鉄系基地から脱
落するため、摩耗が進行すると共に、脱落した硬質粒子
がバルブシートだけでなくバルブをも攻撃し、両方の摩
耗を増大させる原因となっている。
【０００６】又、高負荷、高回転型エンジンでは燃焼ガ
スが高温となるため、バルブからの滑り衝撃により金属
凝着が起こりやすく、バルブシートとバルブの両方の摩
耗が一層大きくなる傾向にある。
スが高温となるため、バルブからの滑り衝撃により金属
凝着が起こりやすく、バルブシートとバルブの両方の摩
耗が一層大きくなる傾向にある。
【０００７】本発明は、かかる従来の事情に鑑み、バル
ブシートからの硬質粒子の破砕、脱落を抑制すると共
に、凝着摩耗を抑え、バルブシート及びバルブの摩耗を
低減することのできる、バルブシート用耐摩耗性鉄系焼
結合金を提供することを目的とする。
ブシートからの硬質粒子の破砕、脱落を抑制すると共
に、凝着摩耗を抑え、バルブシート及びバルブの摩耗を
低減することのできる、バルブシート用耐摩耗性鉄系焼
結合金を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、基地に関しては組成と組織に着目し、
基地の延性を向上させることにより硬質粒子の保持能力
を向上させ、硬質粒子の受ける衝撃の緩和を図るととも
に、その破砕及び脱落を抑制した。又、硬質粒子につい
ては、バルブからの衝撃に対して効果的に耐摩耗性が向
上するように、組成、粒径、含有量について検討し、調
整した。
め、本発明では、基地に関しては組成と組織に着目し、
基地の延性を向上させることにより硬質粒子の保持能力
を向上させ、硬質粒子の受ける衝撃の緩和を図るととも
に、その破砕及び脱落を抑制した。又、硬質粒子につい
ては、バルブからの衝撃に対して効果的に耐摩耗性が向
上するように、組成、粒径、含有量について検討し、調
整した。
【０００９】これらの検討により達成された本発明のバ
ルブシート用耐摩耗性鉄系焼結合金は、０.５〜１.５重
量％のＣ、０.５〜３重量％のＮｉ、０.５〜２重量％の
Ｍｏ、０.１〜８重量％のＣｏ、０.０５〜１重量％のＭ
ｎ、残部のＦｅ及び不可避不純物からなり、組織がソル
バイト又はパーライトで、ビッカース硬度が３００〜４
５０である鉄系基地に；１.５〜２.５重量％のＣ、３８
〜４５重量％のＣｒ、１８〜３０重量％のＷ、５〜１５
重量％のＣｏ、０.５〜３重量％のＭｏ、０.０３〜０．
５重量％のＴｉ、残部のＦｅ及び不可避不純物からな
り、平均粒径３０〜８０μｍの硬質粒子Ａと；６０〜７
０重量％のＭｏ、０.５〜２重量％のＳｉ、残部のＦｅ
及び不可避不純物からなり、平均粒径３０〜８０μｍの
硬質粒子Ｂとが、合計で１０〜２５重量％均一に分散し
ていることを特徴とする。
ルブシート用耐摩耗性鉄系焼結合金は、０.５〜１.５重
量％のＣ、０.５〜３重量％のＮｉ、０.５〜２重量％の
Ｍｏ、０.１〜８重量％のＣｏ、０.０５〜１重量％のＭ
ｎ、残部のＦｅ及び不可避不純物からなり、組織がソル
バイト又はパーライトで、ビッカース硬度が３００〜４
５０である鉄系基地に；１.５〜２.５重量％のＣ、３８
〜４５重量％のＣｒ、１８〜３０重量％のＷ、５〜１５
重量％のＣｏ、０.５〜３重量％のＭｏ、０.０３〜０．
５重量％のＴｉ、残部のＦｅ及び不可避不純物からな
り、平均粒径３０〜８０μｍの硬質粒子Ａと；６０〜７
０重量％のＭｏ、０.５〜２重量％のＳｉ、残部のＦｅ
及び不可避不純物からなり、平均粒径３０〜８０μｍの
硬質粒子Ｂとが、合計で１０〜２５重量％均一に分散し
ていることを特徴とする。
【００１０】又、凝着摩耗の抑制効果を更に発揮させる
ため、本発明の耐摩耗性鉄系焼結合金は、更に全重量の
０.３〜２重量％のＣａＦ2を均一に分散させ、及び／又
は空孔に全体積の１０〜２０体積％のＣｕを溶浸させた
バルブシート用鉄系焼結合金も提供する。
ため、本発明の耐摩耗性鉄系焼結合金は、更に全重量の
０.３〜２重量％のＣａＦ2を均一に分散させ、及び／又
は空孔に全体積の１０〜２０体積％のＣｕを溶浸させた
バルブシート用鉄系焼結合金も提供する。
【００１１】
【作用】硬質粒子の破砕、脱落を抑制するためには、基
地の硬質粒子保持能力を向上させると共に、硬質粒子が
受ける衝撃を緩和させることが必要であり、そのために
は基地の延性が高いことが望ましい。それと同時に、基
地自身の耐摩耗性を確保することも必要であり、これら
の点から、基地組織としてはソルバイト又はパーライト
とする。
地の硬質粒子保持能力を向上させると共に、硬質粒子が
受ける衝撃を緩和させることが必要であり、そのために
は基地の延性が高いことが望ましい。それと同時に、基
地自身の耐摩耗性を確保することも必要であり、これら
の点から、基地組織としてはソルバイト又はパーライト
とする。
【００１２】フェライトやオーステナイト（残留オース
テナイトを含む）組織は、延性は高いが耐摩耗性が低い
ため、基地組織の中に部分的にでも存在すると、その組
織部分を起点にして摩耗が進行する。従って、焼結後の
冷却条件や熱処理条件を調整することにより、これらの
組織を基地から除去しておく必要がある。
テナイトを含む）組織は、延性は高いが耐摩耗性が低い
ため、基地組織の中に部分的にでも存在すると、その組
織部分を起点にして摩耗が進行する。従って、焼結後の
冷却条件や熱処理条件を調整することにより、これらの
組織を基地から除去しておく必要がある。
【００１３】又、基地の硬度がビッカース硬度で３００
未満では耐摩耗性を確保できず、４５０を越えると延性
を確保できない。従って、基地の耐摩耗性と延性を同時
に発揮するには、基地がビッカース硬度で３００〜４５
０の硬度を有することが必要である。
未満では耐摩耗性を確保できず、４５０を越えると延性
を確保できない。従って、基地の耐摩耗性と延性を同時
に発揮するには、基地がビッカース硬度で３００〜４５
０の硬度を有することが必要である。
【００１４】次に、基地の組成について説明する。炭素
（Ｃ）は鉄基地の耐摩耗性と強度を確保するための重要
な元素であり、その含有量は０.５〜１.５重量％とす
る。その理由は、Ｃ含有量が０.５重量％未満ではバル
ブシートに要求される耐摩耗性を確保できなくなり、
１.５重量％を越えると炭化物の過剰生成により靭性及
び強度の低下が起こるからである。
（Ｃ）は鉄基地の耐摩耗性と強度を確保するための重要
な元素であり、その含有量は０.５〜１.５重量％とす
る。その理由は、Ｃ含有量が０.５重量％未満ではバル
ブシートに要求される耐摩耗性を確保できなくなり、
１.５重量％を越えると炭化物の過剰生成により靭性及
び強度の低下が起こるからである。
【００１５】ニッケル（Ｎｉ）は基地の延性向上に有効
な元素であるが、０.５重量％未満ではその効果は少な
く、３重量％を越えると過剰の残留オーステナイトが生
成し、耐摩耗性が劣化するため、０.５〜３重量％が好
ましい。モリブデン（Ｍｏ）は基地の耐摩耗性の向上に
有効な元素であるが、０.５重量％未満ではその効果が
小さく、２重量％を越えると過剰の炭化物を生成し、基
地の延性及び靭性が低下するため、０.５〜２重量％が
好ましい。
な元素であるが、０.５重量％未満ではその効果は少な
く、３重量％を越えると過剰の残留オーステナイトが生
成し、耐摩耗性が劣化するため、０.５〜３重量％が好
ましい。モリブデン（Ｍｏ）は基地の耐摩耗性の向上に
有効な元素であるが、０.５重量％未満ではその効果が
小さく、２重量％を越えると過剰の炭化物を生成し、基
地の延性及び靭性が低下するため、０.５〜２重量％が
好ましい。
【００１６】コバルト（Ｃｏ）は基地の延性及び耐摩耗
性の向上に有効な元素であるが、０.１重量％未満では
その効果が小さく、８重量％を越えてもその効果は飽和
するだけであるため、０.１〜８重量％が好ましい。マ
ンガン（Ｍｎ）は基地の粒界脆性を低下させ、延性の向
上に有効な元素であるが、０.０５重量％未満ではその
効果が小さく、１重量％を越えてもその効果は飽和する
だけであるため、０.０５〜１重量％が好ましい。
性の向上に有効な元素であるが、０.１重量％未満では
その効果が小さく、８重量％を越えてもその効果は飽和
するだけであるため、０.１〜８重量％が好ましい。マ
ンガン（Ｍｎ）は基地の粒界脆性を低下させ、延性の向
上に有効な元素であるが、０.０５重量％未満ではその
効果が小さく、１重量％を越えてもその効果は飽和する
だけであるため、０.０５〜１重量％が好ましい。
【００１７】基地については、上記のごとく組織及び組
成を制御することで、硬質粒子の保持能力を向上させる
と共に、硬質粒子が受ける衝撃を緩和させる作用が得ら
れ、バルブからの衝撃に対して硬質粒子の破砕及び脱落
を抑制することができる。
成を制御することで、硬質粒子の保持能力を向上させる
と共に、硬質粒子が受ける衝撃を緩和させる作用が得ら
れ、バルブからの衝撃に対して硬質粒子の破砕及び脱落
を抑制することができる。
【００１８】硬質粒子Ａの組成について、炭素（Ｃ）は
炭化物を形成させ耐摩耗性を向上させるが、１.５重量
％未満では炭化物量が制限され、十分な耐摩耗性を確保
できず、２.５重量％を越えると過剰の炭化物が生成し
て硬質粒子の靭性が低下し、バルブからの叩き衝撃によ
り破砕して脱落しやすくなるため、１.５〜２.５重量％
の範囲とする。
炭化物を形成させ耐摩耗性を向上させるが、１.５重量
％未満では炭化物量が制限され、十分な耐摩耗性を確保
できず、２.５重量％を越えると過剰の炭化物が生成し
て硬質粒子の靭性が低下し、バルブからの叩き衝撃によ
り破砕して脱落しやすくなるため、１.５〜２.５重量％
の範囲とする。
【００１９】クロム（Ｃｒ）は硬質粒子中で炭化物を形
成して耐摩耗性を向上させるが、３８重量％未満ではそ
の効果が小さく、４５重量％を越えると過剰の炭化物を
形成して硬質粒子の靭性を低下させるので、３８〜４５
重量％の範囲とする。タングステン（Ｗ）も炭化物を形
成して耐摩耗性を向上させるが、１８重量％未満ではそ
の効果が小さく、３０重量％を越えると過剰の炭化物を
形成して靭性を低下させるので、１８〜３０重量％とす
る。
成して耐摩耗性を向上させるが、３８重量％未満ではそ
の効果が小さく、４５重量％を越えると過剰の炭化物を
形成して硬質粒子の靭性を低下させるので、３８〜４５
重量％の範囲とする。タングステン（Ｗ）も炭化物を形
成して耐摩耗性を向上させるが、１８重量％未満ではそ
の効果が小さく、３０重量％を越えると過剰の炭化物を
形成して靭性を低下させるので、１８〜３０重量％とす
る。
【００２０】コバルト（Ｃｏ）は焼結中に基地に極微量
拡散固溶することで硬質粒子と基地との結合を促進する
と共に、硬質粒子の素地となる炭化物結合相を形成し、
硬質粒子の靭性向上の効果を果すが、５重量％未満では
その効果が小さく、１５重量％を越えてもその効果は飽
和するのみであるから、５〜１５重量％とする。
拡散固溶することで硬質粒子と基地との結合を促進する
と共に、硬質粒子の素地となる炭化物結合相を形成し、
硬質粒子の靭性向上の効果を果すが、５重量％未満では
その効果が小さく、１５重量％を越えてもその効果は飽
和するのみであるから、５〜１５重量％とする。
【００２１】モリブデン（Ｍｏ）は硬質粒子中で炭化物
を形成して耐摩耗性を向上させると同時に、炭化物を微
細化し、靭性を向上させる効果を有するが、０.５重量
％未満ではその効果が小さく、３重量％を越えると硬質
粒子の硬度が高くなり過ぎるため逆に靭性が低下するの
で、０.５〜３重量％の範囲とする。
を形成して耐摩耗性を向上させると同時に、炭化物を微
細化し、靭性を向上させる効果を有するが、０.５重量
％未満ではその効果が小さく、３重量％を越えると硬質
粒子の硬度が高くなり過ぎるため逆に靭性が低下するの
で、０.５〜３重量％の範囲とする。
【００２２】チタン（Ｔｉ）は硬質粒子中の元素の中で
最も窒化物、酸化物の生成傾向の強い元素であり、硬質
粒子製造のための原料溶解時にＴｉの一部が雰囲気中の
窒素や酸素と反応して窒化チタンや酸化チタンを形成
し、それらが硬質粒子中に均一微細に分散するため、硬
質粒子の靭性及び圧縮変形抵抗を向上させる効果を持つ
が、０.０３重量％未満ではその効果が小さく、０.５重
量％を越えると硬質粒子の硬度が高くなり過ぎて逆に靭
性が低下するので、０.０３〜０.５重量％の範囲とす
る。
最も窒化物、酸化物の生成傾向の強い元素であり、硬質
粒子製造のための原料溶解時にＴｉの一部が雰囲気中の
窒素や酸素と反応して窒化チタンや酸化チタンを形成
し、それらが硬質粒子中に均一微細に分散するため、硬
質粒子の靭性及び圧縮変形抵抗を向上させる効果を持つ
が、０.０３重量％未満ではその効果が小さく、０.５重
量％を越えると硬質粒子の硬度が高くなり過ぎて逆に靭
性が低下するので、０.０３〜０.５重量％の範囲とす
る。
【００２３】硬質粒子Ａについては、上記の組成とする
ことにより、ビッカース硬度が耐摩耗性の確保に適した
１１００〜１５００の範囲となると同時に、硬質粒子自
身の靭性と圧縮変形抵抗が従来の従来のバルブシート材
料の含有するＣ−Ｃｒ−Ｗ−Ｃｏ−Ｆｅ組成の硬質粒子
に比べて向上し、バルブからの衝撃のうち特に叩き衝撃
による破砕を抑制し、耐摩耗性を向上させることができ
る。
ことにより、ビッカース硬度が耐摩耗性の確保に適した
１１００〜１５００の範囲となると同時に、硬質粒子自
身の靭性と圧縮変形抵抗が従来の従来のバルブシート材
料の含有するＣ−Ｃｒ−Ｗ−Ｃｏ−Ｆｅ組成の硬質粒子
に比べて向上し、バルブからの衝撃のうち特に叩き衝撃
による破砕を抑制し、耐摩耗性を向上させることができ
る。
【００２４】又、硬質粒子Ａが基地に効果的に保持さ
れ、破砕・脱落に対する抵抗が増すようにするため、硬
質粒子Ａの表面に滑らかな凹凸を持たせることで硬質粒
子Ａと基地との接触面積を大きくすることが望ましい。
そのような表面を有する硬質粒子粉末は粉砕法やガスア
トマイズ法によっては得られず、水アトマイズ法により
得られる。従って、硬質粒子Ａの原料粉末は、水アトマ
イズ粉末を用いることが好ましい。
れ、破砕・脱落に対する抵抗が増すようにするため、硬
質粒子Ａの表面に滑らかな凹凸を持たせることで硬質粒
子Ａと基地との接触面積を大きくすることが望ましい。
そのような表面を有する硬質粒子粉末は粉砕法やガスア
トマイズ法によっては得られず、水アトマイズ法により
得られる。従って、硬質粒子Ａの原料粉末は、水アトマ
イズ粉末を用いることが好ましい。
【００２５】次に、硬質粒子Ｂの組成において、モリブ
デン（Ｍｏ）はＦｅ−Ｍｏ系金属間化合物を形成して耐
摩耗性を向上させるが、６０重量％未満では金属間化合
物の形成量が少ないため耐摩耗性の向上効果が十分でな
く、７０重量％を越えると過剰の金属間化合物を生成
し、硬質粒子の靭性が低下するので、６０〜７０重量％
の範囲とする。
デン（Ｍｏ）はＦｅ−Ｍｏ系金属間化合物を形成して耐
摩耗性を向上させるが、６０重量％未満では金属間化合
物の形成量が少ないため耐摩耗性の向上効果が十分でな
く、７０重量％を越えると過剰の金属間化合物を生成
し、硬質粒子の靭性が低下するので、６０〜７０重量％
の範囲とする。
【００２６】ケイ素（Ｓｉ）は硬質粒子の硬度を向上さ
せ、耐摩耗性を向上させるが、０.５重量％未満ではそ
の効果が小さく、２重量％を越えると硬質粒子の靭性が
低下するので、０.５〜２重量％の範囲とする。
せ、耐摩耗性を向上させるが、０.５重量％未満ではそ
の効果が小さく、２重量％を越えると硬質粒子の靭性が
低下するので、０.５〜２重量％の範囲とする。
【００２７】硬質粒子Ｂについては、上記の組成とする
ことにより、Ｆｅ−Ｍｏ系金属間化合物を形成し、ビッ
カース硬度が１１００〜１３００の範囲となる。Ｆｅ−
Ｍｏ系金属間化合物には摺動摩擦係数を低減する作用が
あり、従って硬質粒子Ｂはバルブからの衝撃のうち特に
滑り衝撃による凝着摩耗を抑制する効果を有する。
ことにより、Ｆｅ−Ｍｏ系金属間化合物を形成し、ビッ
カース硬度が１１００〜１３００の範囲となる。Ｆｅ−
Ｍｏ系金属間化合物には摺動摩擦係数を低減する作用が
あり、従って硬質粒子Ｂはバルブからの衝撃のうち特に
滑り衝撃による凝着摩耗を抑制する効果を有する。
【００２８】バルブの叩き衝撃による摩耗と滑り衝撃に
よる摩耗を効果的に抑制するため、硬質粒子Ａ、Ｂは同
時に添加される必要があり、その相乗効果により良好な
耐摩耗性を得ることができる。しかし、硬質粒子ＡとＢ
の添加量が合計で１０重量％未満では十分な耐摩耗性が
えられず、２５重量％を越えるとバルブへの攻撃性が増
し、バルブの摩耗量が多くなるので、１０〜２５重量％
の範囲が望ましい。
よる摩耗を効果的に抑制するため、硬質粒子Ａ、Ｂは同
時に添加される必要があり、その相乗効果により良好な
耐摩耗性を得ることができる。しかし、硬質粒子ＡとＢ
の添加量が合計で１０重量％未満では十分な耐摩耗性が
えられず、２５重量％を越えるとバルブへの攻撃性が増
し、バルブの摩耗量が多くなるので、１０〜２５重量％
の範囲が望ましい。
【００２９】硬質粒子ＡとＢの含有比率は特に制限はな
いが、バルブからの衝撃のうち叩き衝撃の方が滑り衝撃
よりもバルブシートの摩耗に対する影響が大きいため、
硬質粒子Ａ／硬質粒子Ｂの含有重量比を２〜２０の範囲
に調整することが更に望ましい。
いが、バルブからの衝撃のうち叩き衝撃の方が滑り衝撃
よりもバルブシートの摩耗に対する影響が大きいため、
硬質粒子Ａ／硬質粒子Ｂの含有重量比を２〜２０の範囲
に調整することが更に望ましい。
【００３０】又、硬質粒子ＡとＢの平均粒径は共に３０
〜８０μｍの範囲が好ましい。その理由は、平均粒径が
３０μｍ未満では硬質粒子が凝集することで基地から脱
落しやすくなり、８０μｍを越えるとバルブへの攻撃性
が増し、バルブの摩耗量が多くなるからである。
〜８０μｍの範囲が好ましい。その理由は、平均粒径が
３０μｍ未満では硬質粒子が凝集することで基地から脱
落しやすくなり、８０μｍを越えるとバルブへの攻撃性
が増し、バルブの摩耗量が多くなるからである。
【００３１】更に、バルブとバルブシートの間に起きる
凝着摩耗の抑制効果を更に発揮するため、潤滑剤として
ＣａＦ2を基地中に均一に分散させることが好ましい。
ＣａＦ2は本発明の鉄系焼結合金との相乗効果により、
特にバルブへの攻撃性を低減させる作用を持つ。しか
し、ＣａＦ2の含有量が合金全体の０.３重量％未満では
その効果が小さく、２重量％を越えると潤滑剤と基地と
の密着性が悪いためバルブシートの強度劣化と共にピッ
チング摩耗を引き起こすため、全重量の０.３〜２重量
％の範囲が好ましい。
凝着摩耗の抑制効果を更に発揮するため、潤滑剤として
ＣａＦ2を基地中に均一に分散させることが好ましい。
ＣａＦ2は本発明の鉄系焼結合金との相乗効果により、
特にバルブへの攻撃性を低減させる作用を持つ。しか
し、ＣａＦ2の含有量が合金全体の０.３重量％未満では
その効果が小さく、２重量％を越えると潤滑剤と基地と
の密着性が悪いためバルブシートの強度劣化と共にピッ
チング摩耗を引き起こすため、全重量の０.３〜２重量
％の範囲が好ましい。
【００３２】又、本発明の鉄系焼結合金の空孔に合金の
全体積の１０〜２０体積％の銅（Ｃｕ）を溶浸させるこ
ともできる。空孔に溶浸された銅は熱伝導を向上させる
と共に、バルブからの衝撃により塑性変形を起こし、バ
ルブシート表面に引き伸ばされるため、凝着を抑制する
潤滑作用を持つ。又、溶浸されたＣｕは、焼結合金との
相乗効果により、特にバルブシートの耐摩耗性を向上さ
せる。しかし、その量が１０体積％未満ではその効果が
小さく、２０体積％を越えるとＣｕを溶浸させるために
必要な空孔の容積を大きくしなければならず、強度劣化
と共にピッチング摩耗を引き起こすことになるので、好
ましくない。
全体積の１０〜２０体積％の銅（Ｃｕ）を溶浸させるこ
ともできる。空孔に溶浸された銅は熱伝導を向上させる
と共に、バルブからの衝撃により塑性変形を起こし、バ
ルブシート表面に引き伸ばされるため、凝着を抑制する
潤滑作用を持つ。又、溶浸されたＣｕは、焼結合金との
相乗効果により、特にバルブシートの耐摩耗性を向上さ
せる。しかし、その量が１０体積％未満ではその効果が
小さく、２０体積％を越えるとＣｕを溶浸させるために
必要な空孔の容積を大きくしなければならず、強度劣化
と共にピッチング摩耗を引き起こすことになるので、好
ましくない。
【００３３】
【実施例】実施例１ 基地を形成するための原料粉末として、組成がＦｅ−２
重量％Ｎｉ−１.５重量％Ｍｏ−０.３重量％Ｍｎからな
る鉄合金粉末と、５重量％のＣｏ粉末と、１重量％の黒
鉛粉末を用意し、これに金型成形用の潤滑剤としてステ
アリン酸亜鉛０.８重量％を添加して、鉄合金原料混合
粉末とした。
重量％Ｎｉ−１.５重量％Ｍｏ−０.３重量％Ｍｎからな
る鉄合金粉末と、５重量％のＣｏ粉末と、１重量％の黒
鉛粉末を用意し、これに金型成形用の潤滑剤としてステ
アリン酸亜鉛０.８重量％を添加して、鉄合金原料混合
粉末とした。
【００３４】一方、硬質粒子Ａを形成する硬質粒子粉末
として表１に示す硬質粒子組成の各粉末と、硬質粒子Ｂ
を形成する硬質粒子粉末として組成がＦｅ−６５重量％
Ｍｏ−１重量％Ｓｉの粉末を、上記の鉄合金原料粉末に
混合した。ただし、硬質粒子Ａの粉末は水アトマイズ法
による平均粒径６０μｍの粉末、硬質粒子Ｂの粉末は粉
砕法による平均粒径４５μｍの粉末である。
として表１に示す硬質粒子組成の各粉末と、硬質粒子Ｂ
を形成する硬質粒子粉末として組成がＦｅ−６５重量％
Ｍｏ−１重量％Ｓｉの粉末を、上記の鉄合金原料粉末に
混合した。ただし、硬質粒子Ａの粉末は水アトマイズ法
による平均粒径６０μｍの粉末、硬質粒子Ｂの粉末は粉
砕法による平均粒径４５μｍの粉末である。
【００３５】
【表１】 硬質粒子Ａの組成(重量％) 粒子含有量(重量％) 試料 C Cr W Co Mo Ti Fe Ａ Ｂ 合計 1 2 42 21 10 2 0.1 残 8 3 11 2 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 12 5 17 3 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 16 6 22 4 〃 45 27 14 2.5 0.3 残 12 5 17 5 〃 40 23 12 1.4 0.2 残 12 5 17 6 〃 38 19 7 0.7 0.05 残 12 5 17 7＊ 〃 42 21 10 0.1 0.1 残 12 5 17 8＊ 〃 〃 〃 〃 5 〃 〃 12 5 17 9＊ 〃 〃 〃 〃 2 0.01 〃 12 5 17 10＊ 〃 〃 〃 〃 〃 1 〃 12 5 17 11＊ − − − − − − − 0 15 15 12＊ 2 42 21 10 2 0.1 残 15 0 15 （注）表中の＊を付した試料は比較例である。
【００３６】上記の鉄合金原料混合粉末と硬質粒子Ａ及
びＢの粉末の各混合粉末を、７ｔｏｎ／ｃｍ2の成形圧
力で外径３４ｍｍ、内径２７ｍｍ、高さ７ｍｍのリング
状に成形し、成形体を６００℃にて３０分脱脂した後、
窒素雰囲気中において１１３０℃で１時間焼結した。そ
の後、８７０℃にて６０分加熱して油中冷却し、続いて
高温焼き戻しを行い、基地組織をビッカース硬度３８０
の均一なソルバイトとした。
びＢの粉末の各混合粉末を、７ｔｏｎ／ｃｍ2の成形圧
力で外径３４ｍｍ、内径２７ｍｍ、高さ７ｍｍのリング
状に成形し、成形体を６００℃にて３０分脱脂した後、
窒素雰囲気中において１１３０℃で１時間焼結した。そ
の後、８７０℃にて６０分加熱して油中冷却し、続いて
高温焼き戻しを行い、基地組織をビッカース硬度３８０
の均一なソルバイトとした。
【００３７】これらの試料をバルブシート状に機械加工
して、単体摩耗試験機を用いてバルブシートとバルブの
摩耗量を評価した。この試験機はカム軸の回転によりバ
ルブを往復運動させ、バルブの繰り返し叩きによるバル
ブシートの摩耗試験を燃焼ガスによる高温雰囲気中で行
うものである。単体摩耗試験の条件は、バルブ材質ＳＵ
Ｈ３６（バルブフェースにフェライト６番肉盛り）、バ
ルブシート表面温度４５０℃、カム軸回転数３５００ｒ
ｐｍ、運転時間１００時間とした。摩耗量は、バルブシ
ートに関してはバルブとの接触面の面幅増加量、バルブ
に関してはバルブフェースの最大摩耗深さを用いた。試
験結果を表２に示した。
して、単体摩耗試験機を用いてバルブシートとバルブの
摩耗量を評価した。この試験機はカム軸の回転によりバ
ルブを往復運動させ、バルブの繰り返し叩きによるバル
ブシートの摩耗試験を燃焼ガスによる高温雰囲気中で行
うものである。単体摩耗試験の条件は、バルブ材質ＳＵ
Ｈ３６（バルブフェースにフェライト６番肉盛り）、バ
ルブシート表面温度４５０℃、カム軸回転数３５００ｒ
ｐｍ、運転時間１００時間とした。摩耗量は、バルブシ
ートに関してはバルブとの接触面の面幅増加量、バルブ
に関してはバルブフェースの最大摩耗深さを用いた。試
験結果を表２に示した。
【００３８】
【表２】 （注）表中の＊を付した試料は比較例である。
【００３９】上記の結果から、本発明のバルブシート試
料は比較例の試料に比べて、バルブシート及びバルブの
摩耗量が共に小さいことが分かる。特に、硬質粒子Ａの
組成について、ＭｏとＴｉの含有量を同時に所定範囲内
とすることで、耐摩耗性が向上することが分かる。
料は比較例の試料に比べて、バルブシート及びバルブの
摩耗量が共に小さいことが分かる。特に、硬質粒子Ａの
組成について、ＭｏとＴｉの含有量を同時に所定範囲内
とすることで、耐摩耗性が向上することが分かる。
【００４０】実施例２ 前記実施例１と同一組成の鉄合金粉末、Ｃｏ粉末、黒鉛
粉末を実施例１と同じ割合で混合し、これに金型成形用
の潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を実施例１と同様に添
加して、鉄合金原料混合粉末（基地の組成：Ｆｅ−２重
量％Ｎｉ−１.５重量％Ｍｏ−０.３重量％Ｍｎ−５重量
％Ｃｏ−１重量％Ｃ）とした。
粉末を実施例１と同じ割合で混合し、これに金型成形用
の潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を実施例１と同様に添
加して、鉄合金原料混合粉末（基地の組成：Ｆｅ−２重
量％Ｎｉ−１.５重量％Ｍｏ−０.３重量％Ｍｎ−５重量
％Ｃｏ−１重量％Ｃ）とした。
【００４１】この鉄合金原料の粉末に、実施例１の試料
２と同じ硬質粒子Ａ（組成：Ｆｅ−２重量％Ｃ−４２重
量％Ｃｒ−２１重量％Ｗ−１０重量％Ｃｏ−２重量％Ｍ
ｏ−０.１重量％Ｔｉ、平均粒径６０μｍ）と硬質粒子
Ｂ（組成：Ｆｅ−６５重量％Ｍｏ−１重量％Ｓｉ、平均
粒径４５μｍ）の粉末を、実施例１の試料２と同じ含有
量となるように添加混合した。
２と同じ硬質粒子Ａ（組成：Ｆｅ−２重量％Ｃ−４２重
量％Ｃｒ−２１重量％Ｗ−１０重量％Ｃｏ−２重量％Ｍ
ｏ−０.１重量％Ｔｉ、平均粒径６０μｍ）と硬質粒子
Ｂ（組成：Ｆｅ−６５重量％Ｍｏ−１重量％Ｓｉ、平均
粒径４５μｍ）の粉末を、実施例１の試料２と同じ含有
量となるように添加混合した。
【００４２】更に、この混合粉末にＣａＦ2粉末を下記
表３に示す含有量となるようにそれぞれ混合し、或はＣ
ａＦ2粉末を混合せずに、実施例１と同様の条件でそれ
ぞれ成形、脱脂、焼結を行った。得られた各試料の一部
には、溶浸用のＣｕ粉末のリング状成形体を乗せ、窒素
雰囲気中において１１３０℃で２０分間保持し、下記表
３に示す含有量となるように空孔内にＣｕを溶浸させ
た。その後、全て試料を実施例１と同様の条件で熱処理
した。
表３に示す含有量となるようにそれぞれ混合し、或はＣ
ａＦ2粉末を混合せずに、実施例１と同様の条件でそれ
ぞれ成形、脱脂、焼結を行った。得られた各試料の一部
には、溶浸用のＣｕ粉末のリング状成形体を乗せ、窒素
雰囲気中において１１３０℃で２０分間保持し、下記表
３に示す含有量となるように空孔内にＣｕを溶浸させ
た。その後、全て試料を実施例１と同様の条件で熱処理
した。
【００４３】得られた各バルブシート試料について、実
施例１と同様の条件で単体摩耗試験を行い、摩耗量を実
施例１と同様に評価した結果を表３に併せて示した。
施例１と同様の条件で単体摩耗試験を行い、摩耗量を実
施例１と同様に評価した結果を表３に併せて示した。
【００４４】
【表３】 （注）表中の＊を付した試料は比較例である。
【００４５】上記の結果から、本発明の範囲内でＣａＦ
2を添加し及び／又はＣｕを溶浸させた本発明の各バル
ブシート試料は、比較例の試料に比べて、バルブシート
及びバルブの摩耗量が共に小さいことが分かる。
2を添加し及び／又はＣｕを溶浸させた本発明の各バル
ブシート試料は、比較例の試料に比べて、バルブシート
及びバルブの摩耗量が共に小さいことが分かる。
【００４６】
【発明の効果】本発明によれば、基地の延性を向上させ
ることにより硬質粒子の保持能力の向上と硬質粒子が受
ける衝撃の緩和を図り、バルブシートからの硬質粒子の
破砕、脱落を抑制すると共に、硬質粒子についてもバル
ブからの衝撃に対して耐摩耗性を向上させることで、バ
ルブシート及びバルブの摩耗を低減させ得るバルブシー
ト用耐摩耗性鉄系焼結合金を提供することができる。
ることにより硬質粒子の保持能力の向上と硬質粒子が受
ける衝撃の緩和を図り、バルブシートからの硬質粒子の
破砕、脱落を抑制すると共に、硬質粒子についてもバル
ブからの衝撃に対して耐摩耗性を向上させることで、バ
ルブシート及びバルブの摩耗を低減させ得るバルブシー
ト用耐摩耗性鉄系焼結合金を提供することができる。
【００４７】更に、潤滑成分としてのＣａＦ2の添加、
及び／又はＣｕの溶浸により、凝着摩耗を一層低減させ
たバルブシート用耐摩耗性鉄系焼結合金を提供すること
ができる。
及び／又はＣｕの溶浸により、凝着摩耗を一層低減させ
たバルブシート用耐摩耗性鉄系焼結合金を提供すること
ができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２２Ｃ 38/54 Ｆ０１Ｌ 3/02 Ｅ
Claims (4)
- 【請求項１】 ０.５〜１.５重量％のＣ、０.５〜３重
量％のＮｉ、０.５〜２重量％のＭｏ、０.１〜８重量％
のＣｏ、０.０５〜１重量％のＭｎ、残部のＦｅ及び不
可避不純物からなり、組織がソルバイト又はパーライト
で、ビッカース硬度が３００〜４５０である鉄系基地
に；１.５〜２.５重量％のＣ、３８〜４５重量％のＣ
ｒ、１８〜３０重量％のＷ、５〜１５重量％のＣｏ、
０.５〜３重量％のＭｏ、０.０３〜０.５重量％のＴ
ｉ、残部のＦｅ及び不可避不純物からなり、平均粒径３
０〜８０μｍの硬質粒子Ａと；６０〜７０重量％のＭ
ｏ、０.５〜２重量％のＳｉ、残部のＦｅ及び不可避不
純物からなり、平均粒径３０〜８０μｍの硬質粒子Ｂと
が、合計で１０〜２５重量％均一に分散していることを
特徴とするバルブシート用耐摩耗性鉄系焼結合金。 - 【請求項２】 前記鉄基地に、更に、全重量の０.３〜
２重量％のＣａＦ2が均一に分散していることを特徴と
する、請求項１に記載のバルブシート用耐摩耗性鉄系焼
結合金。 - 【請求項３】 前記鉄基地の空孔に、全体積の１０〜２
０体積％の銅が溶浸されていることを特徴とする、請求
項１又は２に記載のバルブシート用耐摩耗性焼結合金。 - 【請求項４】 硬質粒子Ａ／硬質粒子Ｂの含有重量比が
２〜２０の範囲にあることを特徴とする、請求項１〜３
のいずれかに記載のバルブシート用耐摩耗性鉄系焼結合
金。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6274891A JPH08134607A (ja) | 1994-11-09 | 1994-11-09 | バルブシート用耐摩耗性鉄系焼結合金 |
| DE69503591T DE69503591T2 (de) | 1994-11-09 | 1995-04-28 | Wärmebeständige, gesinterte Eisen-Legierung für einen Ventilsitz |
| AU17708/95A AU696267B2 (en) | 1994-11-09 | 1995-04-28 | Wear-resistant sintered ferrous alloy for valve seat |
| US08/430,383 US5498483A (en) | 1994-11-09 | 1995-04-28 | Wear-resistant sintered ferrous alloy for valve seat |
| EP95106477A EP0711845B1 (en) | 1994-11-09 | 1995-04-28 | Wear-resistant sintered ferrous alloy for valve seat |
| BR9502013A BR9502013A (pt) | 1994-11-09 | 1995-05-11 | Liga ferrosa sinterizada resistente ao desgaste para uso como uma sede de válvula |
| KR1019950012415A KR960017883A (ko) | 1994-11-09 | 1995-05-15 | 밸브 시이트용 내마모성 소결 철합금 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6274891A JPH08134607A (ja) | 1994-11-09 | 1994-11-09 | バルブシート用耐摩耗性鉄系焼結合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08134607A true JPH08134607A (ja) | 1996-05-28 |
Family
ID=17547977
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6274891A Pending JPH08134607A (ja) | 1994-11-09 | 1994-11-09 | バルブシート用耐摩耗性鉄系焼結合金 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5498483A (ja) |
| EP (1) | EP0711845B1 (ja) |
| JP (1) | JPH08134607A (ja) |
| KR (1) | KR960017883A (ja) |
| AU (1) | AU696267B2 (ja) |
| BR (1) | BR9502013A (ja) |
| DE (1) | DE69503591T2 (ja) |
Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
| KR20030021916A (ko) * | 2001-09-10 | 2003-03-15 | 현대자동차주식회사 | 내마모성이 강화된 밸브 시이트용 소결합금재 조성물 및그의 제조방법 |
| JP2017133046A (ja) * | 2016-01-25 | 2017-08-03 | トヨタ自動車株式会社 | 耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方法、焼結合金用成形体、および耐摩耗性鉄基焼結合金 |
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| JPH08334280A (ja) * | 1995-04-07 | 1996-12-17 | Fuji Koki Seisakusho:Kk | 膨張弁及び冷凍システム |
| JP3447031B2 (ja) * | 1996-01-19 | 2003-09-16 | 日立粉末冶金株式会社 | 耐摩耗性焼結合金およびその製造方法 |
| JP3952344B2 (ja) * | 1998-12-28 | 2007-08-01 | 日本ピストンリング株式会社 | バルブシート用耐摩耗性鉄基焼結合金材および鉄基焼結合金製バルブシート |
| JP3978004B2 (ja) * | 2000-08-28 | 2007-09-19 | 株式会社日立製作所 | 耐蝕・耐摩耗性合金とそれを用いた機器 |
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| KR101316474B1 (ko) * | 2011-09-19 | 2013-10-08 | 현대자동차주식회사 | 엔진밸브시트 및 그 제조방법 |
| JP5910600B2 (ja) * | 2013-10-11 | 2016-04-27 | トヨタ自動車株式会社 | 耐磨耗性鉄基焼結金属 |
| CN110106417B (zh) * | 2019-04-09 | 2021-02-02 | 珠海粤清特环保科技有限公司 | 一种用于表面修复强化的材料及其制备方法和应用 |
| US11988294B2 (en) | 2021-04-29 | 2024-05-21 | L.E. Jones Company | Sintered valve seat insert and method of manufacture thereof |
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| JPS5925959A (ja) * | 1982-07-28 | 1984-02-10 | Nippon Piston Ring Co Ltd | 焼結合金製バルブシ−ト |
| JPS60258450A (ja) * | 1984-06-06 | 1985-12-20 | Toyota Motor Corp | バルブシ−ト用鉄系焼結合金 |
| JPS61179857A (ja) * | 1985-02-04 | 1986-08-12 | Toyota Motor Corp | バルブシ−ト用鉄系焼結合金 |
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| JPH03225008A (ja) * | 1990-01-31 | 1991-10-04 | Mitsubishi Materials Corp | 耐摩耗性に優れたＦｅ基焼結合金製バルブシート |
| JPH0543916A (ja) * | 1991-08-09 | 1993-02-23 | Mitsubishi Materials Corp | 高強度を有する金属充填Ｆｅ基焼結合金製バルブシート |
| JP3186816B2 (ja) * | 1992-01-28 | 2001-07-11 | 帝国ピストンリング株式会社 | バルブシート用焼結合金 |
| JP3226618B2 (ja) * | 1992-08-07 | 2001-11-05 | トヨタ自動車株式会社 | バルブシート用鉄基焼結合金 |
| EP0604773B2 (en) * | 1992-11-27 | 2000-08-30 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fe-based alloy powder adapted for sintering, Fe-based sintered alloy having wear resistance, and process for producing the same |
-
1994
- 1994-11-09 JP JP6274891A patent/JPH08134607A/ja active Pending
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1995
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