JPS62202045A

JPS62202045A - 高温耐摩耗性に優れた焼結合金の製造方法

Info

Publication number: JPS62202045A
Application number: JP4461886A
Authority: JP
Inventors: Yukio Kadota; 門田　幸男; Akira Manabe; 直鍋　明; Sadataka Obuchi; 大渕　貞孝; Masao Ito; 伊東　正男
Original assignee: NIPPON FUNMATSU GOKIN KK; Toyota Motor Corp
Current assignee: NIPPON FUNMATSU GOKIN KK; Toyota Motor Corp
Priority date: 1986-02-28
Filing date: 1986-02-28
Publication date: 1987-09-05

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野１本発明は、高温耐摩粍性に優れた焼結合金の製造方法に
関する。高温耐摩耗性に優れた焼結合金の代表的な用途
としては、内燃機関に使用される動弁部材例えばバルブ
シートがあげられる。

バルブシートは、内燃機関のシリンダヘッドに組み込ま
れている部材である。バルブシートにエンジンバルブが
着座すると、混合ガスや燃焼ガスがシールされる。この
バルブシートは苛酷な条件下で作動するため、高温強度
、高温耐摩耗性等が特に要求される。

［従来の技術］内燃機関に用いられるバルブシート等の動弁部材は、工
具鋼系や高速度鋼系等の合金鋼粉末を圧縮成形して、圧
密成形体を形成する工程、圧密成形体を所定の温度に加
熱して焼結し焼結合金を形成する工程から製造されるこ
とが多い。最近の内燃機関の高性能化に伴い、動弁部材
の高温強度、高温耐摩耗性等を尚一層面上させる必要上
が高まってきている。

かかる要求を考慮し、例えば本出願人は自己の公開特許
昭６０−２１５７３６号および昭６０−２１８４５１号
において、合金鋼粉末の成形体を焼結して、その中の残
留気孔をできるだけ少なくし、かつその残留気孔中の銅
を溶浸することによって高温におｔプる強度を潤滑性お
よび耐摩耗性を向上させた焼結合金の製造方法を開発し
た。

さらに本出願人は、特願昭５９−１５３　／１．６号に
おいて銅粉と合金鋼粉末を混合し、かつ焼結させる製造
方法を同示し、製造工程の削減とコストダウンを達成で
き、しかも溶浸法によって製造した焼結合金と同等の特
性を得ることができる新しい製造方法をｌｊ！発した。

［発明が解決しようと１６問題点］本発明は、上記の本出願人自身の発明に係る焼結合金の
製造方法の一環として開発されたものであり、高温強度
、高温耐摩耗性等の特性に優れた焼結合金を形成し得る
製造方法を捷供することを目的とするものである。

［発明の構成〕（問題点を解決するための手段）本発明の高温耐摩耗性に優れた焼結合金の製造方法は、
鉛、硫化マンガン等のｉ？Ｉ滑性粉末と、リン化銅、−
リン化三鉄等の低融点化合物を含む原料鉄粉末を混合し
一体化して、成形体を形成プる成形工程と、該成形体を加熱しつつ溶融させて液相を生じさせ、気孔
率３％以下の焼結合金を形成する焼結工程とからなるこ
とを特徴とするものである。

即ち、本発明の高温耐摩耗性に優れた焼結合金の製造方
法は、従来用いられている鋼に代わり、鉛、硫化マンガ
ン等の潤滑性粉末を、基地合金粉末に混合したものであ
る。鉛、硫化マンガン等は、基材合金との反応性がない
ため、高温での強度低下に至らず、良好な耐摩耗性を発
揮し、銅に優るとも劣らない潤滑性を有する。

（発明の構成の詳細な説明）本発明による製造方法は、成形体を形成する成形工程と
、焼結合金を形成する焼結工程とからなる。

成形工程では、鉛、硫化マンガン等の潤滑性粉末と、リ
ン化銅、−リン化三鉄等の低融点化合物を含む原料鉄粉
末を混合した混合粉末を圧縮成形して圧粉体（成形体）
を形成する。潤滑性粉末としては、鉛、硫化マンガン等
銅以外の潤滑剤の中から選択することが出来る。低融点
化合物としては、リン化鋼、−リン化三鉄等のリン合金
粉末から選択して用いることができる。前記成形体は一
般に気孔を多くもつ多孔体である。

上記潤滑性粉末のうち鉛粉末を用いる場合、使用量は０
．２〜１０％とする。０．２％以下ではｍ滑効果がなく
、１０％を越えると相対的に基地強度が低下し、耐摩耗
性が劣化する。

一方硫化マンガンの場合、使用量は０．１〜３％とする
。このように限定したのは鉛の場合と同様の理由による
。

低融点化合物を含む原料鉄粉末の組成は、クロム２．５
〜２５重量％、炭素０．２〜３．０重患％、不可避の不
純物、残部鉄の組成をもつ合金鋼粉末と、リン化銅、−
リン化三鉄等の低融点合金粉末とを混合した混合粉末か
ら構成されており、混合粉末中リンが０．１〜０．８重
合％であることが望ましい。

合金鋼粉末はモリブデン０．３〜６．５重量％、タング
ステン０．５〜１２重量％、バナジウム０゜２５〜５．
５重間％、ニオブ０．０５〜３．０屯恐％のうち一種又
は二種以上含み、かつモリブデン、タングステン、バナ
ジウム、ニオブの合計が７６重量％以下になるよう配合
されている。

焼結工程では、成形体の融点より０〜５０℃高い温度に
成形体を加熱して液相焼結を行う。こうして得られた焼
結合金中には鉛、硫化マンガン等のｆｆＩ滑性物質が分
散し、高温下での基地の強度を損うことなく、耐摩耗性
の向上に寄与する。

［発明の効果コ本発明の製造方法によれば、後述する実施例の試験値で
示すように、気孔率が２．６％以下、圧環強度が１３５
ｋｇｆ／ｍｍ２以上、高温耐摩耗性での摩耗幅がシート
材で８μｓｕ下、バルブ材で１．５μｍ以下の緒特性を
有する高温強度、高温耐摩耗性に優れた焼結合金が得ら
れる。

［実施例］まず、実施例１について説明する。

基地合金鋼粉末には、重鎖比でりＯム：１２％、炭素二
１．５％、モリブデン：１％、バナジウム：０．８％、
シリコン二〇、２％、マンガン＝０゜３％、酸素＋０．
０４％、残部鉄及び１％以下の不純物からなる１１１ｒ
Ｒ合金鋼粉末（−１００メツシユ）を用いた。そして粉
末全体で１００１１％となるように基地合金ＦＡ粉末に
鉛粉末３％（−２００メツシユ）、グラファイト粉末１
．１％（−３５０メツシユ）、−リン化三鉄粉末１，５
％（−２５０メツシユ）を加え、さらに組成外でステア
リン酸亜鉛０．８％を用いて混合し、混合粉末を形成し
た。この混合粉末を７ｔ／ａ１で圧縮成形してφ１０１
１、φ２５１Ｌ長さ２０　ｍ！１（７）圧粉体（成形体
）を形成した。

次いで圧粉体をアンモニア分解ガス雰囲気中において１
１４０℃で３０分間加熱し、低融点の液相を生じさせつ
つ焼結を行った。こうして焼結合金製の試験片を製造し
た。

実施例および後述の比較例の基地合金ｍ粉末、潤滑剤、
その他の使用元素の組成、配合割合および製造条件を表
１および表２に示す。

実施例１と同様な方法で実施例２〜４の試験片を表１と
２に示された条件下で製造した。

なｄ５比較例の試料には、実施例１および２の組成から
潤滑剤（１）、硫化マンガン等）を除いたものとして、
実施例と同様な試験片を製造した。

（試験）実施例１〜４の試験片について気孔率、高温く５００℃
）圧環強さ、高温耐摩耗性を調査した。

その結果を表３に示で。高温耐摩耗性は、φ１４ｍ１ｌ
ｌ、φ１８＋＋ｖ、長さ１５ＩＩＩＩｎの試験片を試作
し、試験片を２１の振幅で１分間に１２００回上下させ
、その端面を面圧４５ｋＱｆ／ｍｍ２で平面状のバルブ
相当材におし当て、さらにバルブ相当材を５ｒｐｍで回
転させて摩耗試験を行った。摩耗試験は、バルブ相当材
の表面を５００℃に加熱し、ガソリンエンジンの排気ガ
スを試験片接触部に導入して行った。また、１回の試験
時間は７時間とした。

高温耐摩耗試験の試験条件および各試験結果を表４に示
す。気孔率は、実施例１で２．２％、実施例２で１．５
％、実施例３で２．６％、実施例４で１．９％であった
。高温圧環強さく５００℃）は、実施例１で１４０ｋｇ
ｆ／ｍｉｕ、実施例２で１５５ｋｑ　ｆ／ｒａｍｔ　、
実施例３で１３５ｋｇｆ／＋＋＋ｍ’、実施例４で１５
２ｋｇｆ／ｍｍ’であった。

また、高温耐摩耗性試験での摩耗幅は、実施例１でシー
ト材６μｍ１バルブ材１．２ｆ１ｍ、実施例２でシート
材３μｍ、バルブ材０．９μｍ、実施例３でシー１〜１
８μｍ１バルブ材１．５μｍ、実施例４でシート材５μ
ｍ１バルブ材１．１μｍであった。

比較例の試験結果は、気孔率３．４％、高温圧環強さ１
２０ｋＱ　ｆ　／ｍｍ２　、、高温耐摩耗性試験での摩
耗幅は、シート材１５μ１１バルブ材３．３μｍであっ
た。

以上の効果から、明らかに本発明材は高温耐摩耗性に優
れ、かつ相手バルブ材の摩耗も少ないことがわかる。

特許出願人　　　トヨタ自動車株式会社受同　　　　　日本粉末合疾株式会社代理人　　　　弁理士　大川　宏代理人　　　　弁理士　丸山明夫手続補正１（自発）１、＠件の表示昭和６１年特許願第０４４６１８８２、発明の名称高温耐摩耗性に優れた焼結合金の製造方法３、補正をす
る名事件との関係　　特許出願人愛知県葭田市トヨタ町１番地＜３２０）ｔ−ヨタ自動車株式会社代表者　松　本　　清　くはか１名）４、代理人〒４５０愛知県名古屋市中村区名駅３丁目３番の４児玉ごルく電話＜０５２）５８３−９７２０　）５、補
正の対象明細書の発明の詳細な説明の欄５、補正の内容（１）明ＩＩ書の第３頁の第２０行目に「気孔中の」と
あるを１気孔中に」と補正します。

（２）明細書の第４頁の第１行に「強度を」とあるを「
強度と」と補正します。

（３）明細１の第１０頁の第１８行目にある「表４に示
す。」とあるを「表３に示す。」と補正します。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）鉛、硫化マンガン等の潤滑性粉末と、リン化銅、
−リン化三鉄等の低融点化合物を含む原料鉄粉末を混合
し一体化して、成形体を形成する成形工程と、該成形体
を加熱しつつ溶融させて液相を生じさせ、気孔率３％以
下の焼結合金を形成する焼結工程とからなる高温耐摩耗
性に優れた焼結合金の製造方法。
（２）鉄系原料粉末は、クロム２．５〜２５重量％、炭
素０．２〜３．０重量％、不可避の不純物、残部鉄の組
成をもつ合金鋼粉末と、リン化銅、−リン化三鉄等の低
融点化合物粉末および鉛、硫化マンガン等の潤滑性粉末
との混合粉末とからなる特許請求の範囲第１項記載の高
温耐摩耗性に優れた焼結合金の製造方法。
（３）混合粉末中のリンが０．１〜０．８重量％である
特許請求の範囲１項記載の高温耐摩耗性に優れた焼結合
金の製造方法。
（４）混合粉末は、鉛０．２〜１０重量％、硫化マンガ
ン０．１〜３重量％の一種または二種を含む特許請求の
範囲１項記載の焼結合金の製造方法。
（５）合金鋼粉末はモリブデン０．３〜６．５重量％、
タングステン０．５〜１２重量％、バナジウム０．２５
〜５．５重量％、ニオブ０．０５〜３．０重量％のうち
一種又は二種以上含み、かつモリブデン、タングステン
、バナジウム、ニオブの合計が１６重量％以下である特
許請求の範囲第２項記載の高温耐摩耗性に優れた焼結合
金の製造方法。