KR20190028804A - Valve seat with excellent durability - Google Patents
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Abstract
내빠짐성이 뛰어난 밸브 시트를 제공한다. 내연 기관의 경금속 합금제 실린더 헤드에 압입되어져 사용되는 밸브 시트이며, 외주면의 적어도 1개소에, 산 높이 또는 골 깊이가 5㎛ 내지 80㎛의 볼록 형상부 및/또는 골 깊이가 5㎛ 내지 100㎛인 오목 형상부로 이루어지는 조면화 영역을, 면적률로 합계 0.3% 이상, 갖는다. 또한, 상기한 조면화 영역을 대신하여, 조면화 영역을, 압입 방향으로 연장되는 오목부와 볼록부가 인접해서 이루어지는 요철을 상기 압입 방향에 수직인 방향으로 복수 열 갖는 요철 혼합부, 및/또는 원주 방향으로 연장되는 오목부와 볼록부가 인접해서 이루어지는 요철을 상기 원주 방향에 수직인 방향으로 복수 열 갖는 요철 혼합부로 이루어지는 영역으로 하여도 좋다. 또한 오목부를 격자 형상으로 배치한 요철 혼합부로 하여도 좋다. 이에 의해, 밸브 시트의 고온 보지력이 증가하고, 빠짐 하중이 증대해, 밸브 시트의 가동 중의 빠짐을 방지할 수 있다. 또한, 조면화 영역의 형성은, 레이저 광 조사에 의한 것이 바람직하다.A valve seat excellent in durability is provided. A valve seat which is press-fitted into a cylinder head made of a light metal alloy of an internal combustion engine and has a convex portion having a mountain height or a valley depth of 5 to 80 占 퐉 and / or a valley depth of 5 占 퐉 to 100 占 퐉 And a total area ratio of not less than 0.3%. In place of the above-mentioned roughened area, the roughened area may be formed by a concavo-convex mixing part having concavities and convexities formed by adjoining concave parts and convex parts extending in the press-in direction, in a direction perpendicular to the press- Concave portions extending in the direction of the circumferential direction and convex portions formed adjacent to the convex portions may be a region made up of concave-convex mixing portions having a plurality of rows in the direction perpendicular to the circumferential direction. The concavo-convex mixing portion may be a concavo-convex mixing portion in which the concave portions are arranged in a lattice form. As a result, the high temperature holding force of the valve seat is increased, and the dropout load is increased, thereby preventing the valve seat from being disengaged during operation. It is preferable that the roughed area is formed by laser light irradiation.
Description
본 발명은, 내연 기관용의 밸브 시트에 관한 것이며, 특히 경금속 합금제 실린더 헤드에 압입되어져 사용되는 밸브 시트의 내빠짐성의 향상에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a valve seat for an internal combustion engine, and particularly relates to improvement of durability of a valve seat which is press-fitted into a cylinder head made of a light metal alloy.
밸브 시트는, 연소 가스의 시일과 밸브를 냉각하는 역할을 담당하고, 엔진의 실린더 헤드에 압입되어져 사용되어 왔다. 그러나, 압입된 밸브 시트는, 실제로는 실린더 헤드의 모든 면과 접촉되어 있는 것이 아니라, 엔진 운전 중에 고온에서의 보지력(이하, 고온 보지력이라고도 함)이 부족하여, 빠지는 경우가 있었다.The valve seat plays a role of cooling the seal of the combustion gas and the valve, and has been used by being press-fitted into the cylinder head of the engine. However, the press-fitted valve seat is not actually in contact with all the surfaces of the cylinder head, but the retaining force at high temperature (hereinafter also referred to as a high-temperature holding force) is insufficient during engine operation and may be lost.
이와 같은 문제에 대해, 예를 들면 특허문헌 1에는, 밸브 시트 탈락 방지 구조가 제안되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 밸브 시트 탈락 방지 구조는, 실린더 헤드 압입 구멍 내주면에 환형 홈을 형성하는 동시에, 실린더 헤드 압입 구멍에 압입하는 밸브 시트의 외주면에도 환형 홈을 형성하고, 밸브 시트를 압입했을 때에, 이들 환형 홈에 형성되는 공간에, 반경 방향으로 확장되는 확장 링을 삽입하여 이루어지는 구조를 갖는다. 이에 의하면, 밸브 시트를 실린더 헤드에 장착할 때에는 압축되어 있던 확장 링은, 밸브 시트를 압입한 후에는, 압입 구멍 내주면에 형성된 환형 홈과 밸브 시트 외주면에 형성된 환형 홈 내에 들어가면, 확장되어 이 양 환형 홈에 걸쳐서 배치되게 되어지고, 밸브 시트의 축 방향으로의 움직임은 완전히 억제되어, 탈락은 확실히 방지할 수 있다.Regarding such a problem, for example, Patent Document 1 proposes a valve seat fall prevention structure. The valve seat slip prevention structure disclosed in Patent Document 1 is characterized in that an annular groove is formed on the inner circumferential surface of the cylinder head press-fit bore and an annular groove is formed on the outer circumferential surface of the valve seat press- And an extension ring extending in the radial direction is inserted into the space formed in the annular grooves. According to this, when the valve seat is mounted on the cylinder head, the compressed expansion ring is expanded when it enters the annular groove formed on the inner peripheral surface of the press-fit hole and the annular groove formed on the outer peripheral surface of the valve seat after the valve seat is press- So that the movement of the valve seat in the axial direction is completely restrained, and dropout can be reliably prevented.
그렇지만, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 실린더 헤드의 압입 구멍 내주면 및 밸브 시트 외주면에 홈 가공을 실시하여, 환형 홈을 형성할 필요가 있어, 제조 공정이 복잡하게 되는데다가, 부품 치수가 작으므로 소망의 가공 정밀도를 확보하는 것이 어렵다는 문제가 있었다. 또한, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 압입시의 진동으로, 확장 링이 흔들려 떨어진다는 문제나, 소망의 기능을 확보하는 것이 어렵다는 문제도 있다.However, according to the technique described in Patent Document 1, it is necessary to form the annular groove by performing grooving on the inner circumferential surface of the press-fit hole and the outer circumferential surface of the valve seat of the cylinder head, complicating the manufacturing process, There is a problem that it is difficult to secure the machining accuracy of the machining tool. In addition, in the technique described in Patent Document 1, there is also a problem that the expansion ring is shaken off due to vibration at the time of press-fitting, and that it is difficult to secure a desired function.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제를 해결하고, 내연 기관의 경금속 합금제 실린더 헤드에 압입되어져 사용되는 밸브 시트로서, 내연 기관의 가동 중에 용이하게 빠지지 않는 내빠짐성이 뛰어난 밸브 시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a valve seat which is used by being pressed into a cylinder head made of a light metal alloy of an internal combustion engine to overcome the problems of the prior art and to provide a valve seat excellent in durability that does not easily fall off during operation of the internal combustion engine .
본 발명자들은 상기한 목적을 달성하기 위해, 내연 기관의 경금속 합금제 실린더 헤드에 압입되어져 사용되는 밸브 시트의 내빠짐성에 영향을 미치는 각종 요인에 대해, 예의 검토했다.In order to achieve the above object, the inventors of the present invention have extensively studied various factors affecting the durability of a valve seat which is press-fitted into a cylinder head made of a light metal alloy of an internal combustion engine.
그 결과, 압입된 밸브 시트는 실린더 헤드와 전면적으로 접촉되어 있는 것이 아니며, 그 때문에, 내연 기관의 가동 중에 보지력(고온에서의 보지력)이 부족해 빠진다는 문제가 발생한다. 보지력(고온에서의 보지력)을 향상시켜, 이와 같은 문제의 발생을 회피하기 위해, 본 발명자들은 실린더 헤드 내주면에 접촉하는 밸브 시트의 외주면을 조면화(粗面化)하는 것을 생각해냈다.As a result, the press-fitted valve seat is not in full contact with the cylinder head, so that there arises a problem that the retaining force (retaining force at high temperature) is lost during operation of the internal combustion engine. In order to improve the holding force (holding force at a high temperature) and to avoid the occurrence of such a problem, the present inventors have conceived that the outer circumferential surface of the valve seat contacting the inner circumferential surface of the cylinder head is roughened.
밸브 시트의 외주면은, 통상, JIS B 0601-2001에 규정되는 산술 평균 높이(Ra)로 0.8㎛ 정도로 마무리 가공되어 있다. 본 발명자들은, 경금속 합금제 실린더 헤드에 밸브 시트를 압입하는 경우에는, 밸브 시트의 외주면 표면을 통상의 마무리 가공면에 비해 거친, 외주면을 기준으로 하여 산 높이 5㎛ 내지 80㎛가 되도록 조면화하는 것에 의해, 고온 보지력의 지표인 「고온 빠짐 하중」이 현저하게 높아져, 내빠짐성이 향상되는 것을 발견했다. 게다가, 조면화되는 영역은, 밸브 시트 외주면 전역으로 할 필요는 없으며, 밸브 시트 외주면의 일부 영역이여도 충분히 효과가 있는 것을 발견했다.The outer circumferential surface of the valve seat is usually finished to an arithmetic average height (Ra) defined by JIS B 0601-2001 of about 0.8 mu m. When the valve seat is press-fitted into a cylinder head made of a light metal alloy, the inventors of the present invention roughly make the surface of the outer circumferential surface of the valve seat coarser than the normal finishing surface, , The " high temperature drop load " which is an index of the high temperature holding force is remarkably increased, and the dropout resistance is improved. Further, it has been found that the area to be roughened does not have to be the entire circumference of the valve seat but is sufficiently effective even in a partial region of the outer circumferential surface of the valve seat.
즉, 밸브 시트 외주면에, 조면화 영역으로서, 최대 산 높이(또는 산 높이)가 5㎛ 내지 80㎛가 되는 영역(이하, 「볼록 형상부」라고도 함) 또는 최대 골 깊이(또는 골 깊이)가 5㎛ 내지 100㎛가 되는 영역(이하, 오목 형상부라고도 함)을, 적어도 1개소 마련하는 것이, 밸브 시트의 내빠짐성의 향상에 현저하게 기여하는 것을 발견했다. 또한, 상기한 최대 산 높이(또는 산 높이)를 갖는 영역 또는 상기한 최대 골 깊이(또는 골 깊이)를 갖는 영역이, 외주면 전역에 대한 면적률로 0.3% 정도 존재하면, 내빠짐성의 향상에 대해 충분히 효과가 있는 것도 지견(知見)했다.That is, a region (hereinafter also referred to as " convex portion ") or a maximum valley depth (or valley depth) in which the maximum peak height (or peak height) It has been found that provision of at least one region (hereinafter also referred to as a concave portion) having a thickness of 5 to 100 탆 contributes significantly to the improvement of the durability of the valve seat. If the area having the maximum peak height (or the peak height) or the area having the maximum peak depth (or depth) is present in an area ratio of 0.3% with respect to the entire outer peripheral surface, I also found that it worked well enough.
본 발명은, 이러한 지견에 근거하여, 더욱 검토를 더해 완성된 것이다. 즉, 본 발명의 요지는 다음과 같다.The present invention has been further completed based on such findings, and further completed. That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) 내연 기관의 경금속 합금제 실린더 헤드에 압입되는 밸브 시트로서, 해당 밸브 시트의 외주면의 적어도 1개소에 조면화 영역으로서, 압입 방향으로 상기 외주면을 기준으로 하여 산 높이가 5㎛ 내지 80㎛가 되는 볼록 형상부 및/또는 골 깊이가 5㎛ 내지 100㎛가 되는 오목 형상부를 갖고서 이루어지며, 해당 조면화 영역이 상기 외주면의 전역에 대한 면적률로, 합계로 0.3% 이상인 것을 특징으로 하는 내빠짐성이 뛰어난 밸브 시트.(1) A valve seat which is press-fitted into a cylinder head made of a light metal alloy of an internal combustion engine, characterized in that the valve seat is formed as a rough surface region at least at one position on the outer circumferential surface of the valve seat, , And / or a concave portion having a depth of 5 占 퐉 to 100 占 퐉, wherein the roughened region is an area ratio with respect to the entire outer peripheral surface, and is 0.3% or more in total Excellent valve seat.
(2) (1)에 있어서, 상기 볼록 형상부가, 해당 볼록 형상부의 산 높이가 상기 외주면을 기준으로 하여, 해당 기준으로부터 압입 방향을 따라 최대 산 높이까지 연속적으로 또는 단계적으로 증가하는 경사진 산 높이를 갖는 영역인 것을 특징으로 하는 밸브 시트.(2) In the above-mentioned (1), the convex portion may be formed in such a manner that the mountain height of the convex portion continuously or stepwise increases from the reference to the maximum mountain height along the press- Wherein the valve seat is a region having a valve seat.
(3) (1)에 있어서, 상기 오목 형상부가, 해당 오목 형상부의 골 깊이가 상기 외주면을 기준으로 하여, 압입 방향을 따라 최대 골 깊이로부터 상기 기준까지 연속적으로 또는 단계적으로 감소하는 경사진 골 깊이를 갖는 영역인 것을 특징으로 하는 밸브 시트.(3) The golf club head according to (1), wherein the concave portion has a tapered valley depth, which is continuously or stepwise decreased from a maximum valley depth to the reference along the press-in direction with respect to the outer circumferential surface, Wherein the valve seat is a region having a valve seat.
(4) (1)에 있어서, 상기 조면화 영역으로서, 압입 방향으로 연장되는 오목부와 볼록부가 인접해서 이루어지는 요철을 상기 압입 방향에 수직인 방향으로 복수 열 갖는 요철 혼합부, 및/또는 원주 방향으로 연장되는 오목부와 볼록부가 인접해서 이루어지는 요철을 상기 원주 방향에 수직인 방향으로 복수 열 갖는 요철 혼합부를 갖는 것을 특징으로 하는 밸브 시트.(4) In the above-mentioned (1), it is preferable that the roughened region includes a concave-convex mixing portion having concavities and convexes adjoining the convex portions extending in the press-fit direction and having a plurality of rows in a direction perpendicular to the press- And concave and convex portions extending in the circumferential direction and having a plurality of rows in a direction perpendicular to the circumferential direction.
(5) (4)에 있어서, 상기 요철 혼합부에 있어서의 상기 오목부와 상기 볼록부가 연장되는 방향이, 상기 압입 방향이 이루는 각이 0° 초과 90° 미만의 범위 내의 각도를 갖는 방향인 것을 특징으로 하는 밸브 시트.(5) In the item (4), it is preferable that the direction in which the concave portion and the convex portion extend in the concave-convex mixing portion is a direction having an angle in the range of more than 0 DEG and less than 90 DEG Features valve seat.
(6) (4)에 있어서, 상기 조면화 영역으로서, 상기 요철 혼합부가 일정 방향으로 연장되는 복수 열의 오목부와, 해당 일정 방향에 대해 수직 방향으로 연장되는 복수 열의 오목부를 조합하여 이루어지는 격자 형상 오목부를 갖고, 해당 격자 형상 오목부의 각 격자 내에 볼록부를 갖고서 이루어지는 요철로 이루어지는 것을 특징으로 하는 밸브 시트.(6) In (4), as the roughened region, a lattice-shaped concave portion formed by combining a plurality of rows of concave portions extending in a certain direction of the concave-convex mixing portion and a plurality of rows of concave portions extending in a direction perpendicular to the predetermined direction And the concavities and convexities having convex portions in the respective lattice of the latticed concave portions.
(7) (4) 내지 (6) 중 어느 하나에 있어서, 상기 볼록부가, 상기 외주면을 기준으로 하여, 산 높이가 5㎛ 내지 80㎛가 되는 볼록부이며, 상기 오목부가, 상기 외주면을 기준으로 하여, 골 깊이가 5㎛ 내지 100㎛가 되는 오목부인 것을 특징으로 하는 밸브 시트.(7) The production method according to any one of (4) to (6), wherein the convex portion is a convex portion having a mountain height of 5 占 퐉 to 80 占 퐉 with respect to the outer circumferential surface, And the valley depth is 5 占 퐉 to 100 占 퐉.
(8) (4) 내지 (7) 중 어느 하나에 있어서, 상기 요철 혼합부가, 상기 연장되는 방향에 수직인 단면에서, 인접하는 2개의 상기 볼록부의 간격인 피치가 1㎛ 내지 600㎛인 요철을 갖는 것을 특징으로 하는 밸브 시트.(8) The method according to any one of (4) to (7), wherein the concavo-convex mixing portion has irregularities having a pitch of 1 占 퐉 to 600 占 퐉 which is a distance between two adjacent convex portions in a cross section perpendicular to the extending direction Wherein the valve seat is provided with a valve seat.
(9) (4) 내지 (8) 중 어느 하나에 있어서, 상기 요철 혼합부의 복수 열의 볼록부의 산 높이가, 상기 외주면을 기준으로 하여 일정한 높이이거나, 또는 해당 기준으로부터 압입 방향을 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 밸브 시트.(9) The apparatus according to any one of (4) to (8), characterized in that a mountain height of convex portions in a plurality of rows of the concavo-convex mixing portion is a constant height with respect to the outer circumferential surface or increases along the press- .
(10) (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 있어서, 상기 조면화 영역이, 상기 외주면에 대해 수직 방향으로 관찰하여, 삼각 형상, 사각 형상, 원형 형상, 반원 형상, 별형 형상 중 어느 하나를 나타내는 것을 특징으로 하는 밸브 시트.(10) The method according to any one of (1) to (9), wherein the roughened region is observed in a direction perpendicular to the outer circumferential surface to form a triangular shape, a square shape, a circular shape, a semicircular shape, Of the valve seat.
(11) (10)에 있어서, 상기 조면화 영역이, 상기 삼각 형상, 상기 사각 형상, 상기 원형 형상, 상기 반원 형상, 상기 별형 형상 중 어느 하나의 주연부(周緣)에만 상기 볼록 형상부 또는 상기 오목 형상부를 형성하는 것을 특징으로 하는 밸브 시트.(11) In (10), it is preferable that the roughened region is formed only on the periphery of any one of the triangular shape, the rectangular shape, the circular shape, the semicircular shape, and the star shape, Wherein the valve seat is formed into a shape.
(12) (1) 내지 (11) 중 어느 하나에 있어서, 상기 조면화 영역을, 원주 방향으로 등간격의 각 위치에 형성하는 것을 특징으로 하는 밸브 시트.(12) The valve seat according to any one of (1) to (11), wherein the rough surface region is formed at an angular position in the circumferential direction at regular intervals.
(13) (1) 내지 (12) 중 어느 하나에 있어서, 상기 밸브 시트가 철계(鐵基) 소결 합금제인 것을 특징으로 하는 밸브 시트.(13) A valve seat according to any one of (1) to (12), wherein the valve seat is a iron-base sintered alloy.
본 발명에 의하면, 내연 기관의 경금속 합금제 실린더 헤드에 압입된 밸브 시트의 고온 보지력이 증대되어, 밸브 시트가 내연 기관의 운전 중에 빠지는 것과 같은 문제의 발생이 격감한다는 산업상 현격한 효과를 발휘한다.According to the present invention, the high-temperature holding force of the valve seat press-fitted into the cylinder head made of a light metal alloy of the internal combustion engine is increased, and the occurrence of such problems that the valve seat is released during operation of the internal combustion engine is remarkably reduced. do.
도 1은 조면화 영역의 바람직한 형상을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 2는 고온 보지력 측정 장치의 개략을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 3은 조면화 영역의 바람직한 형상을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 4는 조면화 영역의 바람직한 형상을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 5는 조면화 영역의 바람직한 형상을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 6은 조면화 영역의 바람직한 형상을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 7은 조면화 영역의 바람직한 형상을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 8은 조면화 영역의 바람직한 형상을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 9는 조면화 영역의 바람직한 형상을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 10은 조면화 영역의 바람직한 형상을 모식적으로 도시하는 설명도이다.Fig. 1 is an explanatory view schematically showing a preferable shape of the roughed area.
Fig. 2 is a cross-sectional view schematically showing the outline of the high-temperature holding force measuring device.
3 is an explanatory view schematically showing a preferable shape of the roughed area.
Fig. 4 is an explanatory view schematically showing a preferable shape of the roughed area.
Fig. 5 is an explanatory view schematically showing a preferable shape of the roughed area.
Fig. 6 is an explanatory view schematically showing a preferable shape of the roughed area.
Fig. 7 is an explanatory view schematically showing a preferable shape of the roughed area.
Fig. 8 is an explanatory view schematically showing a preferable shape of the roughed area.
Fig. 9 is an explanatory view schematically showing a preferable shape of the roughed area.
10 is an explanatory view schematically showing a preferable shape of the roughed area.
본 발명 밸브 시트는, 내연 기관의 알루미늄 합금이나 마그네슘 합금 등의 경금속 합금제 실린더 헤드에 압입된 상태에서 사용된다. 본 발명 밸브 시트는, 소재가 소정 치수로 가공되며, 또한 밸브 시트 외주면의 적어도 1개소에 「조면화 영역」이 형성되어 이루어진다. 여기에서 말하는 「조면화 영역」이란, 통상의 마무리 가공면의 표면 거칠기(Ra:0.8㎛ 정도)에 비해, 국소적으로 거친 표면 성질과 상태의 영역을 의미한다. 이 「조면화 영역」은, 경금속 합금제 실린더 헤드에 밸브 시트가 압입되었을 때에, 경금속 합금제 실린더 헤드의 표층(表層)에 맞물려, 실린더 헤드와의 접합력(밸브 시트의 보지력)을 높이고, 빠짐(拔落) 하중의 증대에 기여하여, 엔진 가동 중의 밸브 시트의 빠짐을 억제하는 작용을 갖는다.The valve seat of the present invention is used in a state where it is press-fitted into a cylinder head made of a light metal alloy such as an aluminum alloy or a magnesium alloy of an internal combustion engine. The valve seat of the present invention is formed such that the material is processed to a predetermined dimension and a "roughened region" is formed at least at one portion of the outer circumferential surface of the valve seat. The term " roughened area " as used herein refers to a region of a rough surface property and a state of locally rough surface, as compared with the surface roughness (Ra: about 0.8 탆) of a normal finished surface. This "roughened surface area" is a surface area of a cylinder head made of a light metal alloy, which is engaged with a surface layer of a cylinder head made of a light metal alloy when the valve seat is press-fitted into the cylinder head made of a light metal alloy, Thereby contributing to an increase in the unloading load and suppressing the disengagement of the valve seat during engine operation.
그리고, 「조면화 영역」은 외주면을 기준으로 하여, 일정 높이의 산 높이가 5㎛ 내지 80㎛의 볼록 형상부, 및/또는 일정 깊이의 골 깊이가 5㎛ 내지 100㎛의 오목 형상부로 하는 것이 바람직하다.The " roughened area " refers to a convex part having a mountain height of 5 占 퐉 to 80 占 퐉 at a predetermined height and / or a concave part having a depth of 5 占 퐉 to 100 占 퐉 desirable.
볼록 형상부의 산 높이가 5㎛ 미만이면, 산 높이가 너무 낮아서 밸브 시트의 빠짐을 방지할 수 없다. 한편, 산 높이가 80㎛를 초과하여 커지면, 실린더 헤드의 알루미늄 합금 등의 경금속 합금을 삭제하고, 삭제된 알루미늄 합금 등의 경금속 합금에 기인하여 실린더 헤드와의 밀착력이 저하된다. 이 때문에, 볼록 형상부의 산 높이를 5㎛ 내지 80㎛의 범위로 한정했다. 또한, 산 높이는 바람직하게는 10㎛ 내지 40㎛, 더욱 바람직하게는 20㎛ 내지 35㎛이다.If the mountain height of the convex portion is less than 5 占 퐉, the mountain height is too low to prevent the valve seat from coming off. On the other hand, when the mountain height exceeds 80 mu m, the light metal alloy such as the aluminum alloy of the cylinder head is removed, and the adhesion with the cylinder head is lowered due to the light metal alloy such as the aluminum alloy. Therefore, the peak height of the convex portion is limited to the range of 5 탆 to 80 탆. The height of the acid is preferably 10 占 퐉 to 40 占 퐉, more preferably 20 占 퐉 to 35 占 퐉.
또한, 오목 형상부의 골 깊이가 5㎛ 미만이면, 골 깊이가 너무 얕아서 실린더 헤드의 알루미늄 합금 등의 경금속 합금을 맞물리는 양이 부족하여, 밸브 시트의 빠짐을 방지할 수 없다. 한편, 골 깊이가 100㎛를 초과하여 커지면, 실린더 헤드의 알루미늄 합금 등의 경금속 합금을 삭제하고, 그에 기인하여 실린더 헤드와의 밀착력이 저하된다. 이 때문에, 오목 형상부(「조면화 영역」)의 골 깊이를 5㎛ 내지 100㎛의 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 골 깊이는 바람직하게는 10㎛ 내지 100㎛, 더욱 바람직하게는 15㎛ 내지 35㎛이다.If the valley depth of the recessed portion is less than 5 占 퐉, the valley depth is too shallow to insufficiently engage the light metal alloy such as aluminum alloy of the cylinder head, so that the valve seat can not be detached. On the other hand, when the trough depth exceeds 100 mu m, the light metal alloy such as aluminum alloy of the cylinder head is removed and the adhesion with the cylinder head is lowered accordingly. Therefore, it is preferable to limit the valley depth of the concave portion (" roughened region ") to a range of 5 mu m to 100 mu m. The depth of the trough is preferably 10 탆 to 100 탆, more preferably 15 탆 to 35 탆.
본 발명에서는 「조면화 영역」으로서, 이와 같은 표면 성질과 상태를 갖는 볼록 형상부 또는 오목 형상부를, 외주면 전역에 형성하여도 좋지만, 외주면의 적어도 1개소에서, 외주면 전역에 대한 면적률로 합계 0.3% 이상을 형성함으로써, 충분히 소망의 보지력을 유지할 수 있다. 이 때문에, 볼록 형상부 및/또는 오목 형상부로 이루어지는 「조면화 영역」은 합계로, 외주면 전역에 대한 면적률로 0.3% 이상으로 한다. 또한, 바람직하게는 0.5% 이상이다. 한편, 조면화 영역이, 합계로 면적률로 50%를 초과하면, 압입한 밸브 시트의 보지력의 증가는 포화된다. 이 때문에, 외주면 전역에 대한 면적률로 합계, 0.5% 이상 50% 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 상기한 표면 성질과 상태의 볼록 형상부를, 숏 블라스트(shot-blast) 처리, 샌드 블라스트(sand-blast) 처리 등에 의해 외주면 전역에 형성하여도 좋다.In the present invention, a convex portion or a concave portion having such a surface property and a state may be formed over the entire outer circumferential surface as the " roughened region ", but it is preferable that at least one portion of the outer circumferential surface has a total area ratio 0.3 %, It is possible to sufficiently maintain the desired holding force. Therefore, the total area of the " rough surface area " including the convex portion and / or the concave portion is 0.3% or more in terms of the area ratio with respect to the entire circumferential surface. Further, it is preferably 0.5% or more. On the other hand, if the roughened area exceeds 50% as a total area ratio, the increase in the holding force of the press-fitted valve seat is saturated. Therefore, it is preferable to limit the total area ratio to 0.5% or more and 50% or less with respect to the entire circumferential surface area. The convex portion having the above-described surface properties and conditions may be formed over the entire circumferential surface by a shot-blast process, a sand-blast process, or the like.
또한, 볼록 형상부 또는 오목 형상부인 「조면화 영역」의 형상은, 특별히 한정되지 않지만, 압입 방향에 대해 직교하는 방향으로 긴 영역이 되는 형상으로 하는 것이, 내빠짐성 향상의 관점에서 바람직하다. 압입 방향에 직교하는 방향으로 긴 영역이 되는 형상으로 하는 것에 의해, 빠짐시의 저항이 커져서 빠짐 하중이 증대되고 내빠짐성이 향상된다. 예를 들면, 도 1의 (a) 및 (b)에 모식적으로 도시하는 바와 같이, 외주면에 대해 수직인 방향으로 관찰하여, 압입 방향으로 역삼각 형상, 사각 형상을 나타내는 형상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 삼각 형상, 원형 형상, 반원 형상, 별형 형상을 나타내는 형상으로 하여도 아무런 문제는 없다. 반원 형상의 일 예를 도 5에, 별형 형상의 일 예를 도 6에, 각각 도시한다.The shape of the " roughened region ", which is the convex portion or the concave portion, is not particularly limited, but it is preferable that the shape becomes a region that is long in a direction orthogonal to the press-in direction from the viewpoint of improvement in durability. By providing a shape that becomes a long region in a direction orthogonal to the press-in direction, the resistance at the time of leaving becomes large, so that the lost load is increased and the durability is improved. For example, as schematically shown in Figs. 1 (a) and 1 (b), it is preferable to observe in a direction perpendicular to the outer peripheral surface to form a shape showing an inverted triangular shape or a quadrangular shape in the press-in direction . Further, there is no problem even if it is a shape showing a triangular shape, a circular shape, a semicircular shape, or a star shape. Fig. 5 shows an example of a semicircular shape, and Fig. 6 shows an example of a star shape.
또한, 「조면화 영역」의 형상은, 도 1의 (a) 및 (b)에 모식적으로 도시하는 바와 같이, 상기한 역삼각 형상, 사각 형상의 전역을 상기한 표면 성질과 상태로 가공하여도, 또한, 도 1의 (c) 및 (d)에 모식적으로 도시하는 바와 같이, 상기한 형상의 주연부(윤곽)의 소정 폭만을 조면화한 영역으로 하여도 좋다.The shape of the "roughened area" is obtained by machining the entire area of the reverse oval shape and the rectangular shape as shown in FIG. 1 (a) and FIG. 1 (b) Or may be an area obtained by roughening only a predetermined width of the periphery (outline) of the above-described shape as schematically shown in Figs. 1C and 1D.
또한, 본 발명에서는, 「조면화 영역」인 「볼록 형상부」는, 산 높이가 외주면을 기준으로 하여, 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이, 해당 기준으로부터 압입 방향을 따라 최대 산 높이까지 연속적으로 또는 단계적으로 증가하는 경사진 산 높이를 갖는 영역으로 하여도 좋다. 또한, 「오목 형상부」는, 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이, 골 깊이가 외주면을 기준으로 하여, 압입 방향을 따라 최대골 깊이로부터 해당 기준까지 연속적으로 또는 단계적으로 감소하는 경사진 골 깊이를 갖는 영역으로 하여도 좋다. 이와 같은 경사진 산 높이, 골 깊이를 갖는 영역으로 하는 것에 의해, 밸브 시트의 압입이 용이해진다.Further, in the present invention, the " convex portion " as the " roughened region " has a maximum mountain height Or may be a region having a tilted mountain height continuously or stepwise increasing from the tilted mountain height. As shown in Fig. 4B, the " concave portion " is formed in such a manner that the valley depth is inclined with respect to the outer circumferential surface continuously or stepwise from the maximum valley depth to the reference along the press- It may be a region having a trough depth. By forming the region having such a tilted mountain height and valley depth, the valve seat can be easily press-fitted.
또한, 본 발명에서는 「조면화 영역」을, 압입 방향으로 연장되는 오목부와 볼록부가 인접해서 이루어지는 요철을 압입 방향에 수직인 방향으로 복수 열 갖는 영역, 또는 원주 방향으로 연장되는 오목부와 볼록부가 인접해서 이루어지는 요철을 원주 방향에 수직인 방향으로 복수 열 갖는 영역으로 하여도 좋다. 이와 같은 영역을 각각 단독, 또는 그들을 혼합하여 배치하여, 「조면화 영역」으로 하여도 좋다. 본 발명에서는 이와 같은 영역을 「요철 혼합부」라 칭한다. 이와 같은 영역을 밸브 시트 외주면에 마련하는 것에 의해, 볼록 형상부 및/또는 오목 형상부를 배치한 경우보다 내빠짐성이 향상된다. 이 조면화 영역으로서의 「요철 혼합부」의 일 예를 도 7 및 도 8에 도시한다.In the present invention, the " roughened region " is defined as a region having a plurality of rows of concavities and convexities formed by adjoining concave portions and convex portions extending in the press-in direction in a direction perpendicular to the press-in direction, The adjacent irregularities may have a plurality of rows in the direction perpendicular to the circumferential direction. These areas may be used alone or in a mixture thereof to form a " roughened area ". In the present invention, such a region is referred to as " concavo-convex mixing portion ". By providing such an area on the outer circumferential surface of the valve seat, the durability is improved as compared with the case where the convex portion and / or the concave portion is disposed. An example of the " concave-convex mixing portion " as the roughened region is shown in Figs. 7 and 8. Fig.
또한, 오목부 및 볼록부가 연장되는 방향은, 압입 방향 또는 원주 방향으로 하지만, 연장되는 방향을, 압입 방향과 이루는 각이 0° 초과 90° 미만의 범위 내의 각도를 갖는 방향(경사 방향)으로 하여도 좋다. 이와 같은 조면화 영역으로 하여도 상기한 동일한 효과를 기대할 수 있다.The direction in which the concave portion and the convex portion extend extends in the press-in direction or in the circumferential direction, but the extending direction is a direction (oblique direction) having an angle in the range of more than 0 DEG and less than 90 DEG It is also good. The same effect as described above can be expected even in such a roughed area.
또한, 「조면화 영역」으로서 요철 혼합부를, 일정 방향으로 연장되는 복수 열의 오목부와, 해당 일정 방향에 대해 수직 방향으로 연장되는 복수 열의 오목부를 조합해서 이루어지는 격자 형상 오목부를 갖고, 해당 격자 형상 오목부의 각 격자 내에 볼록부를 갖고서 이루어지는 요철로 이루어지는 요철 혼합부로 하여도 좋다. 이와 같은 표면 성질과 상태의 일 예를 도 10에 모식적으로 도시한다. 이와 같은 요철 혼합부에서는 볼록부가 격자 형상 오목부의 내에 섬(島) 형상으로 띄엄 띄엄 존재하도록 하는 표면 성질과 상태를 나타낸다. 또한, 여기에서 말하는 「일정 방향에 대해 수직 방향」이란, 정확하게 「수직」인 경우에 부가하여, 정확한 「수직」으로부터 수 도(數度) 정도 편향된 「거의 수직」인 경우도 포함하는 것으로 한다.The concavo-convex mixing portion has a lattice-like concave portion formed by combining a plurality of concave portions extending in a predetermined direction and a plurality of concave portions extending in a direction perpendicular to the predetermined direction, The concavo-convex mixing portion may be a concavo-convex mixing portion formed of concavo-convex portions having convex portions in each lattice of the portion. An example of such surface properties and conditions is schematically shown in Fig. In such a concavo-convex mixing portion, the convex portion shows a surface property and a state in which the convex portion sparsely exists in an island shape within the lattice-like concave portion. Incidentally, the term " vertical direction with respect to a certain direction " as used herein includes, in addition to precisely " vertical ", a case of " almost vertical "
상기한 「요철 혼합부」에서는 외주면을 기준으로 하여, 산 높이가 5㎛ 내지 80㎛의 볼록부와 골 깊이가 5㎛ 내지 100㎛의 오목부로 이루어지는 요철로 하는 것이 바람직하다. 볼록부의 산 높이가 5㎛ 미만이면, 산 높이가 너무 낮아서 밸브 시트의 빠짐을 방지할 수 없다. 한편, 최대 산 높이가 80㎛를 초과하여 커지면, 실린더 헤드의 알루미늄 합금 등의 경금속 합금을 삭제하고, 삭제된 알루미늄 합금 등의 경금속 합금에 기인하여 실린더 헤드와의 밀착력이 저하된다. 이 때문에, 「요철 혼합부」에 있어서의 볼록부의 산 높이를 5㎛ 내지 80㎛의 범위로 한정했다. 또한, 산 높이는 바람직하게는 10㎛ 내지 50㎛, 더욱 바람직하게는 20㎛ 내지 40㎛이다.In the "concavo-convex mixing portion", it is preferable that the concavo-convex portion is formed of convex portions having a mountain height of 5 μm to 80 μm and concave portions having a groove depth of 5 μm to 100 μm on the outer circumferential surface as a reference. If the mountain height of the convex portion is less than 5 占 퐉, the mountain height is too low to prevent the valve seat from coming off. On the other hand, when the maximum peak height exceeds 80 占 퐉, the light metal alloy such as aluminum alloy of the cylinder head is removed, and the adhesion with the cylinder head is lowered due to the light metal alloy such as the removed aluminum alloy. Therefore, the peak height of the convex portion in the " concavo-convex mixing portion " is limited to the range of 5 to 80 mu m. The peak height is preferably 10 占 퐉 to 50 占 퐉, more preferably 20 占 퐉 to 40 占 퐉.
또한, 오목부의 골 깊이가 5㎛ 미만이면, 골 깊이가 너무 얕아서 실린더 헤드의 알루미늄 합금을 맞물리는 양이 부족하여, 밸브 시트의 빠짐을 방지할 수 없다. 한편, 골 깊이가 100㎛를 초과하여 커지면, 실린더 헤드의 알루미늄 합금을 삭제하고, 그에 기인하여 실린더 헤드와의 밀착력이 저하된다. 이 때문에, 「요철 혼합부」에 있어서의 오목부의 골 깊이를 5㎛ 내지 100㎛의 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 골 깊이는 바람직하게는 10㎛ 내지 100㎛, 더욱 바람직하게는 15㎛ 내지 45㎛이다.If the depth of the concave portion is less than 5 占 퐉, the depth of the valley is too shallow to insufficiently engage the aluminum alloy of the cylinder head, thereby preventing the valve seat from coming off. On the other hand, if the trough depth exceeds 100 mu m, the aluminum alloy of the cylinder head is removed, thereby reducing the adhesion with the cylinder head. Therefore, it is preferable to limit the valley depth of the concave portion in the " concave-convex mixing portion " to a range of 5 mu m to 100 mu m. Further, the depth of the bones is preferably 10 탆 to 100 탆, more preferably 15 탆 to 45 탆.
또한, 「조면화 영역」으로서의 「요철 혼합부」는, 오목부 및 볼록부가 연장되는 방향에 수직인 단면에서, 인접하는 2개의 볼록부의 간격인 피치(이하, 산 피치라고도 함)가 1㎛ 내지 600㎛가 되는 요철로 하는 것이 바람직하다. 볼록부의 산 피치가 1㎛ 미만이면, 피치가 너무 좁아서 실린더 헤드의 알루미늄 합금을 충분히 맞물리지 못하여, 소망의 실린더 헤드와의 밀착력을 확보할 수 없게 된다. 한편, 산 피치가 600㎛를 초과하여 커지면, 피치가 너무 넓어서 실린더 헤드의 알루미늄 합금을 충분히 맞물리지 못하여, 소망의 실린더 헤드와의 밀착력을 확보할 수 없게 된다.The "concave-convex mixing region" as the "roughening region" is a region in which a pitch (hereinafter also referred to as a mountain pitch) between the adjacent two convex portions in a cross section perpendicular to the direction in which the concave portion and the convex portion extend extends It is preferable that the concavo-convex portion be 600 mu m or less. If the acid pitch of the convex portion is less than 1 占 퐉, the pitch is too narrow to sufficiently engage the aluminum alloy of the cylinder head, and the adhesion with a desired cylinder head can not be ensured. On the other hand, if the acid pitch exceeds 600 mu m, the pitch is too wide to sufficiently engage the aluminum alloy of the cylinder head, so that the adhesion with the desired cylinder head can not be ensured.
또한, 「조면화 영역」으로서의 「요철 혼합부」에서는, 볼록부는 외주면을 기준으로 하여 일정한 산 높이를 갖는 볼록부로 하여도, 또는 압입 방향을 따라 산 높이가 증가하는 볼록부로 하여도 좋다.In the "concave-convex mixing portion" as the "roughening region", the convex portion may be a convex portion having a constant mountain height with reference to the outer circumferential surface, or a convex portion having a mountain height increasing along the press-in direction.
또한, 「조면화 영역」으로서의 요철 혼합부의 형상은, 상기한 오목 형상부나 볼록 형상부와 마찬가지로, 압입 방향에 대해 직교하는 방향으로 긴 영역이 되는 형상으로 하는 것이, 내빠짐성 향상의 관점에서 바람직하다. 압입 방향에 직교하는 방향으로 긴 영역이 되는 형상으로 하는 것에 의해, 빠짐시의 저항이 커져서 빠짐 하중이 증대되고 내빠짐성이 향상된다. 예를 들면, 외주면에 대해 수직인 방향으로 관찰하여, 압입 방향으로 삼각 형상, 역삼각 형상, 사각 형상, 원형 형상, 반원 형상, 별형 형상 중 어느 하나를 나타내는 형상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 「조면화 영역」의 형상은, 상기한 형상의 전역을 상기한 표면 성질과 상태로 가공하여도, 또한, 상기한 형상의 주연부(윤곽)의 소정 폭만을 조면화한 영역으로 하여도 좋다.It is preferable that the shape of the concave-convex mixing portion as the "roughening region" is a shape that becomes a long region in a direction orthogonal to the press-in direction, like the concave or convex portion described above, Do. By providing a shape that becomes a long region in a direction orthogonal to the press-in direction, the resistance at the time of leaving becomes large, so that the lost load is increased and the durability is improved. For example, it is preferable to take a shape that shows either a triangular shape, an inverted triangular shape, a rectangular shape, a circular shape, a semicircular shape, or a star shape in a direction perpendicular to the outer peripheral surface. The shape of the " roughened area " may be a region obtained by roughening the entire surface of the above-described surface with the above-described surface properties and conditions, or by roughening only a predetermined width of the periphery .
또한, 「조면화 영역」으로서, 상기한 표면 성질과 상태의 「요철 혼합부」를, 외주면 전역에 형성해도 좋지만, 외주면의 적어도 1개소에서, 외주면 전역에 대한 면적률로 합계 0.3% 이상을 형성함으로써, 충분히 소망의 보지력을 유지할 수 있다. 이 때문에, 「요철 혼합부」로 이루어지는 「조면화 영역」은 합계로, 외주면 전역에 대한 면적률로 0.3% 이상으로 한다. 또한, 바람직하게는 0.5% 이상이다. 한편, 조면화 영역이 합계로 면적률로 50%를 초과하여도, 압입한 밸브 시트의 보지력의 증가가 포화될 뿐이다. 이 때문에, 바람직하게는, 외주면 전역에 대한 면적률로 합계, 0.5% 이상 50% 이하이다.As the " roughened area ", the " concave-convex mixing part " having the above-described surface properties and conditions may be formed over the entire circumferential surface. However, at least one portion of the outer circumferential surface forms an area ratio of not less than 0.3% So that a desired holding force can be sufficiently maintained. Therefore, the total area of the " roughened area " consisting of the " concave-convex mixing part " Further, it is preferably 0.5% or more. On the other hand, even if the roughed area exceeds 50% as a total area ratio, the increase in the holding force of the press-fitted valve seat is only saturated. Therefore, the total area ratio to the entire circumferential surface is preferably 0.5% or more and 50% or less.
본 발명 밸브 시트에서는, 상기한 각종 표면 성질과 상태의 「조면화 영역」을, 밸브 시트 외주면의, 적어도 1개소, 바람직하게는 밸브 시트의 축 주위에 180° 간격으로 2개소, 또한, 밸브 시트의 보지 안정성이라는 관점에서는 도 1의 (e)에 도시하는 바와 같이, 축 주위에 120° 간격으로 3개소 등, 밸브 시트의 원주 방향으로 등간격의 각 위치에 형성하는 것이 바람직하다.In the valve seat of the present invention, the "surface roughed area" having various surface properties and states is provided at two positions in the circumferential direction of the valve seat at intervals of at least one position, preferably around the axis of the valve seat, It is preferable to form them at angular positions at regular intervals in the circumferential direction of the valve seat, such as three positions at intervals of 120 DEG around the axis, as shown in Fig. 1 (e).
상기한 각종 표면 성질과 상태의 「조면화 영역」은, 본 발명에서는 레이저 광 조사 처리, 또는 표면 성질과 상태에 따라서는 숏 블라스트 처리, 용사에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 밸브 시트 외주면의 전역을 상기한 조면화 영역으로 하는 경우에는, 숏 블라스트 처리를 이용하는 것이 생산성, 경제성의 관점에서 바람직하지만, 표면 성질과 상태에 따라서는, 사포, 에어 해머에 의한 타흔(打痕)을 이용하여도 좋다.The "roughened region" of the various surface properties and states is preferably formed by laser light irradiation treatment in the present invention, or shot blast treatment or spraying depending on the surface properties and conditions. When the entire surface of the outer circumferential surface of the valve seat is used as the roughened surface area, it is preferable to use the shot blast treatment from the viewpoints of productivity and economy. However, depending on the surface properties and conditions, Marks) may be used.
본 발명에서는 레이저 광의 조사는, 미리 설정한 밸브 시트 외주면의 소정의 위치에서 미리 설정된 형상, 크기로, 상기한 소망의 표면 성질과 상태를 갖는 「조면화 영역」이 되도록, 조사 패턴, 조사 시간을 선택하여 실행하는 것으로 한다. 특히, 상기한 소망의 표면 성질과 상태를 갖는 「조면화 영역」으로 하기 위해는, 레이저 광의 조사 시간, 출력, 주파수 등을 적정하게 조정하는 것이 바람직하다.In the present invention, the irradiation of the laser beam is carried out in such a manner that the irradiation pattern and the irradiation time are set so as to become the " roughened region " having the desired surface properties and conditions in predetermined shapes and sizes at predetermined positions on the outer circumferential surface of the valve sheet And execute it. Particularly, in order to achieve the above-described " roughened area " having desired surface properties and conditions, it is preferable to appropriately adjust the irradiation time, output, frequency, etc. of the laser light.
마무리 가공된 밸브 시트 외주면에 레이저 광을 조사하면, 표면이 용융되고, 용융된 용탕(溶湯)이 배출되는 것에 의해 오목부를, 한편, 배출된 용탕이 응고되어 그 주위에 볼록부를 각각 형성한다. 그 때문에, 레이저 광의 조사 시간, 출력, 주파수 등을 조정하는 것에 의해, 상기한 소망의 표면 성질과 상태를 갖는 「조면화 영역」을 용이하게 형성할 수 있다.When the laser beam is irradiated to the outer circumferential surface of the finished valve seat, the surface is melted and the molten molten metal is discharged to form the concave portion, while the discharged molten metal solidifies to form convex portions around the circumferential surface. Therefore, by adjusting the irradiation time, output, frequency, etc. of the laser light, it is possible to easily form the " rough surface area " having the desired surface properties and conditions.
본 발명 밸브 시트는, 상기한 조면화 영역을 갖는 밸브 시트이면 좋으며, 그 소재를 한정할 필요는 없다. 용제재, 소결체 등 상용의 밸브 시트용 소재를 모두 적용할 수 있다. 그 중에서도, 철계 소결 합금제로 하는 것이 가공성, 제조성이 뛰어나고, 밸브 시트로서 구비해야 하는 특성의 조정 등이 용이하다는 관점에서 바람직하다.The valve seat of the present invention is not particularly limited as long as it is a valve seat having the above roughed area. All materials for commercial valve seats such as spraying materials, sintered bodies and the like can be applied. Among them, an iron-based sintered alloy is preferable in terms of processability, excellent composition, and easy adjustment of characteristics to be provided as a valve seat.
본 발명 밸브 시트용 소재로서 매우 바람직한 철계 소결 합금으로서는, 질량%로, C : 0.4% 내지 1.5%를 포함하고, 또는 추가로, Ni, Co, Cr, Mo, V, W, Si, S, Mn, B 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 합계로 40% 이하 함유하며, 나머지 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 기지부(基地部) 조성을 갖는 것이 바람직하다. 그리고, 철계 합금제 소결체에는, 상기한 기지 조성의 기지상(基地相) 중에, MnS, CaF2, BN 등의 고체 윤활제 입자, 빅커스 경도(Vickers hardness; HV)로 500 내지 1200HV0.1의 경도를 갖는 Mo-Si-Fe계 금속간 화합물 입자, Mo-Si-Ni계 금속간 화합물 입자, Co계(基) 금속간 화합물 입자 등의 경질 입자를 분산시키는 것이 바람직하다. 또한, 피삭성(被削性) 개선을 목적으로 한 입자를 분산시켜도 좋은 것은 말할 필요도 없다.A very preferable iron-based sintered alloy as the material for the valve seat of the present invention contains 0.4 to 1.5% of C, or further contains Ni, Co, Cr, Mo, V, W, Si, S, Mn , And B in a total amount of 40% or less, and has a base portion composition composed of the remaining Fe and inevitable impurities. The sintered body made of an iron-based alloy contains solid lubricant particles such as MnS, CaF 2 and BN and Vickers hardness (HV) hardness of 500 to 1200 HV 0.1 in the matrix phase of the above- It is preferable to disperse the hard particles such as Mo-Si-Fe intermetallic compound particles, Mo-Si-Ni intermetallic compound particles, and Co group intermetallic compound particles. It goes without saying that particles for the purpose of improving machinability may be dispersed.
다음에, 본 발명 밸브 시트용 소재로서 매우 바람직한 철계 합금 소결체의 제조 방법에 대해 간단하게 설명한다.Next, a method for producing a sintered product of an iron-based alloy as a material for a valve seat of the present invention will be briefly described.
원료로 하는 철계(鐵係) 분말에, 상기한 소결체의 조성이 되도록, 흑연 분말과, 윤활제 분말과, 또는 추가로 합금용 분말과 또는 추가로 고체 윤활제 분말 및/또는 경질 입자 분말을 배합하고, 혼합기 등으로 혼합, 혼련하여 혼합분(混合粉)으로 한다. 이어서, 얻어진 혼합분을, 소정 형상의 금형에 장입(裝入)하고, 가압 성형하여 소정 형상의 압분체(壓粉體)로 한다. 이어서, 이들 압분체에 소결 처리를 실시하여, 소결체로 한다. 소결 처리는 상용의 소결 방법인, 환원 분위기, 또는 비산화성 분위기 중에서 1100 내지 1200℃로 실행하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하여 얻어진 소결체를 절삭, 연삭 등의 가공에 의해 소정 치수 형상의 내연 기관용 밸브 시트로 한다.A graphite powder, a lubricant powder, or further a powder for an alloy or, further, a solid lubricant powder and / or a hard particle powder are compounded in an iron-based powder as a raw material so as to have the composition of the sintered body, Mixer, or the like to prepare a mixed powder (mixed powder). Subsequently, the obtained mixed powder is charged into a metal mold having a predetermined shape and pressed to form a green compact having a predetermined shape. Subsequently, these green compacts are sintered to obtain a sintered body. The sintering treatment is preferably carried out at 1100 to 1200 ° C in a reducing atmosphere or a non-oxidizing atmosphere, which is a conventional sintering method. The sintered body obtained in this manner is processed into cutting, grinding or the like to obtain a valve seat for an internal combustion engine of a predetermined size.
실시예Example
철계 분말(순철분(純鐵粉))에, 흑연 분말과, 경질 입자 분말과, 고체 윤활제 분말을 배합하고, 혼합, 혼련하여 혼합분으로 했다. 또한, 철계 분말과 흑연 분말과 경질 입자 분말과 고체 윤활제 분말의 합계량에 대한 질량%로, 흑연 분말을 1.0%, 경질 입자 분말을 10.0%, 고체 윤활제 분말을 0.5%, 각각 배합했다. 경질 입자는, 빅커스 경도(HV)로 800 내지 1200HV의 Ni-Mo-Cr-Co계 경질 입자로 했다. 고체 윤활제 입자는 MnS로 했다.A graphite powder, a hard particle powder and a solid lubricant powder were mixed with an iron-based powder (pure iron powder), mixed and kneaded to obtain a mixed powder. The graphite powder, the hard particle powder and the solid lubricant powder were mixed in an amount of 1.0% by mass with respect to the total amount of the iron-based powder, the graphite powder, the hard particle powder and the solid lubricant powder, respectively. Hard particles were Ni-Mo-Cr-Co hard particles having a Vickers hardness (HV) of 800 to 1200 HV. The solid lubricant particles were MnS.
이어서, 얻어진 혼합분을 금형에 충전하고, 성형 프레스로 가압 성형하여, 밸브 시트(치수 : φ34mm×φ25mm×8mm) 형상의 압분체로 했다. 얻어진 압분체의 밀도는 6.5g/㎤ 내지 7.1g/㎤이었다. 이어서, 압분체에, 환원성 분위기 중에서 1100 내지 1200℃×60min의 소결 처리를 실시하여 소결체(a)로 했다. 얻어진 소결체(a)의 밀도는 6.2g/㎤ 내지 7.2g/㎤이었다. 또한, 밀도는 아르키메데스법으로 측정했다.Subsequently, the obtained mixed powder was filled in a metal mold and pressure-formed by a molding press to obtain a green compact having a valve seat (dimension:? 34 mm 占? 25 mm 占 8 mm). The obtained green compact had a density of 6.5 g / cm 3 to 7.1 g / cm 3. Subsequently, the green compact was subjected to sintering treatment at 1100 to 1200 占 폚 for 60 minutes in a reducing atmosphere to obtain a sintered body (a). The obtained sintered product (a) had a density of 6.2 g / cm 3 to 7.2 g / cm 3. The density was measured by the Archimedes method.
이들 소결체(a)에, 절삭·연삭 가공(마무리 가공)을 실시하여, 소정 치수(치수 : φ32mm×φ25mm×6.0mm)의 밸브 시트로 했다. 또한, 밸브 시트 외주면의 마무리 가공면의 표면 거칠기는, JIS Z 0601(2001)의 규정에 준거한 Ra로, 0.09㎛ 내지 0.15㎛였다.The sintered product (a) was subjected to cutting and grinding (finishing) to obtain a valve seat having a predetermined dimension (dimension: 32 mm x 25 mm x 6.0 mm). The surface roughness of the finished surface of the outer circumferential surface of the valve seat was 0.09 mu m to 0.15 mu m in terms of Ra in accordance with JIS Z 0601 (2001).
이어서, 마무리 가공된 밸브 시트의 외주면에, 표 1에 나타내는 형상으로 표 1에 나타내는 표면 성질과 상태의 조면화 영역을 형성했다. 조면화 영역의 형성은, 레이저 광 조사 처리 또는 숏 블라스트 처리, 또는 용사, 사포, 에어 해머에 의한 타흔에 의한 것이다. 또한, 조면화 영역을 형성하지 않는 경우를 종래예(밸브 시트 No.1)로 했다.Subsequently, roughed areas of surface properties and conditions shown in Table 1 were formed on the outer peripheral surface of the finished valve seat in the form shown in Table 1. [ The formation of the roughened area is caused by a laser beam irradiation treatment or a shot blast treatment, or a scratch caused by spraying, sandpaper, or air hammer. In addition, the conventional example (valve sheet No. 1) was used in the case where no roughed area was formed.
형성한 조면화 영역을, 모식적으로 도 3, 도 4 및 도 5 내지 도 10에 도시한다.The formed roughened area is schematically shown in Figs. 3, 4 and 5 to 10. Fig.
도 3은, 외주면에 대해 수직 방향으로 관찰한 상태에서, 조면화 영역이 삼각 형상을 나타내는 경우이며, (a)는 조면화 영역이 볼록 형상부를 나타내고, 압입 방향을 따라 산 높이가 일정한 경우이며, (b)는 조면화 영역이 볼록 형상부를 나타내며, 산 높이가 압입 방향을 따라 외주면으로부터 최대 산 높이까지 연속적으로 변화(산 높이가 증가)하고 있는 경우이다. 도 4는, 외주면에 대해 수직 방향으로 관찰한 상태에서, 조면화 영역이 장방 형상을 나타내는 경우이며, (a)는 조면화 영역이 볼록 형상부를 나타내고, 압입 방향을 따라서 산 높이가 일정한 경우이며, (b)는 조면화 영역이 오목 형상부를 나타내는 경우이며, 압입 방향을 따라서 골 깊이가, 최대 골 깊이로부터 외주면까지 연속적으로 변화(골 깊이가 감소)되어 있는 경우이다. 또한, 산 높이, 골 깊이는 적절히 선정했다.Fig. 3 shows a case where the roughened region shows a triangular shape in a state of being observed in a direction perpendicular to the outer circumferential surface, Fig. 3 (a) shows a case where the roughened region shows a convex portion, (b) shows a case where the roughened region represents the convex portion, and the mountain height continuously changes from the outer peripheral surface to the maximum mountain height along the press-in direction (the mountain height increases). Fig. 4 shows a case in which the roughened region has a rectangular shape when observed in a direction perpendicular to the outer peripheral surface, Fig. 4 (a) shows a case where the roughened region shows a convex portion, (b) shows a case in which the roughened region represents a concave portion, and a case in which the valley depth along the press-in direction continuously changes from the maximum valley depth to the outer circumferential surface (the valley depth is reduced). The height of the mountain and the depth of the bone were appropriately selected.
도 5는, 외주면에 대해 수직 방향으로 관찰한 상태에서, 조면화 영역이 반원 형상을 나타내고, 조면화 영역이 볼록 형상부를 나타내는 경우이며, 압입 방향을 따라서 산 높이가 일정했다. 또한, 도 6은, 외주면에 대해 수직 방향으로 관찰한 상태에서, 조면화 영역이 별형 형상을 나타내고, 조면화 영역이 볼록 형상부를 나타내는 경우이며, 압입 방향을 따라서 산 높이가 일정했다.Fig. 5 shows a case in which the roughened region has a semicircular shape and the roughened region shows a convex portion in a state of being observed in a direction perpendicular to the outer circumferential surface, and the mountain height is constant along the push-in direction. 6 shows a case in which the roughened region has a star shape and the roughened region shows a convex portion in a state where the roughened region is observed in a direction perpendicular to the outer circumferential surface, and the mountain height is constant along the push-in direction.
도 7 및 도 8은, 외주면에 대해 수직 방향으로 관찰한 상태이며, 조면화 영역이 삼각 형상을 나타내고, 그 표면 성질과 상태가 요철 혼합부를 나타내며, 또한, 그 볼록부가 모두, 외주면을 기준으로 하여 일정한 산 높이를 갖고, 게다가 그 오목부가 모두 외주면을 기준으로 하여 일정한 골 깊이를 갖는 경우이다. 도 7은, 원주 방향으로 연장되는 볼록부와 오목부를, 연장되는 방향에 수직인 방향으로 인접해서 이루어지는 요철을, 압입 방향으로 복수 열 갖는 영역으로 하는 경우이며, 도 8은, 압입 방향으로 연장되는 볼록부와 오목부를, 연장 방향에 수직인 방향(원주 방향)으로 인접해서 이루어지는 요철을, 원주 방향으로 복수 열 갖는 영역으로 하는 경우이다. 또한, 열의 수(복수 열)는 조면화 영역의 크기, 산 피치에 따라 변화시켰다.7 and 8 are views observed in a direction perpendicular to the outer circumferential surface, in which the roughened region represents a triangular shape, the surface properties and the state of the roughened region indicate the concavo-convex mixing portion, Has a constant mountain height, and all of the concave portions have a constant valley depth based on the outer circumferential surface. Fig. 7 shows a case in which concavities and convexities formed by adjoining convex portions and concave portions extending in the circumferential direction in a direction perpendicular to the extending direction are regions having a plurality of rows in the pressing-in direction, and Fig. 8 is a cross- Convex portions and concave portions are adjacent to each other in the direction perpendicular to the extending direction (circumferential direction) as a region having a plurality of rows in the circumferential direction. In addition, the number of rows (plural rows) was changed according to the size of the roughened area and the mountain pitch.
도 9 및 도 10은, 외주면에 대해 수직 방향으로 관찰한 상태이며, 조면화 영역이 삼각 형상을 나타내고, 그 표면 성질과 상태가 요철 혼합부를 나타내며, 또한 그 볼록부가 모두 외주면을 기준으로 하여 일정한 산 높이를 갖고, 게다가 그 오목부가 모두 외주면을 기준으로 하여 일정한 골 깊이를 갖는 경우이다. 도 9는, 요철 혼합부의 오목부와 볼록부가 연장되는 방향을 압입 방향에 대해 45° 기울인 경우이며, 도 10은, 연장되는 오목부를 격자 형상으로 조합하여 격자 형상 오목부로 한 요철 혼합부의 경우이며, 압입 방향과 원주 방향으로 각각 오목부를 배치하고 있다.Figs. 9 and 10 are views observed in a direction perpendicular to the outer circumferential surface, in which the roughened region shows a triangular shape, the surface property and the state thereof indicate the concave-convex mixing portion, And the concave portions all have a constant valley depth with respect to the outer circumferential surface. Fig. 9 shows a case where the concave portion and the convex portion of the concave-convex mixing portion are inclined by 45 占 with respect to the press-in direction, and Fig. 10 shows the case of concave- convex mixing portion with concave portions extending in a lattice- And concave portions are arranged in the press-fitting direction and the circumferential direction, respectively.
또한, 상기한 조면화 영역을 레이저 광 조사 처리로 형성하는 경우에는, 상기한 소망의 표면 성질과 상태를 갖는 「조면화 영역」이 되도록, 레이저 광의 조사 패턴, 조사 시간, 출력, 주파수 등을 조정하여 실행했다. 또한, 일부에서는 조면화 영역을, 용사, 숏 블라스트 처리, 사포 처리, 에어 해머 처리에 의해 형성했다. 이 경우, 숏 블라스트 처리, 사포 처리, 에어 해머 처리는 밸브 시트 외주면 전역으로 했다. 또한, 레이저 광 조사 처리나 숏 블라스트 처리 등을 실행하지 않고, 마무리 가공 그대로의 상태를 보지하는 밸브 시트를 종래예로 했다. 또한, 산 높이, 골 깊이는, 비접촉 형상계(「one-shot 3D 측정 매크로스코프」(상품명)((주) 키엔스제))를 이용하여 측정했다.When the above-mentioned roughened region is formed by laser light irradiation processing, the irradiation pattern of the laser light, the irradiation time, the output, the frequency and the like are adjusted so as to become the " roughened region " . In some cases, the roughed area was formed by spraying, shot blasting, sanding, or air hammer treatment. In this case, the shot blast treatment, the sandpaper treatment, and the air hammer treatment were performed over the entire peripheral surface of the valve seat. In addition, a valve seat for holding a state of finish machining without performing laser light irradiation treatment, shot blast treatment, or the like has been used as a conventional example. Further, the height of the mountain and the depth of the bone were measured by using a non-contact type of offset ("one-shot 3D measurement macroscope" (trade name) (manufactured by KYENCE CO., LTD.)).
얻어진 밸브 시트에 대해, 도 2에 도시하는 고온 보지력 측정 장치를 이용하여, 소정 온도(200℃)에 있어서의 빠짐(拔出) 하중(고온 빠짐 하중)을 측정하여, 밸브 시트의 고온 보지력을 평가했다.The valve seat thus obtained was measured for a dropout load (high-temperature dropout load) at a predetermined temperature (200 ° C) by using the high-temperature holdout force measuring apparatus shown in FIG. 2, .
평가 대상의 밸브 시트(1)를, 고온 보지력 측정 장치의 알루미늄 합금제 실린더 헤드 상당재(相當材)(2)에 압입했다. 그리고, 실린더 헤드 상당재(2)의 하부에 배설된 가열 수단(4)으로 밸브 시트가 소정 온도(200℃)가 될 때까지 가열했다.The valve seat 1 to be evaluated was press-fitted into a cylinder head equivalent material 2 made of an aluminum alloy of a high temperature holding force measuring device. Then, the valve seat was heated to a predetermined temperature (200 DEG C) by the heating means (4) provided below the cylinder head equivalent material (2).
이어서, 소정의 온도로 가열된 밸브 시트(1)를, 가압 지그(3)를 이용해 압압하여, 실린더 헤드 상당재(2)로부터 이탈시켰다. 그 때의 빠짐 하중(L)을, 하중계(도시하지 않음)에 의해 측정했다. 얻어진 빠짐 하중에 대해, 종래예를 기준(1.00)으로 하여, 각 밸브 시트의 빠짐 하중비를 산출해, 내빠짐성을 평가했다. 얻어진 결과를 표 1에 나타낸다.Subsequently, the valve seat 1 heated to a predetermined temperature was pressed using the pressing jig 3 to be released from the cylinder head equivalent material 2. The falling load L at that time was measured by a load meter (not shown). With respect to the resulting exudate load, the exudation resistance of each valve seat was calculated by calculating the standard value (1.00) of the conventional example. The obtained results are shown in Table 1.
[표 1][Table 1]
[표 2][Table 2]
본 발명예는 모두, 조면화 영역이 없는 종래예에 비해, 빠짐 하중은 증대되고 내빠짐성이 향상되어 있다. 한편, 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예에서는 조면화 영역이 없는 종래예에 비해 빠짐 하중에 변화는 보여지지 않는다.In all of the embodiments of the present invention, as compared with the conventional example in which there is no roughened area, the falling load is increased and the durability is improved. On the other hand, in the comparative example deviating from the scope of the present invention, there is no change in the falling load as compared with the conventional example in which there is no roughed area.
1 : 밸브 시트
2 : 실린더 헤드 상당재
3 : 가압 지그
4 : 가열 수단
10 : 고온 보지력 측정 장치1: Valve seat 2: Cylinder head equivalent material
3: pressurizing jig 4: heating means
10: High temperature force measuring device
Claims (13)
상기 밸브 시트의 외주면 중 적어도 1개소에 조면화 영역으로서, 압입 방향으로 상기 외주면을 기준으로 하여 산 높이가 5㎛ 내지 80㎛가 되는 볼록 형상부 및/또는 골 깊이가 5㎛ 내지 100㎛가 되는 오목 형상부를 갖고서 이루어지며, 상기 조면화 영역이 상기 외주면의 전역에 대한 면적율에서, 합계로 0.3% 이상인 것을 특징으로 하는
내빠짐성이 뛰어난 밸브 시트.1. A valve seat which is press-fitted into a cylinder head made of a light metal alloy of an internal combustion engine,
Wherein at least one of the outer circumferential surfaces of the valve seat is provided with a convex portion having a mountain height of 5 占 퐉 to 80 占 퐉 and / or a depth of 5 占 퐉 to 100 占 퐉 on the basis of the outer circumferential surface in the press- Wherein the roughened region has a total area ratio of not less than 0.3% with respect to the entire area of the outer circumferential surface
Valve seat with excellent durability.
상기 볼록 형상부가, 상기 볼록 형상부의 산 높이가 상기 외주면을 기준으로 하여, 상기 기준으로부터 압입 방향을 따라 최대 산 높이까지 연속적으로 또는 단계적으로 증가하는 경사진 산 높이를 갖는 영역인 것을 특징으로 하는
밸브 시트.The method according to claim 1,
Wherein the convex portion is an area having a tilted peak height continuously or stepwise increasing from the reference to the maximum peak height along the push-in direction with the peak height of the convex portion as a reference,
Valve seat.
상기 오목 형상부가, 상기 오목 형상부의 골 깊이가 상기 외주면을 기준으로 하여, 압입 방향을 따라 최대 골 깊이로부터 상기 기준까지 연속적으로 또는 단계적으로 감소하는 경사진 골 깊이를 갖는 영역인 것을 특징으로 하는
밸브 시트.The method according to claim 1,
Characterized in that the concave portion is a region having a tapered valley depth in which the valley depth of the concave portion continuously or stepwise decreases from the maximum valley depth to the reference along the press-in direction with reference to the outer circumferential surface
Valve seat.
상기 조면화 영역으로서, 압입 방향으로 연장되는 오목부와 볼록부가 인접해서 이루어지는 요철을 상기 압입 방향에 수직인 방향으로 복수 열 갖는 요철 혼합부, 및/또는 원주 방향으로 연장되는 오목부와 볼록부가 인접해서 이루어지는 요철을 상기 원주 방향에 수직인 방향으로 복수 열 갖는 요철 혼합부를 갖는 것을 특징으로 하는
밸브 시트.The method according to claim 1,
Wherein the roughening region includes a concavo-convex mixing portion having concavities and convexes adjacent to the convex portion extending in the press-fit direction and a plurality of rows of concavities and convexities in the direction perpendicular to the press-fit direction, and / And a concave-convex mixing portion having a plurality of rows in a direction perpendicular to the circumferential direction
Valve seat.
상기 요철 혼합부에 있어서의 상기 오목부와 상기 볼록부의 연장되는 방향이, 상기 압입 방향과 이루는 각이 0° 초과 90° 미만의 범위 내의 각도를 갖는 방향인 것을 특징으로 하는
밸브 시트.5. The method of claim 4,
And the direction in which the concave portion and the convex portion extend in the concave-convex mixing portion is a direction having an angle in the range of more than 0 DEG and less than 90 DEG with the push-in direction
Valve seat.
상기 조면화 영역으로서, 상기 요철 혼합부가 일정 방향으로 연장되는 복수 열의 오목부와, 상기 일정 방향에 대해서 수직 방향으로 연장되는 복수 열의 오목부를 조합해서 이루어지는 격자형 오목부를 갖고, 상기 격자형 오목부의 각 격자 내에 볼록부를 갖고서 이루어지는 요철로 이루어지는 것을 특징으로 하는
밸브 시트.5. The method of claim 4,
Wherein the roughened region has a lattice-like concave portion formed by combining a concave portion of a plurality of rows in which the concave-convex mixing portion extends in a predetermined direction and a plurality of concave portions in a plurality of rows extending in a direction perpendicular to the predetermined direction, And a convex portion formed in the lattice.
Valve seat.
상기 볼록부가, 상기 외주면을 기준으로 하여, 산 높이가 5㎛ 내지 80㎛가 되는 볼록부이며, 상기 오목부가, 상기 외주면을 기준으로 하여, 골 깊이가 5㎛ 내지 100㎛가 되는 오목부인 것을 특징으로 하는
밸브 시트.7. The method according to any one of claims 4 to 6,
Wherein the convex portion is a convex portion having a mountain height of 5 占 퐉 to 80 占 퐉 with respect to the outer circumferential surface and the concave portion is a concave portion having a valley depth of 5 占 퐉 to 100 占 퐉 with respect to the outer circumferential surface To
Valve seat.
상기 요철 혼합부가, 상기 연장되는 방향에 수직인 단면에서, 인접하는 2개의 상기 볼록부의 간격인 피치가 1㎛ 내지 600㎛인 요철을 갖는 것을 특징으로 하는
밸브 시트.8. The method according to any one of claims 4 to 7,
Wherein the concavo-convex mixing portion has irregularities having a pitch of 1 占 퐉 to 600 占 퐉 which is a distance between two adjacent convex portions in a cross section perpendicular to the extending direction
Valve seat.
상기 요철 혼합부의 복수 열의 볼록부의 산 높이가, 상기 외주면을 기준으로 하여 일정한 높이거나, 또는 상기 기준으로부터 압입 방향을 따라 증가하는 것을 특징으로 하는
밸브 시트.9. The method according to any one of claims 4 to 8,
The mountain height of convex portions in a plurality of rows of the concavo-convex mixing portion increases constantly with reference to the outer circumferential surface or increases along the press-in direction from the reference
Valve seat.
상기 조면화 영역이, 상기 외주면에 대해 수직 방향으로 관찰하여, 삼각 형상, 사각 형상, 원형 형상, 반원 형상, 별형 형상 중 어느 하나를 나타내는 것을 특징으로 하는
밸브 시트.10. The method according to any one of claims 1 to 9,
Wherein the rough surface region is observed in a direction perpendicular to the outer circumferential surface to show any one of a triangular shape, a square shape, a circular shape, a semicircular shape, and a star shape.
Valve seat.
상기 조면화 영역이, 상기 삼각 형상, 상기 사각 형상, 상기 원형 형상, 상기 반원 형상, 상기 별형 형상 중 어느 하나의 주연부에만 상기 볼록 형상부 또는 상기 오목 형상부를 형성하는 것을 특징으로 하는
밸브 시트.11. The method of claim 10,
Wherein the roughened region forms the convex portion or the concave portion only in the periphery of any one of the triangular shape, the rectangular shape, the circular shape, the semicircular shape, and the star shape.
Valve seat.
상기 조면화 영역을 원주 방향으로 등간격의 각 위치에 형성하는 것을 특징으로 하는
밸브 시트.12. The method according to any one of claims 1 to 11,
Characterized in that the roughened region is formed at each position of equal intervals in the circumferential direction
Valve seat.
상기 밸브 시트가 철계 소결 합금제인 것을 특징으로 하는
밸브 시트.13. The method according to any one of claims 1 to 12,
Characterized in that the valve seat is an iron-based sintered alloy
Valve seat.
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