JPH01129951A - 内燃機関の弁座用焼結合金 - Google Patents

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］ 本発明は、無鉛ガソリンおよび有鉛ガソリンのいずれで
も安定して機能する内燃機関用の弁座に関するものであ
る。

［従来の技術］ 自動車の排ガス規制以降、内燃機関の弁座は無鉛ガソリ
ン（約０．５Ｑ　Ｐｂ　／ガロン）を前提に改良され、
例えば特公昭５５−３６２４２号のよう・に焼結合金鋼
の空孔内に鉛を含浸した焼結材料が良好な耐摩耗性を示
し、実用化されている。

また、この種の弁座には、特開昭５１−３７０１１号、
特公昭５１−４４６８４号、特開昭６０−２５８４４９
号のように、焼結合金鋼の空孔内に銅鉛合金を含浸した
焼結材料が挙げられる。

しかし、世界的にみると欧州、豪州、中近東地区等では
エンジン出力向上の目的からいまだ有鉛ガソリン（例え
ば約３ｇＰｂ／ガロン）を使用しているのが実状である
。

有鉛ガソリンを燃料に用いるエンジンの場合、燃焼時に
酸化鉛、硫化鉛、硫酸鉛、等の燃焼生成物が弁および弁
座表面に付着するため通常の焼結合金では摩耗し易いと
ころから、マルテンサイト系耐熱鋼溶製材料が一般に用
いられている。

［発明が解決しようとする問題点〕 前述の如くガソリンエンジン用の弁座は、無鉛ガソリン
用として適するものと、有鉛ガソリン用として適するも
のに別れており、例えば、前記特公昭５５−３６２４２
号の弁座を有鉛ガソリンエンジンに適用すると、摩耗が
顕著に現われるようになる。また、マルテンサイト系耐
熱鋼溶製材料で作られた弁座を無鉛ガソリンエンジンに
適用しても同様な結果になる。そこで有鉛用、無鉛用ま
たは国内仕様、輸出仕様の区別無く使用Ｃきれば極めて
便利である。

本発明の目的は、内燃機関の燃料が無鉛ガソリンでも有
鉛ガソリンでも摩耗しにくい弁座を提供することにある
。

［問題点を解決するための手段］ 前記目的を達成するために、本発明にあっては、弁座の
材料を次のように構成することにより達成される。すな
わち、組成が重量比で０１．２〜２゜７％、Ｓｉ０．２
〜２．５％、Ｃｒ１１〜２７％、Ｍｏ０．６〜４％、■
２．５％以下およびＦｅ残部からなる硬質な金属炭化物
が分散した鉄基地中に、ＣＬＩとｐｂの合計が全体組成
で１５〜２５重堡％分散し、且つＣｕ：Ｐｂの成分が重
量比で８０：２０乃至６０：４０であることを特徴とす
る焼結合金である。

［作用］ 次に各元素の作用について説明する。

まず、基地組成について述べる。

Ｃｒ二銑鉄基地固溶し高温強度を向上させる作用及びＣ
と結合し基地中に堅い炭化物を析出して耐摩耗性の向上
に寄与する成分である。含有量が１１％未満では基地強
度が低すぎる。又、使用したときに酸化摩耗し易い。一
方、２７％を越えても添加量の割に効果が少ない伯、無
鉛ガソリンでは反って摩耗し易くなる性質がある。

ＭＯ：Ｃ「と同様に炭化物生成元素であり、Ｃｒと同じ
作用をする。０．０％未満では効果が少なく、４％を越
えると酸化摩耗が大きくなる。

Ｖ：Ｃｒ、Ｍｏと同じ炭化物を形成する。■炭化物は比
較的硬い。少ない添加で効果があり、多過ぎると相手の
弁を摩耗させるので２．５％未満が良い。

Ｓｉ　二酸化摩耗を防止する目的で添加する元素であり
、０．２％添加で効果が現れ、２．５％を越えて添加し
ても添加の割に効果が少ない。

Ｃ：　Ｆｅに固溶し基地を強化すると共にＣｒ。

Ｍｏ、Ｖと結合して硬質な炭化物を析出させる作用をす
る。１．２％未満では炭化物生成量が少なく耐摩耗性が
期待できない。また、２．７％を越えると炭化物が粗大
化し、使用時に相手の弁の摩耗を増大させる。

以上、鉄基地の特徴は、ビッカース硬さがＨｖ２０００
〜３０００の硬質な析出炭化物（Ｃ「。

Ｆｅ）　７　Ｃ３，（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｆｅ）　７　Ｃ３及
びＶＣを多量に含むよう構成されている。

次に、分散組成についてのべる。

ＣＩＪおよびＰｂ：Ｃｕは一部が基地に拡散し、基地を
強化する。又、一部が銅相の形で残り、銅の°好熱伝導
性は使用中に弁座の放熱性を良くする作用がある。

一方、ｐｂは使用時に弁との凝着摩耗を防止する作用が
あり、無鉛ガソリン用には効果の大きい成分である。し
かし、有鉛ガソリンでは燃料中に含まれる硫黄と反応し
て燃焼生成物を作り、シートフェースに付着して摩耗を
促進させてしまう。

ＣＬＩとＰｂが所定の状態で共存すると、無鉛と有鉛の
どちらでも摩耗しにくい性質が生まれる。

Ｃｕとｐｂの重量比が８０　：　２０乃至６０：４０の
範囲が良い。Ｃｕの比率が８０より多いとＣｕの性質が
顕著に現れ無鉛ガソリン用に於て摩耗が大きくなる。又
、Ｃｕの比率が６０より少ないとｐｂの性質が現れ有鉛
ガソリン用に於て摩耗が大きくなる。更に、Ｃｕとｐｂ
は基地中に分散した組織であることが肝要で、Ｃｕ中に
ｐｂが゛分散した合金状態であることが好ましい。この
組織は鉄系焼結体にＣｕ−Ｐｂを溶浸する方法及び合金
鉄粉にＣｕ−Ｐｂ粉を配合し、成形、焼結する方法によ
り得られる。Ｃｕとｐｂの合計含有量は、全体組成で１
５％未満は前述の作用効果が少なく、２５％を越えると
その分基地の量が少なくなって強度を低下させ耐摩耗性
も悪くなる。

［実施例］ 以下、実施例により詳細に説明する。

実施例１ 実施例１は基材に銅分散、鉛分散、および銅鉛分散した
材料の摩耗特性比較をしたものである。

まず、組成がＦｅ−１８，５Ｃｒ−１，２Ｍ。

−０，６Ｖ−０，５Ｓｉ−１，８０で粒度が１００メツ
シユ以下の合金鉄粉にステアリン酸亜鉛を一〇、８％添
加して混合粉とし、弁座形状の所定寸法に圧縮成形した
後、アンモニア分解ガス雰囲気炉中、温度１１５０℃で
焼結した。

そして、Ｃｕ−３ｃｏ合金粉の成形体とＣｕ−３０Ｐｂ
合金粉の成形体を準備し、それぞれ前記焼結体と共にア
ンモニア分解ガス雰囲気炉中、温度１１５０℃で溶浸処
理を行ない摩耗試験用の試料１および試料２を作成した
。Ｃｕ−Ｇｏ合金のＣＯは、溶浸中に基材を浸蝕させな
い目的で添加しである。又、もう一種は前記焼結体を減
圧容器中で加熱保持後、Ｐｂ溶湯中に沈め窒素ガスで加
圧し鉛溶浸した試料３を準備した。

第１表にこれら試料の溶浸量、圧環強さ、及び熱伝導率
の測定結果を示す。

溶浸量は約１９％で、圧環強さは銅が多い組成はど高く
、熱伝導率も銅が多い組成はど良い。

耐摩耗性の評価は２０００ｃｃ、６気筒エンジンを用い
前記試料を所定形状に加工して装着し、回転数６０００
回転で全負荷運転した。

なお、弁の材質は耐熱鋼２ｌ−４Ｎを用い、燃料は有鉛
ガソリン（３ｇ、Ｐｂ／ガロン）と無鉛ガソリン（０，
５（］　・Ｐｂ／ガロン）について試験した。２００時
間運転した弁座の摩耗量測定結果を第１図に示す。

これによると、銅溶浸試料１は有鉛ガソリンに良好であ
るが無鉛ガソリンでは摩耗が大きいことがわかる。鉛層
−浸試料３はその反対で有鉛ガソリンのとき摩耗が極め
て大きくなる。銅鉛合金溶浸試料２は有鉛、無鉛共に耐
摩耗性が良好である。

第１表 試料　　　　　　　　　　１　　２　　３溶浸面（％）
　　　　　　１８，３　　１８，５　　１９．８（％） 圧環強ざ（ｋｑ／ｌｉ２　）　　　１３５　　１１５　
　　７５（ｋａ／ｍｍ２） 熱伝導率　　　　　　　０，１７　　０，１３　　０．
０７（Ｃａｌ／ａｎ、　ｓ　、　’Ｃ） 実施例２ 実施例２は、有鉛ガソリン、無鉛ガソリン共に耐摩耗性
が良好な銅鉛分散材料において、Ｃｕ　−Ｐ　ｂ合金の
Ｐｂ含有珊の効果を調べたものである。

合金鉄粉は実施例１と同じで、Ｃｕ−Ｐｂ合金粉１．ｔ
Ｐｔｌ　ｆｆｌが１０％、２０％、３０％、４０％の４
種類を準備し、合金鉄粉に各Ｃｕ−ｐｂ合金粉を２０％
一定及びステアリン酸亜鉛を０．８％添加した各混合粉
とし、焼結密度８．０（ＩＩ／Ｃ１３になるように成形
した後、実施例１と同じ条件で焼結して試料４〜７を作
成した。

エンジン試験は実施例１と同じ条件であり、試験後の弁
座摩耗量測定結果を第２図に示す。なお、図中に実施例
１の試料１および試料３の結果を付記しである。

これによると、添加するＣｕ−Ｐｂ合金のＰｂ吊は２０
〜４０％の範囲にあるとき２種類の燃料のどちらでも摩
耗が少ない結果を示している。また、２゛０％より少な
いと無鉛ガソリンのとき、４０％より多いと有鉛ガソリ
ンのときにそれぞれ摩耗が大きくなることがわかる。

実施例３ 実施例３は実施例１および２の結果を踏まえ、Ｃｕ−３
０％ｐｂ合金を代表とし、合金鉄粉に添加する量と摩耗
の関係を調べたものである。

実施例１と同じ合金鉄粉Ｃｕ−３０Ｐｂ合金粉を石意し
、ＣＩＪ−３０Ｐｂ合金１０％、１５％。

２０％、２５％、及び３０％配合し、夫々ステアリン酸
亜鉛を０．８％添加して混合粉とし、焼結密度８．０ｇ
／ｃａ＋３になるように成形した後、実施例１と同じ条
件で焼結して試料を作成した。エンジン試験は実施例１
と同じ条件であり、試験後の弁座摩耗量測定結果を第３
図に示す。

これによると、Ｃｕ−３０Ｐｂ合金の添加量は１５〜２
５％の範囲内では有鉛ガソリン、無鉛ガソリン共に摩耗
は少ないが、範囲外では対摩耗性が劣るようになる。

実施例４ 実施例４は、基地を形成する合金鉄の組成と耐摩耗性の
関係、及び従来材料との比較を行ったものである。

第２表中の組成は、合金鉄粉のＦｅ及び不可避不純物を
除く主要成分を型苗％で示しており、各合金鉄粉にＣｔ
ｊ−３０Ｐｂ合金を２０％一定、夫々ステアリン酸亜鉛
を０．８％添加して混合粉にし、焼結密度８．　Ｏａ　
／ｃａ＋３になるように成形した後、実施例１と同じ条
件で焼結して試料６〜１５を作成した。試料６〜９が本
発明の材料である。

以下余白 第２表 Ｎａ　　　　　　ＣｒＭｏＶＳｉＣ ６発明材　１８．５　１．２　０．６　０，５　　１．
８７　　　＃　　　１１，８　１．２　０，９　０，４
　　１，８８　　　、、　　２６，５　１，１　０．９
　１．３　　１，９９　　　ＩＩ　　　１８，５　１，
６　０．１　２．５　　１．８１０　　比較材　　６．
１０．５１．８０．３２：２１１　　　、　　３１，２
　１，３　０．５　１，９　　１，９１２　　　〃２２
．５　４．９　１．１　０．５　　１，５１３　　　ｒ
ｔ　　　１８．４　１，３　２，５　０，５　　１．６
１４　　　＃　　　１８，２　１，２　０．８　０，５
　　０．（３１５ｎ　　　１４，５　１．６　０，７　
０．５　　３．１１６　　従来材　Ｆ　ｅ−６，５Ｃｏ
−１，５Ｎ　ｉ−０，８ｃ１５．Ｏｐｂ１７　　　ｎ　
　　Ｆ　ｅ−２０Ｃｒ　−１，５Ｎ　ｉ−２Ｓ　ｉ−１
，ＱＣ又、試料１６及び１７は従来材であり、全体組成
で示しである。試料１６は無鉛ガソリン用弁座に実績が
ある特公昭５５−３６２４２号のＧｏ。

Ｎｉ、Ｃを含む鉄系焼結合金に鉛溶浸した材料で、試料
１７は５ＵＨ４耐熱鋼ｍ製材ωを切削加工した弁座であ
る。

エンジン試験は実施例１と同じ条件であり、試験後の弁
座の摩耗ｍ測定結果を第３表に示す。

第３表 鬼　　　　　　　　摩耗１（μ−） 無鉛　　　有鉛 ６　発明材　　　　　５５４５ ７　　　＃　　　　　　　５０　　　　６０８　　　＃
　　　　　　　６０　　　　４Ｇ９　　　＃　　　　　
　　５５　　　　４５１０　　比較材　　　　２３０　
　　２５５１１　　　＃　　　　　　　９０　　　　４
０１２　　　＃　　　　　　　９５　　　　４５１３　
　　＃　　　　　　　１０５　　　　４０１４　　　＃
　　　　　　　１３５　　　１５０１５　　　＃　　　
　　　　１２０　　　　７５１６　　従来材　　　　　
５０　　　３８０″　　１７　　　ｔｔ　　　　　　５
００　　　　６０これによると、本発明の基地鉄合金組
成の試料は有鉛ガソリン及び無鉛ガソリン共に少ない摩
耗結果を示しているが、試料１０〜１５の比較材は摩耗
量が大きいことがわかる。なお、比較材のうち試料１１
及び試料１２は摩耗量が比較的少ないが、相手の弁を摩
耗させるため好ましくない。

従来材は、ひとつの燃料に対しては優れた特性を示すが
、他方の燃料においては著しく摩耗することが分る。

［発明・の効果］ 以上詳述したように本発明の弁座は、有鉛ガソリンエン
ジン、有鉛ガソリンエンジンのいずれでも摩耗を小さく
抑えることができるようになり長期間に旦って安定して
機能するようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は焼結鉄合金に各稜材料を溶浸した弁座の摩耗結
果を示すグラフ、第２図は合金鉄粉に配合するＣｕ−ｐ
ｂ合金粉のＰｂ含有量と弁座の摩耗の関係を示すグラフ
、第３図は合金鉄粉に配合するＣｕ−Ｐｂ合金粉の添加
ｍと弁座の摩耗の関係を示すグラフである２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 組成が重量比でＣ１．２〜２．７％、ＳｉＯ０．２〜２
   ．５％、Ｃｒ１１〜２７％、Ｍｏ０．６〜４％、Ｖ２．
   ５％以下およびＦｅ残部からなる炭化物分散鉄基地中に
   、ＣｕとＰｂの合計が全体組成重量比で１５〜２５％分
   散し、且つＣｕ：Ｐｂの重量比が８０：２０乃至６０：
   ４０であることを特徴とする内燃機関の弁座用焼結合金
   。