JPH01215944A - Ｎｉ−Ａｌ系焼結合金製バルブシート及びその製造方法 - 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〕 本発明は内燃機関に使用されるバルブシートに関する。

〔従来の技術〕

従来から内燃機関に使用されているバルブシート（弁座
）の材料としては、５ＵＨ−４等の耐熱鋼を代表とする
鉄系合金が大部分であった。

又、鉄系合金を用いて各種の改良を加えた内燃機関用バ
ルブシートも知られている。例えば、特開昭６０−１３
０５５号公報及び特開昭６０−１３０６２号公報には、
２層構造にすることにより耐熱性を高めたバルブシート
が開示されている。特開昭６１−５０５号公報及び特開
昭６１−５６１号公報には、２層構造のバルブシートに
銅を溶浸して熱伝導性を改善したものが記載されている
。更に、特開昭６１−１６５２３０号公報及び特開昭６
２−５２６５０号公報には、Ｏｒの含有量が多く且つそ
の一部が炭化物等の硬質粒子として分散した鉄系合金か
らなるバルブシートが開示されている。

しかし、従来のバルブシートに用いていた鉄系合金は温
度が５００Ｃを超えると急激に強度が低下するため、長
期間の使用に耐えられなかった。

即ち、高出力・高負荷エンジンのように高性能な内燃機
関でバルブシートが５００Ｃ以上の温度に曝されると「
へたり」が生じる等の問題があった。

〔発明が解決′しようとする課題〕

従来の鉄系合金からなるバルブシートは、上記の如く高
温強度に制約があるため、最近の高温で作動する高性能
な内燃機関においては耐熱性が不足してきている現状で
ある。

鉄系合金以外でバルブシートに使用される材料としてＣ
ｏをベースにしたステライトがあるが、ベースとなるＧ
ｏが高価であるためバルブシート自体が非常に高価格に
なる欠点がある。

本発明はこのような現状に鑑み、バルブシートが５００
１？以上の高温に曝される高性能な内燃機関においても
長期間に亘って使用できるような優れた高温強度を有す
るバルブシートを安価に提供することを目的とするもの
である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のバルブシートはＮｉ−Ａｌ系焼結合金からなる
ものであって、９〜１３重量％のＡｌと、６〜１６重量
％のＦｅと、０．０１〜０．１重量％のＢと、残部のＮ
ｉとからなり、真密度比が９５％以上であって、５００
′Ｃでの降伏応力が４００　ＭＰａ以上であることを特
徴としている。

又、本発明のＮｉ−Ａ／！系焼結合金からなるバルブシ
ートの製造方法は粉末冶金法によるものであり、粒径が
１００メツシュ以下のｌ！−Ｂ−Ｎｉ合金粉末と粒径が
２００メツシュ以下のＦｅ粉末とを、最終組成が９〜１
３重量％のＡｌと、６〜１６重量％のＦｅと、０．０１
〜０．１重量％のＢと、残部のＮｉとになるように混合
し、この混合粉末の成形体を真空中又は非酸化性雰囲気
中（こおいて１１００〜１３００　Ｃの温度で焼結した
後、真密度比９５％以上に再圧縮することを特徴として
いる。

混合粉末の成形体を形成するためには、通常の如く混合
粉末にパラフィン、カンファー等の結合剤を２〜５重量
％添加して加圧成形する。この結合剤は焼結前に５００
〜９００Ｃで加熱することにより除去できる。

又、混合粉末を上記最終組成に調製するためには、Ａ／
ニーＥ−Ｎｉ合金粉末の組成をＡ１９．１〜１５．５重
量％、Ｂｏ、０１〜０．１２重量％及び残部Ｎｉとする
ことが望ましい。

なお、本発明に係るＡ４−Ｎｉ系焼結合金は、その性質
Ｇこ影響を与えない範囲で不可避不純物を含み得ること
は云うまでもない。

〔作用〕

本発明のバルブシートは、Ａ４−Ｎｉ系金属間化合物を
ベースとするＡ／！−Ｎｉ系焼結合金からなる。このｊ
ｋ４−Ｎｉ系金属間化合物は非常に高硬度であり、従来
は粉末冶金材料の分散粒子として使用されていた。然る
に本発明においては、この１−Ｎｉ系金属間化合物は耐
熱性が高いうえに耐摩耗性にも優れている点に着目し、
Ｈ工Ｐや熱間押出などの粉末冶金技術を利用して、ｌ！
−Ｎｉ系金属間化合物自体ヲベースとしてバルブシート
を構成したものである。

しかも、高出力・高負荷エンジンのように高性能な内燃
機関でバルブシートが５００Ｃ以上の温度に曝されても
「へたり」が生じないためには、５００Ｃでの降伏応力
が４００　ＭＰａ以上である必要があることが判明した
が、本発明のバルブシートはこの条件を充たすものであ
る。

構成元素のうちＡｌはＮｉと共に金属間化合物を形成す
るが、Ａｌが９重量％未満では金属間化合物の形成に不
足であり、１３重量％を超えると金属間化合物を形成し
ないＡ’７が増加するので、合金の特性が劣化する。Ｆ
ｅはＡｌ−Ｎｉ系金属間化合物のＡｌ又はＮｉと置換す
る形で固溶し、延性を改善する効果を有する。しかし、
Ｆｅが６重量％未満では延性改善の効果が現われず、１
６重量％を超えると加工性の低下が大さくなる。ＢもＦ
ｅと同様に延性を改善するが、０゜０１重量％未満では
その効果がなく、０．１重量％を超えても効果がもはや
大きくならない。

本発明のバルブシートは粉末冶金法により製造する。Ｎ
ｉ、Ａｌ及びＢについてはＡｌ−Ｂ−Ｎｉ合金粉末を用
い、Ｆｅは単独の粉末として添加する。単独とは合金化
していないという意味であり、原料粉末として１−Ｂ−
Ｎｉ合金粉末の表面に微細なＦｅ粉末が付着した拡散結
合粉末を用いることもできる。Ｆｅ単独の粉末を用いる
ことで、焼結時にＦｅがＡｌ−Ｂ−Ｎｉ合金粉末中に拡
散し、これによって焼結が促進され粉末の結合が強化さ
れる。

従ってＡ４−Ｂ−Ｎｉ合金粉末との接触界面を増加させ
、拡散焼結を促進させるために、Ｆｅ粉末の粒径は微細
であることが必要であり、この粒径が２００メツシュを
超えて大きくなると降伏応力などの所望の特性が得られ
ない。又、Ａｚ−Ｂ−４ｉ合金粉末の粒径も１００メツ
シュ以下とすべきであり、これより大さいと粉末の成形
性が低下すると共に、上記したＦｅの固溶が不充分とな
る。

原料粉末の焼結は真空中又は非酸化性雰囲気中１１００
〜１３００　Ｃで行なう。１１００　Ｃ未満の温度では
焼結が不充分となり、１３００Ｃを超えても効果の改善
がなく不経済である。

又、焼結後に再圧縮を行ない真密度比を９５％以上店す
る。真密度比が９５％未満では高温強度が不足し、所望
の降伏応力などが得られない。再圧縮の手段は、鍛造、
押出、Ｈ工Ｐ等の通常の方法で良い。

〔実施例〕

実施例１ 粒径が１００メツシュ以下のＡ４−Ｂ−Ｎｉ合金粉末と
粒径が２００メツシュ以下のＦｅ粉末とを、最終組成が
１１重量％のＡｌ、１０重量％のＦｅ、０．０５重量％
のＢ及び残部のＮｉとになるように混合し、この混合粉
末に対して３重量％のパラフィンを添加混合した後、金
型で圧力Ｔｔｏｎ膚で成形した。

この成形体を水素雰囲気中８００Ｃに加熱してパラフィ
ンを除去し、次に真空中において１２００　ｔｒの温度
で焼結した。得られた焼結体を金型で再圧縮して真密度
比９８％とし、更に真空中１０００　Ｃで２時間加熱し
て焼鈍した。

比較のために、Ｆｅ粉末の粒径を２００メツシュよりも
粗くした以外は実施例１と同じ方法により、同一組成で
同一真密度比の素材を製造した。

これら２種類の素材からテストピースを切す出し、５０
０Ｃに保持した状態で圧縮降伏応力を測定したところ、
本発明の素材は４５０　ＭＰａであったのに対し、比較
例の素材は３９０　ＭＰａでしかなかった。

実施例２ 実施例１と同様の方法であるが、焼結後の再圧縮の圧力
を変えることにより、真密度比を夫々９１％、９３％、
９５％及び９７％とした素材を製造した。

各素材について５００Ｃでの圧縮降伏応力を測定し結果
を図面に示した。この図面から９５％未満の真密度比で
は４００　ＭＰａ以上の降伏応力が得られないことが判
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来の鉄系合金製バルブシートに比べ
て高温強度に優れたＮｉ−Ａ４系焼結合金製バルブシー
トを提供することができる。従って、本発明はバルブシ
ートが従来にない５００Ｃ以上の高温に曝される高負荷
・高出力エンジン等に特に有効である。

【図面の簡単な説明】

図面はバルブシートを構成するＮｉ−Ａｌ系焼結合金の
真密度比と５００Ｃでの降伏応力との関係を示すグラフ
である。 出願人　　住友電気工業株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）９〜１３重量％のＡｌと、６〜１６重量％のＦｅ
   と、０．０１〜０．１重量％のＢと、残部のＮｉとから
   なり、真密度比が９５％以上であつて、５００℃での降
   伏応力が４００ＭＰａ以上であることを特徴とするＮｉ
   −Ａｌ系焼結合金製バルブシート。
2. （２）粒径が１００メッシュ以下のＡｌ−Ｂ−Ｎｉ合金
   粉末と粒径が２００メッシュ以下のＦｅ粉末とを、最終
   組成が９〜１３重量％のＡｌと、６〜１６重量％のＦｅ
   と、０．０１〜０．１重量％のＢと、残部のＮｉとにな
   るように混合し、この混合粉末の成形体を真空中又は非
   酸化性雰囲気中において１１００〜１３００℃の温度で
   焼結した後、真密度比９５％以上に再圧縮することを特
   徴とするＮｉ−Ａｌ系焼結合金製バルブシートの製造方
   法。