JPH0217620B2

JPH0217620B2 -

Info

Publication number: JPH0217620B2
Application number: JP54054746A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hiraoka; Shigeru Urano; Masajiro Takeshita; Keiji Nakamura
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1979-05-07
Filing date: 1979-05-07
Publication date: 1990-04-23
Also published as: US4348232A; DE3017310C2; DE3017310A1; JPS55164060A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は内燃機関の耐摩耗性部材に適用される
耐摩耗性鉄系焼結合金材に関し、特に耐熱、耐
食、耐摩耗性を同時に要求されるバルブシート、
バルブに最適であり、又他の摺動部材にも適用さ
れうる鉄系焼結合金材を目的とする。

さらに本発明の焼結合金材は耐熱、耐食、耐摩
耗性に優れると共に、少ない合金元素を有効に用
いて省資源、低価格の鉄系焼結合金材を得ること
を目的としている。

従来、耐摩耗性を有する鉄系焼結合金材として
は、パーライトやマルテンサイトの基地中に各種
の炭化物や合金粒子を分散させたもの、あるいは
鉛含浸、浸硫、水蒸気処理等を行なつて耐摩耗性
を向上させたり相手材との相性を向上させたもの
があつた。。

これらの材料は、各種元素を合金粉、混合粉や
単独粉で多量に添加したものであるが、これら各
種元素は特にコバルト等において入手困難な事情
が発生するなど、多量に添加することには問題が
多いものがある。

又、バルブシートの如く高温高負荷条件下では
鉛含浸処理したものでは鉛が溶け出したり、水蒸
気処理したものでは硬度が高すぎ、又脆化する等
欠点があり、さらにはかかる処理を施すことによ
る製造工程の追加による生産性の低下が伴う。

本発明はかかる欠点を解決し、有効な元素を少
ない量添加し省資源を達成すると共に生産性に優
れ、且つ耐熱、耐食、耐摩耗性に優れる材料を得
るものである。

即ち、本発明の要旨とするところは、重量比で炭素0.8〜1.5％、クロム0.5〜2.5％、
モリブデン2.0〜6.0％、ニツケル1.5〜5.0％、タ
ングステン0.1〜2.0％、銅0.2〜5.0％、Ｐ：0.1％
以下、残部鉄からなり、かつパーライト、ベイナ
イト、マルテンサイトの混合基地中に周囲にニツ
ケルが拡散したフエロモリブデン粒子が均一に分
散し、さらに基地中にFe−Cr−Ｗ−Ｃの複合炭
化物を含む合金粒子が分散してなる組識を有する
ことを特徴とする耐摩耗性鉄系焼結合金材であ
る。

かかる本発明の焼結合金材においては、強靭な
パーライト基地と基地の硬度に寄与するベイナイ
トとマルテンサイト基地の混合基地中に耐摩耗性
に寄与するフエロモリブデン粒子を均一に分散さ
せている。

さらにフエロモリブデン粒子の周囲には、耐
熱、耐食性に寄与するニツケルが拡散したもので
あり、さらに基地中に耐摩耗、耐食性に寄与する
Fe−Cr−Ｗ−Ｃの複合炭化物を含む合金粒子が
分散しており、これらの基地中に分散した粒子相
互の相乗効果により、従来以上の耐熱、耐食、耐
摩耗性を得ることができると共に、相手材との相
性が良い鉄系焼結材が得られる。

本発明の耐摩耗性鉄系焼結合金材の成分限定理
由を以下に述べる。

炭素は鉄に固溶し、基地に強靭なパーライト組
織を形成するが、0.8重量％未満ではパーライト
基地がフエライト化し耐摩耗性の劣化を招き、
1.5重量％超では脆性作用の大きいセメンタイト
量が多くなり、強度及び被削性の低下をきたすた
め、0.8〜1.5重量％で選ばれる。

モリブデンは、フエロモリブデン粉で添加する
ことにより一部基地に固溶し、一部残存して硬質
のフエロモリブデン粒子が基地中に分散し、耐摩
耗性を向上させると共に高温強度を高め焼結後の
組織を安定化させるため添加するものであり、モ
リブデンが重量％で２％未満であると、フエロモ
リブデン粒子量が少なく耐摩耗性が低下し、６重
量％を超えると基地の地質が脆化するため２〜６
重量％で選ばれる。

ニツケルは基地組織を強靭化し、あわせて基地
硬度をあげ、又一部基地をマルテンサイト、ベイ
ナイトにするものであるが、1.5重量％未満では
マルテンサイト量が少なく基地硬度が不充分であ
り、5.0重量％を超えるとマルテンサイトが過剰
となり基地が脆化するため、1.5〜5.0重量％で選
ばれる。

クロムは、Fe−Cr−Ｗ−Ｃの複合炭化物を含
む合金粒子として基地中に分散し、耐摩耗性に寄
与すると共に一部は基地に固溶し、基地強度を向
上させるものであるが、0.5重量％未満では複合
炭化物量が不足し耐摩耗性に劣り、2.5重量％を
超えると炭化物が過剰になり脆化するため0.5〜
2.5重量％で選ばれる。

タングステンはFe−Cr−Ｗ−Ｃの複合炭化物
の合金粒子として基地中に分散するものである
が、この炭化物の高温度での分散防止、安定化を
なす元素であり、0.1重量％未満では炭化物の生
成が不安定となり、2.0％を超えるとその効果が
進まず、炭化物硬度を必要以上に上げるため0.1
〜2.0重量％で選択される。

銅は基地中に拡散し、基地強度を向上させるも
のであるが、0.2重量％未満では基地強度が不充
分であり、5.0重量％を超えると基地の脆化が進
むため0.2〜5.0重量％で選ばれる。

前述した如く、炭素、クロム、モリブデン、ニ
ツケル、タングステン、銅の各元素は、基地の硬
度、強度、耐摩耗性や、フエロモリブデン粒子等
による耐摩耗性に寄与するものであるが、さらに
リン、ホウ素、シリコンのうち１種又は２種以上
を5.0％以下添加することにより、液相焼結が行
なわれる。

リンは添加量の増大に従い焼結温度を下げる元
素であり、炉に負担がかからない1250℃以下の温
度でも充分に液相焼結が可能となる。液相焼結に
よれば、焼結空孔が小さくなり、かつ少なくなる
ため特に高面圧を受けた場合にも硬度に優れる利
点があり、耐ピツチング性、耐摩耗性に優れるも
のである。

リンは、1.0重量％を超えると液相量が過大と
なり、焼結による収縮が大きく、又寸法精度が著
しく劣化する。

また、液相焼結によつて焼結空孔が減少する
が、空孔量が容量％で10％を超えると、空孔が過
多のため強度において不充分となり、 0.2％未満では空孔に保持される潤滑油量が過
少となり、耐摩耗性が低下するため、空孔量は
0.2〜10容量％で選ばれる。

空孔は微細にして均一に分散していることが望
ましく、空孔大きさが150μ以下の微細な空孔が
40％以上でなければスカツフ摩耗を起こし易くな
る。

また本発明の焼結合金材は耐摩耗性、強度に優
れると共にフエロモリブデン粒子の周囲にニツケ
ルが拡散しており、耐熱、耐食性にも極めて優れ
るものである。

さらに本発明では添加する元素の添加量が少量
であり、省資源を可能とするばかりではなく、溶
浸、含浸等の処理を必要としないため極めて生産
性に優れるものである。

本発明合金材の耐摩耗性を確認するために摩耗
試験を行なつた。試料は次の通りである。

本発明の焼結合金材Ｃ：1.2％、Cr：1.0％。、Mo：3.58％、Ni：
3.40％、Ｗ：0.20％、Cu：1.3％、Ｐ：0.05％、
Fe：残り（以上、重量成分）、硬度：HRB 96、密度：6.8ｇ／cm³。

比較用の焼結合金材Ｃ：1.5％、Mo：4.0％、Cr：1.5％、Ni：1.5
％、Co：3.5％、Fe：残り（以上、重量成分）、硬度：HRB 90、密度：6.7ｇ／cm³。

上記２種類の焼結合金でバルブシートを製造
し、第１図に概略で示すバルブシート単体摩耗試
験機（１はバルブシート、２はバルブ、３は熱
源）によつて試験を行なつた。

（試験条件）くり返し速度：3000rpm くり返し数：８×10⁵サイクル閉弁時速度：0.5ｍ／sec スプリング荷重：35Kg バルブ回転数：８〜10rpm 加熱方式：プロパンとエアの燃焼方式（300℃）相手バルブ材質：ステライト盛試験前と後にシート当り面の同一位置の形状を
フラニメータで測定し、その前後におけるバルブ
シートリング断面の面積変化量を摩耗量とした。

その結果、本発明材の摩耗料は0.015mm²、比較
材のそれは0.05mm²となり、本発明材の耐摩耗性の
高さが確認された。

【図面の簡単な説明】

第１図は摩耗試験機の概略図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１重量比で、Ｃ：0.8〜1.5％、Cr：0.5〜2.5％、
Mo：2.0〜6.0％、Ni：1.5〜5.0％、Ｗ：0.1〜2.0
％、Cu：0.2〜5.0％、Ｐ：0.1％以下、残部Feか
らなり、かつパーライト、ベイナイト、マルテン
サイトの混合基地中に周囲にニツケルが拡散した
フエロモリブデン粒子が均一に分散し、さらに基
地中にFe−Cr−Ｗ−Ｃの複合炭化物を含む合金
粒子が分散してなる組織を有することを特徴とす
る耐摩耗性鉄系焼結合金材。