JPH0288749A

JPH0288749A - 高温耐摩耗性鉄系焼結合金

Info

Publication number: JPH0288749A
Application number: JP23849988A
Authority: JP
Inventors: Makoto Abe; 真阿部; Yoshiteru Yasuda; 芳輝保田; Keitaro Suzuki; 啓太郎鈴木; Hiroshi Ikenoue; 池ノ上　寛; Tokumasa Aoki; 青木　徳眞
Original assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; Resonac Corp
Priority date: 1988-09-22
Filing date: 1988-09-22
Publication date: 1990-03-28
Anticipated expiration: 2011-11-13
Also published as: JP2553664B2

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）本発明は主に内燃機関の弁座用に開発された耐摩耗性の
高い焼結合金に関するものである。

（従来の技術）自動車のエンジンは作動条件がますます苛酷になってい
る。ディーゼルエンジンの弁座においてはシート面にが
かる面圧が高く、しかも温度は４００〜５５０℃と高い
ことから、高温でも変形しにくい強度と耐摩耗性が要求
される。

本出願人もこのような用途を対象とした高温耐摩耗性焼
結合金を開発し、特開昭６２−１０２４５号公報で既に
開示している。

この合金はＣＱ６〜１．２％、Ｎｉ０５〜３％、Ｍｏ０
５〜３％、Ｃｏ　５．５〜７．５％およびＦｅ残部の基
地中に、ＳＬｌ、５〜２．５％、Ｃｒ７〜９％、Ｍ　ｏ
　２６〜３０％およびＣｏ残部の硬質相；もしくはＳｉ
４〜１２％、Ｍｏ３３〜３６％およびＣｏ残部の硬質相
のいずれか一方が５〜２５％分散した組織を呈するもの
である。

また、この焼結合金を高密度化、焼き入れ焼き戻しまた
は空孔内に鉛を溶浸することにより性能が向上する。

（発明が解決しようとする課題）ところで前記の鉛を含む焼結材料は、従来例に比べ高温
における耐摩耗性、強度に優れていたが、その後も続い
ているエンジンの高出力化に伴い、弁座が鉛の融点を越
える４００〜５５０℃の温度にさらされ、高圧縮化も加
わって鉛が有効に作用しないという問題が起きている。

本発明の目的は従来の鉄系焼結合金を基本として改良を
加え、４００℃以上の温度で耐摩耗性がある焼結合金を
開発することにある。

（課題を解決するための手段）本発明はまず、材料設計に当たり従来の経験から、耐熱
合金鋼の基地に金属間化合物からなる硬質相を分散させ
基地を強化するとともに、耐酸化性があり凝着摩耗を防
止するような材料を分散させた組織を目標としてなされ
た。

すなわち、ＣＱ６〜１．２％、Ｎ　ｉ　０５〜３％、Ｍ
　ｏ　０．５〜３％、Ｃｏ５．５〜７．５％、およびＦ
ｅ残部の基地中に、Ｓｉ１．５〜２．５％、Ｃｒ７〜９
％、Ｍ　ｏ　２６〜３０％、およびＣｏ残部の硬質相、
またはＳｉ４〜１２％、Ｍ　ｏ　３３〜３６％、および
Ｃｏ残部の硬質相いずれか一方、あるいは両方の合計５
〜２５％分散し、さらに、Ｐｂ３０〜５０％を含むＣｕ
合金相が１０〜２０％０〜２０％分散呈することを特徴
とする焼結合金とすることにより所期の目的を達成した
ものである。

（作用）本発明祠の組織において、基地は強度および耐摩耗性を
受は持つ基本で、硬質相は基地を強化して高温における
耐摩耗性を向上させる作用があり、Ｃｕ−Ｐｂ合金相は
主に熱伝導性、材料強度の向上および潤滑作用を受は持
っている。

まず、基地において、ＮｉおよびＭｏは主に強度の向上
に寄与するが、０５％未満では不十分であり、一方３％
以上添加しても費用の割に効果が少ない。またＭｏを過
剰に用いると耐酸化性が低下する。Ｃｏは５．５％未満
では高温硬さが不足し摩耗し易く、一方、７．５％以上
になると原料粉が硬くなり圧縮成形が困難になる。Ｃは
焼結工程の管理と品質安定の面から０６〜１．２％が適
当である。

これらの成分の配合に際しては単味のものを配合するこ
とも考えられるが、炭素以外の全成分を含む合金鉄粉を
用いることが好ましい。それにより配合時の偏析防止に
併せて基地と硬質相の相互拡散の少ない、所望の合金を
得ることができる。

硬質相は市販の３元または４元の金属間化合物が適して
いる。すなわち、Ｃｏ基の耐熱合金であって、組成がＳ
ｉ１，５〜２．５％、Ｃｒ７〜９％、Ｍｏ２６〜３０％
およびＣｏ残部、またはＳｉ４〜１２％、Ｍｏ３３〜３
６％、およびＣｏ残部の２種類である。これらの組成範
囲はメーカー規格で規定されている。

なお、上記硬質相はいずれか一方を用いるか、両方の混
合物で用いられる。

基地材料に硬質相を添加すると含有量を増すにつれて圧
環強度は低下するが、耐摩耗性は含有量５％までは急激
に良くなり、その後２０％付近は緩慢に、それ以降はほ
とんど変化しない。従って硬質相の含有量は耐摩耗性の
バラツキを避けるために５％を下限とし、１５％程度が
最も好ましく、実用」二強度が許容できる２５％を上限
とした。

次に、上記の斑組織にＣｕ−Ｐｂ合金相を分散させると
高温耐摩耗性が著しく向上する。Ｃｕは高温で耐酸化性
および熱伝導性が良好で、一部が基地に固溶し材料強度
を高めるとともに放熱性が良くなる。ｐｂは固体潤滑材
として作用し、凝着摩耗を防止する。

Ｃｕとｐｂはケルメツト合金の形で添加する。

Ｃｕ−Ｐｂ合金のｐｂ含有量が３０％までは急激に高温
耐摩耗性が向上し、３０〜５０％ｐｂで最も良く、５０
％を越えるとＰｂ１００％の摩耗量に近付く。また、材
料強度はＣｕ単味の場合が最も高くなり、Ｐｂ５Ｑ％ま
では緩慢に、それ以」二では急激に低下する。従ってＰ
ｂ３０〜５０％−Ｃｕ残の組成が選ばれた。一方Ｃｕ−
Ｐｂ合金相の含有量は強度、耐摩耗性ともに１０％より
少なくても、２０％より多くても特性が悪くなる。

以上の構成を全体組成で表わすと、Ｃｒを含む硬質相を
用いた第１の発明はＣＱ３〜１％、Ｓｉ０．０６〜０．
５６％、Ｃｒ０３〜２％、Ｎｉ０．３〜２．６％、Ｍｏ
　１．４〜８８％、Ｃｏ６．５〜２０％、Ｃｕ５〜１４
％、Ｐｂ３〜ｌＯ％、およびＦｅ残部であり、Ｃｒを含
まない硬質相を用いた第２の発明はＣＱ３〜１％、Ｓｉ
ｎ、１６〜２．７％、Ｎｉ０．３〜２．６％、Ｍｏ１．
７〜１０％、Ｃｏ６．３〜１９％、Ｃｕ５〜１４％、Ｐ
ｂ３〜１０％、およびＦｅ残部となり、また、両方の硬
質相を用いた第３の発明はＣ０，３〜１％、Ｓｉ０．０
６〜２゜７％、Ｃｒ２％以下、Ｎｉ０．３〜２．６％、
Ｍｏ１゜４〜１０％、Ｃｏ６．３〜２０％、Ｃｕ５〜１
４％、Ｐｂ３〜１０％、およびＦｅ残部となる。

（実施例）まず、基地の組成から炭素を除いた組成の合金粉末、す
なわち重量比で１．５％のＮｉ、ｉ、５％のＭｏ、６．
５％のＣｏを含む粒度１００％メツシュ以下のアトマイ
ズ合金鉄粉を主原料として用意し、また基地中に分散さ
せる硬質相としてＭ　ｏ　２８％、Ｃｒ８％、Ｓｉ２％
およびＣｏ６２％の金属間化合物粉末を用意した。

試料の作成は、上記合金鉄粉に金属間化合物粉末を１５
％、黒鉛粉１％および潤滑材としてステアリン酸亜鉛０
８％を混合して、成形密度６．４〜７．０ｇ／ｃｍ３の
各種密度で所定形状に成形後、アンモニア分解ガス炉中
で温度１２００℃、２０分間の焼結を行なった。

次に、純銅と、３０％Ｐｂ、５０％ｐｂおよび７０％ｐ
ｂの各種ケルメツト祠を用意し、各種密度の焼結体の」
二に載せ、同じ炉中で温度１１４０℃で溶浸した。また
、従来材と同様に温度５５０℃、８気圧で鉛を含浸した
試料も作成した。

かくして得られた各試料の温度５００℃における圧環強
度を測定した。第１図にその結果を示す。

このグラフは、強度を測定した試料の各種溶浸材成分を
定量分析した結果から、含有量を５％おきの等高線に書
き改めたものである。

材料の種類をみると、Ｐｂ５０％を越えると急激に低下
している。また、含有量は１０〜２０％の範囲が高い強
度を示している。

次に、模擬エンジン試験機を用いて各試料による弁座の
摩耗量を比較した。この試験機はＬＰＧ燃焼ガスで弁お
よび弁座を所定の温度に加熱しながらカム軸をモータで
駆動する機構で、温度、回転数、弁のスプリング圧等を
任意に設定でき、短時間に苛酷な試験を行なうこきがで
きる。なお、弁の材質は耐熱鋼２ｌ−４Ｎを用いている
。

この試験機で弁座の温度を５００℃に設定して回転数５
２０　Ｏｒｐｍで５０時間連続運転した結果を第２図に
示す。溶浸した材料の含有量は第１図の場合と同様？こ
等高線で表わしである。

純銅に比べ３０〜５０％ｐｂを含むＣｕ合金の方が摩耗
が少ない。含有量は圧環強さの場合と同じ傾向を示して
いる。

次に、上記模擬エンジン試験機で弁座の温度を変えた場
合の試験結果を第３図に示す。

図中の従来材は密度６．９ｇ／ｃｍ３の焼結体に鉛含浸
したもので、第１の発明材（１）は同じ焼結体にｐｂ含
有量が５０％のケルメツトを全体組成で１５％溶浸した
試料である。また、第２の発明材（２）は、試料の製作
に当たり硬質相となる金属間化合物粉末の種類をＭｏ３
４％、Ｓｉ７％および５９％Ｃｏの合金粉に代えたもの
で、密度６゜９ｇ／ｃｍ３の焼結体に３０％ｐｂのケル
メツトを全体組成で１５％溶浸した試料である。また、
第３の発明材（３）は２種類の金属間化合物粉末を７．
５％ずつ都合１５％添加して製作した密度６，９ｇ／ｃ
ｍ３の燃焼体に３０％ｐｂのケルメツトを全体組成で１
５％溶浸した試料である。

図から明らかなように本発明に係る各発明材は通常の温
度でも５５０℃の温度でも良好な結果を示している。

（効果）以上詳細に説明したように本発明に係る材料によれば、
低温から高温まで優れた耐摩耗性を示すので、通常のガ
ソリンエンジンは勿論、特にディーゼルエンジン用弁座
に用いて顕著な効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る発明材を含む焼結合金の高温にお
ける機械的性質を示すグラフ、第２図は模擬エンジン試
験機によるＣｕ−Ｐｂ合金の添加料と摩耗量の関係を示
すグラフ、第３図は模擬エンジン試験機による弁座の温
度と摩耗量の関係を示すグラフである。特許出願人　　日産自動車株式会社日立粉末冶金株式会社

Claims

【特許請求の範囲】１　全体組成が重量比で、Ｃ０．３〜１％、Ｓｉ０．０６〜０．５６％、Ｃｒ０．
３〜２％、Ｎｉ０．３〜２．６％、Ｍｏ１．４〜８．８
％、Ｃｏ６．５〜２０％、Ｃｕ５〜１４％、Ｐｂ３〜１
０％、およびＦｅ残部で、かつＣ０．６〜１．２％、Ｎｉ０．５〜３％、Ｍｏ０．５〜３％、Ｃｏ５．５〜７．５％、およびＦｅ
残部の基地中にＳｉ１．５〜２．５％、Ｃｒ７〜９％、Ｍｏ２６〜３０％およびＣｏ残部の硬質相が５〜２５％
が分散し、さらにＰｂ３０〜５０％を含むＣｕ合金相が
１０〜２０％分散した組織を呈することを特徴とする高
温耐摩耗性鉄系焼結合金。２　全体組成が重量比で、Ｃ０．３〜１％、Ｓｉ０．１６〜２．７％、Ｎｉ０．３
〜２．６％、Ｍｏ１．７〜１０％、Ｃｏ６．３〜１９％
、Ｃｕ５〜１４％、Ｐｂ３〜１０％、およびＦｅ残部で、かつＣ０．６〜１．２％、Ｎｉ０．５〜３％、Ｍｏ０．５〜３％、Ｃｏ５．５〜７．５％、およびＦｅ
残部の基地中にＳｉ４〜１２％、Ｍｏ３３〜３６％、およびＣｏ残部の硬質相が５〜２５％が分散し、さらに
Ｐｂ３０〜５０％を含むＣｕ合金相が１０〜２０％分散
した組織を呈することを特徴とする高温耐摩耗性鉄系焼
結合金。３　全体組成が重量比で、Ｃ０．３〜１％、Ｓｉ０．０６〜２．７％、Ｃｒ２％以
下、Ｎｉ０．３〜２．６％、Ｍｏ１．４〜１０％、Ｃｏ６．３〜２０％、Ｃｕ５〜１
４％、Ｐｂ３〜１０％、およびＦｅ残部で、かつＣ０．６〜１．２％、Ｎｉ０．５〜３％、Ｍｏ０．５〜３％、Ｃｏ５．５〜７．５％、およびＦｅ
残部の基地中にＳｉ１．５〜２．５％、Ｃｒ７〜９％、Ｍｏ２６〜３０％およびＣｏ残部の硬質相とＳｉ４〜１
２％、Ｍｏ３３〜３６％およびＣｏ残部の硬質相を５〜
２５％分散し、さらにＰｂ３０〜５０％を含むＣｕ合金
相が１０〜２０％分散した組織を呈することを特徴とす
る高温耐摩耗性鉄系焼結合金。