JPH03158444A - 耐摩耗性に優れたＦｅ基焼結合金製バルブシート - 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〕 この発明は、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンな
どの内燃機関のうちでも特に高出力の内燃機関に適した
耐摩耗性に優れたＦｅＭｅ結合金製バルブシートに関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来、特開昭５８−１７８０７３号公報に記載されるよ
うに、重量％で（以下、％は重量％を示す。）、Ｍｏ：
０．１〜０．９％、　　　　　Ｎ１：０．５〜２．５％
。

Ｃｏ：４．５〜７．５％、　　　　　Ｃｒ：３〜６．５
％。

Ｃ：０．５〜１．７％、　　　　Ｗ：１〜２．７％。

を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成を有
するＦｅ基合金素地に、 Ｃ：２〜３％、　　　　　　Ｃｏニア〜１５％。

Ｗ　：１５〜２５％、Ｆｅ：１〜８％。

を含有し、残りがＣｒと不可避不純物からなる組成を有
するＣｒ基合金粒子と、Ｆｅ−Ｍｏ合金粒子：８〜１２
容量％。

が分散含有した組織並びに６〜１４容量％の気孔率を有
するＦｅ基焼結合金基体に、Ｃｕを溶浸してなる銅含浸
Ｆｅ基燃焼結合金製バルブシート知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、最近の内燃機関は、過給機の採用、多弁化、高
速回転化などにより高出力化が計られて、熱的および機
械的負荷がますます増加する傾向があり、このような内
燃機関に上記従来の銅含浸Ｆｅ基燃焼結合金製バルブシ
ート装備すると、Ｆｅ基合金素地に分散するＣ「基合金
粒子およびＦｅ−Ｍｏ合金粒子は、硬質であるけれども
Ｆｅ基合金素地に対する密着性が悪く、内燃機関の作動
中にＦｅ基合金素地に分散するＣ「基合金粒子およびＦ
ｅ−Ｍｏ合金粒子は分離してバルブシート自体が摩耗し
、さらに、この分離した合金粒子は、相手部材であるバ
ルブをも摩耗せしめるという問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、本発明者らは、上述のような観点から、上記内
燃機関の高出力化に対しても十分に耐えることのできる
一段と優れた耐摩耗性を有するバルブシートを開発すべ
く研究を行った結果、Ｃｒ：０．５〜３％、　　　　　
Ｍｏ：　０　、５〜３％。

Ｎｌ：０．５〜３％、　　　　　Ｃｏ：２〜８％。

ｃ　：０．８〜１．５％。

を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成
並びにパーライト相およびベーナイト相を主体とした組
織からなるＦｅ基合金素地に、Ｃｒ：２５〜４５％、Ｗ
：２Ｑ〜３ｏ％。

Ｃｏ：２０〜３０％、Ｃ：１〜３％。

Ｓｌ：０．５〜２％、　　　　　　Ｎｂ：０．２〜２％
。

を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成
を有する硬質粒子が１０〜２５％（以上重量％）分散し
た組織を有するＦｅ基焼結合金基体からなるバルブシー
トは耐摩耗性に優れており、上記要求に十分耐えること
ができるという知見を得たのである。

この発明は、かかる知見に基づいてなされたものであっ
て、この発明は、上記組織を有するＦｅ基焼結合金基体
に、さらに、５〜２０重量％のＣｕを溶浸してなる銅含
浸Ｆｅ基焼結合金から構成してなるＦｅ基焼結合金製バ
ルブシートまたは５〜２０重量％のＰｂを溶浸してなる
鉛含浸Ｆｅ基焼結合金から構成してなるＦｅ基焼結合金
製バルブシートも含まれる。

つぎに、この発明のバルブシートにおいて、これを構成
するＦｅ基焼結合金基体の組成を上記の通りに限定した
理由について説明する。

Ａ、Ｆｅ基合金素地の成分限定理由 （ａ）　　Ｃ Ｃ成分には、ＭＯおよびＣ「と結合して炭化物を形成し
、硬さを向上させる作用があるほか、パーライトおよび
ベーナイトを主体とする素地を形成して、耐摩耗性を向
上させる作用があるが、その含有量が０６５％未満では
上記作用に所望の効果が得られず、一方、その含有量が
１．５％を越えると、素地の硬さが高くなり、相手攻撃
性が増すようになることから、その含有量をＯ，Ｂ−１
，５％に定めた。

（ｂ）　　Ｃｒ Ｃｒ成分には、素地に固溶して耐熱性を向上させる作用
があるほか炭化物を形成して耐摩耗性を向上させる作用
があるが、その含有量が０．５％未満では上記作用に所
望の効果が得られず、一方、その含有量が３％を越える
と、焼結性が劣化して高強度を確保することが困難にな
ることから、その含有量を０．５〜３％に定めた。

（ｃ）　　Ｍ。

Ｍｏ成分には、素地に固溶して炭化物を形成し、耐摩耗
性を向上させる作用があるが、その含有量が０，５％未
満では上記作用に所望の効果が得られず、一方、その含
有量が３％を越えると、材料強度が低下することから、
その含有量を０．５〜３％に定めた。

（ｄ）　　Ｎｌ Ｎ１成分には、素地に固溶してこれを強化する作用があ
るが、その含有量が０．５％未満では上記作用に所望の
効果が得られず、一方、その含有量が３％を越えて含有
させても上記作用は飽和するだけであり、不経済である
ことから、その含有量を０．５〜３％に定めた。

（ｅ）　　Ｃ。

Ｃｏ成分には、素地に固溶してこれを強化する作用があ
るが、その含有量が２％未満では上記作用に所望の効果
が得られず、一方、その含有量が８％を越えて含有させ
ても上記作用は飽和するだけであり、不経済であること
から、その含有量を２〜８％に定めた。

Ｂ、硬質粒子の成分限定理由 （ｒ）　　Ｃ Ｃ成分には、炭化物を形成して硬質粒子を強化する作用
があるが、その含有量が１％未満では上記作用に所望の
効果が得られず、一方、その含有量が３％を越えると、
硬さが高くなりすぎ、相手攻撃性が増すようになること
から、その含有量を１〜３％に定めた。

（ｇ）　　Ｃｒ Ｃｒ成分には、硬質粒子の素地に固溶して耐熱性を向上
させる作用があるほか炭化物および金属間化合物を形成
して耐摩耗性を向上させる作用があるが、その含有量が
２５％未満では上記作用に所望の効果が得られず、一方
、その含有量が４５％を越えると、硬さの上昇を招き、
相手攻撃性が増加することから、その含有量を２５〜４
５％に定めた。

（ｈ）　　Ｗ Ｗ成分には、硬質粒子の素地中に炭化物および金属間化
合物を形成してｌｌｉｉＪＦｇ耗性を向上させる作用が
あるが、その含有量が２０％未満では上記作用に所望の
効果が得られず、一方、その含有量が３０％を越えると
、硬さの上昇を招き、相手攻撃性が増加することから、
その含有量を２５〜４５％に定めた。

（１）　　Ｎｂ Ｎｂ成分には、炭化物を形成して硬質粒子の耐摩耗性を
向上させる作用および硬質粒子の素地に対する密着性を
強化する作用があるが、その含有量が０．２％未満では
上記作用に所望の効果が得られず、一方、その含有量が
２％を越えると、上記作用は飽和するだけであり、また
粉末アトマイズ時のぬれ性が低下するようになることか
ら、その含有量を０．２〜２％に定めた。

（ｊ）　　Ｃ。

Ｃｏ成分には、硬質粒子の素地に固溶してこれを強化す
る作用と耐熱性を向上させる作用があるが、その含有量
が２０％未満では上記作用に所望の効果が得られず、一
方、その含有量が３０％を越えて含有させても上記作用
は飽和するだけであり、不経済であることから、その含
有量を２０〜３０％に定めた。

（ｋ）　　５Ｉ Ｓ１成分には、炭化物を形成して硬質粒子の耐摩耗性を
向上させる作用があるが、その含有量が０．２％未満で
は上記作用に所望の効果が得られず、一方、その含有量
が２％を越えると、硬質粒子を脆弱化するだけであるこ
とから、その含有量を０．２〜２％に定めた。

Ｃ２硬質粒子の添加量 バルブシートに耐摩耗性を付与するためには、耐熱性を
有する素地耐摩耗性を有する硬質粒子を分散させる必要
があるがその添加量が１０％未満では上記作用に所望の
効果が得られず、一方、その添加量が２５％を越えると
、バルブシートの強度の低下およびバルブ攻撃性の増加
をもたらすことがらその添加量を１０〜２５％に定めた
。

Ｄ、Ｃｕ溶浸量 この発明のバルブシートは、上記ＦＱ基焼結合金基体の
空孔に銅を溶浸せしめ、封孔による素地の強化と熱伝導
性の向上により耐熱性を向上させることもできるが、そ
の溶浸量が５％未満では上記作用に所望の効果が得られ
ず、一方、その溶浸量が２０％を越えて溶浸させるため
にはＦｅ基焼結合金基体の気孔率を上げなければならず
、Ｆｅ基焼結合金基体の気孔率を上げると得られたバル
ブシートの強度が低下することから、Ｃｕ溶浸量は５〜
２０％に定めた。

Ｅ、Ｐｂ溶浸量 また、この発明のバルブシートは、上記Ｆｅ基焼結合金
基体の空孔に鉛を溶浸せしめ、封孔による素地の強化と
鉛のもつ自己潤滑性によりバルブ攻撃性を低下させるこ
ともできるが、その溶浸量が５％未満では上記作用に所
望の効果が得られず、一方、その溶浸量が２０％を越え
て溶浸させるためにはＦｅ基焼結合金基体の気孔率を上
げなければならず、Ｆｅ基焼結合金基体の気孔率を上げ
ると、得られたバルブシートの強度が低下することから
、Ｐｂ溶浸量は５〜２０％に定めた。

なお、この発明の耐摩耗性に優れたＦｅ基焼結合金製バ
ルブシートを製造するに際して、焼結は真空または還元
性ガス雰囲気中、温度＝１１００〜１２５０℃に１時間
保持の条件、Ｃｕ溶浸は、還元性ガス雰囲気中、温度：
１０９０−１１５０℃に２０分間保持の条件、Ｐｂ溶浸
は、中性ガス雰囲気中、温度＝５５０〜７００℃に１時
間保持の条件でそれぞれ実施し、さらに必要に応じて温
度＝５５０〜７５０℃に１時間保持の条件で熱処理を施
すのが望ましい。

〔実　施　例〕

つぎに、この発明を実施例に基づいて具体的に説明する
。

原料粉末として、いずれも粒度ニー　１００メツシユの
Ｆｅ−１％Ｃ「粉末、Ｆｅ−３％Ｃ「粉末、カーボニル
粉末、Ｃｏ粉末、Ｍｏ粉末および天然黒鉛粉末を用意し
、さらに第１表に示される成分組成を６する硬質粒子を
用意し、これら原料粉末および硬質粒子を第１表に示さ
れるように配合し、混合した後、６〜６．５ｔ／ｃｊの
圧力で圧粉体にプレス成型し、この圧粉体を５００℃に
３０分間保持の条件で脱油したのち、アンモニア分解ガ
ス中、温度ニア００〜９００℃、３０分保持の条件で仮
焼結を行って仮焼結体を作製し、この仮焼結体を冷間鍛
造して密度を’１．Ｏｇ／ｃｒＡ以上にまで向上せしめ
たのち、再び脱油し、ついでアンモニア分解ガス中、温
度＝１１００〜１２５０℃、１時間保持の条件で焼結を
行い、必要に応じて、硬さの調整、組織の安定化のため
にアンモニア分解ガス中、温度＝５５０〜７５０℃、６
０分保持の熱処理を行い、外径：　３４ａｍ、内径：２
７龍、高さニア、２ｍｍの寸法をもった本発明Ｆｅ基焼
結合金製バルブシート以下、本発明バルブシートという
）１〜１５および比較Ｆｅ基焼結合金製バルブシート（
以下、比較バルブシートという）１〜１１を製造した。

また、本発明バルブシート３と同一寸法および同一成分
組成を有するが気孔率の異なったバルブシートを製造し
、これにメタン変成ガス雰囲気中、温度：　１１１０℃
、２０分間保持の条件でＣｕ溶浸を行い、さらに大気中
、温度＝６２０℃、１時間保持の条件で焼戻しを行い、
本発明Ｃｕ溶浸Ｆｅ基焼結合金製バルブシート（以下、
本発明Ｃｕ溶浸バルブシートという）　１８〜１８およ
び比較Ｃｕ溶浸Ｆｅ基焼結合金製バルブシート（以下、
比較Ｃｕ溶浸バルブシートという）１２を製造した。

さらに、本発明バルブシート３と同一寸法および同一成
分組成を有するが気孔率の異なったバルブシートに、窒
素ガス雰囲気中、温度：６５０℃、１時間保持の条件で
Ｐｂ溶浸を行い、本発明Ｐｂ溶浸Ｆｅ基焼結合金製バル
ブシート（以下、本発明Ｐｂ溶浸バルブシートという）
　１９〜２０および比較Ｐｂ溶浸Ｆｅ基焼結合金製バル
ブシート（以下、比較Ｐｂ溶浸バルブシートという）１
３を製造した。なお、比較バルブシート、比較Ｃｕ溶浸
バルブシートおよび比較Ｐｂ溶浸バルブシートは、いず
れも構成要件のうちいずれかがこの発明の条件から外れ
た値を持つものである（第１表において、この発明の条
件から外れた値を持つものに棗印を付した）。

このようにして得られた各種バルブシートについて、下
記の条件で耐摩耗試験を行い、上記各種バルブシートの
最大摩耗深さを測定して耐摩耗性を評価し、さらにバル
ブの最大摩耗深さを測定してバルブ攻撃性を評価し、こ
れらの結果を第１表に示した。

耐摩耗試験条件 バルブ材質：５ＵＨ−３８、 バルブ加熱温度：９００℃、 バルブ着座回数ｓ　ａｏｏｏ回／ｍ１ｎ、、雰　囲　気
　：０．４ｋｇ／ｃ−のプロパンガスと流量１．８Ｎ　
／ｓ１ｎ、の酸素ガスによる燃焼ガス、バルブシート加
熱温度（水冷）：２５０〜３００℃、着座荷重：　’ａ
ｏｋｇ。

試験時間＝１００時間。

〔発明の効果〕

第１表に示される結果から、本発明バルブシート１〜１
５、本発明Ｃｕ溶浸バルブシート１Ｂ〜１８および本発
明Ｐｂ溶浸バルブシート１９〜２０は、バルブシートの
摩耗が少なく、またバルブ攻撃性も低い値を示している
に対し、比較バルブシート１〜１１、比較Ｃｕ溶浸バル
ブシート１２および比較Ｐｂ溶浸バルブシート■３に見
られるように、この発明の条件から外れると上記特性の
うちいずれかの特性が劣ることが明らかであり、また従
来バルブシートの摩耗量も著しく大きいことがわかる。

上述のように、この発明のＦｅ基焼結合金製バルブシー
トは、優れた耐摩耗性と低いバルブ攻撃性を有しており
、高出力内燃機関のバルブシートとして長期にわたって
著しく優れた性能を発揮する。

なお、上記実施例では、この発明の耐摩耗性に優れたＦ
ｅ基焼結合金製バルブシートを製造する方法として仮焼
結したのち冷間鍛造して得られた冷間鍛造材を焼結する
製造法を採用しているが、製造法としては上記実施例記
載の方法に限定されるものではなく、１次焼結したのち
熱間鍛造して得られた熱間鍛造材を２次焼結する製造法
、圧粉体を焼結する通常の製造法なども採用することが
できる。

出願入量　三菱金属株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｒ：０．５〜３％、Ｍｏ：０．５〜３％、Ｎｉ
   ：０．５〜３％、Ｃｏ：２〜８％、 Ｃ：０．６〜１．５％、 を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成
   並びにパーライト相およびベーナイト相を主体とした組
   織からなるＦｅ基合金素地に、Ｃｒ：２５〜４５％、Ｗ
   ：２０〜３０％、 Ｃｏ：２０〜３０％、Ｃ：１〜３％、 Ｓｉ：０．５〜２％、Ｎｂ：０．２〜２％、を含有し、
   残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有する硬
   質粒子が１０〜２５％（以上重量％）分散した組織を有
   するＦｅ基焼結合金基体からなることを特徴とする耐摩
   耗性に優れたＦｅ基焼結合金製バルブシート。
2. （２）請求項１記載のＦｅ基焼結合金基体に、５〜２０
   重量％のＣｕを溶浸してなる銅含浸Ｆｅ基焼結合金から
   構成してなることを特徴とする耐摩耗性に優れたＦｅ基
   焼結合金製バルブシート。
3. （３）請求項１記載のＦｅ基焼結合金基体に、５〜２０
   重量％のＰｂを溶浸してなる鉛含浸Ｆｅ基焼結合金から
   構成してなることを特徴とする耐摩耗性に優れたＦｅ基
   焼結合金製バルブシート。