JPH03260308A - バルブシート用焼結合金 - 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］ 本発明は自動車内燃機関のバルブシート用焼結合金に関
する。

［従来の技術］ 最近、自動車エンジンにおいて、高出力、高回転化、排
出ガス浄化対策、あるいは燃費向上対策に対する改善要
求か一段と高まっている。このため、自動車エンジンに
おけるエンジンバルブ、バルブシートに対しては、従来
にも増して厳しい使用環境条件に耐えることが不可避と
なってきている。

かかる厳しい使用環境に対応するたぬ、耐摩耗性に優れ
高温における硬さと高温腐食に対する抵抗の高いＣｏ基
またはＮｉ基の盛金合金を弁フエース部に溶着するハー
ドフェーシングが採用されてきた。しかし、このハード
フェーシングは高価な盛金を使用するため、高価であり
、そのためコトスダウンの要請からフェース部の盛金を
廃止したインテークバルブが使われることも多くなって
きた。

また、従来のバルブシート材料としては、ＦｅＣ−Ｃｏ
　　Ｎ　ｊ基材料、Ｆｅ−Ｃ基材料に耐摩耗性の向上を
狙ってフェロモリブデン（Ｆｅ−Ｍｏ）、フェロクロム
（Ｆｅ−Ｃｒ）等の金属間化合物またはＰｅ−Ｃ−Ｃｒ
−Ｍｏ−Ｖ合金等を添加したものが使用されている（特
開昭５６−１５４１１０号公報）。

また、特開昭６４−１５３４９号公報には、Ｎ１−Ｃｏ
−Ｃ系鉄合金からなる基地組織中にＣｒＭｏ−Ｃｏ基、
Ｃｒ−Ｗ−Ｃｏ基、Ｆｅ−Ｍｏ系の硬質粒子を分散させ
たバルブシート用鉄基焼結合金が開示されており、この
合金は耐摩耗性に優れ、自動車用エンジンの高出力化、
高回転化による熱的および機械的負ζ工に対応し得るも
のである。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、メタノール燃料使用エンジンにおいては、ガ
ソリンエンジンと同様のノくルブとノくルブシートを使
用した場合、バルブの摩耗量が大きくなるという問題点
が発生ずる。このようにバルブの摩耗量が大きくなると
いう１つの原因は、メタノール燃料という腐食され易い
雰囲気中において、バルブシートが相手バルブに対して
攻撃性が高いことであり、このバルブシートの相手攻撃
性はノくルブシートに含まれる合金粒子によるところが
大きいと考えられている。

本発明はメタノールエンジンにおけるバルブの摩耗量に
関する前記のごとき問題点に鑑みてなされたものであっ
て、バルブシートに含まれる合金粒子の相手バルブに対
する攻撃性を低減して、メタノール燃料を使用したエン
ジンにおいても相手バルブの摩耗量の少ない、バルブシ
ート用焼結合金を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明のバルブシート用焼結合金は、その第１発明とし
て重量比でＣ，０，２５〜０．５５％、Ｎｉ：８〜１１
％、Ｃｏ　；　８〜Ｉｆ％を含有し、残部がＦｅと不純
物元素からなる基地組織中に、重量比でＣｒ；５−２０
％、Ｓｉ：ｌ−５％、Ｍｏ；２５〜３５％、Ｎｉおよび
／またはＦｅ；］−３％、Ｃ：０゜０３〜０，０８％を
含有し、残部がＣｏからなる第１の硬質粒子を重量比で
３〜２０％と、ＦｅＷからなる第２の硬質粒子を重量比
で０．５〜１％を均一に分散させた焼結合金に、Ｐｂを
重量比で５〜２５％溶浸させたことを要旨とする。

また、第２発明は重量比でＣ，０，２５〜０．５５％、
Ｎｉ；８〜１１％、Ｃｏ；８〜１１％を含有し、残部が
Ｆｅと不純物元素からなる基地組織中に、重量比でＣｒ
；５〜２０％、Ｓｉ；１〜５％、ＭＯ；２５〜３５％、
Ｃｏおよび／またはＦｅ；１〜３％、Ｃ，０，０３〜０
．０８％を含有し、残部がＮｉからなる第１の硬質粒子
を重量比で３〜２０％と、ＦｅＷからなる第２の硬質粒
子を重量比で０．５〜１％を均一に分散させた焼結合金
に、Ｐｂを重量比で５〜２５％溶浸させたことを要旨と
する。

［作用コ 以下、本発明の作用について説明する。なお、以下の説
明において、合金元素の含有量は総て重量比率（％）に
て説明する。

まず、本発明のバルブシート用焼結合金に使用する硬質
粒子を構成する各成分の範囲限定理由について説明する
。

ＯｒおよびＭｏは、硬質粒子のベースとなるＣＯまたは
Ｎｉと化合して耐熱性、耐食性を向上させる。また、一
部はＣと化合１．て硬質炭化物を形成して、硬質粒子の
硬さを増している。

Ｃｒの含有量が５％未満では耐熱性の向上が充分でなく
、２０％を越えても効果は殆ど変わらず、却って硬質粒
子が硬くなり過ぎて相手攻撃性が増すので、Ｃｒ含有量
は５〜２０％に限定した。

ＭｏもＣｒと同様に含有量が２５％未満では耐熱性が不
充分であり、３５％を越えると硬質粒子が硬くなり過ぎ
て相手攻撃性を増すので、Ｍｏ含有量は２５〜３５％に
限定した。

ＳｉはＦｅまたはＣと結合して硬質粒子の硬さを増すた
めに添加される。Ｓｉ含有量が１％未満では前記効果が
得られず、Ｓｉ含有量が３％を越えると、硬質粒子が硬
くなり過ぎて相手攻撃性を増すので、Ｓｉ含有量は１〜
３％に限定した。

ＣはＯｒ、　Ｍｏ、　ＦｅまたはＳｉと化合して硬質粒
子の硬さを増すために必要な元素である。０３０３％未
満では前記効果が不充分であり、０．０８％を越えると
硬質粒子が硬くなり過ぎてしまうので、Ｃ含有量を０．
０３〜０．０８％に限定した。

ＣｏおよびＮｉは両方共に、耐熱性および耐食性に富む
材料であり、硬質粒子の耐熱性および耐食性の改善に寄
与している。また、ＣｏおよびＮｉは一部が基地に拡散
して硬質粒子と基地との接合性を向上させ、硬質粒子の
脱落を防止する効果がある。硬質粒子のベースとして使
用されないときは、互いに相手の耐熱性および耐食性を
向上させる添加物となる一方、Ｆｅと化合して硬質粒子
を硬くしている。添加量が１％未満では耐熱性および耐
食性の向上が充分でなく、３％を越えると硬質粒子が硬
くなり過ぎて相手攻撃性を増すので、Ｃ。

またはＮｉの添加量は１〜３％に限定した。

以上の成分から形成される第１の硬質粒子はＨｖｌ　Ｏ
００未満で相手攻撃性が低いことが特徴である。第１の
硬質粒子が３％未満では、焼結金属の耐摩耗性の効果が
なく、２０％を越えると成形性、圧縮性、被削性が低下
するとともに、相手材への攻撃性が大きくなるので、第
１の硬質粒子の含有量は３〜２０％に限定した。

第２の硬質粒子であるＦｅＷは焼結金属の耐摩耗性を確
保するために必要である。０．５％未満では焼結金属の
耐摩耗性への効果がなく、１％を越えると相手攻撃性が
大きくなるので、含有量を０．５〜１％に限定した。

いずれの硬質粒子も粒子径は２０〜２００μ鴫とするこ
とが好ましい。粒子径が２０μｍ未満であると、耐摩耗
性が低下し、２００μｍを越えると成形性、圧縮性が低
下し耐摩耗性が劣化するからである。

次に、本発明のバルブシート用焼結合金の基地組織を形
成するたｔに使用する基地組織用原料粉末の成分の範囲
限定理由について説明する。

Ｃは基地のＦｅと固溶して焼結金属の強度と硬さを向上
させ、また前記硬質粒子中のＣｒおよびＭｏと化合して
硬質炭化物を形成し、硬質粒子の硬さをさらに向上させ
る効果がある。Ｃ含有量が０．２５％未満では基地強化
の効果がなく、０．５５％を越えると基地が脆くなるの
で、Ｃ含有量は０．２５〜０，５５％に限定した。

ＮｉとＣｏはＦｅ基地に固溶して、基地を強化し、耐食
性、耐熱性を向上させるのに役立つ。８％未満の含有量
では耐食性、耐熱性の効果がなく、１１％を肥えると基
地が軟化して、耐摩耗性が低下するので、８〜１１％に
組成範囲を限定した。

本発明において溶浸金属であるＰｂは、バルブとバルブ
シートの接触部に介在してＰｂ酸化物層を形成しい潤滑
剤として作用し、バルブおよびバルブシートの耐摩耗性
を向上させる。Ｐｂの溶浸が５％未満では前記効果が得
られず、２０％を越えると焼結金属のスケルトンが弱化
して摩耗量が増大するので、Ｐｂ溶浸ｍは５〜２０％に
限定した。

［実施例］ 本発明の実施例を比較例とともに説明し、本発明の効果
を明らかにする。

第１表に示す組成からなる基＠組織用合金粉末に、第１
表Ｉこ示す組成からなる第１の硬質粒子および第２の硬
質粒子の粉末を、第１表に示す割合で謂合し、これに潤
滑剤としてステアリン酸襲鉛０．８％を混合した後、こ
の混合粉末を金型内に充填して、成形圧７ｔ／ａｍ’で
成形してバルブシート粗形状の粉末成形体を得た。

なお、基地組織用合金粉末には、黒鉛粉末（−３５０ｆ
ｉ　ッシュ）、Ｎｉ粉末（１０μｍ以下）、Ｃｏ粉末（
ｌＯμ−以下）および還元鉄粉（−Ｉ　ＯＯメツシュ）
を用い、第１ｆ）ｌｉｉ！ｉ質粒子用の合金粉末には合
金アトマイズ粉末（−１００メツシユ）を用いた。

また、第１表において、実施例１〜３は第１の硬質粒子
の残部がＣｏである第１発明であり、実施例４は第１の
硬質粒子の残部がＮｉである第２発明である。比較例は
第１の硬質粒子を含有せず代わりにＦｅＭｏ粒子を含有
するものである。

（以　　下　　余　　白　　） この粉末成彩体をアンモニア分解ガス雰囲気中で１１５
０℃の温度にて、６０分間焼結して焼結体を得た。次に
この焼結体をＰｂ塊と接触させて、再度アンモニア分解
ガス雰囲気中で１０５０℃の温度にて３０分間加熱して
焼結体中にＰｂを溶浸した。

得られた焼結体を排気バルブシート状に加工して排気１
１１５００ｃｃ、４気筒のメタノール燃料使用のオツト
ーサイクルエンジンに装着し、全負荷で３００時間の台
上耐久試験を実施しバルブフェース摩耗量、バルブシー
ト当たり幅増加量およびバルブ沈み量を測定した。なお
、相手バルブには耐熱鋼にＣＯ基の盛会を施したものを
使用した。

得られた結果は第２表に示した。

（以　　下　　余　　白　　） ｒ 第 表 第２表の結果から明らかなように、実施例１〜４のバル
ブフェース摩耗量は７〜９μ−で、比較例の５０μ調に
比べてかなり小さな値を示し、本発明の焼結合金はバル
ブシートの相手攻撃性が小さくなり、腐食に対する条件
の厳しいメタノールエンジンにおいても充分に使用に耐
えることが確認された。また、バルブシート当たり幅は
、本発明の実施例１〜４は、比較例とともに０６２〜０
６４１と少なく、本発明の焼結合金はメタノール燃料を
使用したエンジンにも充分使用できることが明らかにな
った。バルブ沈み量については、本発明の実施例１〜４
は０．０２〜０．０４ｍ＋ｉで比較例の０．１２ｍａ＋
に比べてかなり小さな値を示し、本発明の焼結合金はメ
タノール燃料使用時でも、優れた耐摩耗性と低い相手攻
撃性を有していることが確認された。

［発明の効果コ 本発明のバルブシート用焼結合金は以上説明したように
、Ｃ５ＮｉおよびＣＯを含有する鉄基地組織中に、Ｃｒ
、　Ｓ　ｉ、　ＭｏおよびＦｅを含有し残部がＣｏまた
はＮｉからなる第１の硬質粒子と、ＦｅＷからなる第２
の硬質粒子を均一に分散させた焼結合金に、Ｐｂを溶浸
させたことを特徴とするものであって、硬さの低い第１
の硬質粒子を鉄基地組織中に分散させ、さらに耐摩耗性
の優れた第２の硬質粒子を分散させることにより、メタ
ノール燃料使用時でも相手材であるバルブに対する攻撃
性が低く、バルブシートとしても耐摩耗性が確保され、
メタノールエンジンのバルブシート用材料として極めて
有用である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量比でＣ；０．２５〜０．５５％、Ｎｉ；８〜
   １１％、Ｃｏ；８〜１１％を含有し、残部がＦｅと不純
   物元素からなる基地組織中に、重量比でＣｒ；５〜２０
   ％、Ｓｉ；１〜５％、Ｍｏ；２５〜３５％、Ｎｉおよび
   ／またはＦｅ；１〜３％、Ｃ；０．０３〜０．０８％を
   含有し、残部がＣｏからなる第１の硬質粒子を重量比で
   ３〜２０％と、ＦｅＷからなる第２の硬質粒子を重量比
   で０．５〜１％を均一に分散させた焼結合金に、Ｐｂを
   重量比で５〜２５％溶浸させたことを特徴とするバルブ
   シート用焼結合金。
2. （２）重量比でＣ；０．２５〜０．５５％、Ｎｉ；８〜
   １１％、Ｃｏ；８〜１１％を含有し、残部がＦｅと不純
   物元素からなる基地組織中に、重量比でＣｒ；５〜２０
   ％、Ｓｉ；１〜５％、Ｍｏ；２５〜３５％、Ｃｏおよび
   ／またはＦｅ；１〜３％、Ｃ；０．０３〜０．０８％を
   含有し、残部がＮｉからなる第１の硬質粒子を重量比で
   ３〜２０％と、ＦｅＷからなる第２の硬質粒子を重量比
   で０．５〜１％を均一に分散させた焼結合金に、Ｐｂを
   重量比で５〜２５％溶浸させたことを特徴とするバルブ
   シート用焼結合金。