JPH04128347A - 内燃機関の動弁機構用焼結合金 - 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〕 この発明は、内燃機関の動弁機構を構成する部材のうち
、カムと摺接する部材で高温の耐摩耗性を必要とするロ
ッカーアーム、バルブリフタなどに好適な鉄系焼結合金
に関するものである。

［従来の技術］ 従来の熱処理された鋼材や合金鋳鉄材、または硬質クロ
ム鍍金や自溶性合金を溶射した部材に代わって、耐摩耗
性及び価格に勝る各種の動弁機構用焼結合金が提案され
ている。

特開昭６３−７３５０号公報記載の焼結合金はその一つ
で、組成（重量％）が０１〜４％、Ｃｒ５〜３０％、Ｍ
Ｏ１〜５％、Ｎｉ５．５〜１０％、Ｓ　ｎ　０．２〜５
％、Ｗ及びＶの少なくとも１種０．１〜４％、Ｐ及びＢ
の少な（とも１種０．０５〜５％、Ｆｅ及び不可避不純
物が残部で、熱処理して用いられる焼結合金であり、こ
の合金は特にＮｉとＳｎの添加量を適切に選択して、耐
摩耗性を向上したものである。

しかし、前記焼結合金を製造する場合、焼結時間を通常
より長くする必要があった。

それは、前記組成の合金粉末を用いて圧縮成形するので
は合金粉末が硬すぎるので、Ｃは黒鉛粉の形で、Ｓｎは
錫粉の形で、ＰまたはＢは鉄燐粉及びフェロボロン粉の
形で添加し、残りの成分をそれぞれの合金鉄粉にするか
、または合金鉄粉をＣｒ−ＭＯ−Ｗ−Ｖ系合金鉄粉とし
、Ｎｉをニッケル粉の形で添加する方法が考えられるが
、前者の合金鉄粉ではＮｉが６〜１２重量％と多量なた
め粉末の圧縮性が８（、高い密度を得ることが困難であ
る。そこで、−船釣には後者のようにＮｉの一部または
全部をニッケル粉の形で添加する方法によれば圧縮性は
解決できる。しかし後者の場合、短い焼結時間ではニッ
ケルの拡散が不十分となり、熱処理した材料は、硬さが
所望するより低く、耐摩耗性も悪いという結果を招く。

よって後者においては拡散するに十分な焼結時間が必要
になるわけである。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、原料粉末の圧縮成形性がよく、短時間で焼結
可能で、しかも従来材に勝る耐摩耗性を持つ焼結合金を
提供し、上記従来技術の欠点を解決しようとするもので
ある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記課題を解決するために、Ｃ：１．５〜４重
量％、Ｍｎ：１．５〜４重量％、Ｃｒ：８〜２８重量％
、Ｎｉ：２重量％以下、Ｖ：０．３〜３重量％、Ｓｎ：
５重量％以下、Ｍｏ及びＷの少なくとも１種二〇、７〜
７重量％、１重量％以下のＰ及び２重量％以下のＢの少
なくとも１種：０．１〜２重量％、Ｆｅ及び不可避不純
物、残部からなり、マルテンサイト鉄基地中に粒状の金
属炭化物が分散した組織であることを特徴とする内燃機
関の動弁機構用焼結合金を提供するものである。

〔作用） 本発明は前記従来技術に比し、Ｎｉ含有量を大幅に減少
させると共にＭｎを多量に含有させることにより目的を
達成し得たものである。

本発明に係る焼結合金は、基調としてマルテンサイトの
マトリックスに金属炭化物の硬質粒子を分散させること
により、材料自身の耐摩耗性を高め、同時に金属炭化物
の種類、量及び相互の組合せの適切な選択によって相手
カム材の摩耗減少にも寄与している。

次に、各成分の作用について説明する。

Ｃｒ：マトリックスを強化すると共に、硬質な炭化物を
形成し、焼入れ性を向上し、耐摩耗性を向上させるもの
で、合金鉄粉の形で添加することができる。

含有量は、焼結合金で８〜２８重量％の範囲で安定して
摩耗が少な（，８重量％より少なくても２８重量％より
多（でも摩耗が大きい。

Ｖ、Ｍｏ及びＷ：これらの元素は、Ｃｒと同様にマトリ
ックスを強化すると共に、Ｃと反応して硬質な炭化物を
形成して耐摩耗性を向上させる。

また、焼入れ効果を大きくする作用がある。

■は炭化物が比較的硬質で、Ｃｒ、Ｍｏ及びＷと共存し
た時、０．３重量％以上の点で耐摩耗性に効果がある。

３重量％を越えて添加すると材料が脆（なり、相手材を
摩耗させ易くする。

ＭｏとＷは、同様の性質を示すが、Ｍｏの方が効果か大
きい。炭化物生成元素のＣｒ、Ｖと共存した時少なくと
も一方が０．７重量％以上で効果がある。一方、７重量
％を越える添加は相手材を摩耗させ易くする。

これらの元素は前記Ｃｒと共に合金鉄粉の形で添加する
ことができる。

Ｎｉ；鉄に拡散してマトリックスを強化すると共に相手
材とのなじみ性を良くする作用をする元素であるが、前
記の合金鉄粉中に２．５重量％を越えて添加すると粉末
が硬くて圧縮性が悪くなる。

一方、ニッケル粉の形で添加すると、拡散させるのに長
時間の焼結を必要とする。このことから上記合金鉄粉に
２．５重量％以下添加すればよく、これは焼結合金に換
算すると、２重量％に相当する。

Ｍｎ：］二リフンガン粉の形で添加することができる。

他の元素に比べて焼入れ効果能を向上させる作用が大き
い。

炭化物生成能があり硬さの向上に寄与するが、Ｖ、Ｍｏ
、Ｗのようにあまり大きな親和力を持たないため、マト
リックスの強化と相手材とのなじみ性をよくする作用が
大きい。靭性及び耐破壊荷重を向上させ、Ｎｉの作用に
類似している。

耐摩耗性の向上には１．５重量％以上の添加が必要であ
るが、４重量％を越えて添加すると焼結中の酸化の問題
があり、強度が低下して耐摩耗性が低下する。

Ｓｎ：錫粉の形で添加することができる。溶融してマト
リックス中に拡散固溶し、焼結を促進すると共に基地を
強化する作用があるが、５重量％より多く添加すると、
気孔及び炭化物粒子を粗大化させ、強度を低下させて耐
摩耗性が悪くなる。

Ｐ及びＢ：鉄燐または鉄ボロン合金粉の形で添加するこ
とができる。

焼結を促進し、焼結合金の密度を高くする作用がある。

いずれか１種でもよく、双方を添加してもよい。添加量
は０．１重量％以上で所望する効果が得られるが、Ｐの
場合１重量％、Ｂの場合２重量％、両方の場合２重量％
を越えて添加すると液相が過剰になり、焼結時の寸法変
化が大きくなり、材料が脆くなる。

Ｃ：鉄及び前述の炭化物生成元素と反応する。

黒鉛粉の形で添加することができ、十分な炭化物を生成
するには１．５〜４重量％必要で、４重量％を越える添
加は脆性をきたす。

［実施例］ まず、黒鉛粉、錫粉、フェロマンガン粉、フェロボロン
粉、鉄燐粉、Ｃｒ　−■−Ｍ　ｏ　−Ｗ　−Ｎ　ｉ合金
鉄粉及びステアリン酸亜鉛粉を準備し、第１表に示す組
成になるように配合した。

次いで、これらの混合粉を、パッド形状に圧縮成形し、
下記の条件で焼結及び熱処理を施して試料を作製した。

焼結雰囲気：真空（１ｘ　１０＝ｍｍＨｇ）焼結温度：
１１３０℃ 焼結時間：３０分 焼入れ条件：９００℃から油中急冷 焼戻し条件＝１８０℃ なお、試料番号３４．３５は従来材であり、Ｎｉはニッ
ケル粉の形で添加しである。また、焼結時間は試料番号
３４が６０分間、試料番号３５は３０分間、他は実施例
と同様である。

各試料はロッカーアーム本体に接合して水冷直列４気筒
エンジンに組み込み、モータでカム軸を回転する台上試
験によりパッドとカムの総合摩耗量を調べた。相手カム
はカムトップ面をチル化した低合金鋳鉄製で、潤滑油は
２．５体積％の水を添加したＳ　Ａ　Ｅ　＃　３０相当
のエンジン油を用い、回転数６５０ｒｐｍで５０時間連
続運転した。

第１表に測定結果を示す。

摩耗量の評価は、従来材の評価基準４０μｍよりも２５
％低い３０μｍとした。

試料１〜７はＣｒ添加量の効果を表わしており、８〜２
８重量％Ｃｒの場合に摩耗が少ない。

試料８〜１２はＶ、Ｍｏ、Ｗの効果を表わしており、７
０．３〜３重量％でＭＯ及びＷが０．７〜７重量％のと
き良好な結果を示している。添加量が多すぎると相手カ
ムを攻撃している。

試料１３〜１４はＮｉについてであり、合金鉄粉に２，
５重量％を越えてＮｉを添加すると粉末の圧縮性が悪化
した。

試料１５〜１８はＭｎの効果であるが、１．５〜４重量
％の時良い結果を示している。多量の添加はかえって強
度が低（なりパッドの摩耗が増加してしまう。

試料１９〜２６はＰとＢの効果を示している。

添加量０．１重量％で効果が認められ、０．５〜１重量
％で最も良好である。Ｐは１重量％を、Ｂは２重量％を
越えると脆化する傾向があり、摩耗が大きくなる。

試料２７〜３０はＳｎの効果である。添加量の増加と共
に摩耗は減少し３重量％の時最小値で、それ以上では再
び摩耗が増加し、５重量％を越えると添加は不適切であ
る。

試料３１〜３３はＣの効果である。１．５〜４重量％Ｃ
で摩耗量が低い水準を保っている。

試料３４は、従来材の６０分間焼結したもので耐摩耗性
が良好であるが、３０分間焼結した試料３５は摩社量が
大きいことがわかる。

［発明の効果］ 本発明の動弁機構用焼結合金は、原料粉末の成形性が良
好であり、短時間の焼成で従来材より優れた耐摩耗性を
示し、合金の製造においてはコストが低減され、使用に
おいてはエンジン品質を向上することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　Ｃ：１．５〜４重量％ Ｍｎ：１．５〜４重量％ Ｃｒ：８〜２８重量％ Ｎｉ：２重量％以下 Ｖ：０．３〜３重量％ Ｓｎ：５重量％以下 Ｍｏ及びＷの少なくとも１種 ：０．７〜７重量％ １重量％以下のＰ及び２重量％以下のＢの少なくとも１
   種 ：０．１〜２重量％ Ｆｅ及び不可避不純物：残部 からなり、マルテンサイト鉄基地中に粒状の金属炭化物
   が分散した組織であることを特徴とする内燃機関の動弁
   機構用焼結合金。