JPH04159405A

JPH04159405A - 内燃機関用弁座材、及びその製造方法

Info

Publication number: JPH04159405A
Application number: JP28021890A
Authority: JP
Inventors: Keitaro Suzuki; 啓太郎鈴木; Hiroshi Ikenoue; 池ノ上　寛; Tokumasa Aoki; 青木　徳眞; Akira Fujiki; 章藤木; Ichiro Tanimoto; 一郎谷本; Katsuhiro Kishi; 岸　克宏
Original assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; Resonac Corp
Priority date: 1990-10-18
Filing date: 1990-10-18
Publication date: 1992-06-02
Anticipated expiration: 2013-01-28
Also published as: JP2706561B2

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、特に高温耐摩耗性に優れその長寿命化を図
るのに好適な内燃機関用弁座材、及びその製造方法に関
する。

〈従来の技術〉従来より、ガソリン代替燃料として利用されるＬＰＧ燃
料を利用した内燃機関は、主にタクシ−に利用されてお
り、１０当たりの走行距離が約３５０Ｋｍと一般乗用車
に比べて多いため、特に排気側弁座は疲労破壊的１ｖ耗
が激しい。

また、このようなＬＰＧ内燃機関は特有のアブレッシブ
摩耗（機械的破壊摩耗）が生し易く、弁座摩耗が増大さ
れるという問題を有している。

このため、本出願人らは−１−記のような問題を解決す
べく、Ｃｏ−Ｎｉ　−Ｍｏ−Ｃ系鉄基地中にＣＯ系合金
硬質相を分散させた焼結合金の空孔内に、鉛を溶浸させ
たオイ料を先に開発した（特開昭６２−１０２４４号公
報参照）。

〈発明が解決しようとする課題〉しかしながら、内燃機関の高性能化の要請に伴って、近
年さらにＬＰＧ内燃機関の長寿命化が要求されており、
その弁座ヰ」も−層の高温耐摩耗性が必要とされてきて
いる。

この発明は、」１記のような事情に鑑みてなされたもの
であり、特に高温耐摩耗性に優れその長寿命化を図るの
に好適な内燃機関用弁座（イ、およびその製造方法を提
供することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉この発明は、」−記のような目的を達成するために、全
体組成が重量比でＣ０１３〜１．５９６．Ｓｉ０．１〜
０．８％、Ｃｒ１．４〜４％、ＮｉＱ。

１〜２％、Ｍｏ２．７〜１３％、Ｗ０．２〜９゜５％、
Ｃｏ１１〜２０％、Ｖ０．１〜２．６％及び残りＦｅで
、かつ組織は金属炭化物が分散している高速度工具鋼粉
２０〜５０％と、金属間化合物が分散しているコバルト合金硬質相１０〜
２０％と、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｃを含む鉄合金相及び上記コバルト
合金硬質相が他の相に拡散した中間相残りと、が斑状に混り合っていることを特徴とし、また空孔内に
Ｐｂが充填されていることを特徴とする。

また、この発明は全体組成が重量比てＣ０１３〜１．５
％、Ｓｉｎ、１〜０．８％、Ｃｒ１．４〜４％、　Ｎ　
ｉ　０．１〜２９６．　Ｍｏ　２．　７〜１３％。

ＷＯ０２〜９．　５９６．　Ｃｏ　１１〜２０％、Ｖｏ
。

１〜２．６％及び残りＦｅで、硬さが異なる相が斑状に
分布した組織の焼結材料を粉末成形及び焼結により製造
する方法において、黒鉛粉末０．　２〜０．７％と、Ｓｉ１．５〜２．５％、Ｃｒ７〜９％、Ｍｏ２６〜３０
％及び残部Ｃｏのコバルト合金粉末１０〜２０％と、下記のイ〜ニに包含される高速度工具鋼粉のうち少なく
とも１種２０〜５０％と、イ、Ｃ０．７〜０．８９ｇ、Ｃｒ３．８−４．５％、Ｗ
１７〜１９９６．Ｖ０．８〜１．２％。

及びＦｅ残り、０．　　Ｃ０，７〜１．　６２６．　　Ｃｒ　３．　８
〜４．　５％、Ｗｌ１．５〜１９％、Ｖ０．８〜５゜２
％、　Ｃｏ４．　２〜ｌ’１％及びＦｅ残り、ハ、　　
ｃ０．　８〜１．４％、　Ｃｒ　３．　５〜４．　５％
、Ｍｏ４．５〜９．２％、Ｗ１．５〜６゜７９６、Ｖ１
．６〜４．５％及びＦｅ残り、二、　　Ｃ０，８〜１．
４９ｇ、　　Ｃｒ３．　５〜４．　５％、Ｍｏ３〜１２
９６．Ｗ１．２〜１１％。

Ｖ０．９〜３，７％、Ｃｏ４．５〜１１％及びＦｅ残り
、Ｎｉ０．５〜３９６．Ｍｏｂ、５〜３％、Ｃｏ５゜５〜
７．５％及び残部Ｆｅの合金鉄粉とて、合計１００％と
なる混合粉を用いることを特徴とする。

（鉄合金基地相）まず、上記組成の基地用は、特公昭５５−３６２４２号
公報記載の合金と同様であるが、異なる点は靭性を高く
することを考慮して炭素量を少なめに構成しである。

基地相のＮｉおよびＭｏは、主に強度向上に寄与し、Ｃ
Ｏは高温硬さを向」二する成分である。

また、炭素は特公昭５５−３６２４２号公報記載の合金
の場合には合金粉に添加しているが、この発明に係る合
金においては、粉末圧縮性を良くするために黒鉛粉の形
で添加し焼結中に合金化させる。なお、基地相の硬さは
ＭＨＶ３００〜３８０程度である。

（高速度工具鋼相）高速度工具鋼の粒子は、疲労破壊的摩耗の防Ｗに効果が
あり、２２％以１−で効果を奏するが、５０％を越える
とアブレッシブ摩耗を助長させて耐摩耗性が低下すると
同時に相手部祠を摩耗させることとなる。

高速度工具鋼種には、日本Ｔ業規格で規定されているよ
うに、Ｍｏ系とＷ系があるがいずれも耐摩耗性に効果を
示す。

また、この高速度工具鋼相は粒状の金属炭化物が分散し
た組織を示しており、その硬さは基地Ｉ１１よりやや硬
＜ＭＨＶ３６０〜５２０稈度である。

なお、Ｓｉ、Ｎｉが不純物として含まれることがある。

（コバルト合金硬質相）硬質粒子は、特開昭６２−１０２４．４号公報記載の合
金であるか、開示されている金属間化合物のうちＭＯ３
３〜３６％、Ｓｉ４〜１２％のコバルト合金が適してい
る。

特に、ＬＰＧ燃Ｉ）エンジンは弁と弁座の介面がドライ
のため、祠料同士が接触して起こるアブレッシブ摩耗を
起こし易いが、このＣｏ系合金硬質粒子はその低下に有
効である。

また、基地組織はＩユ記金属間化合物が分散した組織を
しており、その硬さはＭＨＶ８００〜９７゛０程度であ
る。

また、この金属間化合物が分散した硬質相は、隣り合う
鉄合金基地相または高速度工具鋼柑に一部拡散して、組
成および硬さなどの性質が傾斜した中間相を形成してい
る。

このように構成すると硬材料強度が高くなり、耐摩耗性
を向にさせることができる。

Ｃｏ系合金硬質粒子の添加量は、５％以上で耐摩耗性が
安定し、１０〜２０％が好ましいが、２５％を越える添
加量は費用の割りに効果が伴わない。

（鉛）上記したこの発明に係る焼結合金の空孔中に鉛を含浸さ
せた材料は、使用する環境温度が鉛の融点より低い温度
で固体潤滑作用があり、耐摩耗性が向−１ユする。

〈作用〉この発明によれば、Ｃｏ−Ｎ　ｉ　−Ｍｏ−Ｃを含む鉄
基地中に、金属間化合物が分散したＣｏ系合金硬質粒子
と、金属炭化物が分散した高速度工具鋼粒子とを分散さ
せるとともに、Ｃｏ系合金硬質粒子の一部を他の粒子に
拡散させた中間相を設けるように構成されているので、
特に高温耐摩耗性に優れ、その長寿命化を図ることとな
り、内燃機関用弁座ＩＦＡとして好適である。

〈実施例〉以下、実施例により本発明を説明する。

実施例−１組成が６．　５９６’Ｃｏ−１，５％Ｎｉ−１，５％Ｍ
ｏを含む鉄合金粉に、黒鉛粉を０．６％とステアリン酸
亜鉛を０．８％添加し、更に２８％Ｍ。

−８，５％Ｃｒ−２％Ｓｉのコバルト合金粉及び４．２
％Ｃｒ−５％Ｍｏ−６，２％Ｗ−１，９％Ｖ−０，７％
５ｉ−１，１％ＣのＪＩＳ規格Ｓ　ＫＨ５１相当の高速
度工具銅粉の添加量を種々変えた混合粉を作製した。

混合粉は圧力８ｔ／ｃＩ１１２でリング状に成形後、還
元性雰囲気中、温度１２００℃で３０分間焼結した。

また、一部の焼結相については、温度５５０℃。

８気圧で真空高圧鉛含浸した。

焼結体の顕微鏡組織は、ソルバイト状の鉄基地と、細か
に金属炭化物が分散した高速度工具鋼相と、金属間化合
物が迷路のように分散したＣｏ系合金硬質相とが混り合
っており、Ｃｏ系合金硬質相の一部が鉄基地または高速
度工具鋼相に拡散した中間相が認められる。

これら焼結材の耐摩耗性を模擬エンジン試験機を用いて
、コバルト合金硬質相の効果、高速度工具鋼相の効果な
どを測定した。

上記試験機は、ＬＰＧ燃料ガスで弁及び弁座を所定の温
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、弁の往復数、弁のスプリング圧などを任意に設定す
ることができ、短時間で苛酷な試験を行なうことができ
る。

その試験条件は、弁の往復数６０００回／分。

シート温度３００℃、試験時間５０時間で、弁材は２ｌ
−４Ｎを用いた。

第１図に弁座試料の摩耗量を、また第２図に弁の摩耗量
を示す。

コバルト合金硬質相の量が１０〜２０％のとき、弁も弁
座も摩耗が少ないことが分る。

また、高速度工具鋼相の量が２０〜５０％のとき、弁座
摩耗が少なく、また弁の摩耗は５０９６以下のとき摩耗
が少ない。

第１表に、第１図に示した試料のうちコバルト合金硬質
相の量が１０％の各試料の摩耗量と、それと同じ焼結体
に鉛を含浸した試料を、上記と同様に摩耗試験した結果
を示Ｊ０第１表この測定結果から明らかなように、鉛溶没すると摩耗が
減少することがわかる。

実施例−２ −Ｌ−記実施例１で用いた各種粉末に加え、組成が異な
る都合７秤類の高速度工具鋼粉末を準備した。

（１）ＳＫＨ−２相当組成；Ｆｅ−０，８％Ｃ−４，１％Ｃｒ−１７％Ｗ−０．９％
Ｖ（２）ＳＫＨ−４相当組成；Ｆｅ−０，８％Ｃ−４％Ｃｒ１８９６Ｗ−１，１９６Ｖ
−１０９６ＣＯ（３）ＳＫＩ−１０相当組成；Ｆｅ−１，５％Ｃ−４％Ｃｒ１２９６Ｗ＝４．５％Ｖ　
　４．５９６Ｃ。

（４）ＳＫＨ−５１相当組成；Ｆｅ−０，８％Ｃ−４，２％Ｃｒ−６，２％Ｗ　　１．
９％Ｖ　　５０％Ｍ。

（５）ＳＫＨ−５７相当組成；Ｆｅ−１，３％Ｃ−４％Ｃｒ−１０％Ｗ−３、２％Ｖ　
−３，３９６Ｍｏ−１０％Ｃ。

（６）ＳＫＨ−５８相当紹成；Ｆｅ−１，０％Ｃ−４％Ｃｒ−１．９％Ｗ１．８９６Ｖ
　　８．５％Ｍ。

（７）ＳＫＨ−５９相当組成；Ｆｅ−１，１％Ｃ４９６Ｃｒ　　］、５％Ｗ１．１９６
Ｖ　　１０％Ｍｏ−８％Ｃ０Ｃｏ−Ｎｉ−Ｍｏを含む鉄
合金粉に、黒鉛粉を０．６％、ステアリン酸亜鉛を０．
８％、コノくルト合金粉１５９６及び高速度工具銅粉４
０％とし、高速度工具鋼粉の種類が異なる混合粉を作製
した。

実施例１と同様にリング形状に成形し、還元性雰囲気中
温度１２００℃で３０分間焼結した。

各焼結体は、」１記と同様に鉛溶浸した後弁座形状に加
工した。

この弁座試料をプロパン燃料エンジンの排気側に組み込
み、エンジン回転数６００Ｏｒｐｍ、全負荷で５００時
間運転し、弁座の１７耗量を比較した。

第２表にその測定結果を示す。

比較材は」−記試料から高速度工具鋼相を除いた組成の
焼結体に鉛溶浸したもので、特開昭６２−１０２４４号
公報記載の従来＋４に相当する。

発明材１〜７は、−１−記の高速度工具鋼粉の番号に対
応する。

第２表発明材１〜７は、従来月である比較材よりも弁座摩耗量
の低下率がどれもが全て優れている。

また、発明祠１〜７のうちでは発明祠４〜７のモリブデ
ン系高速度工具鋼粉を添加した試料が摩耗量が少ない。

〈発明の効果〉以−１−説明したように、この発明によれば、Ｃ。

−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｃを念む鉄基地中に、金属間化合物が分
散したＣｏ系合金硬質粒子と、金属炭化物が分散した高
速度工具鋼粒子とを分散させるとともに、Ｃｏ系合金硬
質粒子の一部を他の粒子・に拡散させた中間相を設けた
組織構成にしたことにより、アブレッシブ摩耗及び疲労
破壊的Ｆ？耗が起こりにくくすることができ、自動車な
どのエンジンの性能向−１−を図ることができる。

よって、特に高温耐摩耗性に優れその長寿命化を図るの
に好適な内燃機関用弁座材、及びその製造方法を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は弁座の摩耗量を示したグラフ、第２図は弁の摩
耗量を示したグラフである。特許出願人　日立粉末冶金株式会社口産自動市株式会社

Claims

【特許請求の範囲】１、全体組成が重量比でＣ０．３〜１．５％、Ｓｉ０．
１〜０．８％、Ｃｒ１．４〜４％、Ｎｉ０．１〜２％、
Ｍｏ２．７〜１３％、Ｗ０．２〜９．５％、Ｃｏ１１〜
２０％、Ｖ０．１〜２．６％及び残りＦｅで、かつ組織
は金属炭化物が分散している高速度工具鋼相２０〜５０
％と、金属間化合物が分散しているコバルト合金硬質相１０〜
２０％と、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｃを含む鉄合金相及び上記コバルト
合金硬質相が他の相に拡散した中間相残りと、が斑状に混り合っていることを特徴とする内燃機関用弁
座材。２、空孔内にＰｂが充填されていることを特徴とする請
求項１記載の内燃機関用弁座材。３、全体組成が重量比
でＣ０．３〜１．５％、Ｓｉ０．１〜０．８％、Ｃｒ１
．４〜４％、Ｎｉ０．１〜２％、Ｍｏ２．７〜１３％、
Ｗ０．２〜９．５％、Ｃｏ１１〜２０％、Ｖ０．１〜２
．６％及び残りＦｅで、硬さが異なる相が斑状に分布し
た組織の焼結材料を粉末成形及び焼結により製造する方
法において、黒鉛粉末０．２〜０．７％と、Ｓｉ１．５〜２．５％、Ｃｒ７〜９％、Ｍｏ２６〜３０
％及び残部Ｃｏのコバルト合金粉末１０〜２０％と、下記のイ〜ニに包含される高速度工具鋼粉のうち少なく
とも１種２０〜５０％と、イ、Ｃ０．７〜０．８％、Ｃｒ３．８〜４．５％、Ｗ１
７〜１９％、Ｖ０．８〜１．２％、及びＦｅ残り、ロ、Ｃ０．７〜１．６％、Ｃｒ３．８〜４．５％、Ｗ１
１．５〜１９％、Ｖ０．８〜５．２％、Ｃｏ４．２〜１
１％及びＦｅ残り、ハ、Ｃ０．８〜１．４％、Ｃｒ３．５〜４．５％、Ｍｏ
４．５〜９．２％、Ｗ１．５〜６．７％、Ｖ１．６〜４
．５％及びＦｅ残り、ニ、Ｃ０．８〜１．４％、Ｃｒ３．５〜４．５％、Ｍｏ
３〜１２％、Ｗ１．２〜１１％、Ｖ０．９〜３．７％、
Ｃｏ４．５〜１１％及びＦｅ残り、Ｎｉ０．５〜３％、Ｍｏ０．５〜３％、Ｃｏ５．５〜７
．５％及び残部Ｆｅの合金鉄粉とで、合計１００％とな
る混合粉を用いることを特徴とする内燃機関用弁座材の
製造方法。