JPH0433795A - 複合盛金材料、それを肉盛溶接したエンジンバルブ及びバルブシート - 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〕 本発明は、粉体肉盛溶接に使用される複合盛金材料、そ
れを肉盛溶接したエンジンバルブ及びバルブシートに関
する。

〔従来の技術〕

内燃機関用のエンジンバルブの弁フェース部やバルブシ
ートのシート部は、高負荷、高サイクルの繰返し荷重を
受けるため、母材単体の強度では著しい摩耗を生じる。

そのため、上記弁フェース部やシート部に、粉末状とし
たステライト等の盛金材料を肉盛溶接して、高温強度や
耐クリープ性等の機械的強度、特に耐摩耗性を高めるよ
うにしたものがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

最近のエンジンは、高回転、高出方化の傾向にあり、ま
た排気ガス清浄化の観点から、フェース部等に潤滑効果
のある物質（例えば四エチル鉛）を含まない燃料が使用
される傾向にある。

また、ディーゼルエンジンにおいては、使用される燃料
の点から、優れた耐食性が要求される。

このようなエンジンに用いられるエンジンバルブやバル
ブシートのシート部には、高温強度や耐食性など、優れ
た高温特性、並びに高い耐摩耗性が要求されるが、上記
した従来のステライト単体の盛金材料、及びこれを肉盛
したエンジンバルブ等では、要求される十分な高温特性
、特に耐摩耗性を得ることが難しく、これに代わる盛金
材料の出現が待たれている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、ステライトをベースとした耐摩耗性に
優れる複合盛金材料、並びにそれを肉盛溶接したエンジ
ンバルブ及びバルブシートを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため１本発明の複合盛金材料は、Ｃ
ｏ、Ｃｒ、Ｗ、Ｃを主成分とするＣｏ基合金の溶融用粉
末と、それよりも硬質かつ高融点の非溶融用粉末との混
合物からなることを特徴としている。

上記混合物は、ステライトをベースとし、これに炭化ク
ロム又は炭化ニオブの粉末を、重量比で５〜５０％の範
囲内において添加することが好ましい。

本発明のエンジンバルブは、上記複合盛金材料を、弁フ
ェース部に肉盛溶接したことを特徴としている。

また、本発明のバルブシートは、上記複合盛金材料を、
シート部に肉盛溶接したことを特徴としている。

〔作　用〕

本発明の複合盛金材料を、盛金しようとする部分に供給
しつつ、回部をプラズマアーク等により、溶融用粉末の
融点より高く、かつ非溶融用粉末の融点より低いか、又
は若干高い温度に加熱すると、非溶融用粉末は、粉体の
形状のまま、又は表面部が溶融する程度まで残存し、か
つ溶融用粉末は溶融させられて、その後の冷却、硬化時
に、溶融用粉末部分において炭化物が析出し、それと高
硬度の非溶融用粉末が散在することとの相乗作用により
、肉盛り後の硬度は大となる。

このような複合盛金材料を用いて、弁フェース部を肉盛
溶接したエンジンバルブ、及び同じくシート部を肉盛溶
接したバルブシートは、硬度、耐摩耗性及び耐久性に優
れた物性を呈する。

〔実施例〕

第１表及び第２表は、本発明の複合盛金材料のベースに
用いる粉末状のＣｏ基合金（溶融用粉末）、すなわちス
テライト１１２及びＪ６の組成を示すものである。

〔第１表〕　　　　　　　　　　　〔第２表〕上記ステ
ライト＃Ｉ２及び１６に添加可能な高硬度かつ高融点の
非溶融用粉末の材料としては５例えばＣｒ、Ｃ２、Ｎｂ
Ｃ，ＷＣ，ＴｉＣ，ＴａＣなどの炭化物、ＴｉＮ、Ｔａ
Ｎなどの窒化物、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２などの酸化物等
がある。

この実施例においては、ステライトＨ２及びＪ６のベー
ス材に、−例として炭化物の粉末を混合して複合盛金材
料を構成している。すなわち、ステライト＃１２にはＣ
ｒ、Ｃ２を、又ステライト＃６にはＮｂＣを、それぞれ
重量比で５〜１０％添加して構成されている。

なお、上記Ｃｒ、Ｃ２及びＮｂＣの組成範囲は４次の理
由により限定しである。

すなわち、後記実験例に示すように、上記構成の各複合
盛金材料を、プラズマ溶接により、エンジンバルブの弁
フェース部やバルブシートのシート部に肉盛するに際し
、盛金部に炭化物を効果的に析出させて、十分な硬度並
びに耐摩耗性を得るためには、少なくとも５％以上添加
する必要がある。

しかし、多量に添加し過ぎると、析出炭化物の占める割
合が増えて硬度が高まる反面、炭化物の溶は残る割合が
増加して組織的に不安定となったリ、冷却収縮時におい
て盛金部が割れたり、靭性及び加工性が低下したりする
ので、５０％以下とするのが好ましい。

次に、上記実施例の複合盛金材料をエンジンバルブの弁
フェース部に盛金し、その硬度を調査した結果を、実験
例に基づいて説明する。

弁フェース部への盛金は、第１図に示すようなプラズマ
溶接工法により行なった。

すなわち、はぼ３０°傾斜させた回転台（１）上にエン
ジンバルブ（２）の傘部（２ａ）を載置して回転させつ
つ、弁フェース部（２ｂ）の直上に臨ませたトーチ（３
）の先端よりプラズマアーク（４）を発生させ、同時に
、トーチ（３）先端のノズルより、上記実施例の複合盛
金材料（５）を供給しつつ、アーク熱により複合盛金材
料（５）を約１３００℃〜１５００℃に短時間加熱して
溶融することにより、弁フェース（２ｂ）に肉盛り（６
）を施した。

〔実験例１〕 第２図は、ステライトｌ１１２をベース材、すなわち溶
融用粉末とし、これに、非溶融用粉末とじて炭化クロム
（Ｃｒ−Ｃｚ　）の添加量を適宜に変えて混合した複合
盛金材料を、弁フェース部（２ｂ）に肉盛し、その硬度
を測定したものである。

なお、エンジンバルブ（２）の材料には、マルテンサイ
ト系の耐熱鋼（ＳＵＨ３）を用いた。

第２図より明らかなように、０ｒ３Ｃ２の添加量をＯと
したステライト１１２単体の硬度が、５１０（Ｈｖ）前
後であるのに対し、Ｃｒ、Ｃ，の添加量を増加させると
、それにほぼ比例して、硬度が高まり、添加量の上限値
に近い４５％付近では、はぼ７００（Ｈｖ）に近い値ま
で硬度が増している。

このことは、第６図に示す肉盛部の顕微鏡写真の一例か
らも確認しうる。すなわち、第６図（Ａ）に示すステラ
イト１１単体の組織に比べて、Ｃｒ３Ｃ２を２５％添加
した（Ｂ）のものは、ＣＯを主成分とする生地（白い部
分）に対し、析出炭化物（黒い部分）の量が多く、かつ
大きな粒子が散在して、組織がち密となっている。

一般に、硬度と耐摩耗性とは密接な関係にあり、硬度が
高い程高耐摩耗性を有すると考えられるため、上記Ｃｒ
、Ｃ，の添加により、弁フェース部（２ｂ）の耐摩耗性
は、大幅に改善されていることが判る。

〔実験例２〕 第３図は、肉盛り部における硬度を、母材との境界部（
Ａ）から表層に向かう矢印（Ｂ）方向への距離を変数と
して調査した結果を示す。

なお、複合盛金材料のベース材、すなわち溶融用粉末は
、上記実験例１と同様のステライト１ｔ１２としである
。

第３図から明らかなように、非溶融用粉末として、Ｃｒ
、Ｃ，を添加すると、これを添加しないステライト１１
２単体に比べて、いずれの部位においても硬度は高く、
しかも、Ｃｒ３Ｃ２の添加量が多い程、各部位における
硬度は順に高くなっている。

また、Ｃｒ３Ｃ２のいずれの添加量においても、境界部
からの距離０．６ＩＩＩ１１以上では、はぼ一定した硬
度となる傾向がある。これにより、肉盛り部の表層部に
、安定した炭化物の析出層が形成されていることが判る
。

〔実験例３〕 第４図は、ベース材、すなわち溶融用粉末をステライト
１６として、これに非溶融用粉末として、炭化ニオブ（
ＮｂＣ）を、その添加量を適宜に変えて混合することに
より構成した複合盛金材料を、前述の第１図に示すプラ
ズマ溶接をもって弁フェース部（２ｂ）に盛金し、その
硬度を測定したものである。

エンジンバルブ（２）は、前述と同じ５ＵＨ３を使用し
た。

第４図から明らかなように、ＮｂＣを添加しないステラ
イト１１単体の硬度が４８０（Ｈｖ）前後であるのに対
し、ＮｂＣの添加量が増加すると、硬度はそれにほぼ比
例して高まり、上限値に近い４０％の添加では、約６３
０（Ｈｖ）まで硬化する。

これは、第７図に示す顕微鏡写真からも明らかで、Ｎｂ
Ｃを４０％添加した一例では、はぼ溶融したステライト
１Ｇのベース中に、高融点のＮｂＣの粒子が溶は残った
状態で散在し、この粒子と一部溶融による析出炭化物の
相乗作用により硬化層が形成されている。

以上説明した実験例により明らかなように、ステライト
＃１２又は＃６をベース材、すなわち溶融用粉末として
、これに非溶融用粉末として炭化物系のＣｒ５Ｇ、又は
ＮｂＣを適宜添加して構成した複合盛金材料を、プラズ
マ溶接によりエンジンバルブの弁フェース部に肉盛りす
ると、それらを添加しないステライト１１２又は１Ｇ単
体に比して、肉盛り部の硬度が大幅に高まり、弁フェー
ス部の耐摩耗性は著しく向上する。

なお、ベース材であるステライト１１２と＃６とは、そ
の組成並びに単体での機械的性質が、極めて近似してい
るため、ステライト＃１２とＮｂＣ１及びステライト１
６とＣｒ、Ｃ，からなる複合盛金材料を用いた際の実験
例においては、図示を省略しであるが、それら組合せで
も、上記実験例とほぼ同等の値が得られる。

また、上記実施例の複合盛金材料を、第５図に示すよう
に、バルブシート（７）におけるシート部（７ａ）に肉
盛り（８）した際においても、上述したとほぼ同等の硬
度が得られることを確認している。

実施例では、エンジンバルブ（２）の材質をマルテンサ
イト系の耐熱鋼（ＳＵＨ３）としているが、オーステナ
イト系の耐熱鋼（ＳＵＨ３１）等でもよい。

上記複合盛金材料の溶接手段は、ガス溶接やその他の方
法でもよい。

〔発明の効果〕

本発明の複合盛金材料を用いて、例えばエンジンバルブ
やバルブシート等のシート部に肉盛りすると、盛金部の
硬度は、従来のＣＯ基合金、例えばステライト単体に比
べて大幅に高まり、耐摩耗性、耐久性に優れるエンジン
バルブ及びバルブシートを提供しろる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の複合盛金材料を、プラズ
マ溶接をもってエンジンバルブの弁フェース部に肉盛り
する際の要領を示す概略説明図、第２図は、ステライト
１１２に対し、Ｃｒ、Ｃ，の添加量を変えて構成した複
合盛金材料を、エンジンバルブの弁フェース部に肉盛り
した際における、Ｃｒ、Ｃ２の添加量と硬度との関係を
示す図、第３図は、同じく母材と肉盛り部との境界がら
の距離と硬度との関係を示す図、 第４図は、ステライト＃６に対し、ＮｂＣの添加量を変
えて構成した複合盛金材料を、エンジンバルブの弁フェ
ース部に肉盛りした際における、ＮｂＣ添加量と硬度と
の関係を示す図、第５図は、本発明の一実施例の複合盛
金材料を、バルブシートのシート部に肉盛りした状態の
説明図。 第６図（Ａ）及び（Ｂ）は、ステライト＃１２単体と、
これにＣｒ、Ｃ，を２５％添加したときの肉盛部の組織
とを比較して示す拡大顕微鏡写真、 第７図（Ａ）及び（Ｂ）は、ステライト単体単体と、こ
れにＮｂＣを４０％添加したときの肉盛部の組織とを比
較して示す拡大顕微鏡写真である。 （１）回転台　　　　　　　　（２）エンジンバルブ（
２ａ）傘部　　　　　　　　　（２ｂ）弁フェース部（
３）トーチ　　　　　　　　　（４）プラズマアーク（
５）複合盛金材料　　　　　（６）（８）肉盛り（７）
バルブシーｈ　　　　　　（７ａ）シート部第１図 第２図 炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）添加量（ｗｔ’１０）境界部
からの距離（ｍｍ） 第４図 炭化ニオブ（ＮｂＣ）添加量（ｗｔ　’１０）第５図 第６図 （Ａ） （Ｂ）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｏ、Ｃｒ、Ｗ、Ｃを主成分とするＣｏ基合金の
   溶融用粉末と、それよりも硬質かつ高融点の非溶融用粉
   末との混合物からなる複合盛金材料。
2. （２）混合物が、溶融用粉末をベースとし、これに非溶
   融用粉末を、重量比で５〜５０％添加したものである請
   求項（１）記載の複合盛金材料。
3. （３）非溶融用粉末が、炭化クロムよりなる請求項（１
   ）又は（２）記載の複合盛金材料。
4. （４）非溶融用粉末が、炭化ニオブよりなる請求項（１
   ）又は（２）記載の複合盛金材料。
5. （５）請求項（１）記載の複合盛金材料を、弁フェース
   部に肉盛溶接したことを特徴とするエンジンバルブ。
6. （６）請求項（１）記載の複合盛金材料を、シート部に
   肉盛溶接したことを特徴とするバルブシート。