JPH0433796A - 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、高出力化の傾向にあり、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、Ｃｏ　−Ｍｏ　−Ｃｒ　−Ｓ　ｉ系か
らなるＣｏ基合金の粉末をベースとした耐摩耗性に優れ
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、本発明の複合盛金材料は、Ｃ
ｏ　−Ｍｏ　−Ｃｒ　−Ｓ　ｉ系からなるＣｏ基合金の
粉末と、それよりも硬質がっ高融点の炭化物系の粉末と
の混合物からなることを特徴としている。

上記混合物は、Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−５ｉ系からなるＣｏ
基合金の粉末をベースとし、これに炭化クロムを重量比
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、回部を例えばプラズマアーク溶接等により所要
の温度に加熱溶融すると、盛金部には、複合盛金材料中
のベース材、すなわちＣ０ｌＭｏ、Ｃｒ、Ｓｉ等の合金
による金属間化合物の硬化層と、添加材である例えば炭
化クロムの析出炭化物による硬化層とが混成され、これ
らの相乗作用により、肉盛り後の硬度は著しく高まる。

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〕

数表は、本発明の複合盛金材料のベース材に用いる粉末
状のＣｏ基合金、すなわちトリバロイ（デュポン社の登
録商標）Ｔ４００として知られているものの組成を示す
ものである６ ｗｔ％ トリバロイＴ４００（以下トリバロイと略称する）は、
Ｃｏ　−Ｍｏ　−Ｃｒ　−Ｓ　ｉ系の合金で、Ｃの含有
量が極めて低い特徴を有し、単体において、軟質の生地
中にＭｏ５ｉｚなどによる極めて硬質の金属間化合物層
が形成されるとともに、優れた自己潤滑性を備えている
ことから、その合金粉末は、耐摩耗性や潤滑性の要求さ
れる部品の肉盛硬化材として用いられている。

本発明の一実施例の複合盛金材料は、上記トリバロイ粉
末のベース材に、高硬度かつ高融点の非溶融用粉末材、
すなわち−例として、炭化物系のＣｒ、Ｃ２を、重量比
で５〜５０％添加混合して構成されている。

なお、Ｃｒ、Ｃ２の組成範囲は、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、上記実施例の複合
盛金材料を、プラズマアーク溶接等により、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、盛金部に金属間化合物による硬化層と、炭化
物析出による硬化層とを混成させて、要求される硬度並
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、炭化物の溶ける残る割合
が増加して組織的に不安となったり、冷却収縮時におい
て、盛全部が割れたり、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、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
て溶融させ、弁フェース部（２ｂ）に肉盛り（６）を施
した。

〔実験例１〕 第３図は、トリバロイの粉末をベース材とし、これに、
非溶融用粉末として、炭化クロム（Ｃｒ、Ｃ２）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（ＳＬＩ）１３）を用いた。

第３図より明らかなように、Ｃｒ３Ｃ，の添加量を増加
させると、それとほぼ比例して、硬度が高まり、添加量
３５％付近では、７８０（Ｈｖ）程度まで硬度が増して
いる。

これは、従来のステライト粉末を肉盛りした際の硬度が
５００（Ｈｖ）前後であることから、上記実施例の複合
盛金材料は、硬化材として極めて優れていることが判る
。

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、上記トリ
バロイへのＣｒ□Ｃ２の添加により、弁フェース部（２
ｂ）の耐摩耗性は、大幅に改善されていることが判る。

上記複合盛金材料が高硬度を有することは、第５図に示
す組織顕微鏡写真の一例からも確認しうる。

すなわち、第５図（Ａ）に示すトリバロイ単体の組織に
比べると、Ｃｒ□Ｃ２を２５％添加した（Ｂ）のものは
、溶は残ったＣ　ｒ３　Ｃｚ　（中央部の白い部分）を
核として放射状に延びる炭化物の層が広範囲に祈畠され
ており、これが硬化層を形成している。

〔実験例２〕 第４図は、本発明の複合盛金材料と従来のステライトに
よる肉盛り部の硬度とを、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比較調
査した結果を示す。

第４図から明らかなように、本発明の複合盛金材料は、
従来のステライトに比べて、いずれの部位においても硬
度は大幅に高く、しかも、Ｃｒ、Ｃ２の添加量が増える
にしたがって、各部位の硬度は次第に高くなっている。

また、Ｃｒ、Ｃ２のいずれの添加量においても、境界部
から０．６Ｍｎ以上では、はぼ一定した硬度となる傾向
にあり、肉盛り部の表層部、すなわち弁フェース部（２
ｂ）は、安定した硬度の析出炭化物層となっていること
が判る。

以上説明した実験例により明らかなように、トリバロイ
をベース材として、これに炭化物系のＣｒ、Ｃ２を適量
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すると、従来のス
テライトに比べて、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。

しかも、トリバロイ自身が優れた自己潤滑性と低摩擦性
を有しているため、高硬度となっても、相手部材である
バルブシートの摩耗速度を早める恐れはない。

なお、実験例は省略しであるが、上記実施例の複合盛金
材料を、第２図に示すように、バルブシー）−（７）の
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
。

トリバロイのベース材に添加可能な炭化物系の材料とし
ては、上記Ｃｒ、Ｃ２の外、ＮｂＣ，ＷＣ１ＴｉＣ，Ｔ
ａＣなどがある。

ベース材に用いる粉末状合金は、上記トリバロイＴ４０
０に変えて、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｓｉ等の組成を若干具
ならせた、トリバロイＴ１００、トリバロイＴ　８００
、あるいはＮｉ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ系からなるＮｉ基合
金のトリバロイエフ００等を用いることも可能である。

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は、ガス溶接やその他の手段に
よってもよい。

〔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
の弁フェース部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、従来の盛金材料であるステライ
ト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うる。

【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
マ溶接により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、同じくバルブ
シートのシート部に肉盛りした状態の説明図、 第３図は、トリバロイ（Ｔ　４００）に対し、Ｃｒ３Ｃ
。 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、Ｃ
２添加量と硬度との関係を示す図、第４図は、同じく母
材と肉盛り部との境界からの距離と硬度との関係を、従
来のステライトと比較して示す説明図、 第５図（Ａ）及び（Ｂ）は、トリバロイ（Ｔ　４００）
単体と、これにＣｒ、Ｃ，を２５％添加したときの肉盛
り部の組織とを、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（２
ａ）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
ート（７ａ）シート部 第１図 第２図 第３図 炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）添加ｌｆｔ（ｗｔ’１０）境
界部からの距離（ｍｍ） 嬉５図 （Ａ） トリバ゛ロイ（Ｔｏｏ）孝イト　　　＜２０Ｏ（Ｂ）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ系からなるＣｏ基合金の
   粉末と、それよりも硬質かつ高融点の炭化物系の粉末と
   の混合物からなることを特徴とする複合盛金材料。
2. （２）混合物が、Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ系からなるＣ
   ｏ基合金の粉末をベースとし、これに炭化物系の粉末を
   、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）炭化物系の粉末が、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）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。
5. （５）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。