JPH05148596A - 内燃機関の鉄系焼結合金製２層鍛造バルブシート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内燃機関の鉄系焼結合金製鍛造バルブシート
の高温強度を向上させる。 【構成】 内燃機関の鉄系焼結合金製鍛造バルブシート
が以下の２層からなる。Ｃ：０．６〜１．３％，Ｃｒ：
１〜５％，Ｍｏ：４〜１５％，Ｎｉ：０．５〜２％，Ｃ
ｏ：２〜８％，Ｎｂ：０．２〜２％を含有し、さらにＣ
ａＦ₂ ，ＢａＦ₂ ，ＢＮ，ＭｏＳ₂ 、およびＷＳ₂ のう
ちの１種または２種以上からなる潤滑成分：総量で０．
２〜２％、を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からな
る組成を有する耐摩耗性のすぐれたＦｅ基焼結合金のバ
ルブ当接層と、これに一体焼結結合された、Ｃ：０．５
〜１．５％，Ｃｒ：３〜８％，Ｍｏ：０．１〜１％を含
有し、さらに必要に応じてＶおよび／またはＶ：０．１
〜２％を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組
成を有する高温強度のすぐれたＦｅ基焼結合金のバック
アップ層。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、すぐれた高温強度を
有し、かつ耐摩耗性にもすぐれた内燃機関の鉄系焼結合
金製２層鍛造バルブシートに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関のバルブシートとして、
特開昭６３−２２３１４２号公報に記載される通り、重
量％で（以下、成分組成に関する％は重量％を意味す
る）、 Ｃ：０．６〜１．３％、 Ｃｒ：１〜５％、 Ｍｏ：４〜１５％、 Ｎｉ：０．５〜２％、 Ｃｏ：２〜８％、 Ｎｂ：０．２〜２％、 を含有し、さらに、弗化カルシウム、弗化バナジウム、
窒化ほう素、２硫化モリブデン、および２硫化タングス
テン（以下、それぞれＣａＦ₂ 、ＢａＦ₂ 、ＢＮ、Ｍｏ
Ｓ₂ 、およびＷＳ₂ で示す）のうちの１種または２種以
上からなる潤滑成分：総量で０．２〜２％、を含有し、
残りがＦｅと不可避不純物からなる組成、並びに９０％
以上の理論密度比をもったＦｅ基焼結合金で構成された
単層鍛造バルブシートが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一方、近年の自動車は
じめ、各種駆動機関の高速化、高出力化、および軽量化
はめざましく、これに伴ない、これの構造部材であるバ
ルブシートの使用環境は一段と苛酷さを増し、特に内燃
機関内の燃焼ガスの高温化は著しく、かかる状況下で上
記の従来単層鍛造バルブシートは、すぐれた耐摩耗性を
示すものの、高温強度が十分でないために、軽量化のた
めの薄肉化および小型化をはかることができないのが現
状である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、耐摩耗性および高温強度のすぐ
れた鉄系焼結合金製バルブシートを開発すべく、特に上
記の従来単層鍛造バルブシートに着目し、研究を行なっ
た結果、上記の従来単層鍛造バルブシートを構成するＦ
ｅ基焼結合金を耐摩耗性の要求されるバルブ当接層と
し、これにバックアップ層として、 Ｃ：０．５〜１．５％、 Ｃｒ：３〜８％、 Ｍｏ：０．１〜１％、 を含有し、さらに必要に応じて、ＶおよびＮｂのうちの
１種または２種：０．１〜２％、を含有し、残りがＦｅ
と不可避不純物からなる組成を有するＦｅ基焼結合金を
一体焼結結合し、鍛造して理論密度比で９０％以上とし
た２層鍛造バルブシートは、上記バックアップ層がすぐ
れた高温強度をもつことから、すぐれた耐摩耗性と合せ
てすぐれた高温強度も具備するようになるという研究結
果を得たのである。

【０００５】したがって、この発明は、上記の研究結果
にもとづいてなされたものであって、Ｆｅ基焼結合金の
バルブ当接層と、これと一体焼結結合されたＦｅ基焼結
合金のバックアップ層の２層構造、並びに９０％以上の
理論密度比を有する内燃機関の鉄系焼結合金製２層鍛造
バルブシートにして、上記バルブ当接層を、 Ｃ：０．６〜１．３％、 Ｃｒ：１〜５％、 Ｍｏ：４〜１５％、 Ｎｉ：０．５〜２％、 Ｃｏ：２〜８％、 Ｎｂ：０．２〜２％、 を含有し、さらに、ＣａＦ₂ ，ＢａＦ₂ ，ＢＮ，ＭｏＳ
₂ 、およびＷＳ₂ のうちの１種または２種以上からなる
潤滑成分：総量で０．２〜２％、を含有し、残りがＦｅ
と不可避不純物からなる組成を有する耐摩耗性のすぐれ
たＦｅ基焼結合金で構成し、上記バックアップ層を、 Ｃ：０．５〜１．５％、 Ｃｒ：３〜８％、 Ｍｏ：０．１〜１％、 を含有し、さらに必要に応じて、ＶおよびＮｂのうちの
１種または２種：０．１〜２％、を含有し、残りがＦｅ
と不可避不純物からなる組成を有する高温強度のすぐれ
たＦｅ基焼結合金で構成してなる内燃機関の鉄系焼結合
金製２層鍛造バルブシートに特徴を有するものである。

【０００６】つぎに、この発明の２層鍛造バルブシート
において、バルブ当接層およびバックアップ層を構成す
るＦｅ基焼結合金の成分組成を上記の通りに限定した理
由を説明する。

【０００７】Ａ．バルブ当接層の成分組成 （ａ） Ｃ Ｃ成分には、炭化物を形成するほか、パーライト相を主
体とする素地を形成して、耐摩耗性と強度を向上させる
作用があるが、その含有量が０．６％未満では前記作用
に所望の効果が得られず、一方その含有量が１．３％を
越えると相手攻撃性が増すようになることから、その含
有量を０．６〜１．３％と定めた。

【０００８】（ｂ） Ｃｒ Ｃｒ成分には、素地に固溶して高温耐酸化性を向上させ
るほか、炭化物を形成して耐摩耗性を向上させる作用が
あるが、その含有量が１％未満では前記作用に所望の効
果が得られず、一方その含有量が５％を越えると、焼結
性が劣化し、強度低下の原因となることから、その含有
量を１〜５％と定めた。

【０００９】（ｃ） Ｍｏ Ｍｏ成分には、Ｍｏ粒子やＦｅ−Ｍｏ合金粒子として素
地中に分散して耐摩耗性を向上させる作用があるが、そ
の含有量が４％未満では所望のすぐれた耐摩耗性を確保
することができず、一方その含有量が１５％を越える
と、強度が低下し、高負荷条件での使用に耐えなくなる
ことから、その含有量を４〜１５％と定めた。

【００１０】（ｄ） Ｎｉ Ｎｉ成分には、素地に固溶して、これを強化する作用が
あるが、その含有量が０．５％未満では所望の素地強化
がはかれず、一方２％を越えて含有させてもより一層の
向上効果が現われず、経済性を考慮して、その含有量を
０．５〜２％と定めた。

【００１１】（ｅ） Ｃｏ Ｃｏ成分にも、Ｎｉ成分とともに素地に固溶して、これ
を強化する作用があるが、その含有量が２％未満では所
望の素地強化を行なうことができず、一方８％を越えて
含有させてもＮｉ成分と同様に素地強化作用は飽和する
ことから、その含有量を２〜８％と定めた。

【００１２】（ｆ） Ｎｂ Ｎｂ成分には、炭化物を形成して耐摩耗性を向上させる
作用があるが、その含有量が０．２％未満では所望の耐
摩耗性を確保することができず、一方２％を越えて含有
させても効果が飽和し、より一層の向上効果は現われな
いことから、その含有量を０．２〜２％と定めた。

【００１３】（ｇ） 潤滑成分 これらの成分には、素地に分散して潤滑性を向上させる
作用があるが、その含有量が０．２％未満では所望の潤
滑効果を確保することができず、一方その含有量が２％
を越えると、強度が低下するようになることから、その
含有量を０．２〜２％と定めた。

【００１４】Ｂ．バックアップ層の成分組成 （ａ） Ｃ Ｃ成分には、素地に固溶して、これを強化する作用があ
るが、その含有量が０．５％未満では所望の素地強化を
はかることができず、一方その含有量が１．５％を越え
ると、高温強度が低下するようになることから、その含
有量を０．５〜１．５％と定めた。

【００１５】（ｂ） ＣｒおよびＭｏ これらの成分には、いずれも素地に共存固溶して高温強
度を向上させる作用があるが、その含有量が、Ｃｒおよ
びＭｏのいずれかでもＣｒ：３％未満、およびＭｏ：
０．１％未満になると、所望のすぐれた高温強度を確保
することができず、一方その含有量がそれぞれＣｒ：８
％およびＭｏ：１％を越えると高温強度に低下現象が現
われるようになることから、その含有量を、それぞれＣ
ｒ：３〜８％，Ｍｏ：０．１〜１％と定めた。

【００１６】（ｃ） ＶおよびＮｂ これらの成分には、いずれも素地に固溶して、高温耐酸
化性を向上させる作用があるので、必要に応じて含有さ
せるが、その含有量が０．１％未満では前記作用に所望
の効果が得られず、一方その含有量が２％を越えると高
温強度が低下するようになることからその含有量を０．
１〜２％と定めた。

【００１７】また、この発明の２層鍛造バルブシートに
おいては、その理論密度比が９０％未満では、空孔が比
較的多量に存在し、所望のすぐれた耐摩耗性および高温
強度を確保することができないので、鍛造、通常熱間鍛
造を施して理論密度比で９０％以上の緻密なものとして
いる。

【００１８】

【実施例】つぎに、この発明を実施例により具体的に説
明する。原料粉末として、いずれも粒度：−１００メッ
シュのアトマイズ鉄粉、カーボニルＮｉ粉末、Ｃｏ粉
末、およびＮｂ粉末、いずれも粒度：−１５０メッシュ
の天然黒鉛粉末、Ｆｅ−６０％Ｍｏ合金粉末、ＣａＦ₂
粉末、ＢａＦ₂ 粉末、ＢＮ粉末、ＭｏＳ₂ 粉末、および
ＢａＦ₂ 粉末、同−２００メッシュＭｏ粉末、さらに同
−１００メッシュのＦｅ−６０％Ｃｒ−６％Ｃ合金粉
末、Ｆｅ−１３％Ｃｒ−５％Ｎｂ合金粉末、Ｆｅ−３％
Ｃｒ−０．３％Ｍｏ−０．３％Ｖ合金粉末を用意し、こ
れら原料粉末を、それぞれ表１、表２に示されるバルブ
当接層およびバックアップ層形成のための配合組成に配
合し、ステアリン酸亜鉛：１％を加えてミキサーにて３
０分間混合した後、バルブ当接層とバックアップ層の相
対割合が重量比で４：６となる割合に共に金型内に装入
し、６ton ／cm² の圧力で圧粉体にプレス成形し、この
圧粉体を５００℃に３０分間保持の条件で脱脂した後、
アンモニア分解ガス雰囲気中、温度：１１２０℃に１時
間保持の条件で１次焼結し、ついでこの１次焼結体（こ
の理論密度比を表２に示す）に、１０００℃の加熱温度
で熱間鍛造を施し、引続いて同じくアンモニア分解ガス
雰囲気中、温度：１１５０℃に１時間保持の条件で２次
焼結を施し、さらに引続いて６４０〜６９０℃の範囲内
の所定温度に９０分間保持の条件で熱処理を施すことに
より配合組成と実質的に同一の組成、表２に示される理
論密度比、並びに外径：４８mm×内径：４０mm×厚さ：
８mmの寸法をもった本発明２層鍛造バルブシート１〜１
３をそれぞれ製造した。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】

【表３】

【００２２】また、比較の目的で、表３に示される通
り、バックアップ層の形成を行なわない以外は同一の条
件で従来単層鍛造バルブシート１〜１３を製造した。

【００２３】つぎに、この結果得られた本発明２層鍛造
バルブシート１〜１３および従来単層鍛造バルブシート
１〜１３の常温および４００℃の引張強さを測定し、こ
の測定結果を表２，３にそれぞれ示した。

【００２４】

【発明の効果】表１〜３に示される結果から、本発明２
層鍛造バルブシート１〜１３は、従来単層鍛造バルブシ
ート１〜１３に比して相対的に高い常温および高温強度
をもつことが明らかである。上述のように、この発明の
鉄系焼結合金製２層鍛造バルブシートは、これを構成す
るバルブ当接層およびバックアップ層によって、すぐれ
た耐摩耗性と高温強度がもたらされるので、小型化およ
び薄肉化した状態で、苛酷な条件下での実用に供しても
すぐれた性能を長期に亘って発揮するのである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｆｅ基焼結合金のバルブ当接層と、これ
   と一体焼結結合されたＦｅ基焼結合金のバックアップ層
   の２層構造、並びに９０％以上の理論密度比を有する内
   燃機関の鉄系焼結合金製２層鍛造バルブシートにして、
   上記バルブ当接層を、以下重量％で、 Ｃ：０．６〜１．３％、 Ｃｒ：１〜５％、 Ｍｏ：４〜１５％、 Ｎｉ：０．５〜２％、 Ｃｏ：２〜８％、 Ｎｂ：０．２〜２％、 を含有し、さらに、 弗化カルシウム、弗化バリウム、窒化ほう素、２硫化モ
   リブデン、および２硫化タングステンのうちの１種また
   は２種以上からなる潤滑成分：総量で０．２〜２％、を
   含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成を有す
   る耐摩耗性のすぐれたＦｅ基焼結合金で構成し、 上記バックアップ層を、 Ｃ：０．５〜１．５％、 Ｃｒ：３〜８％、 Ｍｏ：０．１〜１％、 を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成を有
   する高温強度のすぐれたＦｅ基焼結合金で構成したこと
   を特徴とする内燃機関の鉄系焼結合金製２層鍛造バルブ
   シート。
2. 【請求項２】 Ｆｅ基焼結合金のバルブ当接層と、これ
   と一体焼結結合されたＦｅ基焼結合金のバックアップ層
   の２層構造、並びに９０％以上の理論密度比を有する内
   燃機関の鉄系焼結合金製２層鍛造バルブシートにして、
   上記バルブ当接層を、以下重量％で、 Ｃ：０．６〜１．３％、 Ｃｒ：１〜５％、 Ｍｏ：４〜１５％、 Ｎｉ：０．５〜２％、 Ｃｏ：２〜８％、 Ｎｂ：０．２〜２％、 を含有し、さらに、 弗化カルシウム、弗化バリウム、窒化ほう素、２硫化モ
   リブデン、および２硫化タングステンのうちの１種また
   は２種以上からなる潤滑成分：総量で０．２〜２％、を
   含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成を有す
   る耐摩耗性のすぐれたＦｅ基焼結合金で構成し、 上記バックアップ層を、 Ｃ：０．５〜１．５％、 Ｃｒ：３〜８％、 Ｍｏ：０．１〜１％、 を含有し、さらに、 ＶおよびＮｂのうちの１種または２種：０．１〜２％、
   を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成を有
   する高温強度のすぐれたＦｅ基焼結合金で構成したこと
   を特徴とする内燃機関の鉄系焼結合金製２層鍛造バルブ
   シート。