JPH0543914A - 内燃機関用金属充填焼結合金製バルブシート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内燃機関に構造部材として用いられている金
属充填焼結合金製バルブシートの耐摩耗性と相手攻撃性
を改善する。 【構成】 内燃機関用バルブシートが、重量％で、ＭＨ
ｖ：７００〜１８００を有するＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ｗ系
合金の第１相：３〜１５％、ＭＨｖ：５００〜１０００
を有するＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ系合金の第２相：２〜１２
％、ＭＨｖ：１００〜３００を有するＦｅ−Ｃｏ系合金
の第３相：残り、からなる割合の３相混合組織、並びに
５〜２０％の空孔率、を有する、焼結合金基体に、Ｃｕ
またはＣｕ合金を溶浸してなる銅溶浸焼結合金、あるい
はＰｂまたはＰｂ合金を含浸してなる鉛含浸焼結合金か
らなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、苛酷な条件下でもす
ぐれた耐摩耗性を示し、かつ相手攻撃性の著しく低い内
燃機関用金属充填焼結合金製バルブシートに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車などの内燃機関のバルブシ
ートとして、例えば特開昭５８−１７８０７３号公報に
記載される銅溶浸焼結合金はじめ、その他多くの材料が
用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一方、近年の内燃機関
の高速化および高出力化はめざましく、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も一段と
厳しさを増しているが、従来のバルブシートにおいて
は、耐摩耗性のすぐれたものは相手攻撃性が大きく、反
面相手攻撃性の小さいものは耐摩耗性に劣り、これら両
特性を具備するものではなく、したがって苛酷な条件下
での実用に対して十分満足する性能を発揮しないのが現
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、苛酷な使用環境下ですぐれた耐
摩耗性を示し、かつ相手攻撃性の小さい内燃機関用バル
ブシートを開発すべく研究を行なった結果、バルブシー
トを、重量％で（以下組成割合に関する％は重量％を示
す）、マイクロビッカース硬さ（ＭＨｖ）で７００〜１
８００を有するＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ｗ系合金相（以下第
１相という）：３〜１５％、ＭＨｖ：５００〜１０００
を有するＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ系合金相（以下第２相とい
う）：２〜１２％、ＭＨｖ：１００〜３００を有するＦ
ｅ−Ｃｏ系合金相（以下第３相という）：残り、からな
る割合の３相混合組織、並びに５〜２０％の空孔率、を
有する焼結合金基体に、ＣｕまたはＣｕ合金を溶浸する
か、あるいはＰｂまたはＰｂ合金を含浸するかしてなる
銅溶浸焼結合金あるいは鉛含浸焼結合金で構成すると、
この結果の金属充填焼結合金製バルブシートは、苛酷な
条件下での実用に際してもすぐれた耐摩耗性を示し、か
つ相手部材であるバルブの損耗も著しく小さいという研
究結果を得たのである。

【０００５】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、ＭＨｖ：７００〜１８００を有
するＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ｗ系合金の第１相：３〜１５
％、ＭＨｖ：５００〜１０００を有するＣｏ−Ｍｏ−Ｃ
ｒ系合金の第２相：２〜１２％、ＭＨｖ：１００〜３０
０を有するＦｅ−Ｃｏ系合金の第３相：残り、からなる
割合の３相混合組織、並びに５〜２０％の空孔率、を有
する焼結合金基体に、ＣｕまたはＣｕ合金を溶浸してな
る銅溶浸焼結合金、あるいはＰｂまたはＰｂ合金を含浸
してなる鉛含浸焼結合金で構成してなる内燃機関用金属
充填焼結合金製バルブシートに特徴を有するものであ
る。

【０００６】なお、この発明のバルブシートにおいて、
これを構成する焼結合金基体の第１相のＦｅ−Ｃｒ−Ｃ
ｏ−Ｗ系合金は、 Ｃｏ：１０〜３０％、 Ｗ：５〜３０％、 Ｃｒ：２０〜４０％、 Ｎｂ：０．２〜２％、 Ｓｉ：０．２〜２％、 Ｃ：１〜３％、 を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成をも
つのが望ましく、同じく第２相のＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ系合
金は、 Ｍｏ：２０〜４０％、 Ｃｒ：５〜１５％、 Ｓｉ：１〜５％、 を含有し、残りがＣｏと不可避不純物からなる組成、さ
らに第３相のＦｅ−Ｃｏ系合金は、 Ｃｏ：２〜１０％、 Ｍｏ：０．５〜３％、 Ｎｉ：０．５〜４％、 Ｃ：０．５〜１．５％、 を含有し、さらに必要に応じて、 Ｃｒ：０．５〜５％、 Ｎｂ：０．１〜２％、 のうちの１種または２種、を含有し、残りがＦｅと不可
避不純物からなる組成をそれぞれ有するのが望ましい。

【０００７】なお、この発明のバルブシートにおいて、
焼結合金基体を構成する第１〜３相の硬さおよび含有割
合は、いずれも多数の試験結果にもとづいて経験的に定
められたものであり、したがって、それぞれの相の硬さ
および含有量のいずれかでも上記の範囲から外れると、
バルブシートの全体的硬さバランスがくずれ、相対的に
硬さが低下したり、あるいは高くなったりして、所望の
耐摩耗性が得られない場合や、相手攻撃性が増したりす
る場合が生じるようになるので、上記第１〜３相の硬さ
および含有割合を上記範囲内に限定することにより所望
のすぐれた耐摩耗性と小さな相手攻撃性を確保するよう
にしたものである。

【０００８】さらに、上記第１〜３相のそれぞれの硬さ
は、これを構成する合金組成を上記の通りに限定するこ
とにより得られ、かつ硬さの上記範囲内での制御は、合
金組成を調整することにより行なわれる。

【０００９】また、空孔率が５％未満では、銅溶浸また
は鉛含浸が不十分となって所望の強度を得ることができ
ず、一方空孔率が２０％を越えると耐摩耗性が著しく低
下するようになるという理由で、空孔率を５〜２０％と
定めた。また、さらに銅溶浸材としては、無酸素銅、Ｃ
ｕ−１〜４％Ｃｏ−１〜２％Ｚｎの組成を有するＣｕ−
Ｃｏ−Ｚｎ合金、およびＣｕ−２〜５％Ｆｅ−１〜６％
Ｍｎ−１〜４％Ｚｎの組成を有するＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ−
Ｚｎ合金の使用が望ましく、鉛含浸材としては、純Ｐ
ｂ、Ｐｂ−３０〜４０％Ｓｎ合金の使用が望ましい。

【００１０】

【実施例】つぎに、この発明のバルブシートを実施例に
より具体的に説明する。原料粉末として、表１、表２、
および表３に示される硬さおよび組成を有する粒度：１
００mesh以下のアトマイズ粉末を用意し、これら原料粉
末を表４および表５に示される配合組成に配合し、ステ
アリン酸亜鉛：１％を加えてミキサーにて３０分間混合
した後、５〜７ton ／cm² の範囲内の所定の圧力で圧粉
体にプレス成形し、この圧粉体を５００℃に３０分間保
持して脱脂し、ついでアンモニア分解ガス雰囲気中、１
１００〜１２００℃の範囲内の所定の温度に１時間保持
の条件で焼結して、同じく表４および表５に示される空
孔率を有し、かつ配合組成と実質的に同一の組成をもっ
た３相混合組織の焼結合金基体を形成し、これらの焼結
合金基体の一部に、メタン変成ガス雰囲気中、無酸素銅
からなる純Ｃｕ、Ｃｕ−２．４％Ｃｏ−１．３％Ｚｎ合
金（以下Ｃｕ合金１という）、あるいはＣｕ−３．６％
Ｆｅ−４．１％Ｍｎ−２．１％Ｚｎ合金（以下Ｃｕ合金
２という）を表４，５に示される組合せで載置した状態
で、温度：１１００℃に１５分間保持の条件で銅溶浸を
施して銅溶浸焼結合金とし、この銅溶浸焼結合金には６
００〜７００℃の範囲内の所定温度に１．５時間保持の
条件で熱処理を施し、さらに残りの焼結合金基体には、
窒素雰囲気中、浴表面に８kg／cm² の圧力を付加した状
態で、６００℃に加熱した純ＰｂあるいはＰｂ−３５％
Ｓｎ合金の浴中に１時間浸漬保持の条件で鉛含浸を施し
て鉛含浸焼結合金とすることにより、いずれも外径：３
４mm×内径：２７mm×厚さ：７mmの寸法をもった本発明
金属充填バルブシート１〜１６、および比較金属充填焼
結合金製バルブシート１〜１２をそれぞれ製造した。

【００１１】

【表１】

【００１２】

【表２】

【００１３】

【表３】

【００１４】

【表４】

【００１５】

【表５】

【００１６】なお、比較金属充填焼結合金製バルブシー
ト１〜１２は、これを構成する焼結合金基体における第
１〜３相の硬さおよび含有割合、並びに空孔率のうちの
いずれかがこの発明の範囲から外れたものである。

【００１７】ついで、この結果得られた各種の金属充填
バルブシートについて、 バルブの材質：ＪＩＳ・ＳＵＨ３６、 バルブの加熱温度：８５０〜９００℃、 バルブの着座回数：３０００ｒ．ｐ．ｍ．、 雰囲気：０．４kg／cm² の圧力のプロパンガスと、流
量：１．６ｌ／min の酸素による燃焼ガス、 バルブシートの表面加熱温度（内部水冷）：３５０〜４
００℃ 試験時間：１００時間、 の条件で摩耗試験を行ない、バルブシートの最大摩耗深
さと、相手部材であるバルブの最大摩耗深さを測定し
た。これらの測定結果を表４および表５に示した。

【００１８】

【発明の効果】表４および表５に示される結果から、本
発明金属充填バルブシート１〜１６は、いずれもすぐれ
た耐摩耗性を示し、かつ相手攻撃性も小さいのに対し
て、比較金属充填バルブシートに見られるように、焼結
合金基体を構成する第１〜３相の硬さおよび含有割合、
並びに空孔率のうちのいずれかでもこの発明の範囲から
外れると、耐摩耗性および相手攻撃性のうちの少なくと
もいずれかが劣ったものになることが明らかである。

【００１９】上述のように、この発明の金属充填焼結合
金製バルブシートは、すぐれた耐摩耗性と著しく小さい
相手攻撃性を有するので、苛酷な条件下での実用に際し
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】 マイクロビッカース硬さ（ＭＨｖ）：７
   ００〜１８００を有するＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ｗ系合金の
   第１相：３〜１５％、 ＭＨｖ：５００〜１０００を有するＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ系
   合金の第２相：２〜１２％、 ＭＨｖ：１００〜３００を有するＦｅ−Ｃｏ系合金の第
   ３相：残り、からなる割合（以上重量％）の３相混合組
   織、 並びに５〜２０％の空孔率、を有する焼結合金基体に、
   ＣｕまたはＣｕ合金を溶浸してなる銅溶浸焼結合金で構
   成したことを特徴とする内燃機関用金属充填焼結合金製
   バルブシート。
2. 【請求項２】 マイクロビッカース硬さ（ＭＨｖ）：７
   ００〜１８００を有するＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ｗ系合金の
   第１相：３〜１５％、 ＭＨｖ：５００〜１０００を有するＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ系
   合金の第２相：２〜１２％、 ＭＨｖ：１００〜３００を有するＦｅ−Ｃｏ系合金の第
   ３相：残り、からなる割合（以上重量％）の３相混合組
   織、 並びに５〜２０％の空孔率、を有する焼結合金基体に、
   ＰｂまたはＰｂ合金を含浸してなる鉛含浸焼結合金で構
   成したことを特徴とする内燃機関用金属充填結合金製バ
   ルブシート。