JPH0543916A - 高強度を有する金属充填Fe基焼結合金製バルブシート - Google Patents
高強度を有する金属充填Fe基焼結合金製バルブシートInfo
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- JPH0543916A JPH0543916A JP22500791A JP22500791A JPH0543916A JP H0543916 A JPH0543916 A JP H0543916A JP 22500791 A JP22500791 A JP 22500791A JP 22500791 A JP22500791 A JP 22500791A JP H0543916 A JPH0543916 A JP H0543916A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 内燃機関などに構造部材として用いられてい
る金属充填Fe基焼結合金製バルブシートの強度を向上
させる。 【構成】 Fe基合金の素地に、MHv:500〜18
00を有する炭化物分散型硬質粒子および/または金属
間化合物分散型硬質粒子が5〜25重量%の割合で分散
する組織、並びに5〜20%の空孔率を有するFe基焼
結合金の基体に、CuまたはCu合金を溶浸してなる銅
溶浸Fe基焼結合金、あるいはPbまたはPb合金を含
浸してなる鉛含浸Fe基焼結合金で構成されたバルブシ
ートにおいて、硬質粒子に占める割合で10〜80重量
%の硬質粒子の形状を球形状とし、残りの硬質粒子の形
状を不規則塊状とする。
る金属充填Fe基焼結合金製バルブシートの強度を向上
させる。 【構成】 Fe基合金の素地に、MHv:500〜18
00を有する炭化物分散型硬質粒子および/または金属
間化合物分散型硬質粒子が5〜25重量%の割合で分散
する組織、並びに5〜20%の空孔率を有するFe基焼
結合金の基体に、CuまたはCu合金を溶浸してなる銅
溶浸Fe基焼結合金、あるいはPbまたはPb合金を含
浸してなる鉛含浸Fe基焼結合金で構成されたバルブシ
ートにおいて、硬質粒子に占める割合で10〜80重量
%の硬質粒子の形状を球形状とし、残りの硬質粒子の形
状を不規則塊状とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、高強度を有する銅溶
浸または鉛含浸(以下金属充填ともいう)のFe基焼結
合金製バルブシートに関するものである。
浸または鉛含浸(以下金属充填ともいう)のFe基焼結
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、一般に自動車はじめ、各種の内燃
機関の構造部材であるバルブシートの製造には、すぐれ
た耐摩耗性が要求されることから、通常Fe基焼結合金
の素地に、耐摩耗性を向上させる目的で、マイクロビッ
カース硬さ(MHv)で500〜1800を有する炭化
物分散型硬質粒子および/または金属間化合物分散型硬
質粒子を、5〜25重量%の割合で分散させた組織、並
びに5〜20%の空孔率、を有するFe基焼結合金の基
体に、CuまたはCu合金を溶浸してなる銅溶浸Fe基
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Fe基焼結合金が用いられている。
機関の構造部材であるバルブシートの製造には、すぐれ
た耐摩耗性が要求されることから、通常Fe基焼結合金
の素地に、耐摩耗性を向上させる目的で、マイクロビッ
カース硬さ(MHv)で500〜1800を有する炭化
物分散型硬質粒子および/または金属間化合物分散型硬
質粒子を、5〜25重量%の割合で分散させた組織、並
びに5〜20%の空孔率、を有するFe基焼結合金の基
体に、CuまたはCu合金を溶浸してなる銅溶浸Fe基
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Fe基焼結合金が用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年自動車はじ
め、各種駆動装置などの高速化、高出力化、および軽量
化はめざましく、さらに一段の向上が試みられており、
これに伴ない、これらの内燃機関の構造部材であるバル
ブシートにもより高い強度が要求されているが、上記の
従来金属充填Fe基焼結合金製バルブシートは、これら
の要求に十分満足に対応することができる高強度を具備
するものではないのが現状である。
め、各種駆動装置などの高速化、高出力化、および軽量
化はめざましく、さらに一段の向上が試みられており、
これに伴ない、これらの内燃機関の構造部材であるバル
ブシートにもより高い強度が要求されているが、上記の
従来金属充填Fe基焼結合金製バルブシートは、これら
の要求に十分満足に対応することができる高強度を具備
するものでは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、上記の従来金属充填Fe基焼結
合金製バルブシートに着目し、これのもつすぐれた耐摩
耗性を損なうことなく、より一段の強度向上をはかるべ
く研究を行なった結果、上記従来金属充填Fe基焼結合
金製バルブシートの製造に際して、Fe基焼結合金基体
の素地中に分散する硬質粒子形成用として用いられてい
る原料粉末は、一般に水アトマイズによって形成される
ものであるため、その形状が不規則塊状を呈し、この形
状はそのままバルブシートを構成するFe基焼結合金基
体の硬質粒子に引継がれるが、これを、炭化物分散型硬
質粒子形成用であれば、望ましくは、重量%で(以下%
は重量%を示す)、 Cr:10〜60%、 Co:10〜40%、 Wおよび/またはMo:5〜30%、 Si:0.5〜3%、 C:0.5〜3%、 を含有し、さらに必要に応じて、 Ni〜5〜15%、 Nb:0.5〜5%、 V:0.5〜5%、 のうちの1種以上、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合金、または金属間化合物分散
型硬質粒子形成用であれば、望ましくは、 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を有
する合金に特定した上で、ガスアトマイズにより形成す
ると、この結果のガスアトマイズ粉末は球形状を呈する
ようになり、このように形成した球形状粉末と上記の不
規則塊状粉末とを、素地形成用のFe基合金粉末と共に
原料粉末として用いて、Fe基焼結合金基体を形成する
と、このFe基焼結合金基体は球形状の硬質粒子と不規
則塊状の硬質粒子が素地中に共存分散した組織をもつよ
うになり、この基体に金属充填を行なうことにより製造
されたバルブシートは、すぐれた耐摩耗性を具備した上
で、高強度をもつようになるという研究結果を得たので
ある。
上述のような観点から、上記の従来金属充填Fe基焼結
合金製バルブシートに着目し、これのもつすぐれた耐摩
耗性を損なうことなく、より一段の強度向上をはかるべ
く研究を行なった結果、上記従来金属充填Fe基焼結合
金製バルブシートの製造に際して、Fe基焼結合金基体
の素地中に分散する硬質粒子形成用として用いられてい
る原料粉末は、一般に水アトマイズによって形成される
ものであるため、その形状が不規則塊状を呈し、この形
状はそのままバルブシートを構成するFe基焼結合金基
体の硬質粒子に引継がれるが、これを、炭化物分散型硬
質粒子形成用であれば、望ましくは、重量%で(以下%
は重量%を示す)、 Cr:10〜60%、 Co:10〜40%、 Wおよび/またはMo:5〜30%、 Si:0.5〜3%、 C:0.5〜3%、 を含有し、さらに必要に応じて、 Ni〜5〜15%、 Nb:0.5〜5%、 V:0.5〜5%、 のうちの1種以上、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合金、または金属間化合物分散
型硬質粒子形成用であれば、望ましくは、 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を有
する合金に特定した上で、ガスアトマイズにより形成す
ると、この結果のガスアトマイズ粉末は球形状を呈する
ようになり、このように形成した球形状粉末と上記の不
規則塊状粉末とを、素地形成用のFe基合金粉末と共に
原料粉末として用いて、Fe基焼結合金基体を形成する
と、このFe基焼結合金基体は球形状の硬質粒子と不規
則塊状の硬質粒子が素地中に共存分散した組織をもつよ
うになり、この基体に金属充填を行なうことにより製造
されたバルブシートは、すぐれた耐摩耗性を具備した上
で、高強度をもつようになるという研究結果を得たので
ある。
【0005】この発明は、上記研究結果にもとづいてな
されたものであって、Fe基合金の素地に、MHv:5
00〜1800を有する炭化物分散型硬質粒子および/
または金属間化合物分散型硬質粒子を5〜25%の割合
で分散させた組織、並びに5〜20%の空孔率、を有す
るFe基焼結合金の基体に、それぞれCuまたはCu合
金を溶浸してなる銅溶浸Fe基焼結合金、あるいはPb
またはPb合金を含浸してなる鉛含浸Fe基焼結合金で
構成されたバルブシートにおいて、硬質粒子に占める割
合で10〜80%の硬質粒子の形状を球形状とし、残り
の硬質粒子の形状を不規則塊状とすることにより、すぐ
れた耐摩耗性を具備したままで、強度を一段と向上せし
めた金属充填Fe基焼結合金製バルブシートに特徴を有
するものである。
されたものであって、Fe基合金の素地に、MHv:5
00〜1800を有する炭化物分散型硬質粒子および/
または金属間化合物分散型硬質粒子を5〜25%の割合
で分散させた組織、並びに5〜20%の空孔率、を有す
るFe基焼結合金の基体に、それぞれCuまたはCu合
金を溶浸してなる銅溶浸Fe基焼結合金、あるいはPb
またはPb合金を含浸してなる鉛含浸Fe基焼結合金で
構成されたバルブシートにおいて、硬質粒子に占める割
合で10〜80%の硬質粒子の形状を球形状とし、残り
の硬質粒子の形状を不規則塊状とすることにより、すぐ
れた耐摩耗性を具備したままで、強度を一段と向上せし
めた金属充填Fe基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Fe基焼結合金基体の素地は、 Co:2〜10%、 Ni:0.5〜10% Mo:0.5〜3%、 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有するFe基合金で構成するの
が望ましい。
これを構成するFe基焼結合金基体の素地は、 Co:2〜10%、 Ni:0.5〜10% Mo:0.5〜3%、 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有するFe基合金で構成するの
が望ましい。
【0007】また、この発明のバルブシートにおいて、
これを構成するFe基焼結合金基体の硬質粒子に関し
て、その硬さがMHvで500未満でも、その含有割合
が5%未満でも所望のすぐれた耐摩耗性を確保すること
ができず、一方その硬さがMHvで1800を越えた
り、その含有量が25%を越えたりすると、相手攻撃性
が急激に増大するようになるという理由で、硬さがMH
vで500〜1800、含有割合が5〜20%と定めら
れている。
これを構成するFe基焼結合金基体の硬質粒子に関し
て、その硬さがMHvで500未満でも、その含有割合
が5%未満でも所望のすぐれた耐摩耗性を確保すること
ができず、一方その硬さがMHvで1800を越えた
り、その含有量が25%を越えたりすると、相手攻撃性
が急激に増大するようになるという理由で、硬さがMH
vで500〜1800、含有割合が5〜20%と定めら
れている。
【0008】また、この発明のバルブシートにおいて、
これを構成するFe基焼結合金基体の素地に分散する硬
質粒子のうちの球形状粒子の割合を、硬質粒子に占める
割合で10〜80%と限定したのは、その含有割合が1
0%未満でも、また80%を越えても所望の強度向上効
果が得られないという理由によるものである。
これを構成するFe基焼結合金基体の素地に分散する硬
質粒子のうちの球形状粒子の割合を、硬質粒子に占める
割合で10〜80%と限定したのは、その含有割合が1
0%未満でも、また80%を越えても所望の強度向上効
果が得られないという理由によるものである。
【0009】さらに、この発明のバルブシートを構成す
るFe基焼結合金基体の空孔率を5〜20%と定めたの
は、5%未満の空孔率では、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20%
を越えた空孔率になると耐摩耗性の低下が著しくなると
いう理由にもとづくものである。
るFe基焼結合金基体の空孔率を5〜20%と定めたの
は、5%未満の空孔率では、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20%
を越えた空孔率になると耐摩耗性の低下が著しくなると
いう理由にもとづくものである。
【0010】また、さらに銅溶浸材としては、無酸素
銅、Cu−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Pb、Pb−30〜40%Sn合金の使用が望まし
い。
銅、Cu−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Pb、Pb−30〜40%Sn合金の使用が望まし
い。
【0011】
【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。炭化物分散型硬質粒子形成用
(以下炭化物系粉末という)、金属間化合物分散型硬質
粒子形成用(以下金属間化合物系粉末という)、および
素地形成用(以下素地粉末という)の原料粉末として、
それぞれ表1、表2、および表3に示される硬さと組成
を有し、かつ硬質粒子形成用のものは、ガスアトマイズ
により粒度:100mesh以下の球形状とした粉末と、水
アトマイズにより粒度:100mesh以下の不規則塊状と
した粉末を用意し、素地粉末は水アトマイズにより粒
度:100mesh以下の粉末とし、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にて圧粉体にプ
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、1100
〜1200℃の範囲内の所定温度に1時間保持の条件で
焼結して、表6および表7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Fe基焼結合
金基体を形成し、これらのFe基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C
u、Cu−2.3%Co−1.6%Zn合金(以下Cu
合金1という)、あるいはCu−3.5%Fe−3.2
%Mn−1.6%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:1
100℃に15分間保持の条件で銅溶浸を施して銅溶浸
Fe基焼結合金とし、この銅溶浸Fe基焼結合金には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Fe基焼結合金基体
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またはPb−3
5%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Fe基焼結合金とすることにより、いずれ
も外径:34mm×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1〜13、および比較
金属充填焼結合金製バルブシート1〜13をそれぞれ製
造した。なお、この場合同一の条件で引張試験用試片も
合せて製造した。
より具体的に説明する。炭化物分散型硬質粒子形成用
(以下炭化物系粉末という)、金属間化合物分散型硬質
粒子形成用(以下金属間化合物系粉末という)、および
素地形成用(以下素地粉末という)の原料粉末として、
それぞれ表1、表2、および表3に示される硬さと組成
を有し、かつ硬質粒子形成用のものは、ガスアトマイズ
により粒度:100mesh以下の球形状とした粉末と、水
アトマイズにより粒度:100mesh以下の不規則塊状と
した粉末を用意し、素地粉末は水アトマイズにより粒
度:100mesh以下の粉末とし、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にて圧粉体にプ
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、1100
〜1200℃の範囲内の所定温度に1時間保持の条件で
焼結して、表6および表7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Fe基焼結合
金基体を形成し、これらのFe基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C
u、Cu−2.3%Co−1.6%Zn合金(以下Cu
合金1という)、あるいはCu−3.5%Fe−3.2
%Mn−1.6%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:1
100℃に15分間保持の条件で銅溶浸を施して銅溶浸
Fe基焼結合金とし、この銅溶浸Fe基焼結合金には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Fe基焼結合金基体
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またはPb−3
5%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Fe基焼結合金とすることにより、いずれ
も外径:34mm×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1〜13、および比較
金属充填焼結合金製バルブシート1〜13をそれぞれ製
造した。なお、この場合同一の条件で引張試験用試片も
合せて製造した。
【0012】
【表1】
【0013】
【表2】
【0014】
【表3】
【0015】
【表4】
【0016】
【表5】
【0017】
【表6】
【0018】
【表7】
【0019】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、引張強さを測定し、さらに、 バルブの材質:ステライト6番盛金、 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6および表7に示した。
バルブシートについて、引張強さを測定し、さらに、 バルブの材質:ステライト6番盛金、 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6および表7に示した。
【0020】
【発明の効果】表6および表7に示される結果から、本
発明金属充填バルブシート1〜13は、Fe基焼結合金
基体の素地に分散する硬質粒子の形状が不規則塊状の比
較金属充填バルブシート1〜13に比して、高い強度を
有し、かつこれと同等のすぐれた耐摩耗性を示すことが
明らかである。
発明金属充填バルブシート1〜13は、Fe基焼結合金
基体の素地に分散する硬質粒子の形状が不規則塊状の比
較金属充填バルブシート1〜13に比して、高い強度を
有し、かつこれと同等のすぐれた耐摩耗性を示すことが
明らかである。
【0021】上述のように、この発明の金属充填Fe基
焼結合金製バルブシートは、高強度を有するので、これ
の薄肉化が可能となるばかりでなく、すぐれた耐摩耗性
を具備するので、苛酷な条件下での実用に際してもすぐ
れた性能を発揮するのである。
焼結合金製バルブシートは、高強度を有するので、これ
の薄肉化が可能となるばかりでなく、すぐれた耐摩耗性
を具備するので、苛酷な条件下での実用に際してもすぐ
れた性能を発揮するのである。
Claims (2)
- 【請求項1】 Fe基合金の素地に、マイクロビッカー
ス硬さで500〜1800を有する炭化物分散型硬質粒
子および/または金属間化合物分散型硬質粒子が5〜2
5重量%の割合で分散した組織、 並びに5〜20%の空孔率、を有するFe基焼結合金の
基体に、CuまたはCu合金を溶浸してなる銅溶浸Fe
基焼結合金で構成されたバルブシートにおいて、 硬質粒子に占める割合で10〜80重量%の硬質粒子の
形状を球形状とし、残りの硬質粒子の形状を不規則塊状
としたことを特徴とする高強度を有する金属充填Fe基
焼結合金製バルブシート。 - 【請求項2】 Fe基合金の素地に、マイクロビッカー
ス硬さで500〜1700を有する炭化物分散型硬質粒
子および/または金属間化合物分散型硬質粒子が5〜2
5重量%の割合で分散した組織、 並びに5〜20%の空孔率、を有するFe基焼結合金基
体に、PbまたはPb合金を含浸してなる鉛含浸Fe基
焼結合金で構成されたバルブシートにおいて、 硬質粒子に占める割合で10〜80重量%の硬質粒子の
形状を球形状とし、残りの硬質粒子の形状を不規則塊状
としたことを特徴とする高強度を有する金属充填Fe基
焼結合金製バルブシート。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22500791A JPH0543916A (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 高強度を有する金属充填Fe基焼結合金製バルブシート |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22500791A JPH0543916A (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 高強度を有する金属充填Fe基焼結合金製バルブシート |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0543916A true JPH0543916A (ja) | 1993-02-23 |
Family
ID=16822622
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22500791A Withdrawn JPH0543916A (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 高強度を有する金属充填Fe基焼結合金製バルブシート |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0543916A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5498483A (en) * | 1994-11-09 | 1996-03-12 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Wear-resistant sintered ferrous alloy for valve seat |
-
1991
- 1991-08-09 JP JP22500791A patent/JPH0543916A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5498483A (en) * | 1994-11-09 | 1996-03-12 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Wear-resistant sintered ferrous alloy for valve seat |
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