JPH0555591B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、バルブシート用鉄系焼結合金に関
し、詳しくは、オーステナイト組織とパーライト
組織の混合組織からなるFe−Ｃ−Co−Ni系基地
組織中に、特定組成の硬質粒子を均一に分散さ
せ、さらに、必要に応じてPb合金もしくはCu合
金の溶浸合金による溶浸処理を併用することによ
つて、バルブシートとして自身の耐摩耗性に優
れ、しかし、摺動する相手材であるエンジンバル
ブに対する損傷性の少ないバルブシート用鉄系焼
結合金にかかる。 〔従来技術〕 最近、自動車用エンジンにおいて、高出力・高
回転化、排出ガス浄化対策、或いは、燃費向上対
策等に対する改善要求が一段と高まつている。 このため、自動車用エンジンにおけるエンジン
バルブ、バルブシートに対しては、従来にもまし
て厳しい使用環境条件に耐えることが不可避とな
つてきている。 即ち、エンジンバルブ、バルブシート等におい
ては、それ自身の耐摩耗性の改善とともに、摺動
する相手材に対する損傷性を少なくし、しかも、
低コストとすることが強く望まれている。 しかし、従来のバルブシート用焼結合金として
は、鉄系合金にフエロモリブデン等の金属間化合
物や複合炭化物を添加したものが、優れたバルブ
シート用焼結合金として採用されているものの、
このような焼結合金では上述のような最近の厳し
い要求特性に対し、十分な耐久性を確保すること
ができないという問題点があつた。 そこで、発明者らは上述のような従来のバルブ
シートの耐久性の現状に鑑みて、パーライト組織
を主体としるFe−Ｃ系基地組織中に特定組成の
粒度調整された硬質粒子を均一に分散させること
によつて、バルブシートとして自身の耐摩耗性に
優れ、しかも、摺動する相手材であるエンジンバ
ルブに対する損傷性の少ないバルブシート用鉄系
焼結合金を既に提案している（発明の名称；「バ
ルブシート用鉄系焼結合金」、出願人；トヨタ自
動車(株)、昭和59年４月19日）。 また、別の発明として上記発明のバルブシート
用鉄系焼結合金に対してPb合金もしくはCu合金
の溶浸合金による溶浸処理を併用することによ
り、さらに、優れた耐摩耗性としたバルブシート
用鉄系焼結合金も提案している（発明の名称；
「バルブシート用鉄系焼結合金」、出願人；トヨタ
自動車(株)、出願日；本件と同時出願）。 〔発明の目的〕 本発明は、上述のような従来技術の問題点を解
決するためになされたもので、オーステナイト組
織とパーライト組織の混合組織からなるFe−Ｃ
−Co−Ni系基地組織中に特定組成の粒度調整さ
れた硬質粒子を均一に分散させ、さらに、必要に
応じてPb合金もしくはCu合金の溶浸合金により
溶浸処理を併用することによつて、バルブシート
として自身の耐摩耗性に優れ、しかも、摺動する
相手材に対する損傷性を少なくすることができ、
しかも、低コストにて製造することができるバル
ブシート用鉄系焼結合金を提供することを目的と
している。 〔発明の構成〕 このような目的は、本発明によれば、Fe−Ｃ
−Co−Ni系基地組織用粉末に、重量比率にて５
〜20％の範囲で硬質粒子用合金粉末を混合し、圧
粉成形後、焼結処理されて得られる、オーステナ
イト組織とパーライト組織の混合組織からなる
Fe−Ｃ−Co−Ni系基地組織に硬質粒子が均一に
分散した組織からなるバルブシート用鉄系焼結合
金であつて、前記基地組織用粉末は、重量比率
で、黒鉛粉末；0.5〜1.6％、Co粉末及びNi粉末の
うち少なくとも１種類；3.0〜15.0％、残部実質
的に鉄粉からなり、前記硬質粒子用合金粉末は、
重量比率で、Ｃ；1.0〜2.0％、Cr；5.0〜20.0％、
Mo；0.2〜3.0％、Ｖ；0.1〜1.0％、残部実質的に
Feからなり、その合金粉末内部に10μ以下の微細
に析出したCr、Mo、Ｖ等の炭化物を有し、平均
粒径；40〜150μ、硬さ；Hv300〜700であること
を特徴とするバルブシート用鉄系焼結合金、及
び、Fe−Ｃ−Co−Ni系基地組織用粉末に、重量
比率にて５〜20％の範囲で硬質粒子用合金粉末を
混合し、圧粉成形後、焼結処理および溶浸処理さ
れて得られる、オーステナイト組織とパーライト
組織の混合組織からなるFe−Ｃ−Co−Ni系基地
組織に硬質粒子が均一に分散した組織からなるバ
ルブシート用鉄系焼結合金であつて、前記基地組
織用粉末は、重量比率で、黒鉛粉末；0.5〜1.6
％、Co粉末及びNi粉末のうち少なくとも１種
類；3.0〜15.0％、残部実質的に鉄粉からなり、
前記硬質粒子用合金粉末は、重量比率で、Ｃ；
1.0〜2.0％、Cr；5.0〜20.0％、Mo；0.2〜3.0％、
Ｖ；0.1〜1.0％、残部実質的にFeからなり、その
合金粉末内部に粒径10μ以下の微細に析出した
Cr、Mo、Ｖ等の炭化物を有し、平均粒径；4.0〜
150μ、硬さ；Hv300〜700の硬質粒子であり、前
記溶浸処理は、Pb合金もしくはCu合金の溶浸合
金を、重量比率で、５〜25％溶浸することを特徴
とするバルブシート用鉄系焼結合金によつて達成
される。 〔発明の作用〕 以下、本発明の作用について説明する。 なお、以下の説明において、合金元素の含有量
は全て重量比率（％）にて説明する。 まず、本発明のバルブシート用鉄系焼結合金に
使用する硬質粒子用合金粉末を構成する各成分の
範囲限定理由について説明する。 本発明材に分散させる硬質粒子用合金粉末にお
けるＣは、Fe、Cr、Mo、Ｖと反応して炭化物を
形成して耐摩耗性を改善することから有効である
が、1.0％未満では炭化物量が少ないことから上
述の耐摩耗性改善効果が十分でなく、一方、2.0
％を越える炭化物量が過多となるとともに、焼結
時における硬質粒子からその周辺基地組織中への
Ｃの拡散を促進して、硬質粒子が消滅する可能性
があることから1.0〜2.0％とした。 また、Cr、Mo、ＶはＣと反応し炭化物を形成
することから耐摩耗性改善に有効であるが、Cr
は5.0％未満、Moは0.2％未満、Ｖは0.1％未満で
は、形成される炭化物量が少ないため上述の耐摩
耗性改善効果が十分でなく、一方、Crは20.0％、
Moは3.0％、Ｖは1.0％を越えると形成される炭
化物量が過多となり、とりわけ、Ｖは硬質のVC
炭化物を多く形成して摺動する相手材（エンジン
バルブ）に対する損傷性を増大することから、
Cr：5.0〜20.0％、Mo；0.2〜3.0％、Ｖ；0.1〜1.0
％とした。 次に、硬質粒子用合金粉末内部に析出している
微細な炭化物の粒径を10μ以下としているのは、
炭化物粒径が10μを越えると摺動する相手材（エ
ンジンバルブ）に対する損傷性を増大するからで
ある。 硬質粒子用合金粉末の平均粒径を40〜150μと
したのは、40μ未満では焼結する際に基地中に拡
散してしまい、一方、150μを越えて大きな硬質
粒子用合金粉末が原料粉末中に存在すると原料粉
末を圧粉成形する際、充分に原料粉末を圧粉でき
ないためである。 また、硬質粒子用合金粉末の硬さをHv300〜
700としたのは、Hv300未満では硬質粒子として
の耐摩耗性改善効果が十分でなく、一方、Hv700
を越えると硬質粒子が硬すぎて、摺動する相手材
（エンジンバルブ）に対する損傷性を増大するか
らである。 更に、本発明材におけるオーステナイト組織と
パーライト組織の混合組織からなる基地組織用粉
末中への硬質粒子用合金粉末の分散量を重量比率
で５〜20％としたのは、硬質粒子用合金粉末の分
散量が５％未満では、硬質粒子量が少ないため耐
摩耗性改善効果が十分でなく、一方、硬質粒子用
合金粉末の分散量が20％を越えると摺動する相手
材（エンジンバルブ）に対する損傷性を増大する
からである。 以上の如く構成して、組織全体としての耐摩耗
性および相手材に対する損傷性は硬質粒子の成
分、硬さ、含有量で維持し、更に、平均粒径を調
整して、組織中における比較的柔らかい基地のみ
からなる部分を大きくすることにより加工性を良
好にしているのである。 次に、本発明材におけるバルブシート用鉄系焼
結合金の基地組織を形成するために使用する基地
組織用粉末の成分の範囲限定理由について説明す
る。 Ｃは焼結処理時、Feと反応してオーステナイ
ト組織とパーライト組織の混合組織からなる基地
組織中に固溶して焼結反応を促進させるので有効
であるが、0.5％未満では上述の効果が十分でな
く、一方、1.6％を越えて添加するとセメンタイ
ト組織が多量に析出して焼結体を脆化することか
ら0.5〜1.6％とした。 また、Co及びNiは、基地組織中に固溶して基
地組織を強化するとともに耐熱性を改善するので
有効であるが、３％未満ではその改善効果が充分
でなく、15％を越えると焼結合金材質を軟化して
耐摩耗性を低下することから３〜15％とした。 また、Pb合金もしくはCu合金の溶浸合金は、
焼結処理された焼結体に溶浸されて、その潤滑作
用により耐摩耗性を向上するとともに、封孔作用
によつて被削性をも改善することができることか
ら有効であるが、５％未満ではその改善効果が充
分でなく、25％を越えると強度低下が著しいこと
から５〜25％とした。 なお、溶浸合金としてCu合金を使用する場合
においては、Pb；20〜40％、残部Cuからなる、
いわゆる、ケルメツト合金とするのが望ましい。 〔実施例〕 以下、添付表に基づいて、本発明の１実施例を
説明する。 本発明材に使用した硬質粒子用合金粉末の化学
成分、及び、その合金粉末中に含有される微細な
炭化物の粒径、並びに、後述の圧粉成形用混合合
金粉末中の硬質粒子用合金粉末の配合割合を第１
表に示す。 オーステナイト組織とパーライト組織の混合組
織からなる基地組織中に分散させる硬質相を得る
ための硬質粒子用合金粉末は、各成分を第１表の
組成に調整して溶融した後、水噴霧法により−
100メツシユの合金粉末を製造した。 ついで、第２表に示す各成分の基地組織用鉄粉
にこの硬質粒子用合金粉末を第１表に示す配合割
合で添加し、さらに、黒鉛粉末、ステアリン酸亜
鉛を添加して圧粉成形用混合合金粉末とした。 たとえば、本発明材においては、第１表に示
す組成からなり、含有する炭化物粒径が4μの硬
質粒子用合金粉末を、重量比率で12％、また、第
２表に示すように黒鉛粉末を1.1％、Co粉末を８
％、残部Fe粉末となるように配合し、さらに、
潤滑剤として一般に用いるステアリン酸亜鉛を
0.8％添加して圧粉成形用混合合金粉末とした。 同様に、本発明材、、においても、第１
表に示す様に、組成と含有する炭化物粒径が調整
された硬質粒子用合金粉末を第１表に示すような
配合割合で添加し、さらに、本発明材と同様
に、第２表に示される割合のCo粉末もしくはNi
粉末、黒鉛粉末となるように配合し、さらに、ス
テアリン酸亜鉛を0.8％添加して圧粉成形用混合
合金を粉末とした。 次に、比較材は、硬質粒子用合金粉末の組成
を高Cr（29％）、高Mo（５％）とし、硬質粒子用
合金粉末内の炭化物平均粒径が10μを越える粗粒
としたものである。 また、比較材は、硬質粒子用合金粉末の組成
を低Ｃ（0.7％）、低Cr（３％）とし、硬質粒子用合
金粉末の配合割合も５％未満（３％）とし、ま
た、基地組織用粉末のCo含有量を15％を越える
多量（19％）としたものである。 また、比較材は、硬質粒子用合金粉末の配合
割合を25％を越える多量（29％）とし、また、基
地組織用粉末のNi含有量を15％を越える多量
（20％）としたものである。 このようにして生成された圧粉成形用混合粉末
を6ton／cm²で圧粉成形して、φ40mm×８mmの圧粉
成形体とした後、アンモニヤ分解ガス中にて1100
℃×１時間の焼結処理後、本発明材、比較材
においては溶浸処理を実施せず、本発明材、
及び比較材においてはPb合金により溶浸処理
を実施、また、本発明材及び比較材において
はケルメツト合金により溶浸処理を実施して焼結
体を製作した。 上述により焼結処理された本発明材の焼結体の
基地はオーステナイト組織とパーライト組織の混
合組織であつた。 上述により焼結処理及び必要に応じて溶浸処理
された焼結体を、機械加工仕上げによりバルブシ
ート形状とした。 そして、このようにして製造したバルブシート
を、４気筒、1600c.c.エンジンのアルミニウム合金
製シリンダヘツドにエキゾーストバルブシートと
して圧入嵌合し、エンジン台上耐久試験を実施し
た。 なお、エンジン台上耐久試験条件としては、燃
料として無鉛ガソリンを用い、6600rpm、全負荷
で連続200時間運転とした。 このエンジン台上耐久試験結果は、試験終了後
におけるバルブシートの当り面幅増加量とエンジ
ンバルブ摩耗量を測定することによつて、バルブ
シートの耐久性を評価した。 そのエンジン台上耐久試験結果を第２表に併せ
て示している。 第２表から明らかなように、比較材は、硬質
粒子用合金粉末の組成を高Cr（29％）、高Mo（５
％）とし、硬質粒子用合金粉末内の炭化物平均粒
径が10μを越える粗粒としていることから炭化物
の析出量が過多となり、また、CoもしくはNi、
Pb合金もしくはCu合金の溶浸合金を添加してい
ないことから、摺動する相手材（エンジンバル
ブ）の摩耗量が多くなつている。 また、比較材は、硬質粒子用合金粉末の組成
をＣ（0.7％）、低Cr（３％）とし、硬質粒子用合金
粉末の配合割合も５％未満（３％）とし、また、
基地組織用粉末のCo含有量を15％を越えた多量
（19％）としていることから、形成される炭化物
量が少ないため焼結合金の基地組織が軟化するこ
とから耐摩耗性が低下してバルブシートの摩耗量
が増大している。 また、比較材は、硬質粒子用合金粉末の配合
割合を25％を越える多量（29％）としていること
から、バルブシートの摩耗量が多いばかりでな
く、また、基地組織用粉末のNi含有量を15％を
越える多量（20％）としていることから、摺動す
る相手材（エンジンバルブ）の摩耗量も多くなつ
ている。 上記の比較材、、に比較して本発明材
、、、は、エンジン台上耐久試験結果か
ら明らかなように、いずれも、バルブシートの当
り面増加量は0.2mm以下、エンジンバルブの摩耗
量も8μ以下と優れた耐久性を示している。

【表】

〔発明の効果〕

以上により明らかなように、本発明にかかるバ
ルブシート用鉄系焼結合金によれば、オーステナ
イト組織とパーライト組織の混合組織からなる
Fe−Ｃ−Co−Ni系基地組織中に特定組成の粒度
調整された硬質粒子を均一に分散させ、さらに、
必要に応じてPb合金もしくはCu合金の溶浸合金
による溶浸処理を併用することによつて、バルブ
シートとして自身の耐摩耗性に優れ、しかも、摺
動する相手材に対する損傷性を少なくすることが
でき、しかも、低コストにて製造することができ
る利点がある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Fe−Ｃ−Co−Ni系基地組織用粉末に、重量
   比率にて５〜20％の範囲で硬質粒子用合金粉末を
   混合し、圧粉成形後、焼結処理されて得られる、
   オーステナイト組織とパーライト組織の混合組織
   からなるFe−Ｃ−Co−Ni系基地組織に硬質粒子
   が均一に分散した組織からなるバルブシート用鉄
   系焼結合金であつて、 前記基地組織用粉末は、重量比率で、黒鉛粉
   末；0.5〜1.6％、Co粉末及びNi粉末のうち少なく
   とも１種類；3.0〜15.0％、残部実質的に鉄粉か
   らなり、 前記硬質粒子用合金粉末は、重量比率で、Ｃ；
   1.0〜2.0％、Cr；5.0〜20.0％、Mo；0.2〜3.0％、
   Ｖ；0.1〜1.0％、残部実質的にFeからなり、その
   合金粉末内部に粒径10μ以下の微細に析出した
   Cr、Mo、Ｖ等の炭化物を有し、平均粒径；40〜
   150μ、硬さ；Hv300〜700であることを特徴とす
   るバルブシート用鉄系焼結合金。 ２ Fe−Ｃ−Co−Ni系基地組織用粉末に、重量
   比率にて５〜20％の範囲で硬質粒子用合金粉末を
   混合し、圧粉成形後、焼結処理および溶浸処理さ
   れて得られる、オーステナイト組織とパーライト
   組織の混合組織からなるFe−Ｃ−Co−Ni系基地
   組織に硬質粒子が均一に分散した組織からなるバ
   ルブシート用鉄系焼結合金であつて、 前記基地組織用粉末は、重量比率で、黒鉛粉
   末；0.5〜1.6％、Co粉末及びNi粉末のうち少なく
   とも１種類；3.0〜15.0％、残部実質的に鉄粉か
   らなり、 前記硬質粒子用合金粉末は、重量比率で、Ｃ；
   1.0〜2.0％、Cr；5.0〜20.0％、Mo；0.2〜3.0％、
   Ｖ；0.1〜1.0％、残部実質的にFeからなり、その
   合金粉末内部に粒径10μ以下の微細に析出した
   Cr、Mo、Ｖ等の炭化物を有し、平均粒径；40〜
   150μ、硬さ；Hv300〜700の硬質粒子であり、 前記溶浸処理は、Pb合金もしくはCu合金の溶
   浸合金を、重量比率で、５〜25％溶浸することを
   特徴とするバルブシート用鉄系焼結合金。