JPH0561346B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関のバルブシート用焼結合金に
係わり、より詳しくは合金自身の耐摩耗性を高め
るとともに、相手バルブに対する攻撃性を弱めた
鉄系焼結合金に関する。 〔従来の技術〕 最近、自動車用内燃機関は高出力、高回転化、
低燃費化が計られ、また排気ガス対策が施される
傾向にある。このため、バルブやバルブシート部
品は従来以上に厳しい条件にさらされるようにな
つてきている。 このバルブシートには高温での耐摩耗性を高め
るため、Cr，Ni，Co，Mo等の合金元素を添加
した鉄系焼結合金が多用されつつある。 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところで、バルブシートは、自身の耐摩耗性を
向上させるとともに相手バルブへの攻撃性の低減
が求められており、バルブシートの材質の選択
は、相手バルブとの相関において決定されるべき
もので、この選択を誤るとバルブ自身の耐摩耗性
を弱めるばかりか、相手部材に対する攻撃性を増
して、バルブ機構全体に思わしくない影響を与え
ることになる。そのため従来のような、例えばた
だ単にフエロモリブデン等の金属間化合物又は複
合炭化物を添加して極度に耐摩耗性を高めたバル
ブシートをそのまま使用すると、エンジンバルブ
の摩耗を増大させる結果となる。 本発明は通常の、耐摩耗性が特に高められてい
ない汎用エンジンバルブ（例えばJISNFC751製）
を相手にした場合にも相手材を摩耗することな
く、又は自身の摩耗を著しく増大させることのな
いようにしようとするものである。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明のバルブシート用鉄系焼結合金は、重量
比で、クロム（Cr），モリブデン（Mo），バナジ
ウム（Ｖ）、及びマンガン（Mn）からなる群か
ら選ばれる元素１種または２種以上１〜20％、炭
素（Ｃ）0.5〜２％及び不可避不純物を含む鉄基
合金を基地とし、クロム（Cr）10〜70％，タン
グステン（Ｗ）５〜20％，モリブデン（Mo）５
〜20％，鉄（Fe）20％以下、炭素（Ｃ）0.5〜３
％及び残部コバルト（Co）からなる合金粒子５
〜25％並びにフツ化カルシウム（CaF₂），二硫化
モリブデン（MoS₂）及び硫化マンガン（MnS）
からなる群から選ばれる固体潤滑剤１種または２
種以上0.2〜３％を基地中に均一に分散させたこ
とを特徴とする。 また、本発明は、基地が上記の成分に加えてニ
ツケル（Ni）１〜10％を含む鉄基合金であるバ
ルブシート用焼結合金にも関する。 さらに、本発明は前記焼結合金に鉛（Pb）１
〜20％を溶浸したことを特徴とする。 なお、本発明において％は特記しない限り重量
％を示す。 本発明で用いる各成分元素の限定理由について
説明する。 まず、硬質粒子として加える合金粒子の各成分
元素について説明する。 合金粒子中のクロム（Cr）はＣ（炭素）と化合
して炭化物を形成するとともに一部がCoと合金
を形成し合金粒子の硬さを向上させる効果を有し
ているが、Crが10％未満では上記の効果が不十
分であり、70％を超えるとCrの拡散が周囲の基
地へ進み過ぎ、合金粒子の内部及び周縁に空隙を
生じ、合金粒子がもろくなる。そのためCrは10
〜70％と限定した。 Ｗ（タングステン）は、Ｃと化合してMC型の
硬質炭化物とCoとの複炭化物を形成し、合金粒
子の硬さを向上させるが、Ｗが５％未満ではその
効果が発揮されず、20％を超えると合金粒子が硬
くなり過ぎ、相手材であるバルブへの攻撃性が増
大するため、Ｗは５〜20％とした。 Mo（モリブデン）はＣと化合して硬質炭化物
を形成し、合金粒子の硬さを増すが、Moが５％
未満ではその効果が現れず、20％を超えると合金
粒子が硬くなり過ぎて相手部材を攻撃するので５
〜20％とした。 ＣはCr，Mo及びＷと化合して炭化物を形成
し、合金粒子の硬さを向上させるが、Ｃは0.5％
未満ではその効果が発揮されず、３％を超えると
炭化物量が多すぎてもろくなる。そのため、Ｃは
0.5〜３％とした。 Fe（鉄）は特に添加しなくてもよいが、バルブ
シートに必要とする強度等に問題がなければ、高
価なCoの代わりに20％以下の任意の範囲で用い
ることができる。また、Cr，Ｗ，Moを単体とし
てではなくフエロアロイとして合金の原料に用い
る場合に添加されることになる。 合金粒子は耐摩耗性の向上に効果があることか
ら用いられる。その粒径は30〜150μmが好まし
く、合金中のCoの一部が基地中に拡散して粒子
の周囲に拡散層を形成することによつて、粒子と
基地との結合力が増し、該粒子の脱落が防止され
る。該合金粒子は５％未満では得られる焼結合金
の耐摩耗効果が発揮されず、25％を超えると成形
性、圧縮性及び被削性が低下するとともに相手材
であるバルブへの攻撃性が増大するため、合金粒
子は５〜25％と限定した。 次に固体潤滑剤について説明する。本発明にお
いては、固体潤滑剤としてCaF₂，MoS₂及び
MnSからなる群より選ばれる化合物の一種もし
くは二種以上を使用しており、これらの物質は基
地中に分散され、その潤滑作用により摺動面にお
けるバルブ及びバルブシートの摩耗を低減する
が、0.2％未満では効果がなく、３％を超えても
効果の向上が認められずに単にコスト高を起こす
結果となるため、0.2〜３％とした。 次に基地について説明する。 Cr，Mo，Ｖ（バナジウム），Mn（マンガン）の
１種又は２種以上を含む鉄基合金の１種又は２種
以上を使用することにより、鉄基地の耐熱性及び
耐食性を向上させることができる。特に、Cr1〜
５％，Mo0.1〜１％及びV0.1〜１％を含む鉄基合
金、Cr0.5〜２％、Mo0.1〜１％及びMn0.1〜１
％を含む鉄基合金又はCr6〜18を含む鉄基合金を
使用することが好ましい。上記鉄基合金中に含ま
れるCr，Mo，Ｖ，Mnの１種又は２種以上は１
％未満では鉄基地の耐熱性・耐食性の向上に対す
る効果がなく、20％超えてもそれ以上の効果が得
られないため、１〜20％とした。 Ｃは上記鉄基合金中に拡散して焼結を促進さ
せ、基地を強化させる効果があるとともに、未反
応の遊離黒鉛が、ある程度基地中に内在すること
により、潤滑効果が発揮されるが、Ｃが0.5％未
満ではその効果がなく、2.0％を超えるとセメン
タイトが析出し、基地がもろくなつたり、遊離黒
鉛が多すぎて基地の強度が低下するため、Ｃは
0.5〜２％とした。 Ni（ニツケル）はFe基地に固溶して基地の強度
を向上させるのに役立つため、更に強度を必要と
する場合に添加されるが、Niが１％未満ではそ
の効果が発揮されず、10％を超えると基地が軟化
し、耐摩耗性が低下するため、Niは１〜10％と
した。 Pb（鉛）の焼結合金への溶浸は、よりきびしい
条件下で使用されるバルブシートの場合に行われ
る。溶浸されたPbは、バルブとバルブシートの
接触部に介在してPb酸化物層を形成することに
より潤滑剤として作用してバルブ及びバルブシー
ト相互の耐摩耗性を向上させるが、Pbの溶浸が
１％未満ではPb溶浸の効果が発揮されず、20％
を超えて溶浸すると焼結合金のスケルトンが弱化
して摩耗が増大することから１〜20％とした。 〔実施例〕 以下、実施例にもとづいて本発明をさらに詳細
に説明する。 実施例 １ Cr45％，W17％，Mo10％，Fe15％，Ｃ：1.5
％及び残部Coからなる合金アトマイズ粉末（−
100メツシユ）10％、黒鉛粉末（−350メツシユ）
1.1％、カルボニルNi粉末（10μm以下）２％，
CaF₂0.5％、並びに残部としてCr12％及び残部Fe
からなる合金アトマイズ鉄粉（−100メツシユ）
からなる焼結用粉末組成物にステアリン酸亜鉛粉
末0.8％を混合した後、この混合粉末を金型内に
充てんし、成形圧7t／cm²で成形してバルブシート
粗形状の粉末成形体を得た。 この粉末成形体をアンモニア分解ガス雰囲気中
で1150℃の温度にて60分間焼結して焼結体を得
た。焼結体密度は6.9ｇ／cm³である。 得られた焼結体を排気バルブシートの形状に加
工して排気量2000c.c.４気筒のデイーゼルエンジン
に装着し、全負荷で200時間台上耐久試験を実施
し、バルブシート当り面幅増加量及びバルブ摩耗
量を測定した。なお、相手バルブにはJIS
NFC751を用いた。 実施例 ２〜８ 各材料を表１及び表２に示す各組成割合にそれ
ぞれ配合して実施例１と同様に行つて、各焼結体
を得た。なお、実施例３，４，６及び８は得られ
た焼結体をPb塊と接触させて再度アンモニア分
解ガス雰囲気中で1050℃の温度にて30分間加熱し
て焼結体中にPbを溶浸したものである。 得られた各焼結体をバルブシート形状に加工
し、バルブシート当り面幅増加量及びバルブ摩耗
量を実施例１と同様に試験したのち測定した。 比較例 １及び２ 比較例１としてJIS FC30鋳鉄、比較例２とし
てJIS耐熱鋼材SUH4Bをそれぞれ用いてバルブ
シート形状に加工し、これらを実施例１と同様に
試験してバルブ摩耗量を測定した。 以上の測定結果をまとめて表１に示す。

【表】 ＊ 組成は表２に示す。

〔発明の効果〕

本発明のバルブシート用鉄系焼結合金は上記に
示したように合金粒子と固体潤滑剤を鉄基合金基
地に均一に分散させたものであるため、耐摩耗性
に優れ、かつ相手材であるバルブに対する攻撃性
が低く、バルブシート用焼結合金として最適なも
のである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量比で、クロム（Cr）、モリブデン
   （Mo）、バナジウム（Ｖ）、及びマンガン（Mn）
   からなる群から選ばれる元素１種または２種以上
   １〜20％、炭素（Ｃ）0.5〜２％及び不可避不純
   物を含む鉄基合金を基地とし、クロム（Cr）10
   〜70％、タングステン（Ｗ）５〜20％、モリブデ
   ン（Mo）５〜20％、鉄（Fe）20％以下、炭素
   （Ｃ）0.5〜３％及び残部コバルト（Co）からなる
   合金粒子５〜25％並びにフツ化カルシウム
   （CaF₂）、二硫化モリブデン（MoS₂）及び硫化マ
   ンガン（MnS）からなる群から選ばれる固体潤
   滑剤１種または２種以上0.2〜３％を基地中に均
   一に分散させたことを特徴とするバルブシート用
   鉄系焼結合金。 ２ 基地が、重量比で、クロム（Cr）１〜５％、
   モリブデン（Mo）0.1〜１％及びバナジウム
   （Ｖ）0.1〜１％を含む鉄基合金であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のバルブシート
   用鉄系焼結合金。 ３ 基地が、重量比で、クロム（Cr）0.5〜２％、
   モリブデン（Mo）0.1〜１％及びマンガン（Mn）
   0.1〜１％を含む鉄基合金であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のバルブシート用鉄
   系焼結合金。 ４ 基地が、重量比で６〜18％のクロム（Cr）
   を含む鉄基合金であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のバルブシート用鉄系焼結合
   金。 ５ 重量比で、クロム（Cr）、モリブデン
   （Mo）、バナジウム（Ｖ）、及びマンガン（Mn）
   からなる群から選ばれる元素１種または２種以上
   １〜20％、炭素（Ｃ）0.5〜２％、ニツケル（Ni）
   １〜10％及び不可避不純物を含む鉄基合金を基地
   とし、クロム（Cr）10〜70％、タングステン
   （Ｗ）５〜20％、モリブデン（Mo）５〜20％、
   鉄（Fe）20％以下、炭素（Ｃ）0.5〜３％及び残
   部コバルト（Co）からなる合金粒子５〜25％並
   びにフツ化カルシウム（CaF₂）、二硫化モリブデ
   ン（MoS₂）及び硫化マンガン（MnS）からなる
   群から選ばれる固体潤滑剤１種または２種以上
   0.2〜３％を基地中に均一に分散させたことを特
   徴とするバルブシート用鉄系焼結合金。 ６ 基地が、重量比で、クロム（Cr）１〜５％、
   モリブデン（Mo）0.1〜１％及びバナジウム
   （Ｖ）0.1〜１％を含む鉄基合金であることを特徴
   とする特許請求の範囲第５項記載のバルブシート
   用鉄系焼結合金。 ７ 基地が、重量比で、クロム（Cr）0.5〜２％、
   モリブデン（Mo）0.1〜１％及びマンガン（Mn）
   0.1〜１％を含む鉄基合金であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第５項記載のバルブシート用鉄
   系焼結合金。 ８ 基地が、重量比で６〜18％のクロム（Cr）
   を含む鉄基合金であることを特徴とする特許請求
   の範囲第５項記載のバルブシート用鉄系焼結合
   金。 ９ 重量比で、クロム（Cr）、モリブデン
   （Mo）、バナジウム（Ｖ）、及びマンガン（Mn）
   からなる群から選ばれる元素１種または２種以上
   １〜20％、炭素（Ｃ）0.5〜２％及び不可避不純
   物を含む鉄基合金を基地とし、クロム（Cr）10
   〜70％、タングステン（Ｗ）５〜20％、モリブデ
   ン（Mo）５〜20％、鉄（Fe）20％以下、炭素
   （Ｃ）0.5〜３％及び残部コバルト（Co）からなる
   合金粒子５〜25％並びにフツ化カルシウム
   （CaF₂）、二硫化モリブデン（MoS₂）及び硫化マ
   ンガン（MnS）からなる群から選ばれる固体潤
   滑剤１種または２種以上0.2〜３％を基地中に均
   一に分散してなる焼結合金に鉛（Pb）１〜20％
   を溶浸したことを特徴とするバルブシート用鉄系
   焼結合金。 １０ 基地が、重量比で、クロム（Cr）１〜５
   ％、モリブデン（Mo）0.1〜１％及びバナジウム
   （Ｖ）0.1〜１％を含む鉄基合金であることを特徴
   とする特許請求の範囲第９項記載のバルブシート
   用鉄系焼結合金。 １１ 基地が、重量比で、クロム（Cr）0.5〜２
   ％、モリブデン（Mo）0.1〜１％及びマンガン
   （Mn）0.1〜１％を含む鉄基合金であることを特
   徴とする特許請求の範囲第９項記載のバルブシー
   ト用鉄系焼結合金。 １２ 基地が、重量比で６〜18％のクロム（Cr）
   を含む鉄基合金であることを特徴とする特許請求
   の範囲第９項記載のバルブシート用鉄系焼結合
   金。