JPH06104881B2 - バルブシート用鉄系焼結合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関に使用されるバルブシート用鉄系焼
結合金に関する。バルブシートは、内燃機関のシリンダ
ヘッドに組み込まれている部材であり、エンジンバルブ
がバルブシートに着座すると、混合ガスや燃焼ガスがシ
ールされる。このバルブシートは耐熱性、耐摩耗性、耐
食性等が要求される。

［従来の技術］ 内燃機関に用いられる動弁部材の一つであるバルブシー
トは、工具鋼系や高速度鋼系等の合金鋼粉末から形成し
た焼結合金が用いられることが多い。バルブシートは、
最近の内燃機関の高性能化に伴い、耐熱性、耐摩耗性、
耐食性等を一層向上させる必要性が大きくなっている。
そこで近年、本出願人は公開特許昭60-215736号および
公開特許昭60-218451号に係る高温耐摩耗性に優れた焼
結合金の製造方法を開発した。これらの公開特許公報に
開示された製造方法は、合金鋼粉末の成形体を焼結して
得た多孔質焼結基材中の残留気孔をできるだけ少なく
し、かつその残留気孔中に銅を溶浸することによって耐
熱性、耐摩耗性、耐食性等を高める方法である。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上記の公開特許昭60-215736号および公開特許
昭60-218451号に係る製造方法の一環として開発された
ものであり、耐熱性、耐摩耗性、耐食性等を一層向上さ
せたバルブシート用鉄系焼結合金を提供することを目的
とする。

［発明の構成］ （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、重量比におい
て、炭素粉末0.1〜1.5％と、コバルト粉末３〜15％と、
フェロモリブデン粉末３〜15％と、ニッケル粉末３〜15
％と、フェロタングステン粉末0.5〜２％および原料鉄
粉末とからなる混合粉末を圧縮成形し、かつ得られた成
形体を焼結した多孔質焼結基材の孔内に溶浸された鉛１
〜20％を溶浸剤として含むことを特徴とするものであ
る。

本発明のバルブシート用鉄系焼結合金は、鉄系原料粉末
を混合一体化し、かつ焼結して得られた多孔質焼結基材
の孔内に溶浸される鉛を溶浸剤として含むもので、鉛の
もつ潤滑性によりすぐれた耐熱性、耐摩耗性、耐食性等
を発揮しうるものである。

（発明の構成の詳細な説明） 本発明の焼結合金の組成は、重量比で、炭素0.1〜1.5
％、フェロモリブデン粉末３〜15％、コバルト３〜15
％、ニッケル３〜15％、フェロタングステン粉末0.5〜
２％および原料鉄粉末、そして、溶浸剤として鉛１〜20
％からなっている。

ここで炭素は、焼結時に鉄素地中に固溶拡散し、焼結を
促進し、鉄素地の強化を計るためのもので、0.1％未満
の量ではその効果が見られず、1.5％を越えると、炭素
が遊離黒鉛として素地中に残留する量が多くなりすぎ
て、素地の強度がかえって低下することから、0.1〜1.5
％にした。

コバルトは、焼結時に鉄素地中に固溶してこれを強化
し、耐熱性の向上と高温強度を維持する効果があるが、
３％未満の量では、その効果は見られず、一方15％を越
えると、効果の更なる向上は見られず、逆に素地が軟化
して摩耗が増加する。またコバルトは高価であることか
ら大量に用いることはコスト面で不利である。従って３
〜15％にした。

フェロモリブデンは、モリブデンを60〜70％含む場合、
ビッカーズ硬さHv600〜1300の硬さを有しており、素地
中にフェロモリブデンの微細な硬質粒子を分散させ、そ
の敷石効果によって耐摩耗性を発揮させるもので、３％
未満では、耐摩耗成分が少なすぎて、その効果が表われ
ず、一方15％を越えると耐摩耗成分が過多となり、相手
の部材を損傷させたり、切削加工を困難にすることから
３〜15％にした。

ニッケルは、焼結時に、鉄素地中に固溶して、靱性を改
善するとともに耐熱性を向上させる働きがあり、さらに
硬さの向上改善に寄与するが、３％未満の量では、これ
らの効果が得られず、一方15％を越えた量を用いても顕
著な効果の改善は見られないため３〜15％にした。

フェロタングステンは、タングステンを75〜85％含有し
ており、上記のフェロモリブデン以上にすぐれた耐摩耗
性を発揮するもので、0.5％未満の量では、その効果が
少なく、２％を越えると、耐摩耗成分が過多となり、相
手の部材を損傷させ、また切削加工を困難にすることか
ら0.5〜２％にした。

溶浸剤の鉛は、焼結合金にこれを溶浸させることによ
り、合金の表面に薄く付着した酸化物を形成し、この酸
化鉛が潤滑作用を発揮し、バルブとバルブシート相互間
の耐摩耗性を向上させる効果をもつ。１％以下では、耐
摩耗性の向上の効果は得られず、一方20％以上では多孔
質焼結基材が弱体化して摩耗が増大するため、１〜20％
にした。

なお、多孔質焼結基材の気孔率は体積比で５〜20％であ
る。

［発明の効果］ 本発明の焼結合金は以上説明した様な構成であるが、か
かる構成の焼結合金は、高温における耐摩耗性、耐熱
性、耐食性等が良好である。

従って高温において苛酷な条件下で作動する部材、特に
は自動車の内燃機関の動弁部材を構成するバルブシート
に、本発明の焼結合金を適用すると、著しく耐摩耗性、
耐熱性、耐食性等の改善に寄与することができる。

［試験例］ （本発明の試料の作製） 鉄粉末−100メッシュ、フェロモリブデン粉末−200メッ
シュ、コバルト粉末−100メッシュ、ニッケル粉末−200
メッシュ、フェロタングステン粉末−200メッシュ、炭
素粉末−325メッシュを第１表の１および２に示す組成
により混合し、混合粉末を形成した。なお金型潤滑剤と
してステアリン酸亜鉛0.5〜１％を加えた。

次に上記の混合粉末を6t/cm²での成形圧力で圧粉体を成
形し、この成形体をアンモニア分解ガス雰囲気中で1150
℃の温度にて45分間焼結を行った。さらに得られた多孔
質焼結基材をアンモニア分解ガス雰囲気中で鉛塊ととも
に再度1050℃の温度で30分間加熱し、焼結基材の孔内に
鉛を溶浸させた。

（本発明の試料の試験） 上記の工程で形成した試料１および２について、多孔質
焼結基材と溶浸剤（鉛）の摩耗量、圧環強さ、および硬
さを以下の条件下で測定した。

（１） 摩耗量の測定は第１図に示すように矢印100の
方向から荷重をかけながら試料１をS45C焼入れ焼もどし
材製のロータ２にバネ３で押しつけた。次いでロータ２
を回転させ、すべり速度0.3m/秒、摩耗距離100m、最終
荷重2.1kgの条件で試験し、第２図に示すように試料１
の摩耗幅ａを摩耗量とした。

（２） 圧環強度は第３図で示すように矢印200の方向
から荷重をかけつつ試験を行なった。第３図中４は試料
であり、５は鋼板である。

（本発明の試料の試験結果） 試験結果は、上記第２表に示すとおりである。なお、溶
浸体は焼結体の気孔に鉛が溶浸されているものであり、
これにより溶浸体は焼結体よりも強度及び硬度が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による焼結合金の試験用試料の摩耗試験
の説明図であり、第２図は試料の摩耗面を示す説明図で
ある。第３図は上記試験試料の圧環強度試験の説明図で
ある。 １……試料、２……ロータ ３……バネ、４……試料 ５……鋼板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 真鍋 明 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 森本 俊男 滋賀県大津市打出浜８番５−404号 (72)発明者 大村 直巳 京都府宇治市明星町２丁目39−９ (56)参考文献 特開 昭60−258449（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−41353（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量比において、炭素粉末0.1〜1.5％と、
   コバルト粉末３〜15％と、フェロモリブデン粉末３〜15
   ％と、ニッケル粉末３〜15％と、フェロタングステン粉
   末0.5〜２％および原料鉄粉末とからなる混合粉末を圧
   縮成形し、かつ得られた成形体を焼結した多孔質焼結基
   材の孔内に溶浸された鉛１〜20％を溶浸剤として含むこ
   とを特徴とするバルブシート用鉄系焼結合金。
2. 【請求項２】多孔質焼結基材の気孔率は体積比で５〜20
   ％であ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。