JPH10102221A

JPH10102221A - 耐摩耗性のすぐれたＦｅ基焼結合金製バルブシート

Info

Publication number: JPH10102221A
Application number: JP25458396A
Authority: JP
Inventors: Koji Kobayashi; 孝司小林
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1996-09-26
Filing date: 1996-09-26
Publication date: 1998-04-21

Abstract

(57)【要約】【課題】耐摩耗性のすぐれたＦｅ基焼結合金製バルブ
シートを提供する。【解決手段】バルブシートが、重量％で、Ｃ：０．５
〜２％、Ｓｉ：０．０５〜１％、Ｃｏ：５〜１５％、Ｍ
ｏ：１〜６％、Ｃｒ：１〜６％、Ｎｉ：０．５〜２％、
Ｎｂ：０．０５〜１％を含有し、残りがＦｅと不可避不
純物からなる全体組成、合金鋼の素地に、Ｃｏ−Ｍｏ−
Ｃｒ系合金からなる高温耐摩耗性Ｃｏ基合金硬質粒子
が、５〜２０面積％の割合で分散分布した組織、および
５〜２５％の気孔率をもったＦｅ基焼結合金からなり、
さらに必要に応じてこれに銅または銅合金、あるいは鉛
または鉛合金を溶浸したものからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ディーゼルエン
ジンやガソリンエンジンなどの内燃機関の構造部材であ
る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、内燃機関のＦｅ基焼結合金製バル
ブシートとしては、例えば特開昭５５−１６４０６３号
公報や特開昭５８−１７８０７３号公報などに記載され
るように、硬質粒子分散型のＦｅ基焼結合金で構成され
たものが多く提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一方、近年の内燃機関
の高出力化および大型化はめざましく、これに伴ない、
内燃機関の構造部材であるバルブシートは、より一段の
高温環境下での稼働を余儀なくされるが、上記の従来Ｆ
ｅ基焼結合金製バルブシートはじめ、その他多くのバル
ブシートをより一段の高温環境下で用いた場合、摩耗進
行が急激に促進されるようになり、比較的短時間で使用
寿命に至るのが現状である。

【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、特に高温環境にさらされても、
すぐれた耐摩耗性を発揮する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、組成に関する％は重量を示す）、Ｃ：０．５〜２％、Ｓｉ：０．０５〜１％、Ｃｏ：５〜１５％、Ｍｏ：１〜６％、Ｃｒ：１〜６％、Ｎｉ：０．５〜２％、Ｎｂ：０．０５〜１％、を含有し、残りがＦｅと不可避
不純物からなる全体組成、合金鋼の素地に、Ｃｏ−Ｍｏ
−Ｃｒ系合金からなるＣｏ基合金硬質粒子が、光学顕微
鏡組織写真で観察して、合量で５〜２０面積％の割合で
分散分布した組織、および５〜２５％の気孔率、を有す
るＦｅ基焼結合金で構成すると、この結果のＦｅ基焼結
合金製バルブシートにおいては、特に上記硬質粒子が高
温耐摩耗性にすぐれていることから、これによってより
高温下での使用に際してもすぐれた耐摩耗性が確保さ
れ、またこれに銅または銅合金を溶浸させると熱伝導性
および強度が向上し、さらに鉛または鉛合金を溶浸させ
ると潤滑性、制振性、および被削性が向上するようにな
るという研究結果を得たのである。

【０００５】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、Ｃ：０．５〜２％、Ｓｉ：０．０５〜１％、Ｃｏ：５〜１５％、Ｍｏ：１〜６％、Ｃｒ：１〜６％、Ｎｉ：０．５〜２％、Ｎｂ：０．０５〜１％、を含有し、残りがＦｅと不可避
不純物からなる全体組成、合金鋼の素地中に、Ｃｏ−Ｍ
ｏ−Ｃｒ系合金からなる高温耐摩耗性Ｃｏ基合金硬質粒
子が、光学顕微鏡組織写真で観察して、５〜２０面積％
の割合で分散分布した組織、および５〜２５％の気孔
率、を有するＦｅ基焼結合金で構成し、さらに必要に応
じてこれに銅または銅合金、あるいは鉛または鉛合金を
溶浸してなる耐摩耗性のすぐれ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は、素地
形成用合金粉末として、Ｃ：０．２〜３％、Ｎｉ：０．５〜５％、Ｃｒ：０．５〜８％、Ｎｂ：０．０５〜１．５
％、を含有し、さらに必要に応じて、Ｃｏ：０．３〜１０％、Ｍｏ：０．２〜６％、Ｓｉ：０．１〜１％、のうちの１種または２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
る合金鋼粉末、また、硬質粒子形成用合金粉末として、Ｍｏ：２０〜３５％、Ｃｒ：５〜１０％、Ｓｉ：１〜４％、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Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ系合金からなる
Ｃｏ基合金粉末、を原料粉末として用い、これら原料粉
末を所定の割合に配合し、以下通常の条件で、混合し、
所定の形状にプレス成形し、焼結し、さらに必要に応じ
て銅または銅合金、あるいは鉛または鉛合金を溶浸する
ことによって製造される。また、上記の素地形成用原料
粉末については、上記合金鋼粉末に代って、要素粉末、
あるいは要素粉末と合金粉末を用い、これらを上記合金
鋼粉末と同じ組成をもつように配合したものを原料粉末
として用いてもよい。

【０００７】つぎに、この発明のバルブシートにおい
て、これを構成するＦｅ基焼結合金の全体組成、硬質粒
子の割合、および気孔率を上記の通りに限定した理由を
説明する。（Ａ）成分組成（ａ）ＣＣ成分には、素地に固溶して、これを強化するほか、素
地に分散する炭化物を形成して素地の耐摩耗性を向上さ
せ、さらに硬質粒子に含有して耐摩耗性を向上させる作
用があるが、その含有量が０．５％未満では前記作用に
所望の向上効果が得られず、一方その含有量が２％を越
えると、相手攻撃性が急激に増大するようになることか
ら、その含有量を０．５〜２％、望ましくは０．７〜
１．３％と定めた。

【０００８】（ｂ）ＳｉＳｉ成分には、素地に固溶して、これの硬さを高め、も
って耐摩耗性を向上させる作用があるが、その含有量が
０．０５％未満では前記作用に所望の効果が得られず、
一方その含有量が１％を越えると強度が低下するように
なることから、その含有量を０．０５〜１％、望ましく
は０．３〜０．７％と定めた。

【０００９】（ｃ）ＭｏＭｏ成分には、素地においては、これを固溶強化し、か
つ硬質粒子では炭化物を形成して耐摩耗性を向上させる
作用があるが、その含有量が１％未満では所望の耐摩耗
性向上効果が得られず、一方その含有量が６％を越える
と相手攻撃性が増大するようになることから、その含有
量を１〜６％、望ましくは２．５〜４．５％と定めた。

【００１０】（ｄ）ＣｏＣｏ成分には、素地にあっては、これを固溶強化し、ま
た硬質粒子ではこれの高温耐摩耗性向上に寄与する作用
があるが、その含有量が５％未満では前記作用に所望の
効果が得られず、一方その含有量が１５％を越えると、
バルブシート自体の耐摩耗性が低下するようになること
から、その含有量を５〜１５％、望ましくは７〜１３％
と定めた。

【００１１】（ｅ）ＣｒＣｒ成分には、素地にあっては、これを固溶強化し、ま
た硬質粒子では、Ｍｏと共に炭化物を形成し、さらに金
属間化合物を形成して、Ｃｏとの共存下で高温耐摩耗性
向上に寄与する作用があるが、その含有量が１％未満で
は前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有量が
６％を越えると焼結性が低下し、バルブシートに所望の
強度を確保することができなくなることから、その含有
量を１〜６％、望ましくは２．５〜４．５％と定めた。

【００１２】（ｆ）ＮｉＮｉ成分には、素地および硬質粒子に固溶して、これを
強化する作用があるが、その含有量が０．５％未満では
前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有量が２
％を越えると耐摩耗性が低下するようになることから、
その含有量を０．５〜２％、望ましくは１〜１．５％と
定めた。

【００１３】（ｈ）ＮｂＮｂ成分には、素地に固溶して、これの耐熱性を向上さ
せ、高温耐摩耗性の向上に寄与する作用があるが、その
含有量が０．０５％未満では前記作用に所望の効果が得
られず、一方その含有量が１％を越えると相手攻撃性が
増すようになることから、その含有量を０．０５〜１
％、望ましくは０．３〜０．７％と定めた。

【００１４】（Ｂ）硬質粒子の割合硬質粒子の割合が５面積％未満
では所望の耐摩耗性を確保することができず、一方その
割合が２０面積％を越えると相手攻撃性が急激に増大す
るばかりでなく、強度も低下するようになることから、
その全体割合を５〜２０面積％、望ましくは７〜１５面
積％と定めた。

【００１５】（Ｃ）気孔率１０％未満の気孔率では保油効果による潤滑性向上効果
が期待できないばかりでなく、銅および銅合金や鉛およ
び鉛合金の溶浸が不均一になって、これら溶浸による効
果を十分に発揮させることができず、一方気孔率が２５
％を越えると強度および耐摩耗性の低下が避けられない
ことから、気孔率を５〜２５％、望ましくは１０〜２０
％と定めた。

【００１６】

【発明の実施の形態】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。まず、原料粉末とし
て、それぞれ表１、２に示される平均粒径および成分組
成をもった素地形成用合金粉末Ｍ−１〜Ｍ−１５、およ
び硬質粒子形成用合金粉末Ｈ−１〜Ｈ−６を用意し、こ
れら原料粉末を表３に示される組合せで所定の割合に配
合し、ステアリン酸亜鉛：１％を加えてミキサーにて３
０分間混合し後、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３
０分間保持して脱脂し、アンモニア分解ガス雰囲気中、
１１７０〜１２５０℃の範囲内の所定温度に１時間保持
の条件で焼結して、表４〜７に示される全体組成、硬質
粒子の割合（１００倍の光学顕微鏡組織写真にもとづい
て画像解析装置にて測定）、および気孔率を有するＦｅ
基焼結合金で構成され、外径：３４mm×最小内径：２７
mm×厚さ：７．２mmの寸法をもった本発明バルブシート
１〜１５および比較バルブシート１、２をそれぞれ製造
した。なお、上記比較バルブシート１、２は、いずれも
硬質粒子の割合がこの発明の範囲から外れ、これによっ
て全体組成もこの発明の組成範囲から外れるようになっ
たものである。

【００１７】さらに、上記本発明バルブシート１〜１５
および比較バルブシート１、２を本体とし、これのそれ
ぞれの上面に、純銅、Ｃｕ−３％Ｃｏ合金（以下、Ｃｕ
合金１という）またはＣｕ−３％Ｆｅ−２％Ｍｎ−２％
Ｚｎ合金（以下、Ｃｕ合金２という）の溶浸材を表８に
示される組合せで載置し、この状態でメタン変成ガス雰
囲気中、温度：１１００℃に１５分間保持の条件で銅ま
たは銅合金の溶浸処理を施すことにより本発明銅溶浸バ
ルブシート１〜１５および比較銅溶浸バルブシート１、
２をそれぞれ製造した。また、同じく上記本発明バルブ
シート１〜１５および比較バルブシート１、２を本体と
し、これに表９に示される組合せで、純鉛、Ｐｂ−４％
Ｓｂ合金（以下、合金ａという）、またはＰｂ−５％Ｓ
ｎ合金（以下、合金ｂという）の溶浸材の加熱浴中に、
窒素雰囲気中、浴表面に８kg／cm²の圧力を付加した状
態で１時間浸漬の条件で鉛または鉛合金の溶浸処理を施
すことにより本発明鉛溶浸バルブシート１〜１５および
比較鉛溶浸バルブシート１、２をそれぞれ製造した。

【００１８】つぎに、この結果得られた各種のバルブシ
ートについて、バルブシート台上摩耗試験機を用い、バルブの材質：ＳＵＨ−３、バルブの加熱温度：７５０℃、バルブの着座回数：３１００回／min 、雰囲気：０．４kg／cm²の圧力のプロパンガスと、流
量：１．５ｌ／min の酸素ガスによる燃焼ガス、バルブシートの加熱温度（水冷）：３００〜４００℃、着座荷重：２５kg、試験時間：１．５時間の連続運転と１０分間の停止を１
サイクルとして２０サイクル、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６〜８に示した。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】

【表３】

【００２２】

【表４】

【００２３】

【表５】

【００２４】

【表６】

【００２５】

【表７】

【００２６】

【表８】

【００２７】

【表９】

【００２８】

【発明の効果】表６〜９に示される結果から、本発明バ
ルブシート１〜１５、本発明銅溶浸バルブシート１〜１
５、および本発明鉛溶浸バルブシート１〜１５は、いず
れも低い相手攻撃性で、かつ高温運転条件下ですぐれた
耐摩耗性を示すのに対して、比較バルブシート１、２、
比較銅溶浸バルブシート１、２、および比較鉛溶浸バル
ブシート１、２に見られるように、これを構成するＦｅ
基焼結合金の硬質粒子の割合がこの発明の範囲から外れ
ると、耐摩耗性が低下したり、相手攻撃性が増したりす
ることが明らかである。上述のように、この発明のバル
ブシートは、特にすぐれた高温耐摩耗性を有する硬質粒
子によって高温耐摩耗性が著しく向上したＦｅ基焼結合
金で構成されているので、これを高温運転の内燃機関に
用いてもすぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するので
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：０．５〜２％、Ｓｉ：０．０５〜１％、Ｃｏ：５〜１５％、Ｍｏ：１〜６％、Ｃｒ：１〜６％、Ｎｉ：０．５〜２％、Ｎｂ：０．０５〜１％、を含有し、残りがＦｅと不可避
不純物からなる全体組成、合金鋼の素地に、Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ系合金からなる高温
耐摩耗性Ｃｏ基合金硬質粒子が、光学顕微鏡組織写真で
観察して、５〜２０面積％の割合で分散分布した組織、および５〜２５％の気孔率、を有するＦｅ基焼結合金で
構成したことを特徴とする耐摩耗性のすぐれたＦｅ基焼
結合金製バルブシート。
【請求項２】重量％で、Ｃ：０．５〜２％、Ｓｉ：０．０５〜１％、Ｃｏ：５〜１５％、Ｍｏ：１〜６％、Ｃｒ：１〜６％、Ｎｉ：０．５〜２％、Ｎｂ：０．０５〜１％、を含有し、残りがＦｅと不可避
不純物からなる全体組成、合金鋼の素地に、Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ系合金からなる高温
耐摩耗性Ｃｏ基合金硬質粒子が、光学顕微鏡組織写真で
観察して、５〜２０面積％の割合で分散分布した組織、および５〜２５％の気孔率、を有するＦｅ基焼結合金で
構成し、かつ、銅または銅合金、あるいは鉛または鉛合
金を溶浸したことを特徴とする耐摩耗性のすぐれたＦｅ
基焼結合金製バルブシート。