JPS60147514A - 高温耐摩耗性バルブシ−ト - Google Patents

高温耐摩耗性バルブシ−ト

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JPS60147514A
JPS60147514A JP324484A JP324484A JPS60147514A JP S60147514 A JPS60147514 A JP S60147514A JP 324484 A JP324484 A JP 324484A JP 324484 A JP324484 A JP 324484A JP S60147514 A JPS60147514 A JP S60147514A
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明 真鍋
Tetsuya Suganuma
菅沼 徹哉
Kouji Kazuoka
数岡 幸治
Ryosuke Sagara
相良 亮介
Toshio Morimoto
森本 俊男
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Toyota Motor Corp
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Japan Powder Metallurgy Co Ltd
Toyota Motor Corp
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • B32B15/011Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic all layers being formed of iron alloys or steels
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/22Valve-seats not provided for in preceding subgroups of this group; Fixing of valve-seats

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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用いられる鉄基焼結バルブシートに
関するものである。
〔従来技術〕
内燃機関のバルブシートには、耐摩耗性が良好であるこ
とから、鉄基焼結金属が多用されているが、強賊およ6
耐摩炭化物仇出のため、C量1%前後の材料が使用され
ている。一方、近年の内燃機関の高性能化にともないよ
り熱伝導性の良い材料がめられているが、焼結金属は本
来多くの気孔を含むことと、従来のものは基地組織がオ
ーステナイト+パーライトであることから熱伝導性の劣
る場合が多い。その解決策として、焼結金属にCu i
たはPb金溶没するという方法があるが、Cuは溶浸に
よって気孔が埋ることにより従来高温で気孔周辺に生成
されていた潤滑作用をもつ酸化物の生成が阻害され耐摩
耗性を低下させるという欠点を有し、まfC,Pbは優
れた潤滑作用を有するが環境汚染の問題がある。そのほ
か、溶浸するためその分だけコストアップするという問
題もある。従って、非溶浸で熱伝導性の良い高温耐摩耗
性のある焼結ノ(ルブシートがめられていた。
〔発明の目的〕
本発明け、上記従来の要望に応えるもので、非溶浸で熱
伝導性に優れ、かつ耐摩耗性、耐ゆるみ性に優れた低コ
ストな焼結バルブシートを提供することを目的とするも
のである。
〔発明の構成〕
本発明のバルブシートは、バルブ当り面を含む第1層と
該第1層全支持する基材である第2層とからなる2層構
造の鉄基焼結合金であって、第1層と第2層とが冶金学
的に焼結接合しており、かつ 第1層が重届比でMO25〜15チ、eol〜15チ、
 Ni1〜15循、002〜0.7係、残部Feおよび
2俤未満の不純物からなる成分よりなり、かつ平均粒径
10〜30μのフェロモリブデンが均一に分散している
構成よりなり、 第2層が重猜比でNi 1〜5%、 CO,2〜o、7
z、残部Feおよび2%未満の不純物からなる成分より
なり、そして 第1層と第2層とのCuの差が0,3係以下である、こ
とを特徴とする。
本発明のバルブシートは、紀1層が上記成分のほかに更
に、Cu0.5〜5係、MnO2〜2tI)、PO90
5〜0、i、 B O,01〜0.5%、 qr O,
5〜20%、 W 0.5〜8%、 V O,3〜8%
、NbO,1〜、Mからなる群のうちから選ばれる1種
もしくは2神以」二ヲ含む成分よりなるものであってよ
い。
なお、本発明において係は特記し々い限り重量%會示す
以下、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。
まず第1層の成分について説明すると、MO(モリブデ
ン)は主として耐摩耗粒子として存在し、一部はマトリ
ックスに固溶してこれを強化している。限定値をはずれ
ると上限値以上、下限値以下ではいずれも、特に耐摩耗
性が不足するので好ましくない。フェロモリブデンの平
均粒径の場合も同様に限定値をはずれると耐摩耗性が憇
くなる。
CO(コバルト)およびNiにッケル)ハ、マトリック
スに固溶してこれを強化し、バルブシートの耐熱性、高
温強度、耐酸化・耐食性、耐摩耗性を向上させるが、特
にCOは一部がフェロモリブデン粒子に拡4散し、この
粒子のマトリックスへの保持力を高めている。いずれも
限定値以下では添加の効果が少なく、限定値全縮えると
コスト冒になるだけでなく、効果も添加した割には向上
せず、残留オーステナイトが増して材質安定性をそこね
ることになるの−でCOおよびNiともに1〜15憾と
限定した。
C(炭X)は、Feマトリックスに固溶してこれを強化
し、合金の強度と耐摩耗性を確保するのに必要であるこ
とから添加されるが、02チ未満でにフェライトが多く
’fi、’f+貫が不充分であり、また0、7係を越夕
ると熱伝導率を低下させる炭化物および残留オーステナ
イトが増加するため好ましくない。それ故Cは0.2〜
0.7%に限定した。
次に、第1層の任意添加元素について説明する。
Cu(銅)およびMn(マンガン)はマトリックスに固
溶してこれを強化するために添加されるが、限定値以下
では効果が少なく、また限定ii *超えるとCuはコ
スト高となるほか合金の寸法n度が低下するので5俤ま
でとし、またMnは酸化により脆化するので2%以下に
限定した。
P(リン)およびB(ホウ素)は、焼結時にFe−P−
C,Fe−H−CオヨU コレラに−faMOk 含t
r液相全形成し、焼結の進行を促進し、合金の気孔全球
状化してマ) IJラックス強度を高めかつまた残留液
相は耐摩耗粒子としても働くが、限定値未満ではその効
果が少なく、一方眼定値を超えると合金の寸法精度が著
しく悪化しまた合金が脆化するので好ましくない。
Cr(クロム)、W(タングステン)、■(バナジウム
)およびNbにオブ)は、主としてフェロアロイまたは
炭化物で存在し、合金の耐摩耗性を向上させるが、限定
値以下では効果が少なく、限定値を超えるとコスト高と
なるほか硬くなりすぎて被剛性が低下するのみならず、
相手材であるバルブへの攻撃性も増すので好ましくない
ので各限定値以下とした。
ナオ、Cu、 Mn、 P、 B、 Cr、 W、 V
、 Nbは、1種もしくは2a19上を必要に応じ各限
定値の範囲内で添加することができる。また、フェロモ
リブデンを除く他の元素は適当なブリアロイとして添加
してもよい。MOはフェロモリブデンに含まれるMO以
外に純MOやプリアロイとして追加しても、全合計量が
限定値内であるかぎりかまわkい。
次に第2層の成分について説明する。
第21−は第1層を支持するだめのものであり、バルブ
シートがアルミ合金シリンダヘッドに用いられた場合第
2層に費求される性能は低いので極力安価な材料を選定
する。
Niはマトリックス全強化し高温強度全向上させるほか
、焼結体を安定して収縮させ気孔を減少させるのに寄与
することから添加される。しかし1チ未満の添加ではそ
の効果が少なく、5チ以上添加するとコスト高となるだ
けでなくその効果も添加した割には増加しなくなり、ま
た残留オーステナイトが増加して第1層の場合と同様に
熱伝導性全そこねることから5チリ下とした。
Cのざに加による効果および限定理由は第141と同じ
である。
なお、本発明では第1層と第27titのマトリックス
のC量の差が03チ以下と限定しているが、0.3チを
超えると、両層の境界面近傍で高C含有層側から低C含
有層側へのCの拡散が無視できなくなり、双方の材質が
意図するとおりに安定せず好ましくないためである。ま
た、焼結時の雰囲気のカーボンポテンシャルの安定化に
も悪影響、を及ぼし、材質の安定化をそこね好ましくな
い。なお、高C含有層は第1層および第2層のいずれで
あってもよいが、好ましくは第1層である。
第1層と第2層の厚さの比は、目的に応じて選択され、
゛両者の厚さを適当にすることによって熱伝導率などを
調整することができる。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例により説明する。
実施例1 純鉄粉(−100メツシュ:以下0内は粉粒度ヲ示す)
に、4 s ノFe−63%MO合金粉(−100メツ
シユ)、1係のCo粉(−100メツシユ)。
1嗟のNi粉(粒径5μ)および0.251のグラファ
イト粉(粒径10μ)を添加してなる混粉100部(重
積:以下同じ)に潤滑剤としてステアリン酸0.8部を
加え、■型混粉機で30−混合合して第1層用粉末を得
た。
次に、純鉄粉(−iooメツシュ)に1チの歯粉(粒径
5μ)および05係のグラファイト粉(粒径10μ)を
添加してなる混粉100部にステアリン酸亜鉛8部を加
え、■型混粉機で30分混合して第2層用粉末を得た。
しかるのち、外径30wn、内径20覇の成形キャビテ
ィを有する金型内に捷ず第2層用粉末を充填し、上パン
チで予備加圧した後、第1層用粉末を充填して7ton
/、7の圧力で高さ8鵡になるように加圧成形した。な
お、成形に際して第1層と第2層の比率は30ニア0と
なるように充JIA量′f!:調整した。また、成形体
の上パlチ加圧面は図に示すように第1層(1)と第2
層(2)との接合界面形状が環状体の内径側1に向って
下降した曲面となるような形とした。
得られた粉末成形体全アンモニア分解ガス雰囲気中で1
150℃にて60分間焼結して、第1層がF’e−2,
5%Mo−11Co−1%Nj −0,2%C(D1m
成ヲ有シ、第2層がF’e−1qI)Ni−0,2’l
Cの組成であり、両層が冶金学的に焼結接合された複合
焼結体を得た。
以下、同様に行って下記表1に記載した組成の発明材1
〜7を製造した。また、同じ原料粉を用い同様に行って
比較材1〜3を製造した。
々お、比較材2は焼結体にPb=i15係溶浸させたも
のであり、比較材3は同様にCuを10係溶浸させた従
来のバルブシート材である。これらの焼結体をバルブシ
ート形状に加工して1600CCアルミ合金製シリンダ
ーヘッドのエンジンに組み込み、5万Km −4続高速
走行相当の台上it久試鹸を実施した。結果を表1に示
す。表1の結果かられかるように本発明材1〜7は、い
ずれも試験後のタペットクリアランス0.05w++以
下で比較材2と同等の結果を示し1、また抜き荷重も1
000KyJJ上であり、寸法安定性および耐ゆるみ性
も良好であった。
注)上記表中発明材4〜7の第1層成分組成は、発明材
2の第1層成分に各元素を添加したことを示す。
実施例2 実施例1と同様の原料粉末、Il、lj成並ひに焼結方
法にて、直径20叫、厚さ20個の熱伝導率測定用試片
を製造した。なお、本発明材は第1層:第2層の割合i
50:50とした。また、実施例1に記載したものと同
じ組成で同様に比較材の試片を作成した。
これら試片について熱伝導率(il−測定した結果を表
2に示す。表2の結果かられかるように、本発明材2は
良好な耐摩耗性を示した溶浸材である比較材2とほぼ同
等の熱伝導性を示した。
表2 〔発明の効果〕 本発明は、耐摩耗性を必要とするバルブ当り面を含む第
1層と、該第1I―を支持する基材としての第2層との
2層構造とすることにより、従来単一構造の焼結体では
得られなかった耐摩耗性、良熱伝導性、耐ゆるみ性を有
するバルブシートを得ることができる。しかも、第1層
と第2層の厚さの割合などを調整することによって熱伝
導性、耐ゆるみ性を調節できるため、アルミ合金製シリ
ンダヘッドに限らず従来の鋳鉄製のものなどに巾広く使
用できるという利点をも併有する。
【図面の簡単な説明】
図は本発明のバルブシートを示す断面図である。 図中、 1・・・第1層 2・・・第2層 特許出願人 トヨタ自動車株式会社 同 日本粉末合金株式会社

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) パルプ当り面を含む纂1ノーと該第1層を支持
    する第2層とからなる2層構造の鉄基焼結合金であって
    、第1層と第2層が冶金学的に焼結接合しており、かつ 第1層が重量比でMoz5〜15%、C01〜15チ。 Nt 1〜t 5rs、 CO,2〜o、7*、残部F
    eおよび2係未満の不純物からなる成分よりなり、かつ
    平均粒径10〜30μのフェロモリブデンが均一に分散
    している構成よりなり、 第2層が重量比でNi1〜5チ、co、2〜0.7%、
    残部Feおよび2嗟未満の不純物からなる成分よりなり
    、そして、 第11輪と第2ノーのC量の差が0.3係以下であるこ
    と を特徴とする内燃機関の高温耐摩耗性バルブシート。
  2. (2)第1層が上記成分のほかに更に、Cu □、5〜
    5 % 、 Mn□、2〜2%、 P O,05〜0.
    8%、 13o、oi 〜0.5%。 なることを特徴とする特許請求の範囲第1頂記載のバル
    ブシート。
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