JPS6033183B2

JPS6033183B2 - 弁座用Ｆｅ基焼結合金

Info

Publication number: JPS6033183B2
Application number: JP16038080A
Authority: JP
Inventors: 雅史川口; 智美石川; 正次木村
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1980-11-14
Filing date: 1980-11-14
Publication date: 1985-08-01
Also published as: JPS5785955A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、すぐれた耐食性，耐熱性，耐摩耗性，およ
び被削性を有し、特に燃料として高鉛ガソリンを用いる
内燃機関の弁座の製造に使用するのに適してＦｅ基暁結
合金に関するものである。

一般に、自動車などの内燃機関の駆動に有鉄ガソリンを
使用すると、排ガス中に酸化鉛（以下，ＰＯＯで示す）
が含有するようになって大気を汚染し、公害問題となる
ことから、日本や米国などでは、内燃機関駆動用ガソリ
ンとしては、無鉛ガソリンが主流を占めている。一方、
今日でも諸外国の多くの国々で有鉛ガソリンの有用性、
すなわち燃焼時にガソリン中に合有させたァルキル鉛か
らＰのが生成し、この生成したＰｂｏの一部が弁および
弁座に付着することによって、前記弁および弁座はすぐ
れた耐酸化性，耐摩耗性，および自己潤滑性をもつよう
になるという点に注目しており、事実通常の有鉛ガソリ
ンにおけるよりもさらにＰｂを多く含有させた高鉛ガソ
リンを使用している国も多く存在するほどである。

しかし、このように有鉛および高鉛ガソリンを使用した
場合、従来弁座挫料においては、Ｐｂ０による腐蝕が著
しく、弁座摩耗量の増大をきたし、比較的使用寿命の短
かし、ものであった。

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、内燃機
関駆動用ガソリンとして、無鉛ガソリンを用いた場合は
勿論のこと、有鉛および高鉛ガソリンを用いた場合にも
すぐれた耐食性を示す弁座用合金を開発すべく研究を行
なった結果、Ｃ：０．４〜２％，Ｃｎ：０．５〜５％，
Ｎｉ：０．５〜５％，Ｃｒ：０．５〜５％，Ｂ：０．０
０５〜０．５％を含有し、さらに必要に応じて弗化カル
シウム（以下ＣａＦ２で示す），弗化バリウム（以下Ｂ
ａＦ２で示す），および窒化ボロン（以下ＢＮで示す）
のうちの１種または２種以上：０．２〜５％を含有し、
残りがＦｅと不可避不純物からなる組成（以上重量％，
以下％の表示はすべて重量％を意味する）を有するＦｅ
基競結合金は、無鉛は勿論のこと、有鉛燃焼雰囲気にお
いて、すぐれた耐食性，耐熱性，および耐摩耗性を示し
、したがって内燃機関の弁座として使用した場合には著
しくすぐれた性能を長期間に百って発揮し、特にＣａＦ
２，母Ｆ２，およびＢＮを含有し．た場合には、これら
の成分が素地の結晶粒界に微細に分散した組織となるの
で、一段と自己潤滑性が向上したものになり、かつ被削
性にもすぐれているので、弁座への切削加工が容易であ
るなど有用な特性を有することを見出したのである。

この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであっ
て、以下に成分組成範囲を上記の通りに限定した理由を
説明する。【ａ）ＣＣ成分には、素地に固溶し、これを強化する作用がある
が、その含有量が０．４％未満では所望の強度および耐
摩耗性を確保することができず、一方２％を越えて含有
させると、合金の腕化が著しくなることから、その含有
量を０．４〜２％と定めた。

‘ｂｌＣｕＣｕ成分には、合金製造時の焼結を促進し、かつ合金の
耐摩耗性および耐酸化性を改善する作用があるが、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５％を越えて含有させると、合金自体の縦
化が著しくなるばかりでなく、高鉛含有の燃焼雰囲気に
さらされた場合、ＣｕとＰｂ○との反応が強くなること
に原因し、その摩耗量が増大するようになることから、
その含有量を０．５〜５％と定めた。

‘ｃ｝ＮｉＮｉ成分には、素地に固浴して、その強度，耐熱性，お
よび耐摩耗性を向上させると共に、Ｐｂ０による腐蝕に
対する抵抗（以下耐Ｐｂｏ腐蝕性という）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
に所望の効果が得られず、一方５％を越えて含有させて
も耐摩耗性に関してはより−段の向上効果は現われず、
経済性を考慮して、その含有量を０．５〜５％と定めた
。

｛ｄ）ＣｒＣｒ成分は、Ｃと反応して炭化物を形成し、
合金の耐摩耗性を改善すると共に、耐Ｐの腐蝕性を改善
する作用があるが、その含有量が０．５％禾満では前記
作用に所望の効果が得られず、一方５％を越えて含有さ
せると、強度および被削性が劣化するようになることか
ら、その含有量を０．５〜５％と定めた。

【ｃ１ＢＢ成分には、合金製造時の凝結反応を活性化し、さらに
合金の耐摩耗性および強度を著しく向上させる作用があ
るが、その含有量が０．００５％未満では前記作用に所
望の効果が得られず、一方０．５％を越えて含有させる
と、合金自体の硫化が著しくなることから、その含有量
を０．００５〜０．５％と定めた。

【ｆーＣａＦ２，ＢａＦ２，およびＢＮこれらの成分
は、いずれも合金素地の結晶粒界に微細分散して合金の
自己潤滑性を改善し、もって耐摩耗性を向上させる均等
的作用をもつので、特にすぐれた耐摩耗性および自己潤
滑性が要求される場合に必要に応じて含有されるが、そ
の含有量が０．２％未満では前記作用に所望の改善効果
が得られず、一方５％を越えて含有させると、合金強度
が低下するようになることから、その含有量を０．２〜
５％と定めた。

なお、この発明のＦｅ基嬢結合金は通常の粉末冶金法に
よって通常の製造条件にて製造することができるが、原
料粉末に関して、特にＢ成分についてはＢ：５〜３０％
含有のＦｅ−Ｂ合金粉末、Ｃｒ成分についてはＣｒ：１
０〜７０％含有のＦｅ−Ｃｒ合金粉末の使用がそれぞれ
望ましい。

つぎに、この発明のＦｅ基焼結合金を実施例により比較
例と対比しながら説明する。

実施例原料粉末として、それぞれ粒度‐１０肌ｅｓｈを有する
Ｆｅ粉末，天然黒鉛粉末，電解Ｃｕ粉末，３種のＦｅ−
Ｃｒ合金（それぞれＣｒ：１３％，４５％，および６０
％含有）粉末，Ｆｅ−Ｂ合金（Ｂ：２０％含有）粉末，
ＣａＦ２粉末，母Ｆ２粉末，ＢＮ粉末，さらに粒度−２
０仇ｈｅｓｈのＮｉ粉末を用意し、これらの原料粉末を
第１表に示される最終成分組成をもつように配合し、混
合し、成りｎ／流の圧力にて圧粉体に成形し、ついでこ
の圧粉体を中性または還元性雰囲気中、温度：１１００
〜１１５０℃に１時間保持の条件で競結することによっ
て、実質的に第１表に示される成分組成をもった本発明
焼結合金１〜２１および比鮫焼結合金１〜１０をそれぞ
れ製造した。

なお、比鮫焼結合金１〜１０は、いずれも構成成分のう
ちのいずれかの成分（第１表に※印で表示）がこの発明
の範囲から外れた組成をもつものである。また、第１表
に示される組成を有する従来鋳造合金は、従来主として
弁座の製造に用いられているマルテンサィト系耐熱鋼（
ＳＵＨ−４）に相当するもので、別途用意したものであ
る。さらに第１表には、この結果得られた本発明焼結合
金１〜２１，比鮫焼結合金１〜１０，および従来鋳造合
金の密度，硬さ（ロックウェル硬さＢスケール，ただし
従来鋳造合金の硬さはＣスケール），および庄環強度を
示した。ついで、上記本発明燐結合金１〜２１，比鮫焼
結合金１〜１０，および従来鋳造合金より弁座を製造し
、それぞれの弁座について、実用試験にシュミレートさ
せた自動温度制御付偏Ｄカム駆動式の熱間繰返し衝撃を
行なう弁−弁座摩耗試験機を用い、雰囲気：プロパンガ
ス燃焼雰囲気，弁材質：オーステナイト弁用鋼，弁温度
：８００ｏｏ，弁座温度：３５０ｑｏ，ストローク：６
．８肋，運転回転数：３００比．ｐ．ｍ．，運転時間：
５加時間の条件で摩耗耐久試験を行ない、試験後におけ
る弁座および相手材（弁）の摩耗深さを測定した。

この測定結果を第１表に合せて示した。また、上記本発
明焼結合金１〜２１，比鮫焼結合金１〜１０，および従
来鋳造合金より製造した弁座のそれぞれについて、大気
中、温度：８００ｑＣに加熱して熔解したＰｂｏ溶液中
に、３０分間浸簿のＰｂ○腐蝕試験を行ない、その浸食
深さを測定した。

この測定結果も第１表に合せて示した。第１表に示され
る結果から、比較焼結合金１〜１０および従釆鋳造合金
で製造された弁座においては、耐摩耗性（弁座摩耗深さ
），相手攻撃性（弁摩耗深さ），および耐Ｐの腐蝕性（
浸食深さ）のうちの少なくとも１つの性質（第１表に※
印で表示）が劣るものであるものに対して、本発明焼結
合金１〜２１で製造された弁座は、いずれもすぐれた耐
摩耗性および耐Ｐの腐蝕性を示し、さらに相手攻撃性の
ほとんどないものであり、長期に亘つてすぐれた性能を
発揮することが明らかである。

また、上記の各種合金のうち、特に本発明凝結合金１〜
２１は、弁座製造に際してきわめて良好な被削性を示す
ものであった。上述のように、この発明のＦｅ基焼結合
金は、すぐれた耐食性，耐熱性，耐摩耗性，さらに被削
性，特に耐Ｐの腐蝕性を有するので、特に内燃機関の弁
座として用いた場合、無鉛ガソリンから高鉛ガソリンま
での各種の燃料を使用しても、すぐれた高温耐久性を示
し、さらに被削性にもすぐれているので弁座への切削加
工が容易に行なえるなど工業上有用な特性を有するので
ある。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ：０．４〜２％，Ｃｕ：０．５〜５％，Ｎｉ：０
．５〜５％，Ｃｒ：０．５〜５％，Ｂ：０．００５〜０
．５％を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組
成（以上重量％）を有することを特徴とする弁座用Ｆｅ
基焼結合金。２Ｃ：０．４〜２％，Ｃｕ：０．５〜５％，Ｎｉ：０
．５〜５％，Ｃｒ：０．５〜５％，Ｂ：０．００５〜０
．５％を含有し、さらに合金素地の結晶粒界に微細分散
した弗化カルシウム，弗化バリウム，および窒化ボロン
のうちの１種または２種以上：０．２〜５％を含有し、
残りがＦｅと不可避不純物からなる組成（以上重量％）
を有することを特徴とする弁座用Ｆｅ基焼結合金。