JPS61286670A - 焼結合金製バルブシ−ト - Google Patents

焼結合金製バルブシ−ト

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JPS61286670A
JPS61286670A JP12783285A JP12783285A JPS61286670A JP S61286670 A JPS61286670 A JP S61286670A JP 12783285 A JP12783285 A JP 12783285A JP 12783285 A JP12783285 A JP 12783285A JP S61286670 A JPS61286670 A JP S61286670A
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JP
Japan
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valve seat
alloy
infiltration
sintered
melting point
Prior art date
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Pending
Application number
JP12783285A
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English (en)
Inventor
Kimihiko Ando
公彦 安藤
Hitoshi Ishii
仁士 石井
Takeshi Nakakohara
中小原 武
Hiroyuki Murase
博之 村瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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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〕 本発明は焼結合金製バルブシートに関し、詳しくは、優
れた強度特性及び耐熱特性を有する焼結合金のバルブシ
ート用焼結体にPb−Sn系もしくはPb−5n−Cu
系の低融点溶浸合金を溶浸させることによって、バルブ
シートとしての優れた強度特性及び耐熱特性を確保する
とともに、自身の耐摩耗性及び摺動する相手材に対する
損傷性を少なくすることのできる焼結合金製バルブシー
トにかかる。
〔従来技術〕
第3図は、エンジンにおける直接駆動式動弁系機構の1
例を示している。
第3図において、エンジンの回転によるカム10の回転
に伴いシム9と接触する部分がカムノーズ部11に近づ
くと、エンジンパルプ4はパルプリフタ6とともに図中
の下方に押し下げられバルブフェース面lはバルブシー
ト2と離遠させられる。
その後、カム10が回転してシム9と接触する部分がカ
ムノーズ部11を過ぎると、エンジンバルブ4はバルブ
スプリング7の復元力により上昇して、バルブフェース
面1がバルブシート2に衝撃的に着座する構造となって
いる。
ところで、最近、自動車用エンジンにおいては、高出力
・高回転化、排出ガス浄化対策、或いは、燃費向上対策
等に対する改善要求が一段と高まってきている。
このため、自動車用エンジンにおけるエンジンバルブ、
バルブシートに対しては、従来にもまして厳しい使用環
境条件に耐え得る耐久性の確保が強く要求されている。
即ち、エンジンバルブ、バルブシート等においては、優
れた強度特性及び耐熱特性を有するとともに、それ自身
の耐摩耗性及び摺動する相手材に対する損傷性の少ない
ことが強(望まれている。
そして、従来のバルブシートに用いられている焼結合金
としては、鉄系合金にフェロモリブデン等の金属間化合
物や複合炭化物を添加した焼結合金が、優れたバルブシ
ート用焼結合金として採用されていた。
しかし、このような焼結合金を使用したバルブシートで
は、上述のような最近の厳しい要求特性に対し十分な耐
久性を確保することができなかった。
そのため、焼結により製造されたバルブシートにおいて
は、上述のような耐摩耗特性の向上を図るために、バル
ブシート用の焼結体の空孔内に固体潤滑剤である鉛によ
り溶浸処理させた焼結合金が多く採用されている。
ところで、上述のような固体潤滑剤は融点以下の温度で
使用される場合においては、潤滑特性を充分に発揮させ
ることができず耐摩耗特性を却って悪化させる場合のあ
ることが知られている(例えば、「機械設計」第24巻
、第1号、p、82〜84等)。
とりわけ、エンジンの作動に伴うバルブシートの作動温
度は鉛の融点(327℃)より低い場合が多く、鉛によ
り溶浸処理を施こしても必ずしもバルブシートの摩耗量
を低減させることができない場合も少なくなかった。
なお、特に、苛酷な摺動条件のもとで使用される摺動材
料としては、溶浸合金を200℃以下の低融点として摺
動特性を改善した摺動材料が提案されている(例えば、
特開昭51−151610号公報等)。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述のような従来の技術の現状に鑑み、本発明が解決し
ようとする問題点は、従来の焼結合金製バルブシートは
上述のような最近のエンジンにおける厳しい要求特性に
対して十分な耐久性を確保することができないことから
、焼結により製造させたバルブシートにおいては、上述
のような耐摩耗特性の向上を図るために、バルブシート
用焼結体の空孔内に固体潤滑剤である鉛により溶浸処理
を施こした焼結合金が多く採用されているものの、上述
のような固体潤滑剤は融点以下の温度で使用される場合
には潤滑特性を充分に発揮させることができず、却って
耐摩耗特性を悪化させる場合があり、とりわけ、バルブ
シートの作動温度は鉛の融点(327℃)より低い場合
が多いことから、鉛により溶浸処理を施こしても必ずし
もバルブシートの摩耗量を減少させることができない場
合も少なくないということである。
従って、本発明の技術的課題とするところは、優れた強
度特性及び耐熱特性を有する焼結合金からなるバルブシ
ート用焼結体に対して、Pb−sn系もしくはPb−S
n−Cu系等の低融点溶浸合金による溶浸処理を施こす
ことによって、焼結合金製バルブシートとしての優れた
強度特性及び耐熱特性を確保するとともに、優れた自身
の耐摩耗性及び摺動する相手材に対する損傷性を確保す
ることにある。
〔問題点を解決するための手段〕
このような従来の技術における問題点に鑑み、本発明に
おける従来の技術の問題点を解決するための手段は、重
量比率で、C;0.5〜3.0%、Si;1.0%以下
、Mn;1.5%以下、Cr;0.2〜4.0%、Mo
;0.5〜7.0%、Nt及びCOのうち少なくとも1
つの合金元素を1.5〜10.0%含有し、残部実質的
にl”eからなる組成を有する焼結合金製バルブシート
であって、 上述のような組成からなり6.0〜7.5g、/c■1
の密度を有するバルブシート用焼結体の空孔内に、重量
比率で少なくとも25〜90%のSnを含有するPb−
Sn系溶浸合金等の低融点溶浸合金を、5〜25%溶浸
処理させたことを特徴とする焼結合金製バルブシートか
らなっている。
なお、Cuは本発明において使用する溶浸合金であるP
b−Sn系溶浸合金に5重量%以下添加することにより
、溶浸処理されたバルブシート用焼結合金の機械的性質
を改善させることから必要に応じて添加するとよい。
〔作用〕
以下、本発明の作用について説明する。
なお、以下の説明において、合金元素の含有量は全て重
量比率(%)にて説明する。
本発明においてバルブシートとする焼結合金を、重量比
率で、C: O,S〜3.0%、Si:1.0%以下、
Mn:1.5%以下、 Cr : 0.2〜4.0%9
Mo;0.5〜7.0%、Ni及びCoのうち少なくと
も1つの合金元素を1.5〜10.0%含有し、残部実
質的にFeからなる組成とし、バルブシート用焼結体の
密度を6.0〜7.5g/c+*’を有する焼結合金と
しているのは、バルブシートとしての優れた強度特性と
耐熱特性を確保させるためである。
また、本発明の焼結合金製バルブシートにおいてPb−
Sn系もしくはPb−Sn−Cu系等の低融点溶浸合金
により溶浸処理することとしているのは、溶浸合金をP
b−Sn系もしくはPb−Sn−Cu系とすることによ
り、その融点を186〜270℃と鉛より低温としてエ
ンジンの作動時におけるバルブシートの作動温度により
溶浸合金がバルブシートの当り面に溶融もしくは溶融に
近い状態で浸出させて、溶浸合金による潤滑効果を優れ
たものとし、バルブシートとしての優れた耐摩耗特性を
確保するためである。
そして、Pb−Sn系溶浸合金は第2図に示すように、
Snの添加量とともにその融点を低温化させることがで
きることから、焼結処理時におけるバルブシート用焼結
体の空孔内にに溶浸させて、その潤滑作用により耐摩耗
性を向上するとともに封孔作用によ;て被削性をも改善
することができることから有効であるが、5%未満では
その効果が充分でなく、25%を越えると強度低下が著
しいことから5〜25%とした。
次に、本発明の焼結合金製バルブシートに用いる焼結合
金の合金成分の範囲限定理由について説明する。
Cは基地中に固溶して基地を強化するとともに焼結反応
を促進させるので有効であるが、0.5%未満では上述
の効果が十分でなく、一方、3. Q %を越えて添加
するとセメンタイト組織が多量に析出して焼結体を脆化
させることから0.5〜3.0%とした。
また、Stは粉末製造時においてMnとともに脱酸元素
として添加される元素であるが、1.0%を越えて添加
すると焼結合金の脆性を劣化させることからその上限を
1.0%とした。
また、MnはStと同様に粉末製造時における脱酸元素
として必要であるばかりでなく焼入性をも向上させるこ
とから有効であるが、1.5%を越えて添加すると機械
加工性を劣化させることからその上限を1.5%とした
また、CrはCと結合して炭化物を形成し、基地の強度
特性と自身の耐摩耗性及び摺動する相手材に対する損傷
性を少なくすることから有効である。
そして、その効果を確保させるためには0.2%以上の
添加が必要であるが、4.0%を越えて添加すると摺動
する相手材に対する損傷性を増大させるばかりでなく、
その摩耗粉により自身の耐摩耗性を低下させることから
0.5〜4.0%とした。
また、MoはCrと同様に炭化物を形成し基地の強度特
性を向上させるとともに、焼もどし軟化抵抗を増大させ
るために有効であることから0.5%は必要である。
しかし、7.0%を越えて添加すると形成される炭化物
量が多くなり、摺動する相手材に対する損傷性を増大さ
せるばかりでなく、自身の摩耗量をも増大させることか
ら0.5〜7.0%とした。
また、Ni及びCOはいずれもMOと同様に、基地の強
度特性を向上させるとともに境もどし軟化抵抗を増大さ
せるため有効であることから、これらの合金元素のうち
少なくとも1つを1.5%以上含有させる必要がある。
しかし、10.0%を越えて添加しても添加量の増加に
見合った改善効果が得られないばかりでなく、材料コス
トを上昇させることから1.5〜10゜0%とした。
〔実施例〕
以下、添付図面に基づいて、本発明の1実施例を説明す
る。
まず、F e −1,0重量%C−5,0重量%Mo 
−2,5重量%COの組成となるように粉末冶金用金属
粉末原料を配合した後、潤滑剤としてのステアリン酸亜
鉛を0.8重量%添加して圧粉成形用混合合金粉末とし
た。
このようにして生成された圧粉成形用混合粉末を7 t
on / cn+ ”で圧粉成形してφ40mX8mの
圧粉成形体とした後、脱ろう処理を施こして非酸化性雰
囲気ガス中にて1150℃×60分の焼結処理後、本発
明品においては重量比率で65%のSnを含有するPb
−Snn系溶合金を、1050℃×60分間の溶浸処理
により15重量%溶浸されてバルブシートを製作した。
なお、比較品として鉛により溶浸処理したバルブシート
(鉛溶湯処理品)と、溶浸処理を施こさないバルブシー
ト(非溶浸処理品)をも製作した。
上述により焼結処理及び溶浸処理を施したバルブシート
焼結体を、機械加工仕上げによりバルブシート形状に仕
上加工した。
そして、このようにして製作された各バルブシートを、
4気筒、1600ccのガソリンエンジンのアルミニウ
ム合金製シリンダヘッドにエキシ−・ストバルブシート
として嵌合圧入し、エンジンの作動条件の調整によりバ
ルブシートの温度を変化させてエンジン台上耐久試験を
実施した。
なお、エンジン台上耐久試験条件としては、燃料として
無鉛ガソリンを用い、6600 rpm 、全負荷で連
続200時間運転とした。
なお、相手材となるエンジンバルブの材質は、通常エキ
ゾーストバルブ用として使用される2l−4N (0,
5C−21Cr−4Ni−9Mn−0゜4N−BalF
e)とした。
このエンジン台上耐久試験結果は、試験終了後における
バルブシートの当り面幅増加量を測定することによって
、バルブシートの耐久性を評価した。
そのエンジン台上耐久試験結果を第1図に示している。
第1から明らかなように、従来の非溶浸処理・の焼結合
金製バルブシート(非溶浸処理品)は、バルブシートの
温度が上昇するにつれてバルブシートの摩耗量も著しく
増大しているのに対して、従来の鉛溶浸処理を実施した
バルブシート(鉛溶湯処理品)は、バルブシート温度が
250℃近傍で最大となっているものの上記従来の非溶
浸処理品と比較すると高温側で著しく摩耗量が減少して
いることが理解される。
一方、本発明のPb−Snn系溶合金により溶浸処理を
施こしたバルブシート(本発明品)においては、特にエ
ンジンの作動時におけるバルブシート温度範囲となる1
50〜350℃において、従来の非溶浸処理品はもとよ
り、従来の鉛溶湯処理品と比較しても著しくバルブシー
トとしての摩耗量が低減されていることが理解される。
〔発明の効果〕
以上により明らかなように、本発明にかかる焼結合金製
バルブシートによれば、優れた強度特性及び耐熱特性を
有する焼結合金からなるバルブシート用焼結体に対して
、Pb−Sn系もしくはPb−Sn−Cu系等の低融点
溶浸合金による溶浸処理を施こすことによって、焼結合
金製バルブシートとしての優れた強度特性及び耐熱特性
を確保するとともに、優れた自身の耐摩耗性及び摺動す
る相手材に対する損傷性を確保することができ、従って
、焼結合金製バルブシートの異常摩耗に伴うエンジント
ラブルを著しく低減させることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、エンジン台上耐久試験による各種バルブシー
トの摩耗量を比較した結果を示す図。 第2図は、Pbに対するSn添加量と融点の関係を示す
図。 第3図は、直接駆動式動弁系機構の1例を示す縦断面図
である。 1・−−一一−バルブフェース面。 2−一−−・−バルブシート。 3−・−シリンダヘッド。 4−−−−−一エンジンバルブ。 5−・−ワッシャプレート。 6−・−パルプリフタ。 7−・−−−−パルプスプリング。 8−・−・パルプガイド。 9−−−−・−シム。 10−・・・カム。 11−−−−−一カムノーズ部。 バノLフ′シー1.L(’C) 第1図 Sn  (空量%) 第2図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、重量比率で、C;0.5〜3.0%、Si;1.0
    %以下、Mn;1.5%以下、Cr;0.2〜4.0%
    、Mo;0.5〜7.0%、Ni及びCoのうち少なく
    とも1つの合金元素を1.5〜10.0%含有し、残部
    実質的にFeからなる組成を有する焼結合金製バルブシ
    ートであって、 上述のような組成からなり6.0〜7.5g/cm^3
    の密度を有するバルブシート用焼結体の空孔内に、重量
    比率で少なくとも25〜90%のSnを含有するPb−
    Sn系溶浸合金等の低融点溶浸合金を、5〜25%溶浸
    処理させたことを特徴とする焼結合金製バルブシート。 2、バルブシート用焼結体の空孔内に溶浸させる低融点
    溶浸合金を、重量比率で25〜90%のSnと5%以下
    のCuを含有するPb−Sn−Cu系溶浸合金とした特
    許請求の範囲第1項記載の焼結合金製バルブシート。
JP12783285A 1985-06-12 1985-06-12 焼結合金製バルブシ−ト Pending JPS61286670A (ja)

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ID=14969764

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2008146432A1 (ja) * 2007-05-28 2010-08-19 三菱電機株式会社 弁装置
CN110107699A (zh) * 2018-02-01 2019-08-09 株式会社鹭宫制作所 除湿阀

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JPWO2008146432A1 (ja) * 2007-05-28 2010-08-19 三菱電機株式会社 弁装置
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