JPS6221063B2 - - Google Patents

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JPS6221063B2
JPS6221063B2 JP58006099A JP609983A JPS6221063B2 JP S6221063 B2 JPS6221063 B2 JP S6221063B2 JP 58006099 A JP58006099 A JP 58006099A JP 609983 A JP609983 A JP 609983A JP S6221063 B2 JPS6221063 B2 JP S6221063B2
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JP
Japan
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weight
valve seats
based alloy
internal combustion
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JP58006099A
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JPS59129746A (ja
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Tatsumori Yabuki
Junya Ooe
Sadao Saito
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Mitsubishi Metal Corp
Original Assignee
Mitsubishi Metal Corp
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Publication date
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Priority to CH4428/84A priority patent/CH662130A5/de
Priority to PCT/JP1984/000006 priority patent/WO1984002928A1/ja
Priority to KR1019840000195A priority patent/KR890002282B1/ko
Priority to DE19843490022 priority patent/DE3490022T1/de
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    • 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
    • F01L3/02Selecting particular materials for valve-members or valve-seats; Valve-members or valve-seats composed of two or more materials
    • F01L3/04Coated valve members or valve-seats
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C19/00Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/07Alloys based on nickel or cobalt based on cobalt
    • 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
    • F01L3/02Selecting particular materials for valve-members or valve-seats; Valve-members or valve-seats composed of two or more materials

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Lift Valve (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
この発明は、すぐれた高温硬さ、耐熱衝撃性、
および耐酸化鉛腐食性を有し、特にこれらの特性
が要求される内燃機関のエンジンバルブおよび同
バルブシートの製造に、鋳物用あるいは肉盛溶接
用として使用するのに適したCo基合金に関する
ものである。 従来、内燃機関のエンジンバルブや同バルブシ
ートの製造に際しては、肉盛溶接用として、アメ
リカ溶接協会規格5.13RCoCr―A(C:0.9〜1.4
%、Si:2.0%以下、Mn:1.0%以下、W:3.0〜
6.0%、Cr:26〜32%、Ni:3.0%以下、Fe:3.0
%以下、Mo:1.0%以下、Coおよび不可避不純
物:残り)や、同5.13RCoCr―B(C:1.2〜1.7
%、Si:2.0%以下、Mn:1.0%以下、W:7.0〜
9.5%、Cr:26〜32%、Ni:3.0%以下、Fe:3.0
%以下、Mo:1.0%以下、Coおよび不可避不純
物:残り、以上重量%)などのCo基合金(以下
従来Co基合金という)が多く使用されてきた。 一方、近年、内燃機関の高性能化がはかられる
ようになるにしたがつて、内燃機関のエンジンバ
ルブや同バルブシートにも、よりすぐれた特性を
具備することが要求されるようになつており、一
般に、いずれも肉盛溶接状態で、温度:800℃に
おけるビツカース硬さが285以上の高温硬さ、並
びに温度:700℃に15分間保持した後、水冷の操
作を繰返し行なつた場合に肉盛溶接部に割れが発
生するまでの前記操作回数が7回以上の耐熱衝撃
性、さらに温度:915℃に加熱した溶融酸化鉛中
に1時間浸漬した後の重量減が0.09g/cm2/hr以
下の耐酸化鉛腐食性を具備することが要求される
ようになつている。なお、これらの特性を具備す
ることは、鋳造により製造された内燃機関のエン
ジンバルブ鋳物や同バルブシート鋳物に対しても
同様に要求されることは勿論のことである。 しかしながら、上記の従来Co基合金は、高温
硬さの点で、上記要求条件を満足するものの、耐
熱衝撃性および耐酸化鉛腐食性ついては、これを
満足する性質をもたず、したがつて、高性能エン
ジンのエンジンバルブや同バルブシートの製造
に、前記従来Co基合金を肉盛溶接用として、さ
らに鋳物用として用いた場合に十分満足する使用
寿命を示さないのが現状である。 そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、内燃機関、特に高性能エンジンのエンジンバ
ルブや同バルブシートに要求される高温硬さ、耐
熱衝撃性、および耐酸化鉛腐食性を具備し、かつ
肉盛溶接用および鋳物用として使用することので
きる材料を開発すべく研究を行なつた結果、C:
0.5〜3.5%、Si:0.1〜3.0%、Cr:10〜37%、
W:0.1〜17.0%、Mo:0.1〜10.0%、Ti:0.01〜
4.50%、Al:0.01〜5.50%を含有し、さらに必要
に応じてMn:0.01〜2.0%、Ni:8〜32%、Fe:
1〜16%、Nb:0.01〜1.50%、およびB:0.001
〜1.50%のうちの1種または2種以上を含有し、
残りがCoと不可避不純物(望ましくはCo:40%
以上含有)からなる組成(以上重量%)を有する
Co基合金は、温度:800℃におけるビツカース硬
さ:310以上のきわめて高い高温硬さを有し、ま
た温度:700℃に15分間加熱後水冷の操作を1サ
イクルとする熱衝撃試験で、割れ発生に至るまで
のサイクル数が8回以上のすぐれた耐熱衝撃性を
示し、さらに温度:915℃に加熱した溶融酸化鉛
中に1時間浸漬の酸化鉛腐食試験では重量減が
0.039g/cm2/hr以下のすぐれた耐酸化鉛腐食性
を示し、しかも肉盛溶接用および鋳物用として使
用することができ、したがつてこのCo基合金を
高性能エンジンのエンジンバルブおよび同バルブ
シートの製造に用いた場合にきわめて長期に亘つ
てすぐれた性能を発揮するという知見を得たので
ある。 この発明は、上記知見にもとづいてなされたも
のであつて、以下に成分組成を上記の通りに限定
した理由を説明する。 (a) C C成分には、Cr、W、Mo、Ti、およびNbな
どと結合して炭化物を形成し、常温および高温
硬さを向上させる作用があるが、その含有量が
0.5未満では所望の高硬度を確保することがで
きず、一方3.5%を越えて含有させると耐熱衝
撃性が劣化するようになることから、その含有
量を0.5〜3.5%と定めた。 (b) Si Si成分には、鋳造性、肉盛溶接性、および湯
流れ性を改善する作用があるが、その含有量が
0.1%未満では前記作用に所望の改善効果が得
られず、一方3.0%を越えて含有させてもより
一層の改善効果は期待できないことから、その
含有量を0.1〜3.0%と定めた。 (c) Cr Cr成分には、その一部が素地に固溶し、残
りの部分が炭化物を形成して、特に高温硬さを
向上させ、もつて高温耐摩耗性を向上させるほ
か、耐酸化鉛腐食性を向上させる作用がある
が、その含有量が10%未満では前記作用に所望
の効果が得られず、一方37%以上含有させると
耐熱衝撃性に低下傾向が現われるようになるこ
とから、その含有量を10〜37%と定めた。 (d) W W成分には、炭化物を微細化すると共に、自
身も炭化物を形成し、かつ素地に固溶して、こ
れを強化し、もつて合金の高温硬さおよび高温
強度を向上させる作用があるが、その含有量が
0.1%未満では前記作用に所望の効果が得られ
ず、一方17.0%を越えて含有させると肉盛溶接
性や切削性が劣化するようになることから、そ
の含有量を0.1〜17.0%と定めた。 (e) Mo Mo成分には、Wとの共存において、素地に
固溶して、これを強化し、かつ炭化物を形成し
て合金の高温硬さ(高温耐摩耗性)および高温
強度を向上させる作用があるが、その含有量が
0.1%未満では前記作用に所望の効果が得られ
ず、一方10.0%を越えて含有させると、耐熱衝
撃性および靭性が劣化するようになることか
ら、その含有量を0.1〜10.0%と定めた。 (f) Ti Ti成分には、素地の結晶粒の成長を抑制す
るばかりでなく、むしろ結晶粒を微細化し、か
つMC型の炭化物および窒化物、さらにNiおよ
びAlと結合してNi3(Al、Ti)の合金間化合物
を形成して、高温硬さおよび耐熱衝撃性、さら
に高温強度および靭性を向上させる作用がある
が、その含有量が0.01%未満では前記作用に所
望の効果が得られず、一方4.50%を越えて含有
させると、炭化物の量が多くなりすぎて耐熱衝
撃性および靭性が劣化するようになると共に、
耐酸化鉛腐食性にも劣化傾向が現われるように
なることから、その含有量を0.01〜4.50%と定
めた。 (g) Al Al成分には、Crと共に耐酸化鉛腐食性を向
上させ、かつ上記のようにNiおよびTiと結合
してNi3(Al、Ti)の金属間化合物を形成する
と共に、窒化物を形成して常温および高温硬さ
を向上させて耐摩耗性を一段と高め、さらに耐
熱衝撃性、高温強度を改善する作用があるが、
その含有量が0.01%未満では前記作用に所望の
効果が得られず、一方5.50%を越えて含有させ
ると、溶湯の流動性および鋳造性が低下するよ
うになるばかりでなく、溶接性および靭性も低
下して実用的でなくなることから、その含有量
を0.01〜5.50%と定めた。 (h) Mn Mn成分には、肉盛溶接性を改善する作用が
あるので、特に肉盛溶接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0.01
%未満では肉盛溶接性に所望の改善効果が得ら
れず、一方2.0%を越えて含有させてもより一
層の改善効果は現われないことから、その含有
量を0.01〜2.0%と定めた。 (i) Ni Ni成分には、オーステナイト地を安定にし
て耐熱衝撃性および靭性を向上させるほか、
AlおよびTiと結合して金属間化合物:Ni3
(Al、Ti)を形成し、もつて高温硬さ(高温耐
摩耗性)および高温強度を改善し、さらにCr
との共存において耐酸化鉛腐食性を向上させる
作用があるので、特にこれらの特性が要求され
る場合に必要に応じて含有されるが、その含有
量が8%未満では前記作用に所望の効果が得ら
れず、一方32%を越えて含有させてもより一層
の向上効果は得られないことから、その含有量
を8〜32%と定めた。 (j) Fe Fe成分には、合金の耐熱衝撃性を一段と向
上させる作用があるので、前記特性が要求され
る場合に必要に応じて含有されるが、その含有
量が1%未満では所望の耐熱衝撃性向上効果が
得られず、一方16%を越えて含有させると、高
温硬さが低下するようになることから、その含
有量を1〜16%と定めた。 (k) NbおよびB これらの成分には、高温硬さ(高温耐摩耗
性)および高温強度を一段と向上させる作用が
あるので、特に前記作用が要求される場合に必
要に応じて含有されるが、それぞれ、その含有
量が0.001%未満では前記作用に所望の向上効
果が得られず、一方それぞれ1.50%を越えて含
有させると、耐熱衝撃性が劣化するようになる
ことから、それぞれの含有量を、Nb:0.01〜
1.50%、B:0.001〜1.50%と定めた。 つぎに、この発明のCo基合金を実施例により
比較例と対比しながら具体的に説明する。 実施例 通常の溶解法により、それぞれ第1表に示され
る成分組成をもつた本発明Co基合金1〜52、比
較Co基合金1〜10、および上記の従来Co基合金
に相当する成分組成をもつた従来Co基合金1、
2を溶製し、引続いて通常の条件にて連続鋳造す
ることにより直径:4.8mmφの溶接ロツドを成形
した。なお、比較Co基合金1〜10は、いずれも
構成成分のうちのいずれかの成分含有量(第1表
に※印を付したもの)がこの発明の範囲から外れ
た組成をもつものである。 ついで、この結果得られた本発明Co基合金1
〜52、比較Co基合金1〜10、および従来Co基合
金1、2の溶接ロツドを用い、TIG自動溶接機に
て、直径:120mmφ×厚さ:20mmの寸法をもつた
ステンレス鋼(SUS316)製台金の表面に、外
径:100mm×幅:20mm×厚さ:5mmの円環状ビー
ドを2層肉盛溶接した。 引続いて、上記台金上に形成された円環状ビー
ドについて常温におけるロツクウエル硬さ(Cス
ケール)および温度:800℃におけるビツカース
硬さを測定すると共に、前記円環状ビードを形成
した台金に対して、温度:700℃に加熱して
【表】
【表】
【表】 15分間保持後水冷の操作を1サイクルとして繰り
返し行ない、前記円環状ビードに割れが発生する
までの前記サイクル回数を測定する耐熱衝撃性試
験を行なつた。さらに同様に直径:15mmφ×長
さ:100mmの寸法をもつたステンレス鋼片
(SUS316)の一方端面に厚さ:5mmの2層肉盛溶
接を行ない、この鋼片の肉盛部より直径:12mmφ
×厚さ:12mmの寸法をもつた試験片を削り出し、
この試験片を用い、温度:915℃に加熱した溶融
酸化鉛:40g中に1時間浸漬の耐酸化鉛腐食性試
験を行ない、試験後の肉盛材の重量減を測定し
た。これらの測定結果を第1表に合せて示した。 第1表に示される結果から、本発明Co基合金
1〜52は、いずれも従来Co基合金1、2に比し
て一段とすぐれた高温硬さ、耐熱衝撃性、および
耐酸化鉛腐食性を有することが明らかである。こ
れに対して、比較Co基合金1〜10に見られるよ
うに、構成成分のうちのいずれかの成分含有量が
この発明の範囲から外れると、本発明Co基合金
に比して、前記特性のうち少なくともいずれかの
特性が劣つたものになることが明らかである。 なお、上記実施例では、この発明のCo基合金
を肉盛溶接用として用いた場合について述べた
が、これを鋳物用として使用しても肉盛溶接の場
合と同様にすぐれた特性を示すことは勿論であ
る。 上述のように、この発明のCo基合金は、高性
能エンジンのエンジンバルブおよび同バルブシー
トに要求される上記の厳格な条件を十分余裕をも
つて満足するすぐれた高温硬さ、耐熱衝撃性、お
よび耐酸化鉛腐食性を有するので、これらの部材
の製造に肉盛溶接用および鋳物用として用いた場
合この結果の部材は著しく長期に亘つてすぐれた
性能を発揮するようになるのである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 C:0.5〜3.5%、Si:0.1〜3.0%、Cr:10〜
    37%、W:0.1〜17.0%、Mo:0.1〜10.0%、Ti:
    0.01〜4.50%、Al:0.01〜5.50%を含有し、残り
    がCo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内燃機関のエンジ
    ンバルブおよび同バルブシート用Co基合金。 2 C:0.5〜3.5%、Si:0.1〜3.0%、Cr:10〜
    37%、W:0.1〜17.0%、Mo:0.1〜10.0%、Ti:
    0.01〜4.50%、Al:0.01〜5.50%を含有し、さら
    にMn:0.01〜2.0%を含有し、残りがCoと不可避
    不純物からなる組成(以上重量%)を有すること
    を特徴とする内燃機関のエンジンバルブおよび同
    バルブシート用Co基合金。 3 C:0.5〜3.5%、Si:0.1〜3.0%、Cr:10〜
    37%、W:0.1〜17.0%、Mo:0.1〜10.0%、Ti:
    0.01〜4.50%、Al:0.01〜5.50%を含有し、さら
    にNi:8〜32%を含有し、残りがCoと不可避不
    純物からなる組成(以上重量%)を有することを
    特徴とする内燃機関のエンジンバルブおよび同バ
    ルブシート用Co基合金。 4 C:0.5〜3.5%、Si:0.1〜3.0%、Cr:10〜
    37%、W:0.1〜17.0%、Mo:0.1〜10.0%、Ti:
    0.01〜4.50%、Al:0.01〜5.50%を含有し、さら
    にFe:1〜16%を含有し、残りがCoと不可避不
    純物からなる組成(以上重量%)を有することを
    特徴とする内燃機関のエンジンバルブおよび同バ
    ルブシート用Co基合金。 5 C:0.5〜3.5%、Si:0.1〜3.0%、Cr:18〜
    37%、W:0.1〜17.0%、Mo:0.1〜10.0%、Ti:
    0.01〜4.50%、Al:0.01〜5.50%を含有し、さら
    にNb:0.01〜1.50%およびB:0.001〜1.50%の
    うちの1種または2種を含有し、残りがCoと不
    可避不純物からなる組成(以上重量%)を有する
    ことを特徴とする内燃機関のエンジンバルブおよ
    び同バルブシート用Co基合金。 6 C:0.5〜3.5%、Si:0.1〜3.0%、Cr:10〜
    37%、W:0.1〜17.0%、Mo:0.1〜10.0%、Ti:
    0.01〜4.50%、Al:0.01〜5.50%を含有し、さら
    にMn:0.01〜2.0%と、Ni:8〜32%を含有し、
    残りがCo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内燃機関のエン
    ジンバルブおよび同バルブシート用Co基合金。 7 C:0.5〜3.5%、Si:0.1〜3.0%、Cr:10〜
    37%、W:0.1〜17.0%、Mo:0.1〜10.0%、Ti:
    0.01〜4.50%、Al:0.01〜5.50%を含有し、さら
    にMn:0.01〜2.0%と、Fe:1〜16%を含有し、
    残りがCo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内燃機関のエン
    ジンバルブおよび同バルブシート用Co基合金。 8 C:0.5〜3.5%、Si:0.1〜3.0%、Cr:10〜
    37%、W:0.1〜17.0%、Mo:0.1〜10.0%、Ti:
    0.01〜4.50%、Al:0.01〜5.50%を含有し、さら
    にMn:0.01〜2.0%と、Nb:0.01〜1.50%および
    B:0.01〜1.50%のうちの1種または2種を含有
    し、残りがCo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内燃機関の
    エンジンバルブおよび同バルブシート用Co基合
    金。 9 C:0.5〜3.5%、Si:0.1〜3.0%、Cr:10〜
    37%、W:0.1〜17.0%、Mo:0.1〜10.0%、Ti:
    0.01〜4.50%、Al:0.01〜5.50%を含有し、さら
    にNi:8〜32%と、Fe:1〜16%を含有し、残
    りがCo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内燃機関のエンジ
    ンバルブおよび同バルブシート用Co基合金。 10 C:0.5〜3.5%、Si:0.1〜3.0%、Cr:18
    〜37%、W:0.1〜17.0%、Mo:0.1〜10.0%、
    Ti:0.01〜4.50%、Al:0.01〜5.50%を含有し、
    さらにNi:8〜32%と、Nb:0.01〜1.50%および
    B:0.001〜1.50%のうちの1種または2種を含
    有し、残りがCo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内燃機
    関のエンジンバルブおよび同バルブシート用Co
    基合金。 11 C:0.5〜3.5%、Si:0.1〜3.0%、Cr:10
    〜37%、W:0.1〜17.0%、Mo:0.1〜10.0%、
    Ti:0.01〜4.50%、Al:0.01〜5.50%を含有し、
    さらにFe:1〜30%と、Nb:0.01〜1.50%およ
    びB:0.001〜1.50%のうちの1種または2種を
    含有し、残りがCo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内燃機
    関のエンジンバルブおよび同バルブシート用Co
    基合金。 12 C:0.5〜3.5%、Si:0.1〜3.0%、Cr:18
    〜37%、W:0.1〜17.0%、Mo:0.1〜10.0%、
    Ti:0.01〜4.50%、Al:0.01〜5.50%を含有し、
    さらにMn:0.01〜2.0%と、Ni:8〜32%と、
    Fe:1〜16%を含有し、残りがCo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
    徴とする内燃機関のエンジンバルブおよび同バル
    ブシート用Co基合金。 13 C:0.5〜3.5%、Si:0.1〜3.0%、Cr:10
    〜37%、W:0.1〜17.0%、Mo:0.1〜10.0%、
    Ti:0.01〜4.50%、Al:0.01〜5.50%を含有し、
    さらにMn:0.01〜2.0%と、Ni:8〜32%と、
    Nb:0.01〜1.50%およびB:0.001〜1.50%のう
    ちの1種または2種を含有し、残りがCoと不可
    避不純物からなる組成(以上重量%)を有するこ
    とを特徴とする内燃機関のエンジンバルブおよび
    同バルブシート用Co基合金。 14 C:0.5〜3.5%、Si:0.1〜3.0%、Cr:10
    〜37%、W:0.1〜17.0%、Mo:0.1〜10.0%、
    Ti:0.01〜4.50%、Al:0.01〜5.50%を含有し、
    Ni:8〜32%と、Fe:1〜16%と、Nb:0.01〜
    1.50%およびB:0.001〜1.50%のうちの1種また
    は2種を含有し、残りがCo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
    る内燃機関のエンジンバルブおよび同バルブシー
    ト用Co基合金。 15 C:0.5〜3.5%、Si:0.1〜3.0%、Cr:10
    〜37%、W:0.1〜17.0%、Mo:0.1〜10.0%、
    Ti:0.01〜4.50%、Al:0.01〜5.50%を含有し、
    さらにMn:0.01〜2.0%と、Fe:1〜30%と、
    Nb:0.01〜1.50%およびB:0.001〜1.50%のう
    ちの1種または2種とを含有し、残りがCoと不
    可避不純物からなる組成(以上重量%)を有する
    ことを特徴とする内燃機関のエンジンバルブおよ
    び同バルブシート用Co基合金。 16 C:0.5〜3.5%、Si:0.1〜3.0%、Cr:10
    〜37%、W:0.1〜17.0%、Mo:0.1〜10.0%、
    Ti:0.01〜4.50%、Al:0.01〜5.50%を含有し、
    さらにMn:0.01〜2.0%と、Ni:8〜32%と、
    Fe:1〜16%と、Nb:0.01〜1.50%およびB:
    0.001〜1.50%のうちの1種または2種を含有
    し、残りがCo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内燃機関の
    エンジンバルブおよび同バルブシート用Co基合
    金。
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