JPS6296659A

JPS6296659A - バルブシ−ト用鉄系焼結合金

Info

Publication number: JPS6296659A
Application number: JP4562886A
Authority: JP
Inventors: Yukio Kadota; 門田　幸男; Akira Manabe; 明真鍋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1985-06-10
Filing date: 1986-03-03
Publication date: 1987-05-06

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〕本発明は内燃機関のバルブシート用焼結合金に係わり、
より詳しくは合金自身の耐摩耗性を高めるとともに、相
手パルプに対する攻撃性を弱めた鉄系焼結合金に関する
。

〔従来の技術〕

最近、自動車用内燃機関は高出力、高回転化、低燃費化
が計られ、また排気ガス対策が施される傾向にある。こ
のため、バルブやバルブシート部品は従来以上に厳しい
条件にさらされるようになって・きている。

このバルブシートには高温での耐摩耗性を高めるため、
　ｃｒ、　Ｎｉ％Ｃｏ、Ｍ、等の合金元素を添加した鉄
系焼結合金が多用されつつある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、バルブシートは、自身の耐摩耗性を向上させ
るとともに相手パルプへの攻撃性の低減が求められてお
り、バルブシートの材質の選択は、相手パルプとの相関
において決定されルヘきもので、この選択を誤るとパル
プ自身の耐摩耗性を弱めるばかシか、相手部材に対する
攻撃性を増して、パルプ機構全体に思わしくない影響を
与えることになる。そのため、従来のような１例えばた
だ単に金属間化合物や複合炭化物を添加して極度に耐摩
耗性を高めたパルプ。

シートをそのまま使用すると、エンジンパルプの摩耗を
増大させる結果となる。

本発明は通常の耐摩耗性が特に高められていない汎用エ
ンジンパルプ（例えばＪＩＳ　　ＮＦＣ７５１［）を相
手にした場合にも相手材を摩耗することなく、又は自身
の摩耗を著しく増大させることのないバルブシート用鉄
系焼結合金を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のバルブシート用鉄系焼結合金は２重量比で、ク
ロム（Ｃｒ）　１０〜７０係、タングステン％５〜２０
％、モリブデ７　（Ｍｏ）　５〜２０　％　、炭素（ｑ
（Ｌ５〜３％、鉄（Ｆｅ）　２０　ａｈ以下及び残部コ
バルト（ＣＯ）からなる合金粒子５〜２５憾、並びにモ
リブデン（Ｍｏ　）を６０〜７０俤含有するフェロモリ
ブデン（ＦｅＭｏ）又、はタングステン（５）を７０〜
８０俤含有するフェロタングステン（ＦｅＷ）のうち１
種以上のＦｅ合金粒子１〜１０係を、炭素（ｑａｓ〜２
チ及び残部鉄（Ｆｅ）と不可避不純物からなるバーライ
トを主体とする基地中に均一に分散させたことを特徴と
する。

また１本発明の鉄系焼結合金は、ニッケル（Ｎす１〜１
０チを前記のバーライト主体の基地に含有せしめたこと
を特徴とする。さらに１本発明は前記焼結合金に鉛（Ｐ
ｂ）　１〜２０％を溶浸したことを特徴とする。

なお１本発明において俤は特記しない限シ重量係を示す
・本発明の好ましい鉄系焼結合金は、重量比で、りｏ　Ａ
　（Ｃｒ）４０〜７０９ｂ　％＝ｒ　ハｋ　）　（Ｃｏ
）　５〜３０％。

タングステン尚５〜２０俤、モリブデン（Ｍｏ）５〜２
０幅、鉄（Ｆｅ）２０幅以下及び炭素（ｑα５〜３係か
らなる合金粒子５〜２５チをＦｅ合金粒子と共に基地中
に分散させてなるものである〇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、硬質粒子として添加される合金粒子の各成分元素
について説明する。

合金粒子中のＣｒ　（クロム）はＣ（炭素）と化合して
炭化物を形成するとともに一部がＣｏと合金を形成し合
金粒子の硬さを向上させる効果を有しているが、Ｏｒが
１０チ未満では上記の効果が不十分であり、７０憾を超
えるとＣｒの拡散が周囲の基地へ進み過ぎ１合金粒子が
脆化して割れや脱落が発生し始め、バルブシートに適用
したときパルプと共に著しく阜粍し易くなる。そのため
Ｃｒは１０〜７０チと限定した０本発明の合金粒子のう
ちＣｒを４０〜７０％含みかつＣｏを５〜５０優含むも
のは、硬さ及び脆性等の点で好ましいものになる◇ Ｗ（タングステン）は、Ｃと化合してＭＣ型の硬質炭化
物と、　Ｃｏとの複炭化物を形成し１合金粒子の硬さを
向上させるが、Ｗが５９１未満ではその効果が発揮され
ず、２０チを超えると合金粒子が硬くなシ過ぎ、相手材
であるパルプへの攻撃性が増大°するため、Ｗは５〜２
０チとした。

Ｍｏ　（モリブデン）はＣと化合して硬質炭化物を形成
し１合金粒子の硬さを増すが、　Ｍｏが５４未満ではそ
の効果が現れず、２・０係を超えると合金粒子が硬くな
シ過ぎて相手部材を攻撃するので５〜２０％とした＠ＣはＣｒ、Ｍｏ及びＷと化合して炭化物を形成し。

合金粒子の硬さを向上させるが、Ｃがα５俤未満ではそ
の効果が発揮されず、５係を超えると炭化物量が多すぎ
てもろくなる・そのため、Ｃはα５〜３俤としたＯＦｅ　（鉄）は特に添加しなくてもよいが、バルブシー
トに必要とする強度等に問題がなければ。

高価なｃｏの代わシに２０係以下の任意の範囲で用いる
ことができる。また、　Ｃｒ、　Ｗ、　Ｍｏを単体とし
てではなくフェロアロイとして合金の原料に用いる場合
に添加されることになる。

ＣＯは他の成分と合金を形成して合金粒子の耐熱性を向
上させ、これと共にその一部が基地に拡散して合金粒子
と基地の接合性を向上させる。

例えばＣｒを４０〜７０％含む合金粒子にあっては。

ＣＯが５俤未満では耐熱性、接合性の向上効果が発揮さ
れず、３０％を超えるとその効果が殆ど一定になるので
、　Ｃｏの含有量を５〜６０憾とするのが好ましい０また１合金粒子は、粒径が２０μｍ未満であると、耐摩
耗性が不十分に弱く、−万粒径が２Ｑ（１趨を超えると
成形性、圧縮性が低下ししかも耐摩耗性が低いものにな
る０そのため合金粒子の粒径は２０〜２００μ講、特に
３０〜１５０μ溝とするのが好ましい。

また１合金粒子は、硬さがＨｖ１０００未満であると１
粒子の摩耗が進行し易く耐摩耗性が低下するので、硬さ
がＨｖＩＱＧＯ以上のものであるのが好ましい〇合金粒子は耐摩耗性の向上に効果があることから用いら
れる０合金中のＣｏの一部が基地中に拡散して粒子の周
囲に拡散層を形成することによって１粒子と基地との結
合力が増し、該粒子の脱落が防止される＠義金金粒子は
５俤未満では得られる焼結合金の耐摩耗効果が発揮され
ず。

２５俤を超えると成形性、圧縮性及び被剛性が低下する
とともに相手材であるパルプへの攻撃性が増大するため
、合金粒子は５〜２５％と限定した。

硬質粒子として加えるフェロモリブデン（ＦｅＭｏ　）
はＭｏを６０〜７０％含むもので１粒径５０〜１５０μ
ｍを有し、硬さＨｖ８００〜１３００と硬く。

耐摩耗性の向上に効果があシ、また同じく硬質粒子たる
７エロタングステン（ＦｅＷ）はＷを７０〜ａｏｌ含有
するものであり、　ＦｅＭｏと同様に耐摩耗性の向上に
効果がある０しかしながら、　ＦｅＭ。

又はＦｅＷの合計含有量が１俤未満ではその効果がな（
，１０９６を超えると成形性、被剛性が悪化するため、
１〜１０％とした〇次に基地について説明するＯＣは基地のＦｅに固溶してバーライト組織全形成し、焼
結合金の強度と硬さを向上させ、また、前記合金粒子中
のＣｒ、Ｍｏ及びＷと化合して硬質の炭化物を形成し５
合金粒子の硬さを更に向上させる効果が・あるとともに
、未反応の遊離黒鉛が、ある程度基地中に内在すること
によシ。

潤滑効果が発揮されるが、Ｃが１５％未満ではその効果
がなく、２％を超えるとセメンタイトドｉ　　　　が粗大化し遊離黒鉛が多すぎて基地がもろく
な１　　　　るため、Ｃはα５〜２ｑｂとした。

Ｎ１（−ツケル）はＦｅ基地に固溶して基地の強度を向
上させるのに役立つため、更に強度を必要とする場合に
添加されるが、Ｎｔが１俤未満ではその効果が発揮され
ず、１０％を超えると基地が軟化し、耐摩耗性が低下す
るため、Ｎｉは１〜１０俤とした。

ｐｂ　（鉛）の焼結合金への溶浸は、よシきびしい条件
下で使用されるバルブシートの場合に行われる０溶浸さ
れたｐｂは、パルプとバルブシートの接触部に介在して
ｐｂ酸化物層を形成することによシ潤滑剤として作用し
てパルプ及びバルブシート相互の耐摩耗性を向上させる
が、Ｐｂの溶浸が１俤未満ではｐｂ溶浸の効果が発揮さ
れず。

２０係を超えて溶浸すると焼結合金のスケルトンが弱化
して摩耗が増大することから１〜２０％とした。

〔実施例〕

本発明を実施例によシ説明する。

実施例１Ｃｒ４５％、ｗｉｏ俤、Ｍｏ１７％、Ｆｅ９％、Ｃ１０
％及びＣｏ１Ｂ１４からなる合金粒子粉末（粒径６５ｐ
ｇ、−８０メツシュ、硬さＨｖ１３８０ン１５係。

ＦｅＭｏ（−１ｏｏメツ’／　ｚ　）　２　％　、黒鉛
粉末（−５５０メツシュ３１．２％、カルボニルＮｉ粉
末（１０μｍ以下）３係及び残部アトマイズ鉄粉（−１
００メツシユ）に潤滑剤としてステアリン酸亜鉛α８俤
を混合した彼、この混合粉末を金型内に充てんし、成形
圧７ｔ／−で成形してバルブシート粗形状の粉末成形体
を得た。

この粉末成形体をアンモニア分解ガス雰囲気中で１１４
０℃の温度にて６０分間焼結して焼結体を得た◎焼結体
の密度は６．．８ｔ／ｃｔＡ、その硬さは）ｌｖ２２０
であった。

得られた焼結体を排気弁座の形状に加工して排気ｉｉ２
　Ｄ　００ｃ、ｃ、　４気筒のディーゼルエンジンに装
着し、全負荷で３００時間台上耐久試験を実施し、バル
ブシート当り面幅増加量及びパルプ摩耗量を測定した。

なお、相手パルプにはＪＩＳ　ＮＦＣ７５１を用いた。

実施例２〜４各材料を次表に示す各組成割合にそれぞれ配合して実施
例１と同様に行って、各焼結体を得た。実施例５及び４
は得られた焼結体をＰｂ塊と接触させて再度アンモニア
分解ガス雰囲気中で１０５０℃の温度にて３０分間加熱
して焼結体中にｐｂを溶浸したものである。また、実施
例２はＦｅ合金粒子としてＦｅＷを適用し、実施例３は
同粒子としてＦｅＭｏ及びＦｅＷを適用したものである
Ｏ得られた各焼結体を弁座形状に加工し、バルブシート当
り・面幅増加量及びパルプ摩耗量を実施例１と同様に試
験したのち測定した〇実施例５Ｃｒ　３０％、　Ｗ　１０％、　Ｍｏ　１０％、　Ｆｅ
　１０％、　Ｃ２，０チ及び残部、Ｃｏからなる合金ア
トマイズ粉（−１００メツシユ）１５％、　ＦｅＭｏ　
５　％、黒鉛粉末（−４５０メツシユ）１．２％、カル
ボニルＮｉ粉末（１０μｍ以下）４チ及び残部還元鉄粉
（−１００メツシユ）に潤滑剤としてステアリン酸亜鉛
α８％を混合した後、この混合粉末を金型内に充てんし
、成形圧７ｔ／−で成形してバルブシート粗形状の粉末
成形体を得た。

この粉末成形体をアンモニア分解ガス雰囲気中で１１５
０℃の温度にて６０分間焼結して焼結体を得た◎焼結体
密度は７．０ｆ／−０得られた焼結体を排気弁座の形状
に加工して排気量２０００ｃ、ｃ、４気筒のディーゼル
エンジンに装着し、全負荷で２００時間台上耐久試験を
実施し、バルブシート当シ面幅増加量及びパルプ摩耗ｔ
を測定した０なお、相手バルブにはＪＩＳ　ＮＦＣ７５
１を用いた。

実施例５〜８各材料を次表に示す各組成割合にそれぞれ配合して実施
例５と同様に行って、各焼結体を得た。なお、実施例７
及び８は得られた焼結体をＰｂ塊と接触させて再度アン
モニア分解ガス雰囲気中で１０５０℃の温度にて３０分
間加熱して焼結体中にＰｂを溶浸したものである＠得られた各焼結体を弁座形状に加工し、バルブシート当
り面幅増加量及びパルプ摩耗量を実施例５と同様に試験
したのち測定した〇比較例１及び２比較例１としてＪＩＳ　Ｉ”Ｃ５０鋳鉄、比較例２とし
てＪＩＳ耐熱鋼Ｓ　ＵＨ４Ｂをそれぞれ用いて弁座形状
に加工し、これらを実施例１と同様に試験してバルブシ
ート当り面幅増加量及びパルプ摩耗１ｔを測定した。

以上の測定結果をまとめて次表に示す。

表かられかるように実施例１〜８のバルブシート当り面
幅増加量は０．１ないしｃＬ５ｆｉで、比較例１及び２
の１．２及び１．４　ｍｍに比してかなシ小さな値を示
し゛、実施例１〜８の焼結合金は過酷な条件下で使用さ
れるディーゼルエンジンの弁座材料としても耐摩耗性に
優れている。また。

実施例１〜８のパルプ摩耗量は３ないし７μｍで。

比較例１及び２の３０及び４０μｍに比してかなり小さ
く、実施１＋ＩＪ　１〜８の焼結合金は相手材であるパ
ルプに対する枚重性が低い。

〔発明の効果〕

本発明のバルブシート用鉄系焼結合金は上記したように
硬質粒子として合金粒子とＦｅ合金粒子をバーライトを
主体とする鉄基地中に均一に分散させたので、耐摩耗性
に優れ、かつ相手材であるパルプに対する攻撃性が低く
、バルブシート用焼結合金として最適なものである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量比で、クロム（Ｃｒ）１０〜７０％、タング
ステン（Ｗ）５〜２０％、モリブデン（Ｍｏ）５〜２０
％、炭素（Ｃ）０．５〜３％、鉄（Ｆｅ）２０％以下及
び残部コバルト（Ｃｏ）からなる合金粒子５〜２５％、
並びにモリブデン（Ｍｏ）を６０〜７０％含有するフェ
ロモリブデン（ＦｅＭｏ）又はタングステン（Ｗ）を７
０〜８０％含有するフェロタングステン（ＦｅＷ）のう
ち１種以上のＦｅ合金粒子１〜１０％を、炭素（Ｃ）０
．５〜２％及び残部鉄（Ｆｅ）と不可避不純物からなる
バーライトを主体とする基地中に均一に分散させたこと
を特徴とするバルブシート用鉄系焼結合金。
（２）合金粒子中のクロム（Ｃｒ）の含有量が重量比で
４０〜７０％であることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のバルブシート用鉄系焼結合金。
（３）合金粒子の粒径が２０〜２００μｍであり、合金
粒子の硬さがＨｖ１０００以上であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載のバルブシート用鉄系焼結合
金。
（４）重量比で、クロム（Ｃｒ）１０〜７０％、タング
ステン（Ｗ）５〜２０％、モリブデン（Ｍｏ）５〜２０
％、炭素（Ｃ）０．５〜３％、鉄（Ｆｅ）２０％以下及
び残部コバルト（Ｃｏ）からなる合金粒子５〜２５％、
並びにモリブデン（Ｍｏ）を６０〜７０％含有するフェ
ロモリブデン（ＦｅＭｏ）又はタングステン（Ｗ）を７
０〜８０％含有するフェロタングステン（ＦｅＷ）のう
ち１種以上のＦｅ合金粒子１〜１０％を、炭素（Ｃ）０
．５〜２％、ニッケル（Ｎｉ）１〜１０％及び残部鉄（
Ｆｅ）と不可避不純物からなるバーライトを主体とする
基地中に均一に分散させたことを特徴とするバルブシー
ト用鉄系焼結合金。
（５）合金粒子中のクロム（Ｃｒ）の含有量が重量比で
４０〜７０％であることを特徴とする特許請求の範囲第
４項記載のバルブシート用鉄系焼結合金。
（６）合金粒子の粒径が２０〜２００μｍであり、合金
粒子の硬さがＨｖ１０００以上であることを特徴とする
特許請求の範囲第４項記載のバルブシート用鉄系焼結合
金。
（７）重量比で、クロム（Ｃｒ）１０〜７０％、タング
ステン（Ｗ）５〜２０％、モリブデン（Ｍｏ）５〜２０
％、炭素（Ｃ）０．５〜３％、鉄（Ｆｅ）２０％以下及
び残部コバルト（Ｃｏ）からなる合金粒子５〜２５％、
並びにモリブデン（Ｍｏ）を６０〜７０％含有するフェ
ロモリブデン（ＦｅＭｏ）又はタングステン（Ｗ）を７
０〜８０％含有するフェロタングステン（ＦｅＷ）のう
ち１種以上のＦｅ合金粒子１〜１０％を、炭素（Ｃ）０
．５〜２％及び残部鉄（Ｆｅ）と不可避不純物からなる
バーライトを主体とする基地中に均一に分散してなる焼
結合金に鉛（Ｐｂ）１〜２０％を溶浸したことを特徴と
するバルブシート用鉄系焼結合金。
（８）合金粒子中のクロム（Ｃｒ）の含有量が重量比で
４０〜７０％であることを特徴とする特許請求の範囲第
７項記載のバルブシート用鉄系焼結合金。
（９）合金粒子の粒径が２０〜２００μｍであり、合金
粒子の硬さがＨｖ１０００以上であることを特徴とする
特許請求の範囲第７項記載のバルブシート用鉄系焼結合
金。
（１０）重量比で、クロム（Ｃｒ）１０〜７０％、タン
グステン（Ｗ）５〜２０％、モリブデン（Ｍｏ）５〜２
０％、炭素（Ｃ）０．５〜３％、鉄（Ｆｅ）２０％以下
及び残部コバルト（Ｃｏ）からなる合金粒子５〜２５％
、並びにモリブデン（Ｍｏ）を６０〜７０％含有するフ
ェロモリブデン（ＦｅＭｏ）１〜１０％を、炭素（Ｃ）
０．５〜２％、ニッケル（Ｎｉ）１〜１０％及び残部鉄
（Ｆｅ）と不可避不純物からなるバーライトを主体とす
る基地中に均一に分散してなる焼結合金に鉛（Ｐｂ）１
〜２０％を溶浸したことを特徴とするバルブシート用鉄
系焼結合金。
（１１）合金粒子中のクロム（Ｃｒ）の含有量が重量比
で４０〜７０％であることを特徴とする特許請求の範囲
第１０項記載のバルブシート用鉄系焼結合金。
（１２）合金粒子の粒径が２０〜２００μｍであり、合
金粒子の硬さがＨｖ１０００以上であることを特徴とす
る特許請求の範囲第１０項記載のバルブシート用鉄系焼
結合金