JPS63149353A - 耐摩耗性鉄基焼結合金 - Google Patents
耐摩耗性鉄基焼結合金Info
- Publication number
- JPS63149353A JPS63149353A JP29732186A JP29732186A JPS63149353A JP S63149353 A JPS63149353 A JP S63149353A JP 29732186 A JP29732186 A JP 29732186A JP 29732186 A JP29732186 A JP 29732186A JP S63149353 A JPS63149353 A JP S63149353A
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- Japan
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- iron alloy
- wear resistance
- amount
- wear
- sintered iron
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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。
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）
この発明は耐摩耗性鉄基焼結合金に係り、さらに詳しく
いえば高出力自動車用エンジンのバルブシート等の材料
として好適な耐摩耗性の改良された鉄基焼結合金に係る
。
いえば高出力自動車用エンジンのバルブシート等の材料
として好適な耐摩耗性の改良された鉄基焼結合金に係る
。
（従来技術と解決すべき問題点）
内燃機関の出力の増大や自動車用ガソリンの無鉛化に伴
い、バルブシートは一層の耐摩耗性を要求されるように
なり、特に近年は内燃機関の高出力化、高回転化、更に
過給機の採用等により熱的、機械的負荷は一層増大する
傾向にあり、これに対して溶製材の代わりに焼結合金製
として要求に応するように試みられている。
い、バルブシートは一層の耐摩耗性を要求されるように
なり、特に近年は内燃機関の高出力化、高回転化、更に
過給機の採用等により熱的、機械的負荷は一層増大する
傾向にあり、これに対して溶製材の代わりに焼結合金製
として要求に応するように試みられている。
即ちバルブシートの耐摩耗性、高温強度、耐酸化性を向
上する目的で鉄基焼結合金にＣｒ、Ｎｉ。
上する目的で鉄基焼結合金にＣｒ、Ｎｉ。
Ｃｏ、Ｗ、ＭＯ等の元素を合金用に添加し、または基地
に硬質相として分散させることが行われている。
に硬質相として分散させることが行われている。
しかしながらこのような合金元素の添加によって耐摩耗
性は改善されるとしてもコストが高騰し、それに見合っ
た効果が有るかどうかについては不明な点が多い。
性は改善されるとしてもコストが高騰し、それに見合っ
た効果が有るかどうかについては不明な点が多い。
本発明は上記のような問題点に着目してなされたもので
、合金元素が耐摩耗性に及ぼす効果についての基礎的な
試験を通して、最少の合金元素の添加により最大の効果
を得るようにし、耐摩耗性部品例えばバルブシート用の
安価でかつ高性能の耐摩耗性鉄基焼結合金を提供するこ
とを目的とする。
、合金元素が耐摩耗性に及ぼす効果についての基礎的な
試験を通して、最少の合金元素の添加により最大の効果
を得るようにし、耐摩耗性部品例えばバルブシート用の
安価でかつ高性能の耐摩耗性鉄基焼結合金を提供するこ
とを目的とする。
（問題点を解決するための手段）
この発明は、重量％で、６〜１４％のＮｉと、該Ｎｉ量
に対して ｛０．８４−０．０５６ｘＮ ｉ（％）｝〜｛１．４−
０．０６７ｘＮ ｉ （％））の関係にあるＣと、 残部Ｆｅ及び付随元素とよりなり、 実質的にＮｉ富化部、ベイナイト及びパーライトの三相
混合組織を示すことを特徴とする耐摩耗性鉄基焼結合金
に係る。
に対して ｛０．８４−０．０５６ｘＮ ｉ（％）｝〜｛１．４−
０．０６７ｘＮ ｉ （％））の関係にあるＣと、 残部Ｆｅ及び付随元素とよりなり、 実質的にＮｉ富化部、ベイナイト及びパーライトの三相
混合組織を示すことを特徴とする耐摩耗性鉄基焼結合金
に係る。
本発明は鉄基焼結合金で主要な合金元素としてＣのはか
Ｎｉを含むが、付随元素としてＭｏ、Ｖなどを少量含有
しても差し支えない。また本合金においてはＮｉの不均
一分布によるＮｉ富化部、ベイナイト、及びパーライト
の三相より主として成り、これに少量のフェライトが混
在した実質的に三相混合組織を示すことが特徴である。
Ｎｉを含むが、付随元素としてＭｏ、Ｖなどを少量含有
しても差し支えない。また本合金においてはＮｉの不均
一分布によるＮｉ富化部、ベイナイト、及びパーライト
の三相より主として成り、これに少量のフェライトが混
在した実質的に三相混合組織を示すことが特徴である。
ところでベイナイトは周知の如く耐摩耗性に優れかつ靭
性及び強度が高いが、やや加工しに（く高温で不安定で
あり、ニッケル富化部は耐摩耗性、耐熱性に優れるが脆
くて加工困難である。これらの欠点を本発明では加工容
易なパーライトを混在させることによって補うようにし
である。
性及び強度が高いが、やや加工しに（く高温で不安定で
あり、ニッケル富化部は耐摩耗性、耐熱性に優れるが脆
くて加工困難である。これらの欠点を本発明では加工容
易なパーライトを混在させることによって補うようにし
である。
発明者は回転するカムによって上昇したバルブがバルブ
ステム下部のスプリングによってバルブシートを衝撃的
に叩く動作を繰り返し行うようにした単体摩耗試験機に
よって、一定温度に加熱維持されたバルブシートの摩耗
量を基準バルブの沈み量から求め、合金元素の影響を調
査した。
ステム下部のスプリングによってバルブシートを衝撃的
に叩く動作を繰り返し行うようにした単体摩耗試験機に
よって、一定温度に加熱維持されたバルブシートの摩耗
量を基準バルブの沈み量から求め、合金元素の影響を調
査した。
合金元素としてＮｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖの含有量を
それぞれに変えてバルブシートを製作して試験に供した
。試験条件は バルブ表面温度 ６５０℃ バルブシート温度 ３００℃ カム軸回転数 ３００ Ｏｒｐｍ（実機エンジンで６
００Ｏｒｐｍに相当） 試験時間 ５時間 コイルばね荷重 ２２．６ ｋｇ （ばね常数１３．８ ｋｇ／ｍｊ） として行った。
それぞれに変えてバルブシートを製作して試験に供した
。試験条件は バルブ表面温度 ６５０℃ バルブシート温度 ３００℃ カム軸回転数 ３００ Ｏｒｐｍ（実機エンジンで６
００Ｏｒｐｍに相当） 試験時間 ５時間 コイルばね荷重 ２２．６ ｋｇ （ばね常数１３．８ ｋｇ／ｍｊ） として行った。
試験結果によればバルブシートの耐摩耗性に対して最も
良い影響があるのはＮｉであることが判ったので、更に
適正組成決定のためＦｅ−Ｎ１−Ｃ系についてＮｉ、Ｃ
ｉｉを変えて実験を行った。
良い影響があるのはＮｉであることが判ったので、更に
適正組成決定のためＦｅ−Ｎ１−Ｃ系についてＮｉ、Ｃ
ｉｉを変えて実験を行った。
その結果の一例（Ｃ量は後述するＦｅ−Ｎ１−Ｃ系組織
状態図のＰ＋Ｍ域のＣ量）をグラフで示したのが第４図
である。
状態図のＰ＋Ｍ域のＣ量）をグラフで示したのが第４図
である。
例えばバルブシート材料の良否判断には実用的には摩耗
量１００−１５ｈを判断基準としているが、第４図によ
れば該基準に相当するＮｉ含有量の範囲は約６〜１５％
となる。
量１００−１５ｈを判断基準としているが、第４図によ
れば該基準に相当するＮｉ含有量の範囲は約６〜１５％
となる。
一方、金属組織の点から言えば、Ｎｉ量が６％以下では
前記のような三相混合組織とはならず、均一なベイナイ
ト組織となり、耐摩耗性に劣るようになる。またＮｉが
１４％を超えると目的の三相のほかにオーステナイトと
マルテンサイトとを生ずるようになり、加工しにくくな
ると共に、熱膨張量が大きくなり、バルブシートがエン
ジン内で脱落し易くなる等の問題が生じ、実用上好まし
くない。従って本発明ではＮｉの上限は１４％とする。
前記のような三相混合組織とはならず、均一なベイナイ
ト組織となり、耐摩耗性に劣るようになる。またＮｉが
１４％を超えると目的の三相のほかにオーステナイトと
マルテンサイトとを生ずるようになり、加工しにくくな
ると共に、熱膨張量が大きくなり、バルブシートがエン
ジン内で脱落し易くなる等の問題が生じ、実用上好まし
くない。従って本発明ではＮｉの上限は１４％とする。
Ｎｉ量に関連させたＣ量の最適範囲はつぎのようにして
決定した。Ｆｅ−Ｎ１−Ｃ系の組織を示したグラフ（佐
藤編、鉄鋼の顕微鏡写真の解説、１９７３、丸善発行）
は第５図に示す通りであるが、この図においてマルテン
サイトＭ＋パーライトＰの混合組織となるように（Ｐ＋
Ｍ）域でＮｉ量に対応する０％を求めた。この範囲とな
る０％はおおよそ次式で得られる（ｌお本発明ではマル
テンサイトを熱処理してベーナイトとした）。
決定した。Ｆｅ−Ｎ１−Ｃ系の組織を示したグラフ（佐
藤編、鉄鋼の顕微鏡写真の解説、１９７３、丸善発行）
は第５図に示す通りであるが、この図においてマルテン
サイトＭ＋パーライトＰの混合組織となるように（Ｐ＋
Ｍ）域でＮｉ量に対応する０％を求めた。この範囲とな
る０％はおおよそ次式で得られる（ｌお本発明ではマル
テンサイトを熱処理してベーナイトとした）。
（１，４０．１４Ｎｉ （％）｝〜
｛１．４−０．１ＯＮｉ （％））
これを本発明のような不平衡状態の場合に当てはめるた
めには修正しなければならないが、本発明においてはＮ
ｉ富化部に全Ｎｉの１／３が集中すると仮定してＣ量に
ついて次式を求めた。
めには修正しなければならないが、本発明においてはＮ
ｉ富化部に全Ｎｉの１／３が集中すると仮定してＣ量に
ついて次式を求めた。
Ａ・ （１，４−０．１４ｘ２／３ｘＮｉ％） 〜Ａ・
（１，４−０．１０ｘ２／３ｘＮｉ％）なおフェライ
トとＮｉ富化部にはＣは殆ど溶は込まないと考えられる
ので、両者以外の組織の面積率をＡで表している。した
がって上式はフェライトとＮｉ冨化部以外の組織のＣ濃
度を示している。しかして実験によればＡは０．６〜１
．０の範囲にある。よって上式においてＡ ＝ ０．６
またはＡ＝１として０％とＮｉ％との関係を求めてグラ
フにしたのが第６図であり、図中斜線を施した部分が本
発明に係る合金組成範囲である。
（１，４−０．１０ｘ２／３ｘＮｉ％）なおフェライ
トとＮｉ富化部にはＣは殆ど溶は込まないと考えられる
ので、両者以外の組織の面積率をＡで表している。した
がって上式はフェライトとＮｉ冨化部以外の組織のＣ濃
度を示している。しかして実験によればＡは０．６〜１
．０の範囲にある。よって上式においてＡ ＝ ０．６
またはＡ＝１として０％とＮｉ％との関係を求めてグラ
フにしたのが第６図であり、図中斜線を施した部分が本
発明に係る合金組成範囲である。
Ｃは上式で得られる含有量以下になるとフェライトを生
じ、強度及び耐摩耗性が低下して好ましくなく、また上
式で得られる量以上になるとオーステナイトとマルテン
サイトとを生ずるようになり、Ｎｉが多すぎる場合と同
様に加工しにくくなるほか、熱膨張が大きくなりエンジ
ン内で脱落し易くなるので好ましくない。
じ、強度及び耐摩耗性が低下して好ましくなく、また上
式で得られる量以上になるとオーステナイトとマルテン
サイトとを生ずるようになり、Ｎｉが多すぎる場合と同
様に加工しにくくなるほか、熱膨張が大きくなりエンジ
ン内で脱落し易くなるので好ましくない。
本発明に係る焼結合金の製法は通例の鉄基焼結合金の場
合と同様であり、原料粉も市販のものでよいが、Ｎｉ粉
、Ｃ粉はなるべく細かなものが拡散に時間を要しないの
で好ましく、３２５メツシユ以下であることが望ましい
。
合と同様であり、原料粉も市販のものでよいが、Ｎｉ粉
、Ｃ粉はなるべく細かなものが拡散に時間を要しないの
で好ましく、３２５メツシユ以下であることが望ましい
。
（実施例）
１５０〜２００メツシユにピークがある市販の純度９８
％以上の純鉄粉に、３２５メツシユ篩下のカルボニルニ
ッケル粉及び黒鉛粉を最終組成でそれぞれ１０％Ｎ１５
Ｏ，３５％Ｃになるように加え、更に金型成形の際の潤
滑剤としてステアリン酸亜鉛を０．６％加えた混合粉を
、金型に入れ、７ｔ／ｃｄの成形圧で成形した。この成
形体を６５０℃で１時間加熱して潤滑剤を除去したのち
、１２００℃で１時間真空中で焼結して９００℃まで炉
冷し、ついで軟化防止のため９００℃から不活性ガスを
炉内に導入して冷却し、その後９００℃に再加熱、油焼
入れして試験片素材を製作した。
％以上の純鉄粉に、３２５メツシユ篩下のカルボニルニ
ッケル粉及び黒鉛粉を最終組成でそれぞれ１０％Ｎ１５
Ｏ，３５％Ｃになるように加え、更に金型成形の際の潤
滑剤としてステアリン酸亜鉛を０．６％加えた混合粉を
、金型に入れ、７ｔ／ｃｄの成形圧で成形した。この成
形体を６５０℃で１時間加熱して潤滑剤を除去したのち
、１２００℃で１時間真空中で焼結して９００℃まで炉
冷し、ついで軟化防止のため９００℃から不活性ガスを
炉内に導入して冷却し、その後９００℃に再加熱、油焼
入れして試験片素材を製作した。
第１図はその金属ｕｎ（４００倍）を示す写真、第２図
はそのスケッチ、第３図は１００倍の金属組織を示す第
１図と同様な写真であるが、第２図に示すように微細パ
ーライト（トルースタイト）ＴとベイナイトＢとＮｉ富
化部Ｎとのほかに、パーライト（トルースタイト）の周
囲に多少のフェライトＦが析出している。
はそのスケッチ、第３図は１００倍の金属組織を示す第
１図と同様な写真であるが、第２図に示すように微細パ
ーライト（トルースタイト）ＴとベイナイトＢとＮｉ富
化部Ｎとのほかに、パーライト（トルースタイト）の周
囲に多少のフェライトＦが析出している。
フェライトは耐摩耗性が悪いので、本来はベイナイト、
Ｎｉ富化部及びパーライトの三相からなることを原則と
する。しかしながらフェライトの析出を無くすためには
Ｃ含有量の範囲を狭く押さえる必要があり、もともとそ
の範囲が狭い上に、製造時の条件の変動によって実際作
業上Ｃ含有量の範囲を狭い範囲に押さえることは難しい
ので多少のフェライトの析出は止むを得ないが、一般に
面積率で１０％以下にすることが望ましく、この程度な
ら認めるほどの耐摩耗性の低下はない。
Ｎｉ富化部及びパーライトの三相からなることを原則と
する。しかしながらフェライトの析出を無くすためには
Ｃ含有量の範囲を狭く押さえる必要があり、もともとそ
の範囲が狭い上に、製造時の条件の変動によって実際作
業上Ｃ含有量の範囲を狭い範囲に押さえることは難しい
ので多少のフェライトの析出は止むを得ないが、一般に
面積率で１０％以下にすることが望ましく、この程度な
ら認めるほどの耐摩耗性の低下はない。
この素材を所定寸法のバルブシートに加工後、単体摩耗
試験機で試験した。試験は排気バルブシートの使用条件
を想定して第１表に示す条件で行った。試験結果は第２
表に示す。表には同時に行った比較材（ｌｌｈ６〜Ｎ［
Ｌｌ ３）の成績も対比して示しである。
試験機で試験した。試験は排気バルブシートの使用条件
を想定して第１表に示す条件で行った。試験結果は第２
表に示す。表には同時に行った比較材（ｌｌｈ６〜Ｎ［
Ｌｌ ３）の成績も対比して示しである。
第２表から判るように本発明に係るバルブシートは従来
品に比して著しく耐摩耗性が向上していることが明らか
である。境界付近のＣ，Ｎｉを含むもの（隘４．５）は
摩耗量Ｊよ若干多くなっているが、前記の判断基準値以
下である。また従来添加されているＣｒ、Ｃｏは効果が
ないか、或いはむしろ耐摩耗性を低下させることが認め
られる（！ｌｈ９．１１）。
品に比して著しく耐摩耗性が向上していることが明らか
である。境界付近のＣ，Ｎｉを含むもの（隘４．５）は
摩耗量Ｊよ若干多くなっているが、前記の判断基準値以
下である。また従来添加されているＣｒ、Ｃｏは効果が
ないか、或いはむしろ耐摩耗性を低下させることが認め
られる（！ｌｈ９．１１）。
第２表
注、バルブは酸化物の付着があるが、摩耗は認められな
い。
い。
（効果）
以上説明したように本発明の鉄基焼結合金はＣのほか合
金元素としてＮｉを含むだけで、所定の金属組織を有し
、耐摩耗性が従来品に比して格段に優れている。また従
来習慣的に添加されていたＣｒとかＣＯはむしろ耐摩耗
性を低下させることが試験結果から認められたので、こ
のような合金成分を含有せず、したがって原料コストを
低減出来るなど、実用上の効果がきわめて大きい。
金元素としてＮｉを含むだけで、所定の金属組織を有し
、耐摩耗性が従来品に比して格段に優れている。また従
来習慣的に添加されていたＣｒとかＣＯはむしろ耐摩耗
性を低下させることが試験結果から認められたので、こ
のような合金成分を含有せず、したがって原料コストを
低減出来るなど、実用上の効果がきわめて大きい。
第１図は本発明の焼結合金の金属組織を示す写真（４０
０倍）、第２図は第１図のスケッチ、第３図は同じく本
発明の焼結合金の金属組織を示す写真（１００倍）、第
４図は摩耗試験結果の１例を示すＮｉ量と摩耗量との関
係を示すグラフ、第５図はＦｅ−Ｃ−Ｎｉ三元系組織状
態図、第６図は本発明のＣ量とＮｉ量との関係を示すグ
ラフである。 第３図（７００、傷） 第１図（４００）き） ％ノ凶 Ｎ 出願人代理人 弁理士 鴨志１）次男 Ｎｊ％ 第４１２１ 第５図
０倍）、第２図は第１図のスケッチ、第３図は同じく本
発明の焼結合金の金属組織を示す写真（１００倍）、第
４図は摩耗試験結果の１例を示すＮｉ量と摩耗量との関
係を示すグラフ、第５図はＦｅ−Ｃ−Ｎｉ三元系組織状
態図、第６図は本発明のＣ量とＮｉ量との関係を示すグ
ラフである。 第３図（７００、傷） 第１図（４００）き） ％ノ凶 Ｎ 出願人代理人 弁理士 鴨志１）次男 Ｎｊ％ 第４１２１ 第５図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 耐摩耗性鉄基焼結合金において 重量％で、６〜１４％のＮｉと、 該Ｎｉ量に対して ｛０．８４−０．０５６ｘＮｉ（％）｝〜｛１．４−０
．０６７ｘＮｉ（％）｝ の関係にあるＣと、 残部Ｆｅ及び付随元素とよりなり、 実質的にＮｉ富化部、ベイナイト及びパーライトの三相
混合組織を示すことを特徴とする耐摩耗性鉄基焼結合金
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61297321A JP2562813B2 (ja) | 1986-12-13 | 1986-12-13 | 耐摩耗性鉄基焼結合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61297321A JP2562813B2 (ja) | 1986-12-13 | 1986-12-13 | 耐摩耗性鉄基焼結合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63149353A true JPS63149353A (ja) | 1988-06-22 |
| JP2562813B2 JP2562813B2 (ja) | 1996-12-11 |
Family
ID=17844992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61297321A Expired - Lifetime JP2562813B2 (ja) | 1986-12-13 | 1986-12-13 | 耐摩耗性鉄基焼結合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2562813B2 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5620143A (en) * | 1979-07-24 | 1981-02-25 | Mazda Motor Corp | Sintered alloy for valve seat |
| JPS59110768A (ja) * | 1982-12-13 | 1984-06-26 | Toyota Motor Corp | 耐摩耗性鉄系焼結体およびその製造方法 |
-
1986
- 1986-12-13 JP JP61297321A patent/JP2562813B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5620143A (en) * | 1979-07-24 | 1981-02-25 | Mazda Motor Corp | Sintered alloy for valve seat |
| JPS59110768A (ja) * | 1982-12-13 | 1984-06-26 | Toyota Motor Corp | 耐摩耗性鉄系焼結体およびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2562813B2 (ja) | 1996-12-11 |
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