BR112020002233B1 - Método para produção de guia de válvula de liga sinterizada à base de ferro - Google Patents

Abstract

São proporcionados uma guia de válvula produzida de uma liga sinterizada à base de ferro excelente em resistência ao desgaste e condutividade térmica, e um método de produção da mesma. Especificamente, são proporcionados um método de produção de uma guia de válvula produzida de uma liga sinterizada à base de ferro, o método incluindo as etapas de: moldagem da matéria-prima em pó incluindo pó ligado por difusão incluindo pó de ferro de núcleo e Cu ligado ao pó de ferro de núcleo através de difusão para obter um corpo moldado; e sinterização do corpo moldado, para, desse modo, produzir uma guia de válvula produzida de uma liga sinterizada à base de ferro, e uma guia de válvula produzida pelo método de produção.

Description

Campo Técnico

[001] A presente invenção refere-se a uma guia de válvula pro duzida de uma liga sinterizada à base de ferro e a um método de produção da mesma.

Técnica Antecedente

[002] Nos motores à gasolina recentes para automóveis, a efici ência de combustão tem sido aperfeiçoada por combinação de várias tecnologias, tal como redução, e injeção direta e turbo carregamento, com a intenção de alcançar baixo consumo de combustível, baixa emissão, e alto rendimento. A eficiência de combustão tem sido aperfeiçoada por redução de várias perdas, e, em particular, uma perda de exaustão tendo uma alta taxa de perda tem atenção atraída. Como uma tecnologia para redução da perda de exaustão, alta compressão tem sido tentada. A alta compressão inevitavelmente proporciona um aumento na temperatura de um motor e leva a um risco da ocorrência de combustão anormal, tal como batida, e, consequentemente, uma medida para resfriar uma câmara de combustão é requerida. Particularmente ao redor de uma válvula lateral de exaustão tendo uma alta temperatura ambiente, aperfeiçoamento no resfriamento é essencial, e também uma guia de válvula, que é responsável por uma função de resfriamento da válvula, é requerida para ter uma alta capacidade de resfriamento da válvula.

[003] Como um material de guia de válvula tendo uma alta capa cidade de resfriamento da válvula, é dada, por exemplo, uma guia de válvula produzida de latão. Contudo, a guia de válvula produzida de latão tem problemas em que sua resistência ao desgaste é insuficiente porque o número de poros cada tendo uma propriedade de retenção de óleo é pequeno, e custo, tal como custo de processamento, é também alto conforme comparado ao caso de uma guia de válvula produzida de uma liga sinterizada à base de ferro, que tem sido até aqui usada. Portanto, é proposta uma tecnologia para aperfeiçoar a capacidade de resfriamento da válvula e resistência ao desgaste de uma guia de válvula produzida de uma liga sinterizada, que tem custo mais baixo do que a guia de válvula produzida de latão (Literaturas de Patente 1 e 2).

[004] Por exemplo, na Literatura de Patente 1, é proposta uma guia de válvula produzida de uma liga sinterizada que tem uma composição incluindo, em termos de % em massa, 10% a 90% de Cu, 0% a 10% de Cr, 0% a 6% de Mo, 0% a 8% de V, 0% a 8% de W, e 0,5% a 3% de C, com o restante sendo Fe e impurezas inevitáveis e tendo um teor de Al de Cr, Mo, V, e W de 2% ou mais e 16% ou menos, e que tem uma estrutura incluindo uma fase de liga à base de Fe contendo Fe como um componente principal, uma fase de Cu ou uma fase de liga à base de Cu contendo Cu como um componente principal, e uma fase de grafite. Em adição, na Literatura de Patente 2, é proposta uma guia de válvula produzida de uma liga sinterizada formada de um material sinterizado em que pó de liga à base de ferro e pó de liga à base de cobre incluindo 26 peso% a 30 peso% de Ni são misturados a uma proporção de mistura em termos de peso de 4:6 a 6:4.

Lista de Citação Literatura de Patente

[005] [PTL 1] JP 5658804 B1

[006] [PTL 2] JP 06-66117 A

Sumário da Invenção Problema Técnico

[007] A presente invenção foi produzida em vista das circunstân cias acima mencionadas, e um objetivo da presente invenção é pro- porcionar uma guia de válvula produzida de uma liga sinterizada à base de ferro excelente em resistência ao desgaste e condutividade térmica, e um método de produção da mesma.

Solução para o Problema

[008] O objetivo acima mencionado é alcançado pelos seguintes aspectos da presente invenção.

[009] Isto é, de acordo com um aspecto da presente invenção, é provido um método de produção de uma guia de válvula produzida de uma liga sinterizada à base de ferro, o método incluindo as etapas de: moldagem da matéria-prima em pó incluindo pó ligado por difusão incluindo pó de ferro de núcleo e Cu ligado ao pó de ferro de núcleo através de difusão para obter um corpo moldado; e sinterizar o corpo moldado, para, desse modo, produzir uma guia de válvula produzida de uma liga sinterizada à base de ferro.

[0010] De acordo com uma concretização da presente invenção, no método de produção de uma guia de válvula produzida de uma liga sinterizada à base de ferro, é preferido que: (1) a matéria-prima em pó tenha um teor de um componente de Cu compreendido dentro de uma faixa de 14 % em massa a 40 % em massa; e (2) uma proporção de um componente de Cu derivado do pó ligado por difusão incluindo pó de ferro de núcleo e Cu ligado ao pó de ferro de núcleo através de difusão com relação ao componente de Cu contido na matéria-prima em pó ser 45% ou mais.

[0011] De acordo com outra concretização da presente invenção, no método de produção de uma guia de válvula produzida de uma liga sinterizada à base de ferro, é preferido que a matéria-prima em pó inclua pó de Cu e um lubrificante sólido.

[0012] De acordo com outra concretização da presente invenção, no método de produção de uma guia de válvula produzida de uma liga sinterizada à base de ferro, é preferido que uma temperatura de sinte- rização na etapa de sinterização caia dentro de uma faixa de 1.102°C a 1.152°C.

[0013] De acordo com outra concretização da presente invenção, no método de produção de uma guia de válvula produzida de uma liga sinterizada à base de ferro, é preferido que um período de tempo de sinterização na etapa de sinterização caia dentro de uma faixa de 10 minutos a 2 horas.

[0014] De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é provida uma guia de válvula produzida de uma liga sinterizada à base de ferro, que é produzida através das etapas de: moldagem da matéria-prima em pó incluindo pó ligado por difusão incluindo pó de ferro de núcleo e Cu ligado ao pó de ferro de núcleo através de difusão para obter um corpo moldado; e sinterização do corpo moldado.

[0015] De acordo com uma concretização do primeiro aspecto da presente invenção, na guia de válvula produzida de uma liga sinteriza- da à base de ferro, é preferido que: (1) a matéria-prima em pó tem um teor de um componente de Cu compreendido dentro de uma faixa de 14 % em massa a 40 % em massa; e (2) uma proporção de um componente de Cu derivado do pó ligado por difusão incluindo pó de ferro de núcleo e Cu ligado ao pó de ferro de núcleo através de difusão com relação ao componente de Cu contido na matéria-prima em pó seja 45% ou mais.

[0016] De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, é provida uma guia de válvula produzida de uma liga sinterizada à base de ferro, incluindo 10 % em massa a 40 % em massa de Cu, tendo uma estrutura incluindo poros e uma fase de Cu, e tendo uma proporção de área de poro dos poros de 3% ou mais, e uma proporção de área de Cu da fase de Cu de 11% a 36%.

[0017] De acordo com uma concretização do primeiro aspecto e do segundo aspecto da presente invenção, é preferido que a guia de válvula produzida de uma liga sinterizada à base de ferro inclua 12 % em massa a 35 % em massa de Cu.

[0018] De acordo com outra concretização do primeiro aspecto e do segundo aspecto da presente invenção, é preferido que a guia de válvula produzida de uma liga sinterizada à base de ferro inclua 20 % em massa a 30 % em massa de Cu.

[0019] De acordo com outra concretização do primeiro aspecto e do segundo aspecto da presente invenção, é preferido que a guia de válvula produzida de uma liga sinterizada à base de ferro tenha uma proporção de área de Cu de 13,1% a 33,8%.

[0020] De acordo com outra concretização do primeiro aspecto e do segundo aspecto da presente invenção, é preferido que a guia de válvula produzida de uma liga sinterizada à base de ferro tenha uma proporção de área de Cu de 17% a 29%.

[0021] De acordo com outra concretização do primeiro aspecto e do segundo aspecto da presente invenção, é preferido que a guia de válvula produzida de uma liga sinterizada à base de ferro tenha uma proporção de área de poro de 3,6% ou mais.

[0022] De acordo com outra concretização do primeiro aspecto e do segundo aspecto da presente invenção, é preferido que a guia de válvula produzida de uma liga sinterizada à base de ferro tenha uma proporção de área de poro de 7,3% ou mais.

[0023] De acordo com outra concretização do primeiro aspecto e do segundo aspecto da presente invenção, é preferido que a guia de válvula produzida de uma liga sinterizada à base de ferro tenha uma proporção de área de poro de 15% ou menos.

Efeitos Vantajosos da Invenção

[0024] De acordo com a presente invenção, a guia de válvula pro duzida de uma liga sinterizada à base de ferro excelente em resistência ao desgaste e condutividade térmica, e o método de produção da mesma, podem ser proporcionados.

Breve Descrição dos Desenhos

[0025] A FIG. 1 é um gráfico para mostrar uma mudança na pro porção de área de poro (%) com relação a um teor de Cu (% em massa).

[0026] A FIG. 2 é um gráfico para mostrar uma mudança na pro porção de área de Cu (%) com relação a um teor de Cu (% em massa).

[0027] A FIG. 3 é um gráfico para mostrar uma mudança na con- dutividade térmica (W/mrK) com relação a um teor de Cu (% em massa).

[0028] A FIG. 4 é um gráfico para mostrar uma mudança na quan tidade de desgaste (μm) com relação a um teor de Cu (% em massa).

[0029] A FIG. 5 é um gráfico para mostrar uma mudança na quan tidade de desgaste (μm) com relação a um teor de Cu (% em massa) nos casos dos Exemplos Experimentais A1, A2, A3, A4, B1, B2, B3, e B4, em cada do qual um teor de Cu cai dentro de uma faixa de 40 % em massa ou menos.

[0030] A FIG. 6 é um gráfico para mostrar uma mudança na dure za (HRB) com relação a um teor de Cu (% em massa).

[0031] As FIGS. 7 são cada uma fotografia para mostrar um exemplo de um pó parcialmente de Cu ligado por difusão (teor de Cu: 25 % em massa). Aqui, a FIG. 7(A) é uma micrografia eletrônica para mostrar uma configuração de aparência do pó parcialmente de Cu ligado por difusão, e a FIG. 7(B) é um mapa da composição para mostrar distribuição de Cu em uma superfície do pó parcialmente de Cu ligado por difusão mostrado na FIG. 7(A).

[0032] As FIGS. 8 são cada uma imagem para mostrar um exem plo de uma seção transversal de uma amostra após compressão sob pressão de matéria-prima em pó, e antes da sinterização (corpo mol- dado antes da sinterização. Aqui, a FIG. 8(A) é uma micrografia eletrônica do Exemplo Experimental A3, a FIG. 8(B) é uma micrografia eletrônica do Exemplo Experimental B3, a FIG. 8(C) é uma imagem da composição de um elemento de Fe no Exemplo Experimental A3, a FIG. 8(D) é uma imagem da composição de um elemento de Fe no Exemplo Experimental B3, a FIG. 8(E) é uma imagem da composição de um elemento de Cu no Exemplo Experimental A3, e a FIG. 8(F) é uma imagem da composição de um elemento de Cu no Exemplo Experimental B3.

Descrição das Concretizações

[0033] Um método de produção de uma guia de válvula produzida de uma liga sinterizada à base de ferro (daqui por diante às vezes abreviada como "guia de válvula"), de acordo com uma concretização da presente invenção, inclui as etapas de: moldar matéria-prima em pó incluindo pó ligado por difusão incluindo pó de ferro de núcleo e Cu ligado ao pó de ferro de núcleo através de difusão (daqui por diante às vezes referido como "pó parcialmente de Cu ligado por difusão") para obter um corpo moldado; e sinterizar o corpo moldado. Neste caso, um teor de Cu no pó parcialmente de Cu ligado por difusão não é particularmente limitado, mas é, de preferência, de 8 % em massa a 45 % em massa, de preferência, de 10 % em massa a 30 % em massa, particularmente de preferência, 25 % em massa ±2 % em massa. Como o pó parcialmente de Cu ligado por difusão, por exemplo, pó parcialmente de Cu ligado por difusão tendo um teor de Cu de 25 % em massa, ou pó parcialmente de Cu ligado por difusão tendo um teor de Cu de cerca de 10 % em massa, pode ser usado.

[0034] Na matéria-prima em pó, pó de C e um lubrificante sólido são, de preferência, usados em adição ao pó parcialmente de Cu ligado por difusão, e um lubrificante usado no tempo de formação do corpo moldado com um molde é, mais de preferência, incorporado. O lu- brificante sólido não é particularmente limitado, e qualquer lubrificante sólido conhecido pode ser utilizado. Um exemplo deste pode ser MoS2. Em adição, um agente de liberação de molde não é particularmente limitado, e qualquer agente de liberação de molde conhecido pode ser utilizado. Um exemplo deste pode ser estearato de zinco. Em adição, o pó parcialmente de Cu ligado por difusão é usado como uma fonte de suprimento principal para um componente de Fe e um componente de Cu na matéria-prima em pó, mas de modo a ajustar um teor de Cu na guia de válvula a um valor desejado, pó de Fe, pó de liga à base de Fe, pó de Cu, ou pó de liga à base de Cu pode também ser usado em combinação conforme requerido. Em adição, outros do que os pós acima mencionados, pó contendo, como um componente principal, outro elemento de metal, um elemento de não metal, ou um composto (por exemplo, um óxido, um carboneto, um carbonato, ou uma liga) contendo cada destes elementos pode também ser usado em combinação. Exemplos do pó contendo tal elemento como um componente principal incluem pós contendo Ca, Zn, Ni, Cr, V, W, e os componentes principais similares.

[0035] A matéria-prima em pó obtida por mistura dos pós de com ponente é enchida em um molde, e comprimida sob pressão com uma prensa de formação ou similar. Desse modo, o corpo moldado é obtido. A densidade do corpo moldado pode ser ajustada para, por exemplo, de cerca de 6,55 g/cm3 a cerca de 7,15 g/cm3. Em seguida, o corpo moldado é submetido a tratamento de desengorduramento conforme requerido, e é em seguida sinterizado dentro de uma faixa de temperatura acima do ponto de fusão do Cu (1.085°C), por exemplo, dentro de uma faixa de 1.102°C a 1.152°C. Uma atmosfera no tempo de sinterização pode ser uma atmosfera de vácuo ou uma atmosfera de um gás não oxidante, tal como gás nitrogênio. Neste momento, um período de tempo de sinterização é, de preferência, de 10 minutos a 2 horas, mais de preferência, de 15 minutos a 1 hora, ainda mais de preferência, de 20 minutos a 40 minutos. Além disso, o corpo moldado após a sinterização é submetido a operação de corte ou similar. Desse modo, uma guia de válvula tendo uma forma pré-determinada é obtida.

[0036] No método de produção de uma guia de válvula de acordo com esta concretização, é preferido que: (1) a matéria-prima em pó tenha um teor de um componente de Cu compreendido dentro de uma faixa de 14 % em massa a 40 % em massa; e (2) uma proporção de um componente de Cu derivada do pó parcialmente de Cu ligado por difusão com relação ao componente de Cu contido na matéria-prima em pó seja 45% ou mais. Neste caso, a guia de válvula pode ser signi- ficantemente aperfeiçoada em resistência ao desgaste, enquanto que assegurando condutividade térmica comparável conforme comparada a uma guia de válvula produzida pelo uso de somente pó de Fe e pó de Cu como fontes de suprimento para o componente de Fe e o componente de Cu na matéria-prima em pó, respectivamente.

[0037] Quando (1) a matéria-prima em pó tem um teor de um componente de Cu de 14 % em massa ou mais, e (2) a proporção de um componente de Cu derivada do pó parcialmente de Cu ligado por difusão com relação ao componente de Cu contido na matéria-prima em pó é 45% ou mais, o grau de aperfeiçoamento na resistência ao desgaste é facilmente aumentado conforme comparado ao caso da guia de válvula produzida pelo uso de somente pó de Fe e pó de Cu como fontes de suprimento para o componente de Fe e o componente de Cu na matéria-prima em pó, respectivamente. Em adição, enquanto que resistência ao desgaste absoluta tende a ser reduzida mais como (1) a matéria-prima em pó tem um teor do componente de Cu mais alto, quando o teor do componente de Cu é 40 % em massa ou menos, resistência ao desgaste em um nível prático é facilmente assegurada.

[0038] Em adição, quando (2) a proporção do componente de Cu derivada do pó parcialmente de Cu ligado por difusão com relação ao componente de Cu contido na matéria-prima em pó é 45% ou mais, Cu pode ser disperso mais uniformemente em uma matriz conforme comparado ao caso da guia de válvula produzida pelo uso de somente pó de Fe e pó de Cu como fontes de suprimento para o componente de Fe e o componente de Cu na matéria-prima em pó, respectivamente, e como um resultado, a resistência ao desgaste é mais facilmente aperfeiçoada.

[0039] Aqui, (1) o teor do componente de Cu na matéria-prima em pó é, mais de preferência, de 20 % em massa a 40 % em massa, ainda mais de preferência, de 23 % em massa a 37 % em massa. Em adição, (2) a proporção do componente de Cu derivado do pó parcialmente de Cu ligado por difusão com relação ao componente de Cu contido na matéria-prima em pó é, de preferência, 50% ou mais, mais de preferência, 56% ou mais, ainda mais de preferência 80% ou mais, particularmente de preferência, 100%. Mesmo quando a mistura da proporção do pó parcialmente de Cu ligado por difusão na matéria- prima em pó é ajustada para 55 % em massa ou mais como uma con-dição alternativa à condição (2) a ser combinada com a condição (1), os mesmos efeitos como no caso de combinação das condições (1) e (2) podem ser exibidos. Neste caso, a mistura de proporção do pó parcialmente de Cu ligado por difusão na matéria-prima em pó é, de preferência, 80 % em massa ou mais, mais de preferência, 90 % em massa ou mais.

[0040] Em seguida, uma guia de válvula de acordo com uma con cretização da presente invenção é descrita.

[0041] Uma guia de válvula de acordo com a primeira concretiza ção da presente invenção tem uma característica em que a guia de válvula é produzida por utilização do método de produção de uma guia de válvula de acordo com a concretização acima mencionada da presente invenção. Com isto, uma guia de válvula tendo desempenho comparável ou mais alto em termos de resistência ao desgaste e con- dutividade térmica conforme comparada a uma guia de válvula produzida pelo método da técnica anterior relacionada de produção de uma guia de válvula, pode ser provida. Em particular, quando (1) a matéria- prima em pó tem um teor de um componente de Cu compreendido dentro de uma faixa de 14 % em massa a 40 % em massa, e (2) a proporção do componente de Cu derivada do pó parcialmente de Cu ligado por difusão com relação ao componente de Cu contido na maté-ria-prima em pó é 45% ou mais, a guia de válvula pode ser significan- temente aperfeiçoada em resistência ao desgaste, enquanto que assegura condutividade térmica conforme comparada a uma guia de válvula produzida por uso de somente pó de Fe e pó de Cu como fontes de suprimento para o componente de Fe e o componente de Cu na matéria-prima em pó, respectivamente.

[0042] Em adição, é preferido que a guia de válvula de acordo com a primeira concretização da presente invenção inclua 10 % em massa a 40 % em massa de Cu, tenha uma estrutura incluindo poros e uma fase de Cu, e tenha uma proporção de área de poro dos poros de 3% ou mais, e uma proporção de área de Cu da fase de Cu de 11% a 36%.

[0043] Quando o teor de Cu é 10 % em massa ou mais, e a pro porção de área de Cu é 11% ou mais, adicionalmente excelente con- dutividade térmica é facilmente obtida. Em adição, quando o teor de Cu é 40 % em massa ou menos, e a proporção de área de Cu é 36% ou menos, a proporção de área de poro de 3% ou mais é facilmente obtida. Em adição, quando a proporção de área de poro é 3% ou mais, a guia de válvula pode assegurar uma suficiente propriedade de retenção de óleo, e, consequentemente, facilmente alcança excelente resis- tência ao desgaste. Neste caso, a guia de válvula tem excelente con- dutividade térmica, e, consequentemente, é suprimida em aumento na temperatura, e, desse modo, tem uma alta capacidade de resfriamento da válvula. Como um resultado, a dissipação de calor de uma válvula é promovida, e um aumento na temperatura da válvula pode ser suprimido. Isto capacita a supressão de desgaste da válvula, e pode contribuir para redução na combustão anormal do motor, tal como batidas.

[0044] Na guia de válvula de acordo com a primeira concretização da presente invenção, uma condutividade térmica a 400°C pode ser controlada para cair dentro de uma faixa de cerca de 28 WMK a cerca de 60 WMK por principalmente seleção do teor de Cu e da proporção de área de Cu. A partir do ponto de vista da capacidade de resfriamento da válvula, a condutividade térmica é, de preferência, de 40 WMK a 60 WMK. mais de preferência, de 50 WMK a 60 WMK. e a partir do ponto de vista de equilibrar satisfatoriamente a capacidade de resfriamento da válvula e outras características, é ainda mais de preferência de 50 WMK a 55 WMK.

[0045] Quando o teor de Cu é 40 % em massa ou menos, também o custo de produção é facilmente reduzido. O teor de Cu é, de preferência, mais do que 10 % em massa e 40 % em massa ou menos, mais de preferência de 12 % em massa a 35 % em massa, ainda mais de preferência de 20 % em massa a 30 % em massa, particularmente de preferência de 23 % em massa a 27 % em massa.

[0046] Em adição, a proporção de área de Cu é, de preferência, de 13,1% a 33,8%, mais de preferência, de 17% a 29%.

[0047] Em adição, a proporção de área de poro é, de preferência, 3,6% ou mais, mais de preferência, 7,3% ou mais. O valor limite superior da proporção de área de poro não é particularmente limitado, mas do ponto de vista de assegurar a resistência da guia de válvula, é, de preferência, 15% ou menos, mais de preferência, 12% ou menos, ain- da mais de preferência, 11,5% ou menos. Com isto, a guia de válvula pode ser impedida de escapar de um bloco de cilindro após a guia de válvula ser prensada no bloco de cilindro.

[0048] Enquanto que a guia de válvula de acordo com a primeira concretização da presente invenção tem uma composição incluindo pelo menos Cu, Fe, e impurezas inevitáveis, um elemento de metal outro do que Cu e Fe e um elemento de não metal podem ser adicionalmente incorporados na mesma. Exemplos de tais elementos podem incluir C, Mo, S, Ca, Zn, Ni, Cr, V, e W, e o tipo e teor do elemento podem ser apropriadamente selecionados conforme requerido. Contudo, é sabido que Ni forma uma toda solução sólida proporcional com Cu, e, consequentemente, a condutividade térmica é marcadamente reduzida devido à formação da solução sólida de Ni com Cu (por exemplo, parágrafo 0015 da Literatura de Patente 1). Isto é, o Ni inibe um aumento na condutividade térmica, e, consequentemente, é preferido que a guia de válvula desta concretização seja livre de Ni.

[0049] Em adição, Cr, Mo, V, e W causam um aumento no custo. Portanto, é preferido que a guia de válvula desta concretização seja basicamente livre de Cr, Mo, V, e W, ou tenha teores extremamente pequenos destes elementos. Contudo, destes elementos, é preferido usar Mo em uma pequena quantidade na guia de válvula desta concretização do ponto de vista de aperfeiçoar a resistência ao desgaste e processabilidade.

[0050] C é um elemento que fortalece um material de base de fer ro de um corpo sinterizado para aumentar a resistência e a dureza, mas quando C é incluído em uma quantidade em excesso, cementita é susceptível de ser formada no material de base. Portanto, quando C é usado, um teor de C é, de preferência, de 0,8 % em massa a 1,2 % em massa. Em adição, como um agente de liberação de molde no tempo de moldagem, por exemplo, estearato de zinco pode ser usado. Os outros elementos de metal listados acima podem cada ser incluído em uma matriz na forma de um sulfeto (por exemplo, MoS2) ou um carboneto, outro do que um metal.

[0051] Uma guia de válvula de acordo com uma segunda concreti zação da presente invenção tem características de incluir 10 % em massa a 40 % em massa de Cu, tendo uma estrutura incluindo poros e uma fase de Cu, e tendo uma proporção de área de poro dos poros de 3% ou mais, e uma proporção de área de Cu da fase de Cu de 11% a 36%. Outras configurações da guia de válvula de acordo com a segunda concretização da presente invenção podem ser as mesmas como na guia de válvula de acordo com a primeira concretização da presente invenção. Em adição, a guia de válvula de acordo com a segunda concretização da presente invenção pode ser produzida pelo método de produção de uma guia de válvula de acordo com a concre-tização acima mencionada da presente invenção, mas pode ser produzida por qualquer outro método de produção.

[0052] As guias de válvula de acordo com a primeira e segunda concretizações da presente invenção podem cada ser utilizada como uma guia de válvula para uma válvula de admissão ou uma guia de válvula para uma válvula de exaustão de um motor de combustão interna, mas são cada, de preferência, usadas como a guia de válvula para uma válvula de exaustão.

Exemplos

[0053] Agora, a presente invenção é descrita por meio de Exem plos Experimentais, mas a presente invenção não é limitada aos seguintes Exemplos Experimentais.

Produção de Guia de Válvula

[0054] Para produção de cada das guias de válvula dos Exemplos Experimentais, os pós listados abaixo foram apropriadamente combinados e usados como matéria-prima em pó. O diâmetro de partícula (um diâmetro de partícula em uma região tendo uma frequência relativamente alta em uma distribuição de tamanho de partícula) de cada pó de componente usado como a matéria-prima em pó é conforme descrito abaixo.

[0055] Fe e Componentes de Cu

[0056] Pó parcialmente de Cu ligado por difusão (teor de Cu: 25 % em massa): uma faixa de 106 μm a 150 μm

[0057] Pó parcialmente de Cu ligado por difusão (teor de Cu: 10 % em massa)

[0058] Pó de Fe: uma faixa de 106 μm a 150 μm

[0059] •Pó de Cu: 45 μm ou menos

<Componentes outros do que Fe e Cu>

[0060] Pó de C: 50 μm ou menos

[0061] Outros pós (por exemplo, um lubrificante sólido e um agen te de liberação de molde)

[0062] A matéria-prima em pó foi preparada por mistura dos pós de componente de modo a dar uma composição de mistura conforme mostrada na Tabela 1. Em seguida, a matéria-prima em pó foi comprimida sob pressão para obter um corpo moldado na forma de um tubo circular medindo 10,5 mm de diâmetro externo, 5,0 mm de diâmetro interno, e 45,5 mm de comprimento. Durante a compressão sob pressão, um pressão de moldagem foi apropriadamente selecionada. Desse modo, a densidade do corpo moldado foi ajustada conforme mostrado na Tabela 2. Em seguida, o corpo moldado foi sinterizado em uma atmosfera de gás nitrogênio à uma temperatura de 1.127°C por 30 minutos para obter um corpo sinterizado. Em seguida, o corpo sin- terizado foi submetido à operação de corte. Desse modo, uma guia de válvula medindo 10,3 mm de diâmetro externo, 5,5 mm de diâmetro interno, e 43,5 mm de comprimento, foi obtida. O teor de Cu e o teor de C em cada das guias de válvula dos Exemplos Experimentais são mostrados na Tabela 2. O "teor de Cu na guia de válvula" mostrado na Tabela 2 é um valor correspondente ao "Teor de componente de Cu na matéria-prima em pó" mostrado na Tabela 1.

Medição da Densidade

[0063] A densidade do corpo moldado antes do tratamento de sin- terização foi medida de acordo com JIS Z 2501. Os resultados são mostrados na Tabela 2.

Medição da Proporção de Área de Poro

[0064] Uma seção transversal obtida por corte da guia de válvula em uma direção perpendicular a uma direção axial foi fotografada com um microscópio a lazer (HYBIRD L3 manufaturado por Lasertec Corporation) a uma ampliação de 20 vezes. Em seguida, o dado de imagem obtido foi submetido a tratamento de binarização para determinar a proporção da área de poros com relação à área total do campo de observação. Desse modo, uma proporção de área de poro foi determinada. Os resultados são mostrados na Tabela 2.

Medição da Proporção de Área de Cu

[0065] Fotografia foi realizada na mesma maneira como na medi ção da proporção de área de poro, e o dado de imagem de uma seção transversal da guia de válvula foi submetido a tratamento de binariza- ção. Neste momento, o brilho no tempo da fotografia foi mudado daquela na medição da proporção de área de poro de modo que a fase de Cu e uma porção outra do que a fase de Cu foram capazes de serem distinguidas entre si no tempo de tratamento de binarização. Em seguida, a proporção da área da fase de Cu com relação à área total do campo de observação foi determinada baseado no dado de imagem submetido ao tratamento de binarização. Desse modo, uma proporção de área de Cu foi determinada. Os resultados são mostrados na Tabela 2.

Medição da Condutividade Térmica

[0066] A condutividade térmica da guia de válvula foi medida por um método de laser flash. A condutividade térmica foi medida para uma peça de teste em forma de disco (diâmetro: 10 mm, espessura: 2 mm) produzida mas mesmas condições de produção como a guia de válvula de cada Exemplo Experimental com um termodilatômetro vertical (modelo DL-7000) manufaturado por Shinku-riko Inc. (nome da companhia atual: Advance Riko, Inc.). A condutividade térmica foi medida por um período de tempo do início da irradiação de laser até o calor ser transferido para uma superfície traseira da peça de teste, e foi calculada baseado na espessura da peça de teste. Os resultados são mostrados na Tabela 2.

Medição da Quantidade de Desgaste

[0067] Uma válvula (diâmetro externo da haste: 5,48 mm, material: correspondente a SUH 35) foi inserida em um furo da guia de válvula. Em seguida, enquanto que uma superfície terminal inferior da válvula foi aquecida com um queimador de gás de modo que a temperatura de uma superfície periférica externa da guia de válvula em um lado terminal inferior (lado da câmara de combustão) foi 300°C, uma vizinhança de uma porção média da guia de válvula em um direção axial foi resfriada com água, e adicionalmente, uma carga de prensagem de 70 N foi aplicada a uma superfície lateral da válvula em um lado terminal inferior em uma direção perpendicular a uma direção axial da válvula. Em adição, um óleo lubrificante (óleo de motor: correspondente a 0W- 20) foi gotejado a 0,4 cc/hr de um lado terminal superior da guia de válvula. Sob o estado, a válvula foi alternada a 3.000 vezes/min por 4 horas, enquanto que um número de rotação da haste foi ajustado a 0. Ar foi adotado como uma atmosfera de teste. Após a completação do teste, os diâmetros internos da guia de válvula no lado terminal superior, na porção média, e no lado terminal inferior em uma direção paralela à direção em que a carga de prensagem foi aplicada foram medidos. Baseado nas quantidades de mudança nos diâmetros internos da guia de válvula no lado terminal superior, na porção média, e no lado terminal inferior antes e após o teste, as quantidades de desgaste nas respectivas posições foram medidas. Em seguida, o valor médio das quantidades de desgaste nestas três posições foi determinado. Os resultados são mostrados na Tabela 2.

Medição da Dureza

[0068] Como a dureza de uma sede de válvula, uma peça de teste após sinterização foi medida com uma máquina de dureza Rockwell (modelo HR-100) manufaturada por Mitutoyo Corporation. A dureza foi medida em quatro posições para cada peça de teste, e o valor médio desta foi determinada. Tabela 1 Tabela 2

[0069] *1 A proporção de área de poro do Exemplo Experimental A3 é um valor médio das proporções de área de poro de três amostras (os valores das amostras são 9,4, 3,7, e 8,0)

[0070] *2 A proporção de área de poro do Exemplo Experimental A4 é um valor médio das proporções de área de poro de duas amostras (os valores das amostras são 3,6 e 3,5)

[0071] *3 A proporção de área de poro do Experimental B3 é um valor médio das proporções de área de poro de duas amostras (os va-lores das amostras são 2,7 e 3,9)

[0072] Mudanças em Vários Valores de Propriedade Física e Valo res Característicos com Relação ao Teor de Cu

[0073] Gráficos para mostrar mudanças em vários valores de pro priedade física e valores característicos com relação a um teor de Cu criado baseado na Tabela 1 e Tabela 2 são mostrados na FIG. 1 a FIG. 6. Aqui, a FIG. 1 é um gráfico para mostrar uma mudança na proporção de área de poro (%) com relação a um teor de Cu (% em massa), a FIG. 2 é um gráfico para mostrar uma mudança na proporção de área de Cu (%) com relação a um teor de Cu (% em massa), a FIG. 3 é um gráfico para mostrar uma mudança na condutividade térmica (W/mK) com relação a um teor de Cu (% em massa), a FIG. 4 é um gráfico para mostrar uma mudança na quantidade de desgaste (μm) com relação a um teor de Cu (% em massa), a FIG. 5 é um gráfico para mostrar uma mudança na quantidade de desgaste (μm) com relação a um teor de Cu (% em massa) nos casos dos Exemplos Experimentais A1, A2, A3, A4, B1, B2, B3, e B4, em cada do qual o teor de Cu cai dentro de uma faixa de 40 % em massa ou menos, e a FIG. 6 é um gráfico para mostrar uma mudança na dureza (HRB) com relação a um teor de Cu (% em massa).

[0074] Da FIG. 2, FIG. 3, e FIG. 6, com relação a mudanças na proporção de área de Cu, condutividade térmica, e dureza com relação a um teor de Cu, não existe diferença marcadamente significante entre as guias de válvula (uma série de Exemplos Experimentais A) cada produzida pelo uso de pelo menos o pó parcialmente de Cu ligado por difusão como o componente de Cu e o componente de Fe e as guias de válvula (uma série de Exemplos Experimentais B) cada produzida pelo uso de somente o pó de Cu e do pó de Fe como o componente de Cu e o componente de Fe.

[0075] Em adição, com referência à FIG. 1, também parexce que, com relação a uma mudança na proporção de área de poro com relação a um teor de Cu, a série de Exemplos Experimentais A como um tido tende a exibir uma proporção de área de poro mais alta no mesmo teor de Cu do que a série de Exemplos Experimentais B. Contudo, conforme mostrado em *1 e *3 na parte de fundo da Tabela 2, mesmo a guia de válvula do mesmo Exemplo Experimental é grandemente variada em proporção de área de poro dependendo das amostras de medição. A partir disto, é difícil dizer que tal diferença significante clara a ser capaz de ser quantitativamente e especificamente especificada por algum tipo de valor numérico ou parâmetro está presente entre a série de Exemplos Experimentais A e a série de Exemplos Experimentais B. Contudo, é aparente da FIG. 1 que as guias de válvula (a série de Exemplos Experimentais A) cada produzido pelo uso do pó parcialmente de Cu ligado por difusão, ou apropriadamente combinando o pó parcialmente de Cu ligado por difusão e o pó de Fe e/ou o Pó de Cu como um todo tende a exibir uma proporção de área de poro mais alta do que as guias de válvula (a série de Exemplos Experimentais B) cada produzida pelo uso do pó de Cu e o pó de Fe. Portanto, é presumido que as guias de válvula cada produzida pelo uso do pó parcialmente de Cu ligado por difusão como um componente principal da matéria-prima em pó cada tem uma propriedade de retenção de óleo mais alta do que as guias de válvula cada produzida pelo uso do pó de Cu e do pó de Fe, e conduz a aperfeiçoamento na resistência ao desgaste.

[0076] Entretanto, com referência à FIG. 4, em cada da série dos Exemplos Experimentais A e a série de Exemplos Experimentais B, a quantidade de desgaste é aumentada com um aumento no teor de Cu. Particularmente quando o teor de Cu excede 40 % em massa, a quan-tidade de desgaste é drasticamente aumentada na série de Exemplos Experimentais A. Aqui, adicionalmente com referência à FIG. 3, é veri-ficado que o aperfeiçoamento na condutividade térmica tende a ser saturado quando o teor de Cu excede 40 % em massa. Baseado nestes pontos, o caso em que o teor de Cu excede 40 % em massa é julgado como sendo inferior ao caso em que o teor de Cu é 40 % em massa ou menos do ponto de vista de aperfeiçoar compreensivamente a resistência ao desgaste e a condutividade térmica porque, quando o teor de Cu excede 40 % em massa, o aperfeiçoamento na condutivi- dade térmica é saturada e somente a quantidade de desgaste é drasticamente aumentada. Baseado neste ponto, a FIG. 5 é mostrada em ordem para examinar uma mudança na quantidade de desgaste (μm) com relação a um teor de Cu (% em massa) no caso em que o teor de Cu cai dentro de uma faixa de 40 % em massa ou menos.

[0077] Dos Exemplos Experimentais mostrados na Tabela 1 e Ta bela 2, a FIG. 5 é um gráfico para os Exemplos Experimentais produ-zidos nas mesmas condições de produção, exceto que a combinação e mistura de proporção de pós de metal do componente de Cu e do componente de Fe na matéria-prima em pó usados para produção da guia de válvula foram mudadas. Conforme aparente da FIG. 5, em cada dos Exemplos Experimentais A1 a A4 e Exemplos Experimentais B1 a B4, a quantidade de desgaste é linearmente aumentada com um teor de Cu aumentado. Em adição, a taxa de aumento da quantidade de desgaste com relação ao teor de Cu (gradiente de cada das duas linhas da FIG. 5) é marcadamente mais alta nos Exemplos Experimen- tais B1 a B4 do que nos Exemplos Experimentais A1 a A4. Além disso, quando o teor de Cu é 14 % em massa ou mais, é aparente que a quantidade de desgaste no mesmo teor de Cu é menor na série de Exemplos Experimentais A do que na série de Exemplos Experimentais B, e o grau de divergência na quantidade de desgaste com um aumento no teor de Cu entre estas séries é também aumentado.

[0078] Aqui, dos Exemplos Experimentais A1 a A4, os Exemplos Experimentais A2 a A4 correspondem à condição (1) de ter um teor de Cu compreendido dentro de uma faixa de 14 % em massa a 40 % em massa. Além disso, quando os Exemplos Experimentais A2 a A4 são comparados aos Exemplos Experimentais B2 a B4 correspondem aos mesmos em termos de teor de Cu, os Exemplos Experimentais A2 a A4 cada tem uma característica de serem produzidos pelo uso do pó parcialmente de Cu ligado por difusão como matéria-prima em pó prin-cipal, e (2) cada tem uma proporção do componente de Cu derivada do pó parcialmente de Cu ligado por difusão com relação ao componente de Cu contido na matéria-prima em pó de 45% ou mais. Isto é, as guias de válvula cada produzida sob as condições satisfazem as condições acima mencionadas (1) e (2) podem ser significantemente aperfeiçoadas em resistência ao desgaste enquanto que assegurando condutividade térmica comparável conforme comparado às guias de válvula cada produzida pelo uso de somente o pó de Fe e o pó de Cu como fontes de suprimento para o componente de Fe e o componente de Cu na matéria-prima em pó, respectivamente.

[0079] A partir do gráfico mostrado na FIG. 5, pode ser compreen dido que o aperfeiçoamento na resistência ao desgaste tem uma cor-relação extremamente forte com o uso do pó parcialmente de Cu ligado por difusão como a matéria-prima em pó no tempo de produção da guia de válvula.

Observação de Pó Parcialmente de Cu Ligado Por Difusão com Mi- croscópio Eletrônico

[0080] As FIGS. 7 são cada uma fotografia para mostrar um exemplo do pó parcialmente de Cu ligado por difusão (teor de Cu: 25% em massa). Aqui, a FIG. 7(A) é uma micrografia eletrônica para mostrar uma configuração de aparência do pó parcialmente de Cu ligado por difusão, e a FIG. 7(B) é um mapa da composição (mapa de análise de EDS) para mostrar distribuição de Cu em uma superfície do pó par-cialmente de Cu ligado por difusão mostrada na FIG. 7(A). Enquanto que o seguinte não pode ser distinguido na própria FIG. 7(B) fixada a presente aplicação devido à resolução e apresentação de preto e branco, é confirmado no dado original da FIG. 7(B) que Cu está presente em uma maneira dispersa como regiões pontilhadas finas em uma superfície de pó de ferro de núcleo outra do que como uma região em que Cu é desigualmente distribuído. A partir destes fatos, pode ser compreendido que o Cu é ligado ao pó de ferro de núcleo através de difusão.

Observação Transversal de Corpo Moldado Antes de Sinterização

[0081] As FIGS. 8 são cada uma imagem para mostrar um exem plo de uma seção transversal de uma amostra após compressão sob pressão de matéria-prima em pó e antes da sinterização (corpo moldado antes da sinterização. Aqui, uma em cada seis imagens nas FIGS. 8, as três imagens no lado da coluna esquerda (FIG. 8(A), FIG. 8(C), e FIG. 8(E)) são cada um exemplo de uma imagem da amostra do Exemplo Experimental A3 ((1) o teor do componente de Cu na matéria-prima em pó: 25 % em massa, (2) a proporção do componente de Cu derivado do pó parcialmente de Cu ligado por difusão com relação ao componente de Cu contido na matéria-prima em pó: 100%), e as três imagens no lado da coluna direita (FIG. 8(B), FIG. 8(D), e FIG. 8(F)) são cada um exemplo da amostra do Exemplo Experimental B3 ((1) o teor do componente de Cu na matéria-prima em pó: 25 % em massa, (2) a proporção do componente de Cu derivado do pó parcial-mente de Cu ligado por difusão com relação ao componente de Cu contido na matéria-prima em pó: 0%).

[0082] Em adição, das seis imagens mostradas nas FIGS. 8, as duas imagens superiores (FIG. 8(A) e FIG. 8(B)) são micrografias ele-trônicas (imagens de SEM), as duas imagens na parte média (FIG. 8(C) e FIG. 8(D)) são imagens das composições de um elemento de Fe correspondente às micrografias eletrônicas superiores, e as duas imagens inferiores (FIG. 8(E) e FIG. 8(F)) são imagens das composições de um elemento de Cu correspondente às micrografias eletrônicas superiores. Em cada da imagem intermediária das composições de um elemento de Fe, fora de regiões binarizadas em branco e preto, a região branca corresponde ao Fe. Em cada da imagem inferior das composições de um elemento de Cu, fora de regiões binarizadas em branco e preto, a região branca corresponde ao Cu.

[0083] Enquanto que o Exemplo Experimental A3 e o Exemplo Ex perimental B3 mostrados nas FIGS. 8 são os mesmos no teor de Cu total na matéria-prima em pó, estes Exemplos Experimentais diferem grandemente entre si como para se a guia de válvula é produzida pelo uso do pó parcialmente de Cu ligado por difusão, ou pelo uso do pó de Cu e do pó de Fe. Além disso, em particular, com referência à FIG. 8(E) e FIG. 8(F), é verificado que o Cu tende a ser distribuído menos desigualmente e disperso mais uniformemente na matriz no Exemplo Experimental A3 do que no Exemplo Experimental B3. Em adição, é considerado que a diferença em grau de distribuição desigual de Cu não depende de uma diferença na proporção de área de Cu, e uma diferença no teor de Cu total na matéria-prima em pó. Isto é porque não existe diferença significante na proporção de área de Cu com relação a um teor de Cu entre a série de Exemplos Experimentais A e a série de Exemplos Experimentais B conforme mostrado na FIG. 2, e o Exemplo Experimental A3 e o Exemplo Experimental B3 são os mesmos no teor de Cu total na matéria-prima em pó. Consequentemente, é considerado que a diferença no grau de distribuição desigual de Cu depende grandemente de se ou não o pó parcialmente de Cu ligado por difusão é usado como um componente principal para o componente de Fe e o componente de Cu na matéria-prima em pó. [001] Além disso, é presumido que o resultado mostrado na FIG. 5 que a série de Exemplos Experimentais A exibe resistência ao des-gaste mais excelente do que a série de Exemplos Experimentais B com um aumento no teor de Cu é também atribuído à diferença no grau de distribuição desigual de Cu na matriz. A razão para isto é conforme descrito. A dureza é reduzida mais à medida que o teor de Cu é aumentado mais conforme mostrado na FIG. 6, e, consequentemente, é considerado que o desgaste local é mais suscetível de ser promovido na série de Exemplos Experimentais B, em que o grau de distribuição desigual de Cu na matriz é mais alto. Portanto, de modo a quanti-tativamente e especificamente compreender a distribuição desigual de Cu conforme mostrada na FIG. 8(E) e FIG. 8(F), os inventores da pre-sente invenção têm produzido investigações na quantificação da distri-buição por algum tipo de valor numérico, mas não podem encontrar uma medida específica.

Claims (1)

1. Método de produção de uma guia de válvula produzida de uma liga sinterizada à base de ferro, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: moldar uma matéria-prima em pó incluindo pó ligado por di-fusão incluindo pó de ferro de núcleo e Cu ligado ao pó de ferro de núcleo através de difusão para obter um corpo moldado; e sinterizar o corpo moldado em uma temperatura de sinteri- zação dentro de uma faixa de 1.102°C a 1.152°C, para produzir uma guia de válvula produzida de uma liga sinterizada à base de ferro, em que um período de tempo de sinterização na etapa de sinterização cai dentro de uma faixa de 10 minutos a 2 horas, (1) a matéria-prima em pó tem um teor de um componente de Cu dentro de uma faixa de 14 % em massa a 40 % em massa, (2) uma proporção de um componente de Cu derivado a partir do pó ligado por difusão incluindo pó de ferro de núcleo e Cu ligado ao pó de ferro de núcleo através de difusão com relação ao componente de Cu contido na matéria-prima em pó é 45% ou mais, em que a liga sinterizada à base de ferro é livre de Ni, e em que a liga sinterizada à base de ferro tem uma estrutura incluindo poros e uma fase de Cu, em que uma proporção deárea de poro dos poros é de 3% ou mais e 15% ou menos, e em que uma pro porção de área de Cu da fase de Cu é de 11% a 36%, em que a proporção de área de poro e a proporção de área de Cu são medidas fotografando uma seção transversal da guia de válvula com um microscópio a laser com uma ampliação de 20 vezes, sendo a seção transversal obtida cortando a guia de válvula em uma direção perpendicular a uma direção axial, e binarizar os dados de imagem obtidos para determinar a proporção da área dos poros e a área da fase Cu em relação à área total do campo de observação, determinando a proporção da área dos poros e a proporção da área Cu.