JP2000160307A - 粉末冶金バルブシ―トインサ―ト - Google Patents

粉末冶金バルブシ―トインサ―ト

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powder metallurgy
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ラクシュミ ナラシンハン サンダラム
Heron Rodrigues
ロドリゲス ヘロン
Wangu Yuushu
ワング ユーシュ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属粉末ブレンド、より詳しくはバルブシー
トインサートなどの車両部品を製造するのに有用な改良
された新規金属粉末ブレンドを提供する。 【解決手段】 粉末冶金部品、特にバルブシートインサ
ート製造用の粉末金属ブレンド混合物であって、該混合
物は15ないし30重量%のバルブ鋼粉末、0ないし10重量%
のニッケル、0ないし5重量%の銅、5ないし15重量%のフ
ェロアロイ粉末、0ないし15重量%の工具鋼粉末、0.5な
いし5重量%の固形滑剤、0.5ないし2重量%のグラファイ
ト、0.3ないし1.0重量%の一時滑剤、および残部として
実質的に0.6ないし2.0重量%のモリブデン、0ないし5重
量%のニッケル、および0ないし3.0重量%の銅を含有する
低合金鋼粉末を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】一般に、本発明は金属粉末ブ
レンド、より詳しくはバルブシートインサートなどの車
両部品を製造するのに有用な改良された新規金属粉末ブ
レンドに関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の運転サイクルは当該技術分野
で十分に公知である。燃焼の封止において効果的に相互
作用させるための吸気および排気バルブ、バルブガイ
ド、およびバルブシートインサートの物理的要求は包括
的に研究されている。
【０００３】耐磨耗性は内燃機関で使用されるバルブシ
ートインサートに対する第一の要求である。良好な耐熱
性および耐腐食性と耐磨耗性と結びついた機械加工性の
組合せを達成する努力においては、排気バルブシートイ
ンサートはコバルト、ニッケルまたはマルテンサイト鉄
ベースの合金鋳物から製造されてきた。これらの合金は
一般に、鋳造合金に耐磨耗性カーバイドが存在するため
に、クロムおよびニッケル含量の高いオーステナイト系
耐熱鋼がより好ましいとされてきた。
【０００４】粉末冶金は、目的の網状付形物がかなり容
易に達成されるので、バルブシートインサートならびに
その他のエンジン部品の製造に使用されてきた。粉末冶
金により、種々の金属またはセラミック組成物でさえも
選択する際、ならびに設計柔軟性を付与する際に寛容度
を与える。
【０００５】本発明の譲受人に譲渡され、それにより出
典明示して本明細書の一部とみなされる米国特許第4,72
4,000号は、粉末冶金を用いて製造された耐磨耗性製品
を記載している。この特許は特にバルブシートインサー
トに関するものである。
【０００６】また米国特許第5,041,158号は、粉末冶金
部品および粉末珪酸マグネシウム水和物の添加の有益な
影響に関する。この特許もまた、本発明の譲受人に譲渡
され、それにより出典明示して本明細書の一部とみなさ
れる。
【０００７】注目される他の特許としては、米国特許第
4,546,737号、同第4,671,491号、同第4,734,968号、同
第5,000,910号、同第5,032,353号、同第5,051,232号、
同第5,064,610号、同第5,154,881号、同第5,271,683号
および同第5,286,311号が挙げられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】内燃機関用のバルブシ
ートインサートには、長期間の高温でも高い耐磨耗性を
与えることができる高い耐磨耗性材料を必要とする。バ
ルブシートインサートはさらに、高温での衝撃負荷が繰
り返される下でも耐高温性、高いクリープ強度および高
い疲労強度を併せ持つ必要がある。
【０００９】典型的には、高合金粉末製のバルブシート
インサート材は圧縮率が低い。従って所望の密度レベル
を達成するために二段プレス、二段焼結、高温焼結、銅
溶浸、および熱鍛造などの方法が使用される。残念なが
らこれは材料を極端に高価なものにする可能性がある。
【００１０】このように、比較的高密度となる粉末金属
ブレンドの必要性が依然として存在し、なお一段プレス
および／または一段焼結法しか使用されない。かかる材
料のブレンドは6.7g/cm3ないし7.1g/cm3の範囲の最小密
度まで圧粉成形して、厳しいエンジン環境において働き
得る部品とすることができよう。かかる粉末金属ブレン
ドはかなりコスト的に有効であり、なお有意な耐磨耗
性、耐高温性、機械加工性、高いクリープ強度および高
い疲労強度を付与するであろう。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、高温磨耗およ
び腐食抵抗のためのバルブ鋼粉末と、高温硬さ （「高
温硬さ」とは、高温で測定される硬度を意味する）のた
めのフェロモリブデン、フェロバナジウムおよびフェロ
ニオビウム粉末などのフェロアロイ粉末と、機械加工性
および熱伝導性のための銅との独自な組合せを使用する
新規粉末金属ブレンドを提供することによって、前記の
問題ならびに他の問題を解決することにある。本発明の
ブレンドには、耐磨耗性のための工具鋼粉末と、低い摩
擦および摺動磨耗を提供し、同時に機械加工性を向上さ
せるために固形滑剤が含まれる。
【００１２】従って、本発明の１つの目的は、比較的高
密度を形成し、なおかつ一段プレスおよび／または一段
焼結法しか必要としない新規粉末金属材料ブレンドにあ
る。
【００１３】本発明のもう１つの目的は、バルブ鋼粉
末、ニッケル、銅、フェロアロイ粉末、工具鋼粉末、固
形滑剤、グラファイトおよび一時滑剤または不安定滑
剤、残部として実質的に選択量のモリブデンを含有する
低合金鋼粉末の混合物を含有する粉末金属ブレンドにあ
る。
【００１４】本発明のさらなる目的は、通常、硬度、高
温硬さ、アブレシブ磨耗、凝着磨耗、かじり、高温酸化
性および耐熱クリープ性に優れた特性を与える耐磨耗性
用途に使用される粉末金属エンジン部品を提供すること
にある。
【００１５】本発明のさらにもう１つの目的は、バルブ
シートインサートなどのエンジン部品を製造するための
粉末金属ブレンドを提供することである。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明は、0.8%ないし2.0%の炭素
(C)、2.0%ないし6.0%のクロミウム(Cr)、1.0%ないし20.
0%の銅(Cu)、0.5%ないし2.0%のマンガン(Mn)、5.0%ない
し8.1%、好ましく5.0%ないし8.0%のモリブデン(Mo)、4.
0%ないし7.0%のニッケル(Ni)、0.05%ないし0.15%の窒素
(N)、0.2%ないし0.7%のタングステン(W)、0.05%ないし
0.5%のバナジウム(V)、0.2%ないし0.6%の硫黄(S)、およ
び残部として実質的に鉄(Fe)からなる化学組成を有する
改良粉末金属エンジン部品を提供する。
【００１７】本発明を特徴づける新規な種々の特徴は、
本開示に添付され本開示の一部をなす請求の範囲で詳細
に示されている。本発明、その取扱いの利点およびその
使用によって達成される特定の目的をよりよく理解する
ために、添付の実施例および説明が記載され、その中で
本発明の好ましい具体例を例示する。
【００１８】150,000マイル以上に達し得るエンジン耐
久性を備えた車両を製造することが望ましい。かかる車
両のエンジン部品を設計する際、部品には有意な耐磨耗
性、耐高温性および機械加工性を与える材料が必要とさ
れる。
【００１９】本明細書では特に明示されない限り、温度
はすべてセ氏（℃）であり、パーセンテージ(%)はすべ
て質量%基準である。
【００２０】本発明は、バルブシートインサートのよう
なエンジン部品に特に適した粉末冶金部品を提供する。
本発明の粉末金属ブレンドは特に窒化エンジンバルブ用
のバルブシートインサートに適している。本発明の粉末
冶金部品は他の用途にも同じように適していることが直
ちに明白になるはずである。バルブシートインサートな
ど本発明の粉末金属ブレンドで構成されたエンジンバル
ブ系統部品は、吸気バルブシートインサートならびに排
気バルブシートインサート部品として使用してもよい。
【００２１】図1ないし3を参照すると、エンジンでの使
用のために一般に設計されたバルブアセンブリ10が示さ
れている。バルブアセンブリ10は各々バルブステムガイ
ド14の内径内で往復機関として支えられている複数のバ
ルブ12を含んでいる。バルブステムガイド14は管状構造
で、シリンダーヘッド24に挿入されている。これらのエ
ンジン部品は当業者に十分に公知の装置である。本発明
は、改良や代替構造が種々の製造業者により提供されて
いるので、いずれの特定の構造に限定されるものではな
い。これらのバルブアセンブリ部品の図面は、本発明の
よりよい理解を助けるための例示の目的で提供されてい
る。
【００２２】バルブ12は、バルブ12のキャップ26と丸み
28に間に挿入されているバルブシート面16を含んでい
る。バルブステム30は通常は頸部28の上方に位置し、普
通バルブステムガイド14内で支えられている。バルブシ
ートインサート18は通常はエンジンのシリンダーヘッド
24内に取り付けられている。インサート18は示された断
面を持つ環状であり、ともにバルブシート面16を支えて
いることが好ましい。
【００２３】粉末冶金部品が厳しいエンジン環境など厳
しい環境下で働くためには、粉末冶金部品が6.7グラム
／立方センチメートル(g/cm3)ないし7.1g/cm3の最小密
度まで圧粉成形できなければならない。より好ましくは
6.8g/cm3ないし7.0g/cm3、最も好ましくはブレンドは最
小密度約6.9 g/cm3まで圧粉成形される。
【００２４】本発明の粉末金属ブレンド混合物は、バル
ブ鋼粉末、ニッケル、銅、フェロアロイ粉末、工具鋼粉
末、固形滑剤、グラファイト、および粉末一時滑剤また
は不安定滑剤を、残部としての低合金鋼粉末とともに含
んでなる。本発明のこの混合物は以下の量の前記成分を
含んでいる。それは15ないし30%のバルブ鋼粉末、0ない
し10%のニッケル、0ないし5%の銅、5ないし15%のフェロ
アロイ粉末、0ないし15%の工具鋼粉末、0.5ないし5%の
固形滑剤、0.5ないし2.0%のグラファイト、0.3ないし1.
0%の粉末不安定滑剤、および残部として0.6ないし2.0%
のモリブデンを含有する低合金鋼粉末である。好ましく
は、低合金鋼粉末は0.6ないし2.0%のモリブデン、0ない
し5%のニッケルおよび0ないし3%の銅を含有する。
【００２５】本発明の粉末金属ブレンド混合物では、耐
高温磨耗性および耐腐食性のためのバルブ鋼粉末と高温
硬さのためのフェロアロイ粉末を併用する。耐磨耗性お
よび高温硬さのためには工具鋼粉末が添加される。固形
滑剤は滑り磨耗を少なくするため、ならびに機械加工性
を向上させるために摩擦を小さくする。モリブデンやク
ロミウムのような合金元素は固溶体の耐磨耗性および耐
腐食性を強化する。ニッケルおよびオーステナイト系バ
ルブ鋼粉末は面心立方(FCC)格子を安定化させ、耐熱性
を達成する。フェロモリブデン硬粒子は磨耗および高温
硬さを与える。グラファイト、および粉末珪酸マグネシ
ウム水和物（タルク）、二硫化モリブデン(MoS2)または
フッ化カルシウム(CaF2)などの固形滑剤は耐磨耗性と機
械加工性をよりよくする。ACRAWAX Cなどの粉末不安定
滑剤または一時滑剤は圧粉成形中の工具の磨損を防ぐこ
とによりダイ寿命を長くする。
【００２６】粉末が所望の合金化学をもたらす合金成分
の混合物であり得る限り、その粉末はプレアロイ粉末で
あることが好ましい。
【００２７】本発明のブレンドの第１の成分はバルブ鋼
粉末であり、これは混合物の15ないし30質量%である。
より好ましくはブレンドの17ないし25質量%であり、よ
り好ましくは19ないし２１質量%であり。最も好ましく
は、このバルブ鋼粉末はブレンドまたは混合物の約20%
を占めることが好ましい。好適なバルブ鋼粉末としては
限定されるものではないが、OMG Americasから市販され
ている21-2、23-8N、または21-4Nがある。これらは鉄ベ
ースの粉末であり、21-2Nとは基本的に21%のクロムと2%
のニッケルを意味し、21-4Nとは21%のCrと4%のNiを意味
し、同様に23-8Nという表示は基本的に23%のクロミウム
と8%のニッケルを意味している。典型的な21-2N金属粉
末の化学組成は以下の範囲内にある： C 0.50-0.60% Mn 7.0-9.5% Si 0.08-0.25% Cr 19.3-21.5% Ni 1.5-2.75% N 0.20-0.40% Fe 残部 典型的な23-8N金属粉末の化学組成は以下の範囲内にあ
る： C 0.50-0.60% Mn 1.50-3.50% Si 0.60-0.90% Cr 22.0-24.0% Ni 7.0-9.0% N 0.28-0.35% Fe 残部 典型的な21-4N金属粉末の化学組成は以下の範囲内にあ
る： C 0.48-0.54% Mn 8.00-9.50% Si 0.08-0.25% Cr 20.0-22.0% Ni 3.25-4.50% N 0.38-0.50% Fe 残部 本発明の混合物の第２の成分はニッケルである。ニッケ
ルは質量パーセント基準で、混合物の0ないし10%まで、
より好ましくは、5％ないし9％であり、さらに好ましく
は6.0ないし8.0%であり、最も好ましくは約7.0%で混合
物に添加される。ニッケル粉末とは、限定されるもので
はないが母合金として実質的に純粋なニッケル粒子、ま
たは合金元素と混合したニッケル粒子をはじめとする粉
末を含有するいずれのニッケルも含むことを意味する。
ニッケル成分は所定のパーセント範囲内にあるべきであ
る。
【００２８】銅粉末が本混合物の第３の成分である。そ
れは質量パーセント基準で、混合物の0ないし5%まで添
加され、より好ましくは１ないし3%で添加され、最も好
ましくは混合物の約2.0%である。同様に、銅粉末は限定
されるものではないが、実質的に純粋な銅粒子、合金元
素および／または他の強化元素と混合した銅粒子、およ
び／またはプレアロイ銅粒子などの粉末を含有するいず
れの銅も含むことを意味する。実質量（約20%まで）の
銅は、密度、熱伝導性および機械加工性を高める目的で
銅溶浸工程中に添加される。
【００２９】本混合物の第４の成分は、好ましくはフェ
ロモリブデンを含有するフェロアロイ粉末である。フェ
ロアロイ粉末は混合物の5ないし15%を占め、より好まし
くは混合物の7ないし12％を占め、混合物の約9%である
ことが最も好ましい。本発明での使用のためのモリブデ
ン含有鉄ベースの粉末は、ShieldAlloyから市販されて
いる。これは鉄と約60質量%の溶解モリブデンとのプレ
合金であり、約2.0質量%未満の他のプレアロイ元素を含
有している。この鉄ベースの粉末は鉄とプレアロイ化さ
れているモリブデンの他に元素を含んでもよいが、本発
明のこの成分がモリブデン以外に鉄とのプレアロイ元素
を実質的に含んでいなければ、一般に本発明の実施に有
益である。
【００３０】本混合物の第５の成分は工具鋼粉末であ
り、これは混合物の0ないし15%を占める。この成分もま
たプレアロイ粉末であることが好ましく、それは鉄、炭
素、および少なくとも１種の遷移元素のフェロアロイで
ある。また、他の成分については、この成分を形成して
いる鉄が実質的に冶金炭素または遷移元素以外の不純物
または介在物を含まないことが好ましい。好適な工具鋼
粉末としては限定されるものではないが、Powdrexから
市販されているM系工具鋼粉末がある。
【００３１】本発明のこの混合物第６の成分は、粉末珪
酸マグネシウム水和物（タルクとして市販）、MoS2また
はCaF2などの固形滑剤である。もちろん、限定されるも
のではないが二硫化物またはフッ化物系の固形滑剤をは
じめとする通常の固形滑剤を本発明の混合物とともに使
用してもよい。
【００３２】本発明の混合物の第７の成分はグラファイ
トであり、これは混合物の0.5ないし2%を占める。グラ
ファイト好ましくは圧粉成形用混合物に炭素を添加する
好ましい手段である。グラファイト粉末の好適な供給源
の１つとしてSouthwestern 1651級があり、これはSouth
western Industries Incorporatedの製品である。
【００３３】本発明の混合物の第８の成分として粉末滑
剤があり、これは混合物の0.3ないし1.0%に相当する。
粉末滑剤は焼結工程中に焼却または熱分解されるので本
明細書では一時滑剤または不安定滑剤と呼ばれている。
好適な滑剤としてはステアリン酸亜鉛、ワックス類、専
売ではあるが市販の焼結時に揮発するエチレンステアリ
ン酸アミド組成物など通常のワックスまたは脂肪系材料
が挙げられる。かかる好適な粉末滑剤の１つとして、Gl
yco Chemical Co.から市販されているACRAWAXCがある。
【００３４】本混合物の残部は好ましくは0.6ないし2.0
%のモリブデン、0ないし5%のニッケル、および0ないし3
%の銅を含有する低合金鋼粉末である。好適な低合金鋼
粉末ブレンドとしては、Hoeganaes Corporationから入
手できる85HPまたは150HPがある。
【００３５】粉末金属ブレンドは均一な混合物が得るの
に十分な時間、十分に混合する。通常、混合物は30分な
いし2時間、より好ましくは45分ないし1時間半、最も好
ましくは約1時間混合して均一な混合物を得る。ボール
ミキサーなどいずれの好適な混合手段を用いてもよい。
【００３６】次いでこの混合物を好ましくは50トン／平
方インチ(TSI)ないし65トン／平方インチの範囲の圧粉
成形圧、より好ましくは57TSIないし63TSIで、最も好ま
しくは約60TSIの圧力で圧粉成形する。この圧粉成形は
プレスして生圧粉成形体を形成し、6.7g/cm3ないし7.1g
/cm3の範囲の所望の未加工密度、より好ましくは6.8g/c
m3ないし7.0g/cm3、最も好ましくは約6.9g/cm3の密度を
有する略網状の付形物またはさらに網状付形物とするの
に十分である。圧粉成形は通常所望の形のダイを用いて
行われる。インサート部品製造用の鉄ベースの金属粉末
の場合、滑らかにされた粉末ブレンドを少なくとも20ト
ン／平方インチまでプレスするが、通常はより高い圧力
であり、例えば40ないし60トン／平方インチまでプレス
する。通常、35トン／平方インチより小さい圧力はほと
んど用いられない。
【００３７】65トン／平方インチを越える圧力が有用で
はあるが、極端に高価になる可能性がある。
【００３８】圧粉成形は一軸または平衡のいずれかで実
施できる。
【００３９】生圧粉成形体は処理され、通常、圧粉成型
品の焼結が起こる焼結炉に運ばれる。焼結とは、圧粉成
型品の大部分の成分の液相温度以下に圧粉成型品を加熱
することによる圧粉成型品の隣接面の結合である。
【００４０】本発明の焼結条件には通常の焼結温度、例
えば1040℃ないし1150℃（最も好ましくは約1100℃）が
使用される。より高い焼結温度（1250℃ないし1350℃、
より好ましくは1270℃ないし1320℃、最も好ましくは約
1300℃）は選択的に、窒素(N 2)と水素(H2)のガス混合物
の還元雰囲気下で、20分ないし1時間、好ましくは約30
分間用いられる。焼結は1100℃より高い温度で、それら
の接触点で粉末粒子の拡散結合を達成し、完全な焼結塊
を形成させるに十分な時間行われる。焼結は好ましくは
N2/H2または約140℃のオーダーの露点を有する乾燥会合
アンモニアなどの還元雰囲気下で行われる。焼結はま
た、アルゴンのような不活性ガスを用いて行ってもよい
し、また真空下で行ってもよい。
【００４１】有利には、得られた製品は焼結したままの
条件および／または熱処理条件の双方で使用してよい。
好適な熱処理条件としては限定されるものではないが、
圧分成形粉末金属成分のさらなる窒化、浸炭、浸炭窒
化、または蒸気処理がある。また、得られた製品を銅溶
浸して熱伝導性を向上させてもよい。
【００４２】顕微鏡写真により、微細構造が、20ないし
30%、最も好ましくは約25%のオーステナイトマトリック
ス内に微細カーバイドを含有する相、5ないし10%、好ま
しくは約7%のモリブデンリッチな硬質相、1ないし5%、
より好ましくは約2%の固形滑剤、および残部として焼戻
マルテンサイトと、からなることが明らかである。
【００４３】最終品の化学組成は以下の通りであり、パ
ーセンテージはすべて質量パーセント換算である： C 0.8%ないし2.00% Cr 2.0%ないし6.0% Cu 1.0%ないし20.0% S 0.2%ないし0.6% Mn 0.5%ないし2.0% Mo 5.0%ないし8.1% Ni 4.0%ないし7.0% N 0.05%ないし0.15% W 0.2%ないし0.7% V 0.05%ないし0.5% Fe 残部（実質） 好ましい具体例では、最終品の化学組成は質量パーセン
ト基準で以下の通りである： C 1.50% Cr 4.10% Cu 2.0% Mn 1.0% Mo 6.5% Ni 5.5% N 0.1% S 0.5% W 0.4% V 0.15% Fe 実質的残部 また好ましい具体例では、銅溶浸による最終品の化学組
成は質量パーセント（質量%）基準で以下の通りであ
る： C 1.2% Cr 3.96% Cu 12.52% Mn 1.34% Mo 8.03% Ni 5.90% N 0.10% S 0.29% W 0.23% V 0.10% Fe 実質的残部 図4には「新規」とみなされる本発明を用いて製造され
たインサート材料（図中“NEW”と記載）と、「従来」
とみなされる従来使用されていた材料（図中“CURREN
T”と記載）のそれとの高温硬さ比較が示されている。
従来材料はこれまでエンジンで使用されおり、以下のよ
うな化学物質含量を有する市販の製品である：1.05ない
し1.25%のC、1.0ないし2.7%のMn、4.0ないし6.5%のCr、
2.5ないし4.0%のCu、および1.6ないし2.4%のNi。ビッカ
ース硬さは標準的なビッカース硬度試験に関して示され
る。試験手順の説明はY.S. Wangら, "The Effect of Op
erating Conditions on Heavy Duty Engine Valve Seat
Wear", WEAR 201 (1996)に明らかである。
【００４４】図5はシート磨耗リグ比較試験結果を示
し、図6はシート磨耗リグ試験データを示している。 シ
ート磨耗リグ限界はリグ試験を通過した材料明示限界で
ある。リグ磨耗試験法の説明はY.S. Wangら, "The Effe
ct of Operating Conditions on Heavy Duty Engine Va
lve Seat Wear", WEAR 201 (1996)に明らかである。図6
では、固形滑剤（図中“SOLID LUBRICANT”と記載）はM
oS2である。硬質相（図中“HARD PHASE”と記載）はFe-
Mo粒子を表す。
【００４５】図7は本発明のと先行技術の間の機械加工
性比較のグラフである。機械加工性試験法の説明は、H.
Rodrigues, "Sintered Valve Seat Inserts and Valve
Guides: Factors Affecting Design, Performance, an
d Machinability", Proceedings of the International
Symposium on Valvetrain System and Design Materia
ls, (1997)に示されている。
【００４６】これらの図面を注意深くみると、本発明で
達成される所望の特性が向上していることがわかる。本
発明は長時間高温であっても高い耐磨耗性を与える。
【００４７】以下の実施例は本発明を例示するものであ
り、これらに限定されるものではない。
【００４８】
【実施例】＜実施例１＞以下の処方に従い、ダブルコー
ンミキサー中で粉末を30分間混合する。ブレンドはバル
ブ鋼粉末20%（OMG Americasから入手できる23-8Nまたは
21-4Nまたは21-2Nなど）、Incoから入手できるニッケル
5%、OMG Americasから入手できる銅2%、フェロアロイ粉
末10%（ShieldAlloy製のFe-Mo粉末など）、工具鋼粉末1
0%（Powdrex製のM系工具鋼粉末など）、固形滑剤3%（Ho
hman Plating製の二硫化モリブデンなど）、Southweste
rn Graphite製のグラファイト1%、固形滑剤1%（Millwhi
te製の粉末珪酸マグネシウム水和物またはタルクな
ど）、Baychem製の不安定粉末滑剤Acrawax C 1%、およ
び残部として0.85ないし1.5%のモリブデンを含有するIl
oeganaes製の低合金鋼粉末からなる。ブレンドに対する
キログラム(kg)における質量パーセンテージ： 200kg-21-2N 50kg-Ni 20kg-Cu 10kg-M2工具鋼粉末 30kg-MoS2 100kg-Fe-Mo 5kg-Acrawax C 10kg-タルク 580kg-低合金Mo鋼 次いでこのブレンドを6.8ないし7.0g/cm3の密度まで圧
粉成形する。焼結は90%窒素および残部として水素から
なる還元雰囲気下、2100°Fで20ないし30分間行う。焼
結後、1.0の炭素ポテンシャルで1600°Fにて2時間浸炭
させ、次いで油中で焼き入れする。浸炭後、窒素雰囲気
下、800°Fにて1時間焼戻す。
【００４９】＜実施例２＞以下の処方に従い、ダブルコ
ーンミキサー中で粉末を30分間混合する。ブレンドはバ
ルブ鋼粉末20%（OMG Americasから入手できる23-8Nまた
は21-4Nまたは21-2Nなど）、Inco製のニッケル5%、OMG
Americas製の銅2%、フェロアロイ粉末10%（ShieldAlloy
製のFe-Mo粉末など）、工具鋼粉末10%（Powdrex製のM系
工具鋼粉末など）、固形滑剤3%（Hohman Plating製の二
硫化モリブデンなど）、Southwestern Graphite製のグ
ラファイト1%、固形滑剤1%（Millwhite製の粉末珪酸マ
グネシウム水和物またはタルクなど）、Baychem製の不
安定粉末滑剤Acrawax C 1%、および残部として1.5%の
モリブデンを含有するIloeganaes製の低合金鋼粉末から
なる。ブレンドに対するキログラム(kg)における質量パ
ーセンテージ： 200kg-21-2N 50kg-Ni 20kg-Cu 10kg-M2工具鋼粉末 30kg-MoS2 100kg-Fe-Mo 5kg-Acrawax C 10kg-タルク 580kg-低合金Mo鋼 次いでこのブレンドを6.8ないし7.0g/cm3の密度まで圧
粉成形し、Greenback 681粉末から銅スラッグを作製
し、7.1ないし7.3 g/cm3の密度まで圧粉成形する。溶浸
物を部品の上に置き、それらを90%の窒素および残部と
して水素からなる還元雰囲気下、2100°Fで20ないし30
分間ともに焼結させて最小7.3 g/cm3の密度を達成す
る。焼結後、1.0の炭素ポテンシャルで1600°Fにて2時
間浸炭させ、次いで油中で焼き入れする。浸炭後、窒素
雰囲気下、800°Fにて1時間焼戻す。
【００５０】本発明の原理の応用を例示するために本発
明の特定の具体例を示し、詳細に説明したが、本発明は
かかる原理から逸脱しない限り他の方法でも具体化され
得ることが理解されよう。
【００５１】
【発明の効果】本発明は先行技術の材料よりも、耐高温
磨耗性および耐腐食性を向上させるとともに、機械加工
性も向上させる。本発明のブレンドは、一段プレス・焼
結法を考慮した比較的高密度の材料を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】バルブアセンブリ部品およびそのアセンブリ環
境を示す断面図である。
【図２】より詳細なバルブアセンブリ部品を示す断面図
である。
【図３】バルブシートインサートおよび封止関係におけ
るバルブ取付面のより詳細な図の断面図である。
【図４】本発明と従来材料との高温硬さの比較を示すグ
ラフである。
【図５】本発明と従来材料とのシート磨耗リグ比較試験
データを示すグラフである。
【図６】本発明と従来材料とのシート磨耗限界試験デー
タを示すグラフである。
【図７】本発明と従来材料との機械加工性比較のデータ
を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ バルブアセンブリ １２ バルブ １４ バルブステムガイド １６ バルブシート １８ インサート ２４ シリンダーヘッド ２６ キャップ ２８ 丸み ３０ バルブステム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 390033020 Ｅａｔｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅｌ ａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ヘロン ロドリゲス アメリカ合衆国 28277 ノース カロラ イナ州 シャーロット ケープ フェリー コート 6415 (72)発明者 ユーシュ ワング アメリカ合衆国 49068 ミシガン州 マ ーシャル フレンドシップ レーン ６

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 質量パーセント基準で、0.8%ないし2.0%
    のC、2.0%ないし6.0%のCr、1.0%ないし20%のCu、0.5%な
    いし2.0%のMn、5.0%ないし8.1%のMo、4.0%ないし7.0%の
    Ni、0.05%ないし0.15%のN、0.2%ないし0.7%のW、0.05%
    ないし0.5%のV、0.2%ないし0.6%のS、および残部として
    実質的にFeを含んでなる化学組成を有する粉末冶金部
    品。
  2. 【請求項２】 前記粉末冶金部品が圧粉成型用粉末金属
    ブレンドを含んでなり、該圧粉成型用粉末金属ブレンド
    が6.7g/cm3ないし7.1g/cm3の範囲の密度まで圧粉成形さ
    れる請求項1記載の粉末冶金部品。
  3. 【請求項３】 さらに前記粉末冶金部品が、オーステナ
    イトとマルテンサイト混合物中にカーバイドを含有する
    約20重量%ないし約38重量%相、モリブデンリッチな約5
    重量%ないし10重量%相、約1重量%ないし5重量%の固形滑
    剤、および残部として焼戻マルテンサイトを含む微細構
    造を有してなる請求項2記載の粉末冶金部品。
  4. 【請求項４】 化学組成が 元素 質量% C 1.50 Cr 4.10 Cu 2.0 Mn 1.0 Mo 6.5 Ni 5.5 N 0.1 S 0.5 W 0.4 V 0.15 Fe 残部 を含んでなる請求項1記載の粉末冶金部品。
  5. 【請求項５】 前記粉末冶金部品がバルブシートインサ
    ートである請求項１記載の粉末冶金部品。
  6. 【請求項６】 前記粉末冶金部品が内燃機関用のバルブ
    シートインサートである請求項３記載の粉末冶金部品。
  7. 【請求項７】 化学組成が 元素 質量% C 1.20 Cr 3.96 Cu 12.52 Mn 1.34 Mo 8.03 Ni 5.90 N 0.10 S 0.29 W 0.23 V 0.10 Fe 残部 を含んでなる請求項１記載の粉末冶金部品。
  8. 【請求項８】 前記粉末冶金部品が内燃機関用のバルブ
    シートインサートである請求項7記載の粉末冶金部品。
  9. 【請求項９】 質量パーセント基準で、 15%ないし30%のバルブ鋼粉末、 0%ないし10%のニッケル、 0%ないし5%の銅、 5%ないし15%のフェロアロイ粉末、 0%ないし15%の工具鋼粉末、 0.5%ないし5%の固形滑剤、 0.5%ないし2.0%のグラファイト、 0.3%ないし1.0%の一時滑剤、および残部として実質的に
    0.6%ないし2.0%のモリブデン、0%ないし5%のニッケル、
    および0%ないし3%の銅を含有する低合金鋼粉末を含んで
    なる金属粉末混合物。
  10. 【請求項１０】 前記フェロアロイ粉末がフェロモリブ
    デン粉末を含んでなる請求項９記載の金属粉末混合物。
  11. 【請求項１１】 前記金属粉末混合物が1平方インチ当
    たり50トンないし1平方インチ当たり65トンの範囲の圧
    力で圧粉成形される請求項１０記載の金属粉末混合物。
  12. 【請求項１２】 前記一時滑剤がステアリン酸塩、ステ
    アリン酸アミド、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチ
    ウム、エチレンビスステアリン酸アミド、および合成ワ
    ックス滑剤からなる群より選択される１種である請求項
    １０記載の金属粉末混合物。
  13. 【請求項１３】 前記固形滑剤がマグネシウム水和物、
    珪酸塩鉱物、スルフィド滑剤、MnS、CaF2、WS2、MoS2、
    セレン化物滑剤、テルル化物滑剤および雲母からなる群
    より選択される１種を含んでなる請求項１０記載の金属
    粉末混合物。
  14. 【請求項１４】 粉末冶金部品を製造する方法であっ
    て、 質量パーセント基準で、15%ないし30%のバルブ鋼粉末、
    0%から10%のニッケル、0%ないし5%の銅、5%ないし15%の
    フェロアロイ粉末、0%ないし15%の工具鋼粉末、0.5%な
    いし5%の固形滑剤、0.5%ないし2.0%のグラファイト、0.
    3%ないし1.0%の一時滑剤、および残部として実質的に低
    合金鋼粉末を含んでなる金属粉末ブレンド混合物を準備
    し、 実質的に均一なブレンドを得るために混合物を混合し、 少なくとも１段階で選択された圧粉成形圧にて混合物を
    圧粉成形して、6.7g/cm3の最小密度まで生圧粉成形体を
    プレスして少なくとも略網状付形物とした後、 １段階でプレスした生圧粉成形体を焼結させて粉末冶金
    部品を製造する工程を含んでなる方法。
  15. 【請求項１５】 さらに熱処理、蒸気処理、および銅溶
    浸からなる群より選択される粉末冶金部品の処理工程を
    さらに含んでなる請求項１４記載の方法。
  16. 【請求項１６】 熱処理工程が粉末冶金部品を浸炭させ
    る工程を含む請求項１５記載の方法。
  17. 【請求項１７】 熱処理工程が粉末冶金部品を浸炭窒化
    させる工程を含む請求項１５記載の方法。
  18. 【請求項１８】 さらに粉末冶金部品を機械加工してバ
    ルブシートインサートととする工程を含んでなる請求項
    15記載の方法。
  19. 【請求項１９】 低合金鋼粉末が質量パーセント基準
    で、0.6%ないし2.0%のモリブデン、0%ないし5%のニッケ
    ル、および0%ないし3%の銅を含んでなる請求項１４記載
    の方法。
  20. 【請求項２０】 フェロアロイ粉末がフェロモリブデン
    粉末を含んでなる請求項１９記載の方法。
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