JP2011190526A - 焼結合金配合用硬質粒子、耐摩耗性鉄基焼結合金、及びバルブシート - Google Patents
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Abstract
【解決手段】焼結合金に原料として配合される硬質粒子であって、質量%でMo:20〜40%、C:0.5〜1.0%、Ni:5〜30%、Mn:1〜10%、Cr:1〜10%、Co:5〜30%、Y:0.05〜2%、残部が不可避不純物とFeからなる。
【選択図】図1
Description
〔実施例1〕
以下に示す方法で、本実施例1に係る硬質粒子を含む焼結合金で形成されたバルブシートを製作した。具体的には、不活性ガス(窒素ガス)を用いたガスアトマイズ処理により、表1に示す組成をもつ溶湯から合金粉末を製造した。これらを44μm〜180μmの範囲に分級し、硬質粒子の粉末とした。この硬質粒子の粉末と、黒鉛粉末と、純鉄粉末とを混合機により混合し、混合材料としての混合粉末を形成した。ここでは、混合粉末に対して硬質粒子の粉末を30質量%とし、黒鉛粉末を0.6質量%とし、残りを純鉄粉末とした。
実施例1と同じようにしてバルブシートを製作した。実施例1と相違する点は、硬質粒子の組成が表1の如くであり、すなわち、バルブシート(焼結合金)の硬質粒子に含有するYを、順次、0.2質量%、1.0質量%、2.0質量%にした点である。
実施例1と同じようにしてバルブシートを製作した。実施例1と相違する点は、硬質粒子の組成が表1の如くであり、すなわち、バルブシート(焼結合金)の硬質粒子の組成を、上述の特許文献1に示す組成及び含有量にした点である。
実施例1と同じようにしてバルブシートを製作した。実施例1と相違する点は、硬質粒子の組成が表1の如くであり、すなわち、バルブシート(焼結合金)の硬質粒子に含有するYを、0質量%にした(含有しなかった)点である。
実施例1と同じようにしてバルブシートを製作した。実施例1と相違する点は、硬質粒子の組成が表1の如くであり、すなわち、バルブシート(焼結合金)の硬質粒子に含有するYを、5.0質量%にした点である。
次に、図4の試験機を用い焼結合金の耐摩耗性について摩耗試験を行い、耐摩耗性を評価した。この摩耗試験では、図4に示すように、プロパンガスバーナ10を加熱源として用い、前記のように作製した焼結合金からなるリング形状のバルブシート12と、バルブ13のバルブフェース14との摺動部をプロパンガス燃焼雰囲気とした。バルブフェース14はSUH11に軟窒化処理を行ったものである。バルブシート12の温度を200℃に制御し、スプリング16によりバルブシート12とバルブフェース14との接触時に18kgfの荷重を付与して、2000回/分の割合で、バルブシート12とバルブフェース14とを接触させ、8時間の摩耗試験を行った。
実施例2〜4及び比較例2にかかる硬質粒子の硬さを測定荷重0.1kgfのマイクロビッカース硬度計を用いて測定した。この結果を以下の表2に示す。
図1に示すように、実施例1〜4のバルブシートの摩耗量比は、比較例1〜3のものに比べて小さかった。表2に示すように、硬質粒子の硬さは、硬質粒子のYの含有量(添加量)の増加と共に大きくなり、硬さの上昇率は、硬質粒子のYの含有量(添加量)の増加と共に低下した。
結果1より、硬質粒子にYを添加することにより、硬質粒子の硬度が上昇し、この結果、バルブシートの耐摩耗性が向上することがわかる。これは、Yの酸化物(Y2O3)が硬質粒子に微細に分散し、これにより硬質粒子が強化されたからであると考えられる。そして、Yの含有量が0.2質量%未満の場合には、Yの酸化物による強化が充分でない場合があり、2質量%を超えた場合には、硬質粒子の脆化により充分な耐摩耗性が得られないと考えられる。
実施例1と同じようにしてバルブシートを製作した。実施例1と相違する点は、硬質粒子の各組成の含有量である。具体的には、表2に示すように、硬質粒子を、質量%でMo:20〜40%、C:0.5〜1.0%、Ni:5〜30%、Mn:1〜10%、Cr:1〜10%、Co:5〜30%、Y:0.05〜2%、の範囲に収まるように、硬質粒子が含有する各組成の量を調整した点である。
実施例1と同じようにしてバルブシートを製作した。実施例1と相違する点は、表3に示すように、硬質粒子が含有する各組成の量である。具体的には、比較例4及び5の硬質粒子は、本発明の組成のうち、Moのみの含有量が、Mo:20〜40%の範囲から外れるようにした。比較例6及び7の硬質粒子は、本発明の組成のうち、Cのみの含有量が、C:0.5〜1.0%の範囲から外れるようにした。比較例8及び9の硬質粒子は、本発明の組成のうち、Niのみの含有量が、Ni:5〜30%の範囲から外れるようにした。比較例10及び11の硬質粒子は、本発明の組成のうち、Mnのみの含有量が、Mn:1〜10%の範囲から外れるようにした。比較例12及び13の硬質粒子は、本発明の組成のうち、Crのみの含有量が、Cr:1〜10%の範囲から外れるようにした。比較例14及び15の硬質粒子は、本発明の組成のうち、Coのみの含有量が、Co:5〜30%の範囲から外れるようにした。
実施例5〜10のバルブシート及び比較例4〜15のバルブシートに対して、実施例1のバルブシートの摩耗試験と同様の摩耗試験を行った。この結果を、図2に示す。なお、図2に示す摩耗量比は、比較例1のバルブシートの摩耗量を1として正規化したものであり、図2には比較例1のバルブシートの摩耗量比も合わせて示した。
図2に示すように、実施例5〜10のバルブシートの摩耗量比は、比較例4〜15のものに比べて、小さかった。
結果2より、硬質粒子を、質量%でMo:20〜40%、C:0.5〜1.0%、Ni:5〜30%、Mn:1〜10%、Cr:1〜10%、Co:5〜30%、Y:0.05〜2%、の範囲に収まるように、硬質粒子が含有する各組成の量を調整することにより、バルブシートの摩耗量が低減されたといえる。
実施例2と同じようにしてバルブシートを製作した。実施例2と相違する点は、混合粉末に対して硬質粒子の粉末を、以下の表4に示すように順次、10質量%,20質量%,30質量%、50質量%、60質量%とし、黒鉛粉末は実施例2と同量、添加した点である。
実施例2と同じようにしてバルブシートを製作した。実施例2と相違する点は、混合粉末に対して硬質粒子の粉末を、以下の表4に示すように順次、5質量%,70質量%とし、黒鉛粉末は実施例2と同量、添加した点である。
実施例11〜15のバルブシート及び比較例16及び17のバルブシートに対して、実施例1のバルブシートの摩耗試験と同様の摩耗試験を行った。この結果を、図3に示す。なお、図3に示す摩耗量比は、比較例1のバルブシートの摩耗量を1として正規化したものであり、比較例1のバルブシートの摩耗量比も合わせて示した。
図3に示すように、実施例11〜15のバルブシートの摩耗量比は、比較例16及び17のものに比べて、小さかった。
結果2より、焼結合金配合用硬質粒子は、前記耐摩耗性鉄基焼結合金に対して、10〜60質量%含有していることが好ましく、この範囲から外れて小さい場合には、硬質粒子による耐摩耗性の効果を充分に発揮することができず、この範囲から外れて大きい場合には、鉄基地の割合が減ってしまい、この結果、硬質粒子を焼結合金に充分に密着することができないと考えられる。
Claims (3)
- 焼結合金に原料として配合される硬質粒子であって、質量%でMo:20〜40%、C:0.5〜1.0%、Ni:5〜30%、Mn:1〜10%、Cr:1〜10%、Co:5〜30%、Y:0.05〜2%、残部が不可避不純物とFeとからなることを特徴とする焼結合金配合用硬質粒子。
- 請求項1に記載の焼結合金配合用硬質粒子が分散するように、該焼結合金配合用硬質粒子からなる粉末を基地となる鉄系粉末に混合して、焼結した耐摩耗性鉄基焼結合金であって、
前記焼結合金配合用硬質粒子は、前記耐摩耗性鉄基焼結合金に対して、10〜60質量%含有していることを特徴とする耐摩耗性鉄基焼結合金。 - 請求項2に記載の耐摩耗性鉄基焼結合金で形成されていることを特徴とするバルブシート。
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