JP2023062948A - Valve seat, and method for producing valve seat - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バルブシート、及びバルブシートの製造方法に関する。 The present invention relates to a valve seat and a method for manufacturing a valve seat.
自動車等に用いられる各種エンジンのバルブシートは、高い耐摩耗性を有することが求められる。 Valve seats for various engines used in automobiles and the like are required to have high wear resistance.
特許文献１には、２質量％≦Ｓｉ≦３．５質量％、６質量％≦Ｃｒ≦１０質量％、２０質量％≦Ｍｏ≦３５質量％、及び、０．０１質量％≦ＲＥＭ≦０．５質量％を含有し、残部がＣｏ及び不可避不純物からなることを特徴とする焼結体用硬質粒子粉末が記載されている。また、この焼結体用硬質粒子粉末と純鉄粉及び黒鉛粉末とを混合して混合粉末とする混合工程と、混合粉末を圧粉成形して圧粉体とする成形工程と、圧粉体を焼結する焼結工程とを経て得られる焼結体をバルブシートとして用いることが記載されている。 Patent Document 1 discloses that 2% by mass≦Si≦3.5% by mass, 6% by mass≦Cr≦10% by mass, 20% by mass≦Mo≦35% by mass, and 0.01% by mass≦REM≦0. A hard particle powder for a sintered body is described which contains 5% by mass and the balance is Co and unavoidable impurities. Further, a mixing step of mixing the hard particle powder for a sintered body with the pure iron powder and the graphite powder to form a mixed powder, a compacting step of compacting the mixed powder to form a green compact, and a green compact. It is described that a sintered body obtained through a sintering step of sintering is used as a valve seat.
バルブシートは、通常、原料の混合物を焼結し、得られた焼結体を所望の形状に切削加工することにより製造される。そのため、バルブシートの原料が良好な焼結性を有するとともに、その焼結体が良好な被削性を有することが望まれる。 A valve seat is usually manufactured by sintering a mixture of raw materials and cutting the resulting sintered body into a desired shape. Therefore, it is desired that the raw material of the valve seat has good sinterability and the sintered body has good machinability.
そこで、耐摩耗性、焼結性、及び被削性に優れたバルブシート及びその製造方法を提供する。 Therefore, a valve seat excellent in wear resistance, sinterability and machinability and a manufacturing method thereof are provided.
本発明の一態様に従えば、バルブシートであって、
前記バルブシートの総質量を基準として、５～５０質量％の第１硬質粒子、及び０．６～２．０質量％の黒鉛を含み、残部が鉄及び不可避不純物からなり、
第１硬質粒子が、第１硬質粒子の質量を基準として、０．０１～０．５質量％のＲＥＭ、１～５質量％のＣｒ、３０～５０質量％のＭｏ、１０～３５質量％のＮｉ、及び０質量％超、２質量％未満のＣを含み、残部がＣｏ及び不可避不純物からなる、バルブシートが提供される。
According to one aspect of the invention, a valve seat comprising:
Based on the total mass of the valve seat, it contains 5 to 50% by mass of first hard particles, 0.6 to 2.0% by mass of graphite, and the balance being iron and inevitable impurities,
The first hard particles contain, based on the mass of the first hard particles, 0.01 to 0.5 mass% REM, 1 to 5 mass% Cr, 30 to 50 mass% Mo, and 10 to 35 mass% A valve seat is provided comprising Ni and greater than 0% by mass and less than 2% by mass of C, with the remainder consisting of Co and incidental impurities.
本発明の別の態様に従えば、バルブシートの製造方法であって、
混合粉末を圧粉成形して、成形体を得るステップと、
前記成形体を焼結するステップと、を含み、
前記混合粉末が、前記混合粉末の総質量を基準として、５～５０質量％の第１硬質粒子、及び０．６～２．０質量％の黒鉛粒子を含み、残部が鉄粒子及び不可避不純物からなり、
第１硬質粒子が、第１硬質粒子の質量を基準として、０．０１～０．５質量％のＲＥＭ、１～５質量％のＣｒ、３０～５０質量％のＭｏ、及び１０～３５質量％のＮｉを含み、残部がＣｏ及び不可避不純物からなる、方法が提供される。
According to another aspect of the invention, a method of manufacturing a valve seat, comprising:
a step of compacting the mixed powder to obtain a compact;
sintering the compact,
The mixed powder contains 5 to 50% by mass of first hard particles and 0.6 to 2.0% by mass of graphite particles based on the total mass of the mixed powder, and the balance is iron particles and inevitable impurities. become,
The first hard particles contain 0.01 to 0.5 wt% REM, 1 to 5 wt% Cr, 30 to 50 wt% Mo, and 10 to 35 wt%, based on the weight of the first hard particles of Ni with the balance consisting of Co and incidental impurities.
本開示のバルブシートは、優れた耐摩耗性、焼結性、及び被削性を有する。 The valve seat of the present disclosure has excellent wear resistance, sinterability and machinability.
以下、適宜図面を参照して実施形態を説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができる。なお、以下の説明で参照する図面において、同一の部材又は同様の機能を有する部材には同一の符号を付し、繰り返しの説明を省略する場合がある。また、図面の寸法比率が説明の都合上実際の比率とは異なったり、部材の一部が図面から省略されたりする場合がある。また、本願において、記号「～」を用いて表される数値範囲は、記号「～」の前後に記載される数値のそれぞれを下限値及び上限値として含む。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings as appropriate. The present invention is not limited to the following embodiments, and various design changes can be made without departing from the spirit of the invention described in the claims. In the drawings referred to in the following description, the same members or members having similar functions are denoted by the same reference numerals, and repeated description may be omitted. Also, the dimensional ratios in the drawings may differ from the actual ratios for convenience of explanation, and some members may be omitted from the drawings. In addition, in the present application, a numerical range represented using the symbol "~" includes the numerical values described before and after the symbol "~" as lower and upper limits, respectively.
（１）バルブシート
実施形態に係るバルブシートは、バルブシートの総質量を基準として、５～５０質量％の第１硬質粒子、及び０．６～２．０質量％の黒鉛を含み、残部が鉄及び不可避不純物からなる。図１に示すように、バルブシート２０は、第１硬質粒子４０と、鉄及び炭素を含む鉄系合金の基地（マトリクス）６０を有してよい。バルブシート２０は、バルブシートの総質量を基準として０質量％超、１０質量％以下の割合で、フェロモリブデン（Ｆｅ－Ｍｏ合金）を含む第２硬質粒子８０をさらに含んでよいが、第２硬質粒子８０は必須ではない。バルブシート２０は、相手材（バルブ）の表面（バルブフェース）に対して相対的に摺動する摺動面２０ａを有する。
(1) Valve seat The valve seat according to the embodiment contains 5 to 50% by mass of first hard particles and 0.6 to 2.0% by mass of graphite, based on the total mass of the valve seat. Consists of iron and unavoidable impurities. As shown in FIG. 1, the
第１硬質粒子４０は、バルブシート２０の基地６０よりも高い硬度を有する。第１硬質粒子４０は、第１硬質粒子４０の質量を基準として、０．０１～０．５質量％のＲＥＭ（Ｒａｒｅ Ｅａｒｔｈ Ｍｅｔａｌ、希土類金属）、１～５質量％のクロム（Ｃｒ）、３０～５０質量％のモリブデン（Ｍｏ）、１０～３５質量％のニッケル（Ｎｉ）、及び０質量％超、２質量％未満のカーボン（Ｃ）を含み、残部がコバルト（Ｃｏ）及び不可避不純物からなる。
The first
ＲＥＭは、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、及びランタノイドの総称である。ＲＥＭとして、希土類金属の混合物であるミッシュメタルを用いてよい。第１硬質粒子４０が０．０１質量％以上のＲＥＭを含有することにより、バルブシート２０が高い耐摩耗性を有する。第１硬質粒子４０のＲＥＭ含有量が０．５質量％以下であることにより、第１硬質粒子４０がバルブシート２０の基地６０と良好に焼結されて、第１硬質粒子４０と基地６０が十分な強度で密着する。
REM is a generic term for scandium (Sc), yttrium (Y), and lanthanides. A misch metal, which is a mixture of rare earth metals, may be used as the REM. Since the first
第１硬質粒子４０がＭｏを３０質量％以上含有することにより、バルブシート２０が高い耐摩耗性を有することができる。第１硬質粒子４０のＭｏ含有量が５０質量％以下であることにより、第１硬質粒子４０をアトマイズ法により容易に製造することができるとともに、バルブシート２０が良好な被削性を有することができる。第１硬質粒子４０が適量のＭｏを含有することにより、第１硬質粒子４０の表面に高い潤滑性を有する酸化モリブデン膜が形成され、その結果高い耐摩耗性がもたらされると発明者らは考えている。
When the first
第１硬質粒子４０が１質量％以上のＣｒを含有することにより、バルブシート２０が高い耐摩耗性を有する。第１硬質粒子４０のＣｒ含有量が５質量％以下であることにより、バルブシート２０が良好な被削性を有する。
Since the first
第１硬質粒子４０が１０質量％以上のＮｉを含有することにより、第１硬質粒子４０がバルブシート２０の基地６０と良好に焼結されて、第１硬質粒子４０と基地６０が十分に密着する。第１硬質粒子４０のＮｉ含有量が３５質量％以下であることにより、バルブシート２０が高い耐摩耗性を有する。
Since the first
第１硬質粒子４０がＣを含むことにより、バルブシート２０が高い耐摩耗性を有する。第１硬質粒子４０のＣ含有量が２質量％未満であることにより、バルブシート２０が良好な被削性を有することができる。
Since the first
第１硬質粒子４０は、第１硬質粒子４０の質量を基準として、０質量％超、１０質量％以下のマンガン（Ｍｎ）をさらに含んでもよい。第１硬質粒子４０のＭｎ含有量が１０質量％以下であることにより、第１硬質粒子４０をアトマイズ法により容易に製造することができる。
The first
第１硬質粒子４０は、第１硬質粒子４０の質量を基準として、０質量％超、１．５質量％以下のケイ素（Ｓｉ）をさらに含んでもよい。第１硬質粒子４０のＳｉ含有量が１．５質量％以下であることにより、第１硬質粒子４０と基地６０が十分に密着するとともに、バルブシート２０が良好な被削性を有することができる。
The first
第１硬質粒子４０は、上記成分の残部として、コバルト（Ｃｏ）及び不可避不純物を含む。
The first
第１硬質粒子４０の粒径は、例えば４４～２５０μｍの範囲内であってよいが、これに限定されない。ここで、所望の粒径を有する第１硬質粒子４０は、ＪＩＳ Ｚ ８８０１－１：２０１９に準拠したふるいを用いて得ることができる。第１硬質粒子４０の粒径が上記範囲内であることにより、第１硬質粒子４０が良好な流動性を有する。
The particle size of the first
第１硬質粒子４０は、上記の質量割合で各元素を含有する溶湯を噴霧するアトマイズ法により製造することができる。特に、不活性ガスを噴霧媒体として用いるガスアトマイズ法により製造してよい。
The first
図２に、バルブシート２０の摺動面２０ａで露出している第１硬質粒子４０の、摺動面２０ａ近傍における組織を、模式的に示す。第１硬質粒子４０は、マトリクス４２と、マトリクス４２中に分散した硬質相４４と、を含む。マトリクス４２は、Ｃｏ並びにＣｏ中に固溶したＭｏ及びＲＥＭを含む。硬質相４４は、Ｃｒ炭化物及びＭｏ炭化物を含む。バルブシート２０を高温環境に曝すと、マトリクス４２の表面には酸化膜４６が形成される。酸化膜４６は、バルブシート２０が相手材（バルブ）に対して相対的に摺動するときに、第１硬質粒子４０が相手材の表面（バルブフェース）に凝着することを抑制し、それによりバルブシート２０の摺動面２０ａの摩耗を抑制する。酸化膜４６は酸化モリブデンを含んでよく、さらに酸化クロムを含んでもよい。酸化モリブデンは、高い潤滑性を有するため、バルブシート２０に優れた耐摩耗性をもたらす。また、ＣｒはＭｏよりも炭化物を形成しやすいため、第１硬質粒子４０に含まれる適量のＣｒが、マトリクス４２へのＭｏの固溶量を増加させる。その結果、酸化膜４６が十分な酸化モリブデンを含有し、バルブシート２０の耐摩耗性が向上すると発明者らは考えている。
FIG. 2 schematically shows the structure of the first
このように、実施形態に係るバルブシート２０の摺動面２０ａに露出した第１硬質粒子４０の表面には、酸化膜４６、特に酸化モリブデンを含む酸化膜４６が容易に形成される。エンジン用のバルブシートは、近年のエンジンの性能向上に伴い、高温且つ低酸化雰囲気中でも高い耐摩耗性を発揮することが要求される。実施形態のバルブシート２０が高温且つ低酸化雰囲気中に曝された場合、バルブシート２０の摺動面２０ａに露出した第１硬質粒子４０の表面には、十分な酸化膜４６（特に酸化モリブデン膜）が形成されるため、バルブシート２０は高い耐摩耗性を発揮することができる。
Thus, the
第２硬質粒子８０は、第１硬質粒子４０と同様に、バルブシート２０の基地６０よりも高い硬度を有する。第２硬質粒子８０は、バルブシート２０の耐摩耗性を向上させる。
The second
第２硬質粒子８０は、Ｆｅ－Ｍｏ合金の粒子である。第２硬質粒子は、鉄（Ｆｅ）及びＭｏを含む。第２硬質粒子は、Ｆｅ、Ｍｏ、及び不可避不純物からなってもよい。第２硬質粒子の粒径は、例えば４５μｍ以下であってよいが、これに限定されない。
The second
第２硬質粒子８０は、上記の質量割合で各元素を含有する溶湯を凝固させ、凝固体を機械的粉砕することにより製造してもよいし、ガスアトマイズ法又は水アトマイズ法等で製造してもよい。
The second
バルブシート２０は、さらに、被削性向上のための成分、例えば、フッ化物（例えばＳｒＦ、ＣａＦ）、硫化物（例えばＭｎＳ）、酸化物（例えばＣａＣＯ３）、窒化物（例えばＢＮ）、酸硫化物等を含有していてもよい。
The
（２）バルブシートの製造方法
上記のバルブシートは、混合粉末を圧粉成形して成形体を得るステップと、成形体を焼結するステップと、を含む製造方法により製造することができる。
(2) Manufacturing Method of Valve Seat The above-described valve seat can be manufactured by a manufacturing method including steps of compacting the mixed powder to obtain a compact, and sintering the compact.
混合粉末は、混合粉末の総質量を基準として、５～５０質量％の第１硬質粒子、及び０．６～２．０質量％の黒鉛粒子を含み、残部が鉄粒子及び不可避不純物からなる。混合粉末は、任意選択で、混合粉末の総質量を基準として、０質量％超、１０質量％以下の第２硬質粒子をさらに含んでもよい。第１硬質粒子、黒鉛粒子、及び鉄粒子、並びに任意選択で第２硬質粒子を上記の質量割合で混合することで混合粉末が得られる。 The mixed powder contains 5 to 50% by mass of first hard particles and 0.6 to 2.0% by mass of graphite particles based on the total mass of the mixed powder, and the balance consists of iron particles and unavoidable impurities. The mixed powder may optionally further comprise more than 0% and up to 10% by weight of second hard particles, based on the total weight of the mixed powder. A mixed powder is obtained by mixing the first hard particles, the graphite particles, the iron particles, and optionally the second hard particles in the above mass ratio.
第１硬質粒子と第２硬質粒子については既に詳述したため、ここでは説明を省略する。なお、混合粉末中の第１硬質粒子は、製造されるバルブシート中の第１硬質粒子と同様に、０質量％超、２質量％未満のカーボンを含んでよいが、混合粉末中の第１硬質粒子がカーボンを含むことは必須ではない。混合粉末中の第１硬質粒子がカーボンを含まない場合、混合粉末から作製された成形体を焼結するステップにおいて、黒鉛粒子から第１硬質粒子に少なくとも微量のカーボンが拡散する。そのため、製造されるバルブシート中の第１硬質粒子はカーボンを含む。その結果、バルブシート中の第１硬質粒子はＣｒ炭化物及びＭｏ炭化物を含む硬質相を有することができる。なお、後述の実施例で示すように、カーボンを含む第１硬質粒子を用いて製造されたバルブシートは、カーボンを含まない第１硬質粒子を用いて製造されたバルブシートよりも高い耐摩耗性を有することができる。 Since the first hard particles and the second hard particles have already been described in detail, the description is omitted here. The first hard particles in the mixed powder may contain more than 0% by mass and less than 2% by mass of carbon, similar to the first hard particles in the manufactured valve seat. It is not essential that the hard particles contain carbon. When the first hard particles in the mixed powder do not contain carbon, at least a small amount of carbon diffuses from the graphite particles to the first hard particles in the step of sintering the compact made from the mixed powder. Therefore, the first hard particles in the manufactured valve seat contain carbon. As a result, the first hard particles in the valve seat can have a hard phase including Cr carbides and Mo carbides. As shown in Examples below, a valve seat manufactured using the first hard particles containing carbon has higher wear resistance than a valve seat manufactured using the first hard particles not containing carbon. can have
黒鉛粒子としては、天然黒鉛粒子、人造黒鉛粒子、又はこれらの混合物を用いることができる。黒鉛粒子は、１～４５μｍの範囲内の粒径を有してよいがこれに限定されない。 Natural graphite particles, artificial graphite particles, or a mixture thereof can be used as the graphite particles. The graphite particles may have a particle size within the range of 1-45 μm, but are not so limited.
鉄粒子は、Ｆｅを主成分とする鉄粒子から構成される。鉄粒子として、Ｆｅ－Ｃ系粉末等の低合金鋼粉末、純鉄粉等を用いることができる。鉄粒子は、鉄粒子の総質量を基準として、０～５質量％のカーボンを含んでよく、残部が不可避不純物とＦｅからなってよい。また、鉄粒子は、ガスアトマイズ粉、水アトマイズ粉、又は還元粉であってよい。鉄粒子は１５０μｍ以下の粒径を有してよい。 The iron particles are composed of iron particles containing Fe as a main component. As the iron particles, low-alloy steel powder such as Fe—C powder, pure iron powder, and the like can be used. The iron particles may contain 0 to 5% by weight of carbon, with the balance consisting of unavoidable impurities and Fe, based on the total weight of the iron particles. Also, the iron particles may be gas-atomized powder, water-atomized powder, or reduced powder. The iron particles may have a particle size of 150 μm or less.
混合粉末に、さらに、他の成分を添加してもよい。例えば、混合粉末は、圧粉成形時の潤滑性を向上させるための潤滑剤（例えばステアリン酸亜鉛）、焼結体の被削性を向上させるための成分（例えば、フッ化物（例えばＳｒＦ２、ＣａＦ２）、硫化物（例えばＭｎＳ）、酸化物（例えばＣａＣＯ３）、窒化物（例えばＢＮ）、酸硫化物）を含有し得る。 Other ingredients may be added to the mixed powder. For example, the mixed powder includes a lubricant (e.g., zinc stearate) for improving lubricity during compaction, and a component (e.g., fluoride (e.g., SrF 2 , CaF 2 ), sulfides (eg MnS), oxides (eg CaCO 3 ), nitrides (eg BN), oxysulfides).
得られた混合粉末を圧粉成形し、成形体を得る。 The obtained mixed powder is compacted to obtain a compact.
次いで、成形体を焼結し、焼結体を得る。焼結温度及び焼結時間は適宜選択してよい。焼結は、非酸化性雰囲気中、例えば、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中、又は真空雰囲気中で行ってよい。次いで、必要に応じて、焼結体をバルブシートの形状に切削加工する。それにより、図１に示すような、第１硬質粒子４０と、鉄及び炭素を含む鉄系合金の基地（マトリクス）６０と、任意選択で第２硬質粒子８０とを有するバルブシート２０が得られる。
Next, the compact is sintered to obtain a sintered body. The sintering temperature and sintering time may be selected as appropriate. Sintering may be performed in a non-oxidizing atmosphere, for example in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, or in a vacuum atmosphere. Next, if necessary, the sintered body is cut into the shape of a valve seat. The result is a
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
実施例１～７及び比較例１～８の各々において、表１に記載の組成を有する第１合金粒子を、ガスアトマイズ法により作製した。得られた第１合金粒子を、ＪＩＳ Ｚ ８８０１－１：２０１９に準拠したふるいを用いて分級し、４４μｍ～２５０μｍの範囲内の粒子径を有する第１合金粒子を、第１硬質粒子として得た。 In each of Examples 1-7 and Comparative Examples 1-8, the first alloy particles having the compositions shown in Table 1 were produced by gas atomization. The obtained first alloy particles were classified using a sieve according to JIS Z 8801-1: 2019, and the first alloy particles having a particle size within the range of 44 μm to 250 μm were obtained as first hard particles. .
実施例１～６及び比較例１～８の各々において、Ｆｅ－Ｍｏ合金粒子を、粉砕法により作製した。Ｆｅ－Ｍｏ合金粒子を、ＪＩＳ Ｚ ８８０１－１：２０１９ に準拠したふるいを用いて分級し、４５μｍ以下の範囲内の粒子径を有するＦｅ－Ｍｏ合金粒子を、第２硬質粒子として得た。第２硬質粒子の粒径分布をレーザー回折式粒度分布測定装置により測定した。第２硬質粒子の粒子径は１０～４５μｍの範囲内であった。 In each of Examples 1-6 and Comparative Examples 1-8, Fe—Mo alloy particles were produced by a pulverization method. The Fe—Mo alloy particles were classified using a sieve conforming to JIS Z 8801-1:2019 to obtain Fe—Mo alloy particles having a particle size within the range of 45 μm or less as second hard particles. The particle size distribution of the second hard particles was measured with a laser diffraction particle size distribution analyzer. The particle size of the second hard particles was in the range of 10-45 μm.
第１硬質粒子、第２硬質粒子、黒鉛粒子（日本黒鉛工業製：ＣＰＢ－Ｓ）、及び還元鉄粉（ＪＥＦスチール：ＪＩＰ２５５Ｍ－９０）を、表１に記載の質量割合で混合し、さらに、成形潤滑剤として、第１硬質粒子、第２硬質粒子、黒鉛粒子、還元鉄粉、及びステアリン酸亜鉛の総質量を基準として、０．８質量％のステアリン酸亜鉛を加え、Ｖ型混合器を用いて３０分間混合した。これにより混合粉末を得た。 First hard particles, second hard particles, graphite particles (manufactured by Nippon Graphite Industry Co., Ltd.: CPB-S), and reduced iron powder (JEF Steel: JIP255M-90) are mixed in the mass ratio shown in Table 1, and As a molding lubricant, 0.8% by mass of zinc stearate is added based on the total mass of the first hard particles, the second hard particles, the graphite particles, the reduced iron powder, and the zinc stearate, and a V-shaped mixer is added. and mixed for 30 minutes. A mixed powder was thus obtained.
次に、成形型を用い、得られた混合粉末を７８４ＭＰａの圧力で圧粉成形してリング状の成形体を得た。この成形体を１１００℃の窒素雰囲気中で３０分間焼結して、試験体を得た。 Next, using a mold, the obtained mixed powder was compacted at a pressure of 784 MPa to obtain a ring-shaped compact. This molded body was sintered in a nitrogen atmosphere at 1100° C. for 30 minutes to obtain a test body.
＜焼結性の評価＞
作製した試験体の内部組織を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察した。具体的には、試験体を割断し、割断面をナイタル溶液でエッチングした後、ＳＥＭで観察した。実施例１及び比較例１の試験体の断面ＳＥＭ像を、図３、４にそれぞれ示す。実施例１の試験体においては、第１硬質粒子から鉄系基地への十分な原子拡散の痕跡（ＳＥＭ像中の第１硬質粒子周辺の白色部分）が見られ、良好に焼結されたことが確認された。第１硬質粒子の質量を基準とするＮｉ含有量が１０質量％未満である第１硬質粒子を用いた比較例１の試験体においては、第１硬質粒子から鉄系基地への原子拡散の痕跡が不十分であり、焼結が不十分であったことが確認された。実施例２～７及び比較例２～８の試験体については、実施例１と同様に、良好に焼結されたことを確認した。
<Evaluation of sinterability>
The internal structure of the prepared specimen was observed using a scanning electron microscope (SEM). Specifically, the specimen was cut, the cut surface was etched with a nital solution, and then observed with an SEM. Cross-sectional SEM images of the specimens of Example 1 and Comparative Example 1 are shown in FIGS. 3 and 4, respectively. In the test piece of Example 1, traces of sufficient atomic diffusion from the first hard particles to the iron-based matrix (white areas around the first hard particles in the SEM image) were seen, indicating that the sample was sintered well. was confirmed. In the test body of Comparative Example 1 using the first hard particles having a Ni content of less than 10% by mass based on the mass of the first hard particles, traces of atomic diffusion from the first hard particles to the iron-based matrix was insufficient and sintering was insufficient. As in Example 1, it was confirmed that the test pieces of Examples 2 to 7 and Comparative Examples 2 to 8 were sintered well.
＜被削性の評価＞
実施例１～７および比較例２～８の試験体を、後述する摩耗試験に用いるバルブシートの形状に切削加工した。表１に示すように、第１硬質粒子の質量を基準として５質量％を超えるＣｒを含む第１硬質粒子を用いた比較例５、及び第１硬質粒子の質量を基準として２質量％以上のＣを含む第１硬質粒子を用いた比較例８の試験体は、所望の形状に切削されず、被削性が不十分であることが示された。実施例１～７及び比較例２～４、６、７の試験体は所望の形状に切削することができ、良好な被削性を有することが示された。
<Evaluation of machinability>
The specimens of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 2 to 8 were machined into the shape of valve seats used in the wear test described later. As shown in Table 1, Comparative Example 5 using first hard particles containing more than 5% by mass of Cr based on the mass of the first hard particles, and 2% by mass or more based on the mass of the first hard particles The specimen of Comparative Example 8 using the first hard particles containing C was not cut into the desired shape, indicating insufficient machinability. The specimens of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 2 to 4, 6 and 7 could be cut into desired shapes, demonstrating good machinability.
＜耐摩耗性の評価＞
図５に示す試験機を用いて、実施例１～７及び比較例２～４、６、７の試験体の摩耗試験を行った。図５の試験機は、加熱源であるプロパンガスバーナー１０と、バルブシート２０と、バルブフェース１４を有するバルブ１３と、スプリング１６とを備える。バルブシート２０として、切削加工した試験体を用いた。バルブフェース１４は、ＥＶ１２（ＳＡＥ規格）を軟窒化処理して作製した。バルブ１３の上面１３ａとバルブシート２０の上面である基準面Ｐが面一になるように、バルブ１３とバルブシート２０を設置した。次いで、バルブシート２０とバルブフェース１４の摺動面の周囲をプロパンガス燃焼雰囲気とし、バルブシート２０の温度を３００℃に制御し、８時間にわたり、２０００回／分の頻度で、バルブシート２０とバルブフェース１４とを接触させた。バルブシート２０とバルブフェース１４との接触時には、スプリング１６により１８ｋｇｆの荷重を付与した。
<Abrasion resistance evaluation>
Using the test machine shown in FIG. 5, abrasion tests were performed on the specimens of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 2 to 4, 6 and 7. The testing machine of FIG. 5 includes a
その後、基準面Ｐからのバルブ１３の上面１３ａの沈み量、すなわち、基準面Ｐとバルブ１３の上面１３ａの軸方向位置（図５中のＺ方向位置）の差を測定した。この値は、バルブシート２０とバルブフェース１４の接触によるバルブシート２０及びバルブフェース１４の摩耗量に相当する。実施例７の試験体（バルブシート２０）の沈み量を１．０として、実施例１～６及び比較例２～４、６、７の試験体の相対的な沈み量（摩耗比）をそれぞれ求めた。結果を表１中に示す。
After that, the amount of sinking of the
第１硬質粒子の質量を基準として１０～３５質量％の範囲内のＮｉを含む第１硬質粒子を用いた実施例１～７の試験体は、第１硬質粒子の質量を基準として３５質量％を超えるＮｉを含む第１硬質粒子を用いた比較例２の試験体よりも摩耗量が小さかった。また、実施例１～７の試験体は、第１硬質粒子の質量を基準として３５質量％を超えるＮｉ及び３０質量％未満のＭｏを含む第１硬質粒子を用いた比較例３の試験体よりも摩耗量が小さかった。 The test specimens of Examples 1 to 7 using the first hard particles containing Ni in the range of 10 to 35% by mass based on the mass of the first hard particles were 35% by mass based on the mass of the first hard particles. The amount of wear was smaller than that of the test piece of Comparative Example 2 using the first hard particles containing more than Ni. In addition, the test specimens of Examples 1 to 7 are compared to the test specimen of Comparative Example 3 using the first hard particles containing more than 35% by mass of Ni and less than 30% by mass of Mo based on the mass of the first hard particles. The amount of wear was also small.
第１硬質粒子の質量を基準として１～５質量％の範囲内のＣｒを含む第１硬質粒子を用いた実施例１～７の試験体は、Ｃｒを含まない第１硬質粒子を用いた比較例４の試験体よりも摩耗量が小さかった。 The test specimens of Examples 1 to 7 using the first hard particles containing Cr in the range of 1 to 5% by mass based on the mass of the first hard particles were compared using the first hard particles containing no Cr. The amount of wear was smaller than that of the test piece of Example 4.
第１硬質粒子の質量を基準として０．０１～０.５質量％の範囲内のＲＥＭを含む第１硬質粒子を用いた実施例１～７の試験体は、ＲＥＭを含まない第１硬質粒子を用いた比較例６の試験体よりも摩耗量が小さかった。 The test specimens of Examples 1 to 7 using the first hard particles containing REM in the range of 0.01 to 0.5% by mass based on the mass of the first hard particles are the first hard particles that do not contain REM The amount of wear was smaller than that of the test piece of Comparative Example 6 using
試験体の総質量を基準として０．６～２．０質量％の範囲内の黒鉛を含む実施例１～７の試験体は、試験体の総質量を基準として０．６質量％未満の黒鉛を含む比較例７の試験体よりも摩耗量が小さかった。 The specimens of Examples 1-7, which contained graphite in the range of 0.6-2.0% by weight based on the total weight of the specimen, contained less than 0.6% graphite by weight based on the total weight of the specimen. The amount of wear was smaller than the test body of Comparative Example 7 containing.
第１硬質粒子の質量を基準として０質量％超、２質量％未満の範囲内のＣを含む第１硬質粒子を用いた実施例４の試験体は、Ｃを含まない第１硬質粒子を用いた実施例５の試験体よりも一層摩耗量が小さかった。 The test specimen of Example 4 using the first hard particles containing C in the range of more than 0% by mass and less than 2% by mass based on the mass of the first hard particles used the first hard particles that did not contain C. The amount of wear was much smaller than that of the test piece of Example 5.
試験体の総質量を基準として０質量％超、１０質量％以下の範囲内の第２硬質粒子を含む実施例１、６の試験体は、第２硬質粒子を含まない実施例７の試験体よりも、一層摩耗量が小さかった。 The specimens of Examples 1 and 6 containing the second hard particles in the range of more than 0% by mass and 10% by mass or less based on the total mass of the specimen are the specimens of Example 7 that do not contain the second hard particles. The amount of wear was much smaller than
１３ バルブ
１４ バルブフェース
１６ スプリング
２０ バルブシート
２０ａ 摺動面
４０ 第１硬質粒子
４２ マトリクス
４４ 硬質相
４６ 酸化膜
６０ 基地
８０ 第２硬質粒子
13
Claims (9)
前記バルブシートの総質量を基準として、５～５０質量％の第１硬質粒子、及び０．６～２．０質量％の黒鉛を含み、残部が鉄及び不可避不純物からなり、
第１硬質粒子が、第１硬質粒子の質量を基準として、０．０１～０．５質量％のＲＥＭ、１～５質量％のＣｒ、３０～５０質量％のＭｏ、１０～３５質量％のＮｉ、及び０質量％超、２質量％未満のＣを含み、残部がＣｏ及び不可避不純物からなる、バルブシート。 a valve seat,
Based on the total mass of the valve seat, it contains 5 to 50% by mass of first hard particles, 0.6 to 2.0% by mass of graphite, and the balance being iron and inevitable impurities,
The first hard particles contain, based on the mass of the first hard particles, 0.01 to 0.5 mass% REM, 1 to 5 mass% Cr, 30 to 50 mass% Mo, and 10 to 35 mass% A valve seat containing Ni and more than 0% by mass and less than 2% by mass of C, with the balance being Co and unavoidable impurities.
第２硬質粒子がＦｅ－Ｍｏ合金を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のバルブシート。 The valve seat further comprises more than 0% by mass and 10% by mass or less of second hard particles based on the total mass of the valve seat,
A valve seat according to any preceding claim, wherein the second hard particles comprise an Fe-Mo alloy.
混合粉末を圧粉成形して、成形体を得るステップと、
前記成形体を焼結するステップと、を含み、
前記混合粉末が、前記混合粉末の総質量を基準として、５～５０質量％の第１硬質粒子、及び０．６～２．０質量％の黒鉛粒子を含み、残部が鉄粒子及び不可避不純物からなり、
第１硬質粒子が、第１硬質粒子の質量を基準として、０．０１～０．５質量％のＲＥＭ、１～５質量％のＣｒ、３０～５０質量％のＭｏ、及び１０～３５質量％のＮｉを含み、残部がＣｏ及び不可避不純物からなる、方法。 A method for manufacturing a valve seat, comprising:
a step of compacting the mixed powder to obtain a compact;
sintering the compact,
The mixed powder contains 5 to 50% by mass of first hard particles and 0.6 to 2.0% by mass of graphite particles based on the total mass of the mixed powder, and the balance is iron particles and inevitable impurities. become,
The first hard particles contain 0.01 to 0.5 wt% REM, 1 to 5 wt% Cr, 30 to 50 wt% Mo, and 10 to 35 wt%, based on the weight of the first hard particles of Ni with the balance consisting of Co and unavoidable impurities.
第２硬質粒子がＦｅ－Ｍｏ合金を含む、請求項５～８のいずれか一項に記載の方法。 The mixed powder further contains second hard particles of more than 0% by mass and 10% by mass or less based on the total mass of the mixed powder,
The method of any one of claims 5-8, wherein the second hard particles comprise an Fe-Mo alloy.
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