JP3230125B2 - チップ材が高い接合強度を有する内燃機関タペット部材 - Google Patents

チップ材が高い接合強度を有する内燃機関タペット部材

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、炭化タングステン
(以下、WCで示す)基超硬合金で構成されたチップ材
を、これの液相焼結と同時に低合金鋼製タペット本体
に、強固な接合強度で接合してなる内燃機関タペット部
材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、一般に、ディーゼルエンジンやガ
ソリンエンジンなどの内燃機関のタペット部材として、
例えば特開昭62−182406号公報に記載され、か
つ図1に概略縦断面図で例示されるように、通常冷間鍛
造で成形加工され、かつ炭素鋼や合金鋼などで構成され
たタペット本体1のカム当接面側の頂面1aに、金属の
炭化物、窒化物、およびほう化物のうちの1種以上とN
iまたはNi合金で構成されたチップ材2を、これの液
相焼結と同時に接合してなるタペット部材が知られてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の内燃機関
の高出力化および高性能化はめざましく、これに伴な
い、これの構造部材であるタペット部材はより一段と苛
酷な条件下での使用を余儀なくされる傾向にあるが、上
記の従来タペット部材においては、タペット本体とチッ
プ材との接合強度が十分でないために、苛酷な使用条件
下では、これら両者間に剥離が発生し易く、信頼性の点
で問題がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、上記の従来タペット部材に着目
し、これを構成するチップ材のタペット本体への接合強
度の向上をはかるべく研究を行なった結果、タペット本
体を、重量%で(以下、%は重量%を示す)、C:0.
13〜0.5%、 Si:0.15〜0.35%、
Mn:0.3〜1.2%、 Cr:0.4〜3.5
%、を含有し、さらに必要に応じて、Ni:0.4〜
4.5%、 Mo:0.15〜0.7%、のうちの
1種または2種、を含有し、残りがFeと不可避不純物
からなる組成を有する低合金鋼に特定すると共に、これ
のカム当接面側の頂面に、焼結と同時に接合されるチッ
プ材の焼結前の圧粉体の配合組成を、Co:20〜30
%、 Ni:3〜15%、(ただし、Co+
Ni:25〜35%)、P:0.1〜1%、炭化クロム
(以下、Cr3 2 で示す):0.5〜10%、Nb,
V,Ti,Mo、およびTaの炭化物(以下、それぞれ
NbC,VC,TiC,Mo2 C、およびTaCで示
し、これらを総称して金属炭化物という)のうちの1種
以上:0.1〜7%、必要に応じてFe:0.1〜3
%、WC:残り、からなるものに特定すると、チップ材
の焼結時に、タペット本体のSiとチップ材を構成する
Pの相互作用でタペット本体へのチップ材のぬれ性が著
しく向上するようになると共に、チップ材の結合相を構
成するCo+Ni中に固溶したCr3 2 の作用でチッ
プ材のタペット本体への密着性が著しく向上し、この密
着性向上効果は金属炭化物の共存によって一段と促進さ
れるようになり、この結果焼結後のチップ材は、タペッ
ト本体にきわめて強固に接合するようになり、かつ実質
的にWC基超硬合金で構成されるようになることから、
すぐれた耐摩耗性も具備するという研究結果を得たので
ある。
【0005】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、C:0.13〜0.5%、
Si:0.15〜0.35%、Mn:0.3〜1.2
%、 Cr:0.4〜3.5%、を含有し、さらに
必要に応じて、Ni:0.4〜4.5%、 Mo:
0.15〜0.7%、のうちの1種または2種、を含有
し、残りがFeと不可避不純物からなる組成を有する低
合金鋼製タペット本体のカム当接面側の頂面に、チップ
材として、Co:20〜30%、 Ni:3〜
15%、(ただし、Co+Ni:25〜35%)、P:
0.1〜1%、Cr3 2 :0.5〜10%、金属炭化
物のうちの1種または2種以上:0.1〜7%、必要に
応じてFe:0.1〜3%、WC:残り、からなる配合
組成の圧粉体を液相焼結接合してなる、チップ材が高い
接合強度を有する内燃機関タペット部材に特徴を有する
ものである。
【0006】つぎに、この発明のタペット部材におい
て、タペット本体の成分組成およびチップ材の配合組成
を上記の通りに限定した理由を説明する。 A.タペット本体の成分組成 (a) C C成分には、素地に固溶して強度を向上させる作用があ
るが、その含有量が0.13%未満では所望の強度向上
効果が得られず、一方その含有量が0.5%を越えると
靭性が低下するようになることから、その含有量を0.
13〜0.5%と定めた。なお、望ましくは0.2〜
0.3%の含有がよい。
【0007】(b) Si Si成分には、チップ材の焼結時に、チップ材中のPと
の共存作用でチップ材とのぬれ性を向上させ、もってチ
ップ材のタペット本体への密着性を向上させる作用があ
るが、その含有量が0.15%未満では前記作用に所望
の効果が得られず、一方その含有量が0.35%を越え
ると強度が低下するようになることから、その含有量を
0.15〜0.35%と定めた。望ましくは0.2〜
0.3%の含有がよい。
【0008】(c) Mn Mn成分には、素地に固溶して靭性を向上させる作用が
あるが、その含有量が0.3%未満では所望の靭性向上
効果が得られず、一方その含有量が1.2%を越えると
強度が急激に低下するようになることから、その含有量
を0.3〜1.2%と定めた。望ましくは0.7〜1%
の含有がよい。
【0009】(d) Cr Cr成分には、素地に固溶して耐熱性を向上させる作用
があるが、その含有量が0.4%未満では所望の耐熱性
向上効果が得られず、一方その含有量が3.5%を越え
ると靭性が低下するようになることから、その含有量を
0.4〜3.5%と定めた。なお、望ましくは1〜3%
の含有がよい。
【0010】(e) NiおよびMo これらの成分には、素地に固溶して強度を一段と向上さ
せる作用があるので、必要に応じて含有されるが、その
含有量が、それぞれNi:0.4%未満およびMo:
0.15%未満では所望の強度向上効果が得られず、一
方その含有量がNi:4.5%およびMo:0.7%を
越えると靭性が低下するようになることから、その含有
量をNi:0.4〜4.5%、Mo:0.15〜0.7
%と定めた。なお、望ましくはNi:2〜3%、Mo:
0.3〜0.5%の含有がよい。
【0011】B.チップ材の配合組成 (a) Co Co成分は、焼結を可能ならしめると共に、靭性を確保
するのに不可欠な成分であるが、その割合が20%未満
では前記の作用に所望の効果が得られず、一方その割合
が30%を越えると硬さが低下するようになることか
ら、その割合を20〜30%と定めた。なお、望ましく
は23〜25%の割合がよい。
【0012】(b) Ni Ni成分には、Co成分との共存において、強度を向上
させる作用があるが、その割合が3%未満では所望の強
度向上効果が得られず、この場合NiとCoの合量が2
5%未満では上記のCoおよびNiによる作用に所望の
効果が得られず、一方Niの割合が15%を越えると靭
性が低下するようになり、しかもこの場合NiとCoの
合量が35%を越えると耐摩耗性が低下するようになる
ことから、Niの割合を3〜15%、望ましくは5〜7
%、NiとCoの合量を25〜35%、望ましくは28
〜32%と定めた。
【0013】(c) P P成分には、焼結性を向上せしめて液相焼結を可能なら
しめると共に、タペット本体のSiとの共存作用でチッ
プ材のタペット本体へのぬれ性を向上させる作用がある
が、その割合が0.1%未満では前記作用に所望の効果
が得られず、一方その割合が1%を越えると脆化現象が
現われるようになることから、その割合を0.1〜1%
と定めた。なお、望ましくは0.3〜0.7%の割合が
よい。
【0014】(d) Cr3 2 Cr3 2 成分には、結合相に固溶し、タペット本体の
Siおよびチップ材のPによるぬれ性向上効果と相まっ
て、チップ材のタペット本体への密着性を著しく向上さ
せる作用があるが、その割合が0.5%未満では前記作
用に所望の効果が得られず、一方その割合が10%を越
えると強度が低下するようになることから、その割合を
0.5〜10%と定めた。望ましくは4〜8%の割合が
よい。
【0015】(e) 金属炭化物 金属炭化物には、Cr3 2 による上記作用を一段と向
上させる作用があるが、その割合が0.1%未満では所
望の向上効果が得られず、一方その割合が7%を越える
と強度が低下するようになることから、その割合を0.
1〜7%と定めた。なお、望ましくは0.5〜3%の割
合がよい。
【0016】(f) Fe Fe成分には、結合相に固溶して、これの硬さを向上さ
せる作用があるので、必要に応じて含有されるが、その
割合が0.1%未満では所望の硬さ向上効果が得られ
ず、その割合が3%を越える強度が低下するようになる
ことから、その割合を0.1〜3%と定めた。望ましく
は0.3〜1%の割合がよい。
【0017】
【実施例】つぎに、この発明のタペット部材を実施例に
より具体的に説明する。まず、いずれも冷間鍛造加工に
より図1に示される形状および外径:31mm×長さ:5
1mmの寸法を有し、かつそれぞれ表1に示される成分組
成の低合金鋼で構成されたタペット本体A〜Pを用意
し、またチップ材を形成するために、原料粉末として、
いずれも粒度が100メッシュ以下のWC粉末、Cr3
2 粉末、各種金属炭化物粉末、Co−P合金(P:3
5%含有)粉末、Fe−P合金(P:25%含有)粉
末、Fe粉末、Co粉末、Ni粉末、および黒鉛粉末を
用い、これら原料粉末を表2,3に示される配合組成に
配合し、混合した後、5ton /cm2 の圧力で直径:31
mmφ×厚さ:3mmの寸法をもった圧粉体a〜qをプレス
成形し、これらの圧粉体a〜qを、それぞれ表4に示さ
れる組合せでタペット本体A〜Pのカム当接面側の頂面
上に図示の通り載置し、この状態で、真空中、1200
〜1300℃の範囲内の所定の温度に60分間保持の条
件で前記圧粉体を焼結してチップ材とすると共に、これ
をタペット本体に接合することにより本発明タペット部
材1〜15および比較タペット部材1〜5をそれぞれ製
造した。
【0018】なお、比較タペット部材1〜5は、タペッ
ト本体とチップ材の接合強度に影響を及ぼす成分、すな
わちタペット本体のSi並びにチップ材のPおよび(C
32 +金属炭化物)のうちのいずれかの含有割合
が、この発明の範囲から低い方に外れたものである。
【0019】つぎに、この結果得られた各種のタペット
部材について、チップ材のビッカース硬さを測定すると
共に、これを6気筒12バルブ、8200cc、210馬
力のディーゼルエンジンに組込み、回転数:3000r.
p.m.、運転時間:200時間の高速回転条件で実機試験
を行ない、チップ材のカム摺動面における最大摩耗深さ
を測定すると共に、タペット本体へのチップ材の接合強
度を評価する目的で、これら両者の接合面を外周にそっ
て観察し、剥離が原因の割れ発生数を測定した。さらに
接合強度を評価する目的で、前記接合面の剪断強度も測
定した。これらの測定結果を表3に示した。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】
【表3】
【0023】
【表4】
【0024】
【発明の効果】表1〜4に示される結果から、本発明タ
ペット部材1〜15は、いずれも高速運転にもかかわら
ず、チップ材のタペット本体からの剥離現象の発生な
く、すぐれた耐摩耗性を示すのに対して、比較タペット
部材1〜5に見られるように、タペット本体とチップ材
の接合に大きな影響を及ぼすタペット本体のSi並びに
チップ材のPおよび(Cr3 2 +金属炭化物)のうち
のいずれかの含有割合がこの発明の範囲から低い方に外
れると、これらに強固な接合強度を確保することができ
ないことが明らかである。上述のように、この発明のタ
ペット部材は、これを構成するチップ材がタペット本体
のカム当接面側の頂面に著しく強固に接合しているの
で、内燃機関の高速化および高性能化に十分満足に対応
でき、長期に亘ってすぐれた性能を発揮するのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】内燃機関のタペット部材を例示する概略縦断面
図である。
【符号の説明】
1 タペット本体、 1a タペット本体のカム当接面側の頂面、 2 チップ材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C22C 38/44 C22C 38/44 F01L 1/14 F01L 1/14 B // B23K 103:18 B23K 103:18 (56)参考文献 特開 平4−132806(JP,A) 特開 平3−294452(JP,A) 特開 昭60−63349(JP,A) 特開 昭59−9148(JP,A) 特開 昭53−80319(JP,A) 特開 昭60−39149(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 20/00 - 20/227 B22F 7/00 - 7/08 F01L 1/14

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 C:0.13〜0.5%、 Si:0.15〜0.
    35%、 Mn:0.3〜1.2%、 Cr:0.4〜3.5
    %、を含有し、残りがFeと不可避不純物からなる組成
    を有する低合金鋼製タペット本体のカム当接面側の頂面
    に、チップ材として、 Co:20〜30%、 Ni:3〜15%、 (ただし、Co+Ni:25〜35%)、 P:0.1〜1%、 炭化クロム:0.5〜
    10%、 Nb,V,Ti,Mo、およびTaの炭化物のうちの1
    種または2種以上:0.1〜7%、 炭化タングステン:残り、からなる配合組成の圧粉体を
    液相焼結接合してなる、チップ材が高い接合強度を有す
    る内燃機関タペット部材。
  2. 【請求項2】 重量%で、 C:0.13〜0.5%、 Si:0.15〜0.
    35%、 Mn:0.3〜1.2%、 Cr:0.4〜3.5
    %、を含有し、さらに、 Ni:0.4〜4.5%、 Mo:0.15〜0.
    7%、のうちの1種または2種、を含有し、残りがFe
    と不可避不純物からなる組成を有する低合金鋼製タペッ
    ト本体のカム当接面側の頂面に、チップ材として、 Co:20〜30%、 Ni:3〜15%、 (ただし、Co+Ni:25〜35%)、 P:0.1〜1%、 炭化クロム:0.5〜
    10%、 Nb,V,Ti,Mo、およびTaの炭化物のうちの1
    種または2種以上:0.1〜7%、 炭化タングステン:残り、からなる配合組成の圧粉体を
    液相焼結接合してなる、チップ材が高い接合強度を有す
    る内燃機関タペット部材。
  3. 【請求項3】 重量%で、 C:0.13〜0.5%、 Si:0.15〜0.
    35%、 Mn:0.3〜1.2%、 Cr:0.4〜3.5
    %、を含有し、残りがFeと不可避不純物からなる組成
    を有する低合金鋼製タペット本体のカム当接面側の頂面
    に、チップ材として、 Co:20〜30%、 Ni:3〜15%、 (ただし、Co+Ni:25〜35%)、 P:0.1〜1%、 炭化クロム:0.5〜
    10%、 Nb,V,Ti,Mo、およびTaの炭化物のうちの1
    種または2種以上:0.1〜7%、 Fe:0.1〜3%、 炭化タングステン:残り、からなる配合組成の圧粉体を
    液相焼結接合してなる、チップ材が高い接合強度を有す
    る内燃機関タペット部材。
  4. 【請求項4】 重量%で、 C:0.13〜0.5%、 Si:0.15〜0.
    35%、 Mn:0.3〜1.2%、 Cr:0.4〜3.5
    %、を含有し、さらに、 Ni:0.4〜4.5%、 Mo:0.15〜0.
    7%、のうちの1種または2種、を含有し、残りがFe
    と不可避不純物からなる組成を有する低合金鋼製タペッ
    ト本体のカム当接面側の頂面に、チップ材として、 Co:20〜30%、 Ni:3〜15%、 (ただし、Co+Ni:25〜35%)、 P:0.1〜1%、 炭化クロム:0.5〜
    10%、 Nb,V,Ti,Mo、およびTaの炭化物のうちの1
    種または2種以上:0.1〜7%、 Fe:0.1〜3%、 炭化タングステン:残り、からなる配合組成の圧粉体を
    液相焼結接合してなる、チップ材が高い接合強度を有す
    る内燃機関タペット部材。
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