JP3275727B2 - 耐摩耗性のすぐれたＦｅ基焼結合金製２層バルブシートの製造方法 - Google Patents
耐摩耗性のすぐれたＦｅ基焼結合金製２層バルブシートの製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、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構造部材であ
るＦｅ基焼結合金製２層バルブシートの製造方法に関す
るものである。
ジンやガソリンエンジンなどの内燃機関の構造部材であ
るＦｅ基焼結合金製２層バルブシートの製造方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、内燃機関のＦｅ基焼結合金製２層
バルブシートとしては、例えば特開平５−１４０７０２
号公報に記載されるものなど多くのものが知られてお
り、これらがＦｅ基焼結合金のバルブ当接層と、該バル
ブ当接層と一体焼結結合されたＦｅ基焼結合金のバック
アップ層で構成されることも知られている。
バルブシートとしては、例えば特開平５−１４０７０２
号公報に記載されるものなど多くのものが知られてお
り、これらがＦｅ基焼結合金のバルブ当接層と、該バル
ブ当接層と一体焼結結合されたＦｅ基焼結合金のバック
アップ層で構成されることも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の内燃機関
の高出力化および大型化はめざましく、これに伴ない、
内燃機関の構造部材であるバルブシートは、より一段の
高温環境下での稼働を余儀なくされるが、上記の従来Ｆ
ｅ基焼結合金製２層バルブシートはじめ、その他多くの
バルブシートをより一段の高温環境下で用いた場合、特
にバルブ当接層の摩耗進行が急激に促進されるようにな
り、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
の高出力化および大型化はめざましく、これに伴ない、
内燃機関の構造部材であるバルブシートは、より一段の
高温環境下での稼働を余儀なくされるが、上記の従来Ｆ
ｅ基焼結合金製２層バルブシートはじめ、その他多くの
バルブシートをより一段の高温環境下で用いた場合、特
にバルブ当接層の摩耗進行が急激に促進されるようにな
り、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【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、特に高温環境にさらされても、
すぐれた耐摩耗性を発揮するＦｅ基焼結合金製２層バル
ブシートを開発すべく研究を行なった結果、特にＦｅ基
焼結合金製２層バルブシートのバルブ当接層を、 （ａ）素地形成用合金粉末として、重量％（質量％）で
［以下、％は組成に関する％は重量％（質量％）を示
す］、 Ｃ：０．２〜３％、 Ｎｉ：０．５〜７％、 Ｃｏ：１〜１２％、 Ｎｂ：０．０５〜１．５
％、 を含有し、さらに、 Ｃｒ：０．３〜６％、 Ｍｏ：０．２〜６％、 Ｗ：０．５〜６％、 Ｓｉ：０．１〜１％、 のうちの１種または２種以上、 を含有し、または含有せず、残りがＦｅと不可避不純物
からなる組成を有する合金鋼粉末、 （ｂ）硬質粒子Ａ形成用合金粉末として、 Ｍｏ：２０〜３５％、 Ｃｒ：５〜１０％、 Ｓｉ：１〜４％、 を含有し、残りがＣｏと不可避不純物からなる組成を有
するＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ系合金からなるＣｏ基合金粉末、 （ｃ）硬質粒子Ｂ形成用合金粉末として、 Ｃ：０．５〜３％、 Ｗ：１５〜３０％、 Ｃｏ：１５〜３０％、 Ｆｅ：５〜１５％、 Ｎｂ：０．２〜２％、 Ｓｉ：０．２〜２％、 を含有し、残りがＣｒと不可避不純物からなる組成を有
するＣｒ−Ｗ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金からなるＣｒ基合金粉
末、 以上（ａ）〜（ｃ）粉末を原料粉末として用いることに
より形成した、 Ｃ：０．５〜２％、 Ｓｉ：０．０５〜１％、 Ｃｏ：８〜１６％、 Ｃｒ：２〜８％、 Ｍｏ：１．５〜６％、 Ｗ：１．５〜６％、 Ｎｉ：０．５〜２％、 Ｎｂ：０．０５〜１％、 を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる全体組
成、合金鋼の素地に、Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ系合金からなる
Ｃｏ基合金硬質粒子Ａと、Ｃｒ−Ｗ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金
からなるＣｒ基合金硬質粒子Ｂとが、光学顕微鏡組織写
真で観察して、合量で６〜２６面積％の割合で分散分布
し、かつ前記硬質粒子Ａの割合が硬質粒子に占める割合
で２５〜７５面積％である組織、および５〜２５％の気
孔率、を有するＦｅ基焼結合金で構成すると、この結果
製造されたＦｅ基焼結合金製２層バルブシートにおいて
は、上記バルブ当接層を構成する上記硬質粒子Ａが高温
耐摩耗性にすぐれていることから、これによってより高
温下での使用に際してもすぐれた耐摩耗性が確保され、
また上記硬質粒子Ｂはすぐれた常温耐摩耗性をもつこと
から、これによって特に内燃機関の初期稼動時および低
速運転時における耐摩耗性が確保され、全体的にすぐれ
た耐摩耗性を長期に亘って発揮するようになり、またこ
れに銅または銅合金を溶浸させると熱伝導性および強度
が向上し、さらに鉛または鉛合金を溶浸させると潤滑
性、制振性、および被削性が向上するようになるという
研究結果を得たのである。
上述のような観点から、特に高温環境にさらされても、
すぐれた耐摩耗性を発揮するＦｅ基焼結合金製２層バル
ブシートを開発すべく研究を行なった結果、特にＦｅ基
焼結合金製２層バルブシートのバルブ当接層を、 （ａ）素地形成用合金粉末として、重量％（質量％）で
［以下、％は組成に関する％は重量％（質量％）を示
す］、 Ｃ：０．２〜３％、 Ｎｉ：０．５〜７％、 Ｃｏ：１〜１２％、 Ｎｂ：０．０５〜１．５
％、 を含有し、さらに、 Ｃｒ：０．３〜６％、 Ｍｏ：０．２〜６％、 Ｗ：０．５〜６％、 Ｓｉ：０．１〜１％、 のうちの１種または２種以上、 を含有し、または含有せず、残りがＦｅと不可避不純物
からなる組成を有する合金鋼粉末、 （ｂ）硬質粒子Ａ形成用合金粉末として、 Ｍｏ：２０〜３５％、 Ｃｒ：５〜１０％、 Ｓｉ：１〜４％、 を含有し、残りがＣｏと不可避不純物からなる組成を有
するＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ系合金からなるＣｏ基合金粉末、 （ｃ）硬質粒子Ｂ形成用合金粉末として、 Ｃ：０．５〜３％、 Ｗ：１５〜３０％、 Ｃｏ：１５〜３０％、 Ｆｅ：５〜１５％、 Ｎｂ：０．２〜２％、 Ｓｉ：０．２〜２％、 を含有し、残りがＣｒと不可避不純物からなる組成を有
するＣｒ−Ｗ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金からなるＣｒ基合金粉
末、 以上（ａ）〜（ｃ）粉末を原料粉末として用いることに
より形成した、 Ｃ：０．５〜２％、 Ｓｉ：０．０５〜１％、 Ｃｏ：８〜１６％、 Ｃｒ：２〜８％、 Ｍｏ：１．５〜６％、 Ｗ：１．５〜６％、 Ｎｉ：０．５〜２％、 Ｎｂ：０．０５〜１％、 を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる全体組
成、合金鋼の素地に、Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ系合金からなる
Ｃｏ基合金硬質粒子Ａと、Ｃｒ−Ｗ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金
からなるＣｒ基合金硬質粒子Ｂとが、光学顕微鏡組織写
真で観察して、合量で６〜２６面積％の割合で分散分布
し、かつ前記硬質粒子Ａの割合が硬質粒子に占める割合
で２５〜７５面積％である組織、および５〜２５％の気
孔率、を有するＦｅ基焼結合金で構成すると、この結果
製造されたＦｅ基焼結合金製２層バルブシートにおいて
は、上記バルブ当接層を構成する上記硬質粒子Ａが高温
耐摩耗性にすぐれていることから、これによってより高
温下での使用に際してもすぐれた耐摩耗性が確保され、
また上記硬質粒子Ｂはすぐれた常温耐摩耗性をもつこと
から、これによって特に内燃機関の初期稼動時および低
速運転時における耐摩耗性が確保され、全体的にすぐれ
た耐摩耗性を長期に亘って発揮するようになり、またこ
れに銅または銅合金を溶浸させると熱伝導性および強度
が向上し、さらに鉛または鉛合金を溶浸させると潤滑
性、制振性、および被削性が向上するようになるという
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、Ｆｅ基焼結合金のバルブ当接層
と、これと一体焼結結合されたＦｅ基焼結合金のバック
アップ層で構成されたＦｅ基焼結合金製２層バルブシー
トを製造する方法において、 （ａ）素地形成用合金粉末として、 Ｃ：０．２〜３％、 Ｎｉ：０．５〜７％、 Ｃｏ：１〜１２％、 Ｎｂ：０．０５〜１．５
％、 を含有し、さらに、 Ｃｒ：０．３〜６％、 Ｍｏ：０．２〜６％、 Ｗ：０．５〜６％、 Ｓｉ：０．１〜１％、 のうちの１種または２種以上、を含有し、または含有せ
ず、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成を有する合
金鋼粉末、 （ｂ）硬質粒子Ａ形成用合金粉末として、 Ｍｏ：２０〜３５％、 Ｃｒ：５〜１０％、 Ｓｉ：１〜４％、 を含有し、残りがＣｏと不可避不純物からなる組成を有
するＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ系合金からなるＣｏ基合金粉末、 （ｃ）硬質粒子Ｂ形成用合金粉末として、 Ｃ：０．５〜３％、 Ｗ：１５〜３０％、 Ｃｏ：１５〜３０％、 Ｆｅ：５〜１５％、 Ｎｂ：０．２〜２％、 Ｓｉ：０．２〜２％、 を含有し、残りがＣｒと不可避不純物からなる組成を有
するＣｒ−Ｗ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金からなるＣｒ基合金粉
末、以上（ａ）〜（ｃ）粉末を原料粉末として用い、 Ｃ：０．５〜２％、 Ｓｉ：０．０５〜１％、 Ｃｏ：８〜１６％、 Ｃｒ：２〜８％、 Ｍｏ：１．５〜６％、 Ｗ：１．５〜６％、 Ｎｉ：０．５〜２％、 Ｎｂ：０．０５〜１％、 を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる全体組
成、素地中に、Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ系合金からなる高温耐
摩耗性Ｃｏ基合金硬質粒子Ａと、Ｃｒ−Ｗ−Ｃｏ−Ｆｅ
系合金からなる常温耐摩耗性Ｃｒ基合金硬質粒子Ｂと
が、光学顕微鏡組織写真で観察して、合量で６〜２６面
積％の割合で分散分布し、かつ前記硬質粒子Ａの割合が
硬質粒子に占める割合で２５〜７５面積％である組織、
および５〜２５％の気孔率、を有するＦｅ基焼結合金か
らなり、さらに必要に応じてこれに銅または銅合金、あ
るいは鉛または鉛合金が溶浸されたバルブ当接層を形成
することを特徴とする耐摩耗性のすぐれＦｅ基焼結合金
製２層バルブシートの製造方法に特徴を有するものであ
る。
なされたものであって、Ｆｅ基焼結合金のバルブ当接層
と、これと一体焼結結合されたＦｅ基焼結合金のバック
アップ層で構成されたＦｅ基焼結合金製２層バルブシー
トを製造する方法において、 （ａ）素地形成用合金粉末として、 Ｃ：０．２〜３％、 Ｎｉ：０．５〜７％、 Ｃｏ：１〜１２％、 Ｎｂ：０．０５〜１．５
％、 を含有し、さらに、 Ｃｒ：０．３〜６％、 Ｍｏ：０．２〜６％、 Ｗ：０．５〜６％、 Ｓｉ：０．１〜１％、 のうちの１種または２種以上、を含有し、または含有せ
ず、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成を有する合
金鋼粉末、 （ｂ）硬質粒子Ａ形成用合金粉末として、 Ｍｏ：２０〜３５％、 Ｃｒ：５〜１０％、 Ｓｉ：１〜４％、 を含有し、残りがＣｏと不可避不純物からなる組成を有
するＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ系合金からなるＣｏ基合金粉末、 （ｃ）硬質粒子Ｂ形成用合金粉末として、 Ｃ：０．５〜３％、 Ｗ：１５〜３０％、 Ｃｏ：１５〜３０％、 Ｆｅ：５〜１５％、 Ｎｂ：０．２〜２％、 Ｓｉ：０．２〜２％、 を含有し、残りがＣｒと不可避不純物からなる組成を有
するＣｒ−Ｗ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金からなるＣｒ基合金粉
末、以上（ａ）〜（ｃ）粉末を原料粉末として用い、 Ｃ：０．５〜２％、 Ｓｉ：０．０５〜１％、 Ｃｏ：８〜１６％、 Ｃｒ：２〜８％、 Ｍｏ：１．５〜６％、 Ｗ：１．５〜６％、 Ｎｉ：０．５〜２％、 Ｎｂ：０．０５〜１％、 を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる全体組
成、素地中に、Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ系合金からなる高温耐
摩耗性Ｃｏ基合金硬質粒子Ａと、Ｃｒ−Ｗ−Ｃｏ−Ｆｅ
系合金からなる常温耐摩耗性Ｃｒ基合金硬質粒子Ｂと
が、光学顕微鏡組織写真で観察して、合量で６〜２６面
積％の割合で分散分布し、かつ前記硬質粒子Ａの割合が
硬質粒子に占める割合で２５〜７５面積％である組織、
および５〜２５％の気孔率、を有するＦｅ基焼結合金か
らなり、さらに必要に応じてこれに銅または銅合金、あ
るいは鉛または鉛合金が溶浸されたバルブ当接層を形成
することを特徴とする耐摩耗性のすぐれＦｅ基焼結合金
製２層バルブシートの製造方法に特徴を有するものであ
る。
【０００６】なお、この発明の２層バルブシートは、バ
ルブ当接層形成に、上記の通りの組成をもった、素地形
成用合金鋼粉末、硬質粒子Ａ形成用Ｃｏ基合金粉末、お
よび硬質粒子Ｂ形成用Ｃｒ基合金粉末を原料粉末として
用い、これら原料粉末を所定の割合に配合し、以下通常
の条件で、混合してバルブ当接層形成用混合粉末とし、
これと別途用意したバックアップ層形成用混合粉末と共
に、所定の形状にプレス成形し、焼結し、さらに必要に
応じて銅または銅合金、あるいは鉛または鉛合金を溶浸
することによって製造される。
ルブ当接層形成に、上記の通りの組成をもった、素地形
成用合金鋼粉末、硬質粒子Ａ形成用Ｃｏ基合金粉末、お
よび硬質粒子Ｂ形成用Ｃｒ基合金粉末を原料粉末として
用い、これら原料粉末を所定の割合に配合し、以下通常
の条件で、混合してバルブ当接層形成用混合粉末とし、
これと別途用意したバックアップ層形成用混合粉末と共
に、所定の形状にプレス成形し、焼結し、さらに必要に
応じて銅または銅合金、あるいは鉛または鉛合金を溶浸
することによって製造される。
【０００７】つぎに、この発明の方法によって製造され
た２層バルブシートのバルブ当接層において、これを構
成するＦｅ基焼結合金の全体組成、硬質粒子の割合、お
よび気孔率を上記の通りに限定した理由を説明する。 （Ａ） 成分組成 （ａ） Ｃ Ｃ成分には、素地に固溶して、これを強化するほか、素
地に分散する炭化物を形成して素地の耐摩耗性を向上さ
せ、さらに硬質粒子Ａ，Ｂのそれぞれに含有して耐摩耗
性を向上させる作用があるが、その含有量が０．５％未
満では前記作用に所望の向上効果が得られず、一方その
含有量が２％を越えると、相手攻撃性が急激に増大する
ようになることから、その含有量を０．５〜２％、望ま
しくは０．８〜１．５％と定めた。
た２層バルブシートのバルブ当接層において、これを構
成するＦｅ基焼結合金の全体組成、硬質粒子の割合、お
よび気孔率を上記の通りに限定した理由を説明する。 （Ａ） 成分組成 （ａ） Ｃ Ｃ成分には、素地に固溶して、これを強化するほか、素
地に分散する炭化物を形成して素地の耐摩耗性を向上さ
せ、さらに硬質粒子Ａ，Ｂのそれぞれに含有して耐摩耗
性を向上させる作用があるが、その含有量が０．５％未
満では前記作用に所望の向上効果が得られず、一方その
含有量が２％を越えると、相手攻撃性が急激に増大する
ようになることから、その含有量を０．５〜２％、望ま
しくは０．８〜１．５％と定めた。
【０００８】（ｂ） Ｓｉ Ｓｉ成分は、主に硬質粒子Ａ，Ｂに含有して、硬質の金
属間化合物を形成し、これの耐摩耗性向上に寄与する
が、その含有量が０．０５％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１％を越えると硬質
粒子Ｂ自体が脆化し、耐摩耗性低下の原因となることか
ら、その含有量を０．０５〜１％、望ましくは０．２〜
０．７％と定めた。
属間化合物を形成し、これの耐摩耗性向上に寄与する
が、その含有量が０．０５％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１％を越えると硬質
粒子Ｂ自体が脆化し、耐摩耗性低下の原因となることか
ら、その含有量を０．０５〜１％、望ましくは０．２〜
０．７％と定めた。
【０００９】（ｃ） Ｃｏ Ｃｏ成分には、素地にあっては、これを固溶強化し、ま
た硬質粒子Ａではこれの高温耐摩耗性向上に寄与し、か
つ硬質粒子Ｂにおいては、これを固溶強化する作用があ
るが、その含有量が８％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１６％を越えると、バル
ブ当接層自体の耐摩耗性が低下するようになることか
ら、その含有量を８〜１６％、望ましくは１０〜１４％
と定めた。
た硬質粒子Ａではこれの高温耐摩耗性向上に寄与し、か
つ硬質粒子Ｂにおいては、これを固溶強化する作用があ
るが、その含有量が８％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１６％を越えると、バル
ブ当接層自体の耐摩耗性が低下するようになることか
ら、その含有量を８〜１６％、望ましくは１０〜１４％
と定めた。
【００１０】（ｄ） Ｃｒ Ｃｒ成分には、素地にあってはこれを固溶強化し、また
硬質粒子Ｂでは、主成分として含有して炭化物および金
属間化合物を形成して常温耐摩耗性を向上させ、さらに
硬質粒子Ａでは同じく炭化物および金属間化合物を形成
し、Ｃｏとの共存で高温耐摩耗性向上に寄与する作用が
あるが、その含有量が２％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８％を越えると焼結性
が低下し、バルブ当接層に所望の強度を確保することが
できなくなることから、その含有量を２〜８％、望まし
くは４〜６％と定めた。
硬質粒子Ｂでは、主成分として含有して炭化物および金
属間化合物を形成して常温耐摩耗性を向上させ、さらに
硬質粒子Ａでは同じく炭化物および金属間化合物を形成
し、Ｃｏとの共存で高温耐摩耗性向上に寄与する作用が
あるが、その含有量が２％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８％を越えると焼結性
が低下し、バルブ当接層に所望の強度を確保することが
できなくなることから、その含有量を２〜８％、望まし
くは４〜６％と定めた。
【００１１】（ｅ） Ｍｏ Ｍｏ成分には、素地においては、これを固溶強化し、か
つ硬質粒子Ｂには実質的に含有せず、主体が硬質粒子Ａ
に含有して炭化物を形成し、主成分であるＣｏとの共存
において高温耐摩耗性を向上させる作用があるが、その
含有量が１．５％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６％を越えると相手攻撃性が増
大するようになることから、その含有量を１．５〜６
％、望ましくは２〜４％と定めた。
つ硬質粒子Ｂには実質的に含有せず、主体が硬質粒子Ａ
に含有して炭化物を形成し、主成分であるＣｏとの共存
において高温耐摩耗性を向上させる作用があるが、その
含有量が１．５％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６％を越えると相手攻撃性が増
大するようになることから、その含有量を１．５〜６
％、望ましくは２〜４％と定めた。
【００１２】（ｆ） Ｗ Ｗ成分には、主として硬質粒子Ｂに含有して炭化物およ
び金属間化合物を形成し、もって常温耐摩耗性の向上に
寄与するが、その含有量が１．５％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６％を越える
と相手攻撃性が増すようになることから、その含有量を
１．５〜６％、望ましくは２〜４％と定めた。
び金属間化合物を形成し、もって常温耐摩耗性の向上に
寄与するが、その含有量が１．５％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６％を越える
と相手攻撃性が増すようになることから、その含有量を
１．５〜６％、望ましくは２〜４％と定めた。
【００１３】（ｇ） Ｎｉ Ｎｉ成分には、素地および硬質粒子Ａ，Ｂのいずれにも
固溶して、これを強化する作用があるが、その含有量が
０．５％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一
方その含有量が２％を越えると耐摩耗性が低下するよう
になることから、その含有量を０．５〜２％、望ましく
は０．８〜１．５％と定めた。
固溶して、これを強化する作用があるが、その含有量が
０．５％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一
方その含有量が２％を越えると耐摩耗性が低下するよう
になることから、その含有量を０．５〜２％、望ましく
は０．８〜１．５％と定めた。
【００１４】（ｈ） Ｎｂ Ｎｂ成分は、主に硬質粒子Ｂに含有して炭化物を形成
し、常温耐摩耗性向上に寄与する作用をもつが、その含
有量が０．０５％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１％を越えると相手攻撃性が増
すようになることから、その含有量を０．０５〜１％、
望ましくは０．２〜０．７％と定めた。
し、常温耐摩耗性向上に寄与する作用をもつが、その含
有量が０．０５％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１％を越えると相手攻撃性が増
すようになることから、その含有量を０．０５〜１％、
望ましくは０．２〜０．７％と定めた。
【００１５】（Ｂ） 硬質粒子の割合 上記の通り、バルブ当接層は、それぞれの硬質粒子Ａ，
Ｂによってすぐれた高温耐摩耗性と常温耐摩耗性をもつ
ようになり、したがって硬質粒子に占める割合で、硬質
粒子Ａの割合が２５面積％未満では所望の高温耐摩耗性
を確保することができず、一方その割合が７５面積％を
越えると相対的に硬質粒子Ｂの割合が少なくなりすぎて
所望の常温耐摩耗性を確保することができなくなること
から、硬質粒子Ａの割合を２５〜７５面積％、望ましく
は４０〜６０容量％と定めた。また、硬質粒子の全体割
合が６面積％未満では所望の耐摩耗性を確保することが
できず、一方その全体割合が２６面積％を越えると相手
攻撃性が急激に増大するばかりでなく、強度も低下する
ようになることから、その全体割合を６〜２６面積％、
望ましくは１０〜２０面積％と定めた。
Ｂによってすぐれた高温耐摩耗性と常温耐摩耗性をもつ
ようになり、したがって硬質粒子に占める割合で、硬質
粒子Ａの割合が２５面積％未満では所望の高温耐摩耗性
を確保することができず、一方その割合が７５面積％を
越えると相対的に硬質粒子Ｂの割合が少なくなりすぎて
所望の常温耐摩耗性を確保することができなくなること
から、硬質粒子Ａの割合を２５〜７５面積％、望ましく
は４０〜６０容量％と定めた。また、硬質粒子の全体割
合が６面積％未満では所望の耐摩耗性を確保することが
できず、一方その全体割合が２６面積％を越えると相手
攻撃性が急激に増大するばかりでなく、強度も低下する
ようになることから、その全体割合を６〜２６面積％、
望ましくは１０〜２０面積％と定めた。
【００１６】（Ｃ） 気孔率 １０％未満の気孔率では保油効果による潤滑性向上効果
が期待できないばかりでなく、銅および銅合金や鉛およ
び鉛合金の溶浸が不均一になって、これら溶浸による効
果を十分に発揮させることができず、一方気孔率が２５
％を越えると強度および耐摩耗性の低下が避けられない
ことから、気孔率を５〜２５％、望ましくは１０〜２０
％と定めた。
が期待できないばかりでなく、銅および銅合金や鉛およ
び鉛合金の溶浸が不均一になって、これら溶浸による効
果を十分に発揮させることができず、一方気孔率が２５
％を越えると強度および耐摩耗性の低下が避けられない
ことから、気孔率を５〜２５％、望ましくは１０〜２０
％と定めた。
【００１７】また、この発明の２層バルブシートのバッ
クアップ層は、上記のバルブ当接層と強固に一体焼結結
合し、かつすぐれた高温強度を有するＦｅ基焼結合金、
すなわち上記の特開平５−１４０７０２号公報に記載さ
れる２層バルブシートのバックアップ層を構成するＦｅ
基焼結合金と同じＦｅ基焼結合金、さらに詳述すれば 、 Ｃ：０．３〜１．２％、 Ｃｒ：１．２〜３．５
％、 Ｍｏ：０．１〜１％、 を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成、並
びに５〜２５％の気孔率、を有するＦｅ基焼結合金で構
成するのが望ましい。
クアップ層は、上記のバルブ当接層と強固に一体焼結結
合し、かつすぐれた高温強度を有するＦｅ基焼結合金、
すなわち上記の特開平５−１４０７０２号公報に記載さ
れる２層バルブシートのバックアップ層を構成するＦｅ
基焼結合金と同じＦｅ基焼結合金、さらに詳述すれば 、 Ｃ：０．３〜１．２％、 Ｃｒ：１．２〜３．５
％、 Ｍｏ：０．１〜１％、 を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成、並
びに５〜２５％の気孔率、を有するＦｅ基焼結合金で構
成するのが望ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明の２層バルブシ
ートの製造方法を実施例により具体的に説明する。ま
ず、バルブ当接層形成用原料粉末として、それぞれ表１
〜３に示される平均粒径および成分組成をもった素地形
成用合金粉末Ｍ−１〜Ｍ−１３、硬質粒子Ａ形成用合金
粉末Ａ−１〜Ａ−６、および硬質粒子Ｂ形成用合金粉末
Ｂ−１〜Ｂ−１３を用意し、これらを表４に示される組
合せで所定の割合に配合し、またバックアップ層形成用
原料粉末として、いずれも−１００meshの粒度を有する
Ｆｅ粉末、Ｆｅ−Ｃｒ合金（Ｃｒ：７５％含有）粉末、
Ｍｏ粉末、および黒鉛粉末を用意し、これらを表５に示
される配合組成に配合し、いずれもステアリン酸亜鉛：
１％を加えてミキサーにて３０分間混合して、バルブ当
接層形成用混合粉末ａ〜ｑおよびバックアップ層形成用
混合粉末ア〜キを調製し、これを表６〜９に示される組
合せでバルブ当接層とバックアップ層の相対割合が重量
比で４：６となる割合に金型内に装入し、５〜７ton ／
cm2 の範囲内の所定の圧力で圧粉体にプレス成形し、こ
の圧粉体を５００℃に３０分間保持して脱脂し、アンモ
ニア分解ガス雰囲気中、１１８０〜１２５０℃の範囲内
の所定温度に１時間保持の条件で焼結して、バルブ当接
層が表６〜９に示される全体組成および硬質粒子の割合
（１００倍の光学顕微鏡組織写真にもとづいて画像解析
装置にて測定）を示し、バックアップ層が表５の配合組
成と実質的に同じ成分組成を有し、かつ同じく表７，９
に示される気孔率を有するＦｅ基焼結合金で構成され、
寸法が外径：３４mm×最小内径：２７mm×厚さ：７．２
mmの本発明２層バルブシート１〜１３および比較２層バ
ルブシート１〜４をそれぞれ製造した。なお、上記比較
２層バルブシート１〜４は、これを構成するバルブ当接
層における硬質粒子の割合がこの発明の範囲から外れ、
これによって全体組成もこの発明の組成範囲から外れる
ようになったものである。
ートの製造方法を実施例により具体的に説明する。ま
ず、バルブ当接層形成用原料粉末として、それぞれ表１
〜３に示される平均粒径および成分組成をもった素地形
成用合金粉末Ｍ−１〜Ｍ−１３、硬質粒子Ａ形成用合金
粉末Ａ−１〜Ａ−６、および硬質粒子Ｂ形成用合金粉末
Ｂ−１〜Ｂ−１３を用意し、これらを表４に示される組
合せで所定の割合に配合し、またバックアップ層形成用
原料粉末として、いずれも−１００meshの粒度を有する
Ｆｅ粉末、Ｆｅ−Ｃｒ合金（Ｃｒ：７５％含有）粉末、
Ｍｏ粉末、および黒鉛粉末を用意し、これらを表５に示
される配合組成に配合し、いずれもステアリン酸亜鉛：
１％を加えてミキサーにて３０分間混合して、バルブ当
接層形成用混合粉末ａ〜ｑおよびバックアップ層形成用
混合粉末ア〜キを調製し、これを表６〜９に示される組
合せでバルブ当接層とバックアップ層の相対割合が重量
比で４：６となる割合に金型内に装入し、５〜７ton ／
cm2 の範囲内の所定の圧力で圧粉体にプレス成形し、こ
の圧粉体を５００℃に３０分間保持して脱脂し、アンモ
ニア分解ガス雰囲気中、１１８０〜１２５０℃の範囲内
の所定温度に１時間保持の条件で焼結して、バルブ当接
層が表６〜９に示される全体組成および硬質粒子の割合
（１００倍の光学顕微鏡組織写真にもとづいて画像解析
装置にて測定）を示し、バックアップ層が表５の配合組
成と実質的に同じ成分組成を有し、かつ同じく表７，９
に示される気孔率を有するＦｅ基焼結合金で構成され、
寸法が外径：３４mm×最小内径：２７mm×厚さ：７．２
mmの本発明２層バルブシート１〜１３および比較２層バ
ルブシート１〜４をそれぞれ製造した。なお、上記比較
２層バルブシート１〜４は、これを構成するバルブ当接
層における硬質粒子の割合がこの発明の範囲から外れ、
これによって全体組成もこの発明の組成範囲から外れる
ようになったものである。
【００１９】さらに、上記本発明２層バルブシート１〜
１３および比較２層バルブシート１〜４を本体とし、こ
れのそれぞれの上面に、純銅、Ｃｕ−３％Ｃｏ合金（以
下、Ｃｕ合金１という）またはＣｕ−３％Ｆｅ−２％Ｍ
ｎ−２％Ｚｎ合金（以下、Ｃｕ合金２という）の溶浸材
を表１０に示される組合せで載置し、この状態でメタン
変成ガス雰囲気中、温度：１１００℃に１５分間保持の
条件で銅または銅合金の溶浸処理を施すことにより本発
明銅溶浸２層バルブシート１〜１３および比較銅溶浸２
層バルブシート１〜４をそれぞれ製造した。また、同じ
く上記本発明２層バルブシート１〜１３および比較２層
バルブシート１〜４を本体とし、これに表１１に示され
る組合せで、純鉛、Ｐｂ−４％Ｓｂ合金（以下、合金ａ
という）、またはＰｂ−５％Ｓｎ合金（以下、合金ｂと
いう）の溶浸材の加熱浴中に、窒素雰囲気中、浴表面に
８kg／cm2 の圧力を付加した状態で１時間浸漬の条件で
鉛または鉛合金の溶浸処理を施すことにより本発明鉛溶
浸２層バルブシート１〜１３および比較鉛溶浸２層バル
ブシート１〜４をそれぞれ製造した。
１３および比較２層バルブシート１〜４を本体とし、こ
れのそれぞれの上面に、純銅、Ｃｕ−３％Ｃｏ合金（以
下、Ｃｕ合金１という）またはＣｕ−３％Ｆｅ−２％Ｍ
ｎ−２％Ｚｎ合金（以下、Ｃｕ合金２という）の溶浸材
を表１０に示される組合せで載置し、この状態でメタン
変成ガス雰囲気中、温度：１１００℃に１５分間保持の
条件で銅または銅合金の溶浸処理を施すことにより本発
明銅溶浸２層バルブシート１〜１３および比較銅溶浸２
層バルブシート１〜４をそれぞれ製造した。また、同じ
く上記本発明２層バルブシート１〜１３および比較２層
バルブシート１〜４を本体とし、これに表１１に示され
る組合せで、純鉛、Ｐｂ−４％Ｓｂ合金（以下、合金ａ
という）、またはＰｂ−５％Ｓｎ合金（以下、合金ｂと
いう）の溶浸材の加熱浴中に、窒素雰囲気中、浴表面に
８kg／cm2 の圧力を付加した状態で１時間浸漬の条件で
鉛または鉛合金の溶浸処理を施すことにより本発明鉛溶
浸２層バルブシート１〜１３および比較鉛溶浸２層バル
ブシート１〜４をそれぞれ製造した。
【００２０】つぎに、この結果得られた各種の２層バル
ブシートについて、バルブシート台上摩耗試験機を用
い、 バルブの材質：ＳＵＨ−３、 バルブの加熱温度：８００℃、 バルブの着座回数：３０００回／min 、 雰囲気：０．４kg／cm2 の圧力のプロパンガスと、流
量：１．５ｌ／min の酸素ガスによる燃焼ガス、 バルブシートの加熱温度（水冷）：３００〜４００℃、 着座荷重：２５kg、 試験時間：２時間の連続運転と１０分間の停止を１サイ
クルとして２０サイクル、 の条件で摩耗試験を行ない、バルブシートのバルブ当接
層における最大摩耗深さと相手材であるバルブの最大摩
耗深さを測定した。これらの測定結果を表９〜１１に示
した。
ブシートについて、バルブシート台上摩耗試験機を用
い、 バルブの材質：ＳＵＨ−３、 バルブの加熱温度：８００℃、 バルブの着座回数：３０００回／min 、 雰囲気：０．４kg／cm2 の圧力のプロパンガスと、流
量：１．５ｌ／min の酸素ガスによる燃焼ガス、 バルブシートの加熱温度（水冷）：３００〜４００℃、 着座荷重：２５kg、 試験時間：２時間の連続運転と１０分間の停止を１サイ
クルとして２０サイクル、 の条件で摩耗試験を行ない、バルブシートのバルブ当接
層における最大摩耗深さと相手材であるバルブの最大摩
耗深さを測定した。これらの測定結果を表９〜１１に示
した。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【表２】
【００２３】
【表３】
【００２４】
【表４】
【００２５】
【表５】
【００２６】
【表６】
【００２７】
【表７】
【００２８】
【表８】
【００２９】
【表９】
【００３０】
【表１０】
【００３１】
【表１１】
【００３２】
【発明の効果】表６〜１１に示される結果から、本発明
２層バルブシート１〜１３、本発明銅溶浸２層バルブシ
ート１〜１３、および本発明鉛溶浸２層バルブシート１
〜１３は、いずれも低い相手攻撃性で、かつ高温運転条
件下ですぐれた耐摩耗性を示すのに対して、比較２層バ
ルブシート１〜４、比較銅溶浸２層バルブシート１〜
４、および比較鉛溶浸２層バルブシート１〜４に見られ
るように、バルブ当接層を構成するＦｅ基焼結合金の硬
質粒子の割合がこの発明の範囲から外れると、耐摩耗性
が低下したり、相手攻撃性が増したりすることが明らか
である。上述のように、この発明の方法により製造され
た２層バルブシートは、特にバルブ当接層が硬質粒子
Ａ，Ｂを含有することによって高温および常温耐摩耗性
が著しく向上したＦｅ基焼結合金で構成されているの
で、これを高温運転の内燃機関に用いてもすぐれた耐摩
耗性を長期に亘って発揮するのである。
２層バルブシート１〜１３、本発明銅溶浸２層バルブシ
ート１〜１３、および本発明鉛溶浸２層バルブシート１
〜１３は、いずれも低い相手攻撃性で、かつ高温運転条
件下ですぐれた耐摩耗性を示すのに対して、比較２層バ
ルブシート１〜４、比較銅溶浸２層バルブシート１〜
４、および比較鉛溶浸２層バルブシート１〜４に見られ
るように、バルブ当接層を構成するＦｅ基焼結合金の硬
質粒子の割合がこの発明の範囲から外れると、耐摩耗性
が低下したり、相手攻撃性が増したりすることが明らか
である。上述のように、この発明の方法により製造され
た２層バルブシートは、特にバルブ当接層が硬質粒子
Ａ，Ｂを含有することによって高温および常温耐摩耗性
が著しく向上したＦｅ基焼結合金で構成されているの
で、これを高温運転の内燃機関に用いてもすぐれた耐摩
耗性を長期に亘って発揮するのである。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−225008（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−330261（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−140702（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−271998（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−358046（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−134607（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−202451（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−163350（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 38/00 304 C22C 33/02 C22C 38/52 F01L 3/02
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｆｅ基焼結合金のバルブ当接層と、これ
と一体焼結結合されたＦｅ基焼結合金のバックアップ層
で構成されたＦｅ基焼結合金製２層バルブシートを製造
する方法において、 （ａ）素地形成用合金粉末として、重量％（質量％）
で、 Ｃ：０．２〜３％、 Ｎｉ：０．５〜７％、 Ｃｏ：１〜１２％、 Ｎｂ：０．０５〜１．５
％、 を含有し、さらに、 Ｃｒ：０．３〜６％、 Ｍｏ：０．２〜６％、 Ｗ：０．５〜６％、 Ｓｉ：０．１〜１％、 のうちの１種または２種以上、 を含有し、または含有せず、残りがＦｅと不可避不純物
からなる組成を有する合金鋼粉末、 （ｂ）硬質粒子Ａ形成用合金粉末として、重量％（質量
％）で、 Ｍｏ：２０〜３５％、 Ｃｒ：５〜１０％、 Ｓｉ：１〜４％、 を含有し、残りがＣｏと不可避不純物からなる組成を有
するＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ系合金からなるＣｏ基合金粉末、 （ｃ）硬質粒子Ｂ形成用合金粉末として、重量％（質量
％）で、 Ｃ：０．５〜３％、 Ｗ：１５〜３０％、 Ｃｏ：１５〜３０％、 Ｆｅ：５〜１５％、 Ｎｂ：０．２〜２％、 Ｓｉ：０．２〜２％、 を含有し、残りがＣｒと不可避不純物からなる組成を有
するＣｒ−Ｗ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金からなるＣｒ基合金粉
末、 以上（ａ）〜（ｃ）粉末を原料粉末として用い、同じく
重量％（質量％）で、 Ｃ：０．５〜２％、 Ｓｉ：０．０５〜１％、 Ｃｏ：８〜１６％、 Ｃｒ：２〜８％、 Ｍｏ：１．５〜６％、 Ｗ：１．５〜６％、 Ｎｉ：０．５〜２％、 Ｎｂ：０．０５〜１％、 を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる全体組
成、 合金鋼の素地に、Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ系合金からなる高温
耐摩耗性Ｃｏ基合金硬質粒子Ａと、Ｃｒ−Ｗ−Ｃｏ−Ｆ
ｅ系合金からなる常温耐摩耗性Ｃｒ基合金硬質粒子Ｂと
が、光学顕微鏡組織写真で観察して、合量で６〜２６面
積％の割合で分散分布し、かつ前記硬質粒子Ａの割合が
硬質粒子に占める割合で２５〜７５面積％である組織、 および５〜２５％の気孔率、 を有するＦｅ基焼結合金で構成されたバルブ当接層を形
成することを特徴とする耐摩耗性のすぐれたＦｅ基焼結
合金製２層バルブシートの製造方法。 - 【請求項２】 Ｆｅ基焼結合金のバルブ当接層と、これ
と一体焼結結合されたＦｅ基焼結合金のバックアップ層
で構成されたＦｅ基焼結合金製２層バルブシートを製造
する方法において、 （ａ）素地形成用合金粉末として、重量％（質量％）
で、 Ｃ：０．２〜３％、 Ｎｉ：０．５〜７％、 Ｃｏ：１〜１２％、 Ｎｂ：０．０５〜１．５
％、 を含有し、さらに、 Ｃｒ：０．３〜６％、 Ｍｏ：０．２〜６％、 Ｗ：０．５〜６％、 Ｓｉ：０．１〜１％、 のうちの１種または２種以上、 を含有し、または含有せず、残りがＦｅと不可避不純物
からなる組成を有する合金鋼粉末、 （ｂ）硬質粒子Ａ形成用合金粉末として、重量％（質量
％）で、 Ｍｏ：２０〜３５％、 Ｃｒ：５〜１０％、 Ｓｉ：１〜４％、 を含有し、残りがＣｏと不可避不純物からなる組成を有
するＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ系合金からなるＣｏ基合金粉末、 （ｃ）硬質粒子Ｂ形成用合金粉末として、重量％（質量
％）で、 Ｃ：０．５〜３％、 Ｗ：１５〜３０％、 Ｃｏ：１５〜３０％、 Ｆｅ：５〜１５％、 Ｎｂ：０．２〜２％、 Ｓｉ：０．２〜２％、 を含有し、残りがＣｒと不可避不純物からなる組成を有
するＣｒ−Ｗ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金からなるＣｒ基合金粉
末、 以上（ａ）〜（ｃ）粉末を原料粉末として用い、同じく
重量％（質量％）で、 Ｃ：０．５〜２％、 Ｓｉ：０．０５〜１％、 Ｃｏ：８〜１６％、 Ｃｒ：２〜８％、 Ｍｏ：１．５〜６％、 Ｗ：１．５〜６％、 Ｎｉ：０．５〜２％、 Ｎｂ：０．０５〜１％、 を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる全体組
成、 合金鋼の素地に、Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ系合金からなる高温
耐摩耗性Ｃｏ基合金硬質粒子Ａと、Ｃｒ−Ｗ−Ｃｏ−Ｆ
ｅ系合金からなる常温耐摩耗性Ｃｒ基合金硬質粒子Ｂと
が、光学顕微鏡組織写真で観察して、合量で６〜２６面
積％の割合で分散分布し、かつ前記硬質粒子Ａの割合が
硬質粒子に占める割合で２５〜７５面積％である組織、 および５〜２５％の気孔率、 を有するＦｅ基焼結合金からなり、かつ前記Ｆｅ基焼結
合金に銅または銅合金、あるいは鉛または鉛合金を溶浸
してなるバルブ当接層を形成することを特徴とする耐摩
耗性のすぐれたＦｅ基焼結合金製２層バルブシートの製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24630796A JP3275727B2 (ja) | 1996-09-18 | 1996-09-18 | 耐摩耗性のすぐれたＦｅ基焼結合金製２層バルブシートの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24630796A JP3275727B2 (ja) | 1996-09-18 | 1996-09-18 | 耐摩耗性のすぐれたＦｅ基焼結合金製２層バルブシートの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1088299A JPH1088299A (ja) | 1998-04-07 |
| JP3275727B2 true JP3275727B2 (ja) | 2002-04-22 |
Family
ID=17146613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP24630796A Expired - Fee Related JP3275727B2 (ja) | 1996-09-18 | 1996-09-18 | 耐摩耗性のすぐれたＦｅ基焼結合金製２層バルブシートの製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3275727B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| KR20020044868A (ko) * | 2000-12-07 | 2002-06-19 | 이계안 | 이층 재질로 이루어진 밸브시트 조성물 |
| KR20020082056A (ko) * | 2001-04-23 | 2002-10-30 | 현대자동차주식회사 | 고성능의 배기밸브시트 소결합금 |
| JP5121276B2 (ja) * | 2007-03-30 | 2013-01-16 | 株式会社クボタ | 高速度鋼系合金複合製品 |
-
1996
- 1996-09-18 JP JP24630796A patent/JP3275727B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH1088299A (ja) | 1998-04-07 |
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