JP3378012B2 - 焼結品の製造方法 - Google Patents
焼結品の製造方法Info
- Publication number
- JP3378012B2 JP3378012B2 JP52501895A JP52501895A JP3378012B2 JP 3378012 B2 JP3378012 B2 JP 3378012B2 JP 52501895 A JP52501895 A JP 52501895A JP 52501895 A JP52501895 A JP 52501895A JP 3378012 B2 JP3378012 B2 JP 3378012B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- weight
- sintered product
- carbon
- valve seat
- sintered
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 56
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 51
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 49
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 39
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 25
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 17
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 11
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 3
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 4
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims description 22
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 12
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 10
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 9
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 8
- 229910001562 pearlite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 23
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000003826 uniaxial pressing Methods 0.000 abstract 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 9
- CADICXFYUNYKGD-UHFFFAOYSA-N sulfanylidenemanganese Chemical compound [Mn]=S CADICXFYUNYKGD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 5
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 5
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 4
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 3
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001347 Stellite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001563 bainite Inorganic materials 0.000 description 2
- AHICWQREWHDHHF-UHFFFAOYSA-N chromium;cobalt;iron;manganese;methane;molybdenum;nickel;silicon;tungsten Chemical compound C.[Si].[Cr].[Mn].[Fe].[Co].[Ni].[Mo].[W] AHICWQREWHDHHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 graphite powder Chemical compound 0.000 description 2
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000997 High-speed steel Inorganic materials 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- JGIATAMCQXIDNZ-UHFFFAOYSA-N calcium sulfide Chemical compound [Ca]=S JGIATAMCQXIDNZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 150000002019 disulfides Chemical class 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- VFNOMJGVPKZMMV-UHFFFAOYSA-J molybdenum(4+) sulfonato sulfate Chemical compound [Mo+4].[O-]S(=O)(=O)OS([O-])(=O)=O.[O-]S(=O)(=O)OS([O-])(=O)=O VFNOMJGVPKZMMV-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C33/00—Making ferrous alloys
- C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C33/0257—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
- C22C33/0278—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5%
- C22C33/0285—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5% with Cr, Co, or Ni having a minimum content higher than 5%
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C33/00—Making ferrous alloys
- C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/1003—Use of special medium during sintering, e.g. sintering aid
- B22F3/1007—Atmosphere
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2201/00—Treatment under specific atmosphere
- B22F2201/01—Reducing atmosphere
- B22F2201/013—Hydrogen
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2201/00—Treatment under specific atmosphere
- B22F2201/02—Nitrogen
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S75/00—Specialized metallurgical processes, compositions for use therein, consolidated metal powder compositions, and loose metal particulate mixtures
- Y10S75/95—Consolidated metal powder compositions of >95% theoretical density, e.g. wrought
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Lift Valve (AREA)
- Forging (AREA)
Description
ンサートなどの焼結品を製造する方法に関する。
ートを粉末や金法によって製造することは、よく知られ
ている。通常、プレアロイ化した鉄系粉体と各種添加物
からなる鉄系粉末混合物は、理論密度の約80%の密度が
得られるように一軸方向に加圧され、その圧粉体が焼結
され、多くの場合、得られた焼結品の残留空孔が銅の含
浸によって充填される。一般的に中合金鋼または高速度
鋼からなる原料粉は、圧縮性を高め、かつ、加圧工具に
付加される応力を減らすために、比較的高い比率の鉄粉
で希釈されることもある。このような希釈がなされる
と、理論密度の85%に達する焼結密度を得ることができ
る。こうして製造されたバルブシートインサートは、通
常、低負荷用ないし中負荷用として用いられる。
られる大型ディーゼルエンジン内の高負荷用のバルブシ
ートインサートは、例えば、鋳造で製造されていた。こ
の鋳造によるバルブシートインサート用の合金として
は、コバルト基、ニッケル基または鉄基の材料が挙げら
れる。また、極めて高負荷な用途には、ステライト(商
品名)のようなコバルトを多く含有する合金が好適な鋳
造材料として用いられていた。しかし、コバルトは高価
で、かつ、戦略資材でもあり、そのコストは最近になっ
て、バルブシートインサートの普及を妨げるような水準
にまで値上がりしている。
を、凝固中に形成される硬質炭化物相に依存している。
しかし、このような硬質相は、鋳造法による場合、かな
り広範囲に、かつ、比較的不均一に分布している。これ
は、本質的に横断面積の少ない成分を構成するので、破
壊じん性の不足という欠点をもたらす。広範囲に分布し
た硬質炭化物を有するこのような材料の他の欠点は、機
械加工性に劣り、バルブ材料との融和性に劣る点にあ
る。
ートに好適な鉄基焼結材料が記載されている。この材料
は、液相焼結を促進して焼結中にある程度の高密度化を
達成するために比較的高いボロン含有量を有している。
しかし、高密度化を得るための助剤としてのボロンの添
加は、焼結中の収縮と歪みの均一性の観点から焼結温度
を著しく制約する。また、このようなボロン含有材料に
関しては、適切な炉内での真空条件下でそれらの材料を
焼結するのが一般的であり、その結果、製造コストが高
くなる。さらに、この文献では、そのような材料がバル
ブシートとして用いられる場合が記憶されているが、こ
の文献の主眼点は、バルブシートインサートとその相手
バルブの場合におえるような衝撃を受けるような接触と
いうよりも、互いに滑り接触している部品の耐磨耗性に
置かれている。また、この文献には、その焼結合金が理
論密度の90%より大きい密度を有するのが好ましいと記
載されている。
ているが、この場合も、前記と同様の欠点を有する。
シートインサートおよびそのようなバルブシートインサ
ートを製造する方法を提供することにある。
的な前記バルブシートインサートを製造すること、およ
び従来の製造プラントで経済的に前記バルブシートイン
サートを製造する方法を提供することにある。このよう
なプラントとしては、従来の約770MPa未満の圧力で操作
される一軸成形プレスと成形工具、および従来のコンベ
アと、還元雰囲気または制御されたあるカーボンポテン
シャルを維持するための保護ガス雰囲気を有する従来の
移動ビーム炉またはバッチ炉を備えているとよい。
ような公知の鋳造によるバルブシートインサートよりも
コバルト含有量が少なく、これまでは大量生産として利
用できなかった熱基材料を用いる極めて高負荷な用途に
用いられる焼結バルブシートインサートを提供すること
にある。
またはリンを用いずに上記の目的を達成することにあ
る。
0.7〜2.7重量%の炭素と、3〜6重量%のクロムと、5
〜10重量%のコバルトと、0.5〜3重量%のバナジウム
と、6〜11重量%のモリブデンと、0.3〜2重量%のシ
リコンと、総含有量が最大2重量%のその他各成分と、
残部としての鉄と、さらに選択的に3重量%以下のタン
グステンとを含む組成を有するプレアロイ鉄系粉体を、
少なくとも0.1重量%の炭素粉と混合する段階と、前記
混合粉を一軸成形によって圧縮して圧粉体を形成する段
階と、前記圧粉体を、最終焼結密度が理論密度の95%よ
り大きくなるように、1130〜1250℃の範囲内の温度で、
実質的に大気圧下で4〜30vol%以下の水素および窒素
との混合ガスを含む連続ガス雰囲気下において、連続ガ
ス雰囲気焼結炉に運搬する段階とによって構成されるこ
とを特徴とする。
するものであるが、その方法は、例えば、軸受シェル、
ローラ、タペットシム、ロッカーパッドなどの高密度、
高強度および耐磨耗性が必要な部品の製造にも適応可能
である。従って、バルブシートインサートに関するどの
ような事項も前記の他の該当部品に適用される。
う)は、好ましくは、最低0.1重量%のタングステンを
含み、さらに好ましくは、最低1重量%のタングステン
を含むとよい。
と、3〜4.25重量%のクロムと、7.5〜8.5重量%とコバ
ルトと、1〜1.3重量%のバナジウムと、1〜2重量%
のタングステンと、9〜10重量%のモリブデンと、0.3
〜1.5重量%のシリコンと、総含有量が最大2重量%の
その他各成分と、残部の鉄とからなるのが好ましい 前記焼結合金の全炭素含有量は1〜2.0重量%の範囲
にあるのが好ましい。従って、焼結合金バルブシートの
炭素含有量がこの範囲内に入るように、例えば、グラフ
ァイトのような炭素粉を適当な量だけ添加するとよい。
のが好ましい。この炭素含有量によって、所望の最少密
度を達成するための焼結温度を下げることが可能である
ことが、本発明者らによって見いだされている。
離炭素ともいう)の有用な最大添加量は0.8重量%であ
る。この値以上の炭素が添加されると、微細組織内に連
続的な炭化物の網状組織が焼結中に形成されて、焼結品
の機械加工性が劣化する。
の比率を上昇させて耐磨耗性を改善させるという点にお
いて効果的である。
予備成形されるよい。
ましい。
や焼結密度に依存し、さらに詳細には、原料としての混
合粉に含まれる実際の遊離炭素量に依存する。例えば、
所望の焼結密度、プレアロイ粉体の組成、焼結時間およ
び初期の圧粉密度のような変数を含む所定の組み合わせ
パラメータに対して、最低焼結温度は混合粉に最初に添
加される遊離炭素量に反比例する。
る助剤として混合粉に添加される硫化マンガンが部分的
に加水分解されて生じる化合物を減少させるために、11
20℃未満の温度で行われる予備焼結段階をさらに選択的
に行ってもよい。
ことによって炭素含有量を部分的に調整する点にある。
このような炭素の添加によって、必要とする焼結温度を
低下させ、また、十分な高密度化を効果的に達成する有
効焼結温度の範囲を拡張することができる。本発明の方
法によって、焼結中に所望の高密度化が得られる焼結温
度の範囲が約50℃に拡張されるので、焼結操業における
柔軟性をさらに向上させ、かつ、炉内の温度制御を極め
て容易に行うことができる。
価で緻密な技術や装置を必要としない従来の製造プラン
トで実施することができる。特に、本発明の方法は、水
素と窒素の混合気体のような安易に入手できる低コスト
の連続ガス雰囲気下で実施できる。窒素と5〜30vol%
水素からなるこのようなガス雰囲気は、必要とされる高
品質の焼結品の製造に非常に適しているし、また、ある
場合には、一般的に用いられているがいくらか高価な75
vol%水素を含む解離したアンモニアよりも優れた効果
を発揮することが見いだされている。特に、10vol%水
素しか含まない窒素からなるガス雰囲気が、解離したア
ンモニアと比較して、1130〜1220℃の温度範囲内での焼
結密度をより増すことができる。逆に、所定の密度を達
成するための焼結温度を低下させ、また、好ましい焼結
が達成される温度の範囲を拡張することに、この利点を
活用することもできる。
85%未満に制限されるとよい。これによって、一軸成形
に通常用いられる圧力と同等の圧力で、圧粉することが
可能になる。
は、完全理論密度の97%よりも大きくなるのが好まし
い。しかし、ここで注意すべきは、焼結工程中に成分間
で生じる反応による完全理論密度を正確に予測すること
は非常に困難であるという点である。例えば、グラファ
イト粉のような炭素の添加は、密度に対して、適当な数
学的計算によって予測されるような正確な影響を与える
ことがない。何故なら、実際の密度はその炭素と、混合
されるプレアロイ粉体の他の成分との合金化によって影
響されるからである。
から完全理論密度の95%より大きい高密度化が生じる焼
結段階中において大きな圧縮が生じるが、このような収
縮は焼結体の全体にわたって実質的に均一であり、材料
中に例えばボロンまたはリンを含有することによって生
じる液相焼結機構で通常生じる歪みが実質的に生じない
点にある。
化物が均一に分布する主としてパーライトからなる組織
を生じさせるために、焼結後に後処理されてもよい。こ
の熱処理は、主としてパーライトからなる微細組織を生
じる等温変態であるのが好ましい。このような組織は、
マルテンサイトの微細組織よりもさらに熱的に安定であ
り、約100℃の高温における微細組織の安定性を向上さ
せる。
滑特性を与えることも可能な成分を焼結材料中に形成す
る反応焼結助剤を混合粉に添加する段階を含むとよい。
本明細書に引例されている、本出願人による同時に係属
中の国際特許出願番号PCT/GB93/00380に記載のように、
このような添加物として、一種以上のアルカリ土類金属
炭化物と二硫化モリブデンのような硫化材料を用いると
よい。焼結中に、炭化物は二硫酸モリブデンと反応し
て、例えば、機械加工性を改善するマグネシウムおよび
/またはカルシウム硫化物粒子を形成し、過剰の二硫化
モリブデンは組織の全体にわたって分散する固体潤滑剤
として残留する。この二硫化物から解離されたモリブデ
ンは組織内に分散して特性を改善する。
る化合物の添加剤を含んでもよい。このような添加物と
して、例えば、高純度硫化マンガンが挙げられる。
分布を制御することによって、鋳造法によるバルブシー
トインサートに事実上生じる収縮孔がなく、かつ、より
均一で緻密な組織を有するバルブシートインサートを製
造することが可能である。さらに、低密度焼結部品に生
じる空孔をなくし、また、硬質な炭化物相の寸法と分布
を改善することによって、本発明によるバルブシートイ
ンサートの機械加工性が著しく改善される。また、機械
加工性は、前述のように、機械加工性を向上するように
特に意図して注意深く制御された炭化物相によってさら
に改善される。
明の第2態様による鉄基合金焼結品は、0.8〜3重量%
の炭素と、3〜6重量%のクロムと、5〜10重量%のコ
バルトと、0.5〜3重量%のバナジウムと、6〜11重量
%のモリブデンと、0.3〜2重量%のシリコンと、総含
有量が最大2重量%のその他各成分と、残部としての鉄
とからなり、さらに選択的に3重量%以下のタングステ
ンを含む組成を有し、かつその組成を有する合金の完全
理論密度の95%より大きな密度を有することを特徴とす
る。
用のバルブシートインサートとして用いられる。
を含むのが好ましい。
5重量%のクロムと、6〜9重量%のコバルトと、0.5
〜2.5重量%のバナジウムと、0.5〜2.5重量%のタング
ステンと、7〜10重量%のモリブデンと、0.3〜1.5重量
%のシリコンと、総含有量が最大2重量%のその他各成
分と、残部の鉄とからなるのが好ましい。
4.25重量%のクロムと、7.5〜8.5重量%のコバルトと、
1〜1.3重量%のバナジウムと、1〜2重量%のタング
ステンと、9〜10重量%のモリブデンと、0.3〜1.5重量
%のシリコンと、総含有量が最大2重量%のその他各成
分と、残部の鉄とからなるのがさらに好ましい。
なるのが好ましい。
サイトから構成されてもよいが、主としてパーライトか
らなるのが好ましい。
Cの範囲にあるのがよい。さらに、バルブシートの硬度
は35〜45HRCの範囲内にあるのが好ましい。
て、遊離炭化物が比較的均一に分布している。また、遊
離炭化物は、鋳造によバルブシートと比較して、狭い寸
法分布を有している。代表的には、本発明による焼結バ
ルブシートの遊離炭化物は、1〜10μmの寸法範囲にあ
る。一方、鋳造によるバルブシートの遊離炭化物は、通
常、5〜40μmの寸法範囲にあり、かつ、かなり大きな
平均寸法を有している。
のみを参照して実施例を説明する。
度の95%より大きくかつ安定した密度が得られるように
焼結するための最低焼結温度を示すグラフである。
と焼結温度の関係を示すグラフである。
結後に熱処理されたバルブシートの室温硬度の柱状図で
ある。
ートの硬度と測定温度の関係を示すグラフである。
温度の関係を示すグラフである。
示すグラフである。
響を示すグラフである。
7.9重量%のコバルトと、1.2重量%のバナジウムと、1.
7重量%のタングステンと、9.4重量%のモリブデンと、
0.7重量%のシリコンと、残部の鉄とからなる組成を有
する鉄ベースのプレアロイ粉末を溶融噴霧法によって作
製し、その後、焼鈍することによって圧縮可能な粉体を
得た。
素と0.5重量%の硫化マンガンを添加して、混合粉を得
た。
素と1重量%の硫化マンガンを添加して、混合粉を得
た。
上記の組成を有するプレアロイ粉末に0.5重量%の硫化
マンガンを添加して、対照例となる混合粉を得た。
上記の組成を有するプレアロイ粉末に1重量%の硫化マ
ンガンを添加して、対照例となる混合粉を得た。
素と0.5重量%の硫化マンガンを添加して、混合粉を得
た。
素と0.5重量%の硫化マンガンを添加して、混合粉を得
た。
ための潤滑ワックスを1重量%混合した。次いで、混合
粉は、外径43mm、内径29mmの基準寸法を有するリング状
に種々の圧力で加圧され、得られた各サンプルは移動ビ
ーム炉内で窒素と水素の混合気体からなる雰囲気下にお
いて種々の温度で焼結された。このように焼結されたサ
ンプルのいくつかは、パーライトまたはパーライト/ベ
イナイト組織に変態される熱処理を施された。
ルについて、種々の試験を行った。例えば、測定温度の
関数としての寸法制御と密度および圧縮強度、および室
温硬度と高温硬度を評価するための測定を行った。
に示されている。
焼結温度をより実際的な水準の約1175℃にまで、約75℃
下げることがわかる。グラファイト粉末として別途混合
粉に添加することによって炭素の必要量を部分的に調整
することによって、圧縮性を改善し、素地中の炭化物の
形成を容易にすることができる。
詳細に示す曲線である。図2において理論密度の95%よ
り大きい密度を達成するための、焼結温度に及ぼす遊離
炭素の添加量を零から0.75重量%まで上昇させた場合の
影響が示されている。このグラフから、遊離炭素の含有
量を上昇させるにつれて低温の広い範囲の焼結温度で高
密度化が得られることがわかる。
結のままのサンプルと焼結焼鈍されたサンプルの室温硬
度の柱状図である。図から、0.5重量%の炭素の添加に
よって、焼結後に熱処理された材料の室温硬度が、バル
ブシートインサートに好適な35〜45HRCの範囲内で、著
しく改良されることがわかる。
理によってパーライト組織が形成されるからである。
結後熱処理されたサンプルの各温度における高温硬度を
示している。図から、炭素を含有する材料においては高
い硬度水準が高温でも保持されること、および、300〜5
00℃の範囲内で炭素の添加量が増すにつれて硬度が高い
水準で保持されることがわかる。
温で材料特性を改善する効果があることがわかる。
を含む材料における機械加工性に及ぼす炭素添加の影響
を示している。
た雰囲気下で例1の材料を焼結した場合の焼結中の高密
度化に及ぼす雰囲気の影響を示している。より急速な高
密度化が、解離したアンモニアの水素量よりも低い水素
量の雰囲気下において、より低い焼結温度で得られるこ
とがわかる。
Claims (16)
- 【請求項1】0.7〜2.7重量%の炭素と、3〜6重量%の
クロムと、5〜10重量%のコバルトと、0.5〜3重量%
のバナジウムと、6〜11重量%のモリブデンと、0.3〜
2重量%のシリコンと、総含有量が最大2重量%その他
各成分と、残部としての鉄とからなり、さらに選択的に
3重量%以下のタングステンを含む組成を有するプレア
ロイ鉄系粉体を、少なくとも0.1重量%の炭素粉と混合
する段階と、前記混合粉を一軸成形によって圧縮して圧
粉体を形成する段階と、前記圧粉体を、最終焼結密度が
理論密度の95%より大きくなるように、1130〜1250℃の
範囲内の温度で、実質的に大気圧下で、4〜30vol%の
水素及び窒素との混合ガスを含む連続ガス雰囲気下にお
いて、連続ガス雰囲気焼結炉に運搬する段階とによって
構成されることを特徴とする焼結品の製造方法。 - 【請求項2】前記プレアロイ鉄系粉体が、最低0.1重量
%のタングステンを含むことを特徴とする請求項1に記
載の焼結品の製造方法。 - 【請求項3】前記プレアロイ鉄系粉体の前記組成が、0.
7〜1.6重量%の炭素と、3〜4.25重量%のクロムと、7.
5〜8.5重量%のコバルトと、1〜1.3重量%の、バナジ
ウムと、1〜2重量%のタングステンと、9〜10重量%
のモリブデンと、0.3〜1.5重量%のシリコンと、総含有
量が最大2重量%のその他各成分と、残部である鉄とか
らなることを特徴とする請求項1または2のいずれかに
記載の焼結品の製造方法。 - 【請求項4】前記焼結品の全炭素含有量が1〜2.0重量
%の範囲にあることを特徴とする請求項1ないし3のい
ずれかに記載の焼結品の製造方法。 - 【請求項5】前記混合粉が、最低0.3重量%の炭素粉を
含むことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記
載の焼結品の製造方法。 - 【請求項6】前記プレアロイ鉄系粉体に添加する炭素粉
の最大添加量が0.8重量%であることを特徴とする請求
項1ないし4のいずれかに記載の焼結品の製造方法。 - 【請求項7】1120℃以下の温度で行われる予備焼結段階
をさらに含むことを特徴とする請求項1ないし6のいず
れかに記載の焼結品の製造方法。 - 【請求項8】前記圧粉体の圧粉密度が理論密度の85%未
満であることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか
に記載の焼結品の製造方法。 - 【請求項9】前記焼結品の最終密度が完全理論密度の97
%よりも大きいことを特徴とする請求項1ないし8のい
ずれかに記載の焼結品の製造方法。 - 【請求項10】遊離炭化物が均一に分布されたパーライ
トを主体とする組織を形成するように前記焼結品を焼結
後に熱処理し、この熱処理が、等温変態が生じる熱処理
であることを特徴とする請求項1ないし9に記載の焼結
品の製造方法。 - 【請求項11】請求項1ないし10のいずれかの方法によ
って製造される内燃機関用バルブシートインサートにお
いて、0.8〜3重量%の炭素と、3〜6重量%のクロム
と、5〜10重量%のコバルトと、0.5〜3重量%のバナ
ジウムと、6〜11重量%のモリブデンと、0.3〜2重量
%のシリコンと、総含有量が最大2重量%のその他各成
分と、残部としての鉄とからなる組成を有し、かつ前記
組成の合金の完全理論密度の95%よりも大きい焼結密度
を有することを特徴とする内燃機関用バルブシートイン
サート。 - 【請求項12】さらに3重量%以下のタングステンを含
むことを特徴とする請求項11に記載の内燃機関用バルブ
シートインサート。 - 【請求項13】最低0.1重量%のタングステンをさらに
含むことを特徴とする請求項11又は12に記載の内燃機関
用バルブシートインサート。 - 【請求項14】微細組織が1〜10μmの範囲にある寸法
の遊離炭化物を含有することを特徴とする請求項11ない
し13のいずれかに記載の内燃機関用バルブシートインサ
ート。 - 【請求項15】20〜70HRCの範囲にある硬度を有するこ
とを特徴とする請求項11ないし14のいずれかに記載の内
燃機関用バルブシートインサート。 - 【請求項16】35〜45HRCの範囲にある硬度を有するこ
とを特徴とする請求項15に記載の内燃機関用バルブシー
トインサート。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB9405946.6 | 1994-03-25 | ||
GB9405946A GB9405946D0 (en) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | Sintered valve seat insert |
PCT/GB1995/000571 WO1995026421A1 (en) | 1994-03-25 | 1995-03-16 | A method of making a sintered article |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09511020A JPH09511020A (ja) | 1997-11-04 |
JP3378012B2 true JP3378012B2 (ja) | 2003-02-17 |
Family
ID=10752501
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP52501895A Expired - Fee Related JP3378012B2 (ja) | 1994-03-25 | 1995-03-16 | 焼結品の製造方法 |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5784681A (ja) |
EP (1) | EP0752015B1 (ja) |
JP (1) | JP3378012B2 (ja) |
KR (1) | KR100315280B1 (ja) |
AT (1) | ATE184661T1 (ja) |
DE (1) | DE69512223T2 (ja) |
ES (1) | ES2135709T3 (ja) |
GB (1) | GB9405946D0 (ja) |
WO (1) | WO1995026421A1 (ja) |
Families Citing this family (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5997805A (en) * | 1997-06-19 | 1999-12-07 | Stackpole Limited | High carbon, high density forming |
JP3469435B2 (ja) * | 1997-06-27 | 2003-11-25 | 日本ピストンリング株式会社 | 内燃機関用バルブシート |
US5932055A (en) * | 1997-11-11 | 1999-08-03 | Rockwell Science Center Llc | Direct metal fabrication (DMF) using a carbon precursor to bind the "green form" part and catalyze a eutectic reducing element in a supersolidus liquid phase sintering (SLPS) process |
US6436338B1 (en) | 1999-06-04 | 2002-08-20 | L. E. Jones Company | Iron-based alloy for internal combustion engine valve seat inserts |
GB0025113D0 (en) * | 2000-10-13 | 2000-11-29 | Carrott Andrew J | Improvements in tabletting dies |
US6676724B1 (en) * | 2002-06-27 | 2004-01-13 | Eaton Corporation | Powder metal valve seat insert |
US6837915B2 (en) * | 2002-09-20 | 2005-01-04 | Scm Metal Products, Inc. | High density, metal-based materials having low coefficients of friction and wear rates |
US6702905B1 (en) | 2003-01-29 | 2004-03-09 | L. E. Jones Company | Corrosion and wear resistant alloy |
GB2441482B (en) * | 2003-07-31 | 2008-09-03 | Komatsu Mfg Co Ltd | Sintered sliding member and connecting device |
CN103556083B (zh) * | 2005-09-08 | 2016-12-28 | 伊拉斯蒂尔.克罗斯特公司 | 粉末冶金制造的高速钢 |
US20180253774A1 (en) * | 2009-05-19 | 2018-09-06 | Cobra Golf Incorporated | Method and system for making golf club components |
US8257462B2 (en) * | 2009-10-15 | 2012-09-04 | Federal-Mogul Corporation | Iron-based sintered powder metal for wear resistant applications |
US8999229B2 (en) | 2010-11-17 | 2015-04-07 | Alpha Sintered Metals, Inc. | Components for exhaust system, methods of manufacture thereof and articles comprising the same |
EP2662168A1 (de) * | 2012-05-08 | 2013-11-13 | WIKUS-Sägenfabrik Wilhelm H. Kullmann GmbH & Co. KG | Sägeblatt mit einem pulvermetallurgisch hergestellten Schneidteil |
US8940110B2 (en) | 2012-09-15 | 2015-01-27 | L. E. Jones Company | Corrosion and wear resistant iron based alloy useful for internal combustion engine valve seat inserts and method of making and use thereof |
CN102994890B (zh) * | 2012-09-29 | 2016-03-02 | 铜陵市经纬流体科技有限公司 | 一种防爆阀阀体铸造方法 |
DE102013210895A1 (de) * | 2013-06-11 | 2014-12-11 | Mahle International Gmbh | Verfahren zur Herstellung von warmbeständigen und verschleißfesten Formteilen, insbesondere Motorkomponenten |
DE102014110246A1 (de) | 2014-07-21 | 2016-01-21 | Samson Ag | Stellarmatur |
CN106077660B (zh) * | 2016-06-15 | 2018-04-17 | 威海双鑫金属制品有限责任公司 | 一种粉末冶金制备发动机气门座的方法 |
US11988294B2 (en) | 2021-04-29 | 2024-05-21 | L.E. Jones Company | Sintered valve seat insert and method of manufacture thereof |
JP7286037B1 (ja) * | 2022-12-09 | 2023-06-02 | Tpr株式会社 | 鉄基焼結合金バルブシート |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1590953A (en) * | 1977-10-04 | 1981-06-10 | Powdrex Ltd | Making articles from metallic powder |
GB2045280B (en) * | 1979-03-28 | 1983-03-23 | Amsted Oindustries Inc | Liquid phase sintering iron-carbon alloys |
JPS6263646A (ja) * | 1985-09-13 | 1987-03-20 | Mitsubishi Metal Corp | Fe系焼結合金製内燃機関用弁座の製造法 |
DE3633879A1 (de) * | 1986-10-04 | 1988-04-14 | Supervis Ets | Hochverschleissfeste eisen-nickel-kupfer-molybdaen-sinterlegierung mit phosphorzusatz |
CA1337468C (en) * | 1987-08-01 | 1995-10-31 | Kuniaki Ogura | Alloyed steel powder for powder metallurgy |
GB8723818D0 (en) * | 1987-10-10 | 1987-11-11 | Brico Eng | Sintered materials |
SE468466B (sv) * | 1990-05-14 | 1993-01-25 | Hoeganaes Ab | Jaernbaserat pulver och noetningsresistent varmhaallfast komponent framstaelld av detta samt saett att framstaella komponenten |
US5009842A (en) * | 1990-06-08 | 1991-04-23 | Board Of Control Of Michigan Technological University | Method of making high strength articles from forged powder steel alloys |
CA2069700C (en) * | 1991-05-28 | 1998-08-18 | Jinsuke Takata | Mixed powder for powder metallurgy and sintered product thereof |
US5571305A (en) * | 1993-09-01 | 1996-11-05 | Kawasaki Steel Corporation | Atomized steel powder excellent machinability and sintered steel manufactured therefrom |
US5522914A (en) * | 1993-09-27 | 1996-06-04 | Crucible Materials Corporation | Sulfur-containing powder-metallurgy tool steel article |
JPH08134607A (ja) * | 1994-11-09 | 1996-05-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | バルブシート用耐摩耗性鉄系焼結合金 |
-
1994
- 1994-03-25 GB GB9405946A patent/GB9405946D0/en active Pending
-
1995
- 1995-03-16 US US08/716,248 patent/US5784681A/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-03-16 AT AT95911404T patent/ATE184661T1/de not_active IP Right Cessation
- 1995-03-16 WO PCT/GB1995/000571 patent/WO1995026421A1/en active IP Right Grant
- 1995-03-16 DE DE69512223T patent/DE69512223T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1995-03-16 KR KR1019960705133A patent/KR100315280B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1995-03-16 ES ES95911404T patent/ES2135709T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1995-03-16 JP JP52501895A patent/JP3378012B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1995-03-16 EP EP95911404A patent/EP0752015B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO1995026421A1 (en) | 1995-10-05 |
EP0752015B1 (en) | 1999-09-15 |
GB9405946D0 (en) | 1994-05-11 |
KR100315280B1 (ko) | 2002-02-28 |
ES2135709T3 (es) | 1999-11-01 |
DE69512223D1 (de) | 1999-10-21 |
US5784681A (en) | 1998-07-21 |
KR970701800A (ko) | 1997-04-12 |
EP0752015A1 (en) | 1997-01-08 |
ATE184661T1 (de) | 1999-10-15 |
JPH09511020A (ja) | 1997-11-04 |
DE69512223T2 (de) | 2000-02-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3378012B2 (ja) | 焼結品の製造方法 | |
US4970049A (en) | Sintered materials | |
JP2687125B2 (ja) | エンジン用バルブ部品に用いる焼結金属コンパクトおよびその製造方法。 | |
JP2799235B2 (ja) | 内燃機関用弁座インサートおよびその製造方法 | |
AU2005252150B2 (en) | Sintered metal parts and method for the manufacturing thereof | |
JP5992402B2 (ja) | 窒化焼結コンポーネントの製造方法 | |
CA2035378A1 (en) | Optimized double press-double sinter powder metallurgy method | |
RU2462524C2 (ru) | Металлургическая порошковая композиция, способ изготовления и полученная из нее деталь | |
JP2015110842A (ja) | 低合金鋼粉末 | |
KR100189233B1 (ko) | 철-기지 분말, 이러한 분말로 제조된 물품 및 이러한 물품의 제조방법 | |
GB2451898A (en) | Sintered valve seat | |
WO1998059083A1 (en) | Method for manufacturing high carbon sintered powder metal steel parts of high density | |
KR100691097B1 (ko) | 소결강 재료 | |
US7329380B2 (en) | Method of controlling the dimensional change when sintering an iron-based powder mixture | |
US4915735A (en) | Wear-resistant sintered alloy and method for its production | |
JPH08501832A (ja) | 焼結合金鋼成分の生成方法 | |
GB2318126A (en) | Powder mixture and component made therefrom | |
JPH06299284A (ja) | 耐摩耗性に優れた高強度窒化焼結部材およびその製造方法 | |
JP3795402B2 (ja) | 鋳鉄系焼結摺動部材及びその製造方法 | |
JP4917869B2 (ja) | 鋳鉄系焼結摺動部材の製造方法 | |
JPH0225504A (ja) | 高疲労強度鉄系焼結材料およびその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071206 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081206 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091206 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101206 Year of fee payment: 8 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |