JP3447031B2

JP3447031B2 - 耐摩耗性焼結合金およびその製造方法

Info

Publication number: JP3447031B2
Application number: JP02488996A
Authority: JP
Inventors: 浩一青沼; 徳眞青木; 幸一郎林
Original assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Current assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Priority date: 1996-01-19
Filing date: 1996-01-19
Publication date: 2003-09-16
Anticipated expiration: 2016-01-19
Also published as: KR970059296A; DE69706331T2; EP0785288A1; JPH09195013A; KR100254599B1; DE69706331D1; US5834664A; EP0785288B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に、内燃機関の
バルブシートに好適な耐摩耗性焼結合金に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車エンジンの高性能化、高出力化に
対応するためバルブシート用焼結合金は高温耐摩耗性、
高温強度を求められ、本出願人も特許第１０４３１２４
号で登録された製法によるバルブシート用焼結合金（特
公昭５５−３６２４号）等を開示してきた。さらに、近
年のより一層の高性能化、高出力化、特に、希薄燃焼化
による燃焼温度の高温化に対応し、より高温耐摩耗性、
高温強度に優れた特開昭６２−１０２４４号および特開
平７−２３３４５４号公報等で開示した焼結合金を開示
してきた。しかし、これらの材料は高温時の性能を向上
させるため、基材成分中にＣｏ等の高価な元素を多用し
たため高価な材料となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、最近ではエン
ジン設計技術の向上により前記特開昭６２−１０２４４
号および特開平７−２３３４５４号公報等で開示した材
料等の高性能かつ高価な材料でなくてもバルブシートと
して使用できるようになっている。特に、インテーク側
のバルブシートは環境温度がエギゾースト側よりも低い
ため、前記特開昭６２−１０２４４号および特開平７−
２３３４５４号公報等で開示した材料等では品質過剰と
なっている。また、最近の自動車開発は、より一層の高
性能化を目指す性能重視の自動車開発から、コストパフ
ォーマンスの高い、安価な自動車を開発する経済性重視
の方向に変化している。したがって、これからのバルブ
シート用焼結合金としては、従来の過度の耐摩耗性を有
するものではなく、適度な耐摩耗性を有し、かつ、安価
であることが求められるようになってきている。

【０００４】そこで、本発明は上記の要求に対応するた
め、適度の耐摩耗性を有し、Ｃｏ等の高価な元素を用い
ないで、従来より安価に、バルブシート等を提供できる
ようにすることを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の内、第１発明の耐摩耗性焼結合金は、全体組成
が、重量比で、Ｎｉ：０．７３６〜５．７９％、Ｃｒ：
０．１２〜６．２５％、Ｍｏ：０．２９４〜０．９６５
％、Ｃ：０．５０８〜２．０％、および残部がＦｅおよ
び不可避不純物よりなっていて、その金属組織が、ベイ
ナイトあるいはベイナイトとソルバイトの混合組織の基
地中に、Ｃｒ炭化物よりなる硬質相の核を有し、その核
を取り囲むＣｒにより形成されたフェライトとその周囲
をさらに取り囲むマルテンサイトが分散する組織をなし
ていることことを要部としている。

【０００６】第２発明の焼結合金は、全体組成が、重量
比で、Ｎｉ：０．７３６〜５．７９％、Ｃｒ：０．１２
〜６．２５％、Ｍｏ：０．３６９〜１．４９５％、Ｃ：
０．５０８〜２．０％、および残部がＦｅおよび不可避
不純物よりなっていて、その金属組織が、ベイナイトあ
るいはベイナイトとソルバイトの混合組織の基地中に、
Ｃｒ炭化物およびＭｏ炭化物よりなる硬質相の核を有
し、その核を取り囲むＣｒより形成されたフェライトと
その周囲をさらに取り囲むマルテンサイトが分散する組
織をなしていることを要部としている。

【０００７】第３発明の焼結合金は、全体組成が、重量
比で、Ｎｉ：０．７３６〜５．７９％、Ｃｒ：０．１２
〜６．２５％、Ｍｏ：０．３６９〜１．４９５％、Ｃ：
０．５０８〜２．０％、さらに、Ｖ：０．００６〜０．
５５％とＷ：０．０３〜１．２５％の１種もしくは２
種、および残部がＦｅおよび不可避不純物よりなってい
て、その金属組織が、ベイナイトあるいはベイナイトと
ソルバイトの混合組織の基地中に、Ｃｒ炭化物およびＭ
ｏ炭化物、さらにＶ炭化物とＷ炭化物の１種もしくは２
種よりなる硬質相の核を有し、その核を取り囲むＣｒよ
り形成されたフェライトとその周囲をさらに取り囲むマ
ルテンサイトが分散する組織をなしていることを要部と
している。

【０００８】第４発明の焼結合金は、前記第１〜３発明
の何れかに記載の耐摩耗性焼結合金に、さらに重量比で
０．１〜２．０％のＭｎＳを均一に分散していることを
要部としている。第５発明の焼結合金は、前記第１〜４
発明の何れかに記載の耐摩耗性焼結合金の気孔中に、ア
クリル樹脂、鉛または鉛合金の何れかが分散しているこ
とを要部としている。

【０００９】また、上記第１発明の焼結合金の製造方法
としては、成分組成が、重量比で、Ｎｉ：１〜６％、Ｍ
ｏ：０．４〜１．０％、残部がＦｅおよび不可避不純物
からなる基地形成合金粉末に、成分組成が、重量比で、
Ｃｒ：４．０〜２５％、Ｃ：０．２５〜２．４％、およ
び残部がＦｅおよび不可避不純物からなる硬質相形成粉
末：３〜２５％および黒鉛粉末：０．５〜１．４％を混
合した混合粉末を用いることを要部としている。

【００１０】上記第２発明の焼結合金の製造方法として
は、成分組成が、重量比で、Ｎｉ：１〜６％、Ｍｏ：
０．４〜１．０％、残部がＦｅおよび不可避不純物から
なる基地形成合金粉末に、成分組成が、重量比で、Ｃ
ｒ：４．０〜２５％、Ｍｏ：０．３〜３．０％、Ｃ：
０．２５〜２．４％、および残部がＦｅおよび不可避不
純物からなる硬質相形成粉末：３〜２５％および黒鉛粉
末：０．５〜１．４％を混合した混合粉末を用いること
を要部としている。

【００１１】上記第３発明の焼結合金の製造方法として
は、成分組成が、重量比で、Ｎｉ：１〜６％、Ｍｏ：
０．４〜１．０％、残部がＦｅおよび不可避不純物から
なる基地形成合金粉末に、成分組成が、重量比で、Ｃ
ｒ：４．０〜２５％、Ｍｏ：０．３〜３．０％、Ｃ：
０．２５〜２．４％、さらに、Ｖ：０．２〜２．２％と
Ｗ：１．０〜５．０％の１種または２種、および残部が
Ｆｅおよび不可避不純物からなる硬質相形成粉末：３〜
２５％および黒鉛粉末：０．５〜１．４％を混合した混
合粉末を用いることを要部としている。

【００１２】上記第４発明の焼結合金の製造方法として
は、前記第１〜３発明合金の製造方法における混合粉末
に、さらに重量比で０．１〜２．０％のＭｎＳ粉末を混
合することを要部としている。上記第５発明の焼結合金
の製造方法としては、前記第１〜４発明合金の製造方法
における混合粉末を用いて成形および焼結した焼結体の
気孔中に、アクリル樹脂、鉛または鉛合金の何れかを含
浸もしくは溶浸することを要部としている。

【００１３】

【発明の実施の形態】以上、本発明の焼結合金の金属組
織の模式図を図１に示すとともに、その金属組織および
各成分の限定を次のような理由により特定した。ベイナ
イトはマルテンサイトに次いで硬く、強度が高い組織で
あり、耐摩耗性に効果がある。また、ソルバイトはベイ
ナイトに次いで硬く、強度を有しており、基地組織をベ
イナイトあるいはベイナイトとソルバイトの混合組織と
した。基地組織をベイナイトあるいはベイナイトとソル
バイトの混合組織とするためには原料粉末として、合金
粉末を用いることが好ましい。というのは、合金成分を
それぞれの単味粉の形、あるいは各単味粉を部分的に拡
散して冶金的に結合させた部分拡散合金粉の形で与えた
場合、偏析が多くなり、合金成分によっては未拡散の部
分が生じ、目的の組織が得にくいからである。

【００１４】ただし、ベイナイトのみの組織、あるいは
ベイナイトとソルバイトの混合組織のみでは耐摩耗性が
不足する。そこで、耐摩耗性を向上させるため、主とし
てＣｒ炭化物よりなる硬質相の核を有し、その核を取り
囲むＣｒ濃度の高いフェライトとその周囲をさらに取り
囲むマルテンサイトが分散する相を付与した。主として
Ｃｒ炭化物よりなる硬質相はピン止め効果でバルブが着
座したときに発生する基地の塑性流動を抑制する働きを
なす。また、Ｃｒ濃度の高いフェライトは高合金の強度
が高いフェライトであるため、バルブフェイスと硬質相
が接触したときに発生する衝撃を緩和し、バルブに対す
る攻撃性を減少させるとともに、硬質粒子の耐脱落性を
向上させる働きがある。さらにその周囲のマルテンサイ
トは硬く、強度の高い組織であり、耐摩耗性に寄与す
る。

【００１５】前記の主としてＣｒ炭化物よりなる硬質相
の核を有し、その核を取り囲むＣｒ濃度の高いフェライ
トとその周囲をさらに取り囲むマルテンサイトが分散す
る相はＦｅ−Ｃｒ系の硬質相形成粉末により与えられ
る。すなわち、焼結時に硬質相形成粉末内のＣｒがＣと
結合しＣｒ炭化物を析出して硬質相を形成するととも
に、Ｃｒは硬質相形成粉末より基地に拡散して基地の焼
入れ性を向上させて外周部にマルテンサイトを形成する
とともに、硬質相周囲にはＣｒ濃度の高いフェライトを
形成する。

【００１６】硬質相形成粉末の添加量が３％以下では硬
質相の形成が十分ではなく耐摩耗性向上に寄与せず、２
５％を超えるとＣｒ濃度の高いフェライトが多くなり全
体の硬さの低下および耐摩耗性の低下を招くほか、硬質
相形成粉末が多くなり圧縮性が低下する。また、バルブ
に対する攻撃性が高くなり、バルブを摩耗させるため、
硬質相形成粉末の添加量は３〜２５％とした。

【００１７】（Ｎｉについて）Ｎｉは基地形成合金粉末
に完全に固溶された形で与えられ、基地組織の焼き入れ
性の向上に寄与し、基地をベイナイト化し、基地の強度
および耐摩耗性を向上させる。ただし、基地形成合金粉
末中のＮｉ量が１％以下であると、焼き入れ性を十分に
向上させることが出来ず、また、６％より多く添加する
と基地形成合金粉末が硬くなり、圧縮性が損なわれて成
形体密度が低下するとともに、基地強度が逆に低下する
ことが判明したため、基地形成合金粉末中のＮｉ量は１
〜６％とした。

【００１８】（Ｍｏについて）基地形成合金粉末中のＭ
ｏは基地組織の焼き入れ性を向上させるとともに基地の
高温硬さ、高温強度を向上させるが、Ｍｏ量が０．４％
未満であると上記の効果が乏しく、また、１．０％を超
えると粉末の圧縮性が低下することが判明したため基地
形成合金粉末中のＭｏ量を０．４〜１．０％に限定し
た。また、Ｍｏは硬質相形成粉末中に固溶して与えた場
合、硬質相中で微細なＭｏ炭化物を形成するとともに、
後述するＣｒと共晶炭化物を形成し、耐摩耗性の向上に
寄与する。炭化物を形成しなかった元素は硬質相中に固
溶し、硬質相の高温硬さ、高温強度を向上させる。硬質
相形成粉末中のＭｏ量が０．３％未満であると上記の効
果が乏しく、また、３．０％を超えると炭化物の量が増
加し、バルブに対する攻撃性が高くなり、バルブを摩耗
させることが判明したため、硬質相形成粉末中にＭｏを
固溶させて与える場合は、Ｍｏ量が０．３〜３．０％が
よい。

【００１９】（Ｃｒについて）硬質相形成粉末中のＣｒ
はＣと反応し、硬質相中に硬く耐摩耗性に優れたＣｒ炭
化物を形成する。また、後述するＭｏとともに共晶炭化
物を形成し、耐摩耗性に寄与する。一部のＣｒは硬質相
形成粉末から基地中に拡散し、基地の焼入れ性を向上さ
せ、基地組織をマルテンサイト化あるいはベイナイト化
を促進する。また、Ｃｒはフェライト安定化元素であ
り、硬質相の周囲のＣｒ濃度の高い部分はマルテンサイ
トに変態せずフェライト相を形成する。このとき、Ｃｒ
含有量が４．０％未満では充分な炭化物量を得られず、
耐摩耗性向上に寄与せず、また、拡散するＣｒ量が少な
いため硬質相周囲のフェライト相が十分に形成されず、
バルブ着座時の衝撃緩和の効果が乏しくなる。一方、２
５％を超えると炭化物量が多くなりバルブに対する攻撃
性が高く、バルブの摩耗を引き起こすとともに、硬質相
形成粉末粉末の圧縮性が低下が生じることが判明したた
め含有量を４．０〜２５％とした。

【００２０】（Ｖ、Ｗについて）硬質相形成粉末中のＶ
およびＷは、硬質相中で添加されたＣと反応し微細な炭
化物になり、硬質相の耐摩耗性を向上させるとともに、
これらの炭化物は硬質相中に均一に分散し、Ｃｒ炭化物
の粗大化を防止する。このとき、含有量がそれぞれＶ：
０．２％、Ｗ：１．０％未満であると上記の効果が乏し
く、また、Ｖ：２．２％、Ｗ：５．０％を超えると炭化
物の量が増加し、バルブに対する攻撃性が高くなり、バ
ルブを摩耗させることが判明したため、含有量をそれぞ
れＶ：０．２〜２．２％およびＷ：１．０〜５．０％と
した。

【００２１】（Ｃについて）Ｃは基地組織のマルテンサ
イト化、ベイナイト化の基地強化および硬質相内での炭
化物析出のため添加する。このうち、硬質相形成粉末に
含有される量は０．２５〜２．４％であり、硬質相形成
粉末内のＣ量が０．２５％未満では十分な量の炭化物が
析出せず、２．４％を越えると粉末が硬くなり圧縮性が
低下する等の不具合が生じる。また、基地強化のため黒
鉛粉末として添加するＣ量が０．５％未満であると、基
地組織がマルテンサイト化もしくはベイナイト化せず、
一方、１．４％を超えると、基地中にＣが過飽和に固溶
し靱性の低下および被削性の低下が生じるとともに、焼
結時に液相が発生し易くなり、寸法精度、品質安定性が
損なわれることが判明したため、黒鉛粉末として添加す
るＣ量を０．５〜１．４％に限定した。

【００２２】（ＭｎＳについて）ＭｎＳは配合時に添加
し、基地中に分散させることにより被削性を向上させ
る。ＭｎＳの添加量が０．１％未満であると被削性向上
の効果が得られず、また、添加量が２．０％を超えると
圧縮性が低下したり、焼結を阻害して焼結後の機械的特
性を低下させることが判明したため、添加量を０．１〜
２．０％に限定した。

【００２３】（アクリル樹脂等について）アクリル樹
脂、鉛または鉛合金は気孔中に存在し、切削時に切削形
態を断続切削から連続切削に変化させ工具刃先に与える
衝撃を減少させ、工具刃先の損傷を防止して被削性を向
上させる効果がある。また、鉛または鉛合金は軟質であ
るため、工具刃面に付着して工具の刃先を保護し、被削
性および工具の寿命を向上させるとともに、使用時にバ
ルブシートとバルブフェイス面の間で固体潤滑剤として
作用し、双方の摩耗を減少させる働きがある。

【００２４】

【実施例】以下に、本発明を実施例によってさらに明ら
かにする。実施例では、表１に示す組成からなる基地形
成合金粉末（粉末番号１〜８）を、表２に示す組成から
なる硬質相形成粉末（粉末番号１〜２４）、黒鉛粉末、
ＭｎＳ粉末および成形潤滑剤（ステアリン酸亜鉛）を用
いて、表３および表４に列記した割合で配合し、その各
配合物を３０分間混合した後、成形圧６．５ｔｏｎ／ｃ
ｍ²で成形した。

【００２５】そして、以上の各成形体をアンモニア分解
ガス雰囲気中１１７５℃で６０分間焼結することによ
り、表６の本発明合金１〜３９（試料番号１〜３９）お
よび表７の比較合金（試料番号１〜１１）を得た。

【００２６】なお、本発明合金１４と１５は、焼結後、
さらに気孔中にアクリル樹脂、Ｐｂ含浸したものであ
る。また、比較合金は、何れかの成分が本願発明よりは
ずれた比較合金１〜１１、本発明に係る基地形成合金粉
末を単味粉の形で与えた比較合金１２、および従来合金
として特許第１０４３１２４号に記載の合金を同一条件
で処理することにより、得た比較合金１３である。

【００２７】使用した基地形成合金粉末

【表１】

【００２８】使用した硬質相形成粉末

【表２】

【００２９】本発明合金（１〜３９）の配合比

【表３】

【００３０】なお、表３，表４，表７〜表９中、基地形
成合金粉末は基地形成粉末とスペースの関係で略称した
箇所（備考）もある。

【００３１】比較合金（１〜１１）の配合比

【表４】

【００３２】比較合金（１２，１３）の配合比

【表５】

【００３３】本発明合金（１〜３９）の全体組成

【表６】

【００３４】比較合金（１〜１３）の全体組成

【表７】

【００３５】以上の各焼結合金に対し、耐摩耗性試験お
よび被削性試験を行った。その結果を表８，９に一覧表
示した。ここで、耐摩耗性試験は、アルミ合金製ハウジ
ングにバルブシート形状に加工した焼結合金を圧入嵌合
し、バルブをモータ駆動による偏心カムの回転で上下ピ
ストン運動させることにより、バルブのフェース面とバ
ルブのシート面とを繰り返し衝突させ、これを一定時間
行い、そのとき発生するバルブシートとバルブの摩耗量
を測定することで評価を行った。試験時はバルブの傘を
バーナーで加熱することにより温度を制御した。なお、
今回の試験では偏心カムの回転数を３０００ｒｐｍ、バ
ルブシート部分の試験温度を２５０℃、繰り返し時間を
１０時間に設定した。被削性試験は、卓上ボール盤を使
用し、回転部自重および追加の重りのみの荷重で、ドリ
ルで試料に穴をあけ、その加工数を比較する試験であ
り、今回の試験では荷重は１．８ｋｇ、使用ドリルはφ
３ｍｍ超硬ドリル、試料の厚さを５ｍｍに設定して行な
った。

【００３６】本発明合金（１〜３９）の評価

【表８】

【００３７】比較合金（１〜１３）の評価

【表９】

【００３８】以上の表８，９の評価からは次のことが分
かる。図２〜図８中、△印はバルブ、○印はバルブシー
ト、□印はバルブとバルブシートの合計の摩耗量をプロ
ットし、従来合金（比較１３）もバルブとバルブシート
の合計の摩耗量を図示した。また、例えば、本発明合金
１は発明１と、比較合金１は比較１と表示している。本
発明合金１，１３，３６〜３９および比較合金１，２に
おいて、基地合金粉末中のＮｉ量を変化させたときの影
響を調べると次のようになる。基地形成合金粉末にＮｉ
が固溶されると、バルブシートの摩耗量は図２に示す如
く低減され、基地形成合金粉末中のＮｉ量が１〜６％の
範囲で安定した低い摩耗量を示すが、６％を超えるとバ
ルブシートの摩耗量は逆に大きくなっている。一方、バ
ルブの摩耗量は基地形成合金粉末中のＮｉ量が６％まで
はほぼ一定の摩耗量を示し、６％を超えると、摩耗量が
大きくなることが分かる。これにより合計の摩耗量は、
Ｎｉ量が１〜６％で低く、６％を超えると急激に摩耗量
が大きくなる。これは、基地形成合金粉末中のＮｉ量が
６％までは、Ｎｉ量の増加による基地組織の強化、それ
にともなう耐摩耗性の向上の効果が大きいが、６％を超
えると、基地形成合金粉末の硬さが高くなり、粉末の圧
縮性の低下による基地強度の低下の影響でバルブシート
の摩耗が大きくなるとともに、Ｎｉにより強化された基
地の摩耗粉が研磨粒子として作用してバルブの摩耗を引
き起こし、合計の摩耗量が急激に大きくなるためである
と推察される。以上のことから、基地形成合金粉末に含
まれるＮｉ量は１〜６％の範囲で特に耐摩耗性に効果的
であることが分かる。

【００３９】本発明合金２，１３，３３〜３５および比
較合金７，８を比較すると次のようになる。硬質相形成
粉末が３％の添加量で、バルブシートの摩耗量は図３に
示される如く添加されないものに対し大きく低減され、
硬質相形成粉末の添加量の増加にしたがい、添加量が１
５％まではバルブシートの摩耗量は徐々に低減され、１
５％を超えると徐々にバルブシート摩耗量は増加してい
る。一方、バルブの摩耗量は硬質相形成粉末の添加量が
２５％までは緩やかな摩耗量の増加傾向を示すが、２５
％を超えると摩耗量が増大している。これにより、合計
の摩耗量は、硬質相形成粉末の添加量が３〜２５％で安
定した低い値を示し、２５％を超えると摩耗量が急激に
増加している。これは、硬質相形成粉末の添加量が１５
％までは、添加量の増加にしたがい、Ｃｒ炭化物、金属
間化合物より形成される硬質相の量の増加、硬質相形成
粉末中のＣｒの拡散による基地の焼入れ性向上、および
硬質相周囲に形成される軟質なフェライト相によるバル
ブ着座時の衝撃緩和の効果により耐摩耗性が向上する。
しかし、硬質相形成粉末の添加量が１５％を超えると、
耐摩耗性向上の効果と同時に生じる、硬質相の増加によ
るバルブ攻撃性の増加、フェライト相の量の増加による
基地強度の低下の影響を受ける。この場合、硬質相形成
粉末の添加量が２５％までは徐々に摩耗量が増加し、２
５％を超えると、バルブ攻撃性の増加によりバルブの摩
耗が増加し、バルブの摩耗粉が、フェライトの増加した
バルブシートに研磨粒子として作用する結果、バルブシ
ートも摩耗し、合計の摩耗量が急激に大きくなったため
であると推察される。以上のことから、硬質相形成粉末
の添加量は３〜２５％の範囲で耐摩耗性に特に効果的で
あることが分かる。

【００４０】本発明合金３〜５，１３，２９〜３２およ
び比較合金３，４を比較すると、バルブシートの摩耗量
は、図４に示す如く硬質相形成粉末のＣｒ量が４％から
２５％の範囲で低減され安定したほぼ一定の摩耗量を示
し、２５％を超えると摩耗量は大きくなる。一方、バル
ブの摩耗量は硬質相形成粉末中のＣｒ量が２５％までは
安定した摩耗量を示すが、Ｃｒ量が２５％を超えると急
激に摩耗量が大きくなっている。これにより、合計の摩
耗量は、４〜２５％で安定した値を示し、２５％を超え
ると急激に摩耗量が大きくなっている。これは、硬質相
形成粉末中のＣｒ量の増加にしたがい、硬質相を形成す
る炭化物の量の増加、Ｃｒの拡散による基地の焼入れ性
向上、および硬質相周囲に形成される軟質なフェライト
相によるバルブ着座時の衝撃緩和の効果により耐摩耗性
が向上するが、Ｃｒ量が増加するとＣｒ炭化物、金属間
化合物によるバルブ攻撃性の増加、フェライト相の量の
増加による基地強度の低下も同時に生じ、２５％を超え
るとバルブ攻撃性の増加により、バルブの摩耗が急激に
進行するとともに、バルブの摩耗粉が研磨粒子として作
用し、強度の低いフェライト相が増加したバルブシート
の摩耗が進行したためと推察される。したがって、硬質
相形成粉末中のＣｒ量は４〜２５％の範囲で耐摩耗性に
特に効果的であることが分かる。

【００４１】本発明合金６〜９，２７，２８および比較
合金５を比較すると次のようになる。なお、本発明合金
６〜９，２７，２８の全体が請求項１，２に関し、その
内、本発明合金６は硬質相のＭｏ量が０％のものであ
り、請求項１に対応している。まず、硬質相形成粉末中
のＭｏ量の増加にしたがい、Ｍｏ炭化物およびＣｒとの
共晶炭化物の量が増加し、バルブシートの摩耗量は図５
に示す如く低減されるが、３％を超えると摩耗量が増加
している。また、バルブの摩耗量はバルブ攻撃性の増加
により緩やかな増加傾向を示し、３％を超えるとバルブ
が一気に摩耗が進行している。以上のことから、硬質相
形成粉末にはＭｏ量が０％でも、従来合金（比較１３）
よりも摩耗量が低くなり、品質性能的に向上できること
が分かる。また、硬質相形成粉末中にＭｏを０．３〜３
％の範囲で固溶させると、耐摩耗性の向上に特に効果的
であることが分かる。

【００４２】本発明合金９，１０，１３，２３〜２６お
よび比較合金６を比較すると次のようになる。なお、本
発明合金９，１０，１３，２３〜２６の全体が請求項３
に対応している。硬質相形成粉末にＶを０．２％含有さ
せるとバルブシートの摩耗量は図６に示す如く低減さ
れ、耐摩耗性の向上に効果があることが分かる。しか
し、Ｖ量が２．２％を超えると、バルブ攻撃性の増加お
よび圧縮性の低下に伴う強度の低下の影響で摩耗が一気
に進行する。このため、硬質相形成粉末中のＶ量は０．
２〜２．２％の範囲で耐摩耗性に特に効果的であること
が分かる。また、本発明合金２２は、硬質相形成粉末に
ＶとＷを同時に含有させたものであり、この評価におい
て、バルブの摩耗量は若干増加（１７μｍ）するもの
の、バルブシートの摩耗量は低減（１３４μｍ）でき、
全体として摩耗量は低減され、耐摩耗性の向上に効果的
であることが分かる。なお、本発明合金２２は請求項３
の一部に対応している。

【００４３】本発明合金１１〜１３，２０，２１および
比較合金９，１０を比較すると、図７に示す如く黒鉛粉
末の添加量が０．３〜１．２％の間でバルブシートの摩
耗量は減少し安定した値を示すが、黒鉛粉末の添加量が
１．４％を超えると摩耗量は増加している。一方、バル
ブの摩耗量は、黒鉛粉末の添加量の増加にしたがい緩や
かに増加し、１．４％を超えると摩耗の増加傾向が大き
くなっている。これにより、合計の摩耗量は、０．３〜
１．４％の間で減少し、安定な値を示す。これは、黒鉛
粉末の添加量の増加にしたがい、基地中に固溶されたＣ
により基地組織が強化され耐摩耗性の向上に寄与したた
めであり、黒鉛粉末添加量が１．４％を超えると、過飽
和に固溶されたＣが基地の靱性を低下させ、耐摩耗性が
低下したことと、基地が強化されたことによりバルブ攻
撃性が高まり、バルブの摩耗が進行したとともに、その
影響でバルブシートの摩耗も進行したためであると推察
される。

【００４４】本発明合金１３，１６〜１９および比較合
金１１を比較すると、図８に示す如くＭｎＳ粉末を添加
することで被削性が改善され、ＭｎＳ粉末の添加量の増
加にしたがい、改善効果が大きくなっていることが分か
る。しかし、ＭｎＳ粉末の添加量の増加にしたがい、Ｍ
ｎＳ粉末が焼結の進行を阻害するため基地強度が低下
し、バルブシートの摩耗量は増加しており、ＭｎＳ粉末
添加量が２．０％を超えると、基地強度が低下しすぎて
摩耗が大きく進行している。また、バルブの摩耗量は添
加量が２．０％まではほぼ一定の安定した摩耗を示して
いるが、バルブシートの摩耗の影響でバルブの摩耗量も
大きくなっている（図８参照）。したがって、被削性の
改善にＭｎＳ粉末の添加は有効であるが、過剰な添加は
耐摩耗性の低下を引き起こすため、ＭｎＳ粉末の添加は
２．０％以下がよいことが分かる。

【００４５】本発明合金１３，１４，１５および比較合
金１３を比較すると、本発明合金１３は、比較合金１３
（従来合金）よりも耐摩耗性は（合計の摩耗量約４４μ
ｍ）向上しているが、被削性は本発明合金１３が最も悪
くなっている。しかし、この点は本発明合金の気孔中に
アクリル樹脂またはＰｂを含浸することで、耐摩耗性を
損なうことなく、比較合金１３（従来合金）よりも被削
性を改善することが可能であることが分かる。

【００４６】本発明合金１３と比較合金１２を比較する
と、本発明合金に係わる基地形成合金粉末を単味粉の形
で与えた合金（比較合金１２）は、顕微鏡写真の観察に
より、パーライト中に未拡散のＮｉを核とするオーステ
ナイトおよびマルテンサイトが分散する混合組織中に、
本発明合金に係わる硬質相形成粉末によるを硬質相を核
とするフェライト相とその周囲を取り囲むマルテンサイ
ト相が分散する組織を呈しており、強度の低いパーライ
ト相が多いため耐摩耗性が低く、マルテンサイト相が多
いため被削性も悪くなっている。したがって、合金成分
の添加形態としては、本発明合金のように完全合金粉末
の形態が適していることが分かる。

【００４７】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
に係る耐摩耗性焼結合金およびその製造方法では、Ｃｏ
等の高価な元素を使用しないため安価であり、耐摩耗性
も従来のものより向上した焼結合金であり、さらには被
削性も改善した優れた合金であるから、本発明に係わる
耐摩耗性焼結合金により、近年の自動車産業の低コスト
要求に合致した有効なバルブシートを提供することが可
能となるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の耐摩耗性焼結合金を模式的に示す図で
ある。

【図２】本発明の実施例において、基地形成合金粉末中
のＮｉ量を変化させたときの摩耗量の評価結果を示すグ
ラフ。

【図３】本発明の実施例において、硬質相形成粉の添加
量を変化させたときの摩耗量の評価結果を示すグラフ。

【図４】本発明の実施例において、硬質相形成粉末中の
Ｃｒ量を変化させたときの摩耗量の評価結果を示すグラ
フ。

【図５】本発明の実施例において、硬質相形成粉末中の
Ｍｏ量を変化させたときの摩耗量の評価結果を示すグラ
フ。

【図６】本発明の実施例において、硬質相形成粉末中の
Ｖ量を変化させたときの摩耗量の評価結果を示すグラ
フ。

【図７】本発明の実施例において、黒鉛粉の添加量を変
化させたときの摩耗量の評価結果を示すグラフ。

【図８】本発明の実施例において、ＭｎＳ粉の添加量を
変化させたときの摩耗量の評価結果を示すグラフ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平６−116601（ＪＰ，Ａ) 特開平２−145702（ＪＰ，Ａ) 特開昭49−135807（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−5955（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−114555（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−276949（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−20431（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−251258（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 33/02,38/00 - 38/60

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】全体組成が、重量比で、Ｎｉ：０．７３
６〜５．７９％、Ｃｒ：０．１２〜６．２５％、Ｍｏ：
０．２９４〜０．９６５％、Ｃ：０．５０８〜２．０
％、および残部がＦｅおよび不可避不純物よりなってい
て、その金属組織が、ベイナイトあるいはベイナイトとソル
バイトの混合組織の基地中に、Ｃｒ炭化物よりなる硬質
相の核を有し、その核を取り囲むＣｒにより形成された
フェライトとその周囲をさらに取り囲むマルテンサイト
が分散する組織をなしていることを特徴とする耐摩耗性
焼結合金。
【請求項２】全体組成が、重量比で、Ｎｉ：０．７３
６〜５．７９％、Ｃｒ：０．１２〜６．２５％、Ｍｏ：
０．３６９〜１．４９５％、Ｃ：０．５０８〜２．０
％、および残部がＦｅおよび不可避不純物よりなってい
て、その金属組織が、ベイナイトあるいはベイナイトとソル
バイトの混合組織の基地中に、Ｃｒ炭化物およびＭｏ炭
化物よりなる硬質相の核を有し、その核を取り囲むＣｒ
より形成されたフェライトとその周囲をさらに取り囲む
マルテンサイトが分散する組織をなしていることを特徴
とする耐摩耗性焼結合金。
【請求項３】全体組成が、重量比で、Ｎｉ：０．７３
６〜５．７９％、Ｃｒ：０．１２〜６．２５％、Ｍｏ：
０．３６９〜１．４９５％、Ｃ：０．５０８〜２．０
％、さらに、Ｖ：０．００６〜０．５５％とＷ：０．０
３〜１．２５％の１種もしくは２種、および残部がＦｅ
および不可避不純物よりなっていて、その金属組織が、ベイナイトあるいはベイナイトとソル
バイトの混合組織の基地中に、Ｃｒ炭化物およびＭｏ炭
化物、さらにＶ炭化物とＷ炭化物の１種もしくは２種よ
りなる硬質相の核を有し、その核を取り囲むＣｒより形
成されたフェライトとその周囲をさらに取り囲むマルテ
ンサイトが分散する組織をなしていることを特徴とする
耐摩耗性焼結合金。
【請求項４】請求項１〜３の何れかに記載の耐摩耗性
焼結合金に、さらに重量比で０．１〜２．０％のＭｎＳ
が均一に分散していることを特徴とする耐摩耗性焼結合
金。
【請求項５】請求項１〜４の何れかに記載の耐摩耗性
焼結合金の気孔中に、アクリル樹脂、鉛または鉛合金の
何れかが分散していることを特徴とする耐摩耗性焼結合
金。
【請求項６】成分組成が、重量比で、Ｎｉ：１〜６
％、Ｍｏ：０．４〜１．０％、残部がＦｅおよび不可避
不純物からなる基地形成合金粉末に、成分組成が、重量
比で、Ｃｒ：４．０〜２５％、Ｃ：０．２５〜２．４
％、および残部がＦｅおよび不可避不純物からなる硬質
相形成粉末：３〜２５％および黒鉛粉末：０．５〜１．
４％を混合した混合粉末を用いることを特徴とする請求
項１に記載の耐摩耗性焼結合金の製造方法。
【請求項７】成分組成が、重量比で、Ｎｉ：１〜６
％、Ｍｏ：０．４〜１．０％、残部がＦｅおよび不可避
不純物からなる基地形成合金粉末に、成分組成が、重量
比で、Ｃｒ：４．０〜２５％、Ｍｏ：０．３〜３．０
％、Ｃ：０．２５〜２．４％、および残部がＦｅおよび
不可避不純物からなる硬質相形成粉末：３〜２５％およ
び黒鉛粉末：０．５〜１．４％を混合した混合粉末を用
いることを特徴とする請求項２に記載の耐摩耗性焼結合
金の製造方法。
【請求項８】成分組成が、重量比で、Ｎｉ：１〜６
％、Ｍｏ：０．４〜１．０％、残部がＦｅおよび不可避
不純物からなる基地形成合金粉末に、成分組成が、重量
比で、Ｃｒ：４．０〜２５％、Ｍｏ：０．３〜３．０
％、Ｃ：０．２５〜２．４％、さらに、Ｖ：０．２〜
２．２％とＷ：１．０〜５．０％の１種または２種、お
よび残部がＦｅおよび不可避不純物からなる硬質相形成
粉末：３〜２５％および黒鉛粉末：０．５〜１．４％を
混合した混合粉末を用いることを特徴とする請求項３に
記載の耐摩耗性焼結合金の製造方法。
【請求項９】請求項６〜８に記載の混合粉末に、さら
に重量比で０．１〜２．０％のＭｎＳ粉末を混合したこ
とを特徴とする請求項４に記載の耐摩耗性焼結合金の製
造方法。
【請求項１０】請求項６〜９に記載の混合粉末を用い
て成形および焼結した焼結体の気孔中に、アクリル樹
脂、鉛または鉛合金の何れかを含浸することを特徴とす
る請求項５に記載の耐摩耗性焼結合金の製造方法。