JP3454322B2 - 内燃機関用バルブシート - Google Patents
内燃機関用バルブシートInfo
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Description
の他のガスを燃料とするエンジンに好適な内燃機関用バ
ルブシートに関する。
ンジンでは、内燃機関のバルブシートは燃料、燃焼生成
物(例えばC)によりバルブとバルブシート間の潤滑が
保たれ、そして、パーライトに代表される比較的低硬度
の基地がベースとなっており、焼結合金材を用いても耐
摩耗性に問題はなかった。
ジンにおいては、燃料が気体であり、燃焼による生成物
が少ないので、鉄系の焼結材からなるバルブとバルブシ
ート間が金属接触となるため、従来の燃料を使用した場
合と比較して摩耗が進行し易く、塑性フローが起こり凝
着摩耗が発生していた。
された内燃機関のバルブシートが開発されている。すな
わち、Cr:1.0〜3.0%、C:0.7〜1.0
%、Mo:5.0〜8.0%、Nb:0.5〜1.0
%、Co:1.0〜5.0%、Ni:1.0〜5.0%
を含有し、さらにCaF2 、BaF2 等の潤滑成分0.
2〜2.0%を含有し、残りがFeと不可避不純物から
なる組成(以上重量%)で、かつ、主体がマルテンサイ
ト相からなる素地中に、60〜70%のMoを含む10
〜50μmのFeMo粒子を均一に分散させた焼結合金
基体に、5から20重量%のCuによる溶浸処理を行っ
たのち、急冷し、焼戻しをしたバルブシートである。こ
れは、高価なCoの使用量を少なくして材料コストを節
減し、かつCu溶浸処理により、焼結体中の空孔を封孔
し、強度と耐摩耗姓を向上させたものである。
焼結合金においては、CaF2 、BaF2 等の潤滑成分
を含有し、しかも焼入れ操作を必須とし、さらにFeM
o粒子の均一分散を必須工程としており、製造コストが
高くなるという問題点があった。
材を有せず、焼入れ操作も不要で製造が簡単でマルテン
サイトとNi、Co、C、Feからなるオーステナイト
高合金相の混在組織からなる内燃機関用バルブシートを
提供することを目的とする。
は、C:0.3〜0.9重量%、Ni:8.0〜14重
量%、Co:3.0〜7.0重量%を含有し、残部がF
eからなり、マルテンサイト相と高合金相の混在組織か
らなるようにした。
ローが起こりにくくなり、凝着摩耗が著しく減少する。
炭素(C)は通常0.3〜0.9重量%を含有し、0.
3重量%以下ではミクロ組織中に耐摩耗性上好ましくな
いフェライトが析出し、0.9重量%以上では基地がマ
ルテンサイトにならない。
コバルト(Co)は3.0〜7.0%を含有し、これ以
下では高合金相の形成が難しく、これ以上ではニッケ
ル、コバルトはオーステナイト形成元素のため、マルテ
ンサイトの形成が難しい。ここでいう高合金相とは、ニ
ッケル、コバルト、炭素からなる合金相であり、マルテ
ンサイトとほぼ同一の硬度を有し、残留オーステナイト
の一種であり、サブゼロ処理をすれば、マルテンサイト
に変態する。この高合金相は基本的には基地全体の20
%以下を占めることが望ましい。これ以上だとパーライ
ト相とフェライト相が生じてしまう。マルテンサイトと
高合金相のビッカース硬度は400以上である。
0.7重量%、9.5〜13.0重量%、4.0〜6.
0重量%をそれぞれ含むことが好ましく、この場合には
耐摩耗性が著しく向上する。
をそれぞれ0.001〜3.0重量%、0.001〜
3.5重量%を含んだ場合には、マルテンサイトと高合
金相が形成され易く、好ましくは、クロム、モリブデン
を0.001〜1.5%、0.001〜3.5%をそれ
ぞれ含めば、マルテンサイトと高合金相がより形成され
易い。しかしながら、これら元素の添加量が前記範囲よ
り増加するとこれら元素と炭素とが結合して炭化物が形
成されてしまうので、好ましくない。
織にフェロモリブデン(FeMo)、コバルト基の硬質
粒子、例えばトリバロイ(商品名)、高クロム合金粒
子、例えばC:1.0〜5.0、Si:0.1〜2.
0、Mn:0.1〜2.0、P:0.01〜0.5、
S:0.01〜0.2、Cr:10.0〜30.0、M
o:0.01〜10.0、V:0.01〜3.0残Fe
(重量%で示す)等の硬質粒子を30%以下加えると硬
度が著しく増大する。その量が30%を越えると成形
性、強度が劣ってくる。
硫化マンガン(MnS)および二硫化モリブデン(Mo
S2 )、グラファイト、ボロンナイトライト(BN)等
の粒子を10%以下、好ましくは3〜5%を分散させて
もよい。この硬質粒子は拡散しにくく、材料強度を低下
させるので、含有量が制限される。更に、焼結合金の空
孔内に例えば、低融点合金であるPb(鉛)、Zn(亜
鉛)、Sn(錫)、Cu(銅)、及びこれらの合金を溶
浸させてもよい。この溶浸は温度500〜1100℃の
範囲で行なわれる。これら、自己潤滑材、低融点合金は
燃料(ガソリン等)、燃焼生成物(炭素等)にかわる潤
滑材として機能とし、耐摩耗性の補足機能を果たす。
1に、その耐摩量(μm/hr)を図1に、それぞれに
対応する表面組織を図2〜図16に示している。
Ni粉、Co粉を表1に示す基地組成になるように添加
したものをV型混合機で10分間混合した。
形し、Axガス炉で1160℃×45分焼結し、その
後、冷却速度は16℃/分で冷却した。ここで、比較材
1,2はそれぞれの元素が臨界値以下および以上の場合
を、本発明材1,6はそれぞれの元素が下および上臨界
値の場合を、本発明材3は各元素の添加量の中央値の場
合を、本発明材2,4は下および上臨界値と中央値の好
ましい中間値をとった場合を示している。
3(中央値)に硬質粒子としてトリバロイ(商品名)を
25%添加したものを本発明材6として示し、本発明材
3に自己潤滑材としてMnSを2%添加したものを本発
明材7として示し、本発明材3を真空容器中に入れ、そ
の中で空孔の空気を抜いた後、溶融Pb中に浸漬させ、
加圧することで自己潤滑材としてのPbを充填させたも
のを本発明材8として示している。
Cu:3重量%を溶浸させたものを準備し、比較材4と
して、C:1.1重量%、Ni:2.0重量%、Co:
6.0重量%にFeMo硬質粒子を12重量%加えたも
のを準備した。
を1.6l直4,4サイクル天然ガスE/Gで耐久試験
を行った。耐久条件は5600rpm/WOT(全開運
転)、試験時間は24hr、相手バルブ材はSUH35
の母材にバルブフェース面のみ62Co−28Mo−2
Si−8Crの肉盛りを行ったものである。
用した場合を、右側はそれらを排気側に使用した場合を
それぞれ示し、排気側に使用した場合の方が温度の関係
から吸気側に使用した場合より摩耗量は高くなってい
る。
材1〜2、本発明材1〜5の範囲では摩耗量が最も少な
く、中央値の本発明材3に硬質粒子(本発明材6)又は
自己潤滑材(本発明材7,8)を加えれば、更に摩耗量
が減少していることが判る。これに対し、比較材3,4
は著しく摩耗量が増大している。
〜図16の写真の説明図)を参照して各材の組織につい
て説明する。図2の黒の部分はフェライトであり、マル
テンサイトと高合金相の混合組織ではなく、図3〜図7
の色の濃い部分はマルテンサイト相であり、薄い白っぽ
い部分は高合金相である。図9の白い斑点部分はトリバ
ロイ(商品名)粒子で、図10においては大きな黒い部
分に近接してMnS粒子の存在が確認される。図11に
おいては、空孔内に鉛が溶浸されており、その拡大組織
が図12に示されている。図13の組織の基地はパーラ
イト相であり、図14の組織の基地はパーライト相で、
このパーライト相にFeMoの硬質粒子が分散してい
る。図15は本発明材6のトリバロイ(商品名)粒子を
含む試料の耐久試験後のバルブとの当り面の状態を示す
ものであり、その当り面は十分な硬度があるため、組織
の流れは有効に防止されている。しかしながら、比較材
4の耐久試験後のバルブとの当り面は基地が柔らかいた
め流れているのが判る。
添加元素の種類が少なくして、しかも焼入れ処理も不要
で簡単な処理で、特に気体燃料を使用する内燃機関にお
いてバルブシートの耐摩耗性を著しく向上できるという
効果を奏する。
て示す図である。
る。
ある。
ある。
ある。
ある。
ある。
る。
ある。
真である。
真である。
鏡組織図の一部の拡大図を示す写真である。
である。
である。
断面組織図を示す写真である。
面組織図を示す写真である。
Claims (8)
- 【請求項1】 C:0.3〜0.9重量%、Ni:8.
0〜14重量%、Co:3.0〜7.0重量%、Cr:
0.001〜3.0重量%、Mo:0.001〜3.5
重量%を含有し、残部がFeからなり、 マルテンサイト
相と、Ni、Co、C、Feからなるオーステナイト高
合金相、の混在組織からなることを特徴とする内燃機関
用バルブシート。 - 【請求項2】 C:0.4〜0.7重量%、Ni:9.
5〜13.0重量%、Co:4.0〜6.0重量%、C
r:0.001〜1.5重量%、Mo:1.0〜2.5
重量%を含有し、残部がFeからなり、 マルテンサイト相と、Ni、Co、C、Feからなるオ
ーステナイト高合金相、の混在組織からなることを特徴
とする内燃機関用バルブシート。 - 【請求項3】 硬質粒子を30重量%以下の割合でさら
に含有することを特徴とする請求項1または2に記載の
内燃機関用バルブシート。 - 【請求項4】 前記硬質粒子はコバルト基からなること
を特徴とする請求項3記載の内燃機関用バルブシート。 - 【請求項5】 自己潤滑材を分散させたことを特徴とす
る請求項1乃至4のいずれかに記載の内燃機関用バルブ
シート。 - 【請求項6】 自己潤滑材としてMnS、MoS 2 、グ
ラファイトおよびBNのうち少なくとも1つの成分を分
散させたことを特徴とする請求項5記載の内燃機関用バ
ルブシート。 - 【請求項7】 空孔内に低融点合金を溶浸させたことを
特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の内燃機関
用バルブシート。 - 【請求項8】 低融点合金として、Pb、Zn、Sn、
Cuおよびそれらの合金のうち少なくとも1つの元素を
溶浸させたことを特徴とする請求項7記載の内燃機関用
バルブシート。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25292094A JP3454322B2 (ja) | 1994-09-21 | 1994-09-21 | 内燃機関用バルブシート |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25292094A JP3454322B2 (ja) | 1994-09-21 | 1994-09-21 | 内燃機関用バルブシート |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0892706A JPH0892706A (ja) | 1996-04-09 |
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Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP25292094A Expired - Fee Related JP3454322B2 (ja) | 1994-09-21 | 1994-09-21 | 内燃機関用バルブシート |
Country Status (1)
Country | Link |
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Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2431166B (en) | 2005-10-12 | 2008-10-15 | Hitachi Powdered Metals | Manufacturing method for wear resistant sintered member, sintered valve seat, and manufacturing method therefor |
JP4716366B2 (ja) * | 2005-10-24 | 2011-07-06 | 日立粉末冶金株式会社 | 焼結バルブシートの製造方法 |
-
1994
- 1994-09-21 JP JP25292094A patent/JP3454322B2/ja not_active Expired - Fee Related
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