JP5462325B2 - 鉄基焼結合金製バルブシート - Google Patents
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Description
粒度分布が150〜200メッシュにピークを有するCr:11.3%、Mo:0.96%、V:1.9%、Si:0.78%、C:1.1%、残部:Fe(及び不可避的不純物)からなるプレアロイ合金粉末に、Cが表1に示す基地組成となるような所定量の黒鉛粉を加え、さらに、液相助剤としての役割を期待するFePを硬質粒子も含めた焼結合金全体の質量に対して3〜5%(表1では基地中の質量%を示す。)と、ビッカース硬さがHv 1175で平均粒径29μmのFe-Mo-Si合金からなる硬質粒子を10質量%又は15質量%配合し、混合機で混練して混合粉を作製した。表1には、各実施例及び比較例の基地組成とFe-Mo-Si硬質粒子の混合比率を示す。なお、原料粉末には、成形工程の型抜き性をよくするためにステアリン酸亜鉛を原料粉末の量に対して0.5質量%加えている。また、使用したFe-Mo-Si合金は質量%でMo:60.87%、Si:1.20%、C:0.05%、残部:Fe(及び不可避的不純物)からなる組成を有していた。
得られたリング状焼結体をバルブシートに加工し、図1に示した単体摩耗試験機を用いて耐摩耗性を評価した。バルブシート4はシリンダヘッド相当材のバルブシートホルダ2に圧入して試験機にセットされ、摩耗試験は、バーナー1によりバルブ3及びバルブシート4を加熱しながら、カム7の回転に連動してバルブ3を上下させることによって行われる。なお、バルブシート4には熱電対5, 6を埋め込み、バルブシートの当たり面が所定の温度になるようにバーナー1の火力を調節する。バルブシート4はバルブ3によって繰り返し叩かれることにより摩耗し、その摩耗量は試験前後のバルブシート及びバルブの形状を測定することにより、当たり面の後退量として算出した。ここで、バルブはSUH合金(JIS規格:JIS G 4311)にステライト#12を盛金した上記バルブシートに適合するサイズのものを使用した。試験条件としては、温度250℃(バルブシート当たり面)、カム回転数2000 rpm、試験時間5時間とした。試験結果を、前述した焼結体の密度(相対密度)、HRC硬さとともに、表2に示す。
硬質粒子としてビッカース硬さがHv 980で平均粒径28μmのCr-W-Co-Fe合金を15質量%配合した以外は、実施例4と同様に混合、成形、焼結してリング状焼結体を作製した。ここで、使用したCr-W-Co-Fe合金は、質量%でCr:31.8%、W:22.0%、Co:8.4%、C:2.1%、残部:Fe及び不可避的不純物からなる組成を有していた。焼結体の密度及び硬度を測定し、摩耗試験も実施例4と同様に行った。基地組成並びに硬質粒子の種類及び混合比率を表3に、焼結体の密度及び硬度並びに摩耗試験の結果を表4に示す。
硬質粒子として実施例4で使用したFe-Mo-Si合金を10質量%と実施例7で使用したCr-W-Co-Fe合金を5質量%配合した以外は、実施例4と同様に混合、成形、焼結してリング状焼結体を作製した。焼結体の密度及び硬度を測定し、摩耗試験も実施例4と同様に行った。基地組成並びに硬質粒子の種類及び混合比率を表3に、焼結体の密度及び硬度並びに摩耗試験の結果を表4に実施例7の結果とともに示す。
1120℃の真空雰囲気の代わりに、1120℃のN2+H2混合ガス雰囲気で焼成した以外は、実施例4と同様にリング状焼結体を作製した。焼結体の密度及び硬度を測定し、摩耗試験も実施例4と同様に行った。基地組成並びに硬質粒子の種類及び混合比率を表3に、焼結体の密度及び硬度並びに摩耗試験の結果を表4に実施例7及び8の結果とともに示す。N2+H2混合ガス雰囲気での焼成により、表面が窒化され、HRC 46.3の高硬度が得られた。
比較例5として金属間化合物の硬質粒子の代わりに平均粒径10μmのTiNを10質量%とした以外は、実施例4と同様にリング状焼結体を作製した。焼結体の密度及び硬度を測定し、摩耗試験も実施例4と同様に行った。基地組成並びに硬質粒子の種類及び混合比率を表3に、焼結体の密度及び硬度並びに摩耗試験の結果を表4に実施例7〜9の結果とともに示す。比較例5の硬さの測定値は、TiNの高硬度(Hv 2000〜2400)が焼結体の硬さを上げていることを示している。また、摩耗量はバルブシートもバルブも摩耗量が多い傾向にあった。なお、焼結体全体の組成成分を実施例1〜9及び比較例1〜5のデータとともに表5に示す。
続いて、前述の実施例1〜9及び比較例1〜5の焼結体について被削性試験を行った。試験条件は汎用旋盤を用いた切削速度100 m/min、切り込み量0.1 mm、送り速度0.1 mm/revの乾式(切削液を使用しない)で、所謂トラバース方式の切削試験を行った。切削工具としてはCBNチップを使用し、被削性は逃げ面摩耗量が所定量となった時点の切削距離により評価した。結果を図3に示す。
2 バルブシートホルダ
3 バルブ
4 バルブシート
5 熱電対(高温側)
6 熱電対(低温側)
7 カム
Claims (5)
- 基地中に、平均粒径5〜200μm、ビッカース硬さHv 800〜1200の金属間化合物からなる硬質粒子を体積%で5〜14%分散させた鉄基焼結バルブシートであって、前記基地の組成が質量%で、C:1.3〜1.85%、Si:0.4〜0.8%、Cr:10.0〜13.0%、Mo:0.8〜1.2%、V:1.7〜2.2%、P:0.80〜1.72%、並びに残部:Fe及び不可避的不純物からなり、前記C及び前記Pは質量%で前記鉄基焼結バルブシートに対しC:1.2〜1.6%、P:0.80〜1.35%であることを特徴とする鉄基焼結バルブシート。
- 請求項1に記載の鉄基焼結バルブシートにおいて、前記硬質粒子がFe-Mo-Si合金及び/又はCr-W-Co-Fe合金からなることを特徴とする鉄基焼結バルブシート。
- 請求項2に記載の鉄基焼結バルブシートにおいて、前記Fe-Mo-Si合金が質量%で、Mo:40〜70%、Si:0.4〜2.0%、C:0.1%以下、並びに残部:Fe及び不可避的不純物、前記Cr-W-Co-Fe合金が質量%で、Cr:27〜33%、W:22〜28%、Co:8〜12%、並びに残部:Fe及び不可避的不純物からなることを特徴とする鉄基焼結バルブシート。
- 請求項3に記載の鉄基焼結バルブシートにおいて、前記Si、Cr、Mo、及びVが質量%で鉄基焼結バルブシートに対しSi:0.5〜0.9%、Cr:8.0〜11.0%、Mo:5.0〜10.0%、及びV:1.4〜1.9%であることを特徴とする鉄基焼結バルブシート。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の鉄基焼結バルブシートにおいて、密度が7.5〜7.8 g/cm3であることを特徴とする鉄基焼結バルブシート。
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