JP6275074B2

JP6275074B2 - 焼結合金配合用硬質粒子、耐摩耗性鉄基焼結合金及び耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方法

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Publication number: JP6275074B2
Application number: JP2015064877A
Authority: JP
Inventors: 義久植田; 裕作吉田; 杉本　勝; 勝杉本
Original assignee: Fine Sinter Co Ltd
Current assignee: Fine Sinter Co Ltd
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2018-02-07
Anticipated expiration: 2035-03-26
Also published as: JP2016183392A

Description

本発明は焼結合金配合用硬質粒子、耐摩耗性鉄基焼結合金及びその製造方法に関する。

従来より、各種エンジンにおけるバルブシート等の製造に用いられる焼結合金としては、例えば、特許第３５９６７５１号公報に記載されているように、硬質粒子に含有されるＭｏとＭｎの特性に着目して、質量％でＭｏ：２０〜７０％、Ｃ：０．５〜３％、Ｎｉ：５〜４０％、Ｍｎ：１〜２０％、残部が不可避不純物とＦｅからなる硬質粒子の粉末を用い、硬質粒子が鉄基地中に面積比で１０〜６０％分散された耐摩耗性鉄基焼結合金が開示されている。

上記した焼結合金においては、硬質粒子に含まれているＮｉ量が５〜４０％の範囲にされている。

特許第３５９６７１号公報

上記した焼結合金の更なる耐久性を確保するためには硬質粒子と基地との密着性が高い方が好ましく、また、機械加工時に硬質粒子が基地から脱落することを抑制して焼結合金の面粗さを向上することが好ましい。しかしながら、上記した焼結合金においては、硬質粒子と基地との密着性が必ずしも充分ではなく、また、機械加工時における焼結合金の面粗さを向上させるには十分ではなく、改善の余地があった。

本願発明者等は、硬質粒子と基地との密着性の向上及び機械加工時における焼結合金の面粗さの向上を図るにつき研究を行う過程において、ＮｉはＣと共に硬質粉末のマトリックスのオーステナイト相を安定化するのに必須元素であり、また、耐熱性を向上し耐摩耗性を改善し、硬質粉末と基地の密着性を向上し機械加工時の脱落を改善し面粗さを向上する元素であることに着目し、鋭意研究・検討を重ねた結果、本発明を見出すに至ったものである。

前記課題を解決するため請求項１に係る焼結合金配合用硬質粒子は、焼結合金に原料として配合される硬質粒子であって、質量％でＮｉ：４１〜６０％、Ｍｏ：３０〜５０％、Ｃｒ：０〜１５％、Ｍｎ：２〜１０％、Ｓｉ：０．４〜２％、Ｃ：０．５〜１．５％、残部が不可避不純物とＦｅからなることを特徴とする。

請求項２に係る焼結合金配合用硬質粒子は、請求項１の焼結合金配合用硬質粒子において、Ｎｉ：４１％〜４５％を含むことを特徴とする。

請求項３に係る焼結合金配合用硬質粒子は、焼結合金に原料として配合される硬質粒子であって、質量％でＮｉ：４１〜４５％、Ｍｏ：３０〜４０％、Ｃｒ：０〜１０％、Ｍｎ：２〜６％、Ｓｉ：０．４〜２％、Ｃ：０．５〜１．０％、残部が不可避不純物とＦｅからなることを特徴とする。

請求項４に係る耐摩耗性鉄基焼結合金は、硬質粒子を１００％としたとき硬質粒子成分がＮｉ：４１〜６０％、Ｍｏ：３０〜５０％、Ｃｒ：０〜１５％、Ｍｎ：２〜１０％、Ｓｉ：０．４〜２％、Ｃ：０．５〜１．５％、残部が不可避不純物とＦｅからなる硬質粒子の粉末を質量％で１〜５０％と、炭素粉末０．５〜２．５％と、残部となるＦｅ粉末とを混合した混合材料を焼結したことを特徴とする。

請求項５に係る耐摩耗性鉄基焼結合金は、硬質粒子を１００％としたとき硬質粒子成分がＮｉ：４１〜４５％、Ｍｏ：３０〜４０％、Ｃｒ：０〜１０％、Ｍｎ：２〜６％、Ｓｉ：０．４〜２％、Ｃ：０．５〜１．０％、残部が不可避不純物とＦｅからなる硬質粒子の粉末を質量％で１〜５０％と、炭素粉末０．５〜２．５％と、残部となるＦｅ粉末とを混合した混合材料を焼結したことを特徴とする。

請求項６に係る耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方法は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の硬質粒子の粉末を質量％で１〜５０％と、炭素粉末０．５〜２．５％と、残部となるＦｅ粉末とを混合した混合材料を用意し、前記混合材料を成形して圧粉成形体を形成し、圧粉成形体を焼結して焼結合金とすることを特徴とする。

請求項７に係るバルブシートは、請求項４又は請求項５に記載の耐摩耗性鉄基焼結合金で形成されていることを特徴とする。

請求項１に係る焼結合金配合用硬質粒子は、焼結合金に原料として配合される硬質粒子であって、質量％でＮｉ：４１〜６０％、Ｍｏ：３０〜５０％、Ｃｒ：０〜１５％、Ｍｎ：２〜１０％、Ｓｉ：０．４〜２％、Ｃ：０．５〜１．５％、残部が不可避不純物とＦｅからなり、また、請求項３に係る焼結合金配合用硬質粒子は、焼結合金に原料として配合される硬質粒子であって、質量％でＮｉ：４１〜４５％、Ｍｏ：３０〜４０％、Ｃｒ：０〜１０％、Ｍｎ：２〜６％、Ｓｉ：０．４〜２％、Ｃ：０．５〜１．０％、残部が不可避不純物とＦｅからなる。

本発明に係る焼結合金配合用硬質粒子では、ＮｉがＣと共に硬質粉末のマトリックスのオーステナイト相を安定化するのに必須元素であり、また、耐熱性を向上し耐摩耗性を改善し、硬質粉末と基地の密着性を向上し機械加工時の脱落を改善し面粗さを向上する元素であることに着目し、Ｎｉの含有量をＮｉ：４１〜６０％、好適には、Ｎｉ：４１〜４５％としたので、かかる硬質粒子を含有して生成される焼結合金によれば、耐摩耗性を改善し、硬質粉末と基地の密着性を向上して機械加工時の脱落を改善し面粗さを向上することができる。

また、請求項４及び請求項５に係る耐摩耗性鉄基焼結合金は、前記した硬質粒子粉末を質量％で１〜５０％と、炭素粉末０．５〜２．５％と、残部となるＦｅ粉末とを混合した混合材料を焼結して得られるので、前記した硬質粒子の特性に基づき、耐摩耗性鉄基焼結合金における耐摩耗性を改善し、硬質粉末と基地の密着性を向上して機械加工時の脱落を改善し面粗さを向上することができる。

更に、耐摩耗性鉄基焼結合金を成形焼結するに際して、焼結前の混合材料中に硬質粒子粉末を質量％で１〜５０％混合して成形焼結しており、成形焼結に支障のない範囲で可能な限り硬質粒子を含有させることにより、焼結合金における耐摩耗性を改善し、硬質粉末と基地の密着性を向上して機械加工時の脱落を改善し面粗さを向上することができる。
前記のように生成される焼結合金は、バルブシートに使用して好適である。

バルブシートの耐摩耗試験機を模式的に示す説明図である。

（硬質粒子）
第１実施形態に係る硬質粒子は、質量％でＮｉ：４１〜６０％、Ｍｏ：３０〜５０％、Ｃｒ：１５％以下、Ｍｎ：２〜１０％、Ｓｉ：０．４〜２％、Ｃ：０．５〜１．５％、残部が不可避不純物とＦｅからなる。

ここに、Ｎｉ含有量としては、Ｎｉ：４１％〜４５％の範囲が更に好適である。

第２実施形態に係る硬質粒子は、質量％でＮｉ：４１〜４５％、Ｍｏ：３０〜４０％、Ｃｒ：１０％以下、Ｍｎ：２〜６％、Ｓｉ：０．４〜２％、Ｃ：０．５〜１．０％、残部が不可避不純物とＦｅからなる。

前記した第１実施形態及び第２実施形態に係る硬質粒子では、Ｎｉは基地におけるＣと共に硬質粉末のマトリックスのオーステナイト相を安定化するのに必須元素であり、また、耐熱性を向上し耐摩耗性を改善し、硬質粉末と基地の密着性を向上し機械加工時の脱落を改善し面粗さ（加工性）を向上する元素であることに基づき、焼結合金における耐摩耗性と加工性との良好なバランスを図るべく、第１実施形態の硬質粒子におけるＮｉの含有量は、４１％〜６０％の範囲に設定され、また、第２実施形態に係る硬質粒子におけるＮｉの含有量は、４１〜４５％の範囲に設定される。

ここに、Ｎｉの含有量が４１％未満であると、耐摩耗性及び加工性につき十分な効果が得られず、また、Ｎｉの含有量が６０％を超えると延性が高くなり加工性が悪化する。

Ｍｏは、硬質粉末中にＭｏ系炭化物を生成し、耐摩耗性を改善するための必須元素である。しかしながら、過度に添加すると硬質粉末が脆くなり、バルブシート形状への機械加工時に脱落しやすくなり、面粗さが悪化する。具体的に、３０％未満の添加量では耐摩耗性が十分でなく、一方、５０％を超えて添加すると脆性が高くなり、面粗さが悪化する。

ＣｒはＣと共に硬質粉末中にＣｒ系炭化物を生成し耐摩耗性を改善するための元素である。しかしながら、具体的に、１５％を超えて添加すると機械加工時に硬質粉末が脱落しやすくなり、面粗さが悪化する。

Ｍｎは焼結時に硬質粉末と基地の密着性を改善する効果を有する元素であり、２％未満の添加では基地との密着性が悪く機械加工時に硬質粉末が脱落し面粗さが悪化し、耐摩耗性も悪化する。一方、１０％を超えて添加すると、基地への拡散が大きくなり過ぎて硬質粉末の形状を保てなくなり、かえって密着性が低下し、面粗さが悪化する。

Ｓｉは、マトリックスに固溶することで硬質粉末の硬さを増加し、耐摩耗性を改善するための必須元素である。しかしながら、過度に添加すると硬質粉末が脆くなる。具体的に、０．４％未満の添加では耐摩耗性が十分でなく、一方、２％を超えて添加すると脆性が高くなり、耐摩耗性が悪化する。

Ｃは、硬質粉末中にＭｏ系炭化物、Ｃｒ系炭化物を生成し凝着摩耗を防止するため、また、Ｎｉと共にマトリックスをオーステナイト化するための必須元素である。しかしながら、具体的に、１．５％を超えて添加すると、延性が向上し面粗さが悪化し、一方、０．５％未満の添加では、基地との密着性が悪化し、脱落しやすくなり面粗さが悪化する。それにより、耐摩耗性も悪化する。

第１実施形態及び第２実施形態に係る硬質粒子は、溶湯を噴霧化するアトマイズ処理で製造されたものでも良いし、溶湯を凝固させた凝固体を機械的粉砕で粉末化したものでも良い。アトマイズ処理としては、非酸化性雰囲気（窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気や真空中）でアトマイズ処理したものを採用できる。

また、硬質粒子の平均粒径としては、鉄基焼結合金の用途、種類などに応じて適宜選択できるが、一般的には、２０〜２５０μｍ程度、３０〜２００μｍ程度、４０〜１８０μｍ程度にすることができる。但しこれに限定されるものではない。硬質粒子の硬さは、Ｍｏ炭化物等の量にもよるが、一般的にはＨｖ３５０〜７５０程度、Ｈｖ４５０〜７００程度にすることができる。但しこれに限定されるものではなく、要するに、焼結合金の基地などのように硬質粒子の使用対象物に対して硬ければ良い。

（耐摩耗性鉄基焼結合金）
第１実施形態に係る硬質粒子を使用して生成される耐摩耗性鉄基焼結合金は、硬質粒子を１００％としたとき硬質粒子成分がＮｉ：４１〜６０％、Ｍｏ：３０〜５０％、Ｃｒ：１５％以下、Ｍｎ：２〜１０％、Ｓｉ：０．４〜２％、Ｃ：０．５〜１．５％、残部が不可避不純物とＦｅからなる硬質粒子の粉末を質量％で１〜５０％と、炭素粉末０．５〜５％と、残部となるＦｅ粉末とを混合した混合材料を焼結して生成される。

また、第２実施形態にかかる硬質粒子を使用して生成される耐摩耗性鉄基焼結合金は、硬質粒子を１００％としたとき硬質粒子成分がＮｉ：４１〜４５％、Ｍｏ：３０〜４０％、Ｃｒ：１０％以下、Ｍｎ：２〜６％、Ｓｉ：０．４〜２％、Ｃ：０．５〜１．０％、残部が不可避不純物とＦｅからなる硬質粒子の粉末を質量％で１〜５０％と、炭素粉末０．５〜２．５％と、残部となるＦｅ粉末とを混合した混合材料を焼結して生成される。

焼結合金の基地の組成に関して、鉄基焼結合金の耐摩耗性を確保すべく、鉄基焼結合金の基地の硬さを確保するため、鉄基焼結合金の基地としては、パーライトを含む組織を採用することができる。パーライトを含む組織としては、パーライト組織、パーライト−オーステナイト系の混合組織、パーライト−フェライト系の混合組織、パーライト−セメンタイト系の混合組織にすることができる。耐摩耗性を確保するには、硬さが低いフェライトは少ない方が好ましい。基地の硬さは組成にもよるが、一般的にはＨｖ１２０〜３００程度、Ｈｖ１５０〜２５０程度にすることができるが、これらに限定されるものではない。硬質粒子の硬さは、基地よりも硬質であり、一般的にはＨｖ３５０〜７５０程度、Ｈｖ４５０〜７００程度にすることができるが、これらに限定されるものではない。

尚、前記した各耐摩耗性鉄基焼結合金によれば、硬質粒子の組成、硬質粒子の好ましい組成範囲は、第１実施形態及び第２実施形態に係る硬質粒子の組成と基本的に同様である。硬質粒子の平均粒径としては、鉄基焼結合金の用途、種類などに応じて適宜選択できるが、一般的には、２０〜２５０μｍ程度、３０〜２００μｍ程度、４０〜１８０μｍ程度にすることができる。硬質粒子の硬さは、Ｍｏ炭化物等の量にもよるが、一般的にはＨｖ３５０〜７５０程度、Ｈｖ４５０〜７００程度にすることができる。但しこれに限定されるものではない。

（耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方法）
前記した各耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方法では、第１実施形態又は第２実施形態に係る硬質粒子の粉末を質量％で１〜５０％と、炭素粉末０．５〜２．５％と、残部となるＦｅ粉末とを混合した混合材料を用意し、混合材料を成形して圧粉成形体を形成し、圧粉成形体を焼結する。

上記した硬質粒子は、焼結合金の基地に分散し、焼結合金の耐摩耗性を高める硬質相を構成する。硬質粒子の割合が少ないと、焼結合金の耐摩耗性は充分でない。硬質粒子の割合が過剰であると、基地に対する硬質粒子の保持性が確保されにくい。このため硬質粒子の粉末の配合量は質量％で１〜５０％とする。炭素粉末としては一般的には黒鉛粉末を採用できる。炭素粉末の炭素（Ｃ）は焼結合金の基地または硬質粒子に拡散し、固溶したり炭化物（Ｍｏ炭化物またはＣｒ炭化物等）を生成したりする。このため炭素粉末の配合量は０．５〜２．５％とする。

Ｆｅ粉末は、耐摩耗性鉄基焼結合金の基地を構成する。上記した製造方法によれば、出発原料のコストの低減を図ることができ、さらに、圧粉成形体の圧縮成形性を図ることができ、圧粉成形体ひいては焼結合金の高密度化に有利となる。

上記した製造方法によれば、硬質粒子と基地とにおいては、焼結時に、一方に含まれている合金元素は他方に拡散するため、硬質粒子と基地との密着性が高まる。殊に、第１実施形態及び第２実施形態に係る硬質粒子を採用したときには、Ｎｉの特性に基づき、焼結合金における耐摩耗性と加工性との良好なバランスを図ることができる。

焼結温度としては、１０５０〜１２５０℃程度、殊に１１００〜１１５０℃程度を採用できる。焼結温度における焼結時間としては、１０分〜１２０分、殊に１５〜４０分を採用できる。焼結雰囲気としては、不活性ガス雰囲気などの非酸化性雰囲気が好ましい。非酸化性雰囲気としては、窒素雰囲気、アルゴンガス雰囲気、真空雰囲気があげられる。

前記のように製造される耐摩耗性鉄基焼結合金は、ガソリン、軽油、圧縮天然ガスや液化石油ガスを燃料とする車両用などの各種エンジンのバルブシートで使用される焼結合金に適する。

以下、本発明を具体的に実施した実施例について比較例と共に説明する。

各実施例に係る耐摩耗性鉄基終結合金を生成するについて、先ず、不活性ガス（窒素ガス）を用いたガスアトマイズにより、表１に示す組成を有する硬質粒子Ａ〜Ｙの合金粉末を製造した。これらを４４μｍ〜２５０μｍの範囲に分級し、各硬質粒子の粉末とした。

上記した合金粉末Ａ〜Ｙの内、合金粉末Ａ〜Ｎは、本発明の範囲内にある硬質粒子に相当する粉末であり、本発明例に相当する。合金粉末Ａ〜Ｎにおいて、Ｎｉは４１％〜６０％の範囲で、Ｍｏは３０％〜５０％の範囲で、Ｃｒは０％〜１５％の範囲で、Ｍｎは２％〜１０％の範囲で、Ｓｉは０．４％〜２％の範囲で、Ｃは０．５％〜１．５％でそれぞれ含有されている。
また、合金粉末Ｏ〜Ｙは、各成分の内いずれかが本発明の範囲から外れており、比較例に相当する。具体的に、粉末合金Ｏでは、Ｎｉの含有量が３５％であり、本発明の範囲４１％〜６０％から低く外れている。粉末合金Ｐでは、Ｎｉの含有量が６５％であり本発明の範囲４１％〜６０％から高く外れており、また、Ｍｏの分有量が２５％であり本発明の範囲３０％〜５０％から低く外れている。粉末合金Ｑでは、Ｍｏの含有量が２５％であり本発明の範囲３０％〜５０％から低く外れている。粉末合金Ｒでは、Ｍｏの含有量が５５％であり本発明の範囲３０％〜５０％の範囲から高く外れている。粉末合金Ｓでは、Ｃｒの含有量が２０％であり本発明の範囲１５％以下から高く外れている。粉末合金Ｔでは、Ｍｎの含有量が０％であり本発明の範囲２％〜１０％から低く外れている。粉末合金Ｕでは、Ｍｎの含有量が１２％であり本発明の範囲２％〜１０％から高く外れている。粉末合金Ｖでは、Ｓｉの含有量が０％であり本発明の範囲０．４％〜２％から低く外れている。粉末合金Ｗでは、Ｓｉの含有量が２．５％であり本発明の範囲０．４％〜２％から高く外れている。粉末合金Ｘでは、Ｃの含有量が０．２％であり本発明の範囲０．５％〜１．５％から低く外れている。粉末合金Ｙでは、Ｃの含有量が１．７％であり本発明の範囲０．５％〜１．５％から高く外れている。

更に、下記表２に示す割合で、上記した粉末合金（硬質粒子の粉末）Ａ〜Ｙと、黒鉛粉末と、純Ｆｅ粉末とを混合機により混合し、実施例１〜実施例１４、比較例１〜１１に使用する混合粉末をそれぞれ形成した。表２に示すように、実施例１〜実施例１４、比較例１〜比較例１１の全てにおいて、硬質粒子の粉末混合量を４０％とした。また、黒鉛粉末の混合量としては、表２に示すように、実施例１〜実施例１４では、１．２％〜１．５％の範囲で混合し、また、比較例１〜比較例１１では、１．１％〜１．６％の範囲で混合した。

更に、成形型を用い、上記したように配合した混合粉末を７８．４×１０７Ｐａ（８ｔｏｎｆ／ｃｍ^２）の加圧力でリング形状をなす試験片を圧縮成形し、圧粉成形体を形成した。試験片はバルブシート形状に成形した。

その後、各圧粉成形体を１１４０℃の不活性雰囲気（窒素ガス雰囲気）中で２０分間、焼結し、試験片に係る実施例１〜実施例１４、比較例１〜比較例１１の焼結合金（バルブシート）を形成した。

前記のように形成された実施例１〜実施例１４、比較例１〜比較例１１の焼結合金（バルブシート）について、摩耗性試験を行うとともに所定条件下で面粗さを測定した。
ここに、摩耗試験及び面粗さ測定を行うについては、好適例と考えられる実施例２に係る焼結合金を基準とし、表２においては、硬質粒子Ｂを４０％含有する実施例２の焼結合金で得られた摩耗量の値及び面粗さの値を１．０００として他の各実施例及び比較例で得られた摩耗量の値及び面粗さの値を比で表している。

先ず、前記摩耗試験に使用された摩耗試験機について図１に基づき説明する。図１において、摩耗試験機Ｍでは、プロパンガスバーナー１を加熱源として用い、前記の様に作成した焼結合金からなる試験片であるリング形状のバルブシート２及びバルブ３のバルブフェース４との摺動部をプロパンガス燃焼雰囲気とした。バルブフェース４はＳＵＨ３５材である。バルブシートフェース５の温度を３００℃に制御し、スプリング６によりバルブシートフェース５とバルブフェース４との接触時に２５ｋｇｆの荷重を付与して３２５０回/分の割合で接触させ、８時間の摩耗試験を行った。

表２において、前記したように実施例２に係る焼結合金の摩耗量を基準としたことから、他の実施例及び比較例に係る焼結合金の摩耗量は、実施例２に係る焼結合金の摩耗量を１．０００として、この値に対する摩耗量比で表されている。ここに、摩耗量比の値が１．０００よりも大きい場合には実施例２の焼結合金よりも摩耗していることを示し、また、摩耗量比の値が１．０００よりも小さい場合には実施例２の焼結合金よりも摩耗量が少ないことを示す。
尚、摩耗量比の値の上限値は、１．５である。かかる「１．５」の上限値は、硬質粒子Ｂを４０％含有して得られる実施例２の焼結合金が好適であると考えられることから、実施例２の焼結合金を基準としたことに基づく推測値である。従って、摩耗量比の値が１．５よりも大きければ摩耗量が許容限度を超えて製品としては不適格であると考えられ、一方、摩耗量比の値が１．５よりも小さければ摩耗量は許容限度内である。

実施例１〜実施例１４に係る焼結合金について行われた摩耗試験では、表２に示すように、実施例１、実施例３〜実施例１４に係る焼結合金の摩耗量比の値は、いずれも１．５以下の値が得られており、摩耗試験における試験結果は良好である。

また、比較例１〜比較例１１について行われた摩耗試験では、表２に示すように、比較例２、比較例４、比較例５、比較例７、比較例１１に係る焼結合金では摩耗量比の値がいずれも１．５以下であり良好であるが、比較例１、比較例３、比較例６、比較例８、比較例９及び比較例１０に係る焼結合金では摩耗性比の値がいずれも１．５を超える値となっており、耐摩耗性が低いものである。

続いて、各焼結合金の面粗さの評価について説明する。
先ず、前記のように生成した実施例１〜実施例１４、比較例１〜比較例１１に係る焼結合金の試験片（外形３０ｍｍ、内見２２ｍｍ、全長９ｍｍのリング形状を有する）を用意し、各試験片を窒化チタンアルミコーティングした超硬刃具を有するＮＣ旋盤にセットした。ＮＣ旋盤では、超硬歯具の回転数９７０ｒｐｍ、切込み量０．３ｍｍ、送り量０．０８ｍｍ／ｒｅｖ、切削距離３２０ｍの条件で湿式にてトラバース切削が行われた。この後、表面粗さ測定機を使用して各試験片の表面粗さＲａを測定して評価した。

表２において、前記したように実施例２に係る焼結合金の面粗さを基準としたことから、他の実施例及び比較例に係る焼結合金の面粗さは、実施例２に係る焼結合金の面粗さを１．０００として、この値に対する面粗さ比で表されている。ここに、面粗さ比の値が１．０００よりも大きい場合には実施例２の焼結合金よりも測定面が粗いことを示し、また、面粗さ比の値が１．０００よりも小さい場合には実施例２の焼結合金よりも測定面は平滑であることを示す。
尚、面粗さ比の値の上限値は、１．５である。かかる「１．５」の上限値は、前記耐摩耗量比の場合と同様、硬質粒子Ｂを４０％含有して得られる実施例２の焼結合金が好適であると考えられることから、実施例２の焼結合金を基準としたことに基づく推測値である。従って、面粗さ比の値が１．５よりも大きければ測定面が許容限度を超えて粗く、製品としては不適格であると考えられ、一方、面粗さ比の値が１．５よりも小さければ測定面の粗さは許容限度内である。

実施例１〜実施例１４に係る焼結合金について行われた面粗さ測定では、表２に示すように、実施例１、実施例３〜実施例１４に係る焼結合金の面粗さ比の値は、いずれも１．５以下の値が得られており、面粗さ測定における測定結果は良好である。

また、比較例１〜比較例１１について行われた面粗さ測定では、表２に示すように、比較例３、比較例８に係る焼結合金では面粗さ比の値がいずれも１．５以下であり良好であるが、比較例１、比較例２、比較例４、比較例５、比較例６、比較例７、比較例９、比較例１０及び比較例１１に係る焼結合金では面粗さ比の値がいずれも１．５を超える値となっており、測定面はかなり粗い状態にある。

前記したところにより、硬質粒子Ａ〜Ｎを使用する実施例１〜実施例１４に係る焼結合金では、摩耗量比の値及び面粗さ比の値の双方が上限値以下であり、従って、硬質粒子Ａ〜Ｎはバルブシートを生成するための焼結合金配合用硬質粒子として好適なものである。比較例１〜比較例１１に係る焼結合金では、摩耗量比の値及び面粗さ比の値の双方が上限値以下となる焼結合金は存在しなかった。

次に、耐摩耗性鉄基焼結合金を生成するに際し、硬質粒子の粉末と炭素粉末とＦｅ粉末とを混合して混合材料を調整するについて、硬質粒子の粉末と炭素粉末のそれぞれの混合量と、混合材料を成形焼結して得られる焼結合金の摩耗量比及び面粗さ比との関係について調べた。その結果が表３に示されている。
尚、摩耗性比及び面粗さ比の測定は、前記した方法と同一の方法で測定された。

表３において、実施例１５〜実施例１９の５つの実施例、及び、比較例１２〜比較例１８の７つの比較例が示されている。実施例１５〜実施例１９で使用された硬質粒子（Ｋ、Ａ、Ｇ、Ｂ、Ｊ）はそれぞれ前記実施例１１、実施例１、実施例７、実施例２、実施例１０の焼結合金を生成する際に使用された硬質量子である。また、比較例１２〜比較例１８で使用された硬質粒子（Ｍ、Ｏ、Ｔ、Ｑ、Ｗ、Ｘ、Ｓ）はそれぞれ実施例１３、比較例１、比較例６、比較例３、比較例９、比較例１０、比較例５の焼結合金を生成する際に使用された硬質粒子である。

ここに、実施例１５に係る焼結合金は、硬質粒子Ｋを１％、黒鉛粉末を１．６％、及び残部Ｆｅ粉末を混合した混合材料を成形焼結して得られた。実施例１６に係る焼結合金は、硬質粒子Ａを５％、黒鉛粉末を１．６％、及び残部Ｆｅ粉末を混合した混合材料を成形焼結して得られた。実施例１７に係る焼結合金は、硬質粒子Ｇを１０％、黒鉛粉末を１．７％、及び残部Ｆｅ粉末を混合した混合材料を成形焼結して得られた。実施例１８に係る焼結合金は、硬質粒子Ｂを２０％、黒鉛粉末を１．７％、及び残部Ｆｅ粉末を混合した混合材料を成形焼結して得られた。実施例１９に係る焼結合金は、硬質粒子Ｊを５０％、黒鉛粉末を１．１％、及び残部Ｆｅ粉末を混合した混合材料を成形焼結して得られた。

また、比較例１２では、硬質粒子Ｍを６０％、黒鉛粉末を１．４％、及び残部Ｆｅ粉末を混合した混合材料を成形焼結しようとしたが、加圧成形後の形状が不安定であり、焼結合金は得られなかった（表紙の※を参照）。比較例１３に係る焼結合金は、硬質粒子Ｏを１％、黒鉛粉末を１．５％、及び残部Ｆｅ粉末を混合した混合材料を成形焼結して得られた。比較例１４に係る焼結合金は、硬質粒子Ｔを５％、黒鉛粉末を１．６％、及び残部Ｆｅ粉末を混合した混合材料を成形焼結して得られた。比較例１５に係る焼結合金は、硬質粒子Ｑを１０％、黒鉛粉末を１．３％、及び残部Ｆｅ粉末を混合した混合材料を成形焼結して得られた。比較例１６に係る焼結合金は、硬質粒子Ｗを２０％、黒鉛粉末を１．６％、及び残部Ｆｅ粉末を混合した混合材料を成形焼結して得られた。比較例１７に係る焼結合金は、硬質粒子Ｘを５０％、黒鉛粉末を１．５％、及び残部Ｆｅ粉末を混合した混合材料を成形焼結して得られた。比較例１８では、硬質粒子Ｓを６０％、黒鉛粉末を１．３％、及び残部Ｆｅ粉末を混合した混合材料を成形焼結しようとしたが、加圧成形後の形状が不安定であり、焼結合金は得られなかった（表３の※を参照）。

次に、各実施例、比較例に係る焼結合金について測定された摩耗量比及び面粗さ比の値について検討する。ここに、実施例１５〜実施例１９、比較例１２〜比較例１８にかかる焼結合金を生成するに際して、硬質粒子の含有量は１％〜６０％の範囲にされているが、硬質粒子の含有量が多くなると焼結合金の耐摩耗性が向上し摩耗量の値は低下するとともに面粗さの値も低下する。これとは逆に、硬質粒子の含有量が少なくなると焼結合金の耐摩耗性が低下して摩耗量の値は高くなるとともに面粗さの値も高くなる。このような事情下においては、硬質粒子の含有量が多いか又は少ないかによって、摩耗量比の基準となる基準値も変化するが、硬質粒子の含有量に対応する焼結合金の摩耗量比及び面粗さ比の上限値については大体分かっている。具体的に、硬質粒子の含有量が１％の場合（実施例１５、比較例１３）には、摩耗量比及び面粗さ比として許容できる上限値は２．７程度となる。同様に、硬質粒子の含有量が５％の場合（実施例１６、比較例１４）には、摩耗量比及び面粗さ比として許容できる上限値は２．２程度となり、硬質粒子の含有量が１０％の場合（実施例１７、比較例１５）には、摩耗量比及び面粗さ比として許容できる上限値は１．９程度となり、硬質粒子の含有量が２０％の場合（実施例１８、比較例１６）には、摩耗量比及び面粗さ比として許容できる上限値は１．８程度となり、硬質粒子の含有量が５０％の場合（実施例１９、比較例１７）には、摩耗量比及び面粗さ比として許容できる上限値は１．４程度となる。

表３において、実施例１５に係る焼結合金では、摩耗量比は２．５１２、面粗さ比は２．１０１であり、この場合における摩耗量比及び面粗さ比の上限値は２．７であるから、摩耗量比及び面粗さ比の両方が上限値以下である。これより実施例１５に係る焼結合金は摩耗量比及び面粗さ比の双方を満たす良好な焼結合金である。

実施例１６に係る焼結合金では、摩耗量比は２．０７９、面粗さ比は１．９１９であり、この場合における摩耗量比及び面粗さ比の上限値は２．２であるから、摩耗量比及び面粗さ比の両方が上限値以下である。これより実施例１６に係る焼結合金は摩耗量比及び面粗さ比の双方を満たす良好な焼結合金である。

実施例１７に係る焼結合金では、摩耗量比は１．２６８、面粗さ比は１．７５２であり、この場合における摩耗量比及び面粗さ比の上限値は１．９であるから、摩耗量比及び面粗さ比の両方が上限値以下である。これより実施例１７に係る焼結合金は摩耗量比及び面粗さ比の双方を満たす良好な焼結合金である。

実施例１８に係る焼結合金では、摩耗量比は１．２３２、面粗さ比は１．３９９であり、この場合における摩耗量比及び面粗さ比の上限値は１．８であるから、摩耗量比及び面粗さ比の両方が上限値以下である。これより実施例１８に係る焼結合金は摩耗量比及び面粗さ比の双方を満たす良好な焼結合金である。

実施例１９に係る焼結合金では、摩耗量比は０．９０４、面粗さ比は１．３２８であり、この場合における摩耗量比及び面粗さ比の上限値は１．４であるから、摩耗量比及び面粗さ比の両方が上限値以下である。これより実施例１９に係る焼結合金は摩耗量比及び面粗さ比の双方を満たす良好な焼結合金である。

比較例１２では、硬質粒子Ｍを６０％、黒鉛粉末を１．４％、及び残部Ｆｅ粉末を混合した混合材料を成形焼結しようとしたが、加圧成形後の形状が不安定であり、焼結合金は得られなかった（表３の※を参照）。これは、硬質粒子の含有量が６０％と多すぎたことに起因して、残部の基地をもってしても安定な形状を保持できなかったものと推察される。

比較例１３に係る焼結合金では、摩耗量比は２．９０２、面粗さ比は２．５６８であり、この場合における摩耗量比及び面粗さ比の上限値は２．７であるから、面粗さ比は上限値以下であるものの、摩耗量比は上限値を超えている。これより比較例１３に係る焼結合金は摩耗量比に問題があり、バルブシートに使用する焼結合金としては不適格なものである。

比較例１４に係る焼結合金では、摩耗量比は２．５５１、面粗さ比は２．５４５であり、この場合における摩耗量比及び面粗さ比の上限値は２．２であるから、摩耗量比及び面粗さ比の両方が上限値を超えている。これより比較例１４に係る焼結合金は、摩耗量比及び面粗さ比の双方に問題があり、バルブシートに使用する焼結合金としては不適格なものである。

比較例１５に係る焼結合金では、摩耗量比は１．９８２、面粗さ比は１．６１３であり、この場合における摩耗量比及び面粗さ比の上限値は１．９であるから、面粗さ比は上限値以下であるものの、摩耗量比は上限値を超えている。これより比較例１５に係る焼結合金は摩耗量比に問題があり、バルブシートに使用する焼結合金としては不適格なものである。

比較例１６に係る焼結合金では、摩耗量比は１．８６３、面粗さ比は１．９１９であり、この場合における摩耗量比及び面粗さ比の上限値は１．８であるから、摩耗量比及び面粗さ比の両方が上限値を超えている。これより比較例１６に係る焼結合金は、摩耗量比及び面粗さ比の双方に問題があり、バルブシートに使用する焼結合金としては不適格なものである。

比較例１７に係る焼結合金では、摩耗量比は１．６１２、面粗さ比は１．６７３であり、この場合における摩耗量比及び面粗さ比の上限値は１．４であるから、摩耗量比及び面粗さ比の両方が上限値を超えている。これより比較例１６に係る焼結合金は、摩耗量比及び面粗さ比の双方に問題があり、バルブシートに使用する焼結合金としては不適格なものである。

比較例１８では、硬質粒子Ｓを６０％、黒鉛粉末を１．３％、及び残部Ｆｅ粉末を混合した混合材料を成形焼結しようとしたが、加圧成形後の形状が不安定であり、焼結合金は得られなかった（表３の※を参照）。これは、硬質粒子の含有量が６０％と多すぎたことに起因して、残部の基地をもってしても安定な形状を保持できなかったものと推察される。

前記したように、実施例１５〜実施例１９に係る焼結合金においては、摩耗量比及び面粗さ比の双方がそれぞれの上限値以下であり、これらの焼結合金はいずれもバルブシートを製造するについて好適な焼結合金である。実施例１５〜実施例１９における硬質粒子含有量からして、混合材料に硬質粒子１〜５０％の範囲で硬質粒子の粉末と炭素粉末とＦｅ粉末とを混合した混合材料を成形焼結することにより好適な焼結合金が得られるものである。

比較例１２、比較例１８におけるように、硬質粒子の含有量が６０％を超えると、残部の基地をもってしても安定な形状を保持できず、焼結合金を得ることができない。

尚、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。

１ガスバーナ
２バルブシート
３バルブ
４バルブフェース
５バルブシートフェース

Claims

焼結合金に原料として配合される硬質粒子であって、質量％でＮｉ：４１〜６０％、Ｍｏ：３０〜５０％、Ｃｒ：０〜１５％、Ｍｎ：２〜１０％、Ｓｉ：０．４〜２％、Ｃ：０．５〜１．５％、残部が不可避不純物とＦｅからなることを特徴とする焼結合金配合用硬質粒子。
請求項１において、Ｎｉ：４１％〜４５％を含むことを特徴とする焼結合金配合用硬質粒子。
焼結合金に原料として配合される硬質粒子であって、質量％でＮｉ：４１〜４５％、Ｍｏ：３０〜４０％、Ｃｒ：０〜１０％、Ｍｎ：２〜６％、Ｓｉ：０．４〜２％、Ｃ：０．５〜１．０％、残部が不可避不純物とＦｅからなることを特徴とする焼結合金配合用硬質粒子。
硬質粒子を１００％としたとき硬質粒子成分がＮｉ：４１〜６０％、Ｍｏ：３０〜５０％、Ｃｒ：０〜１５％、Ｍｎ：２〜１０％、Ｓｉ：０．４〜２％、Ｃ：０．５〜１．５％、残部が不可避不純物とＦｅからなる硬質粒子の粉末を質量％で１〜５０％と、炭素粉末０．５〜２．５％と、残部となるＦｅ粉末とを混合した混合材料を焼結したことを特徴とする耐摩耗性鉄基焼結合金。
硬質粒子を１００％としたとき硬質粒子成分がＮｉ：４１〜４５％、Ｍｏ：３０〜４０％、Ｃｒ：０〜１０％、Ｍｎ：２〜６％、Ｓｉ：０．４〜２％、Ｃ：０．５〜１．０％、残部が不可避不純物とＦｅからなる硬質粒子の粉末を質量％で１〜５０％と、炭素粉末０．５〜２．５％と、残部となるＦｅ粉末とを混合した混合材料を焼結したことを特徴とする耐摩耗性鉄基焼結合金。
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の硬質粒子の粉末を質量％で１〜５０％と、炭素粉末０．５〜２．５％と、残部となるＦｅ粉末とを混合した混合材料を用意し、
前記混合材料を成形して圧粉成形体を形成し、圧粉成形体を焼結して焼結合金とすることを特徴とする耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方法。
請求項４又は請求項５に記載の耐摩耗性鉄基焼結合金で形成されていることを特徴とするバルブシート。