JP6827683B2 - Iron-based sintered alloy valve seat for internal combustion engine and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関用バルブシートに係り、とくに鉄基焼結合金製バルブシートの耐摩耗性および耐脱落性の向上に関する。 The present invention relates to a valve seat for an internal combustion engine, and more particularly to an improvement in wear resistance and dropout resistance of a valve seat made of an iron-based sintered alloy.
バルブシートは、シリンダヘッドに圧入され、燃焼ガスのシールとバルブを冷却する役割を担っている。シリンダヘッドに圧入されたバルブシートは、バルブによる叩かれ、すべりによる摩耗、燃焼ガスによる熱サイクル、燃料および燃料に含まれる添加物およびその燃焼物、熱変成物等による腐食等を受ける。このため、バルブシートには、耐摩耗性、耐熱性、耐食性に加えて、相手攻撃性が低いことが要求されている。 The valve seat is press-fitted into the cylinder head and is responsible for sealing the combustion gas and cooling the valve. The valve seat press-fitted into the cylinder head is subject to hitting by the valve, wear due to slippage, heat cycle due to combustion gas, corrosion due to fuel and additives contained in the fuel and their combustibles, thermal metamorphosis, and the like. Therefore, the valve seat is required to have low attack resistance to the opponent in addition to wear resistance, heat resistance, and corrosion resistance.
このような要求に対し、例えば、特許文献１には、基地中にコバルト基硬質粒子が分散されてなる内燃機関用バルブシートで、基地成分として、重量％で、Ｃ：0.5〜1.5％を含み、さらにNi、Co及びMoよりなる群から選ばれた少なくとも１種の元素を合計で2.0〜20.0％含有し、残部Feである組成を有し、基地中にコバルト基硬質粒子を26〜50重量％含み、空孔率が5〜20％で、空孔内に低融点金属を溶浸されたバルブシートが記載されている。特許文献１に記載された技術によれば、優れた耐摩耗性、低い相手攻撃性を兼ね備えたバルブシートとすることができ、ガス燃料エンジン用内燃機関のバルブシートに好適であるとしている。
In response to such a requirement, for example,
また、特許文献２には、wt％で、Mo：4〜30％、Ｃ：0.2〜3％、Ni：1〜30％、Mn：0.5〜10％、Co：2〜40％、残部：Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する焼結合金が記載されている。なお、特許文献２に記載された技術では、Cr：5％以下、Si：2％以下の少なくとも１種を含有してもよいとしている。特許文献２に記載された技術で使用する硬質粒子は、wt％で、Ｃ：0.3％以下、Mo：10〜60％、Ni：5〜40％、Mn：1〜20％、Co：5〜40％、残部：Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する。なお、硬質粒子は、混合粉全量に対する重量％で10〜60％配合するとし、これにより、焼結時に硬質粒子、基地の元素の拡散が促進され、製造された焼結合金の密度が向上するとしている。また、Moが拡散され、拡散したMoが炭化物や酸化被膜を形成することで、耐摩耗性および固体潤滑性に優れた焼結合金となるとしている。 Further, in Patent Document 2, in wt%, Mo: 4 to 30%, C: 0.2 to 3%, Ni: 1 to 30%, Mn: 0.5 to 10%, Co: 2 to 40%, balance: Fe. And sintered alloys having a composition consisting of unavoidable impurities are described. In the technique described in Patent Document 2, at least one of Cr: 5% or less and Si: 2% or less may be contained. The hard particles used in the technique described in Patent Document 2 are wt%, C: 0.3% or less, Mo: 10 to 60%, Ni: 5 to 40%, Mn: 1 to 20%, Co: 5 to. 40%, balance: has a composition consisting of Fe and unavoidable impurities. It is assumed that the hard particles are mixed in an amount of 10 to 60% by weight based on the total amount of the mixed powder, which promotes the diffusion of the elements of the hard particles and the matrix during sintering and improves the density of the produced sintered alloy. It is said. Further, it is said that Mo is diffused and the diffused Mo forms carbides and an oxide film to form a sintered alloy having excellent wear resistance and solid lubricity.
また、特許文献３には、基地相中に硬質粒子を分散させたバルブシート材であって、基地相が、質量％で、Ｃ：0.3〜1.5％、Ni、Co、Mo、Cr、Ｖのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で1〜20％、含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる基地組成を有し、硬質粒子として、ビッカース硬さで500HV0.1〜1200HV0.1の硬さを有す硬質粒子を、質量％で10〜60％含有し、6.7g/cm３以上の密度と、350MPa以上の圧環強さを有する内燃機関用鉄基焼結合金製バルブシート材が記載されている。なお、硬質粒子としては、Fe基硬質粒子、Co基硬質粒子、Ni基硬質粒子のいずれかとすることが好ましいとしている。これにより、ガス燃料用エンジンにおけるような使用環境においても、優れた強度とともに、優れた耐摩耗性を確保できるバルブシートを製造できるとしている。
Further,
また、バルブシートは、エンジン運転中に燃焼ガスにより加熱され、温度が上昇する。一方、シリンダヘッドは水または空気で冷却され、低い温度に保持されている。そのため、バルブシートの温度が上昇すればするほど、バルブシートには大きな圧縮応力が生じることになる。この圧縮応力が材料の弾性限を超えると、バルブシートは塑性変形を起こし、シリンダヘッドから脱落しやすくなる。脱落を防止するためには、バルブシートの弾性限を高めることが要求される。 In addition, the valve seat is heated by the combustion gas during engine operation, and the temperature rises. On the other hand, the cylinder head is cooled by water or air and kept at a low temperature. Therefore, as the temperature of the valve seat rises, a large compressive stress is generated in the valve seat. When this compressive stress exceeds the elastic limit of the material, the valve seat undergoes plastic deformation and easily falls off from the cylinder head. In order to prevent the valve seat from falling off, it is required to increase the elastic limit of the valve seat.
このような要求に対し、例えば、特許文献４には、上部材用および下部材用のそれぞれの原料粉を金型に充填し、圧縮成形し上下二層からなる一体の圧粉体を得る成形工程と、該圧粉体を保護雰囲気中で900〜1200℃の温度範囲で加熱し焼結させて焼結体とする焼結工程と、該焼結体を保護雰囲気中で600〜900℃の温度範囲で加熱し、その後徐冷し軟化焼結体を得る軟化工程と、該軟化焼結体を回転鍛造により高密度化した鍛圧体を得る鍛圧工程と、該鍛圧体を保護雰囲気中で1000〜1200℃の温度範囲で再焼結する再焼結工程と、基地組織の均一化を図る焼入焼戻しを行う熱処理工程とからなる、焼結により一体化された上部材と下部材の二層からなる焼結合金製バルブシートの製造方法が記載されている。なお、特許文献４に記載された技術では、上部材は、平均粒径250μm以下で硬さ400HV以上の硬質粒子を体積率で5〜25％分散させ、気孔率が5％未満である焼結合金としている。特許文献４に記載された技術によれば、運転時のシリンダヘッドでの熱サイクルにより発生する圧縮応力に耐えられる、耐脱落性および耐摩耗性に優れたバルブシートが得られるとしている。 In response to such a requirement, for example, in Patent Document 4, each raw material powder for an upper member and a lower member is filled in a mold and compression-molded to obtain an integral green compact composed of two upper and lower layers. A step, a sintering step in which the green compact is heated in a protective atmosphere in a temperature range of 900 to 1200 ° C. and sintered to obtain a sintered body, and a sintering step in which the sintered body is heated in a protective atmosphere at 600 to 900 ° C. A softening step of heating in a temperature range and then slowly cooling to obtain a softened sintered body, a forging step of obtaining a forged body having a high density by rotary forging the softened sintered body, and a forging step of obtaining the forged body in a protective atmosphere 1000 Two layers of upper and lower members integrated by sintering, consisting of a re-sintering step of re-sintering in a temperature range of ~ 1200 ° C and a heat treatment step of quenching and tempering to make the matrix structure uniform. A method for manufacturing a sintered alloy valve seat made of the above material is described. In the technique described in Patent Document 4, the upper member disperses hard particles having an average particle size of 250 μm or less and a hardness of 400 HV or more by 5 to 25% by volume fraction, and has a porosity of less than 5%. It is money. According to the technique described in Patent Document 4, it is stated that a valve seat having excellent drop-off resistance and wear resistance that can withstand the compressive stress generated by the thermal cycle in the cylinder head during operation can be obtained.
また、特許文献５には、原料粉を金型に充填し、圧縮成形し圧粉体を得る成形工程と、該圧粉体を保護雰囲気中で900〜1200℃の温度範囲で加熱し焼結させて１次焼結体とする１次焼結工程と、該１次焼結体を再圧または鍛造し高密度の再圧体または鍛造体を得る再圧／鍛造工程と、該再圧体または該鍛造体を保護雰囲気中で1000〜1200℃の温度範囲で焼結する２次焼結工程とからなる、バルブシート用鉄基焼結合金材の製造方法が記載されている。特許文献５に記載された技術では、基地中に硬質粒子として、Cr−Mo−Si−Co系合金粒子を面積率で10〜30％分散させ、かつ気孔率が体積率で1〜10％である鉄基焼結合金材となるとしている。特許文献５に記載された技術によれば、耐摩耗性および耐熱ヘタリ性に優れた焼結合金材が得られるとしている。
Further,
近年、内燃機関（エンジン）の更なる低燃費化や、厳しい排ガス規制への対応等が要求され、エンジンへの熱負荷が高くなっている。それにともない、バルブシートにおいても、耐摩耗性、耐脱落性の更なる向上が要求されている。 In recent years, the heat load on the engine has been increasing due to the demand for further fuel efficiency of the internal combustion engine (engine) and compliance with strict exhaust gas regulations. Along with this, valve seats are also required to be further improved in wear resistance and dropout resistance.
このような要求に対し、特許文献１〜３に記載された技術では、硬質粒子の多量含有により、耐摩耗性を向上させるとしている。しかし、硬質粒子を多量に含有すると、通常、焼結体の高密度化が達成できにくくなる。そのため、所望の耐摩耗性、耐脱落性を確保できにくくなるという問題があった。
In response to such a requirement, the techniques described in
また、特許文献４、５に記載された技術においても、軟質焼結体への鍛圧、あるいは焼結体への再圧／鍛造によっても、多量の硬質粒子を含有しているため、所望の高密度化を達成できず、所望の優れた耐摩耗性と優れた耐脱落性とを兼備できないという問題があった。
Further, also in the techniques described in
本発明は、かかる従来技術の問題を解決し、優れた耐摩耗性と優れた耐脱落性とを兼備する内燃機関用鉄基焼結合金製バルブシートおよびその製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the problems of the prior art and to provide a valve seat made of an iron-based sintered alloy for an internal combustion engine and a method for manufacturing the same, which has both excellent wear resistance and excellent drop resistance. To do.
本発明者らは、上記した目的を達成するため、まず、圧入されたバルブシートの耐脱落性に及ぼす各種要因について鋭意検討した。その結果、基地相中に適正量の微細炭化物が析出した組織とすることにより、耐脱落性が顕著に向上することを知見した。また、焼結体に熱間鍛造による加工を施すことにより、硬質粒子を多量に含む場合でも所望の高い密度を容易に得ることができ、焼結体に熱間鍛造による加工を施し、さらに基地相中に適正量の微細炭化物が析出した組織とすることにより、耐脱落性が顕著に向上することも知見した。 In order to achieve the above object, the present inventors first diligently examined various factors affecting the drop-off resistance of the press-fitted valve seat. As a result, it was found that the shedding resistance was remarkably improved by forming a structure in which an appropriate amount of fine carbides were precipitated in the matrix phase. Further, by subjecting the sintered body to processing by hot forging, a desired high density can be easily obtained even when a large amount of hard particles are contained, and the sintered body is subjected to processing by hot forging, and further base. It was also found that the dropout resistance was remarkably improved by forming a structure in which an appropriate amount of fine carbides were precipitated in the phase.
まず、本発明の基礎となった実験結果について、説明する。
鉄系粉末と、合金元素粉と、硬質粒子粉と、をそれぞれ所定量、配合し混合して混合粉とした。硬質粒子粉として、Cr−Mo−Si−Co系硬質粒子粉を、混合粉全量に対する質量％で、20〜75％となるように配合した。また、合金元素粉として、混合粉全量に対する質量％で、黒鉛粉を1％、Co粉を4％配合した。なお、一部ではさらに、Cu粉を3％、Ni粉を2％配合した。また、鉄系粉末として、純鉄粉、合金鉄粉、合金鋼粉のいずれかを配合し、炭化物形成元素量を変化させて、基地中に析出する炭化物量を調整した。
First, the experimental results that form the basis of the present invention will be described.
A predetermined amount of each of iron-based powder, alloying element powder, and hard particle powder was mixed and mixed to obtain a mixed powder. As the hard particle powder, Cr-Mo-Si-Co-based hard particle powder was blended so as to be 20 to 75% by mass with respect to the total amount of the mixed powder. Further, as the alloy element powder, 1% of graphite powder and 4% of Co powder were blended in mass% with respect to the total amount of the mixed powder. In some cases, 3% of Cu powder and 2% of Ni powder were further added. Further, as the iron-based powder, any one of pure iron powder, alloy iron powder, and alloy steel powder was blended, and the amount of carbide-forming elements was changed to adjust the amount of carbides precipitated in the matrix.
得られた混合粉を、金型に充填し、プレス成形してバルブシート形状（外径φ39mm×内径φ32mm×厚さ6mm）の圧粉体に加工した。得られたバルブシート形状の圧粉体を保護雰囲気中で焼結温度：1130℃の焼結処理を施し、ついで、900〜1100℃で、所定密度となるように、熱間鍛造加工を施した。なお、比較として、一部は冷間で鍛造加工を施した。ついで、熱処理（焼入焼戻処理）を施した。なお、焼入加熱温度は1000℃、焼戻温度は640℃とした。得られた焼結体について、組織観察、密度測定を実施した。さらに、耐脱落性試験（抜出し試験）を実施した。
The obtained mixed powder was filled in a mold and press-molded to be processed into a green compact having a valve seat shape (outer diameter φ39 mm × inner diameter φ32 mm ×
組織観察は、バルブシートの断面を組織観察用として研磨し、ナイタール液で腐食したのち、金属顕微鏡で観察し、撮像した写真（100μm×140μm）から、任意の60μm×60μmの範囲について、基地相中に析出した炭化物の面積率を測定した。また、密度測定は、アルキメデス法を用いた。
なお、得られたバルブシートは、所定の寸法精度を満足するように仕上加工して、耐脱落性試験（抜出し試験）に供した。
For microstructure observation, the cross section of the valve seat is polished for microstructure observation, corroded with a nital solution, then observed with a metallurgical microscope, and from the photograph (100 μm × 140 μm) taken, the base phase can be observed in an arbitrary range of 60 μm × 60 μm. The area ratio of the carbide precipitated inside was measured. The Archimedes method was used for the density measurement.
The obtained valve seat was finished and subjected to a drop-out resistance test (extraction test) so as to satisfy a predetermined dimensional accuracy.
耐脱落性試験（抜出し試験）は、つぎのとおりとした。
バルブシート１を常温で、シリンダヘッド相当品（冶具）５に圧入する。圧入したままで、図３に示すように、一定温度に保持された冷却水９中に保持された耐熱耐水容器６中で、バルブシート１に、カートリッジヒータ７で、所定の熱サイクルを負荷する。所定の熱サイクルを負荷したのち、万能試験機（押し冶具）を用いて、バルブシートを押し、シリンダヘッド相当品（冶具）５から抜き出すときの荷重（抜出し荷重）を測定した。なお、８は、ダミー試験片である。試験条件は下記のとおりとした。
初期締め代：90μm
冶具材質：FC250
熱サイクル条件：550℃×1hr加熱保持したのち70℃まで空冷する処理を10サイクル繰り返す。
抜出し速度：1mm/min
得られた結果を、抜出し荷重と炭化物面積率との関係で図１に示す。なお、図１では、密度がほぼ7.6g/cm３であるものをプロットしている。
The dropout resistance test (extraction test) was as follows.
The
Initial tightening allowance: 90 μm
Jig material: FC250
Thermal cycle conditions: 550 ° C x 1 hr Heat and hold, then air cool to 70 °
Extraction speed: 1 mm / min
The obtained results are shown in FIG. 1 in relation to the extraction load and the carbide area ratio. In addition, in FIG. 1, the one having a density of about 7.6 g / cm 3 is plotted.
図１から、基地相中に、適正量（面積率で27％以下）の微細炭化物が析出した組織とすることにより、抜出し荷重が顕著に高くなることがわかる。しかし、微細炭化物が多量になると、抜出し荷重は低下する傾向を示すこともわかる。なお、図１から、基地中の微細炭化物の析出量は、面積率で0.5％以上とすることが好ましい。 From FIG. 1, it can be seen that the extraction load is remarkably increased by forming a structure in which an appropriate amount (27% or less in area ratio) of fine carbides is precipitated in the matrix phase. However, it can also be seen that the extraction load tends to decrease as the amount of fine carbide increases. From FIG. 1, the amount of fine carbides precipitated in the matrix is preferably 0.5% or more in terms of area ratio.
本発明は、かかる知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨はつぎのとおりである。
（１）基地相中に硬質粒子を分散させた単層構造の内燃機関用鉄基焼結合金製バルブシートであって、前記基地相が長径：30μm以下の微細炭化物を面積率で0.5％以上27％以下析出させた焼戻マルテンサイト相からなり、さらに前記硬質粒子として、Cr−Mo−Si−Co系硬質粒子、Cr−Mo−Ni−Si−Co系硬質粒子、Mo系硬質粒子のうちから選ばれた１種または２種以上を、面積率で31〜80％分散させてなる組織を有し、密度：7.3〜8.2ｇ/cm3、圧環強さ：400MPa以上で、耐摩耗性および耐脱落性に優れることを特徴とする内燃機関用鉄基焼結合金製バルブシート。
（２）（１）において、前記基地相が、さらに固体潤滑剤粒子を質量％で、4％以下分散させてなることを特徴とする内燃機関用鉄基焼結合金製バルブシート。
（３）（２）において、前記固体潤滑剤粒子が、MnS、MoS 2 のうちのいずれかであることを特徴とする内燃機関用鉄基焼結合金製バルブシート。
（４）（１）ないし（３）のいずれかにおいて、前記基地相および前記硬質粒子、あるいはさらに固体潤滑剤粒子を含む基地部が、質量％で、Ｃ：0.5〜1.8％を含み、さらに、Mo、Cr、ＶおよびＷのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で10〜50％、さらにNi、Co、Cu、Si、Ｓ、Mn、Ｐ のうちから選ばれた１種または２種以上を合計で10〜80％、含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする内燃機関用鉄基焼結合金製バルブシート。
（５）バルブ当たり面側層と該バルブ当たり面側層と一体的に接合されてなる支持部材側層とからなる二層構造の内燃機関用鉄基焼結合金製バルブシートであって、前記バルブ当たり面側層が、該バルブ当たり面側層の基地相が長径：30μm以下の微細炭化物を面積率で0.5％以上27％以下析出させた焼戻マルテンサイト相からなり、該基地相中に硬質粒子として、Cr−Mo−Si−Co系硬質粒子、Cr−Mo−Ni−Si−Co系硬質粒子、Mo系硬質粒子のうちから選ばれた１種または２種以上を面積率で31〜80％分散させてなる組織を有し、前記支持部材側層が、該支持部材側層の基地相が長径：30μm以下の微細炭化物を面積率で0.5％以上27％以下析出させた焼戻マルテンサイト相からなり、あるいはさらに該基地相中に、Cr−Mo−Si−Co系硬質粒子、Cr−Mo−Ni−Si−Co系硬質粒子、Mo系硬質粒子のうちから選ばれた１種または２種以上である硬質粒子を面積率で4％以下分散させてなる組織を有し、密度：7.3〜8.2ｇ/cm3、圧環強さ：400MPa以上で、耐摩耗性および耐脱落性に優れることを特徴とする内燃機関用鉄基焼結合金製バルブシート。
（６）（５）において、前記バルブ当たり面側層の前記基地相が、さらに固体潤滑剤粒子を質量％で、4％以下分散させてなることを特徴とする内燃機関用鉄基焼結合金製バルブシート。
（７）（５）または（６）において、前記支持部材側層の前記基地相が、さらに固体潤滑剤粒子を質量％で、4％以下分散させてなることを特徴とする内燃機関用鉄基焼結合金製バルブシート。
（８）（６）または（７）において、前記固体潤滑剤粒子が、MnS、MoS 2 のうちのいずれかであることを特徴とする内燃機関用鉄基焼結合金製バルブシート。
（９）（５）ないし（８）のいずれかにおいて、前記バルブ当たり面側層の前記基地相および前記硬質粒子と、あるいはさらに固体潤滑剤粒子とを含む基地部が、質量％で、Ｃ：0.5〜1.8％を含み、さらに、Mo、Cr、ＶおよびＷのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で10〜50％、さらにNi、Co、Cu、Si、Ｓ、Mn、Ｐのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で10〜80％含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなるバルブ当たり面側層組成を有し、前記支持部材側層が、基地相と、あるいはさらに硬質粒子および／または固体潤滑剤粒子とを含む基地部が、質量％で、Ｃ：0.5〜1.8％を含み、さらに、Mo、Cr、ＶおよびＷのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で6.85％以下と、あるいはさらにNi、Co、Cu、Si、Ｓ、Mn、Ｐのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で3.96％以下と、含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる支持部材側層組成を有することを特徴とする内燃機関用鉄基焼結合金製バルブシート。
（１０）原料粉を混合し混合粉とする混合工程と、該混合粉を金型に充填し、圧縮・成形して圧粉体を得る成形工程と、該圧粉体を加熱・焼結してバルブシート状焼結体とする焼結工程と、該バルブシート状焼結体にさらに熱処理を施し所定の特性を付与する熱処理工程と、を順次施し、単層構造の内燃機関用鉄基焼結合金製バルブシートとする内燃機関用鉄基焼結合金製バルブシートの製造方法であって、前記混合粉を、原料粉として、純鉄粉、合金鉄粉および合金鋼粉のうちから選ばれた１種または２種以上からなる鉄系粉末と、合金元素粉と、硬質粒子粉と、あるいはさらに固体潤滑剤粉とを配合し混合したものとし、前記硬質粒子粉が、Cr−Mo−Si−Co系硬質粒子、Cr−Mo−Ni−Si−Co系硬質粒子、Mo系硬質粒子のうちから選ばれた１種または２種以上であり、該硬質粒子粉の配合量を、混合粉全量に対する質量％で、25〜75％とし、あるいはさらに、前記固体潤滑剤粉の配合量を、混合粉全量に対する質量％で、4％以下とし、前記混合粉を、前記焼結体の、基地相と硬質粒子と、あるいはさらに固体潤滑剤粒子とを含む基地部が、質量％で、Ｃ：0.5〜1.8％を含み、さらに、Mo、Cr、ＶおよびＷのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で10〜50％と、あるいはさらにNi、Co、Cu、Si、Ｓ、Mn、Ｐのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で10〜80％と、含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成となるように、配合、調整したものとし、前記焼結工程に引続きさらに、前記バルブシート状焼結体に熱間鍛造を行う熱間加工工程を施し、しかる後に前記熱処理工程として、焼入加熱温度：900〜1100℃とし、加熱後ガス冷却とする焼入処理と、焼戻加熱温度：500〜700℃とし、加熱後ガス冷却とする焼戻処理とからなる焼入焼戻処理を施し、密度：7.3〜8.2ｇ/cm3、圧環強さ：400MPa以上で、耐摩耗性および耐脱落性に優れた単層構造のバルブシートとすることを特徴とする内燃機関用鉄基焼結合金製バルブシートの製造方法。
（１１）バルブ当たり面側層用原料粉を混合しバルブ当たり面側層用混合粉とし、さらに支持部材側層用原料粉を混合し支持部材側層用混合粉とする混合工程と、該バルブ当たり面側層用混合粉とさらに該支持部材側層用混合粉とをその順に金型に充填し、圧縮・成形してバルブ当たり面側層と支持部材側層との二層構造からなる圧粉体を得る成形工程と、該圧粉体を加熱・焼結してバルブシート状焼結体とする焼結工程と、該バルブシート状焼結体にさらに熱処理を施し所定の特性を付与する熱処理工程と、を順次施し、二層構造のバルブシートとする内燃機関用鉄基焼結合金製バルブシートの製造方法であって、前記バルブ当たり面側層用混合粉を、原料粉として純鉄粉、合金鉄粉および合金鋼粉のうちから選ばれた１種または２種以上からなる鉄系粉末と、合金元素粉と、硬質粒子粉と、あるいはさらに固体潤滑剤粉とを配合し混合したものとし、前記硬質粒子粉が、Cr−Mo−Si−Co系硬質粒子、Cr−Mo−Ni−Si−Co系硬質粒子、Mo系硬質粒子のうちから選ばれた１種または２種以上であり、該硬質粒子粉の配合量を、混合粉全量に対する質量％で、25〜75％とし、あるいはさらに、前記固体潤滑剤粉の配合量を、混合粉全量に対する質量％で、4％以下とし、前記バルブ当たり面側層用混合粉を、前記焼結体のバルブ当たり面側層の基地相と硬質粒子と、あるいはさらに固体潤滑剤粒子とを含む基地部が、質量％で、Ｃ：0.5〜1.8％を含み、さらに、Mo、Cr、ＶおよびＷのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で10〜50％と、あるいはさらにNi、Co、Cu、Si、Ｓ、Mn、Ｐのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で10〜80％と、を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成となるように、調整し、前記支持部材側層用混合粉を、原料粉として純鉄粉、合金鉄粉および合金鋼粉のうちから選ばれた１種または２種以上からなる鉄系粉末と、合金元素粉と、あるいはさらに硬質粒子粉および／または固体潤滑剤粉とを配合し混合したものとし、前記硬質粒子粉が、Cr−Mo−Si−Co系硬質粒子、Cr−Mo−Ni−Si−Co系硬質粒子、Mo系硬質粒子のうちから選ばれた１種または２種以上であり、該硬質粒子粉の配合量を、混合粉全量に対する質量％で、5.0％以下とし、前記固体潤滑剤粉の配合量を、混合粉全量に対する質量％で、4％以下とし、前記支持部材側層用混合粉を、前記焼結体の支持部材側層の基地相と、あるいはさらに硬質粒子および／または固体潤滑剤粒子とを含む基地部が、質量％で、Ｃ：0.5〜1.8％を含み、さらに、Mo、Cr、ＶおよびＷのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で6.85％以下と、あるいはさらにNi、Co、Cu、Si、Ｓ、Mn、Ｐのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で3.96％以下と、を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる支持部材側層組成を有するように混合し、調整したものとし、前記焼結工程に引続きさらに、前記バルブシート状焼結体に熱間鍛造を行う熱間加工工程を施し、しかる後に前記熱処理工程として、焼入加熱温度：900〜1100℃とし、加熱後ガス冷却とする焼入処理と、焼戻加熱温度：500〜700℃とし、加熱後ガス冷却とする焼戻処理とからなる焼入焼戻処理を施し、密度：7.3〜8.2ｇ/cm3、圧環強さ：400MPa以上で、耐摩耗性および耐脱落性に優れた二層構造のバルブシートとすることを特徴とする内燃機関用鉄基焼結合金製バルブシートの製造方法。
（１２）（１０）または（１１）において、前記固体潤滑剤粒子が、MnS、MoS 2 のうちのいずれかであることを特徴とする内燃機関用鉄基焼結合金製バルブシートの製造方法。
The present invention has been completed with further studies based on such findings. That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) A single-layer structure iron-based sintered alloy valve seat in which hard particles are dispersed in a matrix phase, wherein the matrix phase contains fine carbides having a major axis of 30 μm or less in an area ratio of 0.5% or more. It is composed of a tempered martensite phase precipitated by 27% or less, and further, as the hard particles, among Cr-Mo-Si-Co-based hard particles, Cr-Mo-Ni-Si-Co-based hard particles, and Mo-based hard particles. It has a structure in which one or more selected from the above is dispersed by 31 to 80% in area ratio, density: 7.3 to 8.2 g / cm 3 , ring strength: 400 MPa or more, abrasion resistance and A valve seat made of iron-based sintered alloy for internal combustion engines, which is characterized by excellent drop resistance.
(2) The valve seat made of an iron-based sintered alloy for an internal combustion engine, wherein the base phase further disperses solid lubricant particles in a mass% of 4% or less in (1).
(3) In (2), said solid lubricant particles, MnS, ferrous sintered alloy valve seat for an internal combustion engine, characterized in that it is one of MoS 2.
(4) In any of (1) to (3), the matrix portion containing the matrix phase and the hard particles, or further solid lubricant particles, contains C: 0.5 to 1.8% in mass%, and further. One or more selected from Mo, Cr, V and W in total 10 to 50%, and one selected from Ni, Co, Cu, Si, S, Mn, P or A valve seat made of an iron-based sintered alloy for an internal combustion engine, which contains two or more kinds in a total of 10 to 80% and has a composition consisting of a balance Fe and unavoidable impurities.
(5) A two-layer structure iron-based sintered alloy valve seat for an internal combustion engine, comprising a valve contact surface side layer and a support member side layer integrally joined to the valve contact surface side layer. The valve contact surface side layer is composed of a tempered martensite phase in which the base phase of the valve contact surface side layer is a tempered martensite phase in which fine carbides having a major axis of 30 μm or less are precipitated in an area ratio of 0.5% or more and 27% or less. As hard particles, one or more selected from Cr-Mo-Si-Co hard particles, Cr-Mo-Ni-Si-Co hard particles, and Mo hard particles are selected from 31 to 31 in area ratio. A tempered martensite having a structure in which 80% is dispersed, and the support member side layer is obtained by precipitating fine carbides having a major axis of the support member side layer having a major axis of 30 μm or less in an area ratio of 0.5% or more and 27% or less. One selected from Cr-Mo-Si-Co-based hard particles, Cr-Mo-Ni-Si-Co-based hard particles, Mo-based hard particles or one selected from the site phase or further in the matrix phase. It has a structure in which two or more types of hard particles are dispersed in an area ratio of 4% or less, has a density of 7.3 to 8.2 g / cm 3 , an annular strength of 400 MPa or more, and is excellent in abrasion resistance and dropout resistance. A valve seat made of iron-based sintered alloy for internal combustion engines.
(6) The iron-based sintered alloy for an internal combustion engine according to (5), wherein the base phase of the valve contact surface side layer further disperses solid lubricant particles in a mass% of 4% or less. Valve seat made.
(7) The iron group for an internal combustion engine according to (5) or (6), wherein the base phase of the support member side layer further disperses solid lubricant particles in a mass% of 4% or less. Valve seat made of sintered alloy.
(8) In (6) or (7), said solid lubricant particles, MnS, internal combustion engine for a iron-based sintered alloy valve seat, characterized in that it is one of MoS 2.
(9) In any of (5) to (8), the base portion containing the base phase and the hard particles of the valve contact surface side layer, or further solid lubricant particles is C: in mass%. Contains 0.5-1.8%, and a total of 10-50% of one or more selected from Mo, Cr, V and W, and Ni, Co, Cu, Si, S, Mn, P. It contains 10 to 80% of one or more selected from the above in total, has a valve contact surface side layer composition consisting of the balance Fe and unavoidable impurities, and the support member side layer is a matrix phase . , Or a matrix containing hard particles and / or solid lubricant particles in% by weight, C: 0.5-1.8%, and one selected from Mo, Cr, V and W. Contains 2 or more types in total of 6.85 % or less, or 1 type or 2 or more types selected from Ni, Co, Cu, Si, S, Mn, P in total of 3.96 % or less, and the balance A valve seat made of an iron-based sintered alloy for an internal combustion engine, which has a support member side layer composition composed of Fe and unavoidable impurities.
(10) A mixing step of mixing raw material powders into a mixed powder, a molding step of filling the mixed powder into a mold and compressing / molding to obtain a green compact, and heating / sintering the green compact. A sintering step of forming a valve sheet-shaped sintered body and a heat treatment step of further heat-treating the valve sheet-shaped sintered body to impart predetermined characteristics are sequentially performed to perform iron-based firing for an internal combustion engine having a single-layer structure. A method for manufacturing an iron-based sintered alloy valve seat for an internal combustion engine, which is a bonded gold valve seat, wherein the mixed powder is selected from pure iron powder, alloy iron powder, and alloy steel powder as a raw material powder. It is assumed that an iron-based powder consisting of one or more types, an alloy element powder, a hard particle powder, or a solid lubricant powder is mixed and mixed, and the hard particle powder is Cr-Mo-Si. One or more selected from -Co-based hard particles, Cr-Mo-Ni-Si-Co-based hard particles, and Mo-based hard particles, and the blending amount of the hard particle powder is the total amount of the mixed powder. 25 to 75% by mass with respect to the amount of the solid lubricant powder, or 4% or less by mass% with respect to the total amount of the mixed powder, and the mixed powder is the base phase of the sintered body. The base portion containing the hard particles and the solid lubricant particles is contained in a mass% of C: 0.5 to 1.8%, and one or 2 selected from Mo, Cr, V and W. A total of 10 to 50% of seeds or more, or a total of 10 to 80% of one or more selected from Ni, Co, Cu, Si, S, Mn, and P. It shall be blended and adjusted so as to have a composition consisting of the balance Fe and unavoidable impurities, and the valve sheet-shaped sintered body is further subjected to a hot working step of hot forging after the sintering step. Later, as the heat treatment step, there are a quenching treatment in which the firing heating temperature is 900 to 1100 ° C. and gas cooling after heating, and a firing treatment in which the firing heating temperature is 500 to 700 ° C. and gas cooling is performed after heating. the quenching and tempering treatment applied consisting, density: 7.3~8.2g / cm 3, compressive strength was: at 400MPa or more, characterized by a valve seat of good single-layer structure in abrasion resistance and deciduous A method for manufacturing a valve seat made of an iron-based sintered alloy for an internal combustion engine.
(11) A mixing step of mixing the raw material powder for the valve contact surface side layer to obtain a mixed powder for the valve contact surface side layer, and further mixing the raw material powder for the support member side layer to obtain a mixed powder for the support member side layer, and the valve. The mixed powder for the contact surface side layer and the mixed powder for the support member side layer are filled in the mold in this order, compressed and molded, and the pressure is composed of a two-layer structure consisting of the valve contact surface side layer and the support member side layer. A molding step of obtaining a powder, a sintering step of heating and sintering the green compact to form a valve sheet-shaped sintered body, and further heat-treating the valve sheet-shaped sintered body to impart predetermined characteristics. A method for manufacturing a valve seat made of an iron-based sintered alloy for an internal combustion engine, which is obtained by sequentially performing a heat treatment step and forming a valve seat having a two-layer structure. Iron-based powder consisting of one or more selected from powder, alloy iron powder and alloy steel powder, alloy element powder, hard particle powder, or further solid lubricant powder were mixed and mixed. The hard particle powder is one or more selected from Cr-Mo-Si-Co-based hard particles, Cr-Mo-Ni-Si-Co-based hard particles, and Mo-based hard particles. Yes, the blending amount of the hard particle powder is 25 to 75% by mass% with respect to the total amount of the mixed powder, or further, the blending amount of the solid lubricant powder is 4% or less by mass% with respect to the total amount of the mixed powder. , The base portion containing the base phase of the valve contact surface side layer of the sintered body and hard particles , or further solid lubricant particles in the mixed powder for the valve contact surface side layer is C: 0.5 by mass%. Includes ~ 1.8%, plus one or more selected from Mo, Cr, V and W for a total of 10-50%, or even Ni, Co, Cu, Si, S, Mn, One or more selected from P is contained in a total of 10 to 80%, and is adjusted so as to have a composition consisting of the balance Fe and unavoidable impurities, and mixed for the support member side layer . The powder is an iron-based powder composed of one or more selected from pure iron powder, alloy iron powder and alloy steel powder as a raw material powder, alloy element powder, and further hard particle powder and / or solid. It is assumed that the lubricant powder is mixed and mixed, and the hard particle powder is selected from Cr-Mo-Si-Co-based hard particles, Cr-Mo-Ni-Si-Co-based hard particles, and Mo-based hard particles. The amount of the hard particle powder to be blended is 5.0 % or less in mass% with respect to the total amount of the mixed powder, and the blending amount of the solid lubricant powder is adjusted to the total amount of the mixed powder. The mass% of the weight is 4% or less, and the mixed powder for the support member side layer contains the base phase of the support member side layer of the sintered body , or further hard particles and / or solid lubricant particles. However, in mass%, C: 0.5 to 1.8% is contained, and one or more selected from Mo, Cr, V and W is added to a total of 6.85 % or less, or further Ni, Co, One or two or more selected from Cu, Si, S, Mn, and P are contained in a total of 3.96 % or less so as to have a support member side layer composition consisting of the balance Fe and unavoidable impurities. After mixing and adjusting, the valve sheet-shaped sintered body is further subjected to a hot working step of performing hot forging following the sintering step, and then as the heat treatment step , quenching heating temperature: 900 to Quenching treatment consisting of quenching treatment with gas cooling after heating at 1100 ° C and quenching treatment with gas cooling after heating at a tempering heating temperature: 500 to 700 ° C. Manufacture of iron-based sintered alloy valve seats for internal combustion engines, which is characterized by having a two-layer structure valve seat having 8.2 g / cm 3 , pressure ring strength: 400 MPa or more and excellent wear resistance and dropout resistance. Method.
(12) The method for manufacturing a valve seat made of an iron-based sintered alloy for an internal combustion engine, wherein the solid lubricant particles are either MnS or MoS 2 in (10) or (11).
本発明によれば、優れた耐摩耗性と優れた耐脱落性を兼備するバルブシートを、容易にしかも安価に製造でき、産業上格段の効果を奏する。また、本発明によれば、過酷な条件においても優れた耐久性を示すバルブシートが得られるという効果もある。 According to the present invention, a valve seat having both excellent wear resistance and excellent drop resistance can be easily and inexpensively manufactured, which is extremely effective in industry. Further, according to the present invention, there is also an effect that a valve seat showing excellent durability can be obtained even under harsh conditions.
本発明内燃機関用鉄基焼結合金製バルブシートは、単層構造、またはバルブ当たり面側層と支持部材側層とからなる２層構造のバルブシートとする。 The valve seat made of an iron-based sintered alloy for an internal combustion engine of the present invention is a valve seat having a single-layer structure or a two-layer structure including a valve contact surface side layer and a support member side layer.
まず、単層構造の本発明内燃機関用鉄基焼結合金製バルブシートについて説明する。
本発明バルブシートでは、基地相は、焼戻マルテンサイト相からなる。
本発明では、基地相中に、長径：30μm以下の微細炭化物を面積率で27％以下、好ましくは0.5％以上析出させる。基地相中に微細炭化物を適正量析出させることにより、図１にも示すように、抜出し荷重が増加し、耐脱落性が向上する。なお、微細炭化物が27％を超えて多量に析出すると、圧環強さが低下し、かえって耐脱落性が低下する。このため、本発明では、焼戻マルテンサイト相を基地相とし、該基地相中に析出する微細炭化物を、面積率で25％以下の範囲に限定した。なお、好ましくは1〜25％である。
First, a valve seat made of an iron-based sintered alloy for an internal combustion engine of the present invention having a single-layer structure will be described.
In the valve seat of the present invention, the matrix phase consists of a tempered martensite phase.
In the present invention, fine carbides having a major axis of 30 μm or less are precipitated in the matrix phase in an area ratio of 27% or less, preferably 0.5% or more. By precipitating an appropriate amount of fine carbides in the matrix phase, as shown in FIG. 1, the extraction load is increased and the dropout resistance is improved. If a large amount of fine carbides is deposited in excess of 27%, the annular strength is lowered and the dropout resistance is lowered. Therefore, in the present invention, the tempered martensite phase is used as the matrix phase, and the fine carbides precipitated in the matrix phase are limited to the range of 25% or less in terms of area ratio. It is preferably 1 to 25%.
本発明では、基地相中に、さらに硬質粒子を面積率で31〜80％分散させてなる組織を有する。本発明では、耐摩耗性を向上させるため、従来より多量の、面積率で31〜80％の硬質粒子を分散させる。硬質粒子が面積率で31％未満では、ガス燃料用エンジンや大型ディーゼルエンジンのような厳しい環境下において、優れた耐摩耗性を確保できにくくなる。一方、80％を超えて多量の硬質粒子を分散させると、密度を高くできず、圧環強さが低下する。このため、硬質粒子の分散量は面積率で31〜80％の範囲に限定した。なお、好ましくは35〜60％である。 In the present invention, the matrix phase has a structure in which hard particles are further dispersed in an area ratio of 31 to 80%. In the present invention, in order to improve wear resistance, a larger amount of hard particles having an area ratio of 31 to 80% are dispersed than before. If the area ratio of hard particles is less than 31%, it becomes difficult to secure excellent wear resistance in a harsh environment such as a gas fuel engine or a large diesel engine. On the other hand, if a large amount of hard particles exceeding 80% is dispersed, the density cannot be increased and the annular strength decreases. Therefore, the dispersion amount of the hard particles was limited to the range of 31 to 80% in terms of area ratio. It is preferably 35 to 60%.
本発明バルブシートで基地相中に、分散させる硬質粒子は、Cr−Mo−Si−Co系硬質粒子、Cr−Mo−Ni−Si−Co系硬質粒子、Mo系硬質粒子のうちから選ばれた１種または２種以上とする。これら硬質粒子は、耐摩耗性の向上に大きく寄与し、かつ相手攻撃性が低い粒子であり、選択して１種以上、分散させる。 The hard particles dispersed in the matrix phase in the valve seat of the present invention were selected from Cr-Mo-Si-Co-based hard particles, Cr-Mo-Ni-Si-Co-based hard particles, and Mo-based hard particles. One type or two or more types. These hard particles are particles that greatly contribute to the improvement of wear resistance and have low opponent aggression, and one or more of these hard particles are selected and dispersed.
なお、Cr−Mo−Si−Co系硬質粒子は、650〜850HVの硬さを有し、例えば、質量％で、7.5〜9.5％Cr−27〜30％Mo−2.2〜2.7％Si−残部Coおよび不可避的不純物からなる組成を有する。また、Cr−Mo−Ni−Si−Co系硬質粒子は、900〜1100HVの硬さを有し、例えば、質量％で、24〜26％Cr−23〜26％Mo−9.5〜11.0％Ni−1.5〜2.5％Si−残部Coおよび不可避的不純物からなる組成を有する。Mo系硬質粒子は、1100〜1300HVの硬さを有し、例えば、質量％で、60〜70％Mo−残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する。 The Cr-Mo-Si-Co hard particles have a hardness of 650 to 850 HV, and for example, in terms of mass%, 7.5 to 9.5% Cr-27 to 30% Mo-2.2 to 2.7% Si-residual Co. And has a composition consisting of unavoidable impurities. Further, Cr-Mo-Ni-Si-Co-based hard particles have a hardness of 900 to 1100 HV, and for example, in mass%, 24-26% Cr-23 to 26% Mo-9.5 to 11.0% Ni-. It has a composition of 1.5-2.5% Si-residue Co and unavoidable impurities. Mo-based hard particles have a hardness of 1100 to 1300 HV and, for example, by mass, have a composition of 60 to 70% Mo-residue Fe and unavoidable impurities.
さらに、本発明バルブシートでは、基地相および硬質粒子、あるいはさらに固体潤滑剤粒子を含む基地部が、質量％で、Ｃ：0.5〜1.8％を含み、さらに、Mo、Cr、ＶおよびＷのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で10〜50％、さらにNi、Co、Cu、Si、Ｓ、Mn、Ｐのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で10〜80％、含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する。ここで、固体潤滑剤粒子としては、MnS、MoS 2 のうちのいずれかとすることが好ましい。 Further, in the valve seat of the present invention, the matrix portion containing the matrix phase and hard particles, or further solid lubricant particles, contains C: 0.5 to 1.8% in mass%, and further, among Mo, Cr, V and W. 1 or 2 or more selected from 10 to 50% in total, and 1 or 2 or more selected from Ni, Co, Cu, Si, S, Mn, P in total 10 to 80 %, Containing, having a composition consisting of the balance Fe and unavoidable impurities. Here, as the solid lubricant particles, MnS, it is preferable that the one of MoS 2.
つぎに、基地部組成の限定理由について説明する。なお、以下、質量％は、単に％で示す。
Ｃ：0.5〜1.8％
Ｃは、基地相あるいは硬質粒子に含まれ、焼結体の硬さ、耐摩耗性を向上させるとともに、さらに基地相中に微細炭化物として析出し、耐熱ヘタリ性、耐脱落性の向上に寄与する元素である。このような効果を得るためには、0.5％以上の含有を必要とする。一方、1.8％を超えて多量に含有すると、基地相硬さが増加しすぎて、相手攻撃性が増加する。このため、Ｃは0.5〜1.8％の範囲に限定した。なお、好ましくは0.6〜1.4％である。
Next, the reason for limiting the composition of the base portion will be described. Hereinafter, mass% is simply indicated by%.
C: 0.5-1.8%
C is contained in the matrix phase or hard particles to improve the hardness and wear resistance of the sintered body, and further precipitates as fine carbides in the matrix phase, which contributes to the improvement of heat resistance and dropout resistance. It is an element. In order to obtain such an effect, a content of 0.5% or more is required. On the other hand, if it is contained in a large amount exceeding 1.8%, the base phase hardness increases too much and the opponent's aggression increases. Therefore, C was limited to the range of 0.5 to 1.8%. It is preferably 0.6 to 1.4%.
Mo、Cr、ＶおよびＷのうちから選ばれた１種または２種以上：合計で10〜50％
Mo、Cr、ＶおよびＷはいずれも、固溶して基地相硬さを増加させ、耐摩耗性の向上に寄与するとともに、さらに炭化物形成元素であり、基地相中に微細炭化物として析出し、耐脱落性の向上に寄与する元素である。本発明では選択して１種以上含有させる。なかでもMoを含有させることが好ましい。このような効果を得るためには、これらの元素を合計で10％以上含有させる必要がある。一方、これらの元素を50％を超えて含有すると、基地硬さが増加しすぎて相手攻撃性が増加するうえ、耐脱落性が低下する。このため、Mo、Cr、ＶおよびＷのうちから選ばれた１種または２種以上の含有は合計で10〜50％の範囲に限定した。なお、好ましくは11〜40％である。
One or more selected from Mo, Cr, V and W: 10-50% in total
Mo, Cr, V and W are all solid-solved to increase the hardness of the matrix phase and contribute to the improvement of wear resistance, and are further carbide-forming elements, which are precipitated as fine carbides in the matrix phase. It is an element that contributes to the improvement of drop resistance. In the present invention, one or more kinds are selected and contained. Above all, it is preferable to contain Mo. In order to obtain such an effect, it is necessary to contain 10% or more of these elements in total. On the other hand, if these elements are contained in an amount of more than 50%, the base hardness increases too much, the opponent's aggression increases, and the dropout resistance decreases. Therefore, the content of one or more selected from Mo, Cr, V and W was limited to a total of 10 to 50%. It is preferably 11 to 40%.
Ni、Co、Cu、Si、Ｓ、Mn、Ｐのうちから選ばれた１種または２種以上：合計で10〜80％
Ni、Co、Cu、Si、Ｓ、Mn、Ｐは、基地相あるいは硬質粒子、固体潤滑剤粒子に含まれ、焼結体の強度、硬さを増加させ、さらには耐摩耗性を向上させる。本発明では、選択して１種または２種以上を含有する。なお、Coは、基地相の靭性を向上させるために、基地相中に含有させることが好ましい。このような効果を得るためには、これら元素を合計で10％以上含有させる必要がある。一方、合計で80％を超えて多量に含有すると、相手攻撃性が増加し、圧環強さが低下する。このため、Ni、Co、Cu、Si、Ｓ、Mn、Ｐのうちから選ばれた１種または２種以上は合計で10〜80％の範囲に限定した。なお、好ましくは合計で11〜60％である。
基地部では、上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物からなる。
One or more selected from Ni, Co, Cu, Si, S, Mn, P : 10-80% in total
Ni, Co, Cu, Si, S, Mn, and P are contained in the matrix phase, hard particles, and solid lubricant particles to increase the strength and hardness of the sintered body and further improve the wear resistance. In the present invention, one or more are selectively contained. In addition, Co is preferably contained in the matrix phase in order to improve the toughness of the matrix phase. In order to obtain such an effect, it is necessary to contain 10% or more of these elements in total. On the other hand, if it is contained in a large amount exceeding 80% in total, the opponent's aggression increases and the annulus strength decreases. Therefore, one or more selected from Ni, Co, Cu, Si, S, Mn, and P was limited to the range of 10 to 80% in total. The total is preferably 11 to 60%.
At the base, the rest of the components other than those mentioned above consist of Fe and unavoidable impurities.
つぎに、二層構造の本発明内燃機関用鉄基焼結合金製バルブシートについて説明する。
二層構造のバルブシートでは、バルブに当接するバルブ当たり面側層と、該バルブ当たり面側層と一体的に接合されてなり、シリンダヘッド等の支持部材に当接する支持部材側層とから構成される。
Next, a valve seat made of an iron-based sintered alloy for an internal combustion engine of the present invention having a two-layer structure will be described.
The valve seat having a two-layer structure is composed of a valve contact surface side layer that abuts on the valve and a support member side layer that is integrally joined to the valve contact surface side layer and abuts on a support member such as a cylinder head. Will be done.
本発明では、二層構造のバルブシートにおける「バルブ当たり面側層」は、耐摩耗性等の所望の特性を確保するために、上記した単層構造のバルブシートと同じ組成、組織を有する、ものとする。 In the present invention, the "valve contact surface side layer" in the two-layer structure valve seat has the same composition and structure as the above-mentioned single-layer structure valve seat in order to secure desired characteristics such as wear resistance. Shall be.
一方、二層構造のバルブシートにおける「支持部材側層」は、バルブ当り面側層と境界面を介して一体化されている。支持部材側層は、バルブ当たり面側層を支え、バルブシートとして所望の強度を確保できる組成とすることが要求される。支持部材側層は、バルブと当接しないため、バルブ当たり面側層と同程度の耐摩耗性を保持する必要はなく、コスト削減の意味もあって、「バルブ当たり面側層」におけるような、多量の硬質粒子を含有する必要はない。支持部材側層では、硬質粒子を含有しないか、あるいは含有してもバルブ当り面側層の含有量未満に限定すること、が好ましい。
支持部材側層の基地相は、焼戻マルテンサイト相からなる。
On the other hand, the "support member side layer" in the valve seat having a two-layer structure is integrated with the valve contact surface side layer via the boundary surface. The support member side layer is required to have a composition that supports the valve contact surface side layer and can secure a desired strength as a valve seat. Since the support member side layer does not come into contact with the valve, it is not necessary to maintain the same level of wear resistance as the valve contact surface side layer, and there is also a meaning of cost reduction, as in the "valve contact surface side layer". , It is not necessary to contain a large amount of hard particles. It is preferable that the support member side layer does not contain hard particles, or even if it contains hard particles, the content is limited to less than the content of the valve contact surface side layer.
The base phase of the support member side layer is composed of a tempered martensite phase.
また、支持部材側層の基地相中には、長径：30μm以下の微細炭化物を、支持部材側層全量に対する面積率で27％以下好ましくは0.5％以上析出させる。基地相中に微細炭化物を適正量析出させることにより、抜出し荷重が増加し、耐脱落性が向上する。なお、微細炭化物が27％を超えて多量に析出すると、かえって耐脱落性が低下する。このため、支持部材側層では、焼戻マルテンサイト相を基地相とし、該基地相中に析出する微細炭化物を、面積率で27％以下に限定した。なお、好ましくは１〜25％である。また、これら微細炭化物は、強度増加の観点から、Mo、Cr、Ｖ、Ｗのうちから選ばれた１種または２種以上の炭化物、とりわけMo炭化物とすることが好ましい。 Further, in the matrix phase of the support member side layer, fine carbides having a major axis of 30 μm or less are precipitated in an area ratio of 27% or less, preferably 0.5% or more with respect to the total amount of the support member side layer. By precipitating an appropriate amount of fine carbides in the matrix phase, the extraction load is increased and the dropout resistance is improved. If a large amount of fine carbides is deposited in excess of 27%, the drop resistance is rather lowered. Therefore, in the support member side layer, the tempered martensite phase is used as the matrix phase, and the fine carbides precipitated in the matrix phase are limited to 27% or less in terms of area ratio. It is preferably 1 to 25%. Further, from the viewpoint of increasing the strength, these fine carbides are preferably one or more carbides selected from Mo, Cr, V and W, particularly Mo carbides.
支持部材側層における、基地相と、あるいはさらに固体潤滑剤粒子、硬質粒子とを含む基地部は、質量％で、Ｃ：0.5〜1.8％を含み、さらに、Mo、Cr、ＶおよびＷのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で50％以下と、あるいはさらにNi、Co、Cu、Si、Ｓ、Mn、Ｐのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で80％以下とを、含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する。 In the support member side layer, the matrix portion containing the matrix phase or further solid lubricant particles and hard particles contains C: 0.5 to 1.8% in mass%, and further, among Mo, Cr, V and W. 50% or less in total of one or more selected from, or 80% in total of one or more selected from Ni, Co, Cu, Si, S, Mn, P It contains the following and has a composition consisting of the balance Fe and unavoidable impurities.
つぎに、支持部材側層の組成限定理由について説明する。
Ｃ：0.5〜1.8％
Ｃは、基地相に含まれ、焼結体の硬さ、強度を増加させ、さらに基地相中に微細炭化物として析出し、耐脱落性の向上に寄与する元素である。このような効果を得るためには、0.5％以上の含有を必要とする。一方、1.8％を超えて多量に含有すると、基地相硬さが増加しすぎて、相手攻撃性が増加する。このため、Ｃは0.5〜1.8％の範囲に限定した。なお、好ましくは0.6〜1.4％である。
Next, the reason for limiting the composition of the support member side layer will be described.
C: 0.5-1.8%
C is an element contained in the matrix phase that increases the hardness and strength of the sintered body and further precipitates as fine carbides in the matrix phase, which contributes to the improvement of dropout resistance. In order to obtain such an effect, a content of 0.5% or more is required. On the other hand, if it is contained in a large amount exceeding 1.8%, the base phase hardness increases too much and the opponent's aggression increases. Therefore, C was limited to the range of 0.5 to 1.8%. It is preferably 0.6 to 1.4%.
Mo、Cr、ＶおよびＷのうちから選ばれた１種または２種以上：合計で50％以下
Mo、Cr、ＶおよびＷはいずれも、固溶して基地相硬さを増加させ、所望の強度確保に寄与するとともに、さらに炭化物形成元素であり、基地相中に微細炭化物として析出して、耐脱落性の向上に寄与する元素である。本発明では選択して１種以上含有させる。なかでもMoを含有させることが好ましい。このような効果を得るためには、これらの元素を合計で10％以上含有させることが望ましい。一方、これらの元素を50％を超えて含有すると、基地硬さが増加しすぎて、耐脱落性が低下する。このため、Mo、Cr、ＶおよびＷのうちから選ばれた１種または２種以上の含有は合計で50％以下に限定した。なお、好ましくは10〜30％である。
One or more selected from Mo, Cr, V and W: 50% or less in total
Mo, Cr, V and W are all solid-solved to increase the hardness of the matrix phase and contribute to ensuring the desired strength, and are further carbide-forming elements, which are precipitated as fine carbides in the matrix phase. It is an element that contributes to the improvement of drop resistance. In the present invention, one or more kinds are selected and contained. Above all, it is preferable to contain Mo. In order to obtain such an effect, it is desirable to contain 10% or more of these elements in total. On the other hand, if these elements are contained in an amount of more than 50%, the base hardness increases too much and the drop resistance decreases. Therefore, the content of one or more selected from Mo, Cr, V and W was limited to 50% or less in total. It is preferably 10 to 30%.
Ni、Co、Cu、Si、Ｓ、Mn、Ｐのうちから選ばれた１種または２種以上：合計で80％以下
Ni、Co、Cu、Si、Ｓ、Mn、Ｐは、基地相、あるいは、硬質粒子、固体潤滑剤粒子に含まれ、焼結体の強度、硬さ、さらには耐摩耗性を向上させる元素であり、本発明では、選択して１種または２種以上を含有する。このような効果を得るためには、これら元素を合計で0.01％以上含有させることが好ましい。一方、合計で80％を超えて多量に含有すると、相手攻撃性が増加し、圧環強さが低下する。このため、Ni、Co、Cu、Si、Ｓ、Mn、Ｐのうちから選ばれた１種または２種以上は合計で80％以下に限定した。なお、好ましくは合計で0.03〜60％である。
支持部材側層では、上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物からなる。
One or more selected from Ni, Co, Cu, Si, S, Mn, P : 80% or less in total
Ni, Co, Cu, Si, S, Mn, and P are elements contained in the matrix phase, hard particles, and solid lubricant particles that improve the strength, hardness, and wear resistance of the sintered body. Yes, in the present invention, one or more are selectively contained. In order to obtain such an effect, it is preferable to contain 0.01% or more of these elements in total. On the other hand, if it is contained in a large amount exceeding 80% in total, the opponent's aggression increases and the annulus strength decreases. Therefore, one or more selected from Ni, Co, Cu, Si, S, Mn, and P was limited to 80% or less in total. The total is preferably 0.03 to 60%.
In the support member side layer, the remainder other than the above components consists of Fe and unavoidable impurities.
つぎに、本発明バルブシートの好ましい製造方法について説明する。
原料粉を混合する混合工程と、該混合粉を金型に充填し、圧縮・成形して圧粉体を得る成形工程と、該圧粉体を加熱・焼結して焼結体とする焼結工程と、該焼結体に熱間鍛造を行う熱間加工工程と、さらに熱処理を施し所定の特性を付与する熱処理工程と、を順次施す。
Next, a preferable manufacturing method of the valve seat of the present invention will be described.
A mixing step of mixing the raw material powder, a molding step of filling the mixed powder in a mold and compressing / molding to obtain a green compact, and baking of the green compact to obtain a sintered body. A knotting step, a hot working step of hot forging the sintered body, and a heat treatment step of further performing heat treatment to impart predetermined characteristics are sequentially performed.
二層構造の鉄基焼結合金製バルブシートの製造に当たっては、ダイ、コアロッド、上パンチ、下パンチ、互いに独立して駆動可能な２種のフィーダと、独立して駆動可能な仮押しパンチと、を有するプレス成形機を利用することが好ましい。 In the manufacture of valve seats made of iron-based sintered alloy with a two-layer structure, a die, a core rod, an upper punch, a lower punch, two types of feeders that can be driven independently of each other, and a temporary push punch that can be driven independently are used. It is preferable to use a press molding machine having.
まず、混合工程では、支持部材側層用の原料粉として、鉄系粉末と、黒鉛粉末と、他の合金元素粉末等の合金元素粉末と、潤滑剤粒子粉末と、あるいはさらに硬質粒子粉末と、あるいはさらに固体潤滑剤粉末と、を上記した支持部材側層組成となるように、所定量配合し、混合、混練して、支持部材側層用混合粉とする。なお、鉄系粉末は、アトマイズ鉄粉、還元鉄粉等の純鉄粉とするか、あるいは、上記した支持部材側層の組成に含まれる合金元素を予合金した鉄粉あるいは鋼粉とすることが、好ましい。とくに、Mo、Cr、ＶおよびＷのうちから選ばれた１種または２種以上を予合金した鉄粉あるいは鋼粉とすることが、微細な炭化物を析出させるという観点からは好ましい。 First, in the mixing step, iron-based powder, graphite powder, alloy element powder such as other alloy element powder, lubricant particle powder, or even hard particle powder are used as raw material powder for the support member side layer. Alternatively, a predetermined amount of the solid lubricant powder is blended, mixed, and kneaded so as to have the above-mentioned support member side layer composition to obtain a support member side layer mixed powder. The iron-based powder should be pure iron powder such as atomized iron powder or reduced iron powder, or iron powder or steel powder prealloyed with alloying elements contained in the composition of the support member side layer described above. However, it is preferable. In particular, it is preferable to prepare one or more selected from Mo, Cr, V and W into pre-alloyed iron powder or steel powder from the viewpoint of precipitating fine carbides.
一方、バルブ当り面側層用の原料粉は、鉄系粉末と、黒鉛粉末と、他の合金元素粉末等の合金元素粉末と、潤滑剤粒子粉末と、硬質粒子粉末と、あるいはさらに固体潤滑剤粉末と、を上記したバルブ当り面側層組成となるように、所定量配合し、混合して、バルブ当り面側層用混合粉とする。なお、鉄系粉末は、アトマイズ鉄粉、還元鉄粉等の純鉄粉とするか、あるいは、上記した支持部材側層の組成に含まれる合金元素を予合金した鉄粉あるいは鋼粉とすることが、好ましい。とくに、Mo、Cr、ＶおよびＷのうちから選ばれた１種または２種以上を予合金した鉄粉あるいは鋼粉とすることが、微細な炭化物を析出させるという観点からは好ましい。 On the other hand, the raw material powder for the valve contact surface side layer is an iron-based powder, a graphite powder, an alloy element powder such as another alloy element powder, a lubricant particle powder, a hard particle powder, or a solid lubricant. A predetermined amount of the powder is blended and mixed so as to have the above-mentioned valve contact surface side layer composition to obtain a valve contact surface side layer mixed powder. The iron-based powder should be pure iron powder such as atomized iron powder or reduced iron powder, or iron powder or steel powder prealloyed with alloying elements contained in the composition of the support member side layer described above. However, it is preferable. In particular, it is preferable to prepare one or more selected from Mo, Cr, V and W into pre-alloyed iron powder or steel powder from the viewpoint of precipitating fine carbides.
第一のフィーダに支持部材側層用混合粉を、第二のフィーダにバルブ当り面側層用混合粉を、それぞれ装入しておく。第一のフィーダを移動させ、ダイとコアロッドを下パンチに対し相対的に上昇させて、支持部材側層用の充填空間を形成しながら、該充填空間に支持部材側層用混合粉を充填する。そして、仮押しパンチを移動させて、バルブ当り面側層との境界面となる上面が所定形状になるように、仮押しパンチの成形面形状、成形圧を調整して、支持部材側層用混合粉を仮押しする。 The support member side layer mixed powder is charged into the first feeder, and the valve contact surface side layer mixed powder is charged into the second feeder. The first feeder is moved and the die and the core rod are raised relative to the lower punch to form a filling space for the support member side layer, and the filling space is filled with the mixed powder for the support member side layer. .. Then, the temporary push punch is moved to adjust the molding surface shape and molding pressure of the temporary push punch so that the upper surface serving as the boundary surface with the valve contact surface side layer has a predetermined shape, and is used for the support member side layer. Temporarily press the mixed powder.
ついで、第二のフィーダを移動させ、ダイとコアロッドを下パンチに対して相対的に移動させて、バルブ当り面側層用の充填空間を形成しながら、該充填空間にバルブ当り面側層用混合粉を充填する。そして、上パンチを下降させて、バルブ当り面側層用混合粉および支持部材側層用混合粉とを一体的に加圧し、圧粉体とする。なお、加圧に際しては、圧粉体密度が6.5〜7.1g/cm３の範囲となるように成形圧を調整することが好ましい。 Then, the second feeder is moved and the die and the core rod are moved relative to the lower punch to form a filling space for the valve contact surface side layer, and the valve contact surface side layer is formed in the filling space. Fill with mixed powder. Then, the upper punch is lowered to integrally pressurize the mixed powder for the valve contact surface side layer and the mixed powder for the support member side layer to obtain a green compact. When pressurizing, it is preferable to adjust the molding pressure so that the powder compact density is in the range of 6.5 to 7.1 g / cm 3 .
なお、単層構造の鉄基焼結合金製バルブシートの製造に当たっては、上記した成形工程に代えて、上記したバルブ当り面側層用混合粉を、金型に充填し、圧縮成形し圧粉体とする成形工程とする。単層構造の鉄基焼結合金製バルブシートの製造に当たっては、通常の成形プレス機を利用することが好ましい。 In the production of a valve seat made of an iron-based sintered alloy having a single-layer structure, instead of the above-mentioned molding process, the above-mentioned mixed powder for the valve contact surface side layer is filled in a mold and compression-molded. It is a molding process for the body. In manufacturing a valve seat made of an iron-based sintered alloy having a single-layer structure, it is preferable to use a normal forming press machine.
ついで、得られた圧粉体に焼結工程を施す。焼結工程は、好ましくは、保護雰囲気中で、1000〜1200℃の温度範囲の温度に加熱し焼結する処理とし、バルブシート状焼結体を得る。焼結の加熱温度が、1000℃未満では焼結拡散が不十分で基地の形成が不十分であり、密度等の所望の焼結体特性を確保できない。また、1200℃を超える高温では、硬質粒子、基地の過拡散が生じ、耐摩耗性が低下する。このため、焼結の加熱温度は1000〜1200℃の温度範囲の温度に限定することが好ましい。 Then, the obtained green compact is subjected to a sintering step. The sintering step is preferably a process of heating to a temperature in the temperature range of 1000 to 1200 ° C. for sintering in a protective atmosphere to obtain a valve sheet-shaped sintered body. If the heating temperature of the sintering is less than 1000 ° C., the sintering diffusion is insufficient and the formation of the matrix is insufficient, and the desired sintered body characteristics such as density cannot be secured. Further, at a high temperature exceeding 1200 ° C., hard particles and matrix overdiffusion occur, and the wear resistance is lowered. Therefore, it is preferable to limit the heating temperature of sintering to a temperature in the temperature range of 1000 to 1200 ° C.
ついで、得られたバルブシート状焼結体に、熱間鍛造を行う熱間加工工程を施す。
本発明では、得られた焼結体に熱間鍛造を施す。これにより、硬質粒子を多量に含有する場合でも、密度：7.3〜8.2ｇ/cm３、圧環強さ：400MPa以上を有するバルブシートとすることができる。熱間鍛造は、常用の温度、好ましくは900〜1100℃の温度範囲で、所望の密度となるように、加工（鍛造）することが好ましい。なお、8.2ｇ/cm３を超える密度を確保するには、熱間加工装置への負荷が大きくなりすぎるため、密度は8.2ｇ/cm３以下に限定した。鍛造温度が900℃未満では、十分な鍛造効果を期待できない。一方、1100℃を超える高温では結晶粒の粗大化が生じ、靭性が低下する。
Then, the obtained valve sheet-shaped sintered body is subjected to a hot working step of hot forging.
In the present invention, the obtained sintered body is hot forged. This makes it possible to obtain a valve seat having a density of 7.3 to 8.2 g / cm 3 and an annular strength of 400 MPa or more even when a large amount of hard particles are contained. The hot forging is preferably processed (forged) at a normal temperature, preferably in a temperature range of 900 to 1100 ° C., so as to have a desired density. Note that in order to ensure a density greater than 8.2 g / cm 3, since the load on the hot working apparatus becomes too large, the density is limited to less than 8.2 g / cm 3. If the forging temperature is less than 900 ° C, a sufficient forging effect cannot be expected. On the other hand, at a high temperature exceeding 1100 ° C., the crystal grains become coarse and the toughness decreases.
熱間加工工程を経た焼結体はついで、熱処理工程で、熱処理を施され、所望の特性を付与される。施される熱処理は、焼入焼戻処理とする。 The sintered body that has undergone the hot working step is then heat-treated in the heat treatment step to impart desired properties. The heat treatment to be performed is quenching and quenching.
焼入焼戻処理は、基地相が焼戻マルテンサイト相からなる組織を得るために、必要な処理であり、焼入加熱温度：900〜1100℃とすることが好ましい。加熱後の冷却は、ガス冷却とすることが好ましい。また、基地相中に微細な炭化物を適正量析出させるために、焼戻加熱温度：500〜700℃とすることが好ましい。焼戻後は、ガス冷却とすることが好ましい。
得られた熱処理済み焼結体は、通常の切削、研削加工して所望寸法のバルブシートとされる。
以下、実施例に基づき、さらに本発明について説明する。
The quenching and quenching treatment is a treatment necessary for obtaining a structure in which the matrix phase is composed of the tempered martensite phase, and the quenching heating temperature is preferably 900 to 1100 ° C. The cooling after heating is preferably gas cooling. Further, in order to deposit an appropriate amount of fine carbides in the matrix phase, the tempering heating temperature is preferably 500 to 700 ° C. After tempering, it is preferable to cool the gas.
The obtained heat-treated sintered body is subjected to ordinary cutting and grinding to obtain a valve seat having desired dimensions.
Hereinafter, the present invention will be further described based on Examples.
単層構造、および二層構造のバルブシートを製造した。なお、二層構造のバルブシートでは、バルブ当たり面側層と支持部材側層とを軸方向長さで略１：１の比率とした。
原料粉として、表２に示す鉄系粉末と、合金元素粉と、表３に示す硬質粒子粉と、固体潤滑剤粒子粉と、を表１に示す配合量となるように調整し、混合、混錬してバルブシート用混合粉とした。なお、鉄系粉末は、純鉄粉、予合金鉄粉、予合金鋼粉とした。
Single-layer and double-layer valve seats were manufactured. In the valve seat having a two-layer structure, the valve contact surface side layer and the support member side layer were set to have a ratio of approximately 1: 1 in axial length.
As the raw material powder, the iron-based powder shown in Table 2, the alloy element powder, the hard particle powder shown in Table 3, and the solid lubricant particle powder are adjusted and mixed so as to have the blending amounts shown in Table 1. It was kneaded to obtain a mixed powder for valve seats. The iron-based powder was pure iron powder, pre-alloy iron powder, or pre-alloy steel powder.
得られた混合粉を、金型に充填し、成形プレス機で、バルブシート形状の圧粉体とした。なお、二層構造の鉄基焼結合金製バルブシートの製造に当たっては、ダイ、コアロッド、上パンチ、下パンチ、互いに独立して駆動可能な２種のフィーダと、独立して駆動可能な仮押しパンチと、を有するプレス成形機を利用した。 The obtained mixed powder was filled in a mold and used in a molding press to obtain a valve sheet-shaped green compact. In manufacturing a valve seat made of iron-based sintered alloy having a two-layer structure, a die, a core rod, an upper punch, a lower punch, two types of feeders that can be driven independently of each other, and a temporary push that can be driven independently. A press forming machine having a punch was used.
なお、圧粉体の密度は7.0g/cm３を目標とした。得られた圧粉体についで、還元雰囲気中で、焼結温度：1130℃で焼結処理を行う焼結工程を施した。さらに、得られた焼結体に、1000〜1100℃で熱間鍛造を行う熱間加工工程を施した。なお、一部では、熱間鍛造に代えて、冷間鋳造とし、比較例とした。 The target density of the green compact was 7.0 g / cm 3 . Next to the obtained green compact, a sintering step was performed in which a sintering process was performed at a sintering temperature of 1130 ° C. in a reducing atmosphere. Further, the obtained sintered body was subjected to a hot working step of hot forging at 1000 to 1100 ° C. In some cases, cold casting was used instead of hot forging, and this was used as a comparative example.
ついで、熱間加工済みの焼結体に、熱処理工程を施した。熱処理は、加熱温度：1000℃に加熱し焼入れし、加熱温度：640℃で焼戻す焼入焼戻処理とした。得られた熱処理済み焼結体について、発光分光分析装置および炭素分析装置を用いて基地部の組成を測定し、表５に示す。 Then, the hot-worked sintered body was subjected to a heat treatment step. The heat treatment was performed by quenching and quenching by heating to a heating temperature of 1000 ° C. and quenching, and then quenching at a heating temperature of 640 ° C. The composition of the matrix portion of the obtained heat-treated sintered body was measured using an emission spectroscopic analyzer and a carbon analyzer, and is shown in Table 5.
さらに熱処理済みの焼結体に、切削、研削加工を施して所定寸法のバルブシート（外径φ39mm×内径φ32mm×厚さ6mm）とした。
Further, the heat-treated sintered body was cut and ground to obtain a valve seat (outer diameter φ39 mm × inner diameter φ32 mm ×
得られたバルブシートについて、組織観察、密度測定、耐摩耗性試験、耐脱落性試験、圧環強さ測定を実施した。試験方法はつぎのとおりとした。
（１）組織観察
得られたバルブシートの断面を組織観察用として研磨しナイタール液で腐食したのち、金属顕微鏡で組織を観察し、基地相の組織を同定した。得られたバルブシートの基地相はいずれも、焼戻マルテンサイト相であった。
また、得られたバルブシートの断面を組織観察用として研磨しナイタール液で腐食したのち、金属顕微鏡で観察し、撮像した写真（100μm×140μm）から、任意の60μm×60μmの範囲について、基地相中に析出した炭化物の面積率を測定した。
（２）密度測定
得られたバルブシートについて、アルキメデス法を用いて、密度を測定した。
（３）耐摩耗性試験
図２に示す単体リグ摩耗試験機を用いて単体リグ摩耗試験を実施した。バルブシート１をシリンダヘッド相当品の治具２に圧入したのち、試験機に装着した熱源３（LPG）によりバルブ４およびバルブシート１を加熱しながらクランク機構によりバルブ４を上下させて、試験した。なお、摩耗量はバルブ沈み量で測定した。なお、熱源３はLPGとした。試験条件はつぎのとおりとした。
試験温度：300℃（シート面）
試験時間：5ｈ
カム回転数：2500rpm
バルブ回転数：10rpm
バルブ材：SUH35
リフト量：8mm
The obtained valve seat was subjected to tissue observation, density measurement, abrasion resistance test, dropout resistance test, and pressure ring strength measurement. The test method was as follows.
(1) Structure observation The cross section of the obtained valve seat was polished for structure observation and corroded with a nital solution, and then the structure was observed with a metallurgical microscope to identify the structure of the matrix phase. The base phases of the obtained valve seats were all tempered martensite phases.
In addition, the cross section of the obtained valve seat was polished for microstructure observation, corroded with a nital solution, then observed with a metallurgical microscope, and from the photograph (100 μm × 140 μm) taken, the base phase was observed in an arbitrary range of 60 μm × 60 μm. The area ratio of the carbide precipitated inside was measured.
(2) Density measurement The density of the obtained valve seat was measured using the Archimedes method.
(3) Abrasion resistance test A single rig wear test was carried out using the single rig wear tester shown in FIG. After press-fitting the
Test temperature: 300 ° C (seat surface)
Test time: 5h
Cam rotation speed: 2500 rpm
Valve rotation speed: 10 rpm
Valve material: SUH35
Lift amount: 8mm
（４）耐脱落性試験
バルブシート１を常温で、シリンダヘッド相当品（試験冶具５）に圧入する。圧入したままで、図３に示すように、一定温度に保持された冷却水９中に保持された耐熱耐水容器６中で、バルブシート１に、カートリッジヒータ７で、所定の熱サイクルを負荷する。所定の熱サイクルを負荷したのち、万能試験機（押し冶具）を用いて、バルブシートを押し、シリンダヘッド相当品（冶具）５から抜き出すときの荷重（抜出し荷重）を測定した。なお、８は、ダミー試験片である。試験条件は下記のとおりとした。
初期締め代：90μm
冶具材質：FC250
熱サイクル条件：550℃×1hr加熱保持したのち70℃まで空冷する処理を10サイクル繰り返す。
抜出し速度：1mm/min
（５）圧環強さ測定
得られたバルブシートについて、JIS Z 2507の規定に準拠して、圧環強さを求めた。
なお、使用したバルブシートの寸法は、外径φ40mm×内径φ30mm×厚さ5mmとした。
得られた結果を表５に示す。
(4) Drop resistance test The
Initial tightening allowance: 90 μm
Jig material: FC250
Thermal cycle conditions: 550 ° C x 1 hr Heat and hold, then air cool to 70 °
Extraction speed: 1 mm / min
(5) Measurement of pressure ring strength The pressure ring strength of the obtained valve seat was determined in accordance with the provisions of JIS Z 2507.
The dimensions of the valve seat used were outer diameter φ40 mm × inner diameter φ30 mm ×
The results obtained are shown in Table 5.
本発明例はいずれも、従来例に比べて、高い密度を有し、摩耗量も少なく、かつ相手攻撃性が低く耐摩耗性に優れ、さらに高い圧環強さを有し、抜出し荷重も高く、耐脱落性に優れたバルブシートであることがわかる。一方、本発明の範囲を外れる比較例は、密度が低いか、摩耗量が多く耐摩耗性が低下しているか、圧環強さが低下しているか、あるいは抜出し荷重が低く耐脱落性が低下している。 All of the examples of the present invention have a higher density, a smaller amount of wear, lower opponent aggression, excellent wear resistance, higher ring strength, and a higher extraction load as compared with the conventional examples. It can be seen that the valve seat has excellent drop resistance. On the other hand, in the comparative examples outside the scope of the present invention, the density is low, the amount of wear is large and the wear resistance is lowered, the annular strength is lowered, or the extraction load is low and the dropout resistance is lowered. ing.
１ バルブシート
２ 冶具
３ 熱源
４ バルブ
５ 試験治具
６ 耐熱耐水容器
７ カートリッジヒータ
８ ダミー試験片
９ 冷却水
1 Valve seat 2
Claims (12)
前記基地相が長径：30μm以下の微細炭化物を面積率で0.5％以上27％以下析出させた焼戻マルテンサイト相からなり、さらに前記硬質粒子として、Cr−Mo−Si−Co系硬質粒子、Cr−Mo−Ni−Si−Co系硬質粒子、Mo系硬質粒子のうちから選ばれた１種または２種以上を、面積率で31〜80％分散させてなる組織を有し、
密度：7.3〜8.2ｇ/cm3、圧環強さ：400MPa以上で、耐摩耗性および耐脱落性に優れることを特徴とする内燃機関用鉄基焼結合金製バルブシート。 A single-layer structure iron-based sintered alloy valve seat for internal combustion engines in which hard particles are dispersed in the matrix phase.
The matrix phase is composed of a tempered martensite phase in which fine carbides having a major axis of 30 μm or less are precipitated in an area ratio of 0.5% or more and 27% or less. Further, as the hard particles, Cr-Mo-Si-Co-based hard particles and Cr It has a structure in which one or more selected from -Mo-Ni-Si-Co-based hard particles and Mo-based hard particles are dispersed in an area ratio of 31 to 80%.
A valve seat made of iron-based sintered alloy for internal combustion engines, characterized by a density of 7.3 to 8.2 g / cm 3 , an pressure ring strength of 400 MPa or more, and excellent wear resistance and dropout resistance.
前記バルブ当たり面側層が、該バルブ当たり面側層の基地相が長径：30μm以下の微細炭化物を面積率で0.5％以上27％以下析出させた焼戻マルテンサイト相からなり、該基地相中に硬質粒子として、Cr−Mo−Si−Co系硬質粒子、Cr−Mo−Ni−Si−Co系硬質粒子、Mo系硬質粒子のうちから選ばれた１種または２種以上を面積率で31〜80％分散させてなる組織を有し、
前記支持部材側層が、該支持部材側層の基地相が長径：30μm以下の微細炭化物を面積率で0.5％以上27％以下析出させた焼戻マルテンサイト相からなり、あるいはさらに該基地相中に、Cr−Mo−Si−Co系硬質粒子、Cr−Mo−Ni−Si−Co系硬質粒子、Mo系硬質粒子のうちから選ばれた１種または２種以上である硬質粒子を面積率で4％以下分散させてなる組織を有し、
密度：7.3〜8.2ｇ/cm3、圧環強さ：400MPa以上で、耐摩耗性および耐脱落性に優れることを特徴とする内燃機関用鉄基焼結合金製バルブシート。 A valve seat made of an iron-based sintered alloy for an internal combustion engine having a two-layer structure consisting of a valve contact surface side layer and a support member side layer integrally joined to the valve contact surface side layer.
The valve contact surface side layer is composed of a tempered martensite phase in which the base phase of the valve contact surface side layer is a tempered martensite phase in which fine carbides having a major axis of 30 μm or less are precipitated in an area ratio of 0.5% or more and 27% or less. As hard particles, one or more selected from Cr-Mo-Si-Co hard particles, Cr-Mo-Ni-Si-Co hard particles, and Mo hard particles are selected in terms of area ratio 31. Has a tissue that is ~ 80% dispersed,
The support member side layer is composed of a tempered martensite phase in which fine carbides having a major axis: 30 μm or less are precipitated in an area ratio of 0.5% or more and 27% or less in the matrix phase of the support member side layer, or further in the matrix phase. In addition, one or more hard particles selected from Cr-Mo-Si-Co-based hard particles, Cr-Mo-Ni-Si-Co-based hard particles, and Mo-based hard particles are arranged in terms of area ratio. It has an organization that is dispersed by 4% or less,
A valve seat made of iron-based sintered alloy for internal combustion engines, characterized by a density of 7.3 to 8.2 g / cm 3 , an pressure ring strength of 400 MPa or more, and excellent wear resistance and dropout resistance.
前記支持部材側層が、基地相と、あるいはさらに硬質粒子および／または固体潤滑剤粒子とを含む基地部が、質量％で、Ｃ：0.5〜1.8％を含み、さらに、Mo、Cr、ＶおよびＷのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で6.85％以下と、あるいはさらにNi、Co、Cu、Si、Ｓ、Mn、Ｐのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で3.96％以下と、含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる支持部材側層組成を有することを特徴とする請求項５ないし８のいずれかに記載の内燃機関用鉄基焼結合金製バルブシート。 The matrix portion of the bulb contact surface side layer containing the matrix phase and the hard particles, or further solid lubricant particles, contains C: 0.5 to 1.8% in mass%, and further contains Mo, Cr, V and 1 or 2 or more selected from W in total 10 to 50%, and 1 or 2 or more selected from Ni, Co, Cu, Si, S, Mn, P in total It contains 10-80% and has a valve contact surface side layer composition consisting of the balance Fe and unavoidable impurities.
The support member side layer contains a matrix phase and further contains hard particles and / or solid lubricant particles in a matrix portion in mass% of C: 0.5 to 1.8%, and further contains Mo, Cr, V and One or more selected from W is 6.85 % or less in total, or one or more selected from Ni, Co, Cu, Si, S, Mn, P is totaled. The iron-based sintered alloy valve for an internal combustion engine according to any one of claims 5 to 8, wherein the valve has a support member side layer composition containing 3.96 % or less, and is composed of the balance Fe and unavoidable impurities. Sheet.
前記混合粉を、原料粉として、純鉄粉、合金鉄粉および合金鋼粉のうちから選ばれた１種または２種以上からなる鉄系粉末と、合金元素粉と、硬質粒子粉と、あるいはさらに固体潤滑剤粉とを配合し混合したものとし、
前記硬質粒子粉が、Cr−Mo−Si−Co系硬質粒子、Cr−Mo−Ni−Si−Co系硬質粒子、Mo系硬質粒子のうちから選ばれた１種または２種以上であり、該硬質粒子粉の配合量を、混合粉全量に対する質量％で、25〜75％とし、あるいはさらに、前記固体潤滑剤粉の配合量を、混合粉全量に対する質量％で、4％以下とし、
前記混合粉を、前記焼結体の、基地相と硬質粒子と、あるいはさらに固体潤滑剤粒子とを含む基地部が、質量％で、Ｃ：0.5〜1.8％を含み、さらに、Mo、Cr、ＶおよびＷのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で10〜50％と、あるいはさらにNi、Co、Cu、Si、Ｓ、Mn、Ｐのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で10〜80％と、含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成となるように、配合、調整したものとし、
前記焼結工程に引続きさらに、前記バルブシート状焼結体に熱間鍛造を行う熱間加工工程を施し、しかる後に前記熱処理工程として、焼入加熱温度：900〜1100℃とし、加熱後ガス冷却とする焼入処理と、焼戻加熱温度：500〜700℃とし、加熱後ガス冷却とする焼戻処理とからなる焼入焼戻処理を施し、
密度：7.3〜8.2ｇ/cm3、圧環強さ：400MPa以上で、耐摩耗性および耐脱落性に優れた単層構造のバルブシートとすることを特徴とする内燃機関用鉄基焼結合金製バルブシートの製造方法。 A mixing step of mixing raw material powder to make a mixed powder, a molding process of filling a mold with the mixed powder and compressing / molding to obtain a green compact, and a valve seat by heating / sintering the green compact. A single-layer structure made of an iron-based sintered alloy for an internal combustion engine is sequentially subjected to a sintering step of forming a shape-sintered body and a heat-treating step of further heat-treating the valve sheet-shaped sintered body to impart predetermined characteristics. A method for manufacturing a valve seat made of an iron-based sintered alloy for an internal combustion engine as a valve seat.
Using the mixed powder as a raw material powder, an iron-based powder composed of one or more selected from pure iron powder, alloy iron powder and alloy steel powder, alloy element powder, hard particle powder, or Furthermore, it is assumed that it is mixed with solid lubricant powder.
The hard particle powder is one or more selected from Cr-Mo-Si-Co-based hard particles, Cr-Mo-Ni-Si-Co-based hard particles, and Mo-based hard particles. The blending amount of the hard particle powder is 25 to 75% by mass% with respect to the total amount of the mixed powder, or further, the blending amount of the solid lubricant powder is 4% or less by mass% with respect to the total amount of the mixed powder.
The base portion of the sintered body containing the matrix phase and hard particles, or further solid lubricant particles, contains the mixed powder in terms of mass% of C: 0.5 to 1.8%, and further, Mo, Cr, One or two or more selected from V and W total 10 to 50%, or one or two selected from Ni, Co, Cu, Si, S, Mn, P. It is assumed that the above is mixed and adjusted so as to contain 10 to 80% in total and to have a composition consisting of the balance Fe and unavoidable impurities.
Following the sintering step, the valve sheet-shaped sintered body is further subjected to a hot working step of hot forging, and then as the heat treatment step , the quenching heating temperature is set to 900 to 1100 ° C., and gas cooling is performed after heating. Quenching and tempering treatment consisting of quenching treatment and quenching heating temperature: 500 to 700 ° C and gas cooling after heating are performed.
Made of iron-based sintered alloy for internal combustion engines, characterized by a single-layer valve seat with a density of 7.3 to 8.2 g / cm 3 , an pressure ring strength of 400 MPa or more, and excellent wear resistance and dropout resistance. How to make a valve seat.
該バルブ当たり面側層用混合粉とさらに該支持部材側層用混合粉とをその順に金型に充填し、圧縮・成形してバルブ当たり面側層と支持部材側層との二層構造からなる圧粉体を得る成形工程と、
該圧粉体を加熱・焼結してバルブシート状焼結体とする焼結工程と、
該バルブシート状焼結体にさらに熱処理を施し所定の特性を付与する熱処理工程と、を順次施し、二層構造のバルブシートとする内燃機関用鉄基焼結合金製バルブシートの製造方法であって、
前記バルブ当たり面側層用混合粉を、原料粉として純鉄粉、合金鉄粉および合金鋼粉のうちから選ばれた１種または２種以上からなる鉄系粉末と、合金元素粉と、硬質粒子粉と、あるいはさらに固体潤滑剤粉とを配合し混合したものとし、前記硬質粒子粉が、Cr−Mo−Si−Co系硬質粒子、Cr−Mo−Ni−Si−Co系硬質粒子、Mo系硬質粒子のうちから選ばれた１種または２種以上であり、該硬質粒子粉の配合量を、混合粉全量に対する質量％で、25〜75％とし、あるいはさらに、前記固体潤滑剤粉の配合量を、混合粉全量に対する質量％で、4％以下とし、
前記バルブ当たり面側層用混合粉を、前記焼結体のバルブ当たり面側層の基地相と硬質粒子と、あるいはさらに固体潤滑剤粒子とを含む基地部が、質量％で、Ｃ：0.5〜1.8％を含み、さらに、Mo、Cr、ＶおよびＷのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で10〜50％と、あるいはさらにNi、Co、Cu、Si、Ｓ、Mn、Ｐのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で10〜80％と、を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成となるように、調整し、
前記支持部材側層用混合粉を、原料粉として純鉄粉、合金鉄粉および合金鋼粉のうちから選ばれた１種または２種以上からなる鉄系粉末と、合金元素粉と、あるいはさらに硬質粒子粉および／または固体潤滑剤粉とを配合し混合したものとし、前記硬質粒子粉が、Cr−Mo−Si−Co系硬質粒子、Cr−Mo−Ni−Si−Co系硬質粒子、Mo系硬質粒子のうちから選ばれた１種または２種以上であり、該硬質粒子粉の配合量を、混合粉全量に対する質量％で、5.0％以下とし、前記固体潤滑剤粉の配合量を、混合粉全量に対する質量％で、4％以下とし、
前記支持部材側層用混合粉を、前記焼結体の支持部材側層の基地相と、あるいはさらに硬質粒子および／または固体潤滑剤粒子とを含む基地部が、質量％で、Ｃ：0.5〜1.8％を含み、さらに、Mo、Cr、ＶおよびＷのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で6.85％以下と、あるいはさらにNi、Co、Cu、Si、Ｓ、Mn、Ｐのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で3.96％以下と、を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる支持部材側層組成を有するように混合し、調整したものとし、
前記焼結工程に引続きさらに、前記バルブシート状焼結体に熱間鍛造を行う熱間加工工程を施し、しかる後に前記熱処理工程として、焼入加熱温度：900〜1100℃とし、加熱後ガス冷却とする焼入処理と、焼戻加熱温度：500〜700℃とし、加熱後ガス冷却とする焼戻処理とからなる焼入焼戻処理を施し、
密度：7.3〜8.2ｇ/cm3、圧環強さ：400MPa以上で、耐摩耗性および耐脱落性に優れた二層構造のバルブシートとすることを特徴とする内燃機関用鉄基焼結合金製バルブシートの製造方法。 A mixing step of mixing the raw material powder for the valve contact surface side layer to obtain a valve contact surface side layer mixed powder, and further mixing the support member side layer raw material powder to obtain a support member side layer mixed powder.
The mixed powder for the valve contact surface side layer and the mixed powder for the support member side layer are filled in the mold in this order, compressed and molded, and from the two-layer structure of the valve contact surface side layer and the support member side layer. And the molding process to obtain the green compact
A sintering process in which the green compact is heated and sintered to form a valve sheet-like sintered body.
This is a method for manufacturing a valve seat made of an iron-based sintered alloy for an internal combustion engine, which is obtained by sequentially performing a heat treatment step of further heat-treating the valve seat-shaped sintered body to impart predetermined characteristics to a valve seat having a two-layer structure. hand,
The mixed powder for the valve contact surface side layer is an iron-based powder composed of one or more selected from pure iron powder, alloy iron powder and alloy steel powder as raw material powder, alloy element powder, and hard. It is assumed that the particle powder and the solid lubricant powder are further mixed and mixed, and the hard particle powder is Cr-Mo-Si-Co-based hard particles, Cr-Mo-Ni-Si-Co-based hard particles, Mo. One or more selected from the system hard particles, and the blending amount of the hard particle powder is 25 to 75% in mass% with respect to the total amount of the mixed powder, or further, the solid lubricant powder. The blending amount is 4% or less in terms of mass% with respect to the total amount of mixed powder.
The base portion containing the base phase of the valve contact surface side layer of the sintered body and hard particles, or further solid lubricant particles in the mixed powder for the valve contact surface side layer is C: 0.5 to Including 1.8%, and one or more selected from Mo, Cr, V and W to a total of 10 to 50%, or even Ni, Co, Cu, Si, S, Mn, P One or more selected from the above is adjusted to contain 10 to 80% in total, and the composition is composed of the balance Fe and unavoidable impurities.
The mixed powder for the support member side layer is an iron-based powder composed of one or more selected from pure iron powder, alloy iron powder and alloy steel powder as a raw material powder, alloy element powder, or further. Hard particle powder and / or solid lubricant powder are mixed and mixed, and the hard particle powder is Cr-Mo-Si-Co-based hard particles, Cr-Mo-Ni-Si-Co-based hard particles, Mo. One or more selected from the system hard particles, the blending amount of the hard particle powder is 5.0 % or less in mass% with respect to the total amount of the mixed powder, and the blending amount of the solid lubricant powder is set. The mass% of the total amount of mixed powder should be 4% or less.
Wherein the supporting member-side layer mixed powder, said sintered body supporting member-side layer matrix phase of the, or further base part comprising a hard particles and / or solid lubricant particles child, in mass%, C: 0.5 Including ~ 1.8%, and one or more selected from Mo, Cr, V and W to a total of 6.85 % or less, or further Ni, Co, Cu, Si, S, Mn, P One or more selected from the above shall be mixed and adjusted so as to have a total of 3.96 % or less and a support member side layer composition consisting of the balance Fe and unavoidable impurities.
Following the sintering step, the valve sheet-shaped sintered body is further subjected to a hot working step of hot forging, and then as the heat treatment step , the quenching heating temperature is set to 900 to 1100 ° C., and gas cooling is performed after heating. Quenching and tempering treatment consisting of quenching treatment and quenching heating temperature: 500 to 700 ° C and gas cooling after heating are performed.
Made of iron-based sintered alloy for internal combustion engines, characterized by a two-layered valve seat with a density of 7.3 to 8.2 g / cm 3 , an pressure ring strength of 400 MPa or more, and excellent wear resistance and dropout resistance. How to make a valve seat.
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