JPH0234749A - バルブシート用鉄系焼結合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は内燃機関の排気弁の弁座材料として用いられる
バルブシート用鉄系焼結合金に関する。

［従来の技術］ 最近自動車用エンジンの高出力化、高回転化と相まって
、排気ガス対策や燃費対策に伴い、エンジン排気ガスの
温度の上昇および無鉛化による異常摩耗などにより、バ
ルブおよびバルブシート部品は従来以上に厳しい条件に
さらされるようになった。このため、従来より自動車用
エンジンのバルブシート用材料として、鉄系焼結合金、
耐熱鋼、鋳鉄が使用されて来たが、特に高温での耐摩耗
性を高めるため特開昭６１−１８３４．４８１号公報お
よび特開昭６１−１７９５８６号公報に示されるごと（
、ＣｏＣｒ合金、炭化クロムまたは炭化、モリブデン算
の硬質粒子を多種項分散させた鉄系焼結合金が多用され
つつある。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前記鉄系焼結合金では、耐摩耗性を極度
に高めるなめに硬質粒子を２Ｐ！以上添加し、また添加
量もかなり多い、このなめ、この合金を用いてバルブシ
ートを製造する場合、被剛性に劣りコスト高になるとい
う欠点がある。さらに、硬貨粒子を多量に添加するため
、Ｆｅ粉同志の焼結が阻害され、耐摩耗性は改善される
もののバルブシート自体の強度が著しく低下し、シート
とヘッドとの熱応力により、シートがへなることがある
。

本発明は従来のバルブシート用鉄系焼結合金の前記のご
とき問題点に鑑みてなされたもので、耐摩耗性に優れ、
強度が高くかつ安価なバルブシート用鉄系焼結合金を提
供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明のバルブシート用鉄系焼結合金は前記目的を達成
するため、重量比で、炭素（Ｃ）；０．３〜１．５％、
ニラゲル（Ｎ　ｉ）およびコバルト（Ｃｏ）　；　３〜
２０％を含有し残部鉄（Ｆ　ｅ）よりなる鉄基地中に、
モリブデンカーバイト（Ｍｏ２Ｃ）を３〜１５％均一に
分散させたことを要旨とする。さらに、必要に応じて前
記焼結合金に鉛（Ｐ　ｂ）を１〜２０重量％溶浸したこ
とを要旨とする。

［作用］ ＮｉおよびＣｏは基地に固溶して基地を強化し耐摩耗性
および耐食性を向上させるとともに、焼結後の冷却によ
りマルテンサイト相を生成させる。

得られたマルテンサイト基地の硬さはＨｖ８５０と非常
に硬く、ＣｏＣｒ合金を添加しなくとも、耐摩耗性に優
れ、被削性が向上し、高強度の焼結体が得られる。

Ｃは基地中に固溶して基地を強化し、基地の強度を向上
させる。また、Ｍｏ２Ｃは硬さがＨｖｌ　６００〜１８
００と硬く、焼結体の耐摩耗性を向上させる。ｐｂを溶
浸させる場合は、焼結体の表面に酸化物相を形成し、そ
の潤滑作用によってバルブシートとバルブの相互の耐摩
耗性を向上する。

次に、本発明のバルブシート用鉄系焼結合金の成分ｍ成
の限定理由について説明する。

ＮｉおよびＣｏ−３〜２０％ ＮｉおよびＣＯは基地に固溶して基地を強化し、耐摩発
性および耐食性を向上させる効果の他に、基地中にＮｉ
およびＣｏがリッチな相を生成し、焼結後の冷却により
ＮｉおよびＣｏがリッチな相をマルテンサイト変態させ
、基地の強度を向上させるとともに、耐摩耗性を向上さ
せる効果がある。マルテンサイトの硬さはＩ（ｖ８５０
と非常に硬く、特開昭６１−１７９８５６号公報および
特開昭６１−１８３４４８１号公報の発明に示されるよ
・うにＣｏＣｒ合金を添加しなくても良くなる。ＣｏＣ
ｒ合金を添加しなければ、被剛性も向上し、高強度なマ
ルテンサイトが存在することにより基地の強度が向上し
、耐摩耗性が向上するとともに、コスト低減が図れる。

しかし、ＮｉおよびＣｏの添加量が３％未満では前記効
果が少なく、２０％を越えると、マルテンサイトに変態
せずに残留するオーステナイトが多くなり基地の強度お
よび１摩耗性が低下する。そのため、ＮｉおよびＣｏの
添加量は３〜２０％とした。

Ｃ；０．３〜１．５％ Ｃは基地中に固溶して基地を強化し、基地の強度を向上
させるが、０，３％未満ではその効果が得られず、１．
５％を越えるとＦｅ５Ｃ（セメンタイト）が析出し、基
地が脆化する。このなめ、Ｃ量は０．３〜１．５％とし
た。

Ｍｏ２Ｃ；３〜１５％ Ｍ　Ｏ２Ｃは硬さがＨｖ１６００〜１８００と硬く、耐
摩耗性を向上させる効果を有するが、添加量が３％未満
では、その効果がなく、１５％を越えると相手バルブ材
を摩耗させるばかりでなく、成形性および被剛性が悪化
する。そのため、添加量は３〜１５９６とした。

Ｐｂ：１〜２０％ ｐｂの溶浸は使用粂件がより厳しいｊ％　、ｆに行なわ
れる。この場合、溶浸されたｐｂがバルブとバルブシー
トとの接触部に酸化物として介在するため、その効果に
より相互の耐摩耗性が向上する。

しかしながら、１％未満では前記効果が発揮されず、２
０％を趣えるとスケルトン（溶浸前の焼結体）が弱化し
て耐摩耗性力（低下するため、添加量は１〜２０％とし
た。

［実施例］ 本発明の実施例を比較例と対比しつつ説明し、本発明の
効果を明らかにする。

（実施例１） 混合粉末全体で１００重量９６になるように、Ｆｅ粉末
（１４９μ以下）に黒鉛粉末（４４μ以下）を０　、３
　％、Ｎｉ粉末（７４μ以下）を１０％、Ｃｏ粉末（７
４μ以下）を５％添加し、Ｍｏ２Ｃ粉末（純度９９．９
％、１４９μ以下）を５％添加し、さらにステアリン耐
亜ｊ９０．８％添加混合して、混合粉末と形成し、この
混合粉末を７．０トン／ａｍ２で圧縮成形して圧粉体と
し、次いでアンモニア分解ガス中において１１５０℃で
３０分間加熱し焼結を行い、これにより第１図に示す牽
粍試職用の試験片１および第３図に示す圧点試験用のリ
ング状試験片４を製造ｊ−な。

（実施例２） 混合粉末全体で１００重量％になるように、Ｆｅ粉末（
１４９μ以下）に黒鉛粉末（４４μ以下）をＱ　、　５
　％、Ｎｉ粉末（７４μ以下）を１０％、Ｃｏ粉末（７
４μ以下）を５％添加し、Ｍ　０２　Ｃ粉末（純度９９
．９％、１４９μ以下）を５％添加し、さらにステアリ
ン酸亜釦０．８％添加混合して、混合粉末を形成し、こ
の混合粉末を７，０トン／　ｃ　ｓ　２で圧縮成形して
圧粉体とし、次いでアンモニア分解ガス中において１１
５０°Ｃで３０分間加熱し、焼結を行い焼結体を得た後
、アンモニア分解ガス中でｐｂ塊とともに再度１０５０
℃の温度で３０分間加熱してＰｂを１２％溶浸し、実施
例１と同様に第１図に示す摩耗試験用の試験片１および
第３図に示す圧点試験用のリング状試験片４を製造した
。

（実施例３） 混合粉末全体で１００重景重量なるように、Ｆｅ粉末（
１４９μ以下）に黒鉛粉末（４４μ以下）を０５％、Ｎ
ｉ粉末（７４μ以下）を１０％、Ｃｏ粉末（７４μ以下
）を５％添加し、Ｍ　ｏ　２Ｃ粉末（純度９９．９％、
１４９μ以下）を１０％添加し、さらにステアリン酸亜
鉛０．８％添加混合して、混合粉末を形成し、この混合
粉末を７０トン／　ｅ　ＩＳ　’で圧縮成形して圧粉体
とし、次いでアンモニア分解ガス中において１１５０℃
で３０分間加熱し、焼結を行い焼結体を得た後、アンモ
ニア分解ガス中でｐｂ塊とともに再度１０５０℃の温度
で３０分間加熱してｐｂを１３％溶浸し、実施例１と同
様に第１図に示す摩耗試験用の試験片１および第３図に
示す圧点試験用のリング状試験片４を製造した。

また、得られた焼結体の表面を研摩しナイタルで腐食し
た後、４００倍で搬影したｍ＠鏡写真を第４図に示す、
第４図ｍ（ａ鏡写真から明らかなように、Ｍｏ２Ｃ粒子
６がマルテンサイト基地７の中に分散していることが確
認された。

（比較例） 混合粉末全体で１００重ｆｆｉ％になるように、Ｆｅ粉
末（１４９ｉｔ以下）に黒鉛粉末（４４μ以下）を０５
％、ＭＯ２Ｃ粉末く純度９９，９％、１４９μ以下）を
５％添加し、ＣｒＣｏ合金粉末（Ｃｏ−３０Ｃｒ−１０
Ｗ−２，５Ｃ１１００メツシユアトマイズ粉）を１２％
添加し、さらにステアリン酸亜鉛０．８％添加混合して
、混合粉末を形成し、この混合粉末を７．０トン／ｃ＋
＾２で圧縮成形して圧粉体とし、次いでアンモニア分解
ガス中において１１５０°Ｃで３０分間加熱し、焼結を
行い焼結体を得た後、アンモニア分解ガス中でｐｂ塊と
ともに再度１０５０℃の温度で３０分間加熱してＰｌｌ
を１２％溶浸し、実施ｒｒＡ１と同様に、第１図に示す
摩耗試験用の試験片１および第３図に示す圧点試験用の
リング状試験片４を製造した。

また、得られた焼結体の表面を研摩しナイタルで腐食し
た後、４００倍で撮影した閉微鏡写真を第５図に示す。

第５図ｉｍ鏡写真から明らかなように、Ｍ　Ｏ２Ｃ粒子
６およびＣｏＣｒ合金粒子８がパーライト基地９の中に
分散していることが確認された。

第１表に実施例１〜２および比較例の配合組成を示す。

（以下余白） 板５を押し当て、接触にかける荷重Ｃを増加していき、
試験片４の焼結合金に亀裂を生じた時の荷重を圧環強さ
（ｋｇｒ／ａｍ’）として測定した。

各試験で得られた結果は第２表に併せて示した（　以　
下　余　白） （試増白列） 実施例１〜３および比較例の試験片について、硬さ、耐
摩耗性および圧環強さを試験した。耐摩耗性は大越式京
粍試験機にて行った。

摩耗試験は、第１図に示すように試験片１を相手ロータ
材２にばね３により荷重Ｂをかけて押し付け、ロータ材
２をへの方向に一定のすべり速度で回転させることによ
り、試験片１を摺動させる。

その後試験片１のロータ材２と摺動して摩耗した部分の
幅（ａ）を第２図に示すように測定して窄粍量とする。

この摩耗試験においては相手のロータ材２として５ＵＨ
３５を使用し、すべり速度０゜３ｍ／ｓｅｅ、距離１０
０＋ｓ、最終荷！ｉ６．３ｋｇｆで無潤滑にて試験した
。

圧環強さは実施例１〜３および比較例ともに実質的に同
様の方法により、内径２０餉−１外径３５１、高さ１０
ｍ＋ａのリング状試験片４をそれぞれ作成し、ＪＩＳＺ
２５０７の圧環強さの測定方法により試験した。すなわ
ち、第３図に示すように、各々のリング状試験片４を立
て、その上下部に鋼第２表より明らかなように、実施例
１〜３の焼結き金は比較例の焼結合金に比べて基地の硬
さが高い。また、実施例１〜３の焼結合金は比較例の焼
結合金に比べ全体の硬さに関してはそれほどの差はない
が、摩耗量に間しては非常に減少し、高い耐摩耗性が達
成されたことが確認された。また、圧環強さ試験の結果
より明らかなように、本発明の焼結合金は圧環強さの点
で比ｖ１例に比べ優れている。

［発明の効果］ 本発明のバルブシート用鉄系焼結合金は以上説明したよ
うに、ＮｉおよびＣｏを添加することにより、基地を強
化し耐ｒ！ｌＩ粍性および耐食性を向上させるとともに
、焼結後の冷却によりマルテンサイト相を生成させ、基
地の硬さを著しく向上させたものであって、Ｃｏ基硬、
雪粒子を添加しなくとも、耐摩耗性に浸れかつ高強度の
焼結体が得られる。

さらに、焼結体の耐摩耗性を向上させるその他の硬質粒
子はＭＯ２Ｃ１種類に規制することができ、耐摩耗性と
併せて強度が高くかつ安価なバルブシート用鉄系焼結合
金を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＲ１耗試験方法を模式的に示した図、第２図は
験摩耗量を示す摩耗試験片の側面図５第３図は圧環強さ
の試験方法を模式的に示す図、第４図は本発明の焼結合
金の金属組織を表す４００倍の顕微鏡写真、第５図は比
較例の焼結合金の金属組織を表す４００倍のぼ微鏡写真
である。 １・　・摩耗試験片、２・・・ロータ材、３ばね、４・
・・圧環強さ試験片、６・・・Ｍｏ２Ｃ１７・・・マル
テンサイト、８・・・ＣｏＣｒ会金、９・　　・パーラ
イト 特許出願人　トヨタ自動車株式会社 同　　　上　日本粉末合金株式会社 代　理　人　弁理士　大　川　　宏 第１図 第４図 第２図 第３図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量比で、炭素（Ｃ）；０．３〜１．５％、ニッ
   ケル（Ｎｉ）およびコバルト（Ｃｏ）；３〜２０％を含
   有し残部鉄（Ｆｅ）よりなる鉄基地中に、モリブデンカ
   ーバイト（Ｍｏ＿２Ｃ）を前記鉄基地１００重量部に対
   し３〜１５％均一に分散させたことを特徴とするバルブ
   シート用鉄系焼結合金。
2. （２）重量比で、炭素（Ｃ）；０．３〜１．５％、ニッ
   ケル（Ｎｉ）およびコバルト（Ｃｏ）；３〜２０％を含
   有し残部鉄（Ｆｅ）よりなる鉄基地中に、モリブデンカ
   ーバイト（Ｍｏ＿２Ｃ）を前記鉄基地１００重量部に対
   し３〜１５％均一に分散させ焼結合金に、鉛（Ｐｂ）を
   前記焼結合金１００重量部に対し１〜２０％溶浸したこ
   とを特徴とするバルブシート用鉄系焼結合金。