JPH03170644A - 内燃機関用弁座インサートおよびその製造方法 - Google Patents
内燃機関用弁座インサートおよびその製造方法Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
ないが、内燃機関の弁座インサートとして使用する鉄系
焼結材料に関するものである。
従来、それらの合金成分のタイプ及びレベル、熱軟化に
対するそれらの抵抗性、及び低温及び高温摩耗適用にお
けるそれらの意図された用途に応じて、冷間加工用鋼、
熱間加工用鋼または高速度鋼として分類されている。一
般的に、高温摩耗抵抗性を付与するより高価な元素のレ
ベルはその順番で増加し、高速度鋼は最高級の高合金鋼
である。
を使用することが知られている。そのような既知材料の
一つは、重量96で炭素0.6−1.5、タングステン
4−6、モリブデン4−6、バナジウム2−3、クロム
2。5−4、銅15−25、その他最高2、及び残部と
しての鉄から成り、そして材料が溶浸されている組成を
有する。
であり且つ協働する弁座面に摩耗を生じさせ、従って、
例えば特に排気口位置における弁座インサートに対して
はステライト(商標名)のような合金によって被覆され
ることを要する。
形され、そして次に同時作業として焼結されつつ銅系合
金によって溶浸されるか、または、焼結製品に良好な寸
法的制御を施すために1100℃の範囲内の温度で、そ
れぞれ独立した作業として焼結されそして溶浸される。
密度を達成するには高いプレス圧力が必要とされそして
高摩耗率の故にダイス及びプレス装置に関し費用の増大
が伴う。通常、60tsi (93011Pa)を超
える圧力は使用されない。
されていない鉄粉または低合金鉄粉であってやはり低炭
素含量を有するものによって希釈された高速度鋼の使用
が説明されており、所望炭素レベルは混合粉中に自由黒
鉛を添加することによって達成されている。そのような
材料は比較的高い圧粉密度が比較的低いプレス圧力で獲
得されることを可能にする。
めの弁座インサートであって特にその排気口位置におい
て有利であるものを製造するための好適なベースとして
単独にまたは鉄粉によって希釈されて使用され得ること
が今や出願人等によって確かめられるに到った。
素0. 3−1. 3、クロム1.9−5.3、モ
リブデン0. 5−1. 8、バナジウム0.
1−1. 5、マンガン最高0. 6、及び残部と
しての鉄(但し、偶然の不純物を除く)の範囲の内にあ
る重量%で表される組成を有する鉄系焼結材料が提供さ
れる。
焼戻しマルテンサイト・マトリックスを包含することが
望ましい。ベーナイト及び低重量比率のフエライトも存
在し得る。
、H12及びH13を以て知られるものであってそれら
のインゴット形式において低い、化学量論的に不足する
炭素レベルを有しそして炭素添加によって予想外に良好
な高温摩耗抵抗性及び熱軟化抵抗性を示すものである。
770MPa)の低いプレス圧力で達成され得る。良好
な高温摩耗抵抗性及び熱軟化抵抗性は、原銅粉中に発見
されるそれより高い炭素含量を有する焼結された混合物
成形体が、原炭素含量における基礎鋼粉の混合物或形体
の特性ではない顕著な二次硬化効果と熱軟化に対する抵
抗性とを発揮する事実から部分的に生じる。熱軟化に対
するこの追加抵抗性は、熱間加工鋼粉に概ね等しい比率
の鉄粉または低合金鉄粉を混合し、これに基礎工具鋼に
おけるそれより良好な概ねl重量%の炭素含量を付与す
る黒鉛粉と銅粉とを添加することによって残存する。
る一方法は、0. 3−0. 7%の炭素、0.8
−1.20%の珪素、4. 5−5. 5%のクロ
ム、1.2−1.8%のモリブデン、0.3−1.5%
のバナジウム、0.1−0.6%のマンガン、そして残
部としての鉄から威る組成を有する熱間加工工具鋼粉に
、黒鉛粉と最高60重量%の希釈された鉄粉または低合
金鉄粉とを混合して前記第1観点の範囲内に含まれる組
成を得る過程、弁座インサートをプレス成形する過程、
及び圧粉成形体を焼結する過程を含む。
微細合金カーバイドをともに含む焼戻されたマルテンサ
イト●マトリックスを包含する。
鋼に基づく先行技術材料における材料体積比率と比較す
るとき著しく減じられた材料体積比率を以て存在する。
に基づく先行技術合金のそれよりも小さい。
ない材料の場合と同じマルテンサイト・マトリックスの
網状組織であって主としてパーライト及びベーナイトか
ら成りそして若干のフエライトが存在し得る中間変態区
域を有するものを含有する。鉄粉による60重量%の最
大希釈が選択される。何故ならば、それより大きい希釈
においては、生じる材料の耐力は、若干の用途において
排気弁座インサートによって到達される高温度での使用
時に課される負荷にとって不適切であるからである。
加される1−6%の銅を選択的に含有し得る。
0%の硫黄を選択的に含有し得る。例えば、硫黄は元素
硫黄として添加され得、または鉄粉中に事前合金化され
得る。
含み得る。そのような金属硫化物として、例えば、二硫
化モリブデンまたは硫化マンガンが挙げられる。そのよ
うな添加物は耐摩耗性、固体潤滑材及び機械加工性に関
するそれらの有益な効果のために使用される。これらの
添加は粉混合段階で行われるが、生じる焼結材料は焼結
間における成分間の拡散効果の故に複合硫化物組織を有
する。
するまでプレス成形されることが好ましい。
。そのような溶浸は理論密度の85%より実質的に大き
い緻密化された密度で首尾よく達成され得るが、これは
互いに連なった多孔性であることを条件とする。勿論、
より小さい密度であれば溶浸可能である。材料が溶浸さ
れる場合は、混合物に対する1−6%の銅粉の添加は省
略され得る。
れ得る。
鉄粉と関連してそれらのなかに発見されるような不純物
のみを含むものである。前記鉄粉は焼入れ性を改善する
ための最高0.5ffrffi%の全合金用添加物を含
むことが好ましい。より好ましくは、これら合金用添加
物はマンガンを含み得る。マイクロ組織におけるこの効
果は、出現するフエライトの比率を制限することであり
、そのような制限は耐摩耗性にとって有益である。
織の非工具鋼範囲において、ベーナイトのごとき耐摩耗
性硬質炭化物相を生成するために、混合粉末に自由炭素
が使用される。
弁座インサートは、上張りされていない座面を有する弁
と共に使用され得ることが判明した。例えばステライト
(商標名)によって上張りされた座面を有する弁も言う
までもなく使用され得る。
処理され得る。そのような熱処理は例えば液体窒素中で
の極低温処理に続いて、50〇=650℃の範囲内での
焼戻し熱処理を含み得る。
ーバイドを有する焼戻されたマルテンサイトを含有する
。ベーナイト、パーライト及びフエライト領域も存在し
得る。溶浸された材料の多数孔は銅系合金によって必須
的に充填される。
の例が単に説明の目的で記述される。
2%、マンガン0. 1−0. 5%、クロム
4.5−5.5%、モリブデン1.2−1.8%、バナ
ジウム0. 9−1. 5%、及びその他最大1.
.0%の範囲内の組成を有する鉄粉が、1.0重量%の
最終炭素含量を達成するように意図された4.0重量%
の−300B.S, メッシュ銅粉及黒鉛粉と混合され
た。これに1.0重量%の潤滑ワックスがプレス処理及
び型潤滑剤として働くように添加された。前記粉はY形
円錐回転混合機内で30分間混合された。次いで、弁座
インサートが50tsi (7 7 0MPh )の
圧力下で両側プレス処理によってプレスされた。
素及び窒素雰囲気内で30分間焼結処理された。生じた
弁座インサートは炭素1.1o9g、クロム5.0%、
マンガン0.28%、モリブデン1.49%、珪素0.
93%、バナジウム0.93%、銅4.0%、及び鉄プ
ラス不純物である残部から成る組戒を有していた。これ
ら品物は−120℃で20分間極低温処理され、そして
サンプルが585℃で2時間焼戻しを実施された。
. 2%、マンガン0. 1−0. 5%、クロム
4。5−5.5%、モリブデン1. 2−1. 8
%、バナジウム0.9−1.5%、及びその他最大1.
0%の範囲内の組成を有する鉄粉が、0.7重量%の最
終炭素含量を達成するように意図された4。0重量%の
−300メッシュ銅粉及黒鉛粉と混合された。これに1
. 0重量%の潤滑ワックスがプレス処理及び型潤滑
剤として働くように添加された。
を経て処理された。
プルの、測定されたロツクウェル硬さ(HRA)は、焼
戻し温度の増加に伴うロックウエル硬さの減少によって
示される熱軟化が、例1からの品物においては、例2か
らの品物と比較するとき、より高い炭素含量の故に、概
ね50℃高い温度において始まることを示した。
サンプルの加熱一硬さデータが下記表1に示される。
、炭素レベルを除き、同じ組成を有する不希釈不溶浸焼
結物に関連する三つの異なる炭素レベルにおける焼戻し
曲線を示す。
、マンガン0. ]−0. 5%、クロム4,5−
5.5%、モリブデン1. 2−1. 8%、バナ
ジウム0. 9−1. 5%、及びその他最大1.
0%の範囲内の組成を有する鉄粉が、1.0重量%の最
終炭素含量を達戊するように意図されたアトメット10
01(商標名)鉄粉及び黒鉛粉の等量部と混合された。
潤滑剤として働くように添加された。前記粉はY形円錐
回転混合機内で30分間混合された。次いで、弁座イン
サートが50Isi (7 7 0MPb )の圧力
下で両側プレス処理によってプレスされた。
重量を各々有する銅溶浸粉の圧粉体と重ね合わされた。
囲気内で30分間焼結されると同時に溶浸された。生じ
た弁座インサートは炭素0.91%、珪素0.52%、
マンガン0.33%、クロム2.09%、モリブデン0
.61%、バナジウム0.43%、銅12.6%、不純
物プラス鉄である残部から威る組成を有した。次に、こ
れら弁座インサートは−120℃で20分間極低温処理
され、そしてサンプルは575℃の温度で空気中で2時
間最終焼戻しを施された。
2%、マンガン0. 1−0. 5%、クロム
4.55.5%、モリブデン1. 2−1. 8%
、バナジウム0. 9−1. 5%、及びその他最大
1.0%の範囲内の組成を有する鉄粉が、1.0重量%
の最終炭素含量を達成するように意図された黒鉛粉と混
合された。これに1.0重量%の潤滑ワックスがプレス
処理及び型潤滑剤として働くように添加された。次に、
これら粉は例3の場合と同じように弁座インサートに成
形するため処理された。
の重量を各々有する銅溶浸粉の圧粉体と重ね合わされた
。次いで、これら品物は1100℃の温度の水素と窒素
との雰囲気内で30分間焼結されると同時に溶浸された
。これら品物は−120℃で20分間極低温処理され、
そしてサンプルは最終的に575℃の温度で空気中で2
時間焼戻し処理された。
2、3及び4に示される。表5は諸温度における前記品
物の熱伝導率を示す。
機械加工された弁座インサートが、1.81!四気筒自
動車機関の第2気筒及び第1及び第3気筒のそれぞれの
排気位置内に取付けられた。不溶浸材料から成る1弁座
インサートが比較のために第4気筒内に取付けられた。
003+pmをもって1−80時間連続して運転された
。
における摩耗が測定された。その結果が表6に記載され
ており、該表は6 0 0 0 rpmでの180時間
連続耐久試験後における総合・弁/弁座摩耗(μm)を
示す。
て、総合・弁/弁座摩耗は300μmを超えてはならな
いとされている。
された弁座が、高速度鋼粉に基づく初度装備弁座インサ
ートと共にターボチャージャー付きIDI自動車ディー
ゼルエンジンにおいて吸気口及び排気口両位置に取付け
られた。エンジンは最大負荷で4 3 0 O rpm
の最高速度を以て耐久サイクルに従って100時間運転
された。
が測定された。例4からの材料に関する結果が表7にお
いて初度装備弁座インサートと比較されており、該表は
.100時間耐久サイクル試験後における平均総合・弁
/嵌込弁座摩耗を(μm)で示す。
焼結材料に関連する三つの異なる炭素含量における焼戻
し曲線を示すグラフである。
Claims (12)
- (1)炭素0.7−1.3、珪素0.3−1.3、クロ
ム1.9−5.3、モリブデン0.5−1.8、バナジ
ウム0.1−1.5、マンガン最高0.6、及び残部と
しての鉄(但し偶然による不純物を除く)の範囲の内に
ある重量百分率(%)で表される組成を有することを特
徴とする鉄系焼結材料。 - (2)請求項1に記載された材料において、1−6重量
%の銅を有することを特徴とする鉄系焼結材料。 - (3)請求項1または請求項2に記載された材料におい
て、上限値1.0重量%の硫黄を有することを特徴とす
る鉄系焼結材料。 - (4)請求項1から請求項3までの何れか一つの項に記
載された材料において、上限値5重量%の金属硫化物を
有することを特徴とする鉄系焼結材料。 - (5)弁座インサートを製造する方法において、重量%
で炭素0.3−0.7、珪素0.8−1.20、クロム
4.5−5.5、モリブデン1.2−1.8、バナジウ
ム0.3−1.5、マンガン0.1−0.6、及び残部
としての鉄から成る組成を有する熱間加工工具鋼粉に、
黒鉛粉と上限値60重量%の鉄粉または低合金鉄粉とを
混合して請求項1に従う組成を得る過程、弁座インサー
トをプレス成形する過程及び圧粉成形体を焼結する過程
とを有することを特徴とする方法。 - (6)請求項5に記載された方法において、更に1−6
重量%の銅を混合する過程を含むことを特徴とする弁座
インサートを製造する方法。 - (7)請求項5または請求項6に記載された方法におい
て、更に上限値1.0重量%の硫黄を混合する過程を含
むことを特徴とする弁座インサートを製造する方法。 - (8)請求項5から請求項7までの何れか一つの項に記
載された方法において、更に上限値5重量%の金属硫化
物を混合する過程を含むことを特徴とする嵌込弁座を製
造する方法。 - (9)請求項5、7または8の何れか一つの項に記載さ
れた方法において、更に銅系材料によって弁座インサー
トの溶浸を行う過程を含むことを特徴とする弁座インサ
ートを製造する方法。 - (10)請求項5から請求項9までの何れか一つの項に
記載された方法において、更に弁座インサートに極低温
処理を施す過程を含むことを特徴とする弁座インサート
を製造する方法。 - (11)請求項1から請求項4までの何れか一つの項に
記載された組成を有することを特徴とする弁座インサー
ト。 - (12)請求項5から請求項10までの何れか一つの項
に記載された方法によって製造されることを特徴とする
弁座インサート。
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