JPH0374506A

JPH0374506A - カムタペットの製造方法

Info

Publication number: JPH0374506A
Application number: JP20894989A
Authority: JP
Inventors: Takemori Takayama; 武盛高山; Kazuhide Inohara; 猪原　一英
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1989-08-11
Filing date: 1989-08-11
Publication date: 1991-03-29

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〉本発明は内燃機関等に使用するカムタペットに係り、特
にカムタペットの製造方法に関する。

（従来の技術〉従来から内燃機関に使用されているカムタペットは、そ
の負荷・用途に応じて、つぎのようなものがある。

■鋳鉄ボディのカム摺動部に高周波焼入を施したもの。

■鋳鉄ボディのカム摺動部に耐摩耗鉄系焼結材をろう接
、接合焼結したもの。

■鋳鉄ボディのカム摺動部に超硬をろう接したもの。

などが使用されている。

〈発明が解決しようとする課題〉しかしながら上記の■のタイプは薄肉円筒部品であるた
め、鋳造欠陥の除去の意味もあり加工代が大きく、また
カム摺動部の耐ピツチング性が悪いため、低出力小型エ
ンジン用しか用いられていない。

また■のタイプのものは■のタイプの耐ピツチング、耐
摩耗性の向上を図ったものであるが、より高出力、高負
荷になると耐ピツチング性、耐摩耗性に問題が発生する
。その原因は多くの場合、高密度焼結化工程において粒
界での比較的大きな炭化物税の析出が避けられず、耐面
圧強度が低くなるためである。

■のタイプのものは超硬は非常に高硬度であり、かつ数
μｍ以下の微細なＷＣの分散組織を有しており、耐ピツ
チング、耐摩耗性に優れているが非常に高価なものとな
っている。

本発明はこれに鑑み著しい耐摩耗性、耐ピツチング性が
要求されるカムタペットを鉄系焼結材と表面硬化処理、
または鉄系焼結材を施した鋼材とから結合焼結法によっ
て安価に製造することのできるカムタペットの製造方法
を提供して従来技術の持つ欠点の解消を図ることを目的
としてなされたものである。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するため本発明の請求項１はＣｒが１０
〜２５ｗｔ％、ＭＯが０〜６ｗｔ％，Ｖが０〜５　ｗ　
ｔ％の範囲内の炭化物形成元素を１つ以上含み、Ｓｉが
０．１〜２．０ｗｔ％、Ｎｉが０〜５　ｗ　ｔ％、Ｃが
０．４ｗｔ％以下を主成分とし残部をＦｅとした鋼材に
浸炭処理を施して、セメンタイト、Ｍ７Ｃ３、Ｍ２　Ｃ
，ＭＣ型の炭化物を２０〜６０体積％析出させてカム摺
動面に配し、焼結体と通常の鋳物の何れかと、鋼材から
なるボディにろう接するようにしたことを特徴とする請
求項２はＣｒが１０〜２５ｗｔ％、Ｍｏが０〜６ｗｔ％
、Ｖが０〜５　ｗ　ｔ％の範囲内の炭化物形成元素を１
つ以上含み、Ｓｉが０．１〜２．０ｗｔ％、Ｎｉが０〜
５ｗｔ％、Ｃが０．４ｗｔ％以下を主成分とし残部をＦ
ｅとした鋼板を一端封止の円筒形状に加工したものと、
前記鋼板による円板と鋼管を組み合わせた円筒部との何
れかの筒内に、塑性加工法によって、鉄系の焼結体を配
し、Ｃｕ系溶浸剤、ろう剤の何れかを共に組み込んで、
焼結時に円筒部と端部円板とを接合するようにしたこと
を特徴とする請求項３は前記焼結体と鋼との結合に、焼
結体成分をＳｎ〜５　ｗ　ｔ％、ｐｂ〜３％、Ｃｕが０
〜２５ｗｔ％、Ｐが０〜１．５ｗｔ％、ＢｆＪｃ０〜０
．５ｗｔ％の内の１元素以上を含むように調整して、残
部をＦｅと炭素（〜１．５ｗｔ％）とで横或し、焼結時
の焼結体の膨張、液相の発生の何れかを利用して接合焼
結するようにしたことを特徴とする。

（実施例）本発明にか）るカムタペットの製造方法における成分の
設定条件は、 ■Ｃｒ；浸炭によって２０〜６０体積％のＣｒ７　Ｃ３
炭化物を析出させるのに必要なＣｒ量として１０〜２５
ｗｔ％とした。

■Ｍｏ；浸炭による炭化物向上には余り効果的ではない
が、焼入性向上と、耐焼戻軟化抵抗向上、および２次硬
化性を考慮して、より経済的な範囲でＭ　ａ　ｘ　６　
ｗ　ｔ％とした。また浸炭前でも６　ｗ　ｔ％組以上添
加によって金属間化合物が析出し易く脆くなる。

■Ｎｉ；浸炭により炭化物が析出する際には、Ｃｒ、Ｍ
ｏ炭化物側に濃縮し、焼入時には炭化物の周囲の焼入性
が悪くなり易いが、Ｎｉを添加するとＮｉが炭化物周囲
に濃縮するため良く焼きが入り、耐摩耗性が向上する。

しかし５％以上にＮｉを入れると残留オーステナイト相
が多量に残り硬化しない。

■Ｖ；浸炭時に非常に微細なＶＣ炭化物を析出させ、か
つＣｒ　ｖ炭化物の析出も細かく均一に分散させる効果
があり、特に耐摩耗性向上に寄与するが、高価な元素で
あるためＭａｘを５ｗｔ％とした。

■Ｓｉ：浸炭時にＣｒ〒Ｃ３炭化物の粒界析出を抑える
作用をもっているが、それ以上に焼戻し軟化抵抗を著し
く高める元素であり、カムとの摺動熱による硬度低下を
防ぎ、耐ピツチング性を高めるが、添加量が２ｗｔ％を
越えると浸炭時のムラを発生しやすいためにＭａｘ２ｗ
ｔ％とした。

■その他の元素については特に成分範囲を規定しないが
、高Ｍｏ、Ｖを含むときにはＣｏの添加は容易にその焼
戻し軟化抵抗を高め、〜１０ｗｔ％までの添加が効果的
と考えられるが、高価になり過ぎるのが多少問題となる
。

以下９本発明を第１図および第５図に示す実施を参照し
て説明する。

実施例１；（第１図参照）請求項１に該当一般冶金鋼粉
（例えば神鋼アトメル４６００等〉と黒鉛（例えばロン
ザ社ＫＳ６）、Ｆｅ−Ｐ合金（２５０メツシユ以下、福
田金属製〉銅粉末（福田金属ＣＥＩＯ）と、潤滑剤アク
ラワツクスをそれぞれＦｅ−０，８Ｃ−０，５Ｐ−２，
０Ｃｕ−０，５アクラワツクスになるように■形混粉機
で混粉し、第１図（ｂ）に示すような焼結体に５１．。

ｎ／ｃｉで成形したのち、１１３０℃で１時間、真空中
で焼結した。またＦｅ−１７％Ｃｒ−２，０％Ｍｏ−１
，０％Ｖ−１％５ｔ−２％Ｎｉ−０゜２％Ｃのステンレ
ス円板（厚さ１ｍｍ）を９５０℃で４時間真空浸炭した
ものを用意した。

ステンレス板は浸炭後表面にカーボンが析出しているの
で、焼結体と接合面はエメリー紙で軽く研磨して洗浄し
たのち、ステンレス用のろう剤を用いてＮ２雰囲気中で
ろう接し、油中にて焼入れした。ステンレス浸炭面の硬
度はＨＲＣ６３〜６６と高硬度化していた。

実施例２；（第２図参照）請求項２に該当一般冶金鋼粉
（例えば神鋼アトメル４６００等）と黒鉛（例えばロン
ザ社ＫＳ６）、Ｆｅ−Ｐ合金（２５０メツシユ以下、福
田金属製）をそれぞれＦｅ−０゜８Ｃ−０，５Ｐになる
ように配合し、さらにアクラワックスを潤滑剤として０
．５ｗｔ％添加して■形混粉機で３０分混粉し第２図に
示す焼結体を５１ｏｎ／ａ１１″で形成した。また５３
０Ｃの鋼管をＦｅ−１７％Ｃｒ−２０％Ｍｏ−１，０％
Ｖ−２％Ｎｉ−１％５ｔ−０，２％Ｃからなるステンレ
ス円板（ｔ＝１ｍｍ）上に、第２図（ａ）のごとく焼結
体を組み込んだのち、Ｃｕ−Ｍｎ系の溶浸剤を粉末成形
体の空孔量の１．５倍に相当する量を測り取ってφ２０
のディスク状に４　ｔｏｎ／ｄでプレス成形したものを
セットして、Ｎ２５％Ｈ２雰囲気中で１１３０℃×１時
間の焼結を施して接合と焼結を同時に行った。さらに炉
内温度を９５０℃に降温させた後、プロパンガスを１０
体積％はど炉内に導入し、４時間の浸炭処理を行った後
、油中にて焼入れし、１８０℃×２時間の焼戻しを行っ
た。このときのステンレス浸炭層の硬度はＨＲＣ６５〜
６７と非常に硬化しており、ＣｒｖＣｓ型の炭化物が約
５０体積％析出している。

実施例３；（第２図参照）請求項２に該当一般冶金鋼粉
（例えば神鋼アトメル４６００等〉と黒鉛（例えばロン
ザ社ＫＳ６）、Ｆｅ−Ｐ合金（２５０メツシユ以下、福
田金属製）鋼粉末（福田金属ＣＥＩＯ）をそれぞれＦｅ
−１，０Ｃ−１゜ＯＰ−５ｗｔ％Ｃｕとなるように配合
し、きらにアクラワックスを潤滑剤として０．５ｗｔ％
添加して■形混粉機で３０分混粉した後、第２図に示す
形状の圧粉体を５ｔｏｎ／ＣＩｌで成形した。また８３
０Ｃの鋼管をＦｅ−１７％Ｃｒ−２，０％Ｍ。

−１，Ｏ％Ｖ−２％Ｎｉ−１，０％５ｉ−０，２％Ｃの
成分のステンレス円板（ｔ＝１ｍｍ）上に、第２図（ａ
）のごとく成形体を組み込んだ後、Ｎ２−５％Ｈ２雰囲
気中１２００℃×１時間の焼結を施して、同時に接合し
た。その後の浸炭、焼入焼戻しは実施例２と同じである
。このときのステンレス浸炭層の硬度は）ＩＲＣ６５〜
６７で非常に硬化している。またステンレスとの接合程
度は３０ｋｇ／ｌｌｌ１２以上で非常に強固であった。

実施例４；　（第２図参照〉請求項３に該当一般冶金鋼
粉（神鋼アトメル３００Ｍ）、Ｆｅ−Ｐ合金（２５０メ
ツシユ以下、福田金属製〉、鋼粉（福田金属ＣＥＩＯ）
、錫粉（２５０メツシユ以下、福田金属製）、鉛粉（２
５０メツシユ以下、福田金属アトマイズ）をそれぞれ、
Ｆｅ−２０％Ｃｕ−５％５ｎ−２％Ｐｂ−０，３％Ｐに
なるようにして、さらにケロシンを０．１％添加した後
、■形混粉機で３０分混粉し、第２図（ａ）に示す形状
の圧粉体を５　ｔｏｎ／ｃｉｌ″で成形した。この圧粉
体を実施ＰＡ３と同じように配置した後、９００℃×６
時間でＮ２１０％プロパン雰囲気中で浸炭と同時に焼結
接合を行い、さらに油焼入れ焼戻しを行った。ステンレ
ス浸炭層の硬度は焼入れ温度が低いこともあってＨＲＣ
６３〜６６と多少低い結果となった。

第３図は鉄系母材浸炭層の組織（９３０℃浸炭、３時間
拡散、８５０℃油焼入れ１８０℃×２時間焼戻し〉を示
すもので、これによるとＣｒ７Ｃ：ｓを主体とする炭化
物が高密度に分散析出していることが分かる。つぎに耐
焼付性評価を表１に示す。

表１（相手材　５５３Ｃ高周波焼人材、周速１０ｍ／　ｓ　
ｅ　ｃ　、油温８０℃）（注）発明ｌＦｅ−１０％Ｃｒ−２％Ｍｏ−１％Ｖ−０．　４
％Ｃ発明２Ｆｅ−１％５ｉ−２Ｎｉ−１７％Ｃｒ−２％ＭＯ
−１％■ また第４図に相手材：１．Ｏ％炭素！ｌ４（Ｑ、Ｔ材）
、荷重；３．２ｋｇ、辷り距離；１００ｍの場合の大越
式摩耗テストの結果を示す。

（発明の効果）本発明は以上説明したように、請求項１によれば、カム
部の摺動部に用いる鉄系用材を浸炭することによって数
μｍ以下の＠綱なＣｒ炭化物を主体として、体積％で２
０〜６０％の範囲に高密度に析出させ、高硬度化させる
ことにより、耐焼付性と耐摩耗性を表１および第４図に
示すように向上させることができる。

また請求項２．３によれば円筒形状の鉄系母材と焼結部
品の複合材化を図ることにより加工代を最小とすること
ができ、さらに第５図に示すように中空化を図ることに
より、カムタペットの軽量化が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかへるカムタペットの底面（カム摺動
面）の浸炭層を示すもので、（ａ）は鉄系母材が円筒の
場合、（ｂ）は鉄系母材が円柱の場合、第２図は円筒の
鉄系母材の中に焼結体を入れた場合の外周面の浸炭層を
示すもので、（ａ）は円筒に別体の底板（カム摺動面）
を接合したもの、（ｂ）は円筒と底板を一体に成形した
もの、第３図は鉄系母材の浸炭層の金属組織を示す図面
に代わる写真で、（ａ＞、（ｂ）は共に一例、第４図は
大越式摩耗テスト結果のグラフ、第５図は第１図浸炭層手続補正書（方式）本発明の結果によるカムタペットの軽量形を示す図であ
る。平成１年１２月１４日

Claims

【特許請求の範囲】１）Ｃｒが１０〜２５ｗｔ％，Ｍｏが０〜６ｗｔ％，Ｖ
が０〜５ｗｔ％の範囲内の炭化物形成元素を１つ以上含
み、Ｓｉが０．１〜２．０ｗｔ％，Ｎｉが０〜５ｗｔ％
，Ｃが０．４ｗｔ％以下を主成分とし残部をＦｅとした
鋼材に浸炭処理を施して、セメンタイト、Ｍ＿７Ｃ＿３
，Ｍ＿２Ｃ，ＭＣ型の炭化物を２０〜６０体積％析出さ
せてカム摺動面に配し、焼結体と通常の鋳物の何れかと
、鋼材からなるボディにろう接するようにしたことを特
徴とするカムタペットの製造方法。２）Ｃｒが１０〜２５ｗｔ％，Ｍｏが０〜６ｗｔ％，Ｖ
が０〜５ｗｔ％の範囲内の炭化物形成元素を１つ以上含
み、Ｓｉが０．１〜２．０ｗｔ％，Ｎｉが０〜５ｗｔ％
，Ｃが０．４ｗｔ％以下を主成分とし残部をＦｅとした
鋼板を一端封止の円筒形状に加工したものと、前記鋼板
による円板と鋼管を組み合わせた円筒品との何れかの筒
内に、塑性加工法によって、鉄系の焼結体を配し、Ｃｕ
系溶浸剤、ろう剤の何れかを共に組み込んで、焼結時に
円筒部と端部円板とを接合するようにしたことを特徴と
するカムタペットの製造方法。３）前記焼結体と鋼との結合に、焼結体成分をＳｎ〜５
ｗｔ％，Ｐｂ〜３％，Ｃｕが０〜２５ｗｔ％，Ｐが０〜
１．５ｗｔ％，Ｂが０〜０．５ｗｔ％の内の１元素以上
を含むように調整して、残部をＦｅと炭素（〜１．５ｗ
ｔ％）とで構成し、焼結時の焼結体の膨張、液相の発生
の何れかを利用して接合焼結するようにしたことを特徴
とするカムタペットの製造方法。