JPH05171372A - インテークバルブシート用焼結合金 - Google Patents

インテークバルブシート用焼結合金

Info

Publication number
JPH05171372A
JPH05171372A JP33905791A JP33905791A JPH05171372A JP H05171372 A JPH05171372 A JP H05171372A JP 33905791 A JP33905791 A JP 33905791A JP 33905791 A JP33905791 A JP 33905791A JP H05171372 A JPH05171372 A JP H05171372A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hard particles
valve seat
matrix
valve
hard
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP33905791A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroyuki Murase
博之 村瀬
Takeshi Nakakohara
武 中小原
Yoshio Fuwa
良雄 不破
Original Assignee
Toyota Motor Corp
トヨタ自動車株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp, トヨタ自動車株式会社 filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP33905791A priority Critical patent/JPH05171372A/ja
Publication of JPH05171372A publication Critical patent/JPH05171372A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鉛化合物に対する耐食性に優れ有鉛燃料を使
用しても耐久性に優れたインテークバルブシート用焼結
合金。 【構成】 重量比でC:0.2〜2.0%、Niおよび
/またはCo:1.0〜7.0%を含有し、残部がFe
と不純物元素からなる基地組織中に、重量比でCr:5
〜25%、Si:2〜5%、Mo:20〜40%を含有
し、残部がNiからなる硬質粒子を分散させた焼結合金
に、Pbを重量比で5〜25%溶浸させた。基地組織の
Niおよび/またはCoにより、鉛化合物に対する耐食
性が向上し、硬質粒子はNi基合金としたため、Niの
拡散により硬質粒子が基地組織と強固に結びつき、有鉛
燃料に対する耐久力に優れる。また、ステライト系盛金
合金との組み合わせにより優れた耐摩耗性と相手攻撃性
が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は自動車内燃機関のインテ
ークバルブシート用焼結合金に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車エンジンの動弁系の断面図は図1
に示す通りであって、カム5の回転によりインテークバ
ルブ7およびエキゾストバルブ8が上下運動し、インテ
ークバルブ7のフェース部16はバルブの上下運動によ
ってバルブシート9と接触する。このインテークバルブ
フェースの通常の作動温度は100〜400℃であり、
従来から作動温度での軟化抵抗の大きいSUH1、3、
4、11が使用されている。
【0003】最近、自動車エンジンにおいて、長寿命
化、高出力、高回転化、排出ガス浄化対策、あるいは燃
費向上対策に対する改善要求が一段と高まっている。こ
のため、自動車エンジンにおけるエンジンバルブ、バル
ブシートに対しては、従来にも増して厳しい使用環境に
耐えることが不可避となってきている。
【0004】従来のバルブシート材料としては、Fe−
C−Co−Ni基材料、Fe−C基材料に耐摩耗性の向
上を狙ってフェロモリブデン(Fe−Mo)、フェロク
ロム(Fe−Cr)等の金属間化合物またはFe−C−
Cr−Mo−V合金等を添加したものが使用されている
(特開昭56−154110号公報)。
【0005】さらに、CrおよびMoを含有するFe−
C基地組織中に、Cr、Mo、V等からなる鉄系硬質粒
子を分散させ耐摩耗性と相手攻撃性を改善した焼結合金
(特開昭60−224762号公報)、Pb合金等を含
浸させたFe−C−Co−Ni系基地組織中にFe−C
−Cr−Mo−V合金からなる硬質粒子を分散させた焼
結合金(特開昭60−251258号公報)が開示され
ている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】わが国では無鉛ガソリ
ン対策によりガソリンの無鉛化が進んでいるが、世界に
は未だ有鉛ガソリンが使用されている地域(中近東等)
があり、バルブフェース材料、バルブシート材料には依
然として、鉛化合物に対する耐食性が必要とされる。す
なわち、有鉛ガソリンの使用によって、これらインテー
クバルブシート材料のFe基の母材あるいはFe基の硬
質粒子が、有鉛ガソリンの燃焼生成物(PbCl2、P
bBr2)によって、腐食されてしまうという問題点が
ある。
【0007】また、基地組織中に硬質粒子としてFe−
CrまたはFe−Mo等の金属間化合物を分散させた場
合、これら硬質粒子は前記燃焼生成物であるPb化合物
によって腐食されにくいため、Fe基の基地組織がPb
化合物により腐食されると、硬質粒子が浮き出してしま
い、硬質粒子がバルブを削ってしまうことがある。
【0008】本発明は有鉛ガソリンを使用した場合に、
インテークバルブシート材料が腐食されると同時にシー
トの硬質粒子がバルブをアブレシブ摩耗させるという前
記の如き問題点を解決すべくなされたものであって、有
鉛ガソリンの燃焼生成物に対して耐食性を有し、耐久力
に優れたインテークバルブシート用焼結合金を提供する
ことを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】発明者等はバルブシート
の基地組織となるFe基合金の鉛化合物に対する耐食性
を向上させるため、CoおよびNiを添加することを着
想した。しかしながら、Coおよび/またはNiの添加
によって鉛化合物に対する耐食性は向上するものの、酸
化しにくくなるため、バルブとバルブシートの金属接触
により、却って耐摩耗性が劣化することが判明した。そ
こで、CoおよびNiの添加量を低く抑えることによ
り、バルブシート表面に酸化皮膜を形成させれば、耐摩
耗性を維持できることを見出した。さらに、硬質粒子を
Ni基合金とすることにより、硬質粒子の鉛化合物に対
する耐食性を向上させるとともに、Niの拡散により硬
質粒子が基地組織と強固に結びつき腐食による硬質粒子
の浮き上がりも防止できることを新たに知見し本発明を
完成した。
【0010】本発明のインテークバルブシート用焼結合
金は、重量比でC:0.4〜2.0%、Niおよび/ま
たはCo:1.0〜7.0%を含有し、残部がFeと不
純物元素からなる基地組織中に、重量比でCr:5〜2
0%、Si:2.0〜5.0%、Mo:25〜40%を
含有し、残部がNiからなる硬質粒子を重量比で3〜3
0%均一に分散させた焼結合金に、Pbを重量比で5〜
25%溶浸させたことを要旨とする。
【0011】本発明合金は、焼結時において、硬質粒子
のまわりに硬質粒子の基材であるNiを拡散させ、硬質
粒子中のNi量は20〜50%になるようにした。その
結果、硬質粒子のまわりに100μm以下のNiの拡散
層が形成された。この逆に、硬質粒子中に母材からFe
(約1〜25%)、Co(0.2〜4%)、C(0.2
〜2%)を焼結時に拡散させた。
【0012】
【作用】本発明のインテークバルブシート用焼結合金
は、基地組織がFe−C−Coであり、Niおよび/ま
たはCoを重量比で1.0〜7.0%含有させたので、
鉛化合物に対する耐食性が向上するとともに、インテー
クバルブシートの使用温度(100〜200℃)で表面
に酸化皮膜が形成され、バルブとの金属接触が避けるこ
とを可能とした。そして、Ni基の硬質粒子を添加する
こととあわせて、耐食性に優れ、耐摩耗性の高いシート
材料としている。
【0013】また、硬質粒子自体はNi基合金としたこ
とから、インテークバルブシートの鉛化合物に対する耐
食性が改善されるとともに、硬質粒子からのNiの拡
散、Fe基母材からのFe、Coの硬質粒子への拡散に
よって、硬質粒子が母材と強固に結びつき、硬質粒子の
周りがNiの作用でオーステナイトとなり、腐食され難
くなっている。
【0014】そのため、腐食に対する硬質粒子の浮き上
がりが防止できる。そして、硬質粒子中の成分であるN
i、Mo、Siがごく微細なNi−Mo−Si金属間化
合物(Hv1100程度)となっていると同時に、焼結
時のCの拡散に伴い、Mo、Crがごく微細な炭化物
(Hv100〜1600程度)となり、この2つの作用
で硬質粒子が硬くなって、耐摩耗性向上に作用している
と予測される。
【0015】次に、本発明のインテークバルブシート用
焼結合金に使用する硬質粒子を構成する各成分の範囲限
定理由について説明する。Cr はNiと一体で基地を固
溶強化すると同時に、耐熱性、耐食性を向上させる。そ
して、焼結時のCの拡散によって、微細なCr炭化物を
作り、硬質粒子自体の耐摩耗性を向上させる。Cr の含
有量が5%未満では前記効果が不十分であり、20%を
越えても効果は殆ど変わらないため、Cr 含有量は5〜
20%に限定した。
【0016】Mo はNiおよびSiと結びつき硬質粒子
の中にCo−Mo−シリサイド(硬質相)を形成すると
同時に母材からのCの拡散によって、微細なMo炭化物
を作り、耐摩耗性を向上させる。しかしMoが25%未
満では硬質相が少なくなり耐摩耗性を減少し、40%を
越えると硬質相が少なくなり過ぎ、Ni基の硬質粒子が
脆くなり、割れてしまう可能性があると同時に相手攻撃
性が増加するため、Moの含有量は25〜40%とし
た。
【0017】Si はMoまたはNiと結合して硬質粒子
の中にNi−Moシリサイドの形の硬質相を形成するた
め添加されている。Si 含有量が2%未満では硬質相が
十分に形成されず、Si 含有量が5%を越えると、硬質
相が多くなり過ぎて相手攻撃性を増すので、Si 含有量
は2〜5%に限定した。
【0018】硬質粒子の主成分であるNiは耐熱性およ
び耐食性に富む材料であり、硬質粒子の基材をなし、硬
質粒子自体の耐熱性、耐食性を確保すると同時に、M
o、Siと結合し、Ni−Moシリサイドとなり、硬質
粒子中に硬質相を形成する成分である。また、Niの一
部が母材に拡散し母材との接合性を向上させ、硬質粒子
の脱落を防止する効果と同時に、硬質粒子まわりをNi
の作用で腐食されにくいオーステナイトとして、母材の
腐食による硬質粒子の浮き出しを防止している。
【0019】以上の成分からなる粉末の硬質粒子は焼結
時にFe−C−CoまたはFe−C−Niからなる母材
からFe、C、CoまたはNiを拡散させて、母材と硬
質粒子の結びつきを向上させると同時に、CはMo、C
rと結びつき炭化物を形成し、硬質粒子の耐摩耗性の向
上に寄与している。
【0020】本発明において、硬質粒子の硬さはHv4
00〜700とすることが好ましい。このNi基の硬質
粒子は、Hv 400〜700の硬さで相手攻撃性が低い
ことが特徴である。硬質粒子が3%未満では、焼結金属
の耐摩耗性の効果がなく、30%を越えると成形性、圧
縮性、被削性が悪化するので、硬質粒子の含有量は3〜
30%に限定した。
【0021】また、硬質粒子の粒径は20〜300μm
とすることが好ましい。硬質粒子の粒径を20〜300
μmとしたのは、硬質粒子の大きさが20μm未満で
は、耐摩耗性に対して向上効果がなく、300μmを越
えると、相手攻撃性が大きくなるとともに、成形性が低
下するからである。また、硬質粒子の硬さがHv400
未満では、耐摩耗性の向上効果がなく、Hv700を越
えると、相手バルブを摩耗させることから、Hv500
〜700とした。
【0022】次に、本発明のバルブシート用焼結合金の
母材を形成するために使用する母材用原料粉末の成分の
範囲限定理由について説明する。CはFeと反応してオ
ーステナイト組織とパーライト組織の混合組織からなる
基地組織中に固溶し、焼結反応を促進させるが、0.4
%未満では前記効果が充分でなく、2.0%を越えると
セメンタイト組織が多量に析出し、焼結体を脆化するこ
とからC含有量は0.4〜2.0%とした。
【0023】Ni とCo はほぼ同じように作用し、Fe
基地組織に固溶して、基地組織を強化するとともに、耐
食性、耐熱性を向上させる。1.0%未満の含有量では
Pb化合物および酸化による腐食が進行する。7%を越
えて含有されると、基地となる母材のPb化合物に対す
る耐食性は向上するものの、インテークバルブシートの
温度が100〜200℃であることから、表面に酸化膜
が充分に形成されず、バルブと金属接触することとな
り、シートおよびバルブが摩耗することがある。そのた
め、Niおよび/またはCoの含有量は1.0〜7.0
%とした。
【0024】本発明において溶浸金属であるPb は、バ
ルブとバルブシートの接触部に介在して、潤滑剤として
作用し、バルブおよびバルブシートの耐摩耗性を向上さ
せる。Pb の溶浸が5%未満では前記効果が得られず、
25%を越えると焼結金属のスケルトンが弱化して摩耗
量が増大するので、Pb 溶浸量は5〜25%に限定し
た。
【0025】
【実施例】本発明の実施例を比較例とともに説明し、本
発明の効果を明らかにする。 (実施例1)表1に示す組成からなる基地組織用合金粉
末に、表1に示す組成からなる硬質粒子の粉末を、表1
に示す割合で調合し、これに潤滑剤としてステアリン酸
亜鉛0. 8%を混合した後、この混合粉末を金型内に充
填して、成形圧7t /cm2 で成形してバルブシート粗形
状の粉末成形体を得た。
【0026】なお、基地組織用合金粉末には、黒鉛粉末
(−350メッシュ) 、Ni 粉末 (10μm 以下) 、C
o 粉末 (10μm 以下) および還元鉄粉 (−100メッ
シュ) を用い、硬質粒子用の合金粉末には合金アトマイ
ズ粉末 (−100メッシュ)を用いた。
【0027】また、表1の比較例1は硬質粒子としてF
e−Moを分散させたもの、比較例2は基地組織のNi
含有量が高く硬質粒子としてFe−Crを分散させたも
の、比較例3は硬質粒子を分散させなかったもの、比較
例4は基地組織のNiおよびCo含有量が高く第2の硬
質粒子としてFe−Wを添加したものである。
【0028】
【表1】
【0029】この粉末成形体をアンモニア分解ガス雰囲
気中で1150℃の温度にて、60分間焼結して焼結体
を得た。次にこの焼結体をPb 塊と接触させて、再度ア
ンモニア分解ガス雰囲気中で1050℃の温度にて30
分間加熱して焼結体中にPbを溶浸した。
【0030】得られた焼結体を排気バルブシート状に加
工して排気量2400cc、4気筒の有鉛燃料使用のオッ
トーサイクルエンジンに装着し、全負荷で300時間の
台上耐久試験を実施しバルブ沈み量を測定した。なお、
相手バルブには耐熱鋼にCo基の盛金を施したものを使
用した。バルブ沈み量は図2のエンジンの部分断面図に
示したように、試験前のバルブのアップダウン幅Tから
試験後のバルブのアップダウン幅tを差し引いたものに
よって示した。得られた結果は表2に示した。
【0031】なお、本実施例1〜4の硬質粒子の硬さは
Hv420〜580(Hv50g)、比較例4のCo基
硬質粒子の硬さはHv750であった。因に、FeMo
硬質粒子の硬さはHv1400、FeCr硬質粒子の硬
さはHv1700、FeW硬質粒子の硬さはHv115
0であった。
【0032】
【表2】
【0033】表2に示したように、比較例1および比較
例2は、硬質粒子にNiを含有せず比較的硬度の硬いF
e−MoまたはFe−Crであったため、硬質粒子の浮
き上がりにより、バルブ沈み量は0.12mmおよび
0.18mmであった。比較例3は硬質粒子を分散させ
なかったので、摩耗が激しく、バルブ沈み量は0.23
mmであった。また、比較例4は基地組織にNiおよび
Coを多量に含有したため、硬質粒子がCo基の比較的
やわらかいものを使っても、摺動面に酸化皮膜が形成さ
れにくいため、バルブ沈み量は0.11mmであった。
【0034】これに対して実施例1〜4は、Niおよび
/またはCo含有量を低く抑えたので酸化皮膜が形成さ
れ、硬質粒子が比較的軟らかであるため相手攻撃性が低
く、かつ硬質粒子からのNiの拡散により、硬質粒子と
母材との隙間がないように強く結びつき、硬質粒子の浮
き上がりが防止されたので、バルブ沈み量は0.01〜
0.05mmであって、本発明の効果が確認された。
【0035】(実施例2)Fe─1.0C−2.5Co
からなる基地組織用合金粉末に0〜35%の硬質粒子粉
末を実施例1と同じ方法で混合し、実施例1と同じ条件
で焼結して焼結体を得た後、Pbを12%含浸させて、
図3に示すようなブロック状のテストピース1を調製し
た。なお、比較のために硬質粒子を10%添加したもの
については、Pb溶浸しないものについてもテストピー
スを調製した。
【0036】このシート材料からなるブロック状テスト
ピース1に図3に示すようなリング状のバルブ材料から
なるテストピース2を0.25m/secで回転し2.
1kgfの荷重で押し付ける試験機で摩耗量を測定し
た。得られた結果は、図4にバルブシート材料の摩耗量
と硬質粒子添加量との関係図として示した。
【0037】その結果、硬質粒子が0%ではシート材の
摩耗量が325μmと多く、硬質粒子が3〜30%まで
は、シート摩耗量は30〜105μmと著しく低減し
た。また、Pbを溶浸しない場合は、硬質粒子を10%
添加しても、摩耗量が480μmと多かった。なお、硬
質粒子を35%添加したものでは、成形時にテストピー
スが割れてしまい成形できなかった。以上の結果より硬
質粒子の添加量を3〜30%として、Pbを溶浸するこ
とにより、耐摩耗性が確保できることが判明した。
【0038】
【発明の効果】本発明のインテークバルブシート用焼結
合金は、基地組織となるFe基合金にNiおよび/また
はCoを重量比で1.0〜7.0%含有させたので、鉛
化合物に対する耐食性が向上するとともに、インテーク
バルブシートの使用温度で表面に酸化皮膜が形成され、
バルブとの金属接触が避けられるので、耐摩耗性を維持
することができる。また、硬質粒子はNi基合金とした
ため、鉛化合物に対する耐食性が改善されるとともに、
Niの拡散により硬質粒子が基地組織と強固に結びつ
き、硬質粒子の周りが腐食しにくくなり、腐食による硬
質粒子の浮き上がりが防止できる。そのため、有鉛ガソ
リンの燃焼生成物に対して耐食性を有し、有鉛燃料に対
する耐久力の優れたインテークバルブシート用焼結合金
として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】自動車エンジンの動弁系の断面図である。
【図2】バルブ沈み量を示すエンジンの部分断面図であ
る。
【図3】摩耗試験におけるテストピースの斜視図であ
る。
【図4】バルブシート材料の摩耗量と硬質粒子添加量と
の関係示す線図である。
【符号の説明】
1 ブロック状テストピース 2 リング状テス
トピース 5 カム 7 インテークバ
ルブ 8 エキゾストバルブ 9 バルブシート 16 フエース部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量比でC:0.4〜2.0%、Niお
    よび/またはCo:1.0〜7.0%を含有し、残部が
    Feと不純物元素からなる基地組織中に、重量比でC
    r:5〜20%、Si:2.0〜5.0%、Mo:25
    〜40%を含有し、残部がNiからなる硬質粒子を重量
    比で3〜30%均一に分散させた焼結合金に、Pbを重
    量比で5〜25%溶浸させたことを特徴とするインテー
    クバルブシート用焼結合金。
JP33905791A 1991-12-20 1991-12-20 インテークバルブシート用焼結合金 Pending JPH05171372A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP33905791A JPH05171372A (ja) 1991-12-20 1991-12-20 インテークバルブシート用焼結合金

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP33905791A JPH05171372A (ja) 1991-12-20 1991-12-20 インテークバルブシート用焼結合金

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05171372A true JPH05171372A (ja) 1993-07-09

Family

ID=18323851

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP33905791A Pending JPH05171372A (ja) 1991-12-20 1991-12-20 インテークバルブシート用焼結合金

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH05171372A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002220645A (ja) * 2001-01-24 2002-08-09 Riken Corp 硬質粒子分散型鉄基焼結合金
CN1311094C (zh) * 2004-03-03 2007-04-18 日本活塞环株式会社 用于阀座的铁基烧结合金材料

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002220645A (ja) * 2001-01-24 2002-08-09 Riken Corp 硬質粒子分散型鉄基焼結合金
JP4516697B2 (ja) * 2001-01-24 2010-08-04 株式会社リケン 硬質粒子分散型鉄基焼結合金
CN1311094C (zh) * 2004-03-03 2007-04-18 日本活塞环株式会社 用于阀座的铁基烧结合金材料

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3952344B2 (ja) バルブシート用耐摩耗性鉄基焼結合金材および鉄基焼結合金製バルブシート
JP2957180B2 (ja) 耐摩耗性鉄基焼結合金およびその製造方法
JP4127021B2 (ja) 硬質粒子、耐摩耗性鉄基焼結合金、耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方法及びバルブシート
JP2001050020A (ja) 内燃機関用の弁装置
JP3469435B2 (ja) 内燃機関用バルブシート
JP2004124162A (ja) 高面圧付加条件下ですぐれた耐摩耗性を発揮するFe基焼結合金製バルブシートの製造方法
JP3596751B2 (ja) 焼結合金配合用硬質粒子、耐摩耗性鉄基焼結合金、耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方法及びバルブシート
KR920007937B1 (ko) 밸브시트용 철(Fe)계 소결합금
JP3614237B2 (ja) 内燃機関用バルブシート
JP2002129296A (ja) バルブシート用鉄基焼結合金材および鉄基焼結合金製バルブシート
JP4467013B2 (ja) 焼結バルブシートの製造方法
JPH0798985B2 (ja) 高温耐摩耗性焼結合金
JP3763782B2 (ja) バルブシート用耐摩耗性鉄基焼結合金材の製造方法
JPH1121659A (ja) 耐摩耗性鉄基焼結合金材
JP2684774B2 (ja) バルブシート用鉄系焼結合金
JPH05171372A (ja) インテークバルブシート用焼結合金
JP3225649B2 (ja) 耐摩耗性鉄基焼結合金
JP2725430B2 (ja) バルブシート用焼結合金
JP2833116B2 (ja) バルブシート用焼結合金
JP3226618B2 (ja) バルブシート用鉄基焼結合金
JPH07113141B2 (ja) 耐摩耗性鉄基焼結合金
JPH0753900B2 (ja) 耐熱耐摩耗性鉄基焼結合金
JP3068127B2 (ja) 耐摩耗性鉄基焼結合金およびその製造方法
JPH0633184A (ja) 耐摩耗性に優れたバルブシート用焼結合金の製造方法
JP2571567B2 (ja) 高温耐摩耗性鉄基焼結合金