JPH06146823A - Valve seat for engine - Google Patents

Valve seat for engine

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JPH06146823A
JPH06146823A JP30127492A JP30127492A JPH06146823A JP H06146823 A JPH06146823 A JP H06146823A JP 30127492 A JP30127492 A JP 30127492A JP 30127492 A JP30127492 A JP 30127492A JP H06146823 A JPH06146823 A JP H06146823A
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JP
Japan
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powder
valve seat
phase
engine
weight
Prior art date
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Pending
Application number
JP30127492A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuaki Sato
克明 佐藤
Katsuhiko Tominaga
克彦 富永
Tsutomu Saka
勉 坂
Osamu Kawamura
治 川村
Teruo Takahashi
輝夫 高橋
Arata Kakiuchi
新 垣内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Nippon Piston Ring Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Nippon Piston Ring Co Ltd
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Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd, Nippon Piston Ring Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP30127492A priority Critical patent/JPH06146823A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide an engine valve seat having a high strength and excellent wear and abrasion resistance. CONSTITUTION:An engine valve seat is a Fe base valve seat 5 pressed in an Al-alloy cylinder head 2 of an engine, and the metallographic structure of matrix is a multiphase structure having an austenite phase and a martensite phase, and at a seating part 14 where an exhaust valve 6 is seated, the existing quantity of the martensite phase is greater than that of the austenite phase, and on the other hand, at a pressing in part 15 pressed in the cylinder head 2, the existing quantity of the austenite phase is greater than that of the martensite phase.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はエンジン用バルブシー
ト、特に、Al合金製シリンダヘッドに圧入されるFe
系バルブシートに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a valve seat for an engine, and in particular, Fe which is press-fitted into an Al alloy cylinder head.
System valve seats.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種バルブシートとして、その
マトリックスの金属組織をパーライト相より構成したも
のが知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as this type of valve seat, there is known a valve seat having a matrix metallographic structure of a pearlite phase.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のバ
ルブシートは、その引張強さ、圧縮強さ、圧環強さ等の
強度が比較的低く、またエンジンバルブに因る叩かれ摩
耗量も比較的多い上、エンジンバルブの摩耗量を増す、
といった問題がある。また、バルブシートはAl合金製
シリンダヘッドに圧入して用いられるため、Al合金と
Feの熱膨脹差に起因して圧入代を大きくしなければな
らず、バルブシートの薄肉化に限界があった。
However, the conventional valve seat has relatively low strength such as tensile strength, compressive strength, radial crushing strength, etc., and the amount of struck and worn by the engine valve is relatively large. Top, increase the amount of engine valve wear,
There is such a problem. Further, since the valve seat is used by being press-fitted into the Al alloy cylinder head, the press-fitting margin must be increased due to the difference in thermal expansion between the Al alloy and Fe, and there is a limit to the thinning of the valve seat.

【0004】本発明は前記に鑑み、高強度であると共に
優れた耐摩耗性を有し、その上相手部材であるエンジン
バルブの摩耗を抑制することができ、さらに薄肉化を達
成し得るようにした前記バルブシートを提供することを
目的とする。
In view of the above, the present invention has high strength and excellent wear resistance, and can suppress wear of an engine valve, which is a mating member, and further achieve thinning. It is an object of the present invention to provide the valve seat described above.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、エンジンのA
l合金製シリンダヘッドに圧入されるFe系バルブシー
トにおいて、マトリックスの金属組織がオーステナイト
相およびマルテンサイト相を有する混相組織であり、エ
ンジンバルブが着座する着座部では、マルテンサイト相
の存在量がオーステナイト相の存在量よりも多く、一
方、前記シリンダヘッドに圧入される圧入部では、オー
ステナイト相の存在量がマルテンサイト相の存在量より
も多くなっていることを特徴とする。
The present invention relates to an engine A
In the Fe-based valve seat press-fitted into the 1-alloy cylinder head, the metallic structure of the matrix is a multiphase structure having an austenite phase and a martensite phase, and in the seating portion where the engine valve is seated, the amount of the martensite phase present is austenite. The amount of the austenite phase is larger than that of the martensite phase in the press-fitting portion that is press-fitted into the cylinder head.

【0006】[0006]

【作用】マトリックスの金属組織を前記のような混相組
織にすると、マルテンサイト相に因る脆化を、伸びを有
するオーステナイト相により補って、バルブシートの強
度を向上させることができる。また圧入部はオーステナ
イト相の存在量が多く、その熱膨脹係数がシリンダヘッ
ド構成材料であるAl合金のそれに近似するので、その
圧入代を減らしてバルブシートの薄肉化を図ることが可
能であり、これによりバルブシートの内径を拡張して吸
排気効率を向上させることができる。一方、着座部はマ
ルテンサイト相の存在量が多いので、エンジンバルブに
因る叩かれ摩耗量が少なく、その上相手部材であるエン
ジンバルブの摩耗を抑制することが可能である。
When the metal structure of the matrix has the mixed phase structure as described above, the strength of the valve seat can be improved by supplementing the brittleness due to the martensite phase with the austenite phase having elongation. Further, the press-fitting portion has a large amount of austenite phase, and its coefficient of thermal expansion is close to that of the Al alloy that is the material for forming the cylinder head, so it is possible to reduce the press-fitting margin and achieve a thin valve seat. Thereby, the inner diameter of the valve seat can be expanded to improve the intake and exhaust efficiency. On the other hand, since the seating portion has a large amount of martensite phase, the amount of wear caused by the engine valve being hit is small, and the wear of the engine valve, which is a mating member, can be suppressed.

【0007】[0007]

【実施例】図1において、エンジン1のシリンダヘッド
2はAl合金より構成され、そのエキゾーストポート3
の入口側に形成された凹部4にFe系バルブシート5が
圧入される。エンジンバルブとしてのエキゾーストバル
ブ6のバルブヘッド7は燃焼室側に在ってバルブシート
5と対向し、またバルブステム8はシリンダヘッド2の
バルブガイド9に摺動自在に嵌合される。バルブステム
9に装着された一対のリテーナ10,11間にバルブス
プリング12が縮設され、そのバルブステム9の端面に
はロッカアーム13が当接する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In FIG. 1, a cylinder head 2 of an engine 1 is made of an Al alloy, and its exhaust port 3
The Fe-based valve seat 5 is press-fitted into the recess 4 formed on the inlet side of the. The valve head 7 of the exhaust valve 6 as an engine valve is on the combustion chamber side and faces the valve seat 5, and the valve stem 8 is slidably fitted in the valve guide 9 of the cylinder head 2. A valve spring 12 is contracted between a pair of retainers 10 and 11 mounted on the valve stem 9, and a rocker arm 13 abuts on an end surface of the valve stem 9.

【0008】図2に示すように、バルブシート5におけ
るマトリックスの金属組織はオーステナイト相およびマ
ルテンサイト相を有する混相組織であって、エキゾース
トバルブ6のバルブヘッド7が着座する着座部14で
は、マルテンサイト相の存在量がオーステナイト相の存
在量よりも多く、一方、シリンダヘッド2の凹部4に圧
入される圧入部15では、オーステナイト相の存在量が
マルテンサイト相の存在量よりも多くなっている。
As shown in FIG. 2, the metal structure of the matrix in the valve seat 5 is a mixed phase structure having an austenite phase and a martensite phase, and the seat portion 14 on which the valve head 7 of the exhaust valve 6 is seated has a martensite structure. The abundance of the phase is larger than the abundance of the austenite phase. On the other hand, in the press-fitting portion 15 that is press-fitted into the recess 4 of the cylinder head 2, the abundance of the austenite phase is larger than the abundance of the martensite phase.

【0009】マトリックスの金属組織を前記のような混
相組織にすると、マルテンサイト相に因る脆化を、伸び
を有するオーステナイト相により補って、バルブシート
5の強度を向上させることができる。また圧入部15は
オーステナイト相の存在量が多く、その熱膨脹係数がシ
リンダヘッド構成材料であるAl合金のそれに近似する
ので、その圧入代を減らしてバルブシート5の薄肉化を
図ることが可能であり、これによりバルブシート5の内
径を拡張して排気効率を向上させることができる。一
方、着座部14はマルテンサイト相の存在量が多いの
で、エキゾーストバルブ6に因る叩かれ摩耗量が少な
く、その上エキゾーストバルブ6の摩耗を抑制すること
が可能である。
When the matrix has a metallographic structure of the mixed phase structure as described above, the strength of the valve seat 5 can be improved by supplementing the brittleness due to the martensite phase with the austenite phase having elongation. Further, since the press-fitting portion 15 has a large amount of austenite phase and its thermal expansion coefficient is close to that of the Al alloy which is the material for forming the cylinder head, it is possible to reduce the press-fitting allowance and to make the valve seat 5 thinner. As a result, the inner diameter of the valve seat 5 can be expanded and the exhaust efficiency can be improved. On the other hand, since the seating portion 14 has a large amount of the martensite phase, the amount of wear caused by the exhaust valve 6 being hit is small, and the wear of the exhaust valve 6 can be suppressed.

【0010】バルブシート5の製造に当っては、粉末冶
金法により、金属組織に少なくともオーステナイト相を
有するマトリックスを備えたFe系焼結素材を製造する
工程と、そのFe系焼結素材に時効、加工等による2次
硬化処理を施す工程とが用いられる。
In manufacturing the valve seat 5, a step of manufacturing an Fe-based sintered material having a matrix having at least an austenite phase in a metal structure by a powder metallurgy method, and aging of the Fe-based sintered material, And a step of performing a secondary hardening treatment by processing or the like.

【0011】Fe系焼結素材におけるマトリックスの金
属組織は、例えば、オーステナイト相のみからなる単相
組織か、オーステナイト相およびマルテンサイト相から
なる混相組織か、オーステナイト相およびパーライト相
からなる混相組織か、またはオーステナイト相、マルテ
ンサイト相およびパーライト相からなる混相組織であ
る。これらマトリックス中には微細なMC型またはM6
C型炭化物(ただし、Mは金属炭化物形成元素)が分散
している。
The metallic structure of the matrix in the Fe-based sintered material is, for example, a single-phase structure composed of only an austenite phase, a mixed-phase structure composed of an austenite phase and a martensite phase, or a mixed-phase structure composed of an austenite phase and a pearlite phase. Alternatively, it has a multiphase structure composed of an austenite phase, a martensite phase and a pearlite phase. Fine MC type or M 6 in these matrices
C-type carbides (where M is a metal carbide forming element) are dispersed.

【0012】二次硬化処理は、その処理を単独で行って
もよいが、簡便な方法としては、Fe系焼結素材を図
1,図2に示すようにエンジン1に組込んで、それを運
転することによって行われる。即ち、エンジン1の運転
に伴いFe系焼結素材が燃焼熱により加熱され、同時に
エキゾーストバルブ6のバルブヘッド7がFe系焼結素
材の着座部14に着座し、次いで離間し、これが繰返さ
れると、Fe系焼結素材には、着座部14で最も温度が
高く、一方、圧入部15で最も温度が低くなるような温
度分布が現出すると同時に着座部14ではエキゾースト
バルブ6による叩かれ加工が発生するので、着座部14
においては圧入部15に比べて相変化が急速に進行し、
その結果、着座部14ではマルテンサイト相の存在量が
オーステナイト相の存在量(残存量)よりも多くなり、
一方、圧入部15ではマルテンサイト相の存在量よりも
オーステナイト相の存在量(残存量)が多くなり、これ
によりバルブシート5が得られる。このような二次硬化
処理においては、前記相変化と共にマルテンサイト相内
における微細金属炭化物および金属間化合物の析出が発
生する。
The secondary hardening treatment may be carried out alone, but as a simple method, a Fe-based sintered material is incorporated into the engine 1 as shown in FIGS. It is done by driving. That is, when the Fe-based sintered material is heated by the combustion heat as the engine 1 is operated, the valve head 7 of the exhaust valve 6 is seated on the seat portion 14 of the Fe-based sintered material at the same time, and then separated, and this is repeated. In the Fe-based sintered material, a temperature distribution appears such that the seat portion 14 has the highest temperature and the press-fit portion 15 has the lowest temperature. At the same time, the seat portion 14 is struck by the exhaust valve 6 to be processed. Seat 14
In, the phase change progresses more rapidly than in the press-fitting section 15,
As a result, in the seating portion 14, the abundance of the martensite phase becomes larger than the abundance (remaining amount) of the austenite phase,
On the other hand, in the press-fitting portion 15, the existing amount (residual amount) of the austenite phase is larger than the existing amount of the martensite phase, whereby the valve seat 5 is obtained. In such a secondary hardening treatment, precipitation of fine metal carbides and intermetallic compounds occurs in the martensite phase together with the phase change.

【0013】次に、Fe系バルブシート5の組成につい
て説明する。このバルブシート5は、必須成分として金
属炭化物形成元素、オーステナイト形成元素およびCを
含有し、硬質粉末、Pおよび自己潤滑材を選択成分とす
るもので、残部は実質的にFe(Si、Mn、Sを含
む)である。 (a) 金属炭化物形成元素について この種元素には、W、Mo、V、Ti、Nb、Taおよ
びBから選択される少なくとも一種が該当し、これらの
元素をMとすると、それはMCまたはM6 Cで表わされ
る金属炭化物を形成する。金属炭化物形成元素の含有量
は、通常、0.4〜15重量%、好ましくは6〜12重
量%である。この元素の含有量が0.4重量%未満であ
ると、二次硬化による硬度の増大が十分ではなく、耐摩
耗性を十分に向上させることができないことがある。一
方、15重量%を超えると、焼結素材における炭化物析
出量が多くなり過ぎて硬度が必要以上に上昇し、切削性
の低下を招くことがある。ただし、V、TiおよびNb
は突角状炭化物を析出するのでこれらの少なくとも一種
を用いるときは、エンジンバルブに対する攻撃性を緩和
するため、その含有量は0.4〜2重量%であることが
好ましい。なお、W、Moを併用する場合には、15重
量%まで含有させてもよい。
Next, the composition of the Fe-based valve seat 5 will be described. The valve seat 5 contains a metal carbide forming element, an austenite forming element and C as essential components, and uses hard powder, P and a self-lubricating material as selective components, and the balance is substantially Fe (Si, Mn, (Including S). (A) Metal Carbide Forming Element At least one selected from W, Mo, V, Ti, Nb, Ta and B corresponds to this kind of element, and when these elements are M, it is MC or M 6 Form a metal carbide represented by C. The content of the metal carbide forming element is usually 0.4 to 15% by weight, preferably 6 to 12% by weight. If the content of this element is less than 0.4% by weight, the hardness may not be sufficiently increased by the secondary curing, and the wear resistance may not be sufficiently improved. On the other hand, if it exceeds 15% by weight, the amount of carbide precipitated in the sintered material becomes too large, the hardness is increased more than necessary, and the machinability may be deteriorated. However, V, Ti and Nb
When using at least one of these, it is preferable that the content thereof be 0.4 to 2% by weight in order to mitigate the aggressiveness to the engine valve. When W and Mo are used in combination, the content may be up to 15% by weight.

【0014】金属炭化物形成元素は焼結時にオーステナ
イト相内に粒径が通常2μm以下の微細なMC型または
6 C型炭化物を析出し、時効処理されることにより核
となってさらに成長すると同時に析出量を増す。一方、
マトリックス中のC量は、この金属炭化物量の増加に伴
い減少し、その結果、マルテンサイト変態点(以下、M
s点という)が上昇してマルテンサイト変態がエンジン
の環境温度である200〜400℃で発生する。 (b) オーステナイト形成元素について この種元素には、Ni、Co、CuおよびCrから選択
される少なくとも一種が該当する。このオーステナイト
形成元素はマトリックス中に含まれて耐熱性、耐蝕性お
よび強度を向上させる作用を有すると共に焼結時におけ
るマルテンサイト変態あるいはパーライト変態を抑制
し、また時効、エンジンバルブによる叩かれ加工等によ
りマルテンサイト変態を惹起して二次硬化するオーステ
ナイト相を形成する。さらに高温下に長時間保持される
と、マルテンサイト相にNi3 Ti、Ni3 Mo、Ni
3 Nb、NiAl等の硬度向上に寄与する金属間化合物
を析出する。
The metal carbide-forming element precipitates fine MC-type or M 6 C-type carbides having a grain size of usually 2 μm or less in the austenite phase during sintering, and becomes a nucleus by aging treatment to grow further. Increase the amount of precipitation. on the other hand,
The amount of C in the matrix decreases as the amount of this metal carbide increases, and as a result, the martensite transformation point (hereinafter, M
(referred to as s point), and martensitic transformation occurs at the engine environmental temperature of 200 to 400 ° C. (B) Austenite forming element At least one selected from Ni, Co, Cu and Cr corresponds to this kind of element. This austenite forming element is contained in the matrix and has the effect of improving heat resistance, corrosion resistance and strength, suppresses martensite transformation or pearlite transformation during sintering, and also by aging, beating by engine valves, etc. Martensitic transformation is induced to form an austenite phase that undergoes secondary hardening. When kept at high temperature for a long time, Ni 3 Ti, Ni 3 Mo, Ni
3 Precipitate intermetallic compounds such as Nb and NiAl that contribute to hardness improvement.

【0015】オーステナイト形成元素の含有量は、通
常、5〜35重量%、好ましくは10〜30重量%であ
る。この元素の含有量が5重量%未満であると、耐熱
性、耐蝕性および強度を十分に向上させることができ
ず、またオーステナイト相が十分に形成されないことが
ある。一方、含有量が35重量%を超えると、オーステ
ナイト相が安定化して二次硬化が起こらなくなることが
ある。 (c) Cについて Cは、Ms点を下げる作用を有し、その含有量は、通
常、0.2〜1.2重量%、好ましくは0.4〜0.8
重量%である。このC含有量が0.2重量%未満である
と、マトリックス中に遊離フェライトが析出して耐摩耗
性の向上が阻害されることがある。一方、含有量が1.
2重量%を超えると、焼結時においてマトリックス中に
遊離セメンタイトが析出して切削性が損なわれることが
あると共に、Ms点が100℃以下と低くなり過ぎて時
効等によるマルテンサイト変態が起こらず、したがって
二次硬化しなくなって硬度および耐摩耗性が向上しない
ことがある。なお、Cは炭素粉末その他の粉末からの拡
散によってマトリックス中に含まれるものをいい、例え
ば硬質相として添加されることのある炭化物中の炭素あ
るいはその他の硬質粉末に含有される結合炭素および遊
離炭素は除かれる。 (d) 硬質粉末について 硬質粉末は、マトリックス中に分散して耐摩耗性を向上
させる作用を有するが、この硬質粉末の分散量が多くな
ると、加工性および強度の低下を招くと共に、バルブシ
ートの製造コストが上昇する。これらの点を考慮する
と、硬質粉末の含有量の上限値は30重量%に設定され
る。
The content of the austenite forming element is usually 5 to 35% by weight, preferably 10 to 30% by weight. When the content of this element is less than 5% by weight, heat resistance, corrosion resistance and strength cannot be sufficiently improved, and an austenite phase may not be sufficiently formed. On the other hand, if the content exceeds 35% by weight, the austenite phase may be stabilized and secondary curing may not occur. (C) Regarding C C has an action of lowering the Ms point, and its content is usually 0.2 to 1.2% by weight, preferably 0.4 to 0.8.
% By weight. If the C content is less than 0.2% by weight, free ferrite may be precipitated in the matrix to hinder the improvement of wear resistance. On the other hand, the content is 1.
If it exceeds 2% by weight, free cementite may be precipitated in the matrix during sintering and machinability may be impaired, and the Ms point becomes too low at 100 ° C or lower to prevent martensitic transformation due to aging or the like. Therefore, the secondary hardening may not occur and the hardness and wear resistance may not be improved. In addition, C means that contained in the matrix by diffusion from carbon powder or other powders. For example, carbon in carbides that may be added as a hard phase or bonded carbon and free carbon contained in other hard powders. Is excluded. (D) Hard powder The hard powder has a function of improving the wear resistance by being dispersed in the matrix. However, when the amount of the hard powder dispersed is large, the workability and the strength are deteriorated, and at the same time, the hardness of the valve seat is increased. Manufacturing cost rises. Considering these points, the upper limit of the content of the hard powder is set to 30% by weight.

【0016】硬質粉末としては、例えばW−Cr−Co
−C系ステライト合金粉末、W−Cr−Co−C−Fe
系ステライト合金粉末、イートナイト系合金粉末、Mo
−Fe系合金粉末、Cr−Mo−V−C−Fe系合金粉
末、Co−Mo−Cr−Si系合金粉末、炭化物、酸化
物、窒化物等のセラミック粉末等が該当する。硬質粉末
の硬さHvは、通常、900以上である。 (e) Pについて Pは圧粉性の悪い高合金粉末の焼結時における粒子間の
焼結性を改善して高密度、高強度焼結体を形成する作用
を有する。Pの含有量は、通常、0.1〜0.6重量
%、好ましくは0.2〜0.4重量%である。この含有
量が0.1重量%未満であると、前記焼結性改善作用が
十分でないことがある。一方、含有量が0.6重量%を
超えると、粒界にステダイトが析出し、切削性、強靱性
の低下を招くことがある。なお、前記含有量範囲は積極
的にPを配合する場合に関するものであり、原料粉末中
に不可避的に含有される微量のPを含むものではない。 (f) 自己潤滑材について 自己潤滑材は単独添加またはFe粉末に含有されて用い
られ、マトリックスの粒界または粒内に析出する。自己
潤滑材としては、例えばフッ化物、硫化物、鉛酸化物等
が該当する。自己潤滑材の含有量は、通常、0.2〜5
重量%、好ましくは0.5〜3重量%である。この含有
量が0.2重量%未満であると、自己潤滑材の配合効
果、即ち、自己潤滑性の向上を図って耐摩耗性を向上さ
せる効果が十分でないことがある。一方、5重量%を超
えると、強度や耐蝕性の低下を招くことがある。
The hard powder is, for example, W-Cr-Co.
-C based stellite alloy powder, W-Cr-Co-C-Fe
Stellite alloy powder, Eatite alloy powder, Mo
Applicable are —Fe alloy powder, Cr—Mo—VC—Fe alloy powder, Co—Mo—Cr—Si alloy powder, and ceramic powders such as carbides, oxides and nitrides. The hardness Hv of the hard powder is generally 900 or more. (E) About P P has the function of improving the sinterability between particles during the sintering of a high alloy powder having a poor compacting property to form a high density and high strength sintered body. The content of P is usually 0.1 to 0.6% by weight, preferably 0.2 to 0.4% by weight. If the content is less than 0.1% by weight, the sinterability improving effect may not be sufficient. On the other hand, if the content exceeds 0.6% by weight, steadite may be precipitated at the grain boundaries, which may lead to a decrease in machinability and toughness. The above content range relates to the case where P is positively blended, and does not include a trace amount of P that is inevitably contained in the raw material powder. (F) Self-lubricating material The self-lubricating material is used by adding it alone or by being contained in the Fe powder, and is precipitated at the grain boundaries or in the grains of the matrix. Examples of self-lubricating materials include fluorides, sulfides, lead oxides, and the like. The content of the self-lubricating material is usually 0.2 to 5
%, Preferably 0.5 to 3% by weight. If the content is less than 0.2% by weight, the compounding effect of the self-lubricating material, that is, the effect of improving self-lubricating property to improve wear resistance may not be sufficient. On the other hand, if it exceeds 5% by weight, strength and corrosion resistance may be deteriorated.

【0017】Fe系焼結素材の製造において、その圧粉
体の密度は、通常、6.8g/cm3以上に設定される。
また焼結処理は各構成元素の酸化を防止するために非酸
化性雰囲気中で行われる。焼結温度および焼結時間につ
いては各成分の配合割合、圧粉体の形状、大きさ等によ
り異なるので一概に決定することは困難であるが、通
常、焼結温度は1100〜1200℃に、また焼結時間
は20〜60分間に設定される。この場合、焼結過程で
冷却速度を調節したり、またはFe系焼結素材の溶体化
処理を行うことによって、使用環境下でマルテンサイト
化し得るオーステナイト相をマトリックス中に形成させ
ることができる。Fe系焼結素材の硬さ、HR Bは約1
00以下であり、良好な加工性を有する。またその素材
は優れた耐摩耗性、耐熱性および強度を有し、その上良
好な耐蝕性を有するので、例えばアルコールを燃料とす
る機関のバルブシートに用いても、アルコールの燃焼で
生じたギ酸による腐蝕の影響が少ない。
In the production of the Fe-based sintered material, the density of the green compact is usually set to 6.8 g / cm 3 or more.
Further, the sintering process is performed in a non-oxidizing atmosphere in order to prevent the constituent elements from being oxidized. The sintering temperature and the sintering time are difficult to unconditionally determine because they vary depending on the blending ratio of each component, the shape and size of the green compact, etc., but normally the sintering temperature is 1100 to 1200 ° C. The sintering time is set to 20 to 60 minutes. In this case, an austenite phase capable of forming martensite in the use environment can be formed in the matrix by adjusting the cooling rate in the sintering process or performing solution treatment of the Fe-based sintered material. The hardness of Fe-based sintered material, H R B is about 1
It is 00 or less and has good workability. Further, since the material has excellent wear resistance, heat resistance and strength, and further has good corrosion resistance, for example, even when it is used for a valve seat of an engine that uses alcohol as a fuel, formic acid generated by the combustion of alcohol is used. There is little effect of corrosion due to.

【0018】次に具体例について説明する。Next, a specific example will be described.

【0019】表1は、Fe系バルブシートに関する実施
例(1)〜(4)および比較例の組成を示す。この組成
は、当然のことではあるが、Fe系焼結素材のそれと同
じである。
Table 1 shows compositions of Examples (1) to (4) and Comparative Examples relating to the Fe-based valve seat. This composition is, of course, the same as that of the Fe-based sintered material.

【0020】[0020]

【表1】 各バルブシート用Fe系焼結素材を製造すべく、Fe系
ベース粉末、第1硬質粉末、第2硬質粉末、第3硬質粉
末および自己潤滑材としてMnS粉末を用意した。
[Table 1] In order to manufacture the Fe-based sintered material for each valve seat, Fe-based base powder, first hard powder, second hard powder, third hard powder and MnS powder as a self-lubricating material were prepared.

【0021】表2は、Fe系ベース粉末の組成を示す。Table 2 shows the composition of the Fe-based base powder.

【0022】[0022]

【表2】 表3は第1〜第3硬質粉末を構成する合金粉末の組成を
示す。
[Table 2] Table 3 shows the composition of the alloy powder which comprises the 1st-3rd hard powder.

【0023】[0023]

【表3】 次に実施例(1)のバルブシート用Fe系焼結素材を次
のような方法で製造した。先ず、Fe系ベース粉末に対
して、0.6重量%のC粉末(黒鉛粉末)、4重量%の
Ni粉末、2重量%のCo粉末、10重量%の第1硬質
粉末、15重量%の第3硬質粉末および0.5重量%の
MnS粉末を配合して原料粉末を調製し、この原料粉末
に1.0重量%のステアリン酸亜鉛(金型用潤滑剤)を
添加しV型ブレンダにより15分間混合して混合粉末を
得た。
[Table 3] Next, the Fe-based sintered material for the valve seat of Example (1) was manufactured by the following method. First, with respect to the Fe-based base powder, 0.6 wt% C powder (graphite powder), 4 wt% Ni powder, 2 wt% Co powder, 10 wt% first hard powder, and 15 wt% A raw material powder was prepared by blending the third hard powder and 0.5% by weight of MnS powder, and 1.0% by weight of zinc stearate (lubricant for mold) was added to the raw material powder, and a V-type blender was used. Mixed for 15 minutes to obtain a mixed powder.

【0024】油圧プレス機を使用して混合粉末よりバル
ブシートに対応する形状の圧粉体を成形し、次いで圧粉
体に、AXガス炉を使用して1160℃、30分間の条
件下で焼結処理を施し、その後20℃/min の冷却速度
で冷却してFe系焼結素材を製造した。
A powder compact having a shape corresponding to the valve seat is formed from the mixed powder by using a hydraulic press machine, and then the compact is fired at 1160 ° C. for 30 minutes using an AX gas furnace. A binding treatment was applied, and then the Fe-based sintered material was manufactured by cooling at a cooling rate of 20 ° C./min.

【0025】このFe系焼結素材におけるマトリックス
の硬さHv0.025 は381であり、またオーステナイト
相の存在量は面積率で36.3%であった。
The hardness Hv 0.025 of the matrix in this Fe-based sintered material was 381, and the austenite phase content was 36.3% in area ratio.

【0026】次に、Fe系焼結素材に時効処理を施し
て、時効温度および時効時間と、硬さHv0.025 との関
係を調べたところ表4の結果を得た。
Next, the Fe-based sintered material was subjected to an aging treatment, and the relationship between the aging temperature and the aging time and the hardness Hv 0.025 was examined, and the results shown in Table 4 were obtained.

【0027】[0027]

【表4】 また、時効温度および時効温度と、残留オーステナイト
相の存在量(面積率)との関係を調べたところ表5の結
果を得た。
[Table 4] Further, when the relationship between the aging temperature and the aging temperature and the existing amount (area ratio) of the retained austenite phase was investigated, the results shown in Table 5 were obtained.

【0028】[0028]

【表5】 表4,表5から明らかなように、各時効温度において、
時効時間の経過と共に硬さが上昇すると共に残留オース
テナイト相の存在量が減少しており、これにより二次硬
化現象が発生していることが判る。したがって、Fe系
焼結素材をエンジンに組込んで、それを運転することに
より、その素材に200〜400℃にて二次硬化処理を
施し、着座部および圧入部の金属組織を前記のように特
定した実施例(1)のバルブシートを得ることができ
る。
[Table 5] As is clear from Table 4 and Table 5, at each aging temperature,
It is understood that the hardness increases as the aging time elapses and the existing amount of the retained austenite phase decreases, which causes the secondary hardening phenomenon. Therefore, by incorporating the Fe-based sintered material into the engine and operating it, the material is subjected to a secondary hardening treatment at 200 to 400 ° C., and the metal structure of the seating portion and the press-fitting portion is set as described above. The valve seat of the specified embodiment (1) can be obtained.

【0029】次に、実施例(2)のバルブシート用Fe
系焼結素材を次のような方法で製造した。先ず、Fe系
ベース粉末に対して、0.4重量%のC粉末(黒鉛粉
末)、6重量%のNi粉末、2重量%のCo粉末、10
重量%の第1硬質粉末、15重量%の第2硬質粉末およ
び0.5重量%のMnS粉末を配合して原料粉末を調製
し、この原料粉末に1.0重量%のステアリン酸亜鉛
(金型用潤滑剤)を添加しV型ブレンダにより15分間
混合して混合粉末を得た。
Next, Fe for valve seat of Example (2)
The sintered material was manufactured by the following method. First, 0.4 wt% of C powder (graphite powder), 6 wt% of Ni powder, 2 wt% of Co powder, and 10 wt% of the Fe-based base powder.
A raw material powder was prepared by blending 1% by weight of the first hard powder, 15% by weight of the second hard powder and 0.5% by weight of MnS powder, and 1.0% by weight of zinc stearate (gold Mold lubricant) was added and mixed for 15 minutes with a V-type blender to obtain a mixed powder.

【0030】油圧プレス機を使用して混合粉末よりバル
ブシートに対応する形状の圧粉体を成形し、次いで圧粉
体に、AXガス炉を使用して1160℃、30分間の条
件下で焼結処理を施し、その後20℃/min の冷却速度
で冷却してFe系焼結素材を製造した。
A powder compact having a shape corresponding to the valve seat is formed from the mixed powder by using a hydraulic press machine, and then the compact is fired at 1160 ° C. for 30 minutes using an AX gas furnace. A binding treatment was applied, and then the Fe-based sintered material was manufactured by cooling at a cooling rate of 20 ° C./min.

【0031】このFe系焼結素材におけるマトリックス
の硬さHv0.025 は475であり、またオーステナイト
相の存在量は面積率で33.5%であった。
The hardness Hv 0.025 of the matrix in this Fe-based sintered material was 475, and the existing amount of the austenite phase was 33.5% in area ratio.

【0032】次に、Fe系焼結素材に時効処理を施し
て、時効温度および時効時間と、硬さHv0.025 との関
係を調べたところ、表6の結果を得た。
Next, the Fe-based sintered material was subjected to an aging treatment, and the relationship between the aging temperature and the aging time and the hardness Hv 0.025 was examined, and the results shown in Table 6 were obtained.

【0033】[0033]

【表6】 また、時効温度および時効温度と、残留オーステナイト
相の存在量(面積率)との関係を調べたところ表7の結
果を得た。
[Table 6] Further, when the relationship between the aging temperature and the aging temperature and the existing amount (area ratio) of the retained austenite phase was investigated, the results shown in Table 7 were obtained.

【0034】[0034]

【表7】 表6,表7から明らかなように、各時効温度において、
時効時間の経過と共に硬さが上昇すると共に残留オース
テナイト相の存在量が減少しており、これにより二次硬
化現象が発生していることが判る。したがって、前記同
様にFe系焼結素材をエンジンに組込んで、それを運転
することにより、その素材に200〜400℃にて二次
硬化処理を施し、着座部および圧入部の金属組織を前記
のように特定した実施例(2)のバルブシートを得るこ
とができる。
[Table 7] As is clear from Table 6 and Table 7, at each aging temperature,
It is understood that the hardness increases as the aging time elapses and the existing amount of the retained austenite phase decreases, which causes the secondary hardening phenomenon. Therefore, as in the above, by incorporating the Fe-based sintered material into the engine and operating it, the material is subjected to a secondary hardening treatment at 200 to 400 ° C. The valve seat of the embodiment (2) specified as above can be obtained.

【0035】次に実施例(3)のバルブシート用Fe系
焼結素材を次のような方法で製造した。先ず、Fe系ベ
ース粉末に対して、0.4重量%のC粉末(黒鉛粉
末)、6重量%のNi粉末、2重量%のCo粉末、10
重量%の第1硬質粉末、15重量%の第2硬質粉末およ
び0.2重量%のP粉末を配合して原料粉末を調製し、
この原料粉末に1.0重量%のステアリン酸亜鉛(金型
用潤滑剤)を添加しV型ブレンダにより15分間混合し
て混合粉末を得た。
Next, the Fe-based sintered material for valve seat of Example (3) was manufactured by the following method. First, 0.4 wt% of C powder (graphite powder), 6 wt% of Ni powder, 2 wt% of Co powder, and 10 wt% of the Fe-based base powder.
A raw material powder is prepared by blending 1% by weight of the first hard powder, 15% by weight of the second hard powder and 0.2% by weight of P powder.
To this raw material powder, 1.0% by weight of zinc stearate (lubricant for mold) was added and mixed with a V-type blender for 15 minutes to obtain a mixed powder.

【0036】油圧プレス機を使用して混合粉末よりバル
ブシートに対応する形状の圧粉体を成形し、次いで圧粉
体に、AXガス炉を使用して1160℃、30分間の条
件下で焼結処理を施し、その後20℃/min の冷却速度
で冷却してFe系焼結素材を製造した。
Using a hydraulic press, a green compact having a shape corresponding to the valve seat is formed from the mixed powder, and then the green compact is fired at 1160 ° C. for 30 minutes using an AX gas furnace. A binding treatment was applied, and then the Fe-based sintered material was manufactured by cooling at a cooling rate of 20 ° C./min.

【0037】このFe系焼結素材におけるマトリックス
の硬さHv0.025 は564であり、またオーステナイト
相の存在量は面積率で35%であった。
The hardness Hv 0.025 of the matrix in this Fe-based sintered material was 564, and the austenite phase content was 35% in area ratio.

【0038】さらに実施例(4)のバルブシート用Fe
系焼結素材を次のような方法で製造した。先ず、Fe系
ベース粉末に対して、0.6重量%のC粉末(黒鉛粉
末)、4重量%のNi粉末、2重量%のCo粉末、10
重量%の第1硬質粉末、15重量%の第2硬質粉末およ
び0.2重量%のP粉末を配合して原料粉末を調製し、
この原料粉末に1.0重量%のステアリン酸亜鉛(金型
用潤滑剤)を添加しV型ブレンダにより15分間混合し
て混合粉末を得た。
Further, Fe for valve seat of Example (4)
The sintered material was manufactured by the following method. First, 0.6% by weight of C powder (graphite powder), 4% by weight of Ni powder, 2% by weight of Co powder, and 10% by weight of Fe-based base powder.
A raw material powder is prepared by blending 1% by weight of the first hard powder, 15% by weight of the second hard powder and 0.2% by weight of P powder.
To this raw material powder, 1.0% by weight of zinc stearate (lubricant for mold) was added and mixed with a V-type blender for 15 minutes to obtain a mixed powder.

【0039】油圧プレス機を使用して混合粉末よりバル
ブシートに対応する形状の圧粉体を成形し、次いで圧粉
体に、AXガス炉を使用して1160℃、30分間の条
件下で焼結処理を施し、その後20℃/min の冷却速度
で冷却してFe系焼結素材を製造した。
Using a hydraulic press, a green compact having a shape corresponding to the valve seat was formed from the mixed powder, and then the green compact was baked at 1160 ° C. for 30 minutes using an AX gas furnace. A binding treatment was applied, and then the Fe-based sintered material was manufactured by cooling at a cooling rate of 20 ° C./min.

【0040】このFe系焼結素材におけるマトリックス
の硬さHv0.025 は425であり、またオーステナイト
相の存在量は面積率で40%であった。
The hardness Hv 0.025 of the matrix in this Fe-based sintered material was 425, and the austenite phase content was 40% in area ratio.

【0041】次に、実施例(1)〜(3)に対応するF
e系焼結素材および比較例に対応するFe系焼結素材を
エンジンのエキゾーストポート側に組込んでそのエンジ
ンを運転することによって、それら素材に対応するバル
ブシートを得ると共にそれらの着座部およびエキゾース
トバルブにおけるバルブヘッドの摩耗状況を調べたとこ
ろ図3の結果を得た。なお、比較例バルブシートにおけ
るマトリックスの金属組織はパーライト相より構成され
ていた。
Next, F corresponding to the embodiments (1) to (3)
By incorporating the e-based sintered material and the Fe-based sintered material corresponding to the comparative example into the exhaust port side of the engine and operating the engine, a valve seat corresponding to those materials is obtained and their seats and exhausts are obtained. When the wear condition of the valve head in the valve was examined, the results shown in FIG. 3 were obtained. The metallic structure of the matrix in the comparative valve sheet was composed of the pearlite phase.

【0042】エンジンの運転条件は、カム回転数 30
00rpm 、バルブローテーション20rpm 、運転時間
約9時間(コンタクト数1.6×106 回)、エンジン
温度 200℃、バルブスプリング荷重 25kg(セッ
ト)、62kg(リフト)、エキゾーストバルブ材料 N
CF440(インコネル相当材)である。
The operating condition of the engine is that the cam rotation speed is 30
00 rpm, valve rotation 20 rpm, operating time
Approx. 9 hours (1.6 x 10 6 contacts), engine temperature 200 ° C, valve spring load 25 kg (set), 62 kg (lift), exhaust valve material N
CF440 (material equivalent to Inconel).

【0043】図3から、実施例(1)〜(3)は比較例
に比べて耐摩耗性に優れており、またエキゾーストバル
ブの摩耗も抑制されていることが明らかである。
It is apparent from FIG. 3 that Examples (1) to (3) have better wear resistance than the Comparative Example and that the exhaust valve is also suppressed from wearing.

【0044】なお、本発明に係るバルブシートはインテ
ークポート側にも適用される。
The valve seat according to the present invention is also applied to the intake port side.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明によれば、前記のように金属組織
を特定することによって、高強度であると共に優れた耐
摩耗性を有し、その上、相手部材であるエンジンバルブ
の摩耗を抑制することができ、さらに薄肉化を達成し得
るバルブシートを提供することができる。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, by specifying the metal structure as described above, it has high strength and excellent wear resistance, and further suppresses wear of the engine valve which is a counterpart member. Further, it is possible to provide a valve seat that can achieve further thinning.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】エンジンの要部断面図である。FIG. 1 is a sectional view of an essential part of an engine.

【図2】バルブシートの要部拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part of a valve seat.

【図3】バルブシートおよびエキゾーストバルブの摩耗
状況を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing wear conditions of a valve seat and an exhaust valve.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 エンジン 2 シリンダヘッド 5 バルブシート 6 エキゾーストバルブ(エンジンバルブ) 14 着座部 15 圧入部 1 Engine 2 Cylinder Head 5 Valve Seat 6 Exhaust Valve (Engine Valve) 14 Seating Part 15 Press Fitting Part

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂 勉 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 川村 治 栃木県下都賀郡野木町野木1111番地 日本 ピストンリング株式会社栃木工場内 (72)発明者 高橋 輝夫 栃木県下都賀郡野木町野木1111番地 日本 ピストンリング株式会社栃木工場内 (72)発明者 垣内 新 栃木県下都賀郡野木町野木1111番地 日本 ピストンリング株式会社栃木工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Tsutomu Saka, 1-4-1, Chuo, Wako-shi, Saitama, Honda R & D Co., Ltd. (72) Inventor, Osamu Kawamura 1111 Nogi, Nogi-cho, Shimotsuga-gun, Tochigi Japan Piston Ring Co., Ltd.Tochigi Plant (72) Inventor Teruo Takahashi 1111 Nogi, Nogi-cho, Shimotsuga-gun, Tochigi Japan Piston Ring Co., Ltd. Tochigi Plant (72) Inventor Shin 1111 Nogi, Nogi-cho, Shimotsuga-gun, Tochigi Japan Piston Ring Stocks Company Tochigi factory

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 エンジン(1)のAl合金製シリンダヘ
ッド(2)に圧入されるFe系バルブシート(5)にお
いて、マトリックスの金属組織がオーステナイト相およ
びマルテンサイト相を有する混相組織であり、エンジン
バルブ(6)が着座する着座部(14)では、マルテン
サイト相の存在量がオーステナイト相の存在量よりも多
く、一方、前記シリンダヘッド(2)に圧入される圧入
部(15)では、オーステナイト相の存在量がマルテン
サイト相の存在量よりも多くなっていることを特徴とす
るエンジン用バルブシート。
1. An Fe-based valve seat (5) press-fitted into an Al alloy cylinder head (2) of an engine (1), wherein the matrix metallographic structure is a mixed phase structure having an austenite phase and a martensite phase. In the seating part (14) on which the valve (6) is seated, the amount of the martensite phase is larger than that of the austenite phase, while in the press-fitting part (15) press-fitted into the cylinder head (2), the austenite phase is present. A valve seat for an engine, characterized in that the abundance of phases is greater than the abundance of martensite phases.
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