JPH06179937A - バルブシート用焼結合金 - Google Patents
バルブシート用焼結合金Info
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- JPH06179937A JPH06179937A JP33190792A JP33190792A JPH06179937A JP H06179937 A JPH06179937 A JP H06179937A JP 33190792 A JP33190792 A JP 33190792A JP 33190792 A JP33190792 A JP 33190792A JP H06179937 A JPH06179937 A JP H06179937A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 往復動内燃機関（エンジン）の焼結合金製の
バルブシートに関し、過酷な摩耗条件、特に、フェース
面に酸化膜が形成されない摩耗条件の下で使用でき、そ
れ自身の耐摩耗性が優れかつ相手攻撃性の小さいバルブ
シート用焼結合金を提供する。 【構成】 １．０〜１．３ wt％の炭素、１．５〜３．
４ wt％のクロム、鉄および不可避的不純物の残部とか
らなる焼結合金スケルトンのマトリックス中に、硬度Ｈ
Ｖ５００〜９００の硬質合金粒子（Ａ）と、硬度ＨＶ１
０００以上の硬質合金粒子（Ｂ）と、硬度ＨＶ１５００
以上のセラミックス粒子（Ｃ）と、ＣａＦ 2 粒子（Ｄ）
とが、 Ａ ： ２０ 〜３０ wt％ Ｂ ： １ 〜１０ wt％ Ｃ ： １ 〜１０ wt％ Ｄ ： ０．５〜 ７ wt％ （Ａ＋Ｂ＋Ｃ： ４０ wt％未満） の割合で分散されており、かつ、スケルトンの空孔に１
０〜２０wt％溶浸されているようにバルブシート用焼結
合金を構成する。
バルブシートに関し、過酷な摩耗条件、特に、フェース
面に酸化膜が形成されない摩耗条件の下で使用でき、そ
れ自身の耐摩耗性が優れかつ相手攻撃性の小さいバルブ
シート用焼結合金を提供する。 【構成】 １．０〜１．３ wt％の炭素、１．５〜３．
４ wt％のクロム、鉄および不可避的不純物の残部とか
らなる焼結合金スケルトンのマトリックス中に、硬度Ｈ
Ｖ５００〜９００の硬質合金粒子（Ａ）と、硬度ＨＶ１
０００以上の硬質合金粒子（Ｂ）と、硬度ＨＶ１５００
以上のセラミックス粒子（Ｃ）と、ＣａＦ 2 粒子（Ｄ）
とが、 Ａ ： ２０ 〜３０ wt％ Ｂ ： １ 〜１０ wt％ Ｃ ： １ 〜１０ wt％ Ｄ ： ０．５〜 ７ wt％ （Ａ＋Ｂ＋Ｃ： ４０ wt％未満） の割合で分散されており、かつ、スケルトンの空孔に１
０〜２０wt％溶浸されているようにバルブシート用焼結
合金を構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、往復動内燃機関（エン
ジン）のバルブシート、より詳しくは、焼結合金製のバ
ルブシートに関する。
ジン）のバルブシート、より詳しくは、焼結合金製のバ
ルブシートに関する。
【０００２】
【従来の技術】バルブシートはエンジンの吸気および排
気バルブと接触するように配置されて使用されるので、
過酷な熱的・機械的負荷が加わるために、高度の耐熱性
・耐摩耗性が要求されている。そこで、高硬度の高合金
粉末粒子をマトリックス中に分散させることによって、
耐摩耗性を高めた鉄系焼結合金のバルブシートが提案さ
れている（例えば、特公昭５０−１４６０３号公報での
モリブデン（Ｍｏ）粒子、特公昭５７−１９１８８号公
報でのＣ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｎｂ−Ｆｅ粒子など、さ
らにマトリックス中に二種類の硬質粒子を分散させたも
のとして、特公昭５１−４４４８３号公報でのＣ−Ｃｒ
−Ｗ−Ｃｏ−ＦｅおよびＦｅ−Ｍｏ粒子、特公昭５１−
１３０９３号公報でのＣ−Ｃｒ−Ｗ−Ｃｏ−Ｆｅ、Ｆｅ
−Ｍｏ粒子など）。これらの硬質粒子のうちで、Ｆｅ−
Ｍｏ、Ｃ−Ｃｒ−Ｗ−Ｃｏ−Ｆｅは硬度が高く、Ｃ−Ｃ
ｒ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｎｂ−Ｆｅは中程度の硬度であるとい
う特徴を有していた。その他ＮｉやＣｒをマトリックス
に添加して、マトリックス自体の強度、耐熱性を向上さ
せることも行われている。
気バルブと接触するように配置されて使用されるので、
過酷な熱的・機械的負荷が加わるために、高度の耐熱性
・耐摩耗性が要求されている。そこで、高硬度の高合金
粉末粒子をマトリックス中に分散させることによって、
耐摩耗性を高めた鉄系焼結合金のバルブシートが提案さ
れている（例えば、特公昭５０−１４６０３号公報での
モリブデン（Ｍｏ）粒子、特公昭５７−１９１８８号公
報でのＣ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｎｂ−Ｆｅ粒子など、さ
らにマトリックス中に二種類の硬質粒子を分散させたも
のとして、特公昭５１−４４４８３号公報でのＣ−Ｃｒ
−Ｗ−Ｃｏ−ＦｅおよびＦｅ−Ｍｏ粒子、特公昭５１−
１３０９３号公報でのＣ−Ｃｒ−Ｗ−Ｃｏ−Ｆｅ、Ｆｅ
−Ｍｏ粒子など）。これらの硬質粒子のうちで、Ｆｅ−
Ｍｏ、Ｃ−Ｃｒ−Ｗ−Ｃｏ−Ｆｅは硬度が高く、Ｃ−Ｃ
ｒ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｎｂ−Ｆｅは中程度の硬度であるとい
う特徴を有していた。その他ＮｉやＣｒをマトリックス
に添加して、マトリックス自体の強度、耐熱性を向上さ
せることも行われている。
【０００３】一般的に、エンジンの運転中にバルブシー
トに発生する酸化膜は、バルブとの間に介在して、バル
ブシートとバルブとの金属間接触を防止して、凝着摩耗
や焼付を防止する作用がある。しかしながら、ガスエン
ジン（例えば、コージェネレータ用）や水素エンジン等
の特殊な燃料のエンジンの場合に、燃焼が完全燃焼に近
いため、バルブシートに酸化膜がほとんど形成されな
い。このような特殊燃料の使用と過酷な負荷条件下で
は、上述したバルブシート材料を採用することができな
い。そこで、このようなエンジンに使用するバルブシー
トは、例えば、鉛合金を溶浸した焼結材料やＣａＦ2 を
添加した焼結材料（特開平３−２２５００８号公報参
照）が採用されている。
トに発生する酸化膜は、バルブとの間に介在して、バル
ブシートとバルブとの金属間接触を防止して、凝着摩耗
や焼付を防止する作用がある。しかしながら、ガスエン
ジン（例えば、コージェネレータ用）や水素エンジン等
の特殊な燃料のエンジンの場合に、燃焼が完全燃焼に近
いため、バルブシートに酸化膜がほとんど形成されな
い。このような特殊燃料の使用と過酷な負荷条件下で
は、上述したバルブシート材料を採用することができな
い。そこで、このようなエンジンに使用するバルブシー
トは、例えば、鉛合金を溶浸した焼結材料やＣａＦ2 を
添加した焼結材料（特開平３−２２５００８号公報参
照）が採用されている。
【０００４】鉛溶浸の焼結材料では、素材焼結後に鉛浴
等を用いて再度加熱して溶浸する必要があって、生産性
が劣り、さらに、鉛溶浸時に蒸発する鉛が溶浸炉の耐久
性を低下させたり、作業環境を悪化させる。また、特開
平３−２２５００８号公報のＣａＦ2 添加焼結材料で
は、焼結後に鍛造を施し、再度焼結するので生産性が一
層劣る。
等を用いて再度加熱して溶浸する必要があって、生産性
が劣り、さらに、鉛溶浸時に蒸発する鉛が溶浸炉の耐久
性を低下させたり、作業環境を悪化させる。また、特開
平３−２２５００８号公報のＣａＦ2 添加焼結材料で
は、焼結後に鍛造を施し、再度焼結するので生産性が一
層劣る。
【０００５】そこで、本発明者は、硬度の異なる二種類
の硬質粒子とＣａＦ2 をマトリックス中に分散させたバ
ルブシート用焼結合金を特願平４−１３２４９号（平成
４年１月２８日出願）で提案した。また、Al2O3 を含む
非金属鉱物、硬質合金粒子をマトリックスに分散した焼
結合金が特開平２−１２０５２号公報で提案されてい
る。
の硬質粒子とＣａＦ2 をマトリックス中に分散させたバ
ルブシート用焼結合金を特願平４−１３２４９号（平成
４年１月２８日出願）で提案した。また、Al2O3 を含む
非金属鉱物、硬質合金粒子をマトリックスに分散した焼
結合金が特開平２−１２０５２号公報で提案されてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】内燃機関の高出力化に
伴い、バルブシートはより高度の耐熱性、耐摩耗性が必
要になり、特に、フェース面に酸化膜が形成されない摩
耗条件下で、あるいは、酸化膜自体の耐摩耗性・潤滑性
では対応しきれないような過酷な摩耗条件下において
は、硬質合金粒子と固体潤滑剤（ＣａＦ2 ）を分散させ
た焼結合金は、高温時での自分自身の耐摩耗性が十分で
なく、一方、硬質合金粒子とセラミックス粒子（Al
2O3 ）を分散させた焼結合金は相手材のバルブに対する
攻撃性が大きい。
伴い、バルブシートはより高度の耐熱性、耐摩耗性が必
要になり、特に、フェース面に酸化膜が形成されない摩
耗条件下で、あるいは、酸化膜自体の耐摩耗性・潤滑性
では対応しきれないような過酷な摩耗条件下において
は、硬質合金粒子と固体潤滑剤（ＣａＦ2 ）を分散させ
た焼結合金は、高温時での自分自身の耐摩耗性が十分で
なく、一方、硬質合金粒子とセラミックス粒子（Al
2O3 ）を分散させた焼結合金は相手材のバルブに対する
攻撃性が大きい。
【０００７】本発明の目的は、過酷な摩耗条件、特に、
フェース面に酸化膜が形成されない摩耗条件の下で使用
でき、それ自身の耐摩耗性が優れかつ相手攻撃性の小さ
いバルブシート用焼結合金を提供することである。
フェース面に酸化膜が形成されない摩耗条件の下で使用
でき、それ自身の耐摩耗性が優れかつ相手攻撃性の小さ
いバルブシート用焼結合金を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述の目的が、下記組
成： 炭素： １．０〜１．３ wt％ クロム： １．５〜３．４ wt％ 鉄および不可避的不純物： 残部 からなる焼結合金スケルトンのマトリックス中に、硬度
ＨＶ５００〜９００の硬質合金粒子（Ａ）と、硬度ＨＶ
１０００以上の硬質合金粒子（Ｂ）と、硬度ＨＶ１５０
０以上のセラミックス粒子（Ｃ）と、ＣａＦ2 粒子
（Ｄ）とが、 Ａ ： ２０ 〜３０ wt％ Ｂ ： １ 〜１０ wt％ Ｃ ： １ 〜１０ wt％ Ｄ ： ０．５〜 ７ wt％ （Ａ＋Ｂ＋Ｃ： ４０ wt％未満） の割合で分散されており、かつ、スケルトンの空孔に銅
ないし銅合金が１０〜２０wt％溶浸されていることを特
徴とするバルブシート用焼結合金によって達成される。
成： 炭素： １．０〜１．３ wt％ クロム： １．５〜３．４ wt％ 鉄および不可避的不純物： 残部 からなる焼結合金スケルトンのマトリックス中に、硬度
ＨＶ５００〜９００の硬質合金粒子（Ａ）と、硬度ＨＶ
１０００以上の硬質合金粒子（Ｂ）と、硬度ＨＶ１５０
０以上のセラミックス粒子（Ｃ）と、ＣａＦ2 粒子
（Ｄ）とが、 Ａ ： ２０ 〜３０ wt％ Ｂ ： １ 〜１０ wt％ Ｃ ： １ 〜１０ wt％ Ｄ ： ０．５〜 ７ wt％ （Ａ＋Ｂ＋Ｃ： ４０ wt％未満） の割合で分散されており、かつ、スケルトンの空孔に銅
ないし銅合金が１０〜２０wt％溶浸されていることを特
徴とするバルブシート用焼結合金によって達成される。
【０００９】そして、硬質合金粒子（Ａ）が下記組成： 炭素： １〜 ４ wt％ クロム： １０〜３０ wt％ ニッケル： ２〜１５ wt％ モリブデン：１０〜３０ wt％ コバルト： ２０〜４０ wt％ ニオブ： １〜 ５ wt％ 鉄および不可避的不純物： 残部 の合金粉末粒子であり、および硬質合金粒子（Ｂ）がフ
ェロモリブデン粒子であり、セラミックス粒子（Ｃ）が
窒化チタン粒子であることが好ましい。
ェロモリブデン粒子であり、セラミックス粒子（Ｃ）が
窒化チタン粒子であることが好ましい。
【００１０】スケルトンのマトリックスが金型用合金工
具鋼、特に、ＳＫＤ１１（ＪＩＳＧ ４４０４）で強化
されていることが望ましい。さらに、スケルトンのマト
リックスが焼戻しマルテンサイト組織を有することも好
ましい。
具鋼、特に、ＳＫＤ１１（ＪＩＳＧ ４４０４）で強化
されていることが望ましい。さらに、スケルトンのマト
リックスが焼戻しマルテンサイト組織を有することも好
ましい。
【００１１】
【作用】本発明では、マトリックス中の分散粒子が、硬
質合金粒子と固体潤滑剤（ＣａＦ2 ）だけであると高温
時での耐摩耗性が十分でなく、また、硬質合金粒子とセ
ラミックス粒子（Al2O3 ）だけであると相手材攻撃性が
大きいことを考慮して、これら硬質合金粒子、固体潤滑
剤およびセラミックス粒子を併用して、耐摩耗性を向上
させかつ相手攻撃性を小さくする。ＣａＦ2 粒子を固体
潤滑剤として用いて、金属接触による凝着摩耗を抑制
し、焼結合金のマトリックス中に分散させる硬度の異な
る３種類の粒子とその割合との最適化およびマトリック
スの強化を図ることにより、バルブシート（焼結合金）
自身の摩耗が少なく、かつ摺接相手材のバルブを摩耗さ
せることが少ないようにしている。そして、これら４種
類の粒子とマトリックスからなる焼結スケルトンだけで
は、強度が十分でないので、これを補償するために銅な
いし銅合金の溶浸を行っている。さらに、金型用合金工
具鋼（ＳＫＤ１１）粒子を添加してマトリックスの耐熱
性を向上させている。
質合金粒子と固体潤滑剤（ＣａＦ2 ）だけであると高温
時での耐摩耗性が十分でなく、また、硬質合金粒子とセ
ラミックス粒子（Al2O3 ）だけであると相手材攻撃性が
大きいことを考慮して、これら硬質合金粒子、固体潤滑
剤およびセラミックス粒子を併用して、耐摩耗性を向上
させかつ相手攻撃性を小さくする。ＣａＦ2 粒子を固体
潤滑剤として用いて、金属接触による凝着摩耗を抑制
し、焼結合金のマトリックス中に分散させる硬度の異な
る３種類の粒子とその割合との最適化およびマトリック
スの強化を図ることにより、バルブシート（焼結合金）
自身の摩耗が少なく、かつ摺接相手材のバルブを摩耗さ
せることが少ないようにしている。そして、これら４種
類の粒子とマトリックスからなる焼結スケルトンだけで
は、強度が十分でないので、これを補償するために銅な
いし銅合金の溶浸を行っている。さらに、金型用合金工
具鋼（ＳＫＤ１１）粒子を添加してマトリックスの耐熱
性を向上させている。
【００１２】マトリックスの組成について、炭素（Ｃ）
はマトリックスを強化し、急冷によるマルテンサイト組
織を与える。このＣ量が、1.０wt％未満では、十分なマ
ルテンサイト組織が得られず、一方、1.３wt％を越える
とセメンタイトが析出し脆化する。クロム（Ｃｒ）はマ
トリックスに固溶してその高温強度を高め、硬質合金粒
子の脱落あるいはマトリックスへの沈み込みを防止す
る。このＣｒ量が、1.５wt％未満では、これらの効果が
乏しく、一方、3.４wt％を越えると、添加の割に高温強
度の改善が少なく、焼結性が阻害される。
はマトリックスを強化し、急冷によるマルテンサイト組
織を与える。このＣ量が、1.０wt％未満では、十分なマ
ルテンサイト組織が得られず、一方、1.３wt％を越える
とセメンタイトが析出し脆化する。クロム（Ｃｒ）はマ
トリックスに固溶してその高温強度を高め、硬質合金粒
子の脱落あるいはマトリックスへの沈み込みを防止す
る。このＣｒ量が、1.５wt％未満では、これらの効果が
乏しく、一方、3.４wt％を越えると、添加の割に高温強
度の改善が少なく、焼結性が阻害される。
【００１３】マトリックス中に分散する２種類の硬質合
金粒子（Ａ）および（Ｂ）は、マトリックスの耐摩耗性
を高めるものであり、硬度ＨＶ５００〜９００の硬質合
金粒子（Ａ）のみでは、マトリックスの摩耗が大きくな
り、他方、硬度ＨＶ１０００以上の硬質合金粒子（Ｂ）
のみでは相手材バルブの摩耗が大きくなってしまうの
で、バランスを考慮してこれら２種類の硬質合金粒子を
併用する。
金粒子（Ａ）および（Ｂ）は、マトリックスの耐摩耗性
を高めるものであり、硬度ＨＶ５００〜９００の硬質合
金粒子（Ａ）のみでは、マトリックスの摩耗が大きくな
り、他方、硬度ＨＶ１０００以上の硬質合金粒子（Ｂ）
のみでは相手材バルブの摩耗が大きくなってしまうの
で、バランスを考慮してこれら２種類の硬質合金粒子を
併用する。
【００１４】硬質合金粒子（Ａ）の割合が、２０wt％未
満では十分な耐摩耗性が得られず、３０wt％を越えると
該硬質粒子とマトリックスとの結合力が低下し、粉末成
形時にクラックが入りやすくなって成形が難しくなり、
成形用金型の寿命が短くなり、かつ焼結時の寸法変化
（収縮）が大きいものとなる。そして、硬質合金粒子
（Ｂ）の割合が、１wt％未満では添加の効果がなく、１
０wt％を越えると粉末成形時にクラックが入りやすくな
って成形が難しくなり、成形用金型の寿命が短くなり、
かつ相手材のバルブフェース部の摩耗が大きくなってし
まう。硬質合金粒子（Ａ）は、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｍ
ｏ、Ｆｅ−Ｎｂ、Ｎｉ、Ｃｏ、黒鉛などの材料を下記の
組成となるように配合し、溶解し、鋳造して鋼塊とし、
該鋼塊を機械的に粉砕し、分級して１５０メッシュ以下
の合金粉末としたものが好ましい。
満では十分な耐摩耗性が得られず、３０wt％を越えると
該硬質粒子とマトリックスとの結合力が低下し、粉末成
形時にクラックが入りやすくなって成形が難しくなり、
成形用金型の寿命が短くなり、かつ焼結時の寸法変化
（収縮）が大きいものとなる。そして、硬質合金粒子
（Ｂ）の割合が、１wt％未満では添加の効果がなく、１
０wt％を越えると粉末成形時にクラックが入りやすくな
って成形が難しくなり、成形用金型の寿命が短くなり、
かつ相手材のバルブフェース部の摩耗が大きくなってし
まう。硬質合金粒子（Ａ）は、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｍ
ｏ、Ｆｅ−Ｎｂ、Ｎｉ、Ｃｏ、黒鉛などの材料を下記の
組成となるように配合し、溶解し、鋳造して鋼塊とし、
該鋼塊を機械的に粉砕し、分級して１５０メッシュ以下
の合金粉末としたものが好ましい。
【００１５】炭素： １〜 ４ wt％ クロム： １０〜３０ wt％ ニッケル： ２〜１５ wt％ モリブデン：１０〜３０ wt％ コバルト： ２０〜４０ wt％ ニオブ： １〜 ５ wt％ 鉄および不可避的不純物： 残部 この合金粉末粒子はこの組成範囲内で該粒子の硬度（Ｈ
Ｖ５００〜９００）を含めた機械的特性を適宜調整でき
る。なお、この合金粉末は本出願人が特公昭５７−１９
１８８号公報にて提案したものである。
Ｖ５００〜９００）を含めた機械的特性を適宜調整でき
る。なお、この合金粉末は本出願人が特公昭５７−１９
１８８号公報にて提案したものである。
【００１６】そして、硬質合金粒子（Ｂ）は、２００メ
ッシュ以下の低炭素フェロモリブデン粒子（粉末）であ
ることが好ましいが、硬度ＨＶ１０００以上に硬い粒子
であれば、タングステン（Ｗ）を含む高合金（Ｃ−Ｃｒ
−Ｗ−Ｃｏ系合金やＣ−Ｃｒ−Ｗ−Ｆｅ系合金）の硬質
粒子などであってもよい。
ッシュ以下の低炭素フェロモリブデン粒子（粉末）であ
ることが好ましいが、硬度ＨＶ１０００以上に硬い粒子
であれば、タングステン（Ｗ）を含む高合金（Ｃ−Ｃｒ
−Ｗ−Ｃｏ系合金やＣ−Ｃｒ−Ｗ−Ｆｅ系合金）の硬質
粒子などであってもよい。
【００１７】セラミックス粒子（Ｃ）はその硬度が高く
かつ安定な窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化珪素（Ｓｉ
Ｎ3 ）などが使用でき、１wt％未満では高温時の耐摩耗
性が十分でなく、１０wt％を越えると成形性が阻害さ
れ、強度および靱性の低下を招き、かつ相手材への攻撃
性が大きくなってしまう。
かつ安定な窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化珪素（Ｓｉ
Ｎ3 ）などが使用でき、１wt％未満では高温時の耐摩耗
性が十分でなく、１０wt％を越えると成形性が阻害さ
れ、強度および靱性の低下を招き、かつ相手材への攻撃
性が大きくなってしまう。
【００１８】ＣａＦ2 粒子は、高温で安定な固体潤滑剤
であり、バルブシートとバルブとの金属間接触を防止し
て凝着摩耗を抑制する作用があり、０．５wt％未満では
摩耗量を低減させる効果が乏しく、７wt％を越えるとバ
ルブシートの強度低下を招き、かつ摩耗量が増加するよ
うになる。また、ディーゼルエンジン用排気バルブシー
トでの場合には、ＣａＦ2 粒子は脱落し易くなる。他の
固体潤滑材（二硫化モリブデン＜ＭｏＳ2 ＞、黒鉛）に
おいて、ＭｏＳ2 系の固体潤滑材は焼結時の熱で分解し
易く、そして、黒鉛は焼結殿に必要な量、分散状態で析
出させることが難しいので、このような欠点のないＣａ
Ｆ2 が焼結させる固体潤滑材として優れている。
であり、バルブシートとバルブとの金属間接触を防止し
て凝着摩耗を抑制する作用があり、０．５wt％未満では
摩耗量を低減させる効果が乏しく、７wt％を越えるとバ
ルブシートの強度低下を招き、かつ摩耗量が増加するよ
うになる。また、ディーゼルエンジン用排気バルブシー
トでの場合には、ＣａＦ2 粒子は脱落し易くなる。他の
固体潤滑材（二硫化モリブデン＜ＭｏＳ2 ＞、黒鉛）に
おいて、ＭｏＳ2 系の固体潤滑材は焼結時の熱で分解し
易く、そして、黒鉛は焼結殿に必要な量、分散状態で析
出させることが難しいので、このような欠点のないＣａ
Ｆ2 が焼結させる固体潤滑材として優れている。
【００１９】さらに、上述した硬質粒子Ａ、ＢおよびＣ
の合計割合が、４０wt％を越えると粉末成形時にクラッ
クが入りやすくなり成形性が阻害され、成形用金型の寿
命が短くなってしまう。金型用合金工具鋼（例えば、Ｓ
ＫＤ１１）粒子はマトリックスの耐熱性を高める効果が
あり、その為に添加され、５wt％未満ではその効果が乏
しく、１５wt％を越えると圧粉成形体にクラック（亀
裂）が入り易くなり、かつ高温強度の増加も飽和する。
の合計割合が、４０wt％を越えると粉末成形時にクラッ
クが入りやすくなり成形性が阻害され、成形用金型の寿
命が短くなってしまう。金型用合金工具鋼（例えば、Ｓ
ＫＤ１１）粒子はマトリックスの耐熱性を高める効果が
あり、その為に添加され、５wt％未満ではその効果が乏
しく、１５wt％を越えると圧粉成形体にクラック（亀
裂）が入り易くなり、かつ高温強度の増加も飽和する。
【００２０】上述した要件を満たした焼結体はそのスケ
ルトンに空孔があり、この空孔をその空孔量に依存して
１０〜２０wt％の溶浸量にて銅ないし銅合金で満たすな
らば、焼結体の強度および熱伝導性を高めることによ
り、耐摩耗性・耐熱性を高めることができる。２０wt％
を越えると、高温強度、クリープ強度が低下する。
ルトンに空孔があり、この空孔をその空孔量に依存して
１０〜２０wt％の溶浸量にて銅ないし銅合金で満たすな
らば、焼結体の強度および熱伝導性を高めることによ
り、耐摩耗性・耐熱性を高めることができる。２０wt％
を越えると、高温強度、クリープ強度が低下する。
【００２１】
【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明の実施態
様例および比較例によって本発明を詳細に説明する。実
施例および比較例の焼結合金を製造するのに使用する原
料粉末を用意する。硬質粒子（Ａ）としては、Ｆｅ−Ｃ
ｒ、Ｆｅ−Ｍｏ、Ｆｅ−Ｎｂ、Ｎｉ、Ｃｏおよび黒鉛を
下記記載の組成となるように配合し、溶解し、鋳造して
鋼塊とし、該鋼塊を機械的に粉砕し、分級して１５０メ
ッシュ以下の合金粉末とする。 炭素： ２ wt％ クロム： ２０ wt％ ニッケル： ８ wt％ モリブデン： ２０ wt％ コバルト： ３２ wt％ ニオブ： ２ wt％ 鉄および不可避的不純物： 残部 このようにして、硬度ＨＶ６００〜８００、最大粒径１
００μｍ、平均粒径５０μｍの硬質粒子（Ａ）を用意す
る。
様例および比較例によって本発明を詳細に説明する。実
施例および比較例の焼結合金を製造するのに使用する原
料粉末を用意する。硬質粒子（Ａ）としては、Ｆｅ−Ｃ
ｒ、Ｆｅ−Ｍｏ、Ｆｅ−Ｎｂ、Ｎｉ、Ｃｏおよび黒鉛を
下記記載の組成となるように配合し、溶解し、鋳造して
鋼塊とし、該鋼塊を機械的に粉砕し、分級して１５０メ
ッシュ以下の合金粉末とする。 炭素： ２ wt％ クロム： ２０ wt％ ニッケル： ８ wt％ モリブデン： ２０ wt％ コバルト： ３２ wt％ ニオブ： ２ wt％ 鉄および不可避的不純物： 残部 このようにして、硬度ＨＶ６００〜８００、最大粒径１
００μｍ、平均粒径５０μｍの硬質粒子（Ａ）を用意す
る。
【００２２】硬質粒子（Ｂ）としては、硬度ＨＶ１３０
０、最大粒径７５μｍ、平均粒径３０μｍの低炭素フェ
ロモリブデン粉末を用意する。セラミックス粒子（Ｃ）
としては、硬度ＨＶ２０００以上、最大粒径４４μｍ、
平均粒径１０μｍの窒化チタンを用意する。
０、最大粒径７５μｍ、平均粒径３０μｍの低炭素フェ
ロモリブデン粉末を用意する。セラミックス粒子（Ｃ）
としては、硬度ＨＶ２０００以上、最大粒径４４μｍ、
平均粒径１０μｍの窒化チタンを用意する。
【００２３】また、ＣａＦ2 粒子（Ｄ）としては、最大
粒径１５０μｍ、平均粒径４５μｍの粉末を用意する。
鉄系焼結合金（スケルトン）のマトリックスを構成する
材料として、ＳＫＤ１１鋼粉、Ｆｅ−３％Ｃｒ鋼粉およ
び黒鉛（Ｃ）粉末を用意する。ＳＫＤ１１鋼粉は、最大
粒径１６０μｍ、平均粒径６０μｍのものである。
粒径１５０μｍ、平均粒径４５μｍの粉末を用意する。
鉄系焼結合金（スケルトン）のマトリックスを構成する
材料として、ＳＫＤ１１鋼粉、Ｆｅ−３％Ｃｒ鋼粉およ
び黒鉛（Ｃ）粉末を用意する。ＳＫＤ１１鋼粉は、最大
粒径１６０μｍ、平均粒径６０μｍのものである。
【００２４】これらの原料粉末を表１に示すように所定
割合で用意し、ステアリン酸亜鉛を１wt％添加して混合
し、成型圧力７トン／cm2 で圧縮成型して圧粉成形体
（密度：6.０〜6.７ｇ／cm3 、リング形状）を形成す
る。この成形体の上部に所定量の溶浸用銅合金（例え
ば、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｍｎ系合金）を配置して、アンモニア
分解ガス雰囲気中で、１１２０℃の温度にて３０分間焼
結を行う。この焼結と同時に溶浸も行われ、銅合金の溶
浸量は成形体（スケルトン）密度がこの範囲の時には、
溶浸量は１０〜２０wt％の範囲にある。
割合で用意し、ステアリン酸亜鉛を１wt％添加して混合
し、成型圧力７トン／cm2 で圧縮成型して圧粉成形体
（密度：6.０〜6.７ｇ／cm3 、リング形状）を形成す
る。この成形体の上部に所定量の溶浸用銅合金（例え
ば、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｍｎ系合金）を配置して、アンモニア
分解ガス雰囲気中で、１１２０℃の温度にて３０分間焼
結を行う。この焼結と同時に溶浸も行われ、銅合金の溶
浸量は成形体（スケルトン）密度がこの範囲の時には、
溶浸量は１０〜２０wt％の範囲にある。
【００２５】
【表１】
【００２６】表１に示すように、試料No. １〜６が本発
明の実施例であり、試料No. ７〜１３が比較例である。
試料No. ７、８および１０は硬質粒子（Ｃ）が限定範囲
よりも少ない、試料No. ９は硬質粒子（Ａ）が限定範囲
よりも少ない場合であり、試料No. １１は硬質合金粒子
（Ｂ）が本発明の限定範囲よりも少ない場合であり、試
料No. １２はセラミックス粒子（Ｄ）が無い場合であ
り、そして試料No. １３は硬質合金粒子（Ａ＋Ｂ）およ
びセラミックス粒子（Ｄ）が無く、銅溶浸せずに焼結鍛
造した場合である。
明の実施例であり、試料No. ７〜１３が比較例である。
試料No. ７、８および１０は硬質粒子（Ｃ）が限定範囲
よりも少ない、試料No. ９は硬質粒子（Ａ）が限定範囲
よりも少ない場合であり、試料No. １１は硬質合金粒子
（Ｂ）が本発明の限定範囲よりも少ない場合であり、試
料No. １２はセラミックス粒子（Ｄ）が無い場合であ
り、そして試料No. １３は硬質合金粒子（Ａ＋Ｂ）およ
びセラミックス粒子（Ｄ）が無く、銅溶浸せずに焼結鍛
造した場合である。
【００２７】得られる焼結合金リング（バルブシート）
を機械加工してからサブゼロ処理を含む焼入・焼戻し処
理を施して、マトリックスが焼戻しマルテンサイト組織
を有するようにする。この処理はバルブシートのシリン
ダヘッドからの脱落を抑制防止することに寄与する。そ
して、仕上げ加工を施す。得られた焼結合金リング（バ
ルブシート）を図１に示すようなバルブシート摩耗試験
機に取り付けて下記条件で摩耗試験を行い、バルブシー
トおよび相手材のバルブのフェース面の摩耗を測定す
る。バルブシートの加熱をガスバーナにて行い、その際
に、バルブシートの表面に酸化膜が生じないようにガス
バーナの燃焼状態を完全燃焼とする。
を機械加工してからサブゼロ処理を含む焼入・焼戻し処
理を施して、マトリックスが焼戻しマルテンサイト組織
を有するようにする。この処理はバルブシートのシリン
ダヘッドからの脱落を抑制防止することに寄与する。そ
して、仕上げ加工を施す。得られた焼結合金リング（バ
ルブシート）を図１に示すようなバルブシート摩耗試験
機に取り付けて下記条件で摩耗試験を行い、バルブシー
トおよび相手材のバルブのフェース面の摩耗を測定す
る。バルブシートの加熱をガスバーナにて行い、その際
に、バルブシートの表面に酸化膜が生じないようにガス
バーナの燃焼状態を完全燃焼とする。
【００２８】試験条件： バルブ材料： ＳＴＬ＃１２（ステライト合
金） バルブシート温度： ３００℃ カムシャフト回転数： ２０００rpm 試験時間： １０時間
金） バルブシート温度： ３００℃ カムシャフト回転数： ２０００rpm 試験時間： １０時間
【００２９】なお、バルブシート摩耗試験機は、図１に
示すように、枠１のシートホルダー２に嵌め込まれた焼
結合金リング（バルブシート）３に対して、バルブ４の
フェース面がスプリング５によって当接するようになっ
ている。バルブ４は、電動機６で回転するカムシャフト
７によってロッド８を介して上方へ持ち上げられ、スプ
リング５で戻され、このような往復運動で焼結合金リン
グ（バルブシート）３に当たる。そして、バルブ４をガ
スバーナー９にて加熱し、焼結合金リング（バルブシー
ト）３の温度を熱電対１０で測定している。バルブ４、
スプリング５、カムシャフト８、ロッド８などはエンジ
ン実機部品を用いている。
示すように、枠１のシートホルダー２に嵌め込まれた焼
結合金リング（バルブシート）３に対して、バルブ４の
フェース面がスプリング５によって当接するようになっ
ている。バルブ４は、電動機６で回転するカムシャフト
７によってロッド８を介して上方へ持ち上げられ、スプ
リング５で戻され、このような往復運動で焼結合金リン
グ（バルブシート）３に当たる。そして、バルブ４をガ
スバーナー９にて加熱し、焼結合金リング（バルブシー
ト）３の温度を熱電対１０で測定している。バルブ４、
スプリング５、カムシャフト８、ロッド８などはエンジ
ン実機部品を用いている。
【００３０】得られた摩耗量測定値を表１に示す。これ
らの摩耗量結果から、本発明に係るバルブシート（試料
No. １〜６）では、バルブシート自身の摩耗量および相
手材バルブの摩耗量の両方とも比較例の場合よりも少な
いことが分かる。また、酸化膜の生成がなかったこと
を、試験後にバルブシート（試料）の摺動面および断面
組織を観察して確認した。なお、本発明に係るバルブシ
ートを、特公昭５６−４４１２３号公報にて提案された
ような異なる組成の基層と当接層とからなる２層複合焼
結バルブシートでの当接層に使用することもできる。
らの摩耗量結果から、本発明に係るバルブシート（試料
No. １〜６）では、バルブシート自身の摩耗量および相
手材バルブの摩耗量の両方とも比較例の場合よりも少な
いことが分かる。また、酸化膜の生成がなかったこと
を、試験後にバルブシート（試料）の摺動面および断面
組織を観察して確認した。なお、本発明に係るバルブシ
ートを、特公昭５６−４４１２３号公報にて提案された
ような異なる組成の基層と当接層とからなる２層複合焼
結バルブシートでの当接層に使用することもできる。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る焼結
合金バルブシートでは、固体潤滑剤のＣａＦ2 添加、２
種類の硬質合金粒子とセラミックス粒子の組合せ、マト
リックスの強化、合金工具鋼添加の耐熱性向上およびス
ケルトンの溶浸強化によって、酸化膜の生じない特殊燃
料での過酷な負荷条件においてもバルブシート自身の耐
摩耗性が優れかつ相手材のバルブの摩耗をあまり招かな
い。また、従来の焼結合金バルブシート製造方法に準じ
て本発明に係るバルブシートを容易に製造することがで
きる。
合金バルブシートでは、固体潤滑剤のＣａＦ2 添加、２
種類の硬質合金粒子とセラミックス粒子の組合せ、マト
リックスの強化、合金工具鋼添加の耐熱性向上およびス
ケルトンの溶浸強化によって、酸化膜の生じない特殊燃
料での過酷な負荷条件においてもバルブシート自身の耐
摩耗性が優れかつ相手材のバルブの摩耗をあまり招かな
い。また、従来の焼結合金バルブシート製造方法に準じ
て本発明に係るバルブシートを容易に製造することがで
きる。
【図１】バルブシート摩耗機の概略部分断面図である。
１…枠 ２…シートホルダー ３…バルブシート（焼結合金リング） ４…バルブ ５…スプリング ７…カムシャフト ８…ロッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｌ 3/02 Ｆ 8206−3Ｇ
Claims (3)
- 【請求項１】 炭素： １．０〜１．３ wt％ クロム： １．５〜３．４ wt％ 鉄および不可避的不純物： 残部 からなる焼結合金スケルトンのマトリックス中に、硬度
ＨＶ５００〜９００の硬質合金粒子（Ａ）と、硬度ＨＶ
１０００以上の硬質合金粒子（Ｂ）と、硬度ＨＶ１５０
０以上のセラミックス粒子（Ｃ）と、ＣａＦ2 粒子
（Ｄ）とが、 Ａ ： ２０ 〜３０ wt％ Ｂ ： １ 〜１０ wt％ Ｃ ： １ 〜１０ wt％ Ｄ ： ０．５〜 ７ wt％ （Ａ＋Ｂ＋Ｃ： ４０ wt％未満） の割合で分散されており、かつ、前記スケルトンの空孔
に銅ないし銅合金が１０〜２０wt％溶浸されていること
を特徴とするバルブシート用焼結合金。 - 【請求項２】 前記硬質合金粒子（Ａ）が下記組成： 炭素： １〜 ４ wt％ クロム： １０〜３０ wt％ ニッケル： ２〜１５ wt％ モリブデン：１０〜３０ wt％ コバルト： ２０〜４０ wt％ ニオブ： １〜 ５ wt％ 鉄および不可避的不純物： 残部 の合金粉末粒子であり、および前記硬質合金粒子（Ｂ）
がフェロモリブデン粒子であり、前記セラミックス粒子
（Ｃ）が窒化チタン粒子であることを特徴とする請求項
１記載の焼結合金。 - 【請求項３】 前記焼結合金スケルトンのマトリックス
中に、金型用合金工具鋼粉が５〜１５wt％含まれている
ことを特徴とする請求項１記載の焼結合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33190792A JP3434527B2 (ja) | 1992-12-11 | 1992-12-11 | バルブシート用焼結合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33190792A JP3434527B2 (ja) | 1992-12-11 | 1992-12-11 | バルブシート用焼結合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06179937A true JPH06179937A (ja) | 1994-06-28 |
| JP3434527B2 JP3434527B2 (ja) | 2003-08-11 |
Family
ID=18248972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33190792A Expired - Fee Related JP3434527B2 (ja) | 1992-12-11 | 1992-12-11 | バルブシート用焼結合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3434527B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999025889A1 (fr) * | 1997-11-14 | 1999-05-27 | Mitsubishi Materials Co. | SIEGE DE SOUPAPE EN ALLIAGE FRITTE DE Fe-BASE |
| WO2000005425A1 (fr) * | 1998-07-21 | 2000-02-03 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Materiau composite a base de titane, son procede de production et soupape de moteur |
| JP2010500474A (ja) * | 2006-08-11 | 2010-01-07 | フェデラル‐モーグル・シンタード・プロダクツ・リミテッド | 改良された粉末冶金組成物 |
| KR101380443B1 (ko) * | 2007-12-27 | 2014-04-02 | 두산인프라코어 주식회사 | 연소실 온도 측정용 써모메트릭 부품을 이용한 온도 측정방법 |
| WO2018142225A1 (ja) | 2017-02-03 | 2018-08-09 | 日産自動車株式会社 | 摺動部材及び内燃機関の摺動部材 |
| CN108690931A (zh) * | 2017-04-04 | 2018-10-23 | 丰田自动车株式会社 | 制造耐磨性铁基烧结合金的方法 |
| WO2020017003A1 (ja) | 2018-07-19 | 2020-01-23 | 日産自動車株式会社 | 摺動部材 |
-
1992
- 1992-12-11 JP JP33190792A patent/JP3434527B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999025889A1 (fr) * | 1997-11-14 | 1999-05-27 | Mitsubishi Materials Co. | SIEGE DE SOUPAPE EN ALLIAGE FRITTE DE Fe-BASE |
| WO2000005425A1 (fr) * | 1998-07-21 | 2000-02-03 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Materiau composite a base de titane, son procede de production et soupape de moteur |
| US6551371B1 (en) | 1998-07-21 | 2003-04-22 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Titanium-based composite material, method for producing the same and engine valve |
| JP2010500474A (ja) * | 2006-08-11 | 2010-01-07 | フェデラル‐モーグル・シンタード・プロダクツ・リミテッド | 改良された粉末冶金組成物 |
| KR101380443B1 (ko) * | 2007-12-27 | 2014-04-02 | 두산인프라코어 주식회사 | 연소실 온도 측정용 써모메트릭 부품을 이용한 온도 측정방법 |
| WO2018142225A1 (ja) | 2017-02-03 | 2018-08-09 | 日産自動車株式会社 | 摺動部材及び内燃機関の摺動部材 |
| KR20190113914A (ko) | 2017-02-03 | 2019-10-08 | 르노 에스.아.에스. | 슬라이딩 부재 및 내연 엔진의 슬라이딩 부재 |
| US11187116B2 (en) | 2017-02-03 | 2021-11-30 | Nissan Motor Co., Ltd. | Sliding member, and sliding member of internal combustion engine |
| CN108690931A (zh) * | 2017-04-04 | 2018-10-23 | 丰田自动车株式会社 | 制造耐磨性铁基烧结合金的方法 |
| WO2020017003A1 (ja) | 2018-07-19 | 2020-01-23 | 日産自動車株式会社 | 摺動部材 |
| JPWO2020017003A1 (ja) * | 2018-07-19 | 2021-08-02 | 日産自動車株式会社 | 摺動部材 |
| US11680499B2 (en) | 2018-07-19 | 2023-06-20 | Nissan Motor Co., Ltd. | Sliding member |
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|---|---|
| JP3434527B2 (ja) | 2003-08-11 |
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