JPH06346183A - 耐摩耗性のすぐれたFe基焼結合金製バルブガイド部材 - Google Patents

耐摩耗性のすぐれたFe基焼結合金製バルブガイド部材

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JPH06346183A
JPH06346183A JP16518293A JP16518293A JPH06346183A JP H06346183 A JPH06346183 A JP H06346183A JP 16518293 A JP16518293 A JP 16518293A JP 16518293 A JP16518293 A JP 16518293A JP H06346183 A JPH06346183 A JP H06346183A
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JP
Japan
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sintered alloy
valve guide
guide member
theoretical density
wear resistance
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JP16518293A
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English (en)
Inventor
Masaaki Sakai
正昭 坂井
Koji Kobayashi
孝司 小林
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐摩耗性のすぐれたFe基焼結合金製バルブ
ガイド部材を提供する。 【構成】 内燃機関のバルブガイド部材が重量%で、
C:1〜4%、Cu:1.5〜6%、P:0.1〜0.
8%、Ni:0.1〜4%、Mo:0.05〜2%を含
有し、さらに必要に応じてMn:0.2〜4%および
S:0.05〜1%を含有し、残りがFeと不可避不純
物からなる組成、並びにパーライトを主体とする素地
に、硬質のFe−C−P系化合物、炭化物、および遊離
黒鉛、さらに必要に応じてMnSが分散分布した組織を
有するFe基焼結合金からなり、かつ一方側端部または
両側端部の理論密度比を87〜97%とし、他方側部分
または中央部分の理論密度比を79〜85%としてな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、すぐれた耐摩耗性を
発揮する内燃機関のFe基焼結合金製バルブガイド部材
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、内燃機関のバルブガイド部材の製
造に、多くのFe基焼結合金が適用されていることは良
く知られるところである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の内燃機関
の高出力化および高速化はめざましく、これに伴ない、
これの構造部材の使用条件は一段と苛酷さを増し、特に
中心孔に挿通されて往復動するバルブとの間ではげしい
摺動摩耗を受けるバルブガイド部材には、より一層の耐
摩耗性の向上が要求されるが、従来の多くのFe基焼結
合金製バルブガイド部材はこれに対応できる十分な耐摩
耗性を示すものではなく、すぐれた耐摩耗性を安定的に
発揮するバルブガイド部材の開発が望まれている。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、耐摩耗性のすぐれたFe基焼結
合金製バルブガイド部材を開発すべく研究を行なった結
果、内燃機関のバルブガイド部材を、重量%で(以下、
%は重量%を示す)、C:1〜4%、 Cu:
1.5〜6%、P:0.1〜0.8%、 Ni:0.1
〜4%、Mo:0.05〜2%、を含有し、さらに必要
に応じて、Mn:0.2〜4%、 S:0.05〜1
%、を含有し、残りがFeと不可避不純物からなる組
成、並びにパーライトを主体とする素地に、硬質のFe
−C−P系化合物、炭化物、および遊離黒鉛が分散分布
し、さらに加えてMnおよびSを含有する場合には硫化
マンガン(以下、MnSで示す)が分散分布した組織を
有するFe基焼結合金で構成すると共に、これの一方側
端部または両側端部、望ましくは一方側端部の場合(す
なわちバルブシート側のみの場合)には全長の1/5〜
1/2、両側端部の場合にはそれぞれ全長の1/5〜1
/3の長さ部分の理論密度比を相対的に87〜97%の
高密度とし、かつ他方側部分または中央部分の理論密度
比を79〜85%の低密度とした構造をもったものにす
ると、この結果のFe基焼結合金製バルブガイド部材
は、素地に分散する硬質のFe−C−P系化合物および
炭化物、並びに一方側端部または両側端部に形成した高
密度部分による硬さ向上と、同じく素地に分散する遊離
黒鉛、さらにMnSによる自己潤滑性の向上と、さらに
他方側部分または中央部分に形成した低密度部分による
保油効果の向上とが相まって、苛酷な条件下での実用に
際してもすぐれた耐摩耗性を発揮するという研究結果を
得たのである。
【0005】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、C:1〜4%、 C
u:1.5〜6%、P:0.1〜0.8%、 Ni:
0.1〜4%、Mo:0.05〜2%、を含有し、さら
に必要に応じて、Mn:0.2〜4%、 S:0.0
5〜1%、を含有し、残りがFeと不可避不純物からな
る組成、並びにパーライトを主体とする素地に、微細な
Fe−C−P系化合物、炭化物、および遊離黒鉛、さら
に必要に応じてMnSが分散分布した組織を有するFe
基焼結合金からなり、かつ一方側端部または両側端部の
理論密度比を87〜97%とし、他方側部分または中央
部分の理論密度比を79〜85%としてなる、耐摩耗性
のすぐれたバルブガイド部材に特徴を有するものであ
る。
【0006】つぎに、この発明のバルブガイド部材にお
いて、これを構成するFe基焼結合金の組成および理論
密度比を上記の通りに限定した理由を説明する。 A. 組成 (a) C C成分には、素地のパーライトを形成して、これを強化
するほか、硬質のFe−C−P系化合物および炭化物を
形成して硬さを向上させ、さらに遊離黒鉛としても素地
に分布して自己潤滑性を改善し、もって部材の耐摩耗性
を向上させる作用があるが、その含有量が1%未満では
前記作用に所望の向上効果が得られず、一方その含有量
が4%を越えると、脆化し、所望の強度を得ることがで
きなくなることから、その含有量を1〜4%と定めた。
【0007】(b) Cu Cu成分には、素地に固溶して、これを強化すると共
に、パーライト素地を安定化する作用があるが、その含
有量が1.5%未満では前記作用に所望の改善効果が得
られず、一方その含有量が6%を越えても前記作用によ
り一層の向上効果は得られず、かえって脆化するように
なることから、その含有量を1.5〜6%と定めた。
【0008】(c) P P成分には、焼結性を向上させ、もって強度向上に寄与
するほか、上記の通りFe−C−P化合物を形成して耐
摩耗性を向上させる作用があるが、その含有量が0.1
%未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その
含有量が0.8%を越えると、素地が硬化しすぎると共
に、粗大なFe−C−P化合物が析出するようになって
被削性が著しく悪化することから、その含有量を0.1
〜0.8%と定めた。
【0009】(d) Ni Ni成分には、素地に固溶して、部材がさらされる加熱
雰囲気における耐腐食性を向上させる作用があるが、そ
の含有量が0.1%未満では前記作用に所望の向上効果
が得られず、一方その含有量が4%を越えるとオーステ
ナイト相が残留するようになり、耐摩耗性が低下するこ
とから、その含有量を0.1〜4%と定めた。
【0010】(e) Mo Mo成分には、素地に固溶して、これを強化するほか、
炭化物を形成して硬さを向上させる作用があるが、その
含有量が0.05%未満では前記作用に所望の向上効果
が得られず、一方その含有量が2%を越えると被削性が
低下するようになることから、その含有量を0.05〜
2%と定めた。
【0011】(f) MnおよびS これら両成分は、主として素地に分散分布するMnSと
して存在して自己潤滑性を高め、もって部材の耐摩耗性
向上に寄与するほか、被削性を改善する作用をもつの
で、必要に応じて含有されるが、その含有量がそれぞれ
Mn:0.2%未満およびS:0.05%未満では、素
地への僅かな固溶は避けられないので、MnSとしての
割合が0.2%未満となってしまい、前記作用に所望の
効果が得られず、一方その含有量がそれぞれMn:4%
およびS:1%を越えると、MnSの分布割合が多くな
りすぎてしまい、この結果部材の強度が低下するように
なることから、その含有量をMn:0.2〜4%、S:
0.05〜1%と定めた。
【0012】B. 理論密度比 バルブガイド部材の一方側端部または両側端部を高密度
化することによりこの部分の硬さを一段と高め、一方低
密度部分で十分な保油効果を発揮せしめ、もって耐摩耗
性の向上に寄与せしめるが、前記高密度部分の理論密度
比が87%未満では、十分な硬さ向上が得られず、一方
これを97%を越えて高くするには、圧粉体の成形圧を
高くすると共に、焼結温度を高くする必要があり、これ
は成形金型の使用寿命の短命化および焼結後の寸法精度
低下の原因となるものであり、また前記低密度部分の理
論密度比が79%未満では、バルブガイド部材の強度が
低下し、シリンダーヘッドへの圧入取付け時に割れなど
が発生し易くなり、一方その理論密度比が85%を越え
て高くなると所望の保油効果が得られなくなり、摩耗進
行が促進するようになることから、前記高密度部分の理
論密度比を87〜97%、前記低密度部分のそれを79
〜85%と定めた。
【0013】
【実施例】つぎに、この発明のバルブガイド部材を実施
例により具体的に説明する。原料粉末として、粒度:−
80meshのFe粉末、同−150meshの炭素粉末、同−
100meshのCu粉末、同−150meshのFe−27%
P合金粉末、同−200meshのCu−8%P合金粉末、
いずれも−100meshの粒度をもち、NiおよびMoの
含有量を種々変化させた各種のアトマイズFe−Ni−
Mo合金粉末、さらに同−150meshのMnS粉末を用
意し、これら原料粉末を所定の配合割合に配合し、1%
のステアリン酸亜鉛を加えてV型ミキサにて30分間混
合した後、これら混合粉末を、図1(a)に概略縦断面
図で示される通り、ダイ1の中心孔と、この中心孔に下
方から嵌装された下パンチ2の上面と、この下パンチ2
の中心孔を通ってダイ1内に挿入されたコアロッド3の
外周面によって形成されたキャビティ内に装入し、つい
で一方側端部に高密度部分を形成する場合には、同
(b)に示される通り圧力を5〜7ton /cm2 の範囲内
で調整すると共に、ストロークも調節した状態で、上パ
ンチ4をダイ1の中心孔内に圧入し、また両側端部に高
密度部分を形成する場合には、同(c)に示される通り
同じく圧力およびストロークを調整しながら、下パンチ
2を固定し、上パンチ4、ダイ1、およびコアロッド3
をそれぞれ所定のストロークで下降させて圧粉体S,
S′をそれぞれプレス成形し、これら圧粉体を天然ガス
の分解ガス雰囲気中、温度:650℃に20分間保持し
て脱脂し、引続いて1050〜1150℃の範囲内の所
定温度に昇温し、この温度に60分間保持して焼結し、
焼結後仕上加工を施すことにより表1,2に示される成
分組成を有すると共に、パーライトを主体とする素地
に、硬質のFe−C−P系化合物、炭化物、および遊離
黒鉛が分散分布し、さらに必要に応じてこれに加えてM
nSが分散分布する組織をもったFe基焼結合金で構成
され、かつ、一方側端部または両側端部を表3,4に示
される理論密度比とし、さらに長さ:50mm×外径:1
2mm×内径:6.6mmの寸法をもった本発明Fe基焼結
合金製バルブガイド部材(以下、本発明焼結バブルガイ
ドという)1〜17、並びに合金構成成分のうちのいず
れかの成分含有量、あるいは一方側端部または両側端部
の理論密度比がこの発明の範囲から外れた比較Fe基焼
結合金製バルブガイド部材(以下、比較焼結バルブガイ
ドという)1〜7をそれぞれ製造した。
【0014】
【表1】
【0015】
【表2】
【0016】
【表3】
【0017】
【表4】
【0018】ついで、この結果得られた各種の焼結バル
ブガイドを、排気量:2000ccのDOHC型エンジン
のAl鋳物製シリンダヘッドの排気側に、高密度部分を
バルブシート側に位置せしめて圧入取付けし、内径の仕
上げ加工を行なった状態で、燃料として無鉛ガソリンを
用い、回転数:6500rpm で300時間運転の実機試
験を行ない、バルブシート側の端縁から長さ方向5mmの
内面位置での内径を測定し、試験前の内径に対する試験
後の内径変化量を摩耗量として測定した。これらの測定
結果を表3,4に示した。
【0019】
【発明の効果】表1〜4に示される結果から、本発明焼
結バルブガイド1〜17は、いずれもきわめて高速の長
時間連続運転にもかかわらず、すぐれた耐摩耗性を示す
のに対して、比較焼結バルブガイド1〜7に見られるよ
うに、これを構成するFe基焼結合金の成分組成および
理論密度比のうちのいずれかでもこの発明の範囲から外
れると所望のすぐれた耐摩耗性を確保することができな
いことが明らかである。上述のように、この発明のFe
基焼結合金製バルブガイド部材は、苛酷な条件下での使
用に際してもすぐれた耐摩耗性を発揮し、内燃機関の高
性能化および高速化に十分対応できる特性をもつもので
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】圧粉体のプレス成形工程を示す概略縦断面図で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── 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 3/08 A

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 C:1〜4%、 Cu:1.5〜6%、 P:0.1〜0.8%、 Ni:0.1〜4%、 Mo:0.05〜2%、を含有し、残りがFeと不可避
    不純物からなる組成、並びにパーライトを主体とする素
    地に、硬質のFe−C−P系化合物、炭化物、および遊
    離黒鉛が分散分布した組織を有するFe基焼結合金から
    なり、かつ一方側端部の理論密度比を87〜97%と
    し、他方側部分の理論密度比を79〜85%としたこと
    を特徴とする耐摩耗性のすぐれたFe基焼結合金製バル
    ブガイド部材。
  2. 【請求項2】 重量%で、 C:1〜4%、 Cu:1.5〜6%、 P:0.1〜0.8%、 Ni:0.1〜4%、 Mo:0.05〜2%、を含有し、残りがFeと不可避
    不純物からなる組成、並びにパーライトを主体とする素
    地に、硬質のFe−C−P系化合物、炭化物、および遊
    離黒鉛が分散分布した組織を有するFe基焼結合金から
    なり、かつ両側端部の理論密度比を87〜97%とし、
    中央部分の理論密度比を79〜85%としたことを特徴
    とする耐摩耗性のすぐれたFe基焼結合金製バルブガイ
    ド部材。
  3. 【請求項3】 重量%で、 C:1〜4%、 Cu:1.5〜6%、 P:0.1〜0.8%、 Ni:0.1〜4%、 Mo:0.05〜2%、を含有し、さらに、 Mn:0.2〜4%、 S:0.05〜1%、を含有
    し、残りがFeと不可避不純物からなる組成、並びにパ
    ーライトを主体とする素地に、硬質のFe−C−P系化
    合物、炭化物、遊離黒鉛、および硫化マンガンが分散分
    布した組織を有するFe基焼結合金からなり、かつ一方
    側端部の理論密度比を87〜97%とし、他方側部分の
    理論密度比を79〜85%としたことを特徴とする耐摩
    耗性のすぐれたFe基焼結合金製バルブガイド部材。
  4. 【請求項4】 重量%で、 C:1〜4%、 Cu:1.5〜6%、 P:0.1〜8%、 Ni:0.1〜4%、 Mo:0.05〜2%、を含有し、さらに、 Mn:0.2〜4%、 S:0.05〜1%、を含有
    し、残りがFeと不可避不純物からなる組成、並びにパ
    ーライトを主体とする素地に、硬質のFe−C−P系化
    合物、炭化物、遊離黒鉛、および硫化マンガンが分散分
    布した組織を有するFe基焼結合金からなり、かつ両側
    端部の理論密度比を87〜97%とし、中央部分の理論
    密度比を79〜85%としたことを特徴とする耐摩耗性
    のすぐれたFe基焼結合金製バルブガイド部材。
JP16518293A 1993-06-10 1993-06-10 耐摩耗性のすぐれたFe基焼結合金製バルブガイド部材 Pending JPH06346183A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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