JPH07116489B2 - 溶浸バルブシートリングの製造方法 - Google Patents
溶浸バルブシートリングの製造方法Info
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- JPH07116489B2 JPH07116489B2 JP25471987A JP25471987A JPH07116489B2 JP H07116489 B2 JPH07116489 B2 JP H07116489B2 JP 25471987 A JP25471987 A JP 25471987A JP 25471987 A JP25471987 A JP 25471987A JP H07116489 B2 JPH07116489 B2 JP H07116489B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、内燃機関などに用いられるバルブシートリン
グの製造方法に関するものであり、さらに詳しく述べる
ならば、焼結合金に溶浸をしたバルブシートリングの製
造方法に関するものである。
グの製造方法に関するものであり、さらに詳しく述べる
ならば、焼結合金に溶浸をしたバルブシートリングの製
造方法に関するものである。
（従来の技術） 従来内燃機関に使用されていた有鉛ガソリンにあって
は、ガソリンに含まれる鉛が内燃機関の作動中に酸化物
となって、バルブシートリングの面あるいはバルブシー
トリングと接触するバルブの面に付着し、自己潤滑剤と
して作用し、バルブシートリングおよびバルブの摩耗を
少なくする作用を期待することができた。しかしなが
ら、最近の内燃機関、特にガソリンエンジンは排ガス規
制のため無鉛ガソリンを使用せざるを得なくなり、これ
に伴い燃焼生成物に起因する上述の鉛の作用が期待され
なくなり、バルブシートリングの摩耗が増大する傾向が
表われた。特に、LPGガスを燃料とする内燃機関ではバ
ルブシートリングの摩耗傾向は顕著となった。
は、ガソリンに含まれる鉛が内燃機関の作動中に酸化物
となって、バルブシートリングの面あるいはバルブシー
トリングと接触するバルブの面に付着し、自己潤滑剤と
して作用し、バルブシートリングおよびバルブの摩耗を
少なくする作用を期待することができた。しかしなが
ら、最近の内燃機関、特にガソリンエンジンは排ガス規
制のため無鉛ガソリンを使用せざるを得なくなり、これ
に伴い燃焼生成物に起因する上述の鉛の作用が期待され
なくなり、バルブシートリングの摩耗が増大する傾向が
表われた。特に、LPGガスを燃料とする内燃機関ではバ
ルブシートリングの摩耗傾向は顕著となった。
この対策として、バルブシートリングに鉛（合金）を溶
浸することのより潤滑性を持たせる方法、あるいはバル
ブとの当接面には鉛を溶浸させ、基材には銅（合金）を
溶浸させて耐摩耗性を向上させる方法（特開昭61−1040
48号）が提案されている。
浸することのより潤滑性を持たせる方法、あるいはバル
ブとの当接面には鉛を溶浸させ、基材には銅（合金）を
溶浸させて耐摩耗性を向上させる方法（特開昭61−1040
48号）が提案されている。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、鉛溶浸を行なうと銅溶浸に比較して強度
の低下が著しい。一方、摺動部に鉛（合金）を溶浸し、
基材に銅（合金）を溶浸する方法では、バルブシートリ
ングの製造公定が複雑になると同時に、摺動部と基材部
との材料強度の差が著しく大きくなり、このため溶浸中
およびバルブシートリングの使用中に変形が発生し易
い。本発明は鉛（合金）と銅（合金）を微細に分散させ
て複合溶浸により、従来より性能が改良されたバルブシ
ートリングを提供することを目的とするものである。
の低下が著しい。一方、摺動部に鉛（合金）を溶浸し、
基材に銅（合金）を溶浸する方法では、バルブシートリ
ングの製造公定が複雑になると同時に、摺動部と基材部
との材料強度の差が著しく大きくなり、このため溶浸中
およびバルブシートリングの使用中に変形が発生し易
い。本発明は鉛（合金）と銅（合金）を微細に分散させ
て複合溶浸により、従来より性能が改良されたバルブシ
ートリングを提供することを目的とするものである。
（問題点を解決するための手段） 本発明のバルブシートリングは、耐摩耗性と材料強度向
上のため、バルブシートリングに溶浸されたPb−Sn合金
およびCu合金がバルブシートリングのほぼ全体に微細に
分散して存在していることを特徴とする。かかるバルブ
シートリングを製造する方法は、バルブシートリング用
金属粉末成形体もしくは該金属粉末焼結体（予備焼結体
も含む）のバルブとの当接面もしくはその反対面からPb
−Sn合金およびCuまたはCu合金を別個の溶浸源から溶浸
させることを骨子とするものである。
上のため、バルブシートリングに溶浸されたPb−Sn合金
およびCu合金がバルブシートリングのほぼ全体に微細に
分散して存在していることを特徴とする。かかるバルブ
シートリングを製造する方法は、バルブシートリング用
金属粉末成形体もしくは該金属粉末焼結体（予備焼結体
も含む）のバルブとの当接面もしくはその反対面からPb
−Sn合金およびCuまたはCu合金を別個の溶浸源から溶浸
させることを骨子とするものである。
以下、本発明を具体的に説明する。
バルブシートリングの基材となるものは、バルブシート
リング用金属粉末あるいは金属と炭化物などの化合物粉
末との混合粉末の成形体、仮焼結体、焼結体などであ
り、これらは単層、複層体の何れであってもよい。また
バルブシートリングの組成も特に制限がなく、例えば本
出願人が提案した特公昭57−61106号、特開昭58−15298
2号などの組成を使用することができる。
リング用金属粉末あるいは金属と炭化物などの化合物粉
末との混合粉末の成形体、仮焼結体、焼結体などであ
り、これらは単層、複層体の何れであってもよい。また
バルブシートリングの組成も特に制限がなく、例えば本
出願人が提案した特公昭57−61106号、特開昭58−15298
2号などの組成を使用することができる。
本発明の複合溶浸組織は次のようなものである。
（イ）バルブシートリング全体でほぼ一定の溶浸組織で
あること：例えば摺動面が潤滑性に富んだ鉛溶浸組織で
あり、基材が強化作用が大である銅の溶浸組織であり、
これらの組織差が著しく大きいと、バルブシートリング
使用中の変形等の問題が起こる。そこで、ほぼ一定の溶
浸組織が必要となる。
あること：例えば摺動面が潤滑性に富んだ鉛溶浸組織で
あり、基材が強化作用が大である銅の溶浸組織であり、
これらの組織差が著しく大きいと、バルブシートリング
使用中の変形等の問題が起こる。そこで、ほぼ一定の溶
浸組織が必要となる。
（ロ）溶浸されたPb−Sn合金とCuまたはCu合金とがポア
毎で識別されること：このように何れか一方の合金であ
ることが識別される状態で存在するPb−Sn合金は耐摩耗
性および潤滑性を高め、同様のCuもしくはCu合金が強度
および潤滑性を高める。また成形体および焼結体に存在
するポアの断面を光学顕微鏡で観察すると、Pb−Su合金
が浸透したポアと、Cu（Cu合金）が浸透したポアが識別
される。このように光学顕微鏡で識別される微細分散状
態であると、各材料の変形挙動等に差があるにも関わら
ず、バルブシートリング使用中の変形挙動は問題になら
ない。
毎で識別されること：このように何れか一方の合金であ
ることが識別される状態で存在するPb−Sn合金は耐摩耗
性および潤滑性を高め、同様のCuもしくはCu合金が強度
および潤滑性を高める。また成形体および焼結体に存在
するポアの断面を光学顕微鏡で観察すると、Pb−Su合金
が浸透したポアと、Cu（Cu合金）が浸透したポアが識別
される。このように光学顕微鏡で識別される微細分散状
態であると、各材料の変形挙動等に差があるにも関わら
ず、バルブシートリング使用中の変形挙動は問題になら
ない。
溶浸合金のひとつをPb−Sn合金としたのは、鉛単独では
溶浸が困難であることと、スズは鉛による潤滑作用を損
なわないからである。Pb−Sn合金には第三成分を添加し
てもよいが、溶浸性と潤滑性を損なわないように５％以
下に添加量を制限する必要がある。Pb−Sn合金中でのス
ズ含有量は鉛による潤滑効果が損なわれない範囲とす
る。Cu合金の合成成分としてはSn,Pb,Co,Mn,Fe,Zn,Niな
どを使用することができる。Co,Mn、Feは数％以下の添
加量で溶浸時の接着性や製品表面の耐食性を改善する。
溶浸が困難であることと、スズは鉛による潤滑作用を損
なわないからである。Pb−Sn合金には第三成分を添加し
てもよいが、溶浸性と潤滑性を損なわないように５％以
下に添加量を制限する必要がある。Pb−Sn合金中でのス
ズ含有量は鉛による潤滑効果が損なわれない範囲とす
る。Cu合金の合成成分としてはSn,Pb,Co,Mn,Fe,Zn,Niな
どを使用することができる。Co,Mn、Feは数％以下の添
加量で溶浸時の接着性や製品表面の耐食性を改善する。
（ハ）Pb−Sn合金のポアの全体積の内10〜95％、より好
ましくは30〜60％を溶浸していることが望ましい。Cu合
金は残部を溶浸してポア全体を充填している。Pb−Sn合
金とCu（Cu合金）の溶浸体積比率は耐摩耗性と強度のバ
ランスを考慮して適宜定める。なお、溶浸体積の測定方
法は各材料の比重により容易に求められる。
ましくは30〜60％を溶浸していることが望ましい。Cu合
金は残部を溶浸してポア全体を充填している。Pb−Sn合
金とCu（Cu合金）の溶浸体積比率は耐摩耗性と強度のバ
ランスを考慮して適宜定める。なお、溶浸体積の測定方
法は各材料の比重により容易に求められる。
目的とする複合溶浸組織を得るために、本発明者は種々
試行した。従来より知られているCu−Sn合金単独の溶浸
（例えば特開昭62−44556号公報参照）、あるいはPb−S
n合金の溶浸（例えば特開昭61−104048号の表１参照）
のように最終組成の合金を溶浸源として使用するとPbが
先に溶融し流動し、結果としては充填率の低い溶浸しか
できなかった。これらの方法を試行した後、Pb−Su合金
とCuもしくはCu合金とを個別の溶浸源として溶浸させる
方法に到達した。
試行した。従来より知られているCu−Sn合金単独の溶浸
（例えば特開昭62−44556号公報参照）、あるいはPb−S
n合金の溶浸（例えば特開昭61−104048号の表１参照）
のように最終組成の合金を溶浸源として使用するとPbが
先に溶融し流動し、結果としては充填率の低い溶浸しか
できなかった。これらの方法を試行した後、Pb−Su合金
とCuもしくはCu合金とを個別の溶浸源として溶浸させる
方法に到達した。
Pb−Sn合金の溶浸はこれを成形体の上に載せ該合金の融
点以上に加熱して行ない、またCuもしくはCu合金の溶浸
はこれをその融点以上に加熱して行なう。Pb−Sn合金を
先ず溶浸させ、続いてCuまたCu合金を溶浸させる場合
は、後の溶浸工程の加熱温度がPb−Sn合金の融点を越え
るために、前後工程の間に時間間隔があるとCuまたはCu
合金の溶浸中にPb−Sn合金が焼結体等から溶け出すおそ
れがある。そこで、Pb−Sn合金の溶浸材の上にCuまたは
Cu合金の溶浸材を載せて、両者の融点以上の温度に加熱
を行ない、溶融Pb−Sn合金のフローとCuまたはCu合金の
フローが前後して焼結体等の中に侵入するように溶浸を
行なうことが好ましい。この場合両者の合金が同一工程
で溶浸されるため各成分が混和し易く、部分的合金化が
起こるが、溶浸材料（源）を重ねて配置しているために
フローが分かれて発生し、識別が困難になる程度の全面
的合金化は起こらない。
点以上に加熱して行ない、またCuもしくはCu合金の溶浸
はこれをその融点以上に加熱して行なう。Pb−Sn合金を
先ず溶浸させ、続いてCuまたCu合金を溶浸させる場合
は、後の溶浸工程の加熱温度がPb−Sn合金の融点を越え
るために、前後工程の間に時間間隔があるとCuまたはCu
合金の溶浸中にPb−Sn合金が焼結体等から溶け出すおそ
れがある。そこで、Pb−Sn合金の溶浸材の上にCuまたは
Cu合金の溶浸材を載せて、両者の融点以上の温度に加熱
を行ない、溶融Pb−Sn合金のフローとCuまたはCu合金の
フローが前後して焼結体等の中に侵入するように溶浸を
行なうことが好ましい。この場合両者の合金が同一工程
で溶浸されるため各成分が混和し易く、部分的合金化が
起こるが、溶浸材料（源）を重ねて配置しているために
フローが分かれて発生し、識別が困難になる程度の全面
的合金化は起こらない。
逆にCuまたはCu合金を先に溶浸させ、続いてPb−Sn合金
を溶浸させる場合は、CuまたはCu合金の上にPb−Sn合金
を載せて加熱を行なうと、後者が球状になって良好な侵
入が困難になる。したがって、先ずCu合金を溶浸させ、
続いてPb−Su合金を溶浸させることが望ましい。
を溶浸させる場合は、CuまたはCu合金の上にPb−Sn合金
を載せて加熱を行なうと、後者が球状になって良好な侵
入が困難になる。したがって、先ずCu合金を溶浸させ、
続いてPb−Su合金を溶浸させることが望ましい。
バルブシートリングの厚さが20mm程度以下であれば、Pb
−Sn合金およびCuまたはCu合金の分布は厚さ方向に一定
となる。この厚さを越えるとバルブシートリングの溶浸
源側でCuまたはCu合金の割合が多くなる。
−Sn合金およびCuまたはCu合金の分布は厚さ方向に一定
となる。この厚さを越えるとバルブシートリングの溶浸
源側でCuまたはCu合金の割合が多くなる。
CuもしくはCu合金の割合が多い場合は、溶浸後のバルブ
シートリングは硬さが高く、そのままでは加工が困難な
こともあるので、熱処理を行ない加工性を向上させるこ
とが場合により必要となる。以下、実施例によりさらに
詳しく本発明を説明する。
シートリングは硬さが高く、そのままでは加工が困難な
こともあるので、熱処理を行ない加工性を向上させるこ
とが場合により必要となる。以下、実施例によりさらに
詳しく本発明を説明する。
（実施例） Fe粉末（−100メッシュ）に20重量％の硬質合金粒子（F
e−Co−Cu−Ni−Ｃ系合金）および１重量％（以下、同
じ）の黒鉛粉末より原料粉末に潤滑剤として0.8％のス
テアリン酸亜鉛粉末を添加した後、Ｖ型混合機で30分間
混合して調製した混合粉末を成形圧力6ton/cm2で成形し
て、外径39mm、内径25mm、厚さ10mmのリングとした。
e−Co−Cu−Ni−Ｃ系合金）および１重量％（以下、同
じ）の黒鉛粉末より原料粉末に潤滑剤として0.8％のス
テアリン酸亜鉛粉末を添加した後、Ｖ型混合機で30分間
混合して調製した混合粉末を成形圧力6ton/cm2で成形し
て、外径39mm、内径25mm、厚さ10mmのリングとした。
溶浸粉末のPb−Sn合金（鉛70％）およびCu合金（福田金
属製F1PA3−Cu−Fe−Mn−Zn系合金）を表１の溶浸比率
で別々に3ton/cm2の圧力で成形した後、母材成形体（１
−第１図）の上にPb−Sn合金（２）を、その上にCu合金
（３）を載せた（本発明材）。
属製F1PA3−Cu−Fe−Mn−Zn系合金）を表１の溶浸比率
で別々に3ton/cm2の圧力で成形した後、母材成形体（１
−第１図）の上にPb−Sn合金（２）を、その上にCu合金
（３）を載せた（本発明材）。
比較材２は上記Pb−Sn合金のみを、比較材３は上記Cu合
金のみを載せた。なお、比較材１は溶浸材を載せないで
次の焼結を行なった。
金のみを載せた。なお、比較材１は溶浸材を載せないで
次の焼結を行なった。
その後焼結を1130℃（本発明材1,3）および1100℃（本
発明材２および比較材）の温度で分解アンモニアガス雰
囲気中で40分間焼結を行なった。
発明材２および比較材）の温度で分解アンモニアガス雰
囲気中で40分間焼結を行なった。
比較材４は上記した焼結後に摺動面側に上記したPb−Sn
合金を座面側に上記したCu合金を２工程で溶浸させたも
のである。
合金を座面側に上記したCu合金を２工程で溶浸させたも
のである。
また比較材３は溶浸焼結後600℃で１時間熱処理した。
上記各材料の特性を表１に示す。なお、表中の摩耗量は
弁座摩耗試験機で測定した幅方向の摩耗量である。密度
は溶浸後測定した値である。
弁座摩耗試験機で測定した幅方向の摩耗量である。密度
は溶浸後測定した値である。
本発明材１の焼結溶浸後の顕微鏡組織（倍率400倍）を
第２図に示す。図において、白色を帯び、結晶粒が明瞭
に識別できる部分はFe粒子であり、マルテンサイトと残
留オーステナイト組織を有する。このFe粒子と接し、白
色部と黒色部が細かく入り混じった部分が硬質合金粒子
である。黒鉛とFe粒子が反応して形成されたパーライト
が認められる。写真上で最も黒い部分は空孔である。こ
の部分は溶浸時に充填されたPb−Sn合金がエッチングに
より腐食されたため形成されたと考えられる。粒界に沿
って存在する灰色の部分は溶浸されたCu合金である。
第２図に示す。図において、白色を帯び、結晶粒が明瞭
に識別できる部分はFe粒子であり、マルテンサイトと残
留オーステナイト組織を有する。このFe粒子と接し、白
色部と黒色部が細かく入り混じった部分が硬質合金粒子
である。黒鉛とFe粒子が反応して形成されたパーライト
が認められる。写真上で最も黒い部分は空孔である。こ
の部分は溶浸時に充填されたPb−Sn合金がエッチングに
より腐食されたため形成されたと考えられる。粒界に沿
って存在する灰色の部分は溶浸されたCu合金である。
本発明材の性能は、圧環強度は鉛溶浸材より優れるが銅
溶浸材とほぼ同等かあるいはこれに僅かに及ばない。一
方耐磨耗性は鉛溶浸材（比較例2,4）とほぼ同等あるい
はそれ以上である。この耐摩耗性レベルが得られた理由
は鉛合金粒子が銅合金粒子により強化された基地に保持
されているため、脱落、削り取り、軟化等の耐摩耗性上
の悪影響を受け難くなっており、耐摩耗性の組織依存性
が大であるためと推定される。一方、強度は銅の溶浸量
に依存する組成依存性が大であるが、銅に対する鉛合金
の割合が大きいにも係わらずかなりのレベルの強度が得
られているのは微細分散銅が強度の低下傾向を阻止して
いるためと推定される。
溶浸材とほぼ同等かあるいはこれに僅かに及ばない。一
方耐磨耗性は鉛溶浸材（比較例2,4）とほぼ同等あるい
はそれ以上である。この耐摩耗性レベルが得られた理由
は鉛合金粒子が銅合金粒子により強化された基地に保持
されているため、脱落、削り取り、軟化等の耐摩耗性上
の悪影響を受け難くなっており、耐摩耗性の組織依存性
が大であるためと推定される。一方、強度は銅の溶浸量
に依存する組成依存性が大であるが、銅に対する鉛合金
の割合が大きいにも係わらずかなりのレベルの強度が得
られているのは微細分散銅が強度の低下傾向を阻止して
いるためと推定される。
なお、比較材４は溶浸焼結工程でバルブシートリングに
変形が生じた。そのため比較材４のバルブシートリング
は焼結炉内での段積みができなかった。
変形が生じた。そのため比較材４のバルブシートリング
は焼結炉内での段積みができなかった。
（発明の効果） 本発明によれば、耐摩耗性と強度のバランスがとれたバ
ルブシートリングを簡単な製法で製造することができ
る。
ルブシートリングを簡単な製法で製造することができ
る。
第１図は本発明方法における溶浸工程を説明する成形体
および溶浸材の断面図、 第２図は本発明のバルブシートリングの焼結溶浸組織を
示す金属顕微鏡組織写真である。 １……母材の成形体、２……Pb−Sn合金の成形体 ３……Cu合金の成形体
および溶浸材の断面図、 第２図は本発明のバルブシートリングの焼結溶浸組織を
示す金属顕微鏡組織写真である。 １……母材の成形体、２……Pb−Sn合金の成形体 ３……Cu合金の成形体
Claims (1)
- 【請求項１】内燃機関のバルブシートリング用金属粉末
成形体もしくは該金属粉末焼結体のバルブとの当接面も
しくは反対面からPb−Sn合金およびCuまたはCu合金を別
個の溶浸源から溶浸させることにより、バルブシートの
ほぼ全体がPb−Sn合金とCuまたはCu合金で複合溶浸され
ているバルブシートリングを製造することを特徴とする
溶浸バルブシートリングの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25471987A JPH07116489B2 (ja) | 1987-10-12 | 1987-10-12 | 溶浸バルブシートリングの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25471987A JPH07116489B2 (ja) | 1987-10-12 | 1987-10-12 | 溶浸バルブシートリングの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01100207A JPH01100207A (ja) | 1989-04-18 |
| JPH07116489B2 true JPH07116489B2 (ja) | 1995-12-13 |
Family
ID=17268894
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25471987A Expired - Fee Related JPH07116489B2 (ja) | 1987-10-12 | 1987-10-12 | 溶浸バルブシートリングの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07116489B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3335036B2 (ja) * | 1995-03-31 | 2002-10-15 | ヤマハ発動機株式会社 | 接合型バルブシート |
| KR100433244B1 (ko) | 2001-03-28 | 2004-05-24 | 대한소결금속 주식회사 | 압축기용 플랜지의 제조 방법 |
| CN102120262B (zh) * | 2011-04-26 | 2013-03-06 | 常熟市双月机械有限公司 | 一种气门座圈 |
-
1987
- 1987-10-12 JP JP25471987A patent/JPH07116489B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01100207A (ja) | 1989-04-18 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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