JPH08134608A - バルブシート用鉄系焼結合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 良好な耐摩耗性と機械的強度を有しかつ相手
攻撃性の低いバルブシート用鉄系焼結合金を提供する。 【構成】 バルブシート用鉄系焼結合金は基地と微細硬
質粒子を含み；基地の組織は旧オーステナイトの平均結
晶粒径が１５μｍ以下である焼戻しマルテンサイトであ
り；基地の組成は０．１〜３重量％のＮｉと０．５〜２
重量％のＣｒと０．１〜２重量％のＭｏと０．１〜１重
量％のＭｎと０．８〜１．５重量％のＣと残部のＦｅを
含み、微細硬質粒子は０．５〜３μｍの平均粒径を有
し、かつ基地の旧オーステナイト結晶粒界および粒内に
均一に分散させられて焼結合金内で５〜１５重量％の範
囲内で含まれており；微細硬質粒子の組成は６０〜７０
重量％のＭｏと２重量％以下のＳｉと０．１重量％以下
のＣと残部のＦｅを含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車エンジンのバルブ
シート用焼結合金に関し、特に、高い耐摩耗性と強度を
有していて高出力型エンジンにおいて好ましく用いられ
得るバルブシート用鉄系焼結合金に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車エンジンの高性能化や高出
力化の下において、高温下でバルブによって繰り返し叩
かれるバルブシートの使用環境はさらに厳しくなってお
り、バルブシート自身の耐摩耗性向上の要求が高まって
いる。現在ではほとんどのバルブシートが鉄系焼結材料
で製造されているが、特開平５−２４７６０５は、耐摩
耗性の向上のために焼結材の基地へ合金元素を添加した
り硬質相や潤滑成分を分散させ、さらには熱伝導性や強
度を改善するために銅を溶浸することを開示している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、自動車エンジ
ンの中でも特に高出力型エンジンでは、バルブシートが
高温の燃焼ガス雰囲気の下で無潤滑かつ高温状態でバル
ブに繰り返し叩かれるので、バルブシート材料の構成要
素のうちの特に基地の表面の至るところにおいて数百〜
数千平方μｍの微小領域での金属凝着や塑性変形が起こ
り、それらの凝着や変形が積み重なることによって摩耗
が進行する現象が発生する。ところで、耐摩耗性を向上
させるために硬質相の含有量を増大させれば、それと同
時に相手であるバルブに対する攻撃性が増大してバルブ
の摩耗が激しくなるだけでなく、バルブシート自身の強
度の低下をも生じてしまう。したがって、バルブシート
自身の耐摩耗性向上と同時に、相手のバルブに対する攻
撃性の低減とバルブシートの強度向上を満たすことが、
バルブシート用材料に対する課題となっている。

【０００４】このような課題に鑑み、本発明は、焼結材
料の大部分を構成する基地の組織，結晶粒径，および組
成と、基地中に均一に分散させられる微細硬質粒子の粒
径，含有量，組成，および分散状態について着目し、耐
摩耗性の向上，相手攻撃性の低減，および強度の向上を
達成し得るバルブシート用鉄系焼結合金を提供すること
を目的としている。

【０００５】本発明はまた、焼結材料に含まれる硬質相
については粒径，含有量，および組成を調整し、潤滑材
と溶浸材についてはそれらの種類と含有量を調整するこ
とによって、さらに厳しい摩耗条件下で使用される場合
でも良好な耐摩耗性を発揮しかつ強度の向上と相手攻撃
性の低減を同時に達成し得るバルブシート用鉄系焼結合
金を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの態様によ
るバルブシート用鉄系焼結合金は、基地と微細硬質粒子
を含み；基地の組成は旧オーステナイトの平均結晶粒径
が１５μｍ以下である焼戻しマルテンサイトであり；基
地の組成は、０．１〜３重量％のＮｉと、０．５〜２重
量％のＣｒと、０．１〜２重量％のＭｏと、０．１〜１
重量％のＭｎと、０．８〜１．５重量％のＣと、残部の
Ｆｅおよび不可避不純物とを含み；微細硬質粒子は０．
５〜３μｍの平均粒径を有し、かつ基地の旧オーステナ
イト結晶粒界および粒内に均一に分散させられて焼結合
金内で５〜１５重量％の範囲内で含まれており、；微細
硬質粒子の組成は、６０〜７０重量％のＭｏと、２重量
％以下のＳｉと、０．１重量％以下のＣと、残部のＦｅ
および不可避不純物とを含むことを特徴としている。

【０００７】本発明のもう１つの態様によるバルブシー
ト用鉄系焼結合金は、３０〜８０μｍの平均粒径を有し
かつ１〜１０重量％の範囲内で分散させられた硬質相を
さらに含み；その硬質相は第１種類ないし第３種類の硬
質相の少なくとも１つを含み；第１種類の硬質相の組成
は、６０〜７０重量％のＭｏと、２重量％以下のＳｉ
と、０．１重量％以下のＣと、残部のＦｅおよび不可避
不純物を含み；第２種類の硬質相の組成は、３０〜５０
重量％のＣｒと、１５〜３０重量％のＷと、５〜２０重
量％のＣｏと、１〜３重量％のＣと、残部のＦｅおよび
不可避不純物を含み；第３種類の硬質相の組成は、２５
〜３５重量％のＭｏと、７〜１２重量％のＣｒと、残部
のＣｏおよび不可避不純物を含むことを特徴としてい
る。

【０００８】本発明のさらに他の態様によるバルブシー
ト用鉄系焼結合金は、０．５〜３重量％の固体潤滑材を
さらに含み、その固体潤滑材はＣａＦ₂ とＭｎＳの少な
くとも一方を含むことを特徴としている。

【０００９】本発明のさらに他の態様によるバルブシー
ト用鉄系焼結合金は、空孔内に溶浸されたＣｕを１０〜
２０重量％の範囲内でさらに含むことを特徴としてい
る。

【００１０】

【作用】本発明の種々の構成要素のそれぞれの作用につ
いて、以下において詳細に説明する。

【００１１】基地の組織 焼戻しマルテンサイト組織は、高温における基地の耐摩
耗性を向上させる。他方、フェライト，パーライト，お
よびオーステナイト（残留オーステナイトも含む）の組
織は高温における耐摩耗性が低いので、基地中に部分的
にでもこれらの組織が存在すれば、それらの組織を起点
に摩耗が進行する。したがって、焼結後の冷却条件や熱
処理条件を調整することによって、それらの組織を除去
しておく必要がある。また、従来のバルブシート用材料
では、基地中に分散する硬質相を効果的に保持するため
に基地の硬度がビッカース硬度（Ｈｖ）で２００〜４０
０になるように調整される場合が多いが、基地自身の耐
摩耗性の向上のためにはＨｖ＝４５０〜６００であるこ
とが望ましい。

【００１２】旧オーステナイトの平均結晶粒径 バルブシートに要求される特性の１つに圧環強度（環状
の焼結部材の径方向の圧力に対する強度）があるが、圧
環強度の向上のためには、バルブシート用材料の降伏強
度と靱性の両方を向上させなければならない。合金元素
による固溶強化，析出強化，分散強化などの通常よく行
なわれる金属の強化方法では一般に材料の降伏強度の増
加とともに靱性が低下する場合が多いが、結晶粒の微細
化による材料の強化方法では靱性を損うことなく降伏強
度の増加を達成することが可能である。したがって、結
晶粒の微細化による強化方法は、圧環強度の向上に有効
となる。焼戻しマルテンサイト組織においては、旧オー
ステナイトの結晶粒径が小さいほど圧環強度が向上す
る。結晶粒の微細化による強度向上の効果が発揮される
のは、特に旧オーステナイトの平均結晶粒径が１５μｍ
以下の場合であり、１５μｍを超えればその効果は現わ
れにくくなる。

【００１３】また、前述のように、バルブシートが無潤
滑かつ高温状態でバルブに繰り返し叩かれるという厳し
い摩耗環境下で使用されれば、バルブシート材料の構成
要素のうちの特に基地の表面の至るところにおいて数百
〜数千平方μｍの微小領域で金属凝着や塑性変形が起こ
り、それらの凝着や変形が積み重なることによって摩耗
が進行するという現象が発生する。これに対して、旧オ
ーステナイトの結晶粒径の微細化は、強度や靱性の向上
とともに基地の微小領域における塑性変形抵抗を増大さ
せ、耐摩耗性を向上させる効果をも生じる。

【００１４】基地の合金元素量 Ｎｉは基地の靱性の向上や耐摩耗性の向上に有効である
が、０．１重量％未満ではその効果が小さく、３重量％
を超えれば過剰の残留オーステナイトが生成して耐摩耗
性が劣化するので、０．１〜３重量％の範囲が望まし
い。

【００１５】Ｃｒは基地の耐熱強度の向上とともに炭化
物を生成して基地の耐摩耗性の向上に効果を発揮する
が、０．５重量％未満ではその効果が小さく、２重量％
を超えれば過剰の炭化物を生成して基地の靱性を劣化さ
せるので、０．５〜２重量％の範囲が望ましい。

【００１６】Ｍｏも基地の耐熱強度の向上とともに炭化
物を生成して基地の耐摩耗性を向上させる効果を生じる
が、０．１重量％未満ではその効果が小さく、２重量％
を超えれば過剰の炭化物を生成して基地の靱性を劣化さ
せるので、０．１〜２重量％の範囲が望ましい。

【００１７】Ｍｎは基地の粒界脆性を低下させて基地の
靱性向上と耐摩耗性の向上に効果を生じるが、０．１重
量％未満ではその効果が小さく、１重量％を超えてもそ
の効果は飽和するだけである。したがって、Ｍｎの望ま
しい含有量は、０．１重量％〜１重量％の範囲である。

【００１８】Ｃは、基地の強度や耐摩耗性を大きく左右
する重要な元素である。その量が０．８重量％未満では
バルブシートに要求される耐摩耗性を確保することが困
難となり、１．５重量％を超えれば炭化物の過剰生成に
よって基地の靱性や強度の低下が生じる。したがって、
基地中のＣの量は、０．８〜１．５重量％の範囲が望ま
しい。

【００１９】微細硬質粒子 従来のバルブシート用材料としては、粒径が最大で１０
０μｍ程度の硬質相が２０重量％以下で分散させられた
焼結合金が一般に使用されている。このような比較的粗
大な硬質相は耐摩耗性を確保するめたに含まれている
が、耐摩耗性を向上させるためにその含有量を増大させ
れば、同時に焼結材の強度を低下させるとともに相手材
への攻撃性を増大させる。本発明は、前述の特徴を有す
る基地に分散させる硬質粒子の粒径，含有量，組成，お
よび分散状態をも適正化することによって、耐摩耗性の
向上を図るとともに、強度の低下と相手材への攻撃性の
増大とを抑制しようとしている。特に、基地の微小領域
における塑性変形抵抗の増大と金属凝着の抑制とによっ
て耐摩耗性を向上させるためには、微細な硬質粒子を基
地中に均一に分散させることが有効である。

【００２０】そのような微細硬質粒子としては、ＪＩＳ
のＧ２３０７に規定されている低炭素フェロモリブデン
のように、６０〜７０重量％のＭｏと、２重量％以下の
Ｓｉと、０．１重量％以下のＣと、残部のＦｅおよび不
可避不純物からなる組成を有するものが好ましい。なぜ
ならば、このような硬質粒子はアルミナのような酸化物
や窒化チタンのような窒化物と異なり、含有する主要な
合金元素であるＭｏが焼結材の基地中にごく微量だけ拡
散固溶して基地との結合性を向上させることにより、焼
結材の耐熱性，耐摩耗性，および強度を向上させるから
である。さらには、このような硬質粒子は工具鋼や高速
度鋼などの高合金鋼内で分散析出する高硬度の炭化物
（Ｈｖ≧２０００）に比べて低い硬さ（Ｈｖ＝１１００
〜１４００）を有し、相手材への攻撃性が低いという点
においても好ましい。

【００２１】微細硬質粒子は、０．５〜３μｍの平均粒
径を有しかつ焼結材中に５〜１５重量％の範囲内で含ま
れることが望ましい。微細硬質粒子の平均粒径が０．５
μｍ未満で小さすぎる場合には耐摩耗性向上の効果が薄
れ、平均粒径が３μｍを超えれば微細硬質粒子間の平均
距離が大きくなり、基地の微小領域での塑性変形抵抗を
高める効果が薄れる。また、微細硬質粒子の含有量が５
重量％未満では耐摩耗性向上の効果が生じず、１５重量
％を超えれば過剰の微細硬質粒子のために基地のピッチ
ング（微孔）摩耗のような表面疲労による摩耗が進行
し、逆に耐摩耗性が低下する。

【００２２】これらの微細硬質粒子の分散状態について
は、平均粒径が１５μｍ以下の旧オーステナイト結晶粒
内および粒界に均一に分散していることが、基地の微小
領域での塑性変形抵抗の確保のために望ましい。通常、
焼結製品の原料となる純鉄粉または合金鉄粉は５０〜１
００μｍ程度の平均粒径を有し、ダブルコーン型混合機
またはＶ型混合機を用いて微細結晶粒子を原料鉄粉と単
純に混合するだけでは、成形・焼結しても原料鉄粉末内
部に微細硬質粒子を分散させることができず、旧粉末粒
界に微細硬質粒子が凝集することになる。

【００２３】微細硬質粒子の均一な分散状態を実現する
ためには、回転ボールミル，振動ボールミル，遊星ボー
ルミル，アトライタなどのように強制的に粉末に衝撃を
与える混合機を用いる必要がある。これらの混合機を用
いれば、ボールの衝突によって純鉄粉または合金鉄粉は
粉砕と圧着を繰り返し、他方、硬質合金粉末は粉砕され
ながら純鉄粉または合金鉄粉の中に取込まれ、最終的に
５０〜１００μｍの平均粒径の原料鉄粉末内部に微細硬
質粒子を均一に分散させた複合化粉末を得ることができ
る。このような複合化粉末を焼結した場合、基地内に均
一に分散した微細硬質粒子は、焼結または焼入れのため
の高温加熱状態でオーステナイト結晶粒界をピン止め
し、微細なオーステナイト結晶粒の粗大化を抑制するこ
とができる。したがって、微細硬質粒子の分散状態とし
ては、微細硬質粒子の大多数が微細な旧オーステナイト
結晶粒界に存在してもよい。

【００２４】硬質相 微細硬質粒子が分散させられた上述の基地は、以下に述
べる第１，第２，および第３種類の硬質相Ａ，Ｂ，およ
びＣの少なくとも１つをさらに含むことによって、さら
に耐摩耗性が向上する。また、硬質相の粒径，含有量，
および組成を適正化することによって、上述の基地の特
性との相乗効果によって、従来のバルブシート材料で問
題となっている硬質相による強度の低下とバルブへの攻
撃性の増大を最小限に抑制することができる。

【００２５】硬質相の平均粒径が３０μｍ未満では耐摩
耗性向上の効果が小さく、８０μｍを超えれば強度低下
や相手材への攻撃性の増大が顕在化する。また、硬質相
の含有量が１重量％未満では耐摩耗性向上の効果が小さ
く、１０重量％を超えれば強度低下や相手材への攻撃性
の増大が顕在化する。

【００２６】硬質相Ａの組成 硬質相Ａの組成は、上述の微細硬質粒子の組成と同一で
ある。

【００２７】ＭｏはＦｅ−Ｍｏ系金属間化合物を形成し
て耐摩耗性を向上させるとともに、ごく微量のＭｏが基
地中に拡散固溶して基地と硬質相との結合性を向上させ
ることによって基地の強度低下を抑制する。Ｍｏの含有
量が６０重量％未満では金属間化合物の量が少ないため
に耐摩耗性の向上効果が小さく、８０重量％を超えれば
過剰の金属間化合物を形成して相手材への攻撃性が大き
くなる。

【００２８】Ｓｉは硬質相の形成時の脱酸作用の他に硬
質相の硬さを高めて耐摩耗性を向上させるが、２重量％
を超えれば硬質相自身の靱性が劣化してバルブからの衝
撃によって硬質相が破砕しやすくなる。

【００２９】ＣはＦｅ−Ｍｏ−Ｃ系炭化物を形成して硬
質相の硬さを向上させるが、Ｃの含有量が０．１重量％
を超えれば硬質相自身の靱性が劣化してバルブからの衝
撃によって破砕しやすくなる。

【００３０】硬質相Ａは、以上の成分の他に、残部のＦ
ｅと不可避不純物を含んでいる。硬質相Ｂ Ｃｒは、硬質相中で炭化物を形成して耐摩耗性を向上さ
せるとともに、基地中にごく微量だけ拡散固溶して基地
と硬質相との結合性を向上させて、基地の強度低下を抑
制する効果がある。Ｃｒの含有量が３０重量％未満では
その効果が小さく、５０重量％を超えれば過剰の炭化物
を形成するので相手材への攻撃性が増大する。

【００３１】Ｗも硬質相中で炭化物を形成して耐摩耗性
を向上させるが、Ｗの含有量が１５重量％未満ではその
効果が小さく、３０重量％を超えれば過剰の炭化物を形
成して相手材への攻撃性が増大する。

【００３２】Ｃｏは硬質相の耐熱性を向上させるととも
に、基地中にごく微量だけ拡散固溶して基地と硬質相と
の結合性を向上させて、基地の強度低下を抑制する効果
がある。Ｃｏの含有量が５重量％未満ではその効果が小
さく、２０重量％を超えてもその効果が飽和するだけで
ある。

【００３３】Ｃは、硬質相中でＣｒ，Ｗ，およびＦｅと
炭化物を形成して耐摩耗性を向上させる効果を生じる
が、Ｃの含有量が１重量％未満ではその効果が小さく、
３重量％を超えれば過剰の炭化物を形成して相手材への
攻撃性が増大する。

【００３４】硬質相Ｂは、上記の成分の他に、残部のＦ
ｅおよび不可避不純物を含んでいる。

【００３５】硬質相Ｃ Ｍｏは、硬質相Ｃを構成する主要元素であるＣｏととも
にＣｏ−Ｍｏ系金属間化合物を形成することによって耐
摩耗性を向上させる効果を生じる。しかし、Ｍｏの含有
量が２５重量％未満ではその効果が小さく、３５重量％
を超えればその効果が飽和する。

【００３６】Ｃｒは硬質相を強化するとともに、基地中
にごく微量だけ拡散固溶して基地と硬質相との結合性を
向上させ、基地の強度低下を抑制する効果を生じる。し
かし、Ｃｒの含有量が７重量％未満ではその効果が小さ
く、１２重量％を超えればＣｏ−Ｍｏ系金属間化合物の
量が少なくなって耐摩耗性向上の効果が得られなくな
る。

【００３７】硬質相Ｃは、上記の成分の他に、残部とし
てのＣｏおよび不可避不純物をも含んでいる。

【００３８】潤滑材 前述のように、バルブシート材においては、無潤滑かつ
高温状態でバルブに繰り返し叩かれることによって、基
地の表面の至るところにおいて数百〜数千平方μｍの微
小領域で金属凝着や塑性変形が起こり、それらの凝着や
変形の積み重ねによって摩耗が進行する現象が生じる。
潤滑材は、分散した微細硬質粒子を含み上述の特徴を有
する基地との相乗効果によって、基地の微小領域での金
属凝着を抑制し、耐摩耗性を向上させる効果を生じる。
この効果を発揮するためには、潤滑材は焼結材中に０．
５〜３重量％の範囲内で分散させられていてＣａＦ₂ と
ＭｎＳの少なくとも一方を含むことが望ましい。潤滑材
の含有量が０．５重量％未満ではバルブとバルブシート
との間の金属凝着を抑制する効果を有効に発揮すること
ができず、３重量％を超えれば潤滑材は基地との結合性
が低いために焼結材の強度低下を引起こすだけでなく、
基地の靱性を劣化させて逆に耐摩耗性を低下させる。ま
た、潤滑材は焼結材中でできるだけ微細かつ均一に分散
させることが望ましく、回転ボールミル，振動ボールミ
ル，遊星ボールミル，アトライタなどの混合機を用い
て、微細硬質粒子の場合と同様に原料鉄粉末内部に潤滑
材を均一に分散させてもよい。

【００３９】Ｃｕ溶浸 焼結材中の空孔内に溶浸したＣｕは、焼結材の熱伝導性
の向上と圧環強度の向上をもたらすとともに、バルブか
らの衝撃によって塑性変形を起こしてバルブシート表面
に引き伸ばされるので潤滑効果をも有し、微細硬質粒子
が分散された上述の特徴を有する基地との相乗効果によ
って耐摩耗性をも向上させる。しかし、そのＣｕ溶浸量
が焼結材の１０重量％未満では耐摩耗性向上の効果が小
さく、２０重量％を超えればＣｕを溶浸するのに必要な
空孔の容積を過度に大きくしなければならず、焼結材の
強度低下を引起こすだけでなく、基地の靱性劣化をも生
じて耐摩耗性を低下させる。

【００４０】

【実施例】実施例１

【００４１】

【表１】 表１は、主に旧オーステナイト（γ）結晶粒と微細硬質
粒子とが焼結バルブシートの機械的特性に及ぼす影響を
示している。

【００４２】表１においては、Ｆｅ−１重量％Ｎｉ−１
重量％Ｃｒ−０．５重量％Ｍｏ−０．５重量％Ｍｎの組
成を有する原料合金鉄粉末にＦｅ−６５重量％Ｍｏ−
１．５重量％Ｓｉ−０．０５重量％Ｃの組成を有する硬
質合金粉末（−２００メッシュ）が種々の割合で添加さ
れ、乾式振動ボールミルで機械的混合が行なわれた。微
細硬質粒子の平均粒径は機械的混合時間を調整すること
によって制御することが可能であり、表１中の試料２，
５および６ではそれぞれ５時間，２時間および２０時間
であり、それ以外の試料では１０時間であった。得られ
た混合粉末は、真空中で８００℃において１時間軟化焼
鈍された後に、１重量％の黒鉛粉末と金型への焼付き防
止用潤滑材としての０．８重量％のステアリン酸亜鉛粉
末が添加されてＶ型混合機で混合された。

【００４３】Ｖ型混合機で混合された粉末は、７ｔ／ｃ
ｍ² の成形圧力で３２ｍｍの外径と２５ｍｍの内径と６
ｍｍの厚さを有するリング形状に成形され、その成形体
は６００℃において３０分間脱脂されたあとに窒素雰囲
気中で１１５０℃において１時間焼結された。その後、
焼結体は熱処理が施されて、基地がビッカース硬度Ｈｖ
＝５５０の焼戻しマルテンサイト組織にされた。その結
果、試料５以外の試料では微細硬質粒子が旧オーステナ
イト結晶粒内および粒界に均一に分散しているが、試料
５では機械的混合時間が短かったので硬質粒子の分散状
態が完全に均一ではなく、旧オーステナイト結晶粒は混
粒であった。

【００４４】これらの焼結されて熱処理された試料は、
バルブシート形状に加工されて４００℃における圧環強
度が調べられるとともに、単体摩耗試験機を用いて摩耗
量が調べられた。この摩耗試験機は、カム軸の回転によ
ってバルブを往復運動させ、バルブの繰り返し叩きによ
るバルブシートの摩耗試験を燃焼ガスによる高温雰囲気
中で行なうものである。単体摩耗試験の条件としては、
ＳＵＨ３６のバルブ材と、４００℃のバルブシート表面
温度と、３０００ｒｐｍのカム軸回転速度と、３０時間
の運転時間が設定された。摩耗量として、バルブシート
に関してはバルブとの接触面の面幅増加量が測定され、
バルブに関してはバルブフェースの最大摩耗深さが測定
された。また、圧環強度に関しては、試料１の圧環強度
を１００とする規格化された相対値で評価された。

【００４５】表１において、試料１〜４は本発明に属
し、これらのいずれの試料も１５μｍ以下の旧オーステ
ナイト平均結晶粒径を有するとともに、平均粒径が０．
５〜３μｍの微細硬質粒子を５〜１５重量％の範囲で含
んでいる。他方、試料５〜８は比較例を示し、表１中の
印（＊）の付された数値は本発明の範囲外であることを
表わしている。

【００４６】表１から明らかなように、本発明による試
料１〜４は、比較試料５〜８に比べて、耐摩耗性と圧環
強度に優れかつ相手攻撃性も低いという３つの良好な特
性を兼ね備えていることがわかる。特に、比較試料５〜
８においては、少なくとも耐摩耗性が著しく劣っている
ことがわかる。

【００４７】実施例２

【００４８】

【表２】 表２は、主に硬質相Ａ，ＢおよびＣが焼結バルブシート
の機械的特性に及ぼす影響を示している。

【００４９】表２においては、Ｆｅ−１重量％Ｎｉ−１
重量％Ｃｒ−０．５重量％Ｍｏ−０．５重量％Ｍｎの組
成を有する原料合金鉄粉末にＦｅ−６５重量％Ｍｏ−
１．５重量％Ｓｉ−０．０５重量％Ｃの組成を有する硬
質合金粉末（−２００メッシュ）が１０重量％の割合で
添加され、乾式振動ボールミルで１０時間の機械的混合
が行なわれた。得られた混合粉末は、真空中で８００℃
において１時間の軟化焼鈍が施された。焼鈍処理された
混合粉末は、１重量％の黒鉛粉末と０．８重量％のステ
アリン酸亜鉛粉末が添加され、さらに、Ｆｅ−６５重量
％Ｍｏ−１．５重量％Ｓｉ−０．０５重量％Ｃの組成の
硬質相Ａ（平均粒径６０μｍ）と、Ｆｅ−４０重量％Ｃ
ｒ−２２重量％Ｗ−１５重量％Ｃｏ−２重量％Ｃの組成
の硬質相Ｂ（平均粒径７０μｍ）と、Ｃｏ−３０重量％
Ｍｏ−１０重量％Ｃｒの組成の硬質相Ｃ（平均粒径５５
μｍ）のうちの少なくとも１つの硬質相が種々の割合で
添加され、その後にＶ型混合機で混合された。

【００５０】なお、微細硬質粒子を含まない従来のバル
ブシートの比較例としての試料２０〜２２においては、
Ｆｅ−１重量％Ｎｉ−１重量％Ｃｒ−０．５重量％Ｍｏ
−０．５重量％Ｍｎの組成を有する原料合金鉄粉末に１
重量％の黒鉛粉末と０．８重量％のステアリン酸亜鉛粉
末が添加され、さらに、硬質相Ａ，Ｂ，およびＣのうち
のいずれか１つが１０重量％の割合で添加され、その後
にＶ型混合機で混合された。

【００５１】Ｖ型混合機で混合された粉末は、実施例１
の場合と同様に成形，脱脂，焼結，熱処理，および加工
が行なわれ、圧環強度と単体摩耗試験による摩耗量の評
価が行なわれた。その結果が表２に示されている。表２
において、試料９〜１６は本発明の範囲に属し、比較試
料１７〜２２において印（＊）の付された数値は本発明
の範囲外であることを表わしている。

【００５２】表２から明らかなように、本発明による試
料９〜１６は比較試料１７〜２２に比べて、耐摩耗性と
圧環強度に優れかつ相手攻撃性も低いという３つの良好
な特性を兼ね備えていることがわかる。特に、比較試料
１７〜１９においては硬質相の含有量が多すぎるので、
圧環強度が著しく劣っておりかつバルブに対する攻撃性
が極めて高いことがわかる。また、比較試料２０〜２２
においては、微細硬質粒子が含まれていないので、バル
ブシートの耐摩耗性と圧環強度が著しく劣っていること
がわかる。

【００５３】実施例３

【００５４】

【表３】 表３は、主に焼結材に含まれる潤滑材が焼結バルブシー
トの機械的特性に及ぼす影響を示している。

【００５５】表３において、Ｆｅ−１重量％Ｎｉ−１重
量％Ｃｒ−０．５重量％Ｍｏ−０．５重量％Ｍｎの組成
を有する原料合金鉄粉末にＦｅ−６５重量％Ｍｏ−１．
５重量％Ｓｉ−０．０５重量％Ｃの組成を有する硬質合
金粉末（−２００メッシュ）が１０重量％の割合で添加
され、さらに潤滑材としてＣａＦ₂ とＭｎＳの少なくと
も１つが種々の割合で添加されて、実施例２の場合と同
様に機械的混合と軟化焼鈍が施された。軟化焼鈍の施さ
れた混合粉末は、１重量％の黒鉛粉末と０．８重量％の
ステアリン酸亜鉛粉末が添加され、さらに、試料２７〜
２９については実施例２と同様の硬質相Ａ，Ｂ，および
Ｃの少なくとも１つが所定の割合で添加されて、その後
Ｖ型混合機で混合された。

【００５６】Ｖ型混合機で混合された粉末は、実施例１
の場合と同様に成形，脱脂，焼結，熱処理，および加工
が行なわれ、圧環強度と単体摩耗試験による摩耗量の評
価が行なわれた。その結果が表３に示されている。表３
における試料２３〜２９は本発明の範囲に属し、比較試
料３０〜３２において印（＊）の付された数値は本発明
の範囲外であることを表わしている。

【００５７】表３から明らかなように、本発明による試
料２３〜２９は、比較試料３０〜３２に比べて、耐摩耗
性と圧環強度に優れかつ相手攻撃性も低いという３つの
良好な特性を備えていることがわかる。特に、比較試料
３０〜３２においては潤滑材の添加量が多すぎるので、
バルブシートの耐摩耗性と圧環強度が著しく劣っている
ことがわかる。

【００５８】実施例４

【００５９】

【表４】 表４は、主に焼結材へのＣｕ溶浸量が焼結バルブシート
の機械的特性に及ぼす影響を示している。

【００６０】表４においては、実施例１〜３において使
用した混合粉末が準備され、Ｃｕ溶浸用の試料として成
形された。すなわち、試料１Ａ〜１Ｅにおいては試料１
に対応する混合粉末が用いられており、試料９Ａ，１０
Ａ，１６Ａ，２７Ａ，２８Ａ，および２９Ａにおいては
それぞれ試料９，１０，１６，２７，２８，および２９
に対応する混合粉末が用いられている。これらの混合粉
末の成形圧力については、種々のＣｕ溶浸量が可能にな
るように４〜６．５ｔ／ｃｍ² の範囲内で調整された。
その後、実施例１の場合と同様な脱脂と焼結が行なわれ
た。そして、このようにして得られた焼結体の上に純銅
粉末からなるリング状成形体を乗せて、窒素雰囲気中で
１１３０℃において２０分間保持することによって焼結
体の銅溶浸が行なわれた。銅溶浸された焼結体は、実施
例１の場合と同様の熱処理と加工が施され、圧環強度と
単体摩耗試験による摩耗量が評価された。その結果は、
表４に示されている。

【００６１】表４から明らかなように、本発明による試
料１Ａ〜１Ｃ，９Ａ，１０Ａ，１６Ａ，２７Ａ，２８
Ａ，および２９Ａは、比較試料１Ｄおよび１Ｅに比べ
て、耐摩耗性と圧環強度に優れるとともに相手攻撃性も
低いという３つの良好な特性を兼ね備えていることがわ
かる。特に、比較試料１Ｄ〜１ＥにおいてはＣｕ溶浸量
が本発明の範囲である２０重量％を超えているので、焼
結バルブシートの耐摩耗性と圧環強度が著しく劣ってい
ることがわかる。

【００６２】図１ないし図３は、試料１Ｂの光学顕微鏡
金属組織写真を表わしている。図２は図１の一部拡大写
真を表わし、図３は図１と異なる領域における拡大写真
を表わしている。図１と図２においては、腐食液として
硝酸−アルコール溶液が用いられており、焼戻しマルテ
ンサイト組織からなる基地に均一に分布した微細硬質粒
子とそれより大きな空孔に溶浸されたＣｕとが観察され
る。図３においては、旧オーステナイト結晶粒界を選択
的に腐食するために、ラウリルベンゼンスルホン酸ナト
リウム水溶液，塩化第二鉄水溶液，および濃塩酸をピク
リン酸飽和水溶液に少量ずつ混合した溶液が腐食液とし
て用いられている。この図３においては、旧オーステナ
イト結晶粒界と粒内に微細硬質粒子が分散されているこ
とが観察される。

【００６３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、基地に
ついては組織，結晶粒径，および組成を調整し、微細硬
質粒子については粒径，含有量，組成，および分散状態
を調整し、硬質相については粒径，含有量，および組成
を調整し、潤滑材については種類，および含有量を調整
し、溶浸材については種類および含有量を調整すること
によって、厳しい摩耗条件下で使用される場合でも良好
な耐摩耗性を発揮しかつ強度の向上と相手攻撃性の低減
とを同時に達成し得るバルブシート用鉄系焼結合金を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】試料１Ｂの光学顕微鏡金属組織写真である。

【図２】図１の一部を拡大した光学顕微鏡金属組織写真
である。

【図３】図１および図２と異なる腐食条件による試料１
Ｂの光学顕微鏡金属組織写真である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基地と微細硬質粒子を含む焼結合金であ
   って、 前記基地の組織は旧オーステナイトの平均結晶粒径が１
   ５μｍ以下である焼戻しマルテンサイトであり、 前記基地の組成は、０．１〜３重量％のＮｉと、０．５
   〜２重量％のＣｒと、０．１〜２重量％のＭｏと、０．
   １〜１重量％のＭｎと、０．８〜１．５重量％のＣと、
   残部のＦｅおよび不可避不純物とを含み、 前記微細硬質粒子は０．５〜３μｍの平均粒径を有し、
   前記基地の旧オーステナイト結晶粒界および粒内に均一
   に分散させられて前記焼結合金内で５〜１５重量％の範
   囲内で含まれており、 前記微細硬質粒子の組成は、６０〜７０重量％のＭｏ
   と、２重量％以下のＳｉと、０．１重量％以下のＣと、
   残部のＦｅおよび不可避不純物とを含むことを特徴とす
   るバルブシート用鉄系焼結合金。
2. 【請求項２】 前記焼結合金は、３０〜８０μｍの平均
   粒径を有しかつ１〜１０重量％の範囲内で分散させられ
   た硬質相をさらに含み、 前記硬質相は第１種類ないし第３種類の硬質相の少なく
   とも１つを含み、 第１種類の硬質相の組成は、６０〜７０重量％のＭｏ
   と、２重量％以下のＳｉと、０．１重量％以下のＣと、
   残部のＦｅおよび不可避不純物とを含み、 第２種類の硬質相の組成は、３０〜５０重量％のＣｒ
   と、１５〜３０重量％のＷと、５〜２０重量％のＣｏ
   と、１〜３重量％のＣと、残部のＦｅおよび不可避不純
   物とを含み、 第３種類の硬質相の組成は、２５〜３５重量％のＭｏ
   と、７〜１２重量％のＣｒと、残部のＣｏおよび不可避
   不純物を含むことを特徴とする請求項１に記載のバルブ
   シート用鉄系焼結合金。
3. 【請求項３】 前記焼結合金は０．５〜３重量％の固体
   潤滑材をさらに含み、前記固体潤滑材はＣａＦ₂ とＭｎ
   Ｓの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載のバルブシート用鉄系焼結合金。
4. 【請求項４】 前記焼結合金は空孔内に溶浸されたＣｕ
   を１０〜２０重量％の範囲内でさらに含むことを特徴と
   する請求項１ないし３のいずれかの項に記載のバルブシ
   ート用鉄系焼結合金。