JPH10219411A - 耐摩耗性焼結合金およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 材料強度が高く、優れた高温耐摩耗性をもつ
焼結材料を提供する。 【解決手段】 Ｎｉ：１．３５〜１９．６１重量％、Ｃ
ｒ：０．９〜１１．０５重量％、Ｍｏ：１．４４〜９．
０９重量％、Ｃｏ：３．６〜２０．０５重量％、Ｖ：
０．０１８〜０．２６重量％、Ｓｉ：０．ｌ〜０．７５
重量％、Ｃ：０．３５〜１．５重量％、およびＦｅ：残
部からなる全体組成を有する。マルテンサイトとソル
バイトおよびオーステナイトの混合組織中に、主とし
てＭｏ珪化物よりなる硬質相を核としてその周囲をＣｏ
が拡散してなる拡散相が取り囲む第１の硬質相と、Ｃ
ｒ炭化物よりなる硬質相を核としてその周囲をフェライ
トとオーステナイトの混合相が取り囲む第２の硬質相と
が、それぞれ分散する金属組織を呈する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高温における耐摩
耗性に優れた耐摩耗性焼結合金および製造方法に係り、
主として内燃機関用のバルブシートに用いて好適な技術
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車エンジンは高性能化により
作動条件が一段と厳しくなっており、エンジンに用いら
れるバルブシートにおいても、従来に増して厳しい使用
環境条件に耐えることが必要となってきている。このよ
うな要請から、本出願人は、先に、特公昭４９−１７９
６８号公報、特公昭５５−３６２４２号公報、特公昭５
７−５６５４７号公報、特公平５−５５５９３号公報、
特公平７−９８９８５号公報等において耐摩耗性に優れ
た焼結合金を提案してきた。

【０００３】上記提案に係る耐摩耗性焼結合金のうち、
特公昭５７−５６５４７号公報に開示のものは、バルブ
シートとしての基地を形成するために、上記特公昭４９
−１７９６８号公報および特公昭５５−３６２４２号公
報で開示の合金から各々黒鉛を除いた成分を合金化して
２種の合金粉末を製造し、これら合金粉末に黒鉛粉末を
混合した混合粉末を用いて成形および焼結したもので、
斑状基地組織を呈することにより耐摩耗性を改善した焼
結合金である。具体的には、Ｃｒ：２〜４重量％、Ｍ
ｏ：０．２〜０．４重量％、Ｖ：０．２〜０．４重量％
およびＦｅ：残部よりなるＡ合金粉末と、Ｎｉ：０．５
〜３重量％、Ｍｏ：０．５〜３重量％、Ｃｏ：５．５〜
７．５重量％およびＦｅ：残部よりなるＢ合金粉末の混
合粉末に黒鉛を添加し、Ａ合金粉末とＢ合金粉末の重量
比を２５：７５〜７５：２５とすることで耐摩耗性を向
上させたものである。

【０００４】また、特公平５−５５５９３号公報に開示
の耐摩耗性焼結合金は、上記特公昭５５−３６２４２号
公報で開示の合金に、Ｍｏ：２６〜３０重量％、Ｃｒ：
７〜９重量％、Ｓｉ：１．５〜２．５重量％およびＣ
ｏ：残部の硬質相が分散した組織を呈するものであり、
上記Ｂ合金粉末と、Ｍｏ：２６〜３０重量％、Ｃｒ：７
〜９重量％、Ｓｉ：１．５〜２．５重量％およびＣｏ：
残部のＣ合金粉末と黒鉛粉末との混合粉末を成形および
焼結することで製造することができる。さらに、特公平
７−９８９８５号公報に開示の耐摩耗性焼結合金は、上
記特公平５−５５５９３号公報で開示の合金を改良した
もので、この合金にＮｉ：５〜２７重量％を含有させる
ことにより、基地組織を強化したものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、本出願人
も時代の要請に従い、より耐摩耗性に優れた焼結合金を
提供してきたが、自動車エンジンのさらなる高性能化に
より作動条件が一段と厳しくなっているのが現状であ
り、前記した焼結合金よりもさらに高温における耐摩耗
性、強度に優れる材料が望まれている。

【０００６】たとえば、タクシー車に搭載されるＬＰＧ
燃料エンジンにおいては、バルブおよびバルブシートの
摺接面が乾燥状態で使用されるため、ガソリンエンジン
のバルブシートに比べ摩耗が早い。また、高有鉛ガソリ
ンエンジンのようにスラッジが付着するような環境で
は、バルブシートに対する面圧が高い場合、あるいはデ
ィーゼルエンジンのように高温・高圧縮比の場合に、ス
ラッジにより摩耗が促進される。このような厳しい環境
で使用される場合には、耐摩耗性が良いことに併せ、へ
たり現象を生じないような高い強度が要求される。

【０００７】一方、バルブシートが摩耗してもバルブの
位置とバルブ駆動タイミングを自動調節できるラッシュ
アジャスタ装置を備えた動弁機構も実用化されている
が、バルブシートの摩耗によるエンジン寿命の問題が解
決されたわけでなく、低コスト化の強い要望からも耐摩
耗性に優れたバルブシート用材料の開発が望まれてい
る。また、近年の自動車開発が高性能化を目指すだけで
なく、経済性を重視した安価な自動車の開発も重要視さ
れつつあり、従ってこれからのバルブシート用焼結合金
としては、上記のような付加的な機構を必要としない高
温耐摩耗性、高強度を有するものであることが求められ
るようになってきている。本発明は、このような事情を
背景としてなされたものであって、材料強度が高く、優
れた高温耐摩耗性をもつ焼結材料を提供することを目的
としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の耐摩耗性
焼結合金は、本出願人が先に開示した耐摩耗性焼結合金
の改良に関するものであり、基地組織として特公昭５７
−５６５４７号公報に開示の合金、すなわちＡ合金粉末
とＢ合金粉末による斑状組織を呈する合金をベースとし
て、基地強化のためにＮｉを添加するとともに、特公平
５−５５５９３号公報および特公平７−９８９８５号公
報で用いたＣ合金粉末と、本発明者等が新たに見出し
た、Ｃｒ：４〜２５重量％、Ｆｅ：残部よりなるＤ合金
粉末の２種の合金粉末を硬質相形成のために添加したも
のである。

【０００９】すなわち、本発明の第１の耐摩耗性焼結合
金は、Ｎｉ：１．３５〜１９．６１重量％、Ｃｒ：０．
９〜１１．０５重量％、Ｍｏ：１．４４〜９．０９重量
％、Ｃｏ：３．６〜２０．０５重量％、Ｖ：０．０１８
〜０．２６重量％、Ｓｉ：０．ｌ〜０．７５重量％、
Ｃ：０．３５〜１．５重量％、およびＦｅ：残部からな
る全体組成を有し、 マルテンサイトとソルバイトおよびオーステナイトの
混合組織中に、 主としてＭｏ珪化物よりなる硬質相を核としてその周
囲をＣｏが拡散してなる拡散相が取り囲む第１の硬質相
と、 Ｃｒ炭化物よりなる硬質相を核としてその周囲をフェ
ライトとオーステナイトの混合相が取り囲む第２の硬質
相とが、それぞれ分散する金属組織を呈することを特徴
としている。

【００１０】以下、上記構成の耐摩耗性焼結合金の作用
について、図１を参照しながら数値限定の根拠とともに
説明する。 基地 図１は上記耐摩耗性焼結合金の表面をナイタール等で腐
食した場合の金属組織を示す模式図である。図１に示す
ように、この耐摩耗性焼結合金の基地は、マルテンサイ
トとソルバイトおよびオーステナイトの混合組織であ
る。マルテンサイトは、硬く強度が高い組織であり耐摩
耗性の向上に寄与する。しかしながら、その硬さ故に、
たとえば相手部品となるバルブの摩耗を促進する。そこ
で、マルテンサイト程硬くないソルバイトと、靱性に富
むオーステナイトとを分散させることにより、基地に高
い耐摩耗性を付与すると同時に相手部品に対して与える
ダメージを軽減した。

【００１１】第１の硬質相 図１に示すように、基地には、主としてＭｏ珪化物より
なる硬質相を核としてその周囲をＣｏが拡散してなる拡
散相が取り囲む第１の硬質相が分散している。拡散相は
Ｃｏ濃度が高く金属顕微鏡で観察すると白く見えるた
め、図１では白色相と示している。このような第１の硬
質相は、硬質なＭｏ珪化物の存在により耐摩耗性を一層
向上させる。

【００１２】第２の硬質相 図１に示すように、基地には、Ｃｒ炭化物よりなる硬質
相を核としてその周囲をフェライトとオーステナイトの
混合相が取り囲む第２の硬質相が分散している。第２の
硬質相は、上記第１の硬質相に比べて硬さは低いが、第
１の硬質相と併存することによって第１の硬質相のみで
得られる耐摩耗性をさらに向上させる。すなわち、第２
の硬質相を形成することにより耐摩耗性が向上すること
は勿論のこと、オーステナイトとフェライトの混合相は
Ｃｒ濃度が高いため、靱性に富み材料強度を高める。さ
らに、第２の硬質相のＣｒ炭化物が基地に拡散すること
により基地を強化し、耐摩耗性をより一層向上させる。

【００１３】次に、上記成分組成の数値限定の根拠につ
いて説明する。 Ｎｉ：Ｎｉは基地に固溶して基地を強化することで耐摩
耗性の向上に寄与し、さらに、基地組織の焼入れ性を改
善してマルテンサイト化を促進する。さらに、基地に拡
散して基地の固溶強化に働くとともに、Ｎｉ濃度の高い
部分は、軟質なオーステナイトとして残留し、基地の靱
性を向上させる。Ｎｉの含有量は、１．３５重量％未満
であると上記した効果が不充分となり、１９．６１重量
％を超えると軟質なオーステナイト相の量が増加するこ
とにより耐摩耗性が損なわれるとともに、粉末が固くな
って圧縮性が損なわれる。よって、Ｎｉの含有量は１．
３５〜１９．６１重量％とした。

【００１４】Ｃｒ：Ｃｒは基地に固溶して基地を強化す
るとともに、基地組織の焼入れ性を改善する働きがあ
り、このような働きにより基地の強度と耐摩耗性の向上
に寄与する。また、Ｃｒは、Ｃｒ炭化物からなる硬質相
を核とする第２の硬質相を形成して耐摩耗性をさらに向
上させる。また、第１、第２の硬質相から基地に拡散し
たＣｒは、第１の硬質相および第２の硬質相を基地に強
固に結合するとともに、基地組織をさらに強化し、焼入
れ性をさらに向上させる働きがある。さらに、第２の硬
質相周囲のＣｒ濃度の高い部分はフェライトとオーステ
ナイトの混合相を形成し、バルブ着座時の衝撃を緩衝す
る効果、および摩擦摺動面でのＣｒ炭化物等の硬質成分
の脱落を防止する効果がある。Ｃｒの含有量は、０．９
重量％未満であると上記効果が不充分となり、１１．０
５重量％を超えると粉末が固くなって圧縮性が損なわれ
る。よって、Ｃｒの含有量は、０．９〜１１．０５重量
％とした。

【００１５】Ｍｏ：Ｍｏは基地に固溶して基地を強化す
るとともに、基地組織の焼入れ性を改善する働きがあ
り、このような働きにより基地の強度と耐摩耗性の向上
に寄与する。また、Ｍｏは、主にＳｉとともに硬質なＭ
ｏ珪化物を形成するとともに、一部はＣｏとも反応して
Ｍｏ−Ｃｏ珪化物を形成し、こうして第１の硬質相の核
を形成することで耐摩耗性の向上に寄与する。Ｍｏの含
有量は、１．４４重量％を下回ると基地強化が不充分に
なるとともに、充分な量の珪化物が析出しない。一方、
９．０９重量％を超えて含有すると、粉末が固くなって
圧縮性が損なわれるとともに、珪化物の量が増加して相
手部品の摩耗を促進する。よって、Ｍｏの含有量は１．
４４〜９．０９重量％とした。

【００１６】Ｃｏ：Ｃｏは基地に固溶して基地の耐熱性
を向上させるとともに、高温強度、高温耐摩耗性の向上
に働く。また、第１の硬質相のＣｏは、基地に拡散して
基地を固溶強化するとともに、第１の硬質相を基地に強
固に結合する働きがある。さらに、基地に拡散したＣｏ
は基地を強化するとともに、基地および硬質相基地の耐
熱性の向上に働く。加えて、Ｃｏの一部はＭｏ，Ｓｉと
ともにＭｏ−Ｃｏ珪化物を形成し、第１の硬質相の核と
なって耐摩耗性の向上に寄与する。Ｃｏの含有量は、
３．６重量％未満であると上記した効果が不充分とな
り、２０．０５重量％を超えると粉末が固くなって圧縮
性が損なわれる。よって、Ｃｏの含有量は、３．６〜２
０．０５重量％とした。

【００１７】Ｖ：Ｖは基地を固溶強化して基地の強化と
耐摩耗性の向上に働く。Ｖの含有量は、０．０１８重量
％未満であると上記した効果が不充分となり、０．２６
重量％を超えると、粉末が固くなって圧縮性が損なわれ
る。よって、Ｖの含有量は０．０１８〜０．２６重量％
とした。

【００１８】Ｓｉ：Ｓｉは、前述のとおりＭｏ，Ｃｏと
化合し、硬質なＭｏ珪化物、Ｍｏ−Ｃｏ珪化物を形成し
耐摩耗性の向上に寄与する。Ｓｉの含有量は、０．１重
量％未満であると充分な量の珪化物が析出せず、０．７
５重量％を超えると粉末が固くなって圧縮性が損なわれ
るとともに、形成される珪化物の量が増加して相手部品
の摩耗を促進する。よって、Ｓｉの含有量は、０．ｌ〜
０．７５重量％とした。

【００１９】Ｃ：Ｃは基地の強化に働くとともに、耐摩
耗性の向上に寄与する。また、Ｃは、Ｃｒ炭化物を形成
して耐摩耗性の向上にさらに寄与する。Ｃの含有量が
０．３５重量％未満では、基地組織に耐摩耗性、強度と
もに低いフェライトが残留するようになるとともに、炭
化物の形成が不充分となって耐摩耗性の向上が不充分と
なる。一方、Ｃの含有量が１．５重量％を超えると、粒
界にセメンタイトが析出し始めて強度が低下するととも
に、形成する炭化物の量が増加して相手部品の摩耗を促
進し、さらに、粉末が固くなることにより圧縮性が低下
する。よって、Ｃの含有量は、０．３５〜１．５重量％
とした。

【００２０】次に、本発明の第２の耐摩耗性焼結合金
は、上記したＤ合金粉末に代えて、Ｃｒ：４〜２５重量
％、Ｃ：０．２５〜２．４重量を含有し、Ｍｏ：０．３
〜３重量％、Ｖ：０．２〜２．２重量％、Ｗ：１〜５重
量％のうちの１種もしくは２種以上を含有し、Ｆｅ：残
部のＥ合金粉末を添加したものである。すなわち、第２
の耐摩耗性焼結合金は、Ｎｉ：１．３５〜１９．６１重
量％、Ｃｒ：０．９〜１１．０５重量％、Ｍｏ：１．４
４〜９．４２重量％、Ｃｏ：３．６〜２０．０５重量
％、Ｖ：０．０１８〜０．８５重量％、Ｗ：０〜１．５
０重量％、Ｓｉ：０．１〜０．７５重量％、Ｃ：０．３
５〜１．５重量％、およびＦｅ：残部からなる全体組成
を有し、 マルテンサイトとソルバイトおよびオーステナイトの
混合組織中に、 主としてＭｏ珪化物よりなる硬質相を核としてその周
囲をＣｏが拡散してなる拡散相が取り囲む第１の硬質相
と、 主としてＣｒ炭化物よりなる硬質相を核としてその周
囲をフェライトとオーステナイトの混合相が取り囲む第
２の硬質相が、それぞれ分散する金属組織を呈すること
を特徴としている。

【００２１】上記構成の耐摩耗性焼結合金では、Ｍｏ、
Ｖの添加量の上限値を大きくするとともに必要に応じて
Ｗを添加することにより、第２の硬質相内の硬質粒子
は、Ｃｒ炭化物に加えてＭｏ炭化物、Ｖ炭化物あるいは
Ｗ炭化物や、ＣｒとＭｏ、ＶあるいはＷの金属間化合物
から構成される。すなわち、図１の模式図において、
「Ｃｒ炭化物よりなる」核を「主としてＣｒ炭化物より
なる核」に置き換えた金属組織となる。さらに、Ｖおよ
びＷは、Ｃと微細な炭化物を形成して耐摩耗性の向上に
寄与するとともに、これらの金属間化合物および炭化物
は、Ｃｒ炭化物の粗大化を防止する効果を有する。粗大
化したＣｒ炭化物は相手部品の摩耗を促進するので、粗
大化の防止によって相手部品であるバルブの摩耗が抑制
され、耐摩耗性も向上する。したがって、本発明の第２
の耐摩耗性焼結合金は、上記した優れた特性を有するの
は勿論のこと、耐摩耗性がより一層向上されたものとな
る。

【００２２】ここで、Ｍｏ、ＶおよびＷの上限値をそれ
ぞれ９．４２重量％、０．８５重量％および１．５０重
量％としたのは、これら上限値を上回ると粉末が固くな
って圧縮性が損なわれるとともに、析出する金属間化合
物や炭化物の量が増加して相手部品の摩耗を促進するか
らである。よって、第２の耐摩耗性焼結合金では、Ｍｏ
の含有量を１．４４〜９．４２重量％、Ｖの含有量を
０．０１８〜０．８５重量％とした。なお、Ｍｏおよび
Ｖの含有量の下限値の根拠は第１の耐摩耗性焼結合金の
場合と同じであるが、上記した金属間化合物や炭化物を
確実に形成するために、Ｍｏは１．５１重量％以上、Ｖ
は０．０３８重量％以上、Ｗは０．０５重量％以上であ
ることが望ましい。また、その他の成分の含有量は第１
の耐摩耗性焼結合金と同じであり、各含有量の上限およ
び下限の根拠も同じである。

【００２３】ここで、上記第１、第２の耐摩耗性焼結合
金の金属組織中には、鉛、硫化マンガン、窒化硼素、メ
タ珪酸マグネシウム系鉱物のうちの１種もしくは２種以
上を０．３〜２．０重量％分散させると好適である。こ
れらは被削性改善成分であり、基地中に分散させること
によって切削加工の際に切屑のブレーキングの起点とな
り、焼結合金の被削性を改善することができる。これら
被削性改善成分の含有量は、０．３重量％未満であると
その効果が不充分であり、２．０重量％を超えて含有す
ると焼結合金の強度が低下する。よって、含有量は０．
３〜２．０重量％とした。

【００２４】また、上記した耐摩耗性焼結合金の気孔中
に、鉛、アクリル樹脂または銅もしくは銅合金を含有さ
せると好適である。これらも被削性改善成分であり、特
に、気孔を有する焼結合金を切削すると断続切削となる
が、鉛や銅を気孔中に含有させることによって連続切削
となり、工具の刃先への衝撃が緩和される。また、鉛は
固体潤滑剤としても機能する他、銅もしくは銅合金は熱
伝導性が高いので熱のこもりを防止し、熱による刃先の
ダメージを軽減する機能があり、アクリル樹脂は切屑の
チップブレーキングの起点となる機能がある。

【００２５】次に、本発明の第１の耐摩耗性焼結合金の
製造方法は、Ｃｒ：２〜４重量％、Ｍｏ：０．２〜０．
４重量％、Ｖ：０．２〜０．４重量％、およびＦｅ：残
部のＡ合金粉末と、Ｎｉ：３重量％以下、Ｍｏ：０．５
〜３重量％、Ｃｏ：５．５〜７．５重量％、およびＦ
ｅ：残部のＢ合金粉末と、Ｍｏ：２６〜３０重量％、Ｃ
ｒ：７〜９重量％、Ｓｉ：２〜３重量％、およびＣｏ：
残部のＣ合金粉末と、Ｃｒ：４〜２５重量％、Ｃ：０．
２５〜２．４重量％およびＦｅ：残部のＤ合金粉末とを
用意し、互いの重量比を２５：７５〜７５：２５とした
上記Ａ合金粉末と上記Ｂ合金粉末に、Ｎｉ粉末：３〜２
０重量％、黒鉛粉末：０．６〜１．２重量％を添加して
予備混合粉末となし（ただし、重量比は予備混合粉末全
体に対する割合）、上記予備混合粉末に、Ｃ合金粉末を
５〜２５重量％と、Ｄ合金粉末を５〜３０重量％を添加
した混合粉末（ただし、重量比は混合粉末全体に対する
割合）を用いることを特徴としている。

【００２６】次に各粉末の成分と各成分の割合の限定理
由について説明する。まず、予備混合粉末について説明
する。 （１）予備混合粉末Ａ合金粉末 Ｃｒ：Ｃｒは基地に固溶して基地を強化して耐摩耗性を
向上させるとともに、基地組織の焼入れ性を改善する元
素である。Ａ合金粉末中に固溶して含有されるＣｒ量
は、Ａ合金粉末の重量に対して２重量％未満であると上
記効果が不充分であり、４重量％を越えると粉末が固く
なって圧縮性が損なわれるため２〜４重量％とした。

【００２７】Ｍｏ，Ｖ：Ｍｏ，Ｖは基地に固溶して基地
を強化して強度を向上させる働きがある。Ａ合金粉末中
に固溶して含有されるＭｏ，Ｖの含有量は、Ａ合金粉末
の重量に対してともに０．２重量％未満であるとその効
果が不充分であり、ともに０．４重量％を超えると、粉
末が固くなって圧縮性が損なわれる。よって、Ｍｏ，Ｖ
の含有量は、ともに０．２〜０．４重量％とした。

【００２８】Ｂ合金粉末 Ｎｉ：Ｎｉは基地に固溶して基地を強化して耐摩耗性を
向上させるとともに、基地組織の焼入れ性を改善する元
素である。Ｂ合金粉末中に固溶して含有されるＮｉの含
有量は、Ｂ合金粉末の重量に対して３重量％を超えると
粉末が固くなって圧縮性が損なわれるため３重量％以下
とした。なお、この製造方法ではＮｉを単味粉の形態で
予備混合粉末に添加するため、Ｂ合金粉末のＮｉの含有
量は０であっても差し支えない。

【００２９】Ｍｏ：Ｍｏは基地に固溶して基地を強化し
て強度を向上させるとともに、焼入れ性の向上に効果の
ある元素である。Ｂ合金粉末中に固溶して含有されるＭ
ｏ量は、Ｂ合金粉末の重量に対して０．５重量％未満で
あるとその効果が乏しく、３重量％を超えると、粉末が
固くなって圧縮性が損なわれるため０．５〜３重量％と
した。

【００３０】Ｃｏ：Ｃｏは基地に固溶して基地の耐熱性
を向上させるとともに、高温強度、高温耐摩耗性を向上
させる元素である。Ｂ合金粉末中に固溶して含有される
Ｃｏ量は、Ｂ合金粉末の重量に対して５．５重量％未満
であるとその効果が不充分であり、７．５重量％を超え
ると粉末が固くなって圧縮性が損なわれるため５．５〜
７．５重量％とした。

【００３１】Ａ合金粉末とＢ合金粉末の重量比 Ａ合金粉末を用いた組織は、Ｂ合金粉末を用いた組織と
比べて基地硬さが硬いが、耐摩耗性をより向上させるた
めには、硬さが均一であるよりも斑状で硬さが異なる部
分が分布する方が効果的である。そして、２種の合金粉
末を混合して用いることにより、硬さが異なる部分が斑
状に分散する組織を得ることが可能となる。本発明者等
の検討によれば、Ａ合金粉末のみ、もしくはＢ合金粉末
のみで基地組織を形成する場合に比べ、Ａ合金粉末とＢ
合金粉末の重量比が２５：７５〜７５：２５の範囲のと
きに耐摩耗性が改善され、この範囲を逸脱すると耐摩耗
性がさほど改善されないか、場合によっては悪化するこ
とが判った。よって、両粉末の重量比は２５：７５〜７
５：２５とした。

【００３２】Ｎｉ粉末 上記Ａ合金粉末とＢ合金粉末による基地組織のみでは、
現在のエンジンの高出力化に対応しきれないため、基地
強化のためにＮｉを単味粉の形態で添加する。Ｎｉは基
地に拡散して固溶強化するとともに、基地組織の焼入れ
性を改善することで基地のマルテンサイト化を促進し、
これにより耐摩耗性の向上に寄与する。また、Ｎｉ濃度
の高い基地の部分は、オーステナイトとして残留し、基
地の靱性を向上させる。

【００３３】なお、Ｎｉは、上記Ａ合金粉末またはＢ合
金粉末もしくは両者に部分拡散させることにより添加す
ることも可能である。ここで、部分拡散とは、Ａ合金粉
末またはＢ合金粉末にＮｉ粉末が拡散固着することをい
う。ただし、Ｎｉの単味粉を全く用いずに拡散した合金
粉の形態でのみ添加するとＮｉの濃度が均一になり、成
分偏析が生じない。このため、上記したような効果が得
られず、また、圧縮性も低下するため不適当である。Ｎ
ｉは、予備混合粉の重量に対する比が３重量％未満であ
ると上記効果が不充分であり、２０重量％を超えて添加
すると軟質なオーステナイト相の量が増加することによ
り耐摩耗性が損なわれる。よって、Ｎｉの添加量は、３
〜２０重量％とした。

【００３４】黒鉛粉末 ＣをＡ合金粉末もしくはＢに固溶させて与えた場合、合
金粉末が固くなって圧縮性が低下するので、黒鉛粉末の
形態で添加する。黒鉛粉未の形態で添加されたＣは、基
地を強化するとともに、耐摩耗性を向上させる。Ｃの添
加量が０．６重量％未満であると基地組織に耐摩耗性、
強度ともに低いフェライトが残留するようになり、１．
２重量％を超えると粒界にセメンタイトが析出し始めて
強度が低下する。よって、添加する黒鉛は、予備混合粉
の重量に対して０．６〜１．２重量％とした。

【００３５】（２）混合粉末Ｃ合金粉末 以上のＡ合金粉末およびＢ合金粉末、Ｎｉ粉末および黒
鉛粉末により形成される基地に、第１の硬質相を分散さ
せて耐摩耗性を付与するため、Ｃｏ基合金からなるＣ合
金粉末を用意する。 Ｃｏ：Ｃｏは、基地に拡散して第１の硬質相を基地に強
固に結合する働きがある。また、基地に拡散したＣｏは
基地を強化するとともに、基地および第１の硬質相の基
地の耐熱性の向上に働く。さらに、Ｃｏの一部はＭｏ、
ＳｉとともにＭｏ−Ｃｏ珪化物を形成し、この珪化物が
第１の硬質相の核となって耐摩耗性の向上に寄与する。
以上により、Ｃ合金粉末をＣｏ基合金により構成した。
以下、Ｃ合金粉末に含有される成分組成の数値限定の根
拠について説明する。

【００３６】Ｍｏ：Ｃ合金粉末中のＭｏは、主にＳｉと
結合して硬質なＭｏ珪化物を形成するとともに、一部は
Ｃｏとも反応してＭｏ−Ｃｏ珪化物を形成し、これら珪
化物は、第１の硬質相の核となって耐摩耗性の向上に寄
与する。Ｃ合金粉末中のＭｏの含有量は、Ｃ合金粉末の
重量に対して２６重量％未満であると、充分な量の珪化
物が析出せず、３０重量％を超えると形成される珪化物
の量が増加して相手部品の摩耗を促進する。よって、Ｃ
合金粉末中のＭｏの含有量は、２６〜３０重量％とし
た。

【００３７】Ｓｉ：Ｃ合金粉末中のＳｉは、Ｍｏ，Ｃｏ
と結合し、硬質なＭｏ珪化物、Ｍｏ−Ｃｏ珪化物を形成
し、第１の硬質相の核となって耐摩耗性の向上に寄与す
る。Ｃ合金粉末中のＳｉの含有量は、Ｃ合金粉末の重量
に対して２重量％未満であると、充分な量の珪化物が析
出せず、３重量％を超えると粉末の固さが増大して圧縮
性が損なわれるとともに、形成される珪化物の量が増加
して相手部品の摩耗を促進する。よって、Ｃ合金粉末中
のＳｉの含有量は２６〜３０重量％とした。

【００３８】Ｃｒ：Ｃ合金粉末中のＣｒは焼結合金の基
地に拡散し、基地の固溶強化および基地の焼入れ性の向
上に働くとともに、第１の硬質相を基地に強固に結合す
る働きがある。さらに、Ｃｏとともに第１の硬質相の周
囲に拡散相を形成し、相手部品と当接する際の衝撃を緩
衝する効果がある。Ｃ合金粉末中のＣｒの含有量は、７
重量％未満であると上記効果が不充分となり、９重量％
を超えると粉末の固さが増大して圧縮性を損なう。よっ
て、Ｃｒの含有量は７〜９重量％とした。

【００３９】Ｃ合金粉末の添加量 上述のように、Ｃ合金粉末による第１の硬質相は、基地
に強固に固着し、元の粉末部分がＭｏ珪化物を主体とす
る硬質粒子を有する硬質相の核を形成するとともに、こ
の核の周囲をＣｏ，Ｃｒ濃度の高い拡散相（白色相）が
取り囲む組織を形成する。Ｃ合金粉末の添加量が混合粉
末全体の重量に対して５重量％未満であると、第１の硬
質相の形成量が不充分で耐摩耗性の向上に寄与せず、２
５重量％を超えて添加しても耐摩耗性のより一層の向上
は得られないばかりでなく、硬質であるが靱性の乏しい
相が増加することによる材料強度の低下、圧縮性の低下
および成形時の金型摩耗の促進等の不具合が生じる。よ
って、Ｃ合金粉末の添加量は混合粉末の重量全体の５〜
２５重量％とした。

【００４０】Ｄ合金粉末 上述のように、耐摩耗性を向上させようとしてもＣ合金
粉末のみでは限界がある。よって、さらに耐摩耗性の向
上を図るためには、第２の硬質相の形成が有効であるこ
とを見い出し、下記組成のＤ合金粉末を用意した。以
下、Ｄ合金粉末に含有される成分組成の数値限定の根拠
について説明する。 Ｃｒ：Ｄ合金粉末中のＣｒは、Ｄ合金粉末中のＣとＣｒ
炭化物を形成し、第２の硬質相の核となって耐摩耗性の
向上に寄与する。また、Ｃｒの一部は基地に拡散し、基
地の焼入れ性を向上させてマルテンサイト化を促進する
とともに、第２の硬質相周囲のＣｒ濃度の高い部分で
は、フェライトとオーステナイトの混合相を形成し、バ
ルブ着座時の衝撃を緩衝する効果に寄与する。Ｄ合金粉
末中のＣｒの含有量は、Ｄ合金粉末全体の重量に対して
４重量％未満であると、形成するＣｒ炭化物の量が不充
分で耐摩耗性に寄与しなくなる。また、２５重量％を超
えると形成する炭化物の量が多くなり、相手部品の摩耗
を促進するようになるとともに、粉末の固さが増大して
圧縮性が損なわれる。また、フェライトとオーステナイ
トの混合相の量が増加することにより耐摩耗性も低下す
る。以上により、Ｄ合金粉末中のＣｒの含有量は、４〜
２５重量％とした。

【００４１】Ｃ：Ｄ合金粉末中のＣは、上記ＣｒとＣｒ
炭化物を形成し、第２の硬質相の核となって耐摩耗性の
向上に寄与する。Ｄ合金粉末中のＣの含有量は、Ｄ合金
粉末全体の重量に対して０．２５重量％未満では炭化物
の形成量が不充分で耐摩耗性の向上に寄与せず、２．４
重量％を超えると、形成する炭化物の量が増加して相手
部品の摩耗を促進するとともに、粉末の固さが増大して
圧縮性が低下する。よって、Ｄ合金粉末におけるＣの含
有量は、０．２５〜２．４重量％とした。

【００４２】Ｄ合金粉末の添加量 Ｄ合金粉末により形成される第２の硬質相は、元の粉末
部分がＣｒ炭化物による硬質粒子を有する硬質相の核を
形成するとともに、この核の周囲を軟質なＣｒ濃度の高
いオーステナイトとフェライトの混合相が取り囲む組織
を形成する。この第２の硬質相は、前述のように、第１
の硬質相による耐摩耗性を補完するとともに、靱性に富
む混合相の存在により材料強度の低下を防止する機能を
有する。Ｄ合金粉末の添加量は、混合粉末全体の重量に
対して５重量％未満であると、形成する硬質相の量が不
充分で耐摩耗性に寄与せず、３０重量％を超えて添加し
ても耐摩耗性のより一層の向上は得られないばかりでな
く、軟質なＣｒ濃度の高いオーステナイトとフェライト
の混合相の量が増加することによる材料強度の低下、圧
縮性の低下等の不具合が生じる。よって、Ｄ合金粉末の
添加量は、混合粉末全体の重量の５〜３０重量％とし
た。

【００４３】上記の所定量のＡ合金粉末〜Ｄ合金粉末、
Ｎｉ粉末および黒鉛粉末からなる混合粉末を用いて製造
した耐摩耗性焼結合金は、Ｎｉ：１．３５〜１９．６１
重量％、Ｃｒ：０．９〜１１．０５重量％、Ｍｏ：１．
４４〜９．０９重量％、Ｃｏ：３．６〜２０．０５重量
％、Ｖ：０．０１８〜０．２６重量％、Ｓｉ：０．ｌ〜
０．７５重量％、Ｃ：０．３５〜１．５重量％、および
Ｆｅ：残部からなる全体組成を有し、マルテンサイト
とソルバイトおよびオーステナイトの混合組織中に、
主としてＭｏ珪化物よりなる硬質相を核としてその周囲
をＣｏが拡散してなる拡散相が取り囲む第１の硬質相
と、Ｃｒ炭化物よりなる硬質相を核としてその周囲を
フェライトとオーステナイトの混合相が取り囲む第２の
硬質相とが、それぞれ分散する金属組織を呈するものと
なる。

【００４４】次に、本発明の第２の耐摩耗性焼結合金の
製造方法は、Ｃｒ：２〜４重量％、Ｍｏ：０．２〜０．
４重量％、Ｖ：０．２〜０．４重量％、およびＦｅ：残
部のＡ合金粉末と、Ｎｉ：３重量％以下、Ｍｏ：０．５
〜３重量％、Ｃｏ：５．５〜７．５重量％、およびＦ
ｅ：残部のＢ合金粉末と、Ｍｏ：２６〜３０重量％、Ｃ
ｒ：７〜９重量％、Ｓｉ：２〜３重量％、およびＣｏ：
残部のＣ合金粉末と、Ｃｒ：４〜２５重量％、Ｃ：０．
２５〜２．４重量％を含有し、Ｍｏ：０．３〜３重量
％、Ｖ：０．２〜２．２重量％、Ｗ：１〜５重量％のう
ちの１種もしくは２種以上を含有し、Ｆｅ：残部のＥ合
金粉末とを用意し、互いの重量比を２５：７５〜７５：
２５としたＡ合金粉末とＢ合金粉末に、Ｎｉ粉末：３〜
２０重量％、黒鉛粉末：０．６〜１．２重量％を添加し
て予備混合粉末となし（ただし、重量比は予備混合粉末
全体に対する割合）、予備混合粉末に、Ｃ合金粉末を５
〜２５重量％と、Ｅ合金粉末を５〜３０重量％を添加し
た混合粉末（ただし、重量比は混合粉末全体に対する割
合）を用いることを特徴としている。

【００４５】上記した第２の耐摩耗性合金の製造方法
は、Ｄ合金粉末に代えてＥ合金粉末を用いることを特徴
としている。Ｅ合金粉末は、Ｄ合金粉末にＭｏ，Ｖ必要
に応じてＷをさらに加えることで、第２の硬質相内の硬
質粒子としてＣｒ炭化物に加えて、Ｍｏ炭化物、Ｖ炭化
物もしくはＷ炭化物を析出させて、耐摩耗性の一層の向
上を図ったものである。以下、Ｅ合金粉末の成分組成の
数値限定の根拠について説明する。

【００４６】Ｅ合金粉末 Ｃｒ：Ｅ合金粉末中のＣｒは、Ｅ合金粉末中のＣとＣｒ
炭化物を形成し、第２の硬質相の核となって耐摩耗性の
向上に寄与する。また、Ｃｒの一部は基地に拡散し、基
地の焼入れ性を向上させてマルテンサイト化を促進する
とともに、第２の硬質相の周囲のＣｒ濃度の高い部分で
は、フェライトとオーステナイトの混合相を形成し、相
手部品と当接する際の衝撃を緩衝する効果を有する。Ｅ
合金粉末中のＣｒの含有量は、Ｅ合金粉末全体の重量に
対して４重量％未満であると、形成する炭化物の量が不
充分で耐摩耗性の向上に寄与しなくなる。一方、Ｃｒの
含有量が２５重量％を超えると、形成する炭化物の量が
多くなって相手部品の摩耗を促進するとともに、粉末の
固さが増大して圧縮性が損なわれる。また、フェライト
とオーステナイトの混合相の量が増加することにより耐
摩耗性も低下する。よって、Ｅ合金粉末中のＣｒの含有
量は４〜２５重量％とした。

【００４７】Ｍｏ：Ｅ合金粉末中のＭｏは、Ｃｒと金属
間化合物を形成するとともにＥ合金粉末中のＣと炭化物
を形成し、上記したＣｒ炭化物とともに第２の硬質相の
核となって耐摩耗性の向上に寄与する。また、炭化物も
しくは金属間化合物を形成しなかったＭｏは第２の硬質
相中に固溶し、第２の硬質相の高温硬さ、高温強度を向
上させる働きを有する。Ｅ合金粉末中のＭｏの含有量
は、Ｅ合金粉末全体の重量に対して０．３重量％未満で
あると上記効果が不充分となり、３重量％を超えると析
出する炭化物の量が増加して相手部品の摩耗を促進す
る。よって、Ｅ合金粉末中のＭｏの含有量は０．３〜３
重量％とした。

【００４８】Ｖ，Ｗ：Ｅ合金粉末中のＶ，Ｗは、Ｅ合金
粉末中のＣｒと金属間化合物を形成するとともにＥ合金
粉末中のＣと微細な炭化物を形成して耐摩耗性の向上に
寄与する。また、上記金属間化合物および炭化物は、Ｃ
ｒ炭化物の粗大化を防止する効果を有し、これにより、
相手部品の摩耗が抑制されて耐摩耗性も向上する。Ｅ合
金粉末中のＶ，Ｗの含有量は、Ｅ合金粉末全体の重量に
対してそれぞれ０．２重量％未満、１重量％未満である
と、上記効果が不充分となり、それぞれ２．２重量％、
５重量％を超えると、析出する炭化物の量が増加して相
手部品の摩耗を促進する。よって、Ｅ合金粉末中のＶの
含有量は０．２〜２．２重量％、Ｗの含有量は１〜５重
量％とした。

【００４９】Ｃ：Ｅ合金粉末中のＣは、前述したように
Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，ＷとＣｒ炭化物を形成し、第２の硬質
相の核となって耐摩耗性の向上に寄与する。Ｅ合金粉末
中のＣの含有量は、Ｅ合金粉末全体の重量に対して０．
２５重量％未満では、炭化物の形成量が不充分で耐摩耗
性の向上に寄与しなくなる。一方、Ｃの含有量が２．４
重量％を超えると、形成する炭化物の量が増加し、相手
部品の摩耗を促進するとともに、粉末が固くなって圧縮
性が低下する。よって、Ｅ合金粉末中のＣの含有量は
０．２５〜２．４重量％とした。

【００５０】Ｅ合金粉末の添加量 Ｅ合金粉末により形成される第２の硬質相は、元の粉末
部分が主としてＣｒ炭化物による硬質粒子を有する硬質
相の核を形成するとともに、この核の周囲を軟質なＣｒ
濃度の高いオーステナイトとフェライトの混合相が取り
囲む組織を形成する。Ｅ合金粉末の添加量が混合粉末全
体の重量に対して５重量％未満であると、形成する硬質
相が乏しく耐摩耗性に寄与しなくなる。一方、３０重量
％を超えて含有しても耐摩耗性のより一層の向上は得ら
れないばかりでなく、軟質なＣｒ濃度の高いオーステナ
イトとフェライトの混合相の量が増加することによる材
料強度の低下、粉末の圧縮性の低下等の不具合が生じ
る。よって、Ｅ合金粉末の添加量は混合粉末全体の重量
に対して５〜３０重量％とした。

【００５１】上記の所定量のＡ合金粉末〜Ｃ合金粉末、
Ｅ合金粉末、Ｎｉ粉末および黒鉛粉末からなる混合粉末
を用いて製造した耐摩耗性焼結合金は、Ｎｉ：１．３５
〜１９．６１重量％、Ｃｒ：０．９〜１１．０５重量
％、Ｍｏ：１．４４〜９．４２重量％、Ｃｏ：３．６〜
２０．０５重量％、Ｖ：０．０１８〜０．８５重量％、
Ｗ：０〜１．５０重量％、Ｓｉ：０．１〜０．７５重量
％、Ｃ：０．３５〜１．５重量％、およびＦｅ：残部か
らなる全体組成を有し、マルテンサイトとソルバイトお
よびオーステナイトの混合組織中に、主としてＭｏ珪化
物よりなる硬質相を核としてその周囲をＣｏが拡散して
なる拡散相が取り囲む第１の硬質相と、主としてＣｒ炭
化物よりなる硬質相を核としてその周囲をフェライトと
オーステナイトの混合相が取り囲む第２の硬質相が、そ
れぞれ分散する金属組織を呈するものとなる。

【００５２】鉛、硫化マンガン、窒化硼素、メタ珪酸マ
グネシウムの粉末 本発明の耐摩耗性焼結合金の被削性を改善するために、
上記混合粉末には、鉛粉末、硫化マンガン粉末、窒化硼
素粉末、メタ珪酸マグネシウム粉末のうち、１種もしく
は２種以上を、混合粉末に対して０．３〜２．０重量％
添加することができる。なお、この添加量の数値限定の
根拠は前述のとおりである。

【００５３】鉛、アクリル樹脂、ＣｕまたはＣｕ合金の
含有 本発明の耐摩耗性焼結合金の気孔中に、鉛、アクリル樹
脂、ＣｕまたはＣｕ合金を溶浸もしくは含浸することも
できる。具体的には、混合粉末中に鉛や銅あるいは銅合
金の粉末を添加し、粉末の成形体を焼結することで気孔
中にそれら金属を含有させる（溶浸）。あるいは、密閉
容器内に溶融したアクリル樹脂と耐摩耗性焼結合金とを
充填し、密閉容器の内部を減圧することでアクリル樹脂
を気孔内に充填することができる（含浸）。なお、アク
リル樹脂に代えて溶融した鉛またはＣｕもしくはＣｕ合
金を用いることにより、これら金属を気孔内に含浸させ
ることもできる。

【００５４】深冷処理：本願発明の耐摩耗性焼結合金に
深冷処理を施すことにより、オーステナイト相の一部が
強度の高いマルテンサイトに変態し、強度、耐摩耗性を
さらに向上させることが可能となる。ただし、上述のア
クリル樹脂の含浸を施す場合には、深冷処理により含浸
した樹脂が劣化することを防ぐため、樹脂を含浸する前
に深冷処理を施す必要がある。

【００５５】

【実施例】以下本発明の実施例を説明する。評価試験１ Ｆｅ−３Ｃｒ−０．３Ｍｏ−０．３ＶのＡ合金粉末、Ｆ
ｅ−６．５Ｃｏ−１．５ＭｏのＢ合金粉末、Ｎｉ粉末、
黒鉛粉末を表１に示す配合比で混合し、表１に示す粉末
組成を有する本発明の予備混合粉末（Ｙｌ〜Ｙｌ０）
と、いずれかの範囲が本発明範囲から逸脱した比較用の
予備混合粉末（Ｙ１１〜Ｙ２０）の合計２０種の予備混
合粉末を作製した。また、Ｃｏ−２８Ｍｏ−８Ｃｒ−
２．５ＳｉのＣ合金粉末、および表２に示す粉末組成を
有する本発明のＤ合金粉末（Ｄｌ〜Ｄ６）と、いずれか
の成分が本発明範囲から逸脱した比較用のＤ合金粉末
（Ｄ７、Ｄ８）の合計８種のＤ合金粉末と、本発明の７
種のＥ合金粉末（Ｅｌ〜Ｅ７）を作製した。

【００５６】上記予備混合粉末、Ｃ合金粉末、Ｄ合金粉
末またはＥ合金粉末を表３に示す配合比で混合した後、
成形圧力６．５ｔｏｎ／ｃｍ²で成形し、アンモニア分
解ガス雰囲気中１１８０℃で６０分間焼結して、表４に
示す成分組成を有する本発明合金（試料番号１〜３１）
と、いずれかの成分組成が本発明範囲から逸脱した比較
合金（試料番号３２〜５０）を得た。なお、試料番号４
９の比較合金は、すでに参照した従来例の特公平５−５
５５９３号公報に開示の合金であり、試料番号５０の比
較合金は、特公平７−９８９８５号公報に開示の合金で
ある。

【００５７】以上の合金について、圧環強さの測定と簡
易摩耗試験を行った。その結果を表５および図２〜８に
示す。なお、簡易摩耗試験は、アルミ合金製ハウジング
にバルブシート形状に加工した焼結合金を圧入嵌合し、
バルブをモータ駆動による偏心カムの回転で上下ピスト
ン運動させることにより、バルブのフェース面とバルブ
シートのシート面とを繰り返し衝突させる試験である。
また、この試験での温度の設定は、バルブの傘をバーナ
ーで加熱することにより行い、簡易的にエンジン室内で
の使用環境を模した試験とした。今回の試験では、偏心
カムの回転数を２７００ｒｐｍ、バルブシート部分の試
験温度を２５０℃、繰り返し時間を１５時間に設定し、
試験後のバルブシートおよびバルブの摩耗量を測定して
評価を行った。

【００５８】表１に示すように、予備混合粉末番号Ｙ
１、Ｙ５、Ｙ１０、Ｙ１１〜Ｙ１４は、Ａ合金粉末とＢ
合金粉末の粉末の重量比を互いに異ならせたもので、予
備混合粉末Ｙ１、Ｙ５、Ｙ１０、Ｙ１１〜Ｙ１４を用い
た表３の試料番号１、１１、３１〜３５の焼結合金の試
験結果を比較することにより、Ａ合金粉末とＢ合金粉末
の重量比の相異がもたらす影響を調べる。上記した試験
の結果を試料番号４９、５０の従来の焼結合金の合計摩
耗量とともに図２にまとめた。

【００５９】図２（ａ）に示すように、Ａ合金粉末とＢ
合金粉末の重量比が２５：７５〜７５：２５の範囲であ
る焼結合金（試料番号１、１１、３１）では、バルブシ
ート摩耗量、バルブ摩耗量は安定して低くなっており、
良好な耐摩耗性を示すことが判る。一方、重量比が２
５：７５〜７５：２５の範囲を逸脱した焼結合金（試料
番号３２〜３５、４９、５０）では、バルブシート摩耗
量、バルブ摩耗量ともに大きくなっていることが判る。
また、図２（ｂ）に示すように、圧環強さは、Ａ合金粉
末とＢ合金粉末の比が０：１００〜１００：０の全ての
範囲でほぼ等しくなっている。このように、Ａ合金粉末
とＢ合金粉末の重量比が２５：７５〜７５：２５の範囲
であれば、強度の低下を招くことなく耐摩耗性が向上す
ることが確認された。

【００６０】次に、表１の予備混合粉末Ｙ２、Ｙ３、Ｙ
５、Ｙ８、Ｙ９、Ｙ１５〜Ｙ１７は、予備混合粉末に添
加するＮｉ粉末の添加量を互いに異ならせたもので、予
備混合粉末Ｙ２、Ｙ３、Ｙ５、Ｙ８、Ｙ９、Ｙ１５〜Ｙ
１７を用いた表３の試料番号２、３、１１、２９、３
０、３６〜３８の焼結合金の試験結果を比較することに
より、予備混合粉末に添加するＮｉ粉末の添加量の相異
がもたらす影響を調べる。上記した試験の結果を試料番
号４９、５０の従来の焼結合金の合計摩耗量とともに図
３にまとめた。

【００６１】図３（ａ）に示すように、予備混合粉末中
のＮｉ粉末の添加量が３〜２０重量％の範囲である焼結
合金（試料番号２、３、１１、２９、３０）では、バル
ブシート摩耗量、バルブ摩耗量は安定して低くなってお
り、良好な耐摩耗性を示すことが判る。また、図３
（ｂ）に示すように、本発明範囲の焼結合金では圧環強
さが高いことが判る。一方、Ｎｉ粉末の添加量が３〜２
０重量％の範囲を逸脱した焼結合金（試料番号３６〜３
８、４９、５０）では、バルブシート摩耗量、バルブ摩
耗量ともに大きく、圧環強さも低いことが判る。このよ
うに、Ｎｉ粉末の添加量が２０重量％を超えると、軟質
なオーステナイト相が増加しすぎるため強度、耐摩耗性
がかえって低下することが確認された。

【００６２】次に、表１の予備混合粉末Ｙ４〜Ｙ７、Ｙ
１８、Ｙ１９は、予備混合粉末に添加する黒鉛粉末の添
加量を互いに異ならせたもので、予備混合粉末Ｙ４〜Ｙ
７、Ｙ１８、Ｙ１９を用いた表３の試料番号４、１１、
２７、２８、３９、４０の焼結合金の試験結果を比較す
ることによって、予備混合粉末に添加する黒鉛粉末の添
加量の相異がもたらす影響を調べる。上記した試験の結
果を試料番号４９、５０の従来の焼結合金の合計摩耗量
とともに図４にまとめた。

【００６３】図４（ａ）から判るように、予備混合粉末
中の黒鉛粉末の添加量が増加するに従い基地が強化さ
れ、１．２重量％まではバルブシート摩耗量は低下する
傾向を示すが、逆に、バルブ摩耗量は緩やかに増加する
傾向を示している。しかしながら、黒鉛粉末の添加量が
１．２重量％を超えると、セメンタイトが析出してくる
ため基地が脆くなり、かえって耐摩耗性が損なわれてバ
ルブシート摩耗量が増大するとともに、バルブ攻撃性が
高まってバルブの摩耗量も急激に増加することが判る。
このように、黒鉛粉末の添加量が０．６〜１．２重量％
の範囲では、バルブとバルブシートの合計摩耗量が安定
した低い値を示している。また、図４（ｂ）に示すよう
に、黒鉛粉末の添加量の増加にともない、基地が強化さ
れて圧環強さも増加するが、黒鉛粉末の添加量が１．２
重量％を超えると、セメンタイトの析出による基地の脆
化により圧環強さがかえって低下している。このよう
に、予備混合粉末中への黒鉛粉末の添加量が０．６〜
１．２重量％の範囲であると、耐摩耗性、強度ともに良
好であることが確認された。

【００６４】次に、表３の試料番号５、６、１１、２
５、２６、４１〜４３は、混合粉末へのＣ合金粉末の添
加量を互いに異ならせたもので、これらの焼結合金の試
験結果を比較することにより、混合粉末に添加するＣ合
金粉末の添加量の相異がもたらす影響を調べる。上記し
た試験の結果を試料番号４９、５０の従来の焼結合金の
合計摩耗量とともに図５にまとめた。

【００６５】図５（ａ）に示すように、Ｃ合金粉末の添
加によりバルブシート摩耗量は低下し、Ｃ合金粉末の添
加量が、５．０〜２５．０重量％の範囲でバルブシート
は良好な耐摩耗性を示す。しかしながら、添加量が２
５．０重量％を超えると、圧縮性が低下して成形体密度
が低下し、焼結体の強度が低下する結果、耐摩耗性も低
下するため急激な摩耗を示す。また、バルブ摩耗量は、
Ｃ合金粉末の添加量が１５重量％を超えたあたりからバ
ルブ攻撃性の増加により徐々に増加し、２５．０重量％
を超えると、粉末の圧縮性が損なわれるため基地強度が
低下するとともに、バルブの摩耗粉が研磨粒子として作
用する結果バルブシートの摩耗も進行する。したがっ
て、Ｃ合金粉末の添加量は５．０〜２５．０重量％で耐
摩耗性が良好であることが判る。なお、同図（ｂ）に示
すように、Ｃ合金粉末の添加量が２５．０重量％を超え
ると圧環強さが急激に低下していることからも、成形体
密度が低下して強度が低下していることが判る。

【００６６】次に、表２のＤ合金粉末Ｄ１〜Ｄ８は、Ｄ
合金粉末中のＣｒ量を互いに異ならせたもので、Ｄ合金
粉末Ｄ１〜Ｄ８を用いた表３の試料番号７、８、１１、
２２〜２４、４４、４５の焼結合金の試験結果を比較す
ることにより、Ｄ合金粉末中のＣｒ含有量の相異がもた
らす影響を調べる。上記した試験の結果を試料番号４
９、５０の従来の焼結合金の合計摩耗量とともに図６に
まとめた。

【００６７】図６（ａ）に示すように、Ｄ合金粉末中の
Ｃｒの含有量が４．０〜２５．０重量％の範囲ではバル
ブシートの摩耗量は約１６０μｍ以下という低い値を示
しており、Ｄ合金粉末中のＣｒの含有量を４．０〜２
５．０重量％（試料番号７、８、１１、２２、２３、２
４）にすることで、試料番号５０の比較合金（特公平７
−９８９８５号の合金）よりも耐摩耗性が良好になるこ
とが確認された。Ｄ合金粉末中のＣｒの含有量が４．０
重量％を下回ると、Ｃｒ炭化物による硬質相形成量が乏
しいことと、基地に拡散し基地を強化するＣｒ量が乏し
いことにより、バルブシートの摩耗量が多くなる。一
方、Ｄ合金粉末中のＣｒの含有量が２５．０重量％を超
えると、硬質相の形成量が多くなるためバルブの攻撃性
が高まり、その結果、バルブ摩耗量が急激に増加する。
さらに、粉末の圧縮性が損なわれるため基地強度が低下
するとともに、バルブの摩耗粉が研磨粒子として作用す
る結果、バルブシート摩耗量も大きくなり、両者の合計
摩耗量が大きくなる。また、Ｄ合金粉末中のＣｒの含有
量の影響は、図６（ｂ）に示すように、バルブシートの
圧環強さにも顕著に現れており、Ｃｒの含有量が４．０
〜２５．０重量％の範囲で高い値を示している。

【００６８】このように、Ｄ合金粉末中のＣｒの含有量
が４．０〜２５．０重量％のときに、耐摩耗性、強度と
もに良好であることが確認された。なお、図６（ａ）か
ら判るように、Ｄ合金粉末中のＣｒの含有量が２０．０
重量％以下の場合には、バルブシートとバルブの摩耗量
はかなり低い値で安定している。よって、Ｄ合金粉末中
のＣｒの含有量は、２０．０重量％以下であればより好
適である。

【００６９】次に、表３の試料番号９〜１４、４６〜４
８は、混合粉末に対するＤ粉末合金の添加量が互いに異
なっており、これらの焼結合金の試験結果を比較するこ
とによって、Ｄ合金粉末の添加量の相異がもたらす影響
を調べる。上記した試験の結果を試料番号４９、５０の
従来の焼結合金の合計摩耗量とともに図７にまとめた。
図７（ａ）に示すように、Ｄ合金粉末の添加量が３．０
重量％では、添加量が乏しいために耐摩耗性改善の効果
が不充分であるが、添加量が５．０重量％から増加する
につれて耐摩耗性改善の効果が顕著となり、５．０〜３
０．０重量％でバルブシート摩耗量が低く安定した値と
なる。しかしながら、添加量が３０．０重量％を超える
と粉末の圧縮性が損なわれるため基地強度が低下し、そ
の結果、バルブシート摩耗量が大きくなるとともに、バ
ルブ攻撃性が高まるためバルブ摩耗量も増大して合計摩
耗量が増大する。また、Ｄ合金粉末中の添加量の影響
は、同図（ｂ）に示すバルブシートの圧環強さにも顕著
に現れており、添加量が５．０〜３０．０重量％の範囲
で高い値を示している。このように、Ｄ合金粉末の添加
量が５．０〜３０．０重量％のときに、耐摩耗性、強度
ともに良好であることが確認された。

【００７０】次に、表２のＥ合金粉末Ｅ１〜Ｅ７は、Ｄ
合金粉末にＭｏ、Ｖ、Ｗをさらに含有させたもので、Ｅ
合金粉末Ｅ１〜Ｅ７を用いた表３および表４に示す試料
番号１５〜２１の焼結合金の試験結果を比較することに
よって、Ｄ合金粉末へのＭｏ、Ｖ、Ｗの添加の影響を調
べる。上記した試験の結果をＭｏ、Ｖ、Ｗを含有しない
試料番号１１の焼結合金（Ｄ合金粉末を添加したもの）
と、試料番号４９、５０の従来の焼結合金の合計摩耗量
とともに図８にまとめた。図８（ａ）に示すように、Ｄ
合金粉末にＭｏ、Ｖ、Ｗを添加したＥ合金粉末を用いた
焼結合金は、同図（ｂ）から判るように強度の低下を招
くことなく、Ｄ合金粉末を用いた焼結合金よりもバルブ
シート摩耗量が少なくなるとともに合計摩耗量も少なく
なり、耐摩耗性がさらに改善されることが判る。

【００７１】評価試験２ 次に、表１の粉末番号Ｙ１０の予備混合粉末、Ｆｅ−２
８Ｍｏ−８Ｃｒ−２．５ＳｉのＣ合金粉末、および表２
の粉末番号Ｄ１２のＤ合金粉末に、硫化マンガン粉末、
鉛粉末、窒化硼素粉末、もしくはメタ珪酸マグネシウム
系鉱物粉末としてＭｇＳｉＯ₃粉末を表６に示す配合比
で添加・混合し、評価試験１と同一の条件で成形および
焼結を行い、表７に示す成分組成を有する本発明合金５
１〜６６と、被削性改善成分量が本発明範囲から逸脱す
る比較合金６７〜７４を作製した。また、試料番号１１
の本発明合金の気孔中に、鉛、銅もしくはアクリル樹脂
を溶浸もしくは含浸して本発明合金７５〜７７を作製し
た。

【００７２】以上の焼結合金について、圧環強さ、簡易
摩耗試験、および被削性試験を行った。その結果を表８
および図９〜図１３に示す。なお、被削性試験は、卓上
ボール盤を使用して一定の荷重でドリルで試料に穴をあ
け、その可能な加工数を比較する試験であり、今回の試
験では荷重は１．０kｇ、使用ドリルはφ３超硬ドリ
ル、試料の厚さを３ｍｍに設定して行った。

【００７３】次に、表６および７の試料番号１１、５１
〜５４、６７、６８の焼結合金の試験結果を比較するこ
とによって、硫化マンガン粉末の添加量の影響を調べ
る。この試験結果を試料番号４９、５０の従来の焼結合
金の合計摩耗量とともに図９にまとめた。図９（ｂ）に
示すように、硫化マンガン粉末の添加量の増加に伴い、
基地中に分散した硫化マンガン粒子の効果で被削性は向
上するが、硫化マンガン粉末が焼結時に粉末同士の拡散
を阻害する結果、基地強度が低下するため圧環強さは低
下することがわかる。また、同図９（ａ）に示すよう
に、バルブシート摩耗量は、硫化マンガン粉末の添加量
が２．０重量％までは若干の増加傾向を示すものの低い
値であり、良好な耐摩耗性を示すが、２．０重量％を超
えると基地強度低下の影響により摩耗量が増大する。こ
のことから、硫化マンガン粉末の添加量が２．０重量％
以下のときに、強度、耐摩耗性を損なわない範囲で被削
性を改善できることが判った。

【００７４】次に、表６および７の試料番号１１、５５
〜５８、６９、７０の焼結合金の試験結果を比較するこ
とによって、鉛粉末の添加量の影響を調べる。上記した
試験の結果を試料番号４９、５０の従来の焼結合金の合
計摩耗量とともに図１０にまとめた。図１０（ｂ）に示
すように、鉛粉末の添加量の増加に従って被削性が向上
することが判る。また、鉛粉末の添加量が２．０重量％
までは、基地中に微細な鉛相が分散した金属組織とな
り、強度、耐摩耗性ともに無添加の場合とほぼ同等の良
好な特性値を示すが、鉛粉末の添加量が２．０重量％を
超えると、耐摩耗性が低下する傾向を示すことが判る
（同図（ａ）参照）。その理由は以下のように考えられ
る。すなわち、鉛粉末を２．０重量％を超えて添加する
と、鉛粉末が凝集して基地中に粗大な鉛相が生じる。こ
の基地中の粗大な鉛相により、高温下において鉛の膨張
現象により基地を押し広げようとする力が大きくなり、
その結果、基地の強度が低下するものと考えられる。た
だし、この傾向は常温下での圧環試験では顕著には現れ
ていない。このことから、鉛粉末を２．０重量％以下で
添加することにより、強度、耐摩耗性を損なうことなく
被削性を改善することができることが判る。

【００７５】次に、表６および７の試料番号１１、５９
〜６２、７１、７２を比較することによって、窒化硼素
（ＢＮ）粉末の添加量の影響を調べる。上記試験の結果
を試料番号４９、５０の従来の焼結合金の合計摩耗量と
ともに図１１にまとめた。図１１（ｂ）に示すように、
窒化硼素粉末の添加量の増加に伴い基地中に分散した窒
化硼素粒子の効果で被削性は向上するが、窒化硼素粉末
が焼結時に粉末同士の拡散を阻害する結果、基地強度が
低下するため圧環強さは低下することが判る。また、同
図（ａ）に示すように、バルブシート摩耗量は、窒化硼
素粉末の添加量が２．０重量％までは若干の増加傾向を
示すものの低い値であり、良好な耐摩耗性を示すが、
２．０重量％を超えると基地強度低下の影響により摩耗
量が増大する。このことから、窒化硼素粉末を２．０重
量％以下で添加することにより、強度、耐摩耗性を損な
わない範囲で被削性を改善できることが判る。

【００７６】次に、表６および７の試料番号１１、６３
〜６６、７３、７４の焼結合金の試験結果を比較するこ
とによって、ＭｇＳｉＯ₃粉末の添加量の影響を調べ
る。上記の試験の結果を試料番号４９、５０の従来の焼
結合金の合計摩耗量とともに図１２にまとめた。図１２
（ｂ）に示すように、ＭｇＳｉＯ₃粉末の添加量の増加
に伴い基地中に分散したＭｇＳｉＯ₃粒子の効果で被削
性は向上するが、ＭｇＳｉＯ₃粉末が焼結時に粉末同士
の拡散を阻害する結果、基地強度が低下するため圧環強
さは低下することが判る。また、同図（ａ）に示すよう
に、バルブシート摩耗量はＭｇＳｉＯ₃粉末の添加量が
２．０重量％までは若干の増加傾向を示すものの低い値
であり、良好な耐摩耗性を示すが、２．０重量％を超え
ると基地強度低下の影響により摩耗量が増大する。この
ことから、ＭｇＳｉＯ₃粉末を２．０重量％以下で添加
することにより、強度、耐摩耗性を損なわない範囲で被
削性を改善できることが判る。

【００７７】次に、表６および７の試料番号１１、７５
〜７７を比較することによって、鉛等の溶浸もしくは含
浸の影響を調べる。上記試験の結果を試料番号４９、５
０の従来の焼結合金とともに図１３にまとめた。図１３
に示すように、鉛、銅、アクリル樹脂を溶浸もしくは含
浸することによって、耐摩耗性は、溶浸もしくは含浸し
ない場合と同等以上であり、良好な耐摩耗性を維持した
まま被削性が大幅に改善できることが判る。

【００７８】評価試験３ 次に、表４の試料番号１１の本発明焼結合金に、焼結後
直ちに液体窒素中に浸漬し、１５分間保持後引き上げて
深冷処理を施した。この合金（試料番号７８）と深冷処
理を行わない試料番号１１の本発明合金の比較を表９に
示す。表９から明らかなように、深冷処理を施すことに
より、施さない場合に比べて強度を高くすると同時に、
耐摩耗性をさらに向上させることが可能になることが判
る。なお、本発明の耐摩耗性焼結合金は、上記実施例の
ようなバルブシートに限定されるものではなく、耐摩耗
性が要求されるあらゆる部品に適用可能である。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したとおり本発明の耐摩耗性焼
結合金およびその製造方法では、内燃機関のバルブシー
ト用焼結合金として、従来の技術と比較して高い耐摩耗
性を付与することができる。また、硫化マンガン粉末、
鉛粉末、窒化硼素粉末もしくはメタ珪酸マグネシウム系
鉱物粉末の添加、あるいは鉛、アクリル樹脂、銅もしく
は銅合金を溶浸もしくは含浸することによって、良好な
耐摩耗性を維持しつつ被削性を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の耐摩耗性焼結合金の金属組織を模式
的に表す図である。

【図２】 本発明の実施例において、予備混合粉末にお
けるＡ合金粉末とＢ合金粉末の割合の変化が特性に与え
る影響を示す線図である。

【図３】 本発明の実施例において、予備混合粉末中の
Ｎｉ粉末の添加量の変化が特性に与える影響を示す線図
である。

【図４】 本発明の実施例において、予備混合粉末中の
黒鉛粉末の添加量の変化が特性に与える影響を示す線図
である。

【図５】 本発明の実施例において、Ｃ合金粉末の添加
量の変化が特性に与える影響を示す線図である。

【図６】 本発明の実施例において、Ｄ合金粉末中のＣ
ｒの含有量の変化が特性に与える影響を示す線図であ
る。

【図７】 本発明の実施例において、Ｄ合金粉末の添加
量の変化が特性に与える影響を示す線図である。

【図８】 本発明の実施例において、Ｅ合金粉末中のＭ
ｏ、Ｖ、Ｗが特性に与える影響を示す線図である。

【図９】 本発明の実施例において、硫化マンガン粉末
の添加量の変化が特性に与える影響を示す線図である。

【図１０】 本発明の実施例において、鉛粉末の添加量
の変化が特性に与える影響を示す線図である。

【図１１】 本発明の実施例において、窒化硼素粉末の
添加量の変化が特性に与える影響を示す線図である。

【図１２】 本発明の実施例において、ＭｇＳｉＯ₃粉
末の添加量の変化が特性に与える影響を示す線図であ
る。

【図１３】 本発明の実施例において、鉛、銅およびア
クリル樹脂の溶浸もしくは含浸が特性に与える影響を示
す線図である。

【表１】

【表２】

【表３】

【表４】

【表５】

【表６】

【表７】

【表８】

【表９】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 克明 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 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

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｎｉ：１．３５〜１９．６１重量％、Ｃ
   ｒ：０．９〜１１．０５重量％、Ｍｏ：１．４４〜９．
   ０９重量％、Ｃｏ：３．６〜２０．０５重量％、Ｖ：
   ０．０１８〜０．２６重量％、Ｓｉ：０．ｌ〜０．７５
   重量％、Ｃ：０．３５〜１．５重量％、およびＦｅ：残
   部からなる全体組成を有し、 マルテンサイトとソルバイトおよびオーステナイトの混
   合組織中に、 主としてＭｏ珪化物よりなる硬質相を核としてその周囲
   をＣｏが拡散してなる拡散相が取り囲む第１の硬質相
   と、 Ｃｒ炭化物よりなる硬質相を核としてその周囲をフェラ
   イトとオーステナイトの混合相が取り囲む第２の硬質相
   とが、それぞれ分散する金属組織を呈することを特徴と
   する耐摩耗性焼結合金。
2. 【請求項２】 Ｎｉ：１．３５〜１９．６１重量％、Ｃ
   ｒ：０．９〜１１．０５重量％、Ｍｏ：１．４４〜９．
   ４２重量％、Ｃｏ：３．６〜２０．０５重量％、Ｖ：
   ０．０１８〜０．８５重量％、Ｗ：０〜１．５０重量
   ％、Ｓｉ：０．１〜０．７５重量％、Ｃ：０．３５〜
   １．５重量％、およびＦｅ：残部からなる全体組成を有
   し、 マルテンサイトとソルバイトおよびオーステナイトの混
   合組織中に、 主としてＭｏ珪化物よりなる硬質相を核としてその周囲
   をＣｏが拡散してなる拡散相が取り囲む第１の硬質相
   と、 主としてＣｒ炭化物よりなる硬質相を核としてその周囲
   をフェライトとオーステナイトの混合相が取り囲む第２
   の硬質相が、それぞれ分散する金属組織を呈することを
   特徴とする耐摩耗性焼結合金。
3. 【請求項３】 鉛、硫化マンガン、窒化硼素、メタ珪酸
   マグネシウム系鉱物のうちの１種もしくは２種以上が
   ０．３〜２．０重量％前記金属組織中に分散しているこ
   とを特徴とする請求項１または２に記載の耐摩耗性焼結
   合金。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の耐
   摩耗性焼結合金の気孔中に、鉛、アクリル樹脂または銅
   もしくは銅合金を含有していることを特徴とする耐摩耗
   性焼結合金。
5. 【請求項５】 Ｃｒ：２〜４重量％、Ｍｏ：０．２〜
   ０．４重量％、Ｖ：０．２〜０．４重量％、およびＦ
   ｅ：残部のＡ合金粉末と、 Ｎｉ：３重量％以下、Ｍｏ：０．５〜３重量％、Ｃｏ：
   ５．５〜７．５重量％、およびＦｅ：残部のＢ合金粉末
   と、 Ｍｏ：２６〜３０重量％、Ｃｒ：７〜９重量％、Ｓｉ：
   ２〜３重量％、およびＣｏ：残部のＣ合金粉末と、 Ｃｒ：４〜２５重量％、Ｃ：０．２５〜２．４重量％お
   よびＦｅ：残部のＤ合金粉末とを用意し、 互いの重量比を２５：７５〜７５：２５とした上記Ａ合
   金粉末と上記Ｂ合金粉末に、Ｎｉ粉末：３〜２０重量
   ％、黒鉛粉末：０．６〜１．２重量％を添加して予備混
   合粉末となし（ただし、重量比は予備混合粉末全体に対
   する割合）、 上記予備混合粉末に、上記Ｃ合金粉末を５〜２５重量％
   と、上記Ｄ合金粉末を５〜３０重量％を添加した混合粉
   末（ただし、重量比は混合粉末全体に対する割合）を用
   いることを特徴とする耐摩耗性焼結合金の製造方法。
6. 【請求項６】 Ｃｒ：２〜４重量％、Ｍｏ：０．２〜
   ０．４重量％、Ｖ：０．２〜０．４重量％、およびＦ
   ｅ：残部のＡ合金粉末と、 Ｎｉ：３重量％以下、Ｍｏ：０．５〜３重量％、Ｃｏ：
   ５．５〜７．５重量％、およびＦｅ：残部のＢ合金粉末
   と、 Ｍｏ：２６〜３０重量％、Ｃｒ：７〜９重量％、Ｓｉ：
   ２〜３重量％、およびＣｏ：残部のＣ合金粉末と、 Ｃｒ：４〜２５重量％、Ｃ：０．２５〜２．４重量％を
   含有し、Ｍｏ：０．３〜３重量％、Ｖ：０．２〜２．２
   重量％、Ｗ：１〜５重量％のうちの１種もしくは２種以
   上を含有し、Ｆｅ：残部のＥ合金粉末とを用意し、 互いの重量比を２５：７５〜７５：２５とした上記Ａ合
   金粉末と上記Ｂ合金粉末に、Ｎｉ粉末：３〜２０重量
   ％、黒鉛粉末：０．６〜１．２重量％を添加して予備混
   合粉末となし（ただし、重量比は予備混合粉末全体に対
   する割合）、 上記予備混合粉末に、上記Ｃ合金粉末を５〜２５重量％
   と、上記Ｅ合金粉末を５〜３０重量％を添加した混合粉
   末（ただし、重量比は混合粉末全体に対する割合）を用
   いることを特徴とする耐摩耗性焼結合金の製造方法。
7. 【請求項７】 前記混合粉末に、鉛粉末、硫化マンガン
   粉末、窒化硼素粉末、メタ珪酸マグネシウム系鉱物粉末
   のうちの１種もしくは２種以上を上記混合粉末全体に対
   して０．３〜２．０重量％配合したことを特徴とする請
   求項５または６記載の耐摩耗性焼結合金の製造方法。
8. 【請求項８】 請求項５ないし７のいずれかに記載の混
   合粉末を用いて製造した耐摩耗性焼結合金の気孔中に、
   鉛、アクリル樹脂または銅もしくは銅合金を含浸もしく
   は溶浸する事を特徴とする耐摩耗性焼結合金の製造方
   法。
9. 【請求項９】 請求項５ないし８のいずれかに記載の製
   造方法で製造した耐摩耗性焼結合金に、さらに深冷処理
   を施すことを特徴とする耐摩耗性焼結合金の製造方法。