JPH1081902A - 弁座用耐摩耗材の製造方法と適用方法 - Google Patents
弁座用耐摩耗材の製造方法と適用方法Info
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- JPH1081902A JPH1081902A JP23407996A JP23407996A JPH1081902A JP H1081902 A JPH1081902 A JP H1081902A JP 23407996 A JP23407996 A JP 23407996A JP 23407996 A JP23407996 A JP 23407996A JP H1081902 A JPH1081902 A JP H1081902A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 酸化高温雰囲気にて使用される内燃機関用の
排気弁、或いは高出力化の要望されるディーゼル機関の
吸気弁におけるメンテナンスフリー化を、シリンダピス
トン構造を変更することなく、安価な材料を用いること
で、耐摩耗性及び高温下での耐熱性を向上させることに
より促進する。 【解決手段】 ＣａＦ2 を２％以下添加した鉄基焼結材
の基地に５００℃〜５６０℃で３０〜１２０分間の水蒸
気処理を施して、内部まで酸化鉄化させた耐摩耗材に
て、弁座１を形成し、弁フェイス部２ａも含めて、弁２
は耐熱鋼であるＳＵＨ材にて形成する。
排気弁、或いは高出力化の要望されるディーゼル機関の
吸気弁におけるメンテナンスフリー化を、シリンダピス
トン構造を変更することなく、安価な材料を用いること
で、耐摩耗性及び高温下での耐熱性を向上させることに
より促進する。 【解決手段】 ＣａＦ2 を２％以下添加した鉄基焼結材
の基地に５００℃〜５６０℃で３０〜１２０分間の水蒸
気処理を施して、内部まで酸化鉄化させた耐摩耗材に
て、弁座１を形成し、弁フェイス部２ａも含めて、弁２
は耐熱鋼であるＳＵＨ材にて形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガス機関の排気弁
やディーゼル機関の吸気弁用の弁座を形成する耐摩耗材
の製造方法、また、それにて弁座を形成する場合におけ
る適用方法に関する。
やディーゼル機関の吸気弁用の弁座を形成する耐摩耗材
の製造方法、また、それにて弁座を形成する場合におけ
る適用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の中でも、ガス機関の排気弁
は、酸化高温雰囲気にて使用されるものであって、材料
として、弁座には鉄基焼結材、排気弁には耐熱鋼のＳＵ
Ｈ３やＳＵＨ３６が一般に使用されている。高負荷（高
温）下においては、鉄基焼結材である弁座表面に酸化鉄
皮膜が形成され、その摩耗粉が、ＳＵＨ材よりなる排気
弁に付着して、潤滑効果を奏するのである。しかし、鉄
基焼結材の表面に酸化鉄が形成されるのは、ある程度の
高温下においてであり、約２００℃〜３５０℃の温度範
囲では、酸化鉄皮膜が形成されず、鉄基焼結材と耐熱鋼
との間で粘着現象が生じ、排気弁の耐摩耗性が劣化す
る。
は、酸化高温雰囲気にて使用されるものであって、材料
として、弁座には鉄基焼結材、排気弁には耐熱鋼のＳＵ
Ｈ３やＳＵＨ３６が一般に使用されている。高負荷（高
温）下においては、鉄基焼結材である弁座表面に酸化鉄
皮膜が形成され、その摩耗粉が、ＳＵＨ材よりなる排気
弁に付着して、潤滑効果を奏するのである。しかし、鉄
基焼結材の表面に酸化鉄が形成されるのは、ある程度の
高温下においてであり、約２００℃〜３５０℃の温度範
囲では、酸化鉄皮膜が形成されず、鉄基焼結材と耐熱鋼
との間で粘着現象が生じ、排気弁の耐摩耗性が劣化す
る。
【０００３】そのため、約２００℃〜３５０℃の低温下
でも耐摩耗性を保持できるよう、従来は、弁フェイスに
ＳＴＬ♯１２盛金材を付設したり、或いは、特公平８−
２６７６４号公報の如く、弁座用耐摩耗材の製造工程の
中で、鉄基焼結材をホワイトブロンズの溶湯中に浸漬
（銅溶浸）して封孔処理を施し、高温下でも溶融せず、
かつ、広範囲の温度下にて耐摩耗性及び潤滑性を有する
潤滑性物質を含む耐摩耗材を製造し、これにて弁座を形
成するようにしていた。
でも耐摩耗性を保持できるよう、従来は、弁フェイスに
ＳＴＬ♯１２盛金材を付設したり、或いは、特公平８−
２６７６４号公報の如く、弁座用耐摩耗材の製造工程の
中で、鉄基焼結材をホワイトブロンズの溶湯中に浸漬
（銅溶浸）して封孔処理を施し、高温下でも溶融せず、
かつ、広範囲の温度下にて耐摩耗性及び潤滑性を有する
潤滑性物質を含む耐摩耗材を製造し、これにて弁座を形
成するようにしていた。
【０００４】また、ディーゼル機関においては、従来、
吸気弁座を、耐摩耗材であるＳＴＬ♯６にて、吸気弁
を、ＳＴＬ♯１２盛金材を付設した耐熱鋼（ＳＵＨ３や
ＳＵＨ３６）にて形成している。
吸気弁座を、耐摩耗材であるＳＴＬ♯６にて、吸気弁
を、ＳＴＬ♯１２盛金材を付設した耐熱鋼（ＳＵＨ３や
ＳＵＨ３６）にて形成している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】まず、ガス機関の中で
も、小型ガス機関は、ガスヒートポンプに採用されるケ
ースが主であり、この場合、電気式ヒートポンプに対抗
する上からも、低コスト化とメンテナンスフリー化の要
望が強い。特に、排気弁の寿命向上が、弁隙間（弁フェ
イスと弁座間）の調整作業の煩雑化と相まって、強く要
望されている。これに対応すべく、シリンダヘッドの構
造変更をすることなく、安価な材料選定のみで、排気弁
の寿命の向上を図ることが望まれる。
も、小型ガス機関は、ガスヒートポンプに採用されるケ
ースが主であり、この場合、電気式ヒートポンプに対抗
する上からも、低コスト化とメンテナンスフリー化の要
望が強い。特に、排気弁の寿命向上が、弁隙間（弁フェ
イスと弁座間）の調整作業の煩雑化と相まって、強く要
望されている。これに対応すべく、シリンダヘッドの構
造変更をすることなく、安価な材料選定のみで、排気弁
の寿命の向上を図ることが望まれる。
【０００６】この点で、従来技術を鑑みると、まず、低
温下（約２００℃〜３５０℃）での耐摩耗性を保持すべ
く、弁フェイスにＳＴＬ♯１２盛金材を施す技術では、
この温度範囲でのＳＵＨ（ＳＵＨ３、ＳＵＨ３６等）の
耐摩耗性よりはましという程度で、実は、酸化鉄は、Ｓ
ＴＬ♯１２には付着しにくく、そのため、高温下におい
ては、弁座表面に形成される酸化鉄の摩耗粉が付着する
ＳＵＨ材に比して、耐摩耗性は劣り、場合によっては、
異常摩耗を発生させることもある。次に、特公平８−２
６７６４号公報開示の銅溶浸のような封孔処理工程を経
て製造した耐摩耗材は、広範囲の温度下で耐摩耗性を有
する点で優れているがコスト高となる。他の鍛造や液相
焼結等の封孔処理を施すものも同様である。
温下（約２００℃〜３５０℃）での耐摩耗性を保持すべ
く、弁フェイスにＳＴＬ♯１２盛金材を施す技術では、
この温度範囲でのＳＵＨ（ＳＵＨ３、ＳＵＨ３６等）の
耐摩耗性よりはましという程度で、実は、酸化鉄は、Ｓ
ＴＬ♯１２には付着しにくく、そのため、高温下におい
ては、弁座表面に形成される酸化鉄の摩耗粉が付着する
ＳＵＨ材に比して、耐摩耗性は劣り、場合によっては、
異常摩耗を発生させることもある。次に、特公平８−２
６７６４号公報開示の銅溶浸のような封孔処理工程を経
て製造した耐摩耗材は、広範囲の温度下で耐摩耗性を有
する点で優れているがコスト高となる。他の鍛造や液相
焼結等の封孔処理を施すものも同様である。
【０００７】そこで、予め、弁座を形成する鉄基焼結材
の基地の内部まで酸化鉄化させておけば、高温、低温に
関わらず、いくら摩耗しても、弁座の表面は酸化鉄とな
るので、この問題を解決でき、更に、弁座用の耐摩耗材
の製造工程では、特公平８−２６７６４号公報開示の銅
溶浸（他に、鍛造、液相焼結等）のような封孔処理を不
要とするため、低コスト化も図ることができる。
の基地の内部まで酸化鉄化させておけば、高温、低温に
関わらず、いくら摩耗しても、弁座の表面は酸化鉄とな
るので、この問題を解決でき、更に、弁座用の耐摩耗材
の製造工程では、特公平８−２６７６４号公報開示の銅
溶浸（他に、鍛造、液相焼結等）のような封孔処理を不
要とするため、低コスト化も図ることができる。
【０００８】一方、ディーゼル機関の吸気弁に関して
は、高出力化の要望の中で、着座衝撃の増大、弁座への
潤滑油供給量の不足が生じ、ガス機関の排気弁に見られ
るような強い耐摩耗性を要求されるようになっている。
その点で、ガス機関用排気弁における課題の解決手段を
用いれば、低コストで、広範囲の温度にて強い耐摩耗性
を有するディーゼル機関用吸気弁の弁座を提供できると
考えられる。
は、高出力化の要望の中で、着座衝撃の増大、弁座への
潤滑油供給量の不足が生じ、ガス機関の排気弁に見られ
るような強い耐摩耗性を要求されるようになっている。
その点で、ガス機関用排気弁における課題の解決手段を
用いれば、低コストで、広範囲の温度にて強い耐摩耗性
を有するディーゼル機関用吸気弁の弁座を提供できると
考えられる。
【０００９】更に、このように、ガス機関の排気弁、或
いはディーゼル機関の吸気弁における弁座用材として、
低コストで、内部まで酸化鉄化した耐摩耗材を製造した
として、更に求められることは、高出力化や高速度化等
により、弁の摺動速度が増大するのに伴って、弁室温度
は一層高温となり、焼き付きも懸念される点で、従来よ
り更に一層の耐熱性も求められるのである。
いはディーゼル機関の吸気弁における弁座用材として、
低コストで、内部まで酸化鉄化した耐摩耗材を製造した
として、更に求められることは、高出力化や高速度化等
により、弁の摺動速度が増大するのに伴って、弁室温度
は一層高温となり、焼き付きも懸念される点で、従来よ
り更に一層の耐熱性も求められるのである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、以上のような
課題を解決すべく、次のような手段を用いるものであ
る。まず、酸化高温雰囲気にて使用される内燃機関用排
気弁の弁座を形成する耐摩耗材の製造方法において、鉄
基焼結材の基地に５００℃〜５６０℃で３０〜１２０分
間の水蒸気処理を施す。
課題を解決すべく、次のような手段を用いるものであ
る。まず、酸化高温雰囲気にて使用される内燃機関用排
気弁の弁座を形成する耐摩耗材の製造方法において、鉄
基焼結材の基地に５００℃〜５６０℃で３０〜１２０分
間の水蒸気処理を施す。
【００１１】また、鉄基焼結材の基地に５００℃〜５６
０℃で３０〜１２０分間の水蒸気処理を施してなる弁座
用耐摩耗材にてディーゼル機関用吸気弁の弁座を形成す
る。
０℃で３０〜１２０分間の水蒸気処理を施してなる弁座
用耐摩耗材にてディーゼル機関用吸気弁の弁座を形成す
る。
【００１２】また、鉄基焼結材の基地に５００℃〜５６
０℃で３０〜１２０分間の水蒸気処理を施してなる弁座
用摩耗材にて形成される弁座に対向させる弁のフェイス
部を耐熱鋼にて形成する。
０℃で３０〜１２０分間の水蒸気処理を施してなる弁座
用摩耗材にて形成される弁座に対向させる弁のフェイス
部を耐熱鋼にて形成する。
【００１３】また、酸化高温雰囲気にて使用される内燃
機関用排気弁の弁座用耐摩耗材となる鉄基焼結材の基地
に、５００℃〜５６０℃で３０〜１２０分間の水蒸気処
理を施し、かつＣａＦ2 を２％以下添加する。
機関用排気弁の弁座用耐摩耗材となる鉄基焼結材の基地
に、５００℃〜５６０℃で３０〜１２０分間の水蒸気処
理を施し、かつＣａＦ2 を２％以下添加する。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、添
付の図面を基に説明する。図１は本発明の耐摩耗材Ｘの
適用に基づく弁座と弁フェイス部との部分側面断面図、
図２は従来の鉄基焼結材Ｙの適用に基づく弁座と弁フェ
イス部との部分側面断面図、図３は回転式摩擦試験の様
子を示す略図、図４は回転式摩擦試験の結果としての、
各雰囲気温度における球材と円板との摩耗和を示す図、
図５は一定条件下における機関運転の結果としての、各
弁材における弁沈み量を示す図、図６は本発明の水蒸気
処理を施した耐摩耗材Ｘ（図中〇で囲む）と、従来の鉄
基焼結材Ｙ、及びそれ以外の処理を施した鉄基焼結材Ｙ
１〜Ｙ３との硬さと圧環強度を示す図、図７は掘削旋回
作業機（バックホー）の枢支部Ｐを示す側面図である。
付の図面を基に説明する。図１は本発明の耐摩耗材Ｘの
適用に基づく弁座と弁フェイス部との部分側面断面図、
図２は従来の鉄基焼結材Ｙの適用に基づく弁座と弁フェ
イス部との部分側面断面図、図３は回転式摩擦試験の様
子を示す略図、図４は回転式摩擦試験の結果としての、
各雰囲気温度における球材と円板との摩耗和を示す図、
図５は一定条件下における機関運転の結果としての、各
弁材における弁沈み量を示す図、図６は本発明の水蒸気
処理を施した耐摩耗材Ｘ（図中〇で囲む）と、従来の鉄
基焼結材Ｙ、及びそれ以外の処理を施した鉄基焼結材Ｙ
１〜Ｙ３との硬さと圧環強度を示す図、図７は掘削旋回
作業機（バックホー）の枢支部Ｐを示す側面図である。
【００１５】まず、弁座用の耐摩耗材の製造方法である
が、鉄基焼結材の基地を、５００℃〜５６０℃の水蒸気
にて３０〜１２０分間処理する。これにより、基地の内
部まで酸化鉄化される。なお、内部まで高温水蒸気を浸
透させるため、焼結鍛造、液相焼結或いは銅溶浸等の封
孔処理は施さない。
が、鉄基焼結材の基地を、５００℃〜５６０℃の水蒸気
にて３０〜１２０分間処理する。これにより、基地の内
部まで酸化鉄化される。なお、内部まで高温水蒸気を浸
透させるため、焼結鍛造、液相焼結或いは銅溶浸等の封
孔処理は施さない。
【００１６】更に、該鉄基焼結材には、２％以下のＣａ
Ｆ2 を添加する。これは、高温下での焼付を回避するた
めのものである。
Ｆ2 を添加する。これは、高温下での焼付を回避するた
めのものである。
【００１７】こうして、ＣａＦ2 を添加し、鉄基焼結材
の基地の内部まで酸化鉄化して形成した耐摩耗材Ｘによ
り、図１の如く、弁座１を形成する。これに対応させる
弁（吸気弁または排気弁）２の材料は、ＳＵＨ３やＳＵ
Ｈ３６等のＳＵＨ材（耐熱鋼）にて形成し、図２に見ら
れるような、従来、弁座１に着座する弁２の弁フェイス
部２ａに付設していたＳＴＬ♯１２盛金材は、本実施例
では付設せず、従って弁フェイス部２ａも、ＳＵＨ材
（耐熱鋼材）となっている。つまり、耐摩耗材Ｘの弁座
１と、ＳＵＨ材である弁フェイス部２ａとが摩擦するこ
ととなる。
の基地の内部まで酸化鉄化して形成した耐摩耗材Ｘによ
り、図１の如く、弁座１を形成する。これに対応させる
弁（吸気弁または排気弁）２の材料は、ＳＵＨ３やＳＵ
Ｈ３６等のＳＵＨ材（耐熱鋼）にて形成し、図２に見ら
れるような、従来、弁座１に着座する弁２の弁フェイス
部２ａに付設していたＳＴＬ♯１２盛金材は、本実施例
では付設せず、従って弁フェイス部２ａも、ＳＵＨ材
（耐熱鋼材）となっている。つまり、耐摩耗材Ｘの弁座
１と、ＳＵＨ材である弁フェイス部２ａとが摩擦するこ
ととなる。
【００１８】前記の水蒸気処理及びＣａＦ2 の添加をし
ない従来の鉄基焼結材ＹとＳＵＨ材との摩擦に比して、
本発明の（前記の水蒸気処理をし、ＣａＦ2 を添加した
鉄基焼結材よりなる）耐摩耗材ＸとＳＵＨ材との摩擦で
は、摩耗度の上で、どのような効果があるか。これを、
図３及び図４を基に説明する。図３の如く、ＳＵＨ材
（本実施例ではＳＵＨ３）よりなる円板４に、従来の鉄
基焼結材Ｙか、本発明の耐摩耗材Ｘかにてなる球材３
を、一定の力で押圧し、円板４を回転させて、球材３及
び円板４の両材の摩耗度を調べる回転式摩耗試験を行
う。図４の如く、横軸には雰囲気温度（℃）を、縦軸に
は両材の摩耗和（ｍｍ3 ）を取り、球材３が、従来の鉄
基焼結材Ｙの場合と、本発明の鉄基焼結材Ｘの場合と
で、摩耗和を比較する。前者の場合の摩耗和のグラフを
Ｂ、後者の場合の摩耗和のグラフをＡとする。
ない従来の鉄基焼結材ＹとＳＵＨ材との摩擦に比して、
本発明の（前記の水蒸気処理をし、ＣａＦ2 を添加した
鉄基焼結材よりなる）耐摩耗材ＸとＳＵＨ材との摩擦で
は、摩耗度の上で、どのような効果があるか。これを、
図３及び図４を基に説明する。図３の如く、ＳＵＨ材
（本実施例ではＳＵＨ３）よりなる円板４に、従来の鉄
基焼結材Ｙか、本発明の耐摩耗材Ｘかにてなる球材３
を、一定の力で押圧し、円板４を回転させて、球材３及
び円板４の両材の摩耗度を調べる回転式摩耗試験を行
う。図４の如く、横軸には雰囲気温度（℃）を、縦軸に
は両材の摩耗和（ｍｍ3 ）を取り、球材３が、従来の鉄
基焼結材Ｙの場合と、本発明の鉄基焼結材Ｘの場合と
で、摩耗和を比較する。前者の場合の摩耗和のグラフを
Ｂ、後者の場合の摩耗和のグラフをＡとする。
【００１９】雰囲気温度が４００℃付近の場合には、両
グラフＡ・Ｂとも摩耗和が低く、耐摩耗性が高いことが
判る。これは、雰囲気温度４００℃の中では、水蒸気処
理をしていない鉄基焼結材Ｙでも、表面に酸化鉄膜が形
成されるためであり、ＳＵＨ材に酸化鉄の摩耗粉が付着
することにより、潤滑性が向上し、耐摩耗性が向上する
からである。
グラフＡ・Ｂとも摩耗和が低く、耐摩耗性が高いことが
判る。これは、雰囲気温度４００℃の中では、水蒸気処
理をしていない鉄基焼結材Ｙでも、表面に酸化鉄膜が形
成されるためであり、ＳＵＨ材に酸化鉄の摩耗粉が付着
することにより、潤滑性が向上し、耐摩耗性が向上する
からである。
【００２０】しかし、雰囲気温度が４００℃を下回るに
連れて、グラフＡに関しては摩耗和が低く保持されてい
るのに対して、グラフＢに関しては、摩耗和が増大す
る。従来の鉄基焼結材Ｙでは、このように雰囲気温度が
低くなるにつれ、表面に酸化鉄が形成されにくくなり、
従って、ＳＵＨ材への酸化鉄の摩耗粉の付着度も低減す
るため、摩耗度が増大するのであるが、対して、本発明
の耐摩耗材Ｘの場合、雰囲気温度に関わらず、予め内部
まで酸化鉄化されているため、例えある程度摩耗して
も、なおも表面は酸化鉄の状態のままであり、ＳＵＨ材
に対する酸化鉄の摩耗粉の付着度は変わらない。従っ
て、耐摩耗性が保持されるのである。このように、ＳＵ
Ｈ材との摩擦において、本発明の耐摩耗材Ｘは、従来の
水蒸気処理をしない鉄基焼結材Ｙに比して、低温雰囲気
での耐摩耗性が優れていることが判る。
連れて、グラフＡに関しては摩耗和が低く保持されてい
るのに対して、グラフＢに関しては、摩耗和が増大す
る。従来の鉄基焼結材Ｙでは、このように雰囲気温度が
低くなるにつれ、表面に酸化鉄が形成されにくくなり、
従って、ＳＵＨ材への酸化鉄の摩耗粉の付着度も低減す
るため、摩耗度が増大するのであるが、対して、本発明
の耐摩耗材Ｘの場合、雰囲気温度に関わらず、予め内部
まで酸化鉄化されているため、例えある程度摩耗して
も、なおも表面は酸化鉄の状態のままであり、ＳＵＨ材
に対する酸化鉄の摩耗粉の付着度は変わらない。従っ
て、耐摩耗性が保持されるのである。このように、ＳＵ
Ｈ材との摩擦において、本発明の耐摩耗材Ｘは、従来の
水蒸気処理をしない鉄基焼結材Ｙに比して、低温雰囲気
での耐摩耗性が優れていることが判る。
【００２１】一方、雰囲気温度が５００℃を上回るに連
れ、グラフＢは上昇し、グラフＡは低く保持されている
ことが判る。ＳＵＨ材は耐熱鋼材であるが、従来の鉄基
焼結材Ｙでは、高温負荷により、６００℃で焼付が生じ
てしまうのである。対して、本発明の耐摩耗材Ｘは、前
記のＣａＦ2 の添加により、雰囲気温度が４００℃〜６
００℃の高温下でも焼付が生じず、このように、耐摩耗
性が保持されるのである。
れ、グラフＢは上昇し、グラフＡは低く保持されている
ことが判る。ＳＵＨ材は耐熱鋼材であるが、従来の鉄基
焼結材Ｙでは、高温負荷により、６００℃で焼付が生じ
てしまうのである。対して、本発明の耐摩耗材Ｘは、前
記のＣａＦ2 の添加により、雰囲気温度が４００℃〜６
００℃の高温下でも焼付が生じず、このように、耐摩耗
性が保持されるのである。
【００２２】図４図示の結果にて判るように、本発明の
耐摩耗材Ｘにて弁座１を形成し、ＳＵＨ（ＳＵＨ３）に
て弁２（弁フェイス部２ａも含めて）を形成すれば、低
温域から高温域までの広い範囲の雰囲気温度にて、弁座
１と弁２との摩耗和を低く保持できる、即ち高い耐摩耗
性を保持できるのである。
耐摩耗材Ｘにて弁座１を形成し、ＳＵＨ（ＳＵＨ３）に
て弁２（弁フェイス部２ａも含めて）を形成すれば、低
温域から高温域までの広い範囲の雰囲気温度にて、弁座
１と弁２との摩耗和を低く保持できる、即ち高い耐摩耗
性を保持できるのである。
【００２３】更に、図２のように、従来の鉄基焼結材Ｙ
にて弁座１を形成し、ＳＵＨ材よりなる弁２の弁フェイ
ス部２ａにＳＴＬ♯１２盛金材を付設した場合に比し
て、図１の如く、本発明の耐摩耗材Ｘにて弁座１を形成
し、弁２は弁フェイス部２ａも含めて全てＳＵＨ材にて
形成した場合は、耐摩耗性において効果があるのか。こ
れについて、まず、図４のグラフＡとＣとの比較により
検討する。グラフＣは、従来の鉄基焼結材Ｙよりなる球
材３を、ＳＵＨ３よりなる円板４に押圧して、回転式摩
擦実験を行った場合の摩耗和のグラフであって、雰囲気
温度が５００℃以下の広い温度範囲にわたって、摩耗和
が低く、即ち、耐摩耗性が保持されていることが判る。
ここで、ガス機関等、実際の機関運転にて形成される雰
囲気温度は２００℃〜４００℃となっており、この範囲
においては、グラフＡの摩耗和の値の方が、グラフＣの
それよりも少ない。従って、本発明の耐摩耗材ＸとＳＵ
Ｈ３との間の耐摩耗性の方が、従来の鉄基焼結材ＹとＳ
ＴＬ♯１２との間の耐摩耗性よりも若干高い。
にて弁座１を形成し、ＳＵＨ材よりなる弁２の弁フェイ
ス部２ａにＳＴＬ♯１２盛金材を付設した場合に比し
て、図１の如く、本発明の耐摩耗材Ｘにて弁座１を形成
し、弁２は弁フェイス部２ａも含めて全てＳＵＨ材にて
形成した場合は、耐摩耗性において効果があるのか。こ
れについて、まず、図４のグラフＡとＣとの比較により
検討する。グラフＣは、従来の鉄基焼結材Ｙよりなる球
材３を、ＳＵＨ３よりなる円板４に押圧して、回転式摩
擦実験を行った場合の摩耗和のグラフであって、雰囲気
温度が５００℃以下の広い温度範囲にわたって、摩耗和
が低く、即ち、耐摩耗性が保持されていることが判る。
ここで、ガス機関等、実際の機関運転にて形成される雰
囲気温度は２００℃〜４００℃となっており、この範囲
においては、グラフＡの摩耗和の値の方が、グラフＣの
それよりも少ない。従って、本発明の耐摩耗材ＸとＳＵ
Ｈ３との間の耐摩耗性の方が、従来の鉄基焼結材ＹとＳ
ＴＬ♯１２との間の耐摩耗性よりも若干高い。
【００２４】ところが、実際に従来の鉄基焼結材Ｙにて
弁座１を形成し、弁フェイス部２ａをＳＴＬ♯１２とす
る弁２を形成して、機関運転を行ってみると、従来の鉄
基焼結材Ｙを弁座１とし、弁フェイス部２ａも含めてＳ
ＵＨ３にて弁２を形成した場合に比べて、摩耗度は非常
に高くなる。これについて、図５にて説明する。摩耗度
の指標として、１００時間の機関運転の結果における、
着座時の弁座１と弁フェイス部２ａとの間隔を、弁沈み
量（ｍｍ／１００ｈｒ）とし、弁フェイス部２ａがＳＵ
Ｈ３の場合の弁沈み量のグラフをＥ、弁フェイス部２ａ
がＳＴＬ♯１２の場合のそれをＦとすると、グラフＦが
グラフＥに比してかなり高くなっていることが判る。な
お、この時の弁室内雰囲気温度は約５００℃以上あり、
従来の鉄基焼結材Ｙ表面に酸化鉄皮膜が形成される温度
である。
弁座１を形成し、弁フェイス部２ａをＳＴＬ♯１２とす
る弁２を形成して、機関運転を行ってみると、従来の鉄
基焼結材Ｙを弁座１とし、弁フェイス部２ａも含めてＳ
ＵＨ３にて弁２を形成した場合に比べて、摩耗度は非常
に高くなる。これについて、図５にて説明する。摩耗度
の指標として、１００時間の機関運転の結果における、
着座時の弁座１と弁フェイス部２ａとの間隔を、弁沈み
量（ｍｍ／１００ｈｒ）とし、弁フェイス部２ａがＳＵ
Ｈ３の場合の弁沈み量のグラフをＥ、弁フェイス部２ａ
がＳＴＬ♯１２の場合のそれをＦとすると、グラフＦが
グラフＥに比してかなり高くなっていることが判る。な
お、この時の弁室内雰囲気温度は約５００℃以上あり、
従来の鉄基焼結材Ｙ表面に酸化鉄皮膜が形成される温度
である。
【００２５】ＳＴＬ♯１２は、カーボンが付着すること
で潤滑性を発揮するのであるが、低温度においては排気
中に相当量のカーボンが存在していても、高温度になる
とカーボン量が低減する。更に、ガス機関では、もとも
と排気中のカーボン量が少ない。一方、高温度では、前
記の如く鉄基焼結材Ｙ表面に酸化鉄皮膜が形成されるも
のの、ＳＴＬ♯１２は酸化鉄の摩耗粉が付着しにくい材
質である上、弁は摺動するために、摩耗粉が脱落しやす
い。そのため、実際にガス機関用排気弁に適用すべく、
弁座を鉄基焼結材Ｙとし弁フェイス部２ａをＳＴＬ♯１
２として、ガス機関を運転した場合に、ＳＴＬ♯１２に
は、時折異常摩耗が生じ、グラフＦの如く、摩耗度が顕
著に高く見られるのである。前記の図３による回転式摩
擦実験では、球材３が常に円板４に押圧された状態なの
で、球材３と円板４との間の摩耗粉も脱落しにくく、グ
ラフＣのように、さほど顕著に摩耗が見られなかったの
である。
で潤滑性を発揮するのであるが、低温度においては排気
中に相当量のカーボンが存在していても、高温度になる
とカーボン量が低減する。更に、ガス機関では、もとも
と排気中のカーボン量が少ない。一方、高温度では、前
記の如く鉄基焼結材Ｙ表面に酸化鉄皮膜が形成されるも
のの、ＳＴＬ♯１２は酸化鉄の摩耗粉が付着しにくい材
質である上、弁は摺動するために、摩耗粉が脱落しやす
い。そのため、実際にガス機関用排気弁に適用すべく、
弁座を鉄基焼結材Ｙとし弁フェイス部２ａをＳＴＬ♯１
２として、ガス機関を運転した場合に、ＳＴＬ♯１２に
は、時折異常摩耗が生じ、グラフＦの如く、摩耗度が顕
著に高く見られるのである。前記の図３による回転式摩
擦実験では、球材３が常に円板４に押圧された状態なの
で、球材３と円板４との間の摩耗粉も脱落しにくく、グ
ラフＣのように、さほど顕著に摩耗が見られなかったの
である。
【００２６】このように、雰囲気温度が高温となるガス
機関の排気弁に図２の弁・弁座構成を適用すると、弁座
１を鉄基焼結材Ｙ、弁フェイス部２ａも含めて弁２全部
をＳＵＨ材（ＳＵＨ３）にて形成した場合よりも摩耗が
進行することが判る。
機関の排気弁に図２の弁・弁座構成を適用すると、弁座
１を鉄基焼結材Ｙ、弁フェイス部２ａも含めて弁２全部
をＳＵＨ材（ＳＵＨ３）にて形成した場合よりも摩耗が
進行することが判る。
【００２７】そして、このような雰囲気温度が高い状態
において、実際のガス機関の排気弁にて、弁２は弁フェ
イス部２ａも含めてＳＵＨ材にて形成し、弁座１を、従
来の鉄基焼結材Ｙにて形成した場合と、図１の如く、本
発明の耐摩耗材Ｘにて形成した場合とで、機関運転を行
った結果を比較してみる。図５において、グラフＤは弁
座１を耐摩耗材Ｘにて形成した場合のものであり、グラ
フＥと比較して、弁沈み量が小さい、即ち、摩耗度が低
いことが判る。
において、実際のガス機関の排気弁にて、弁２は弁フェ
イス部２ａも含めてＳＵＨ材にて形成し、弁座１を、従
来の鉄基焼結材Ｙにて形成した場合と、図１の如く、本
発明の耐摩耗材Ｘにて形成した場合とで、機関運転を行
った結果を比較してみる。図５において、グラフＤは弁
座１を耐摩耗材Ｘにて形成した場合のものであり、グラ
フＥと比較して、弁沈み量が小さい、即ち、摩耗度が低
いことが判る。
【００２８】このように、ガス機関の排気弁において、
図１の如く、本発明の耐摩耗材Ｘにて弁座１を形成し、
弁フェイス部２ａも含めて、ＳＵＨ材（ＳＵＨ３等）に
て弁２を形成して、実際に機関運転を行ってみると、弁
座１を従来の鉄基焼結材Ｙ、弁２全部をＳＵＨ材とした
場合に対しても、また、弁座１を鉄基焼結材Ｙ、弁２の
弁フェイス部２ａはＳＴＬ♯１２盛金材とした場合に対
しても、耐摩耗性が優れていることが判る。
図１の如く、本発明の耐摩耗材Ｘにて弁座１を形成し、
弁フェイス部２ａも含めて、ＳＵＨ材（ＳＵＨ３等）に
て弁２を形成して、実際に機関運転を行ってみると、弁
座１を従来の鉄基焼結材Ｙ、弁２全部をＳＵＨ材とした
場合に対しても、また、弁座１を鉄基焼結材Ｙ、弁２の
弁フェイス部２ａはＳＴＬ♯１２盛金材とした場合に対
しても、耐摩耗性が優れていることが判る。
【００２９】なお、従来の鉄基焼結材Ｙに比して、内部
まで酸化鉄化した本発明の耐摩耗材Ｘは、硬度や圧環強
度においてどうか。図６より判るように、本発明の耐摩
耗材Ｘ（図中〇で囲む。）は、硬度及び圧環強度の面
で、鉄基焼結材Ｙに比して遜色がないことが判る。従っ
て、内燃機関の弁座として充分に適用可能である。
まで酸化鉄化した本発明の耐摩耗材Ｘは、硬度や圧環強
度においてどうか。図６より判るように、本発明の耐摩
耗材Ｘ（図中〇で囲む。）は、硬度及び圧環強度の面
で、鉄基焼結材Ｙに比して遜色がないことが判る。従っ
て、内燃機関の弁座として充分に適用可能である。
【００３０】なお、硬度及び圧環強度におけるその他の
処理効果を見てみる。耐摩耗処理として、Ｙ１は、鉄基
焼結材に酸化鉄（Ｆｅ3 Ｏ4 ）を混入し、Ｙ２は、その
上に銅溶浸処理を施したものである。Ｙ１では、ＣＯ2
生成のためと思われるポーラス化が生じ、強度が出ず、
Ｙ２も、Ｙ１よりは強度はあるが、目標下限値には射た
らない。Ｙ３は、鉄基焼結材を（酸化鉄を混入せずに）
銅溶浸処理したものであり、硬度及び圧環強度の面で
は、これが最高の効果を示すが、従来技術で述べたよう
に、コスト高を伴う。このような様々な処理方法と比較
する中でも、鉄基焼結材を水蒸気処理したＸが、硬度及
び圧環強度の面で申し分ないことが判る。
処理効果を見てみる。耐摩耗処理として、Ｙ１は、鉄基
焼結材に酸化鉄（Ｆｅ3 Ｏ4 ）を混入し、Ｙ２は、その
上に銅溶浸処理を施したものである。Ｙ１では、ＣＯ2
生成のためと思われるポーラス化が生じ、強度が出ず、
Ｙ２も、Ｙ１よりは強度はあるが、目標下限値には射た
らない。Ｙ３は、鉄基焼結材を（酸化鉄を混入せずに）
銅溶浸処理したものであり、硬度及び圧環強度の面で
は、これが最高の効果を示すが、従来技術で述べたよう
に、コスト高を伴う。このような様々な処理方法と比較
する中でも、鉄基焼結材を水蒸気処理したＸが、硬度及
び圧環強度の面で申し分ないことが判る。
【００３１】次に、本発明の耐摩耗材Ｘの適用例を説明
する。まず、耐摩耗材Ｘを弁座１、ＳＵＨ材を弁２（弁
フェイス部２ａを含む）として、これを、例えば酸化高
温雰囲気となるガス機関の排気弁に適用する。或いは、
昨今、ディーゼル機関の高出力化、高速化が要望される
につれ、ディーゼル機関の吸気弁においても、ガス機関
の排気弁と同様の条件が求められるため、これを適用す
る。
する。まず、耐摩耗材Ｘを弁座１、ＳＵＨ材を弁２（弁
フェイス部２ａを含む）として、これを、例えば酸化高
温雰囲気となるガス機関の排気弁に適用する。或いは、
昨今、ディーゼル機関の高出力化、高速化が要望される
につれ、ディーゼル機関の吸気弁においても、ガス機関
の排気弁と同様の条件が求められるため、これを適用す
る。
【００３２】以上のような弁・弁座では、弁が摺動する
ことによる叩き摩擦が発生する点で弁座を耐摩擦材Ｘと
し、弁をＳＵＨ材とする適用例が有効であるが、同様の
効果を発揮できる点で、例えば、掘削旋回作業機（バッ
クホー）の枢支部分に適用することが考えられる。掘削
旋回作業機には、図７にて示すように、多くの枢支部Ｐ
・Ｐ・・・があり、これらの枢支部Ｐにおいては、ボス
内にブッシュを内装して、その中にピンを遊嵌する構造
となっていて、ピンは重量物の回動軸となり、また、回
動操作も頻繁に行われる点で、ブッシュとの摩擦負荷は
非常に高いものとなっている。
ことによる叩き摩擦が発生する点で弁座を耐摩擦材Ｘと
し、弁をＳＵＨ材とする適用例が有効であるが、同様の
効果を発揮できる点で、例えば、掘削旋回作業機（バッ
クホー）の枢支部分に適用することが考えられる。掘削
旋回作業機には、図７にて示すように、多くの枢支部Ｐ
・Ｐ・・・があり、これらの枢支部Ｐにおいては、ボス
内にブッシュを内装して、その中にピンを遊嵌する構造
となっていて、ピンは重量物の回動軸となり、また、回
動操作も頻繁に行われる点で、ブッシュとの摩擦負荷は
非常に高いものとなっている。
【００３３】従来は、ブッシュに浸炭材を使用し、ピン
は、引張応力がかかりやすい点から高周波焼入れ材を使
用することが多い。この場合、各枢支部に対するグリス
注油は頻繁に行わなければならず、これに対して、メン
テナンスフリー化を要望する声が高かった。
は、引張応力がかかりやすい点から高周波焼入れ材を使
用することが多い。この場合、各枢支部に対するグリス
注油は頻繁に行わなければならず、これに対して、メン
テナンスフリー化を要望する声が高かった。
【００３４】そこで、グリス注油の頻度を落としても耐
久性を現状程度維持でき、かつ、安価な材料を導入する
上で、ブッシュ・ピンのいずれかに耐摩擦材Ｘを使用す
るのが有効となる。焼結材である耐摩擦材Ｘは、引張応
力には脆いので、ブッシュとして用いる。対して、ピン
は、引張応力に強い高周波焼入れ材、浸炭焼入れ材、ま
たは調質した炭素鋼を用いるのである。
久性を現状程度維持でき、かつ、安価な材料を導入する
上で、ブッシュ・ピンのいずれかに耐摩擦材Ｘを使用す
るのが有効となる。焼結材である耐摩擦材Ｘは、引張応
力には脆いので、ブッシュとして用いる。対して、ピン
は、引張応力に強い高周波焼入れ材、浸炭焼入れ材、ま
たは調質した炭素鋼を用いるのである。
【００３５】
【発明の効果】本発明は、以上のような弁座用耐摩擦材
の製造方法及び適用方法としたので、次のような効果を
奏する。まず、請求項１記載の如き耐摩擦材の製造方法
としたので、高温水蒸気処理にて内部まで酸化鉄化され
た耐摩擦材が製造され、雰囲気温度が低温か高温かに関
わらず、摩擦表面は常に酸化鉄となっており、請求項３
の適用方法と相まって、耐熱鋼（ＳＵＨ材）の弁フェイ
ス部との摩擦にて、常に酸化鉄の摩擦粉が弁フェイス部
表面に付着して、雰囲気温度が高温であっても低温であ
っても、潤滑性が保持され、耐摩擦性が向上するのであ
る。
の製造方法及び適用方法としたので、次のような効果を
奏する。まず、請求項１記載の如き耐摩擦材の製造方法
としたので、高温水蒸気処理にて内部まで酸化鉄化され
た耐摩擦材が製造され、雰囲気温度が低温か高温かに関
わらず、摩擦表面は常に酸化鉄となっており、請求項３
の適用方法と相まって、耐熱鋼（ＳＵＨ材）の弁フェイ
ス部との摩擦にて、常に酸化鉄の摩擦粉が弁フェイス部
表面に付着して、雰囲気温度が高温であっても低温であ
っても、潤滑性が保持され、耐摩擦性が向上するのであ
る。
【００３６】また、こうした耐摩擦材は、通常、請求項
１の如く、酸化高温雰囲気である内燃機関（例えばガス
機関）の排気弁の弁座に適用されるが、近年のディーゼ
ル機関の高出力化に鑑み、請求項２の如く、ディーゼル
機関の吸気弁に適用しても、同様に耐摩擦性の高い吸気
弁構造を現出できる。
１の如く、酸化高温雰囲気である内燃機関（例えばガス
機関）の排気弁の弁座に適用されるが、近年のディーゼ
ル機関の高出力化に鑑み、請求項２の如く、ディーゼル
機関の吸気弁に適用しても、同様に耐摩擦性の高い吸気
弁構造を現出できる。
【００３７】そして、ガス機関等の内燃機関の排気弁に
適用する場合にも、ディーゼル機関の吸気弁に適用する
場合にも、耐摩耗材にて形成する弁座に対して、請求項
３の如く、弁フェイス部を耐熱鋼（ＳＵＨ材）にて形成
することにより、弁座の摩耗にて発生する酸化鉄の摩耗
粉が、該弁フェイス部に付着しやすく、潤滑性が保持さ
れ、耐摩擦性が向上するのである。
適用する場合にも、ディーゼル機関の吸気弁に適用する
場合にも、耐摩耗材にて形成する弁座に対して、請求項
３の如く、弁フェイス部を耐熱鋼（ＳＵＨ材）にて形成
することにより、弁座の摩耗にて発生する酸化鉄の摩耗
粉が、該弁フェイス部に付着しやすく、潤滑性が保持さ
れ、耐摩擦性が向上するのである。
【００３８】更に、請求項４の如く弁座用耐摩耗材を製
造することによって、高温下での焼付が回避され、高出
力や高速運転用の内燃機関における排気弁或いは吸気弁
の弁座にも適用することができる。
造することによって、高温下での焼付が回避され、高出
力や高速運転用の内燃機関における排気弁或いは吸気弁
の弁座にも適用することができる。
【００３９】以上のことから、高出力、高速度運転の内
燃機関における吸気弁、排気弁のメンテナンスフリー化
を、安価な材料で、シリンダピストンの構造を変えるこ
ともなく、実現することができるのである。
燃機関における吸気弁、排気弁のメンテナンスフリー化
を、安価な材料で、シリンダピストンの構造を変えるこ
ともなく、実現することができるのである。
【図１】本発明の耐摩耗材Ｘの適用に基づく弁座と弁フ
ェイス部との部分側面断面図である。
ェイス部との部分側面断面図である。
【図２】従来の鉄基焼結材Ｙの適用に基づく弁座と弁フ
ェイス部との部分側面断面図である。
ェイス部との部分側面断面図である。
【図３】回転式摩擦試験の様子を示す略図である。
【図４】回転式摩擦試験の結果としての、各雰囲気温度
における球材と円板との摩耗和を示す図である。
における球材と円板との摩耗和を示す図である。
【図５】一定条件下における機関運転の結果としての、
各弁材における弁沈み量を示す図である。
各弁材における弁沈み量を示す図である。
【図６】本発明の水蒸気処理を施した耐摩耗材Ｘ（図中
〇で囲む）と、従来の鉄基焼結材Ｙ、及びそれ以外の処
理を施した鉄基焼結材Ｙ１〜Ｙ３との硬さと圧環強度を
示す図である。
〇で囲む）と、従来の鉄基焼結材Ｙ、及びそれ以外の処
理を施した鉄基焼結材Ｙ１〜Ｙ３との硬さと圧環強度を
示す図である。
【図７】掘削旋回作業機（バックホー）の枢支部Ｐを示
す側面図である。
す側面図である。
１ 弁座 ２ 弁 ２ａ 弁フェイス部
Claims (4)
- 【請求項１】 酸化高温雰囲気にて使用される内燃機関
用排気弁の弁座を形成する耐摩耗材の製造方法におい
て、鉄基焼結材の基地に５００℃〜５６０℃で３０〜１
２０分間の水蒸気処理を施すことを特徴とする弁座用耐
摩耗材の製造方法。 - 【請求項２】 鉄基焼結材の基地に５００℃〜５６０℃
で３０〜１２０分間の水蒸気処理を施してなる弁座用耐
摩耗材にて、ディーゼル機関用吸気弁の弁座を形成する
ことを特徴とする弁座用耐摩耗材の適用方法。 - 【請求項３】 鉄基焼結材の基地に５００℃〜５６０℃
で３０〜１２０分間の水蒸気処理を施してなる弁座用耐
摩耗材にて形成する弁座に対向させる弁のフェイス部
を、耐熱鋼にて形成することを特徴とする弁座用耐摩耗
材の適用方法。 - 【請求項４】 酸化高温雰囲気にて使用される内燃機関
用排気弁の弁座用耐摩耗材となる鉄基焼結材の基地に、
５００℃〜５６０℃で３０〜１２０分間の水蒸気処理を
施し、かつＣａＦ2 を２％以下添加することを特徴とす
る弁座用耐摩耗材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23407996A JPH1081902A (ja) | 1996-09-04 | 1996-09-04 | 弁座用耐摩耗材の製造方法と適用方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23407996A JPH1081902A (ja) | 1996-09-04 | 1996-09-04 | 弁座用耐摩耗材の製造方法と適用方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1081902A true JPH1081902A (ja) | 1998-03-31 |
Family
ID=16965280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23407996A Pending JPH1081902A (ja) | 1996-09-04 | 1996-09-04 | 弁座用耐摩耗材の製造方法と適用方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1081902A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2008146432A1 (ja) * | 2007-05-28 | 2010-08-19 | 三菱電機株式会社 | 弁装置 |
| CN102828142A (zh) * | 2012-08-28 | 2012-12-19 | 东睦(江门)粉末冶金有限公司 | 一种活塞产品的水蒸汽处理方法 |
| WO2013080591A1 (ja) * | 2011-11-29 | 2013-06-06 | Ｔｐｒ株式会社 | バルブシート |
| JP2016053210A (ja) * | 2013-12-26 | 2016-04-14 | Ntn株式会社 | 圧粉体を用いた機械部品およびその製造方法 |
-
1996
- 1996-09-04 JP JP23407996A patent/JPH1081902A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2008146432A1 (ja) * | 2007-05-28 | 2010-08-19 | 三菱電機株式会社 | 弁装置 |
| WO2013080591A1 (ja) * | 2011-11-29 | 2013-06-06 | Ｔｐｒ株式会社 | バルブシート |
| JP2013113220A (ja) * | 2011-11-29 | 2013-06-10 | Tpr Co Ltd | バルブシート |
| CN104024585A (zh) * | 2011-11-29 | 2014-09-03 | 帝伯爱尔株式会社 | 阀座 |
| US9581056B2 (en) | 2011-11-29 | 2017-02-28 | Tpr Co., Ltd. | Valve seat |
| CN102828142A (zh) * | 2012-08-28 | 2012-12-19 | 东睦(江门)粉末冶金有限公司 | 一种活塞产品的水蒸汽处理方法 |
| JP2016053210A (ja) * | 2013-12-26 | 2016-04-14 | Ntn株式会社 | 圧粉体を用いた機械部品およびその製造方法 |
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