JPS5828342B2 - 耐熱耐摩耗性および被削性にすぐれた内燃機関用弁座 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、すぐれた耐熱耐摩耗性および被削性を有す
る内燃機関用弁座（バルブシート）に関するものである
。

従来、例えば内燃機関用燃料として船人ガソリンが使用
され、前記船人ガソリンにおいては、これが燃焼する際
に、前記ガソリン中に含有させたアルキル鎖から無機鉛
が生成し、この生成無機鉛はその１部が弁および弁座に
付着することから、前記弁および弁座の耐酸化性（ここ
では耐熱性および耐食性をいう）、自己潤滑性、および
耐摩耗性が著しく改善され、その機能を十分発揮するも
のであったが、時代の趨勢により前記船人ガソリンの使
用が不可能となり、したがってガソリン中の鉛効果は期
待できないのが現状である。

本発明者等は、上述のような観点から、無鉛ガソリンを
使用した場合に、その機能を十分に発揮する耐酸化性お
よび耐摩耗性（以下これら両特性を合せて耐熱耐摩耗性
という）を有し、さらに自己潤滑性および被剛性にもす
ぐれた内燃機関用弁座を得べく、材質面から研究を行な
った結果、重量％で、Ｃ：０．４〜２．０％、Ｃｕ ：
０．５〜９．５％、Ｓ：０．３〜４．０％を含有し、
ざらにＮｉ：０．５〜５．０％およびＣｏ：０．５〜５
．０％のうちの１種または２種を含有し、さらに必要に
応じてＣｒ ： ０．５〜５．０％およびＭｏ ： ０
．５〜５．０％のうちの１種または２種を含有し、残り
がＦｅと不可避不純物からなる組成、並びに素地の結晶
粒界に素地との密着性が良好な硫化物相、および必要に
応じて炭化物相が均一に分散した組織をもつと共に、５
〜３０％の多孔率をもった多孔質焼結体の多孔に、Ｃｕ
を溶浸してなる材料で構成された内燃機関用弁座は、す
ぐれた耐熱耐摩耗性および自己潤滑性を有し、かつ被剛
性にもすぐれたものであり、したがって、これを燃料と
して無鉛ガソリンを使用する内燃機関の弁座として用い
た場合にすぐれた性能を発揮するという知見を得たので
ある。

この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであっ
て、以下に成分組成および多孔率を上記のとおりに限定
した理由を説明する。

（ａ） Ｃ Ｃ成分には素地に固溶して、これを強化すると共に硬化
し、もって耐摩耗性を向上させる作用があるが、その含
有量が０．４％未満では所望の高強度を確保することが
できず、一方２．０％を越えて含有させると脆化するよ
うになることから、その含有量を０．４〜２．０％と定
めた。

（ｂ） Ｃｕ Ｃｕ成分には、制酸化性←耐食性）および自己潤滑性を
向上させる作用があるが、その含有量が０．５％未満で
は前記作用に所望の効果が得られず、一方０．５％を越
えて含有させると、多孔質焼結体の製造時に焼結性がそ
こなわれるようになると共に、強度も低下するようにな
ることから、その含有量を０．５〜９．５％と定めた。

（ｃ） Ｓ Ｓ成分には、Ｆｅ成分と結合して、素地の結晶粒界に均
一に分散し、かつ素地との密着性が良好な硫化物相を形
成し、もって弁座にすぐれた自己潤滑性および被削性を
付与する作用があるが、その含有量が０．３％未満では
前記作用に所望の効果が得られず、一方４．０％を越え
て含有させると強度低下が著しくなることから、その含
有量を０．３〜４．０％と定めた。

（ｄ） ＮｉおよびＣ。

これらの成分には、素地に固溶して、これを強化すると
共に、耐酸化性（耐熱性）を向上させる作用があるが、
その含有量がそれぞれ０．５％未満では前記作用に所望
の向上効果が得られず、一方それぞれ５．０％を越えて
含有させてもより一層の向上効果は現われないことから
、経済性も考慮して、それぞれの含有量を０．５〜５．
０％と定めた。

（ｅ）ＣｒおよびＭ。

これらの成分には、その一部が素地に固溶して耐酸化性
（耐熱性）を向上させ、残りの大部分がＣと結合して素
地中に均一に分散する炭化物相を形成し、もって耐熱耐
摩耗性を一段と向上させる作用があるので、より一層の
耐熱耐摩耗性が要求される場合に必要に応じて含有され
るが１、その含有量がそれぞれ０．５％未満では耐熱耐
摩耗性に所望の向上効果が得られず、一方それぞれ５．
０％を越えて含有させると、強度が急激に低下するよう
になるほか、被削性も著しく劣化するようになることか
ら、それぞれの含有量を０．５〜５．０％と定めた。

（ｆ） 多孔率 ５％未満の多孔率では、Ｃｕの溶浸量が不十分で所望の
耐酸化性（耐食性）および自己潤滑性、ざらに被削性を
確保することができず、一方３０％を越えた多孔率にす
ると、相対的に多孔質焼結体の強度が著しく低下するよ
うになることから、その多孔率を５．〜３０％と定めた
。

なお、この発明の内燃機関用弁座は、通常の粉末冶金法
およびＣｕ溶浸法を用いて製造することができるが、Ｓ
成分含有のための原料粉末としては、Ｆｅ−８合金粉末
や、表面に硫化鉄を被覆したＦｅ粉末などを用いるのが
望ましく、また冷間圧縮焼結法を適用するのが望ましい
。

つぎに、この発明の弁座を実施例により具体的に説明す
る。

実施例 原料粉末として、いずれも粒度ニー１００ｍｅｓｈを有
するＳ：０．２７％含有のＦｅ−８合金粉末、Ｓ：１．
４５％含有のＦｅ−８合金粉末、Ｓ：５．８２％含有の
Ｆｅ−８合金粉末、同じく粒度ニー１００ｍｅｓｈの硫
化鉄被覆Ｆｅ粉末（Ｓ：１．５２％含有）、同一１００
ｍｅｓｈのＦｅ粉末、同一１００ ｍｅｓｈの黒鉛粉末
、同一１００ ｍｅｓｈのＣｕ粉末、いずれも同一１０
０ ｍｅｓｈのＮｉ粉末、Ｃｏ粉末、Ｃｒ粉末、および
ＭＯ粉末を用意し、これら原料粉末を所定の配合組成に
配合し、混合した後、３〜７ｔｏｎ／ｃｒｄＯ）圧力で
弁座用匣粉体に成形し、この圧粉体を中性または還元性
雰囲気中、温度：１１３０℃に３０分間保持の条件で焼
結して、それぞれ第１表に示される成分組成および多孔
率をもった多孔質焼結体を製造し、引続いてこれらの多
孔質焼結体の多孔にＣｕを溶浸することによって本発明
弁座１〜２０および比較弁座ｌ〜９をそれぞれ製造した
。

なお、比較弁座ｌ〜９は、いずれも多孔質焼結体の構成
成分のうちのいずれかの成分含有量および多孔率（第１
表に※印を付したもの）がこの発明の範囲から外れた組
成をもつものである。

ついで、この結果得られた本発明弁座１〜２０および比
較弁座１〜９について、物理的性質を測定すると共に、
耐熱耐摩耗性および自己潤滑性を評価する目的で摩耗耐
久性試験を行なった。

摩耗耐久性試験は、実用試験にシュミレートさせた自動
温度制御付偏心カム駆動式の熱間繰返し衝撃を行なう弁
−弁座摩耗試験機を用い、雰囲気：プロパンガス燃焼雰
囲気、弁材質：ＪＩＳ−８ＵＨ−３Ｂ、非温度：８００
℃、弁座温度：３６０℃、ストローク＝７關、運転回数
： ３０００回／分、運転時間：５０時間の条件で行な
い、試験後の弁座摩耗深さを測定した。

これらの測定結果を第１表に合せて示した。

なお、第１表には比較の目的で、主として弁座として現
在用いられているマルテンサイト系の耐熱鋼（ＪＩＳ−
８ＵＨ４）に相当する組成をもった弁座（以下従来弁座
という）の同一条件での測定値も合せて示した。

第１表に示される結果から、本発明弁座１〜２０は、い
ずれも従来弁座と同等の圧環強さをもち、かつ従来弁座
に比して一段とすぐれた摩耗耐久試験結果を示すことが
明らかである。

また比較弁座１〜９に見られるように、多孔質焼結体を
構成する成分の含有量および多孔率がこの発明の範囲か
ら外れると満足する特性を示さないことも明らかである
。

上述のように、この発明の弁座は、すぐれた耐熱耐摩耗
性および自己潤滑性を有するので、特に燃料として無鉛
ガソリンなどを使用する内燃機関の弁座として用いた場
合にすぐれた性能を発揮し、ざらに快削性を有するので
、機械的切削による製造が容易であるなど工業上有用な
特性を有するのである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｉ Ｃ：０．４〜２．０％、Ｃｕ ： ０．５〜９．
   ５％、Ｓ：０．３〜４．０％を含有し、ざらにＮｉ：０
   ．５〜５．０％およびＣｏ：０．５〜５．０％のうちの
   １種または２種を含有し、残りがＦｅと不可避不純物か
   らなる組成（以上重量％）、並びに素地の結晶粒界に素
   地との密着性が良好な硫化物相が均一に分散した組織を
   もつと共に、５〜３０％の多孔率をもった多孔質焼結体
   の多孔に、Ｃｕを溶浸してなる耐熱耐摩耗性および被削
   性にすぐれた内燃機関用弁座。 ２ Ｃ：０．４〜２．０％、Ｃｕ ： ０．５〜９．
   ５％、Ｓ二０．３〜４．０％を含有し、ざらにＮ ｉ
   ： ０．５〜５．０％およびＣｏ：０．５〜５．０％の
   うちの１種または２種と、Ｃｒ：０．５〜５．０％およ
   びＭＯ二０．５〜５．０％のうちの１種または２種とを
   含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成、並び
   に素地の結晶粒界に素地との密着性が良好な硫化物相、
   および炭化物相が均一に分散した組織をもつと共に、５
   〜３０％の多孔率をもった多孔質焼結体の多孔に、Ｃｕ
   を溶浸してなる耐熱耐摩耗性および被削性にすぐれた内
   燃機関用弁座。