JPS5871355A - デイ−ゼル機関用焼結合金弁座材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐摩粍性、耐脱落性に優れ、被剛性のよいディ
ーゼル機関用の焼結弁座材料に関するものである。

自動車の内燃機関に配設される吸気バルブ及び排気バル
ブのバルブシートは高温下での耐摩粍性、耐吹抜性、耐
脱落性等の諸機能が要求される。このうち最も要求の高
い機能である高温での耐摩耗性向上のために、バルブシ
ートは通常、Ｃｒｅ　ＮＬ　Ｃｏ、　Ｍｏ、　Ｃｕ、　
Ｖ等の添加成分を含むＦｅ系特殊焼結合金が使用されて
いる。

一方、近来、増加の傾向にあるディーゼル車においては
エンジンの燃焼室内圧力がガソリン車に比べ２倍以上で
ある等、条件が過酷であるため、Ｃｒ、Ｎｉを添加した
耐熱鋼や、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｗ系のステライトが使用されて
いるが、オーステナイト系耐熱鋼は、被剛性が悪い上に
熱膨張係数が１６〜１８Ｘ１０”と大きいために高温で
の膨張量が大きくなり弁座がへたって脱落したり、脱落
しない場合は吸入弁と排出弁の間のシリンダーヘッドの
部分で亀裂が生ずる等の問題があった。又、ステライト
は良好な耐摩耗性を有するが被剛性が極度に悪く、又、
コバルトを大量に含む丸めコストが高いという問題があ
った。

本発明はディーゼル機関用弁座に要求される品質、すな
わち耐摩耗性、耐脱落性並びに良好な被剛性を有する焼
結合金からなる弁座材料をブデン、炭素等の合金元素を
添加して、耐クリ熱膨張量を室温から６００℃の間で１
２〜１４Ｘ１０−６とすることを目−標とした。又耐摩
耗性付与のために固体潤滑材としての鉛又は銅を３０〜
４０チ含む鉛−銅合金のケルメツトを焼結体の気孔中に
溶浸した。溶浸により又、マトリックスの空孔を充填し
断続切削を防止できる。

すなわち本発明の耐摩耗性焼結合金は、重量−でＮｉ１
〜５チ、Ｃｏ１〜８チ９ＭＯ５〜１０９ｂ、Ｃ［ｌＬ５
〜１．５チ及び不可避の不純物、残部Ｆｅからなる合金
粉末を還元性雰囲気中で焼結したものに、Ｐｂ又はケル
メツトを１０〜２４チ溶浸しＭｏ又はＦｅ−Ｍｏが２０
〜１００μの大きさでマトリックス内に均一に分散して
おり、かつ、％Ｃｏ／％Ｎｉ　　＝１．０〜＆０である
ことを特徴としている。従来の耐熱鋼や焼結合金の主要
添加元素であるクロムを除いたのは、クロム自身が酸化
されやすいため焼結条件（例えば露点−３０℃以下と）
が限定されるからである。又、ニッケル、コバルト、炭
素は鉄に固溶するが、モリブデンの場合１％程度が固溶
するのみで、残りの部分は単独粒子として存在するため
粒径に制限を加える必要があるからである。

また本発明の焼結合金は前記の合金成分組成によりマト
リックスが１０％以下のノく−ライト、５％以下のオー
ステナイト、残部がベイナイト及び又はマルＬンサイト
からなる顕微鏡組織を゛示し、かつ密度が７．８〜ａ　
４　ｔ／ｄで硬さがＨｖ（１０Ｋｆ）２５０〜３３０で
あることを特徴とする。

各金属元素の組成割合及びその限定理由について述べる
と、ニッケルは耐摩粍性向上、耐脱落性向上の丸めに添
加するが、１９６以下では効果が少なく５％以上ではオ
ーステナイトが増加し、パルプとの間で焼付摩耗を生ず
るので好ましくない。従ってオーステナイトを抑えるた
めにニッケル添加量は焼結条件の管理が煩雑になるのも
考慮して１〜３チとした。

コバルトは耐摩耗性向上、耐脱落性向上と、ニッケル添
加によるオーステナイト増加を防止する丸め添加してい
るが、１慢以下では効果がなく、８１ｓ以上ではフェラ
イトが出現し耐摩粍性が悪化するため８チ以下とした。

又、上記の理由で嗟Ｃｏ／＊Ｎｉを１．０〜＆　０好ま
しくは１．５〜２．０とした。

モリブデン又はフェロモリブデンはニッケルと同様にマ
トリックスを強化し焼結体の硬さを上昇させるだけでな
く、鉄と共に硬質交合炭化物を形成し、摺動特性を改善
する。又炭化物の形状を丸くし相手材への攻撃性を抑え
る効果もある。５嗟以下では効果が少なく、１０％以上
では固溶しない部分が増加して強度的に逆効果となり耐
脱落性低下の原因となるので５ないし１０％でよいが、
耐摩耗性と耐脱落性のノ（ランスをとるため好ましくは
６ないし８％とした。

なおモリブデン粉末又はフェロモリブデン粉末のサイズ
は２０μ以下では耐摩耗性向上のためには効果が少なく
、１００μ以上では耐脱落性、被剛性が悪くなるため２
０〜１００μとした。

炭素はマトリックスに固溶し、硬さを高め、基地を強化
するとともに鉄、ニッケル、モリブデンと共に複合炭化
物を形成し、耐摩耗性を向上せしめる。しかしα５チ以
下、では効果がなく、１．５チ以上では焼結及び鉛の溶
浸が困難になるためα５〜１．５％、又、マトリックス
のベイナイト化のため好ましくＦｉ［１８〜１．２％と
した。

嬉浸材の鉛は自己潤滑性付与に優れた効果を有するもの
である。１０％以下では自己潤滑効果が十分でなく、２
４％以上であると強度的に逆効果となり耐脱落性が低下
するため１０〜２４チとした。

本発明の焼結合金は前記の合金組成になるように鉄粉に
対しニッケル、コバルト、モリブデン又はフェロモリブ
デン及び黒鉛等の粉末を添加して粉末成形体（圧粉体）
となし、粉末冶金法で焼結せしめることによって得られ
る。

以下、本発明を実施例および比較例により説明する。

実施例で ニッケル１．０％、コバル）１．５１平均粒径２０μの
金属モリブデン５０係、炭素０°５％。

圧縮成形して密度＆７〜７．　Ｏｆ／ｃｄの圧粉体を成
形し、還元ガス雰囲気中、１１３０℃で３０分間焼結し
て、冷却速度８℃／分で冷却した。次に仁の焼結体に鉛
１０％を溶浸し本発明合金を得た。

実施例２ 実施例１と同様にして得た焼結体に銅量３〇−のケルメ
ツトを１３％溶浸して本発明合金を得た。

実施例３ ニッケル１０％、コバルト５．ロチ、平均粒径５０μの
フェロモリブデン１２．７％、炭素１．０憾、残部鉄粉
を原料として、実施例１と同様にして焼結体となし、次
に鉛１８チとなるように溶浸して本発明合金を得た。

実施例４ 実施例６と同様にして得た焼結体に銅［４０％のケルメ
ツトを２０チ溶浸して本発明合金を得た。

実施例５ ニッケルＳＯ％、コバルトａｏ＊、平均粒径１００μの
金属モリブデン１０嘔、炭素ｔｓｌ、残部鉄粉を原料と
して作製し、実施例１と同様にして焼結体となし、次に
８２４％となるように溶浸して本発明合金を得た。

実施例６ 実施例５と唄様にして得た焼結体に銅＠５０チのケルメ
ツトを２４チ溶浸し本発明合金を得た。

実施例７ ニッケルＡ　Ｏ％、コバルト五ｏｔｓ、平均粒径５０μ
の７エロモリブデン１２．７％、炭素１．０チ、残部鉄
粉を原料として、実施例１と同様にして焼結体となし、
次に鉛１８チとなるように溶浸して本発明合金を得たつ 比較例１ 、コハル）ｔＯ％、平均粒径５０μの金属モリブデンへ
０チ、炭素α８％、残部鉄粉を原料として、実施例１と
同様にして焼結体となし、次に鉛１８チとなるように溶
浸して比較用合金とした。

比較例２ ニッケル五〇チ、平均５０μの金属モリブデン＆０％、
炭素１．０チ、残部鉄からなる合金粉末を作製し、実施
ｆ！ｉ１と同様にして焼結体となし、次に鉛１８％とな
るように溶浸して比較用合金とした。

比較例５ ニッケル五ロチ、コバルト５、ＯＳ、　平均粒径５０μ
の金属モリブデン五〇俤、炭素１０チ、残部鉄からなる
合金粉末を作製し、実施例１と同様にして焼結体となし
、次に鉛１８％となるように溶浸して比較用合金とした
。

比較例４ ニッケルｉ０％、コバル）　５．　ＯＬ、　平均粒径５
０μの金−モリブデンａｏ％、炭素ａ３％。

残部鉄粉を原料として、実施例１と同様にして焼結体と
なし、次に鉛１８％となるように溶浸して比較用合金と
した。

比較例５ ニッケル五〇チ、コバルト５０嘔、平均牧径５０μの金
属モリブデンａ　Ｏ＠、炭素１．０チ、残部鉄粉を原料
とし、実施例１と同様にして焼結体となし、次に鉛８％
となるように溶浸して比較用合金とした。

比較例６ 比較例５と同一組成の混合粉末となるようにＶ型混合機
により６０分混合した後、圧縮成形して密度＆７〜７．
０ｆ／−の圧粉体を成形し、還元ガス雰囲気中、１１五
〇℃で３０分間焼結して、冷却速度１２℃／分で冷却し
た。次にこの焼結体に鉛１８チを溶浸して比較用合金と
した。

比較例７ 平均粒径１５０μの金属モリブデンを使用し３た以外は
比較例６と同様にして比較用合金を得た。

比較例８ 比較例６と同一組成の混合粉末を作成して、同様の圧粉
体を成形し、還元ガス雰囲気中、１１３０℃で６０分間
焼結して、冷却速度８℃／分して比較用合金とした。

比較例９ 比較用合金として下記組成の耐熱鋼ＪＩＳ　８ＵＨ４を
使用した。炭素［１８チ、珪素２．０チ、マンガン＋１
４チ、ニッケルｔ４％、クロム１９．７５チ、残部鉄。

比較例１０ 比較用合金としてステライトＮＩＬ６を使用した。

ステライトの組成は炭素２〜３チ、タングステン１２〜
２０％、クロム２５〜３０％、コバル）４０　〜５５％
、　　　鉄　５　〜　１０％　　。

上記の各実施例及び比較例で得た焼結合金及び耐熱鋼等
により弁座を試作し、６気筒、排気１４３７２ｃｃのデ
ィーゼルエンジンを用い４６００丁ｅＰ＊１ｎＸ全負荷
×５００Ｈｒの運転条件で耐久性を評価した。なお摩耗
量は全パルプ沈み量で表わし、抜き荷重は評価試験後弁
座を抜きとることＫより測定した。又、被削性はＪＩＳ
？＆Ｌ１の切削工具を用い、１０００ｍ切削時の工具摩
耗量を測定した。結果を次表及び第１図、第２図に示す
。

ニッケルの効果は実施例１〜２と比較例１との比較で摩
耗量、抜き荷重に現われている。抜き荷重の増加は耐脱
落性の向上を示し、コバルトの効果は実施例３〜４と比
較例２の比較で摩耗量、抜き荷重に現われており、モリ
ブデンの効果は実施例３と比較例３の比較で摩耗量の差
に著しく現われている。又、モリブデンの粒子径の効果
は比較例６と比較例７の比較で抜き荷重と被剛性に現わ
れている。

鉛の効果は実施例５〜６と比較例５の比較に現われてお
り、実施例の場合、摩耗量が最低であり、密度、被剛性
にも影響している。比較例９〜１０の従来の耐熱鋼、ス
テライトに比べると全ての実施例において、被剛性が改
善されていることは明らかである。

炭素の効果は比較例４に現われており、他の実施例、比
較例に比べて硬さが低く、摩耗１が大きくて、抜き荷重
が減少している。

マトリックス組織についてみると比較例６〜７の如く、
パーライトが増加すると摩耗量が著ステナイトが増加す
ると、硬さが高くなり被削性に影響していることがわか
る。又、密度についても比較例５の如く、硬さが低いに
もか＼わらず被剛性を悪くしていることがわかる。

第１図には、全ての実施例を通じて比較例に比べ摩耗量
の低下が示されており、第２図には実施例における抜き
荷重の増加が示されている、但し比較例の中でも比較例
５．６．８の抜き荷重が高いのは、比較例５に於てはモ
リブデンの添加減少による。固溶体以外の粒子状モリブ
デンの減少、比較例６．８においては、夫々、パーライ
ト又はオーステナイト増加により弁座の１へたり、が少
くなったためである。

以上の記載から明らかなように本発明の焼結合金＋１従
来デイ一ゼル機関の弁座材料として使用されてきた耐熱
鋼、ステライト等に比べ耐摩耗性に優れているので弁座
の脱落防＋ｈに効果があり、又、被剛性が改善されてい
るのでディーゼル機関の弁座材料として好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明合金と比較用合金の摩耗量、第２国は本
発明合金と比較用合金の抜き荷重を示す。 特許出願人　トヨタ自動車工業株式会社（ほか１鳥） ・〉　ｌ　閉

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　重量比テニッケル１〜５％、コバルト１〜８
   Ｉｓモリブデン５〜１０チ、炭素１５〜１．５−１残部
   鉄及び不可避の不純物からなる焼結金属に鉛又はケルノ
   ットを１０〜２４重量−１溶浸したディーゼル機関用焼
   結合金弁座材料。 （２）　　焼結金属が重量比でニッケル１〜３チ、コバ
   ルト１〜６ｔｓ１モリブデン６〜８％、炭素α８〜１２
   ％、残部鉄及び不可避の不純物からなる特許請求の範囲
   第１項記載の弁座材糾う（５）　　モリブデンが金属モ
   リブデン又はフェロモリブデンでマトリックスと組織的
   に結合し、２０〜１００μの大きさで均一に分散した特
   許請求の範囲＃！１項又は第２項記載の弁座材料。 （４）　　％　Ｃｏ７％Ｎｉ　＝１．０〜４Ｇである特
   許請求の範囲第１項乃至第５項の何れか１項に記載の弁
   座材料。 （５）　　慢Ｃｏ／−Ｎ１＝ｔ５〜２．０である特許請
   求の範囲第４項記載の弁座材料。 （６）マトリックスが１０チ以下のパーライト、５嗟以
   下のオーステナイト、残部ベイナイト及び又はアルテン
   サイドからなる特許請求の範囲第１項乃至第５項の何れ
   か１項に記載の弁座材料。 （７）　　密１ｉカフ、８〜ａ　４　ｔ　／　ｄ、　ｉ
   ｌ’さがＨｖ（１０に？）２５０〜３３０である特許請
   求の範囲第１項乃至第６項の何れか１項に記載の弁座材
   料。