JPS5937215A - 焼結接合カムシヤフト - Google Patents

焼結接合カムシヤフト

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Publication number
JPS5937215A
JPS5937215A JP14799382A JP14799382A JPS5937215A JP S5937215 A JPS5937215 A JP S5937215A JP 14799382 A JP14799382 A JP 14799382A JP 14799382 A JP14799382 A JP 14799382A JP S5937215 A JPS5937215 A JP S5937215A
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JP
Japan
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camshaft
impurities
powder
balance
less
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Application number
JP14799382A
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English (en)
Inventor
Tetsuya Suganuma
菅沼 徹哉
Kouji Kazuoka
数岡 幸治
Yoshitaka Takahashi
義孝 高橋
Kunihiko Imahashi
今橋 邦彦
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Publication of JPS5937215A publication Critical patent/JPS5937215A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02Valve drive
    • F01L1/04Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047Camshafts

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)

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% !ijlは焼粕扱合カムシャフトに関し、さらに
詳し文はカムシャフトのジャーナルピース、フューエル
ポンプ駆動用カムピース、ギヤピース等とロッカアーム
駆動用の主カムピースの焼結材料を異ならせた高性能か
つ低コストの焼結接合カムシャフトに関する。
従来よシ、カムシャフトには一体鋳造型または組立接合
型のものが知られている。このうち、接合型カムシャフ
トは、ρりえは第1図に示すように、鋼管等からなる軸
部拐1に、所定形状の圧粉体金子備焼精してなるカムシ
ャフトピース、例えid。
ツカアーム青・全1#、mJする主カムピース2.2.
2と、ジャーナルピース3,4・・・と、フューエルポ
ンプ駆動用カムピース4と、ギヤピース5を嵌合組伺け
て、乍体會焼紹按合してなるものである。そしてこれら
カムシャフトピースに適した焼結金属材料が棟々開発さ
れている。
ところで、前記ロッカアームまたはスウィングアームヲ
駆動する主カムピース(以下、主カムという)2とフ五
−エルボンプtm動するカムピース(以下、フューエル
ポンプ駆動用カムという)4とでは、前者に比較して後
者にかかる荷重が低いため、それぞれのカムに要求され
るii摩耗性の程度が異なる。また、ジャーナルピース
(以下、単にジャーナル部という)6やギヤピース(以
下、単にギヤ部という)5も、いずれも生カムはどの耐
摩耗性は要求されない。
しかしながら、例えは%願昭55−27107号に開示
されたような高耐摩耗性焼結材料で、全部の組付ピース
を形成した場合は材料コストが高くなり、また切削仕上
は加工も困難で、ジャーナル部、ギヤ部等を切削加工す
る工具の寿命が短かくなる等、植々の不都合が生じる。
本発明は上述の欠点全解消するためのもので、軸部材に
接合する各ピースの要求特性に会わせて各ヒース金具な
った焼結材料で形成し、これにより製造が容易でしかも
材料コスト金低く押えることのできる焼結接合カムシャ
フト’を提供するものである。
本発明焼結接合カムシャフトは、主カム以外の各ビース
ゲ、AM比でCr2.5〜25%、MnQ、1〜五〇%
、p [11〜[18%、Cu1.0〜5.0%1.S
jα5〜2.0 %、 Mo O〜i %、不純物0〜
2転残部Feからなる合金粉末i 10〜80重量%と
、 CD、5〜55重量%となるような添加量の黒鉛と、X
−を比でCrO〜s、o%、MnO〜5.0%、Cu 
O〜5.0 %、vθ〜05%、5iO−2,0%、M
ob−0,5%、不純物0〜2.0%、残部Feからな
る金属粉末…と、からなる焼結合金で形成され、硬さが
1v150〜400更に好ましくはHV200〜350
かつ密度が& 5〜7.6110dであることを特徴と
するものである。
以下、本発明カム7ヤ7トに使用する焼結金属の各成分
についてさらに詳しく説明する。なお、以Fの説明中、
チはすべて重量%を表わす。
合金、ω末lは、F e −2j□−25,0%Cr−
α1〜!LO%Mn−0,1〜0.8%p−i。0〜5
.0%Cu−u5〜10% Si −0〜五〇%1Vl
o−0〜2.0%不純物とからなる。さらに好ましい組
成は、Fe−AO〜1aO%Cr−0,5〜1.0%M
!1−[1,5〜0、6’/ap −1,0〜!LO%
Cu−15〜1.5%S i−0,2〜1.5%Mo 
−0〜2.0%不純物である。
合金粉末の添加量は、全焼結粉末材料に基づいて10〜
80%、好ましくは20〜60%である。
合金粉末における各成分の添加割合限定理由を次に述べ
る。
Pはマトリックスに同浴してこれを強fヒし、鉄基地の
拡散全活性化させるだけでなく、Fe、CとともにFe
−P−C系の液相音生じて高密度化し、ステダイト硬質
4目を形成するものであるが、0.191+未満である
とほとんど効果が見られず、また08%を越えると液相
が過剰となり、炭化物、ステダイトが異常に成長して粒
界が脆化し摺動性能がガるとともに、被剛性も低下し、
焼結時の収縮による寸法変化のばらつきも大きくなる。
したがって、PO2−4,8%とした。
Mnは、マトリックスに同浴してこれを強化するととも
に、合金の焼入性を著しく向上させ、焼結時の冷却過程
で十分な硬さを得ることができるものであるが、α1%
未満では上記効果がほとんどなく、また&0チを越える
と合金を噴霧合金粉とするときこの合金粉が球状化し、
硬化して粉末の圧縮性、成形性が低下するとともに、焼
結後に残部オーステナイトが増加したり、酸化によυ焼
結性が阻害嘔れたすし易くなるので、(110〜五〇%
に限定した。
Stは合金粉末金唄霧する際の溶湯の脱酸剤として効果
的であり、05%以上必委であるが、20%を越えると
マトリックスの焼入性が低下して硬さの低下をもたらす
とともに、逆に焼結時の酸化により焼結性が阻害された
りしやすいので″2.a%以下とした。
Cuはマトリックスに固溶してこれを強化するが、1、
θ%未閥では効果が少なく、また5、0%を越えると寸
法変化が大きくなりしかもコスト高にもなるので1.0
〜5.0%とし友。
Crは一部マトリックスに固溶してこれを強化するが、
一部はCと結合してMgO型またはM2O3型の硬質炭
化物粒子を形成し、耐摩耗性全向上せしめるものである
。しかしながら、z5qb未満ではCr添加の効果が少
な(,25,0%を越えて添加すると炭化物が過剰にな
シ、高硬度にlシ過ぎて被剛性が低下し、またコスト高
になり好ましくない。したがって、Cr添加割合は25
〜25.0チとした。
MOはCrと同様にマトリックス全強化するとともに炭
化物形成に寄与するが、五〇%を越えて添加すると硬さ
が高くなシ過ぎ、被剛性が低下するとともにコスト高と
なるのでi%以丁とした。
合金粉末Iの添加割合は、焼結金属材料の全重量に基づ
いて10〜80チである。1oチ未満では焼結金属の硬
さ、着板が不足し好ましなく、80%金越えると硬さが
^くなシ過ぎ被削性が低下し、またコストアップにもな
るので好ましくない。時に好ましくは20〜60%であ
る。
Cはマトリックスに固溶してこれを強化するとともに、
Cr+Mo、Vと炭化物を形成して硬度を高める。また
、Fe−P−C系の液相を生じさせることによシ焼#8
を活性化する鋤きt有するものである。
しかし、0.5%未渦ではこれらの効果を期待できず、
また五5チを越えると生じる液相童が過剰となり寸法精
度が出ないだけでなく炭化物も壇剰となシ硬さが畠くな
り過ぎて被剛性を低下させるので0.5〜&5φとした
金属粉末■としては次の組成からなるものが好ましい。
■ 不純物2チ以下を含むFe粉末 ■ Cu粉末160〜50%と不純物2%以下を含むF
e粉木(@金粉としてまたはそれぞれ単味粉として) ■ Mn0.5〜AO%、Si2.0%以下、不純物2
チ以下、残部F’ eよりなる合金粉末 ■ Mn O,1〜s、 o%、CLll、0〜5.0
%、Si2.0%以下、不純物2φ以下、残部Feよシ
なる合金粉末 ■ CrO,5〜5.0%、Mn [1,1〜3.0 
%、5i05〜2.0%、不純物2%以下、残部Feよ
りなる合金粉末、■ CrO,5〜5.0%、Moα5
%以下、V Q、1〜0.5%、Mn11〜60%、S
 i O,5〜2.0 %、不純物2係以下、残部Fe
よシなる合金粉末 金属粉末■−■〜■における各成分元素のふ加割付の限
定理由eよ前6己合金粉末Iにおけるものとほぼ同様で
あるが、金属粉末■−■においてMnα5〜五〇チとし
たのは、Cu + Cr + M o + v等の添加
元素を用いずにIVInの焼入性向上効果によるマトリ
ックスの強化を計るためにMnを多口にしたものであり
、また、金属粉末■−■においてCr0.5〜5.0%
としたのは、0.5チ未満では所期の効果がな(,5,
0−を越えると炭化物が過剰となり硬さを増し、被剛性
が低下ししかもコスト高になるという理由による。この
とき、Cri含むのでSiは0.5チ以上が必装となる
。金属粉末社−〇において、MOはマトリックスを強化
し炭化物生成にも寄与するので0.5%以下全添加する
ことができ、また、Vはa細炭化吻を析i−r::1て
マ) IJソクスを強化するために0,1〜0.5チ添
加することが効果的である。
C會除く金属成分元素はFeとの合金粉末の形で添加さ
れるのが好ましい。合金粉末としない、鳴合には、焼結
時の元素の拡散に時間がかかり、焼結の進行が遅れて硬
さや密度が出ないだけで々く、Cr、V、St等の酸化
しやすい元素が酸比されて焼結が阻害されるからである
。また、成分元素の偏析によp組織が不均一になり、I
IjT摩耗性、被剛性が低下する。但し、Cuの場合は
酸化しにくいこと、及び拡散が比較的容易であることか
ら必ずしも合金粉とする必要はなく、単独添加でもよい
。合金粉末は、常法にしたがい噴霧法で製造される。
上記組成の焼結合金で作製されるジャーナル部やフュー
エルポンプ用カム(第2図(イ)及び(ロ)参照)は、
その摺動面の見掛は硬さがHv (10Kg)で150
〜400であることが必要である。Hv(10)150
未満では耐摩耗性が不足し、Hv(10)400 f越
えると被剛性が低下して好ましくない。さらに好ましく
il、LHv200〜350である。
焼結体の留置は6.5〜Z6グA−の範囲とするのが好
ましい。密度を前記範囲にすることにより、カムシャフ
ト組付ピースの摺動面部の有効多孔率をα1〜10%に
調節することができる。有効多孔率が上記範囲外である
と、所望の欄滑効果が現われず好ましくない。
前記組成の金属材料金用いて所定形状に焼結するには、
次のようにして行なう。まず、噴霧合金法によりほぼ6
0メツシユ以下に調製した合金粉末lに、黒鉛全最終製
品中のねらい値が所定範囲内になるような輩で加え、最
後に金属粉末を合金粉としてまたは各成分粉末をそれぞ
れ単独で添加し、十分混合したのち、5〜7トン/cu
tの圧力下に所定形状の圧粉体を作製し、不活性カス雰
囲気中500〜1000℃で予備焼結する。得られた予
備焼結ピース部材を軸部材に組付けたのち、全体i 1
050〜1180℃で焼結して接合カムシャフトft得
る。
カムシャフトの主カムピース用焼結材料としては、例え
ば特願昭55−27107号に開示されている耐摩耗性
焼結合金材料(Cr2.5〜7.5 %、Mnα1 o
〜3c+%、 PO,2〜l18%、C111,0〜5
.n %、S i 0.5〜2.0%、Mo3%以下、
C1,5〜五5%、不純物2%以下、残部Fe) f用
いることが好ましい。
次に、本発明カムシャツトラ、以下の実施例及び比較例
音用いてさらに詳しく説明する。
実施例1 Cr25.0%、Cu 10%、S i 2.0 %、
p18%、Mni%、不純物2−以下、残部Feからな
る1負霧合金粉末I(−60メッシ:L)80チに、A
SqbCとなるように黒鉛をざ≦加し、残部金属粉末■
としてFe粉末を添加したのち十分混合し、6トン肩の
圧力でジャーナル都粗形材(圧粉体)を成形し、アンモ
ニア分解ガス雰囲気中900℃で予備焼結した。予備焼
結体を軸部材に組・ト1け、アンモニア分解カス雰囲気
中、1120℃で焼結し、機械加工してエンジンカムシ
ャフトに製造した。下記試験法にしたがってカムシャフ
トジャーナル部の評価を行なった。
実施りl 2 Cr2.5%、Mo50%、Cu5.0係、SiO,5
%、po、1%、IVIn01チ、不純物2条以下、残
部Feからなる噴霧合金粉末■、、 (−60メツシユ
)10%に、1.0%Cとなるように黒鉛を添加し、残
部金属粉末■としてFe粉末を添加した。得られた混合
粉末から実施例1と同様にしてエンジン力ムシャフトケ
製作肱同様に試験評価上行なった。
実施例3 Criao%、Mo 1.0%5Cui096. St
 1.0%、p 0.6 %、Mn1.0係、氾■吻睦
以下、残部Feよりなる噴霧合金粉末1(−60メツシ
ユ)60係に、5.0チCとなるように黒鉛全添加し、
さらに金属粉末■としてCu1.0%、残部Feケ添加
したのち、実施例1と同様にしてカムシャツトラ製作し
た。このカムシャフトについて試験評価全行なった。
実施例4 Cr5.0%、Mo1.OS、Cui%、Si1.0チ
、po、3%、Mn 1.0 %、不純物2%以下、残
部Feよりなる噴霧合金粉末I(−60メツシユ)20
チに、五〇%Cとなるように黒鉛を添加し、さらに金属
粉末■として(::u5.O太残部Feを添加したのち
、実施例1と同様にカムシャツトラ製作し、試験評価を
行なった。
実施例5 Cr 7.0%、Mo1.0%、Cu50%、Si1.
0%、205%、Mn1,0%、不純物2チ以下、残部
Feよりなる噴霧合金粉末■(−60メツシユ)30チ
に、2.54Cとなるように黒鉛全添加し、更に残部金
属粉末■としてMnSチ、3i2.0%、不純物2チ以
下、残部Feよシなる噴霧合金粉末(−60メツシユ)
を添加したのち、実施例1と同様にカムシャフトを製作
し、試験評価全行なった。
実施例6 Cr11.0%、1■o1.0%、Cu!+I]%、5
1to%、l’(15%、Mn1.0大不純物2係以下
、残部Feよシなる合金粉末1(−60メツ/ユ)50
%に、2.5チCとなるように黒鉛k (4’i加し、
さらに残部金属粉末■としてMn0.5%、不純vI:
J2%以下、残部Feよυなる噴霧合金粉末(−60メ
ツシユ)を添加したのち、実施例1と同様にカムシャツ
)k製作し、試験評価を行なった。
実施例7 Cr5.0%、Mo1.0係、Cu2.0%、Si1.
0%、PI15%、Mn[15%、不純物2%以下、残
部Feよシlる噴霧合金粉末1(−60メツシユ) 4
0チに、2.5チCとなるように黒鉛ヲ徐加し、さらに
残部金属粉末■としてCu2−0%、 1Anlo%、
312%、不純物2%以下、残部Feよシなる噴霧合金
、粉末(−60メツシユ)を添加したのち、実施例1と
同様にカムシャフトを製作し、試験8゛F1曲を行なっ
た。
実施例8 実施レリ7で用いた噴霧合金粉末140%に、2.5%
Cとなるように黒鉛を添加し、さらに残部金属粉末■と
してCu11%、Mnα1勲不純物2%以下、残部Fe
よりなる噴霧合金粉末を添加したのち、実施例1と同様
にカムシャフトを製作し、試験評価全行なった。
実施例9 Cr5.0%、Mo0.5%、Cu2.0%、S i 
1.0%、po、5%、Mn063チ、不純物2%以下
、残部Feよりなる噴霧合金粉末■(−60メツシユ)
40チに、2.0%Cとなるように黒鉛全添加し、さら
に残部金属粉床■としてCrα5饅、MnQ、1%、S
iα5%、不純物2.0%以下、残ffB F eより
なる噴霧合金粉末を添加したのち、実施例1と同様にカ
ムシャフトを製作し、試=、if価を行なった。
実施例10 実施例9で用いた合金粉末140%に、2.0%となる
ように黒鉛を添加し、さらに残部金属粉末■としてCr
5.[]%、A’Ln&0(+、Si2.0%、不純物
2%以下、残部Feよりなる噴霧台金粉末を添加したの
ち、実施例1と同様にカムシャフト’を製作し、試験評
価全行なった。
5友4施)レリ 11 Cr 5.0’J、 Mo  ロ、2チ、 Cu2.0
%、 S il、0%、 p 0.5 %、 Mn 0
.3 %、不純物2%以下、残mFeよりなる噴霧合金
粉末I(−60メツシー)40%に、1.5%Cとなる
ように黒鉛ヲ徐加し、さらに残部金属粉床nとしてCr
1.0%、MO[15%、7015%、Mn11%、S
41.0%、不純物2チ以下、残部Fe、l:!llな
る噴霧合金粉末全添加したのち、実施例1と同様にカム
シャツ)1製作し、試験評価を行なった。
実施例12 実施例11で用いた噴霧合金粉末1(−60メツシユ)
40%に、1.5%Cとなるように黒鉛km加し、さら
に残部金属粉末UとしてCr5.(1%、Vα1%、M
n50%、Si1.0%、不純物2チ以下、残部Feよ
りなる噴霧合金粉末全添加したのち、実施例1と同様に
カムシャフト全製作し、試験評価を行なった。
比較例1 Cr5.0q61MO1,0%、Cu 2.0%、p(
L5%、Si1.0%、Mn1.0係、不純物2%以下
、残部Fejニジなる噴霧合金粉末1(−60メツシユ
)に、2.54Cとなるように黒鉛を添加し、その後実
施例1と同様にしてカムシャフト全製作し、試験評価し
た。
比較例2 一般の炭素鋼845を機械加工して軸部材に組付け、カ
ムシャフト全製作したのち、試験評価した。
比較例6 一般的なりロム会モリブデン鋼の80M40t−機械加
工して軸部材に組付け、カムシャフト全製作したのち試
験評価した。
上記各実施例及び比較例で得られたカムシャフトについ
て以下の方法により試験會行ない、結果を第1衣に示す
。第1表試験項目中、■〜■はそれぞれ次の意味′!i
l−表わす。
■ 摺動面部見掛は硬°さHv(ト):ビッカース硬度
試験法による。
■ 焼結体音L (r/ctd) :水漬法(JISZ
2505)によシ測定 ■ 耐久性:アノプダクンの台上耐久加速試験全200
時間行ない、試験終了後のカムシャフトジャーナル部の
スカッフィング程度を10点満点ノ評価法で評価する。
スカッフィング評点合格基準は7.0以上である。
■ 被削性:旋盤を用いてカムシ、ヤフトジャーナル部
全加工し、比較例1のノくイト寿命全1としたときの他
の例のバイト寿命比で表わす。
前記各実施例及び比較例の結果を第1表に示す。
前記衣から明らかなように、本発明によるカムシャフト
ジャーナル部は摺動面部見掛は硬さが比較例1のもの(
特願昭55−27107号開示の耐摩耗性涜結曾金に比
較して低いものの、耐久性はほぼ同等であシ、また被剛
性が著しく向上していることがわかる。本発明において
は、カム7ヤストジヤーナル部だけでなく主カム以外の
他の組付ピース、例えはギヤ部、フューエルポンプ駆動
用カムもまた前記焼結材料で形成することができる。
したがって、本発明焼結接合カムシャフトは、ジャーナ
ル部、ギヤ部、フューエルポンプ駆動用カム全従来のよ
うに主カム用材料と同一の焼結材料で成形することなく
、各組付ピースに適した焼結材料で成形することができ
、製造が容易で、材′#4費コストが安価で、しかも工
具寿命も伸びるという利点を有するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は焼結接合カムシャフトの一部断面側面図、第2
図(イ)及び(ロ)はそれぞれカムシャフトジャーナル
ピース及びフューエルポンプ駆動用カムピースの斜視図
を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)主カムピース以外のカムシャフト組付ピースが、
    M廿比でCr 2.5〜25%、Mn 0.1〜3[%
    、PQ、1〜0.8%、Cu 1.0〜5.0%、St
     115〜ZO% 、 Mo O〜3、0 %  不純
    物0〜2チ、残部1i’6からなる合金粉末10〜80
    止量饅と、 Cα5〜3.5J1%となるような徐加量の黒鉛と、M
    n比でCr0−5.0%、MnO〜5.0%、CuO〜
    5.0%、VO〜05%、S I O〜2.0%、Mo
    n 〜o、s%、不純9IJO〜2.0%、残部F’e
    からなる金属粉末とからなる焼結合金で形成され、硬さ
    がHv150〜400更に好ましくはHV200〜35
    0、かつ密度が& 5〜7.6 t/cdであることに
    3j徴とする焼結接合カムシャフト。 (2)金属粉末がイζ純物θ〜2.0%を含むFeであ
    る特許請求の範囲第1項記載のカムシャフト。 (3〕証属粉末がC[1,0〜5.0%、不純物0〜2
    .0%以下、残部Feからなる特許請求の範囲第1項記
    載のカム7ヤフト。 (4)金属粉末がMnα5〜五〇%、Si O〜2.0
    % 、不純物0〜zO%、残部Feからなる特許請求の
    範囲第1項記載のカムシャフト。 (5)金属粉末がMnα1〜0.5%、CutO〜5.
    0%、SiO〜ZO%、不純物0〜ZO%、残部Feか
    らなる特許請求の範囲第1項記載のカムシャフト。 (6)金属粉末がCr0.5〜5.0%、IVln (
    11〜510%、Siα5〜2.0%、不純物0〜2.
    0%、残部Feからなる特許請求の範囲第1項記載のカ
    ムシャフト。 (7)金机粉末がCr[15〜50チ、M00〜α5%
    、v[lL1〜[L5%、Mnα1〜0O%、SiO,
    5〜2.0%、不純物0〜2.0%。 残部Feからなる特許請求の範囲第1項記載のカムシャ
    フト。 (8)  主カムピースが、Cr2,5〜7.5%、M
    nα1〜五〇%、p[12〜0.8%、Cu1.0〜s
    、o%、Siα5〜2.0%、M00〜ム0%、Cts
    〜15%s不純物0〜2.0%、残部Feからなる耐摩
    耗性焼結合金で形成された特許請求の範囲第1項ないし
    第7項のいずれか1項記載のカム7ヤフト。
JP14799382A 1982-08-26 1982-08-26 焼結接合カムシヤフト Pending JPS5937215A (ja)

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JP14799382A Pending JPS5937215A (ja) 1982-08-26 1982-08-26 焼結接合カムシヤフト

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JP (1) JPS5937215A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4856469A (en) * 1987-09-25 1989-08-15 Mazda Motor Corporation Mechanical parts of valve driving mechanism for internal combustion engine
JP2013029024A (ja) * 2011-07-26 2013-02-07 Nippon Piston Ring Co Ltd カムシャフト
CN103899372A (zh) * 2012-12-27 2014-07-02 北京有色金属研究总院 一种粉末冶金组合烧结式凸轮轴及其制备方法

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