JPS60135556A - 内燃機関用バルブのステム先端部に接合されるチツプ材 - Google Patents

内燃機関用バルブのステム先端部に接合されるチツプ材

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JPS60135556A
JPS60135556A JP24336283A JP24336283A JPS60135556A JP S60135556 A JPS60135556 A JP S60135556A JP 24336283 A JP24336283 A JP 24336283A JP 24336283 A JP24336283 A JP 24336283A JP S60135556 A JPS60135556 A JP S60135556A
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正幸 飯島
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阿久津 英俊
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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】 この発明は、内燃機関の吸排気バルブ・ステム先端部に
接合されて該バルブの寿命を延長するチップ材に関する
ものである。
通常、内燃機関の吸・排気バルブは第1図に示きれるよ
うな形状金石しておシ、その傘部1がシリンダ内の高温
酸化腐食性雰囲気の中で使用されるために高度の耐久性
が要求豆れている。なお、第1図に示されるバルブにお
いて、符号1で示づれる部分は傘部、符号2で示される
部分は首部、勾号3で示される部分はステム、そして符
号4で示でれる部分はステム先端部である。
そして、そのステム先端部は、繰シ返しの衝撃荷l全大
きく受けるために向を摩耗性が特に弥〈要求されている
そこで、従来、このよりなP3燃!1関川バルブには、
JISG4311に規定される耐熱鋼棒のうちノS’D
H−1、5UI−1−31及び5TJ)i−35等の高
Cr或いは高Cr高Ni含有のマルテンサイト系又はオ
ーステナイト系耐熱鋼が、焼入れ・焼戻しの熱処理状態
で使用されていた。
ところが、近年、内燃機関に関する高速化、高効率化等
の要求に対処するためターボ等の過給機を備えたものや
、ディーゼル機関の普及が目ざましく、特に、前記のバ
ルブ・ステム先端部に対する使用条件が一段と厳しさを
加えてきた。このため、バルブ・ステム先端部の耐久性
、特に耐摩耗性の更なる向上が切火に要求式れ、しかも
安定した品質での多量生産が要求されるようになってき
たのである。
このようなことから、これら吸・排気バルブの軸端部の
摩耗に対して、例えは高硬度合金を肉盛υしたり、硬質
クロムメッキを施した漫等種々の処置が行われているが
、前記高硬度合金の価格が比較的高いことや、これらの
手段を施して得られる効果がそれほど満足できるもので
ないこともあって、より確実な対処手段を望まれてbる
のが現状であった。
本発明者咎は、このような現状をふまえた上で、益々厳
しくなる使用条件においても十分な寿命全達成する内燃
機関用バルブを提供すべく、試行錯誤を繰シ返しながら
研究を重ねた結果、以下(a)〜(c)に示寧れる如き
知見を得るに至ったのである。
即ち、 (a) 内燃機関の吸・排気バルブのステム先端部に、
予め別個に製造した焼結合金製チップを摩擦圧接等の手
段によって一体的に結合すると、焼結合金の気孔性によ
る毛細管現象が主因となって常時均一な潤滑機構か前記
軸端部に保たれ、スカッフインクや雄粍が極力抑制芒れ
ること、(b) %に、バルブ・ステム先端部に結合す
る材料を、C: 0.5〜5%(以下、成分組成割合を
示す%は重量%とする)、Cr:5.0〜30%、p及
びBのうちの1棟又は2種を0.1〜3%、残)がFe
及び不可避不純物から成る成分組成で、かつ硬質炭化物
が均一に分散した組織を有する耐摩耗性Fe基無焼結材
料するか、特に耐摩耗性を向上訟せる場合には前記成分
に更にMo 、 W、 Nb 、 Zr 、 Hf及び
Taのうちの1種又は2種以上を適量含治させた耐摩耗
性Fe基無焼結材料、そして強度や靭性をよシ必要とす
る場合には前記成分に更にMn 、 Cu及びNiのう
ちの1種又は2種以上を適量含有させた耐摩耗性Fe基
無焼結材料、また高温耐酸化性をよシ必要とする場合に
は前記成分に史にSiの適量を含有させた耐摩耗性Fe
基無焼結材料すれは、バルブに高い耐摩耗性・耐久性が
確保されて安定した品質となpl・しかも多量生産が可
能であること、(c) バルブステム先端部が粉末冶金
法で製造されたものとすることで、相手材質(タペット
材質)に応じて適切なバルブ・ステム先端部材料を選択
し得るようになること。
この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、 C:1〜5%。
Cr:5〜30%。
P及びBのうちの1種又は2種: 0.1〜3%。
を含有するとともに、必要により更に、Mo 、W、N
b 、 Zr 、 Hf及びTaのうちの1種又2種以
上=0.5〜10%。
Mn 、 Cu及びNiのうちの1種又は2種以上二0
.1〜6%。
Si:0.1〜3%。
のうちの1種或いは2種以上全も含与、残シがFeと不
可避不純物から成る成分組成で、かつ硬質炭化物が均一
に分散した組織を有する耐摩耗性Fe基焼結材料にて、
内燃機関用バルブのステム先端部に接合されるチップ材
を構成した点に特徴を有するものである。
次いで、上記チップ材において、その成分割合を前記の
如くに限定した理由を説明する。
■ C C成分には、素地に固溶してこれ全強化し7、かつCr
 、Zr 、Hf 、Ta 、Mo及びWのうちのいず
れか1糧又は2種以上と結合して炭化物全形成し、合金
の耐摩耗性を向上させる作用があるが、その含有量が1
%未満では所望の優れた耐摩耗性を確保することができ
す、一方5%全越えて含有させると、炭化物の析出量が
多くな多過ぎると共にこれが粗大化するようになって、
合金が脆化するばかシでなく、相手部材の損傷も著しく
なることから、その含有量全1〜5%と定めた。
■ Cr Cr成分には、素地に固溶してこれを強化し、かつCと
結合して高硬度を有するCr炭化物を形成するF’i 
n−1Zr 、 )lf 、 Ta 、 Nbと複合炭
化物を形成し、もって合金の耐摩耗性を向上ブせる作用
があるが、その含有量が5%未満では所望の優れた耐摩
耗性全確保することができず、一方30%を越えて含有
させると、合金が誠化するとともに相手部材(タペット
)の損傷も激しくなることから、その含有1′を5〜3
0%と定めた。
■ P、及びB これらの成分には、素地中に固溶してこれ全強化すると
ともに、硬さを高めて耐摩耗性を向上させ、かつ焼結時
にFe、Cとの反応によシ液相を発生せしめて焼結を活
性化し、もって焼結体の緻密化及び炭化物生成の安定化
を図る均等的作用があるが、その含有量が0.1%未満
では前記作用に所望の効果が得られず、一方3チを越え
て含有させると合金の脆化が著しくなることから、その
含有Ikを0.1〜3%と定めた。
■ Mo 、W、 Nb 、 Zr 、Hf 、及びT
aこれらの成分は、素地に固溶してこれを強化するほか
、Cと結合して高硬度の炭化物を形成し合金の耐摩耗性
を向上させる均等的作用をもっているので、特例、よシ
優れた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、これらの1種又は2種以上の含有量が0.5%
未満では耐摩耗性向上に所望の効果が得られず、一方1
0%を越えて含有させると相手部材の損傷が著しくなる
ことから、その含有量を0.5〜10%と定めた。
■ Mn 、 Cu 、及びNi これらの成分は、素地に固溶してこれを強化するほか、
高温酸化性、靭性及びなじみ性を向上する均等的作用が
あるので、特にこれらの効果の向上を要する場合に1種
又は2種以上含有せしめられるものであるが、その含有
量が0.1%未満では所望の効果を得ることができず、
一方6%を越えて含有させてもより一層の向上効果を得
ることができないので、経済性をも考慮してその含有量
を0.1〜6%と定めた。
■ 5t St成分は、素地に固溶してその耐酸化性を向上させる
作用があるので、特に優れた耐酸化性が要求される場合
に必要に応じて含有されるが、その含有量が0.1%未
満では前記作用に所望の効果が得られず、一方3%を越
えて含有させると合金の脆化が著しくなることから、そ
の含有量を0.1〜3%と定めた。
第2乃至4図は、本発明のチップ材を結合した内燃機関
の吸・排気バルブ・ステム先端部のそれぞれ別の例を示
した概略図で1411.符号5で示されるものは例えば
5UH−1の耐熱鋼製バルブ・ステム軸部であp、符号
6で示されるものは硬質Fe基粉末冶金材料から成るチ
ップ材で構成されるパルプ拳ステム先端部である。チッ
プ材は、例えば12Cr−1Mo−0,3Nb−2,5
0−0,6P −0.5 Mn−Feなる配合組成の原
料粉末k 5 t /crn2で成形後、1150℃に
て1時間程度真空中で焼結し、密度: 7.4 ?/c
m3の焼結合金として形成した後、jl#l圧擦にてス
テム軸部に接合するのが良い。なお、ステム軸部とチッ
プ材の接合方法としては、摩擦圧接のほかにろう打法や
抵抗溶接法等をも採用できることはもちろんである。
次に、この発明全実施例によp説明する。
実施例 まず、原料粉末と(−で、次の(7)−1’)に示すも
の全準備した。
(7) 粒度が一100メツシュのFe−Cr合金粉末
(Cr:13%含有)、 (イ) 粒子が一200メツシュのFe−Cr合金粉末
(Cr:60%含有)、 (つ)粒度が一100メツシュのFe粉末、に)粒度が
一100メツシュのFe −13Cr −1Mo −0
,5Mn −0,5Nb 合金粉末、(3)粒度が一1
00メツシュのFe −6Cr −1Mo −0,5M
n合金粉末、 (効 粒度が一200メツシュのFe −60Mn合金
粉末、 (イ)粒度が一250メツシュのMo粉末、(至)粒1
ni−325メツシュのW粉末、(2)粒度か一250
メツシュのFe −60Nb合金粉末、 に))粒度が一325メツシュのNi−12P合金粉末
、 四 粒度が一250メツシ二のCu粉末、(財)粒度が
一325メツシュのNi粉末、に)粒度が一325メツ
シュのFe−25P粉末、(イ)粒度が一200メツシ
ュのFe−20B粉末、(’/1 粒度が一250メツ
シュのFe−17Si粉末、し)粒度が一325メツシ
ュのC粉末。
次に、これらを第1表に示される組成となるように配合
し、1%のステアリン酸亜鉛を添加後、マイニュート・
ミキサーにて30分間混合した。
続いて、5 t/1M2の成形圧にて成形後、真空雰囲
気中で、1100〜1250℃の所定の温度に80分間
保持して焼結し、本発明のチップ材と比較材と金得た。
得られたチップ材のロックウェル硬a(Cスケール)を
第1表に併せて示す。
このようにして製造したチップ材を、内燃機関用バルブ
本体(S ’U H−35製)に摩擦溶接してステム先
端部を形成した後、1000〜1100℃に6秒間加熱
後水冷するという高周波焼入れを行い、研摩工程を経て
バルブを形成した。
これらのバルブを用いた実際のエンジンによる単性試験
結果を、同じく第1表に併せて示した。
なお、エンジンによる岸粍試験条件は次の通シでおった
エンジン種別:ディーゼルエンジン(乗用車用)、潤滑
油:特殊劣化油、 油温:120℃、 回転数:2500rpm。
運転時間:連続200時間。
そ(、て、摩耗の程度は、タペットと接触するバルブ・
ステム先端部の端面における最大摩耗深さを測定して判
定し2だ。
第1表に示される結果からも明らかなように、本発明の
チップ材を使用することによシ、内燃機関のバルブ寿命
が格段に向上することがわかる。
上述のように、この発明によれは、使用条件が益々厳し
くなっているエンジンバルブの寿命ヲ、従来のものより
も格段に向上できるところの、バルブ・ステム先端部に
溶接されるチップ材を比較的安価に提供することができ
るなど、産業上有用な効果がもたらされるのでおる。
【図面の簡単な説明】
第1図は内燃機関の吸・排気バルブの概略図、第2図、
第3図及び第4図は本発明のチップ材を接合シタバルブ
・ステム先端部のそれぞれ別の例を示す概略模式図であ
る。 図面において、 ■・・・傘部、 2・・・バルブ首部、3・・・バルブ
・ステム、 4・・・バルブ・ステム先端部、 5・・・バルブ・ステム軸部、 一19= 6・・・接合された本発明チップ材で構成されるバルブ
・ステム先端部。 出願人 三菱金塊株式会社 代理人 富 1)和 夫 ほか1名 20− 第1図 勉2刃 条4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)重量割合で、 C:1〜5%。 Cr:5〜30%。 P及びBのうちの1種又は2種= 0.1〜3%。 を含有し、残シがFeと不可避不純物から成る成分組成
    で、かつ硬質炭化物が均一に分散した組織を有する耐摩
    耗性Fe基焼結材料にて構成したことを特徴とする内燃
    機関用パルプのステム先端部に接合されるチップ材。 (21重量割合で、 C:1〜5%。  1− Cr:5〜30 % 。 P及びBのうちの1種又は2種: 0.1〜3%。 を含有するとともに、更に、 Mo 、 W、 Nb 、 Zr 、 Hf及びTaの
    うちの1種又は2種以上:0.5〜10%。 をも含み、残シがFeと不可避不純物から成る成分組成
    で、かつ硬質炭化物が均一に分散した組織を有する耐摩
    耗性Fe基焼結駒料にて構成したことを%徴とする内燃
    機関用パルプのステム先端部に接合されるチップ材。 (3) 重量割合で、 C:1〜5%。 Cr:5〜30%。 P及びBのうちの1種又は2種= 0.1〜3%。 を含有するとともに、更に、 Mn、Cu及びNi のうちの1種又は2種以上二0.
    1〜6%。 をも含み、残シがFeと不可避不純物から成る成分組成
    で、かつ硬質炭化物が均一に分散した組ft&を有する
    耐艇耗性P″e基焼結拐料にて′#4成したことを特徴
    とする内燃機関用バルブのステム先端部に接合されるチ
    ップ材。 (4) 重量割合で、 C:1〜5%。 Cr:5〜30%。 P及びBのうちの1種又は2独: 0.1〜3%。 を含有するとともに、更に、 Si : 0.1〜3% 金も含み、残シがFeと不可避不純物から成る成分組成
    で、かつ硬質炭化物が均一に分散した組織を有する耐摩
    耗性Fe基焼結材料にて構成したことを特徴とする内燃
    機関用バルブのステム先端部に接合きれるチップ材。 (51重量割合で、 C:1〜5チ。 Cr:5〜30%。 P及びBのうちの1種又は2種二 0.1〜3 % 。 全含有するとともに、更に、 〜Io 、 W 、 Nb 、 Zr 、 Hf及びT
    aのうちの1種又は2f!11以上:0.5〜10%。 並びに、 Mn 、 Cu及びNiのうちの1種又は2種以上:0
    .1〜6%。 をも含み、残シがli’eと不可避不純物から成る成分
    組成で、かつ硬質炭化物が均一に分散した組織を有する
    耐摩耗性Fe基焼結材別にて構成したことを特徴とする
    内燃機関用バルブのステム先端部に接合されるチップ材
    。 (6)N量割合で、 C:1〜5%。 Cr:5〜30%。 P及びI3のうちの1種又は2種口 0.1〜3%。 全含有するとともに、更に、 Mo 、 W、 Nb 、 Zr 、 H4及びTaの
    うちの1種又は2種以上:0.5〜10%。 並びに、 Si : 0.1〜3% 全も含み、残シがFeと不可避不純物から成る成分組成
    で、かつ硬質炭化物か均一に分散した組織を有する酬蹟
    耗性Fe基焼結劇料にて構成したことを特徴とする内燃
    機関用バルブのステム先端部に接合されるチップ材。 (7) 重量割合で、 C;1〜5係。 Cr:5〜30%。 P及びBのうちの1種又は2種: 0.1〜3%。 全含有するとともに、更に、 Mn 、 Cu及びNiのうちの1種又は2種以上口0
    .1〜6%。 並びに、 St : 0.1〜3% 全も含み、残シがFeと不可避不純物から成る成分組成
    で、ρ1つ硬質炭化物が均一に分散した組織を有する耐
    摩耗性Fe基焼結材料にて構成したことを特徴とする内
    燃機関用バルブのステム先端部に接合されるチップ材。 f81 m:に割合で、 C:1〜5%。 Cr:5〜30%。 P及びBのうちの1種又は2種: 0.1〜3%。 全含有するとともに、更に、 Mo 、 W、 Nb 、 Zr 、 Hf及びTaの
    うちの1種又は2種り上:0.5〜10%。 と、 Mn 、 Cu及びNiのうちの1種又Fi2種以上二
    〇、1〜6%。 並びに、 Si : 0.1〜3% をも含み、残シがFeと不可避不純物力)ら成る成分組
    成で、かつ硬質炭化物が均一に分散した組織を有する耐
    摩耗性Fe基焼結材料にて構成したことを特徴とする内
    燃機関用バルブのステム先端部に接合はれるチップ材。
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