JPS61183447A

JPS61183447A - バルブシ−ト用鉄系焼結合金

Info

Publication number: JPS61183447A
Application number: JP2313585A
Authority: JP
Inventors: Yukio Kadota; 門田　幸男; Akira Manabe; 明真鍋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1985-02-08
Filing date: 1985-02-08
Publication date: 1986-08-16

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】〔産業上の利用分野〕本発明は内燃機関のバルブシート用焼結合金の性能改善
に係わシ、よシ詳しくは自身の耐摩耗性を高めるととも
に、相手バルブに対する攻撃性を弱めた鉄系焼結合金に
関する。

〔従来の技術〕

内燃機関のバルブシートには高温での耐摩耗性を高める
ため、クロム（”）％ニッケル（Ｎｉ）。

コバルト　（Ｃｏ）％　モリブデン（Ｍｏ）等の合金元
素を添加した鉄系焼結合金が多用されつつある。

ところで、バルブシートの材質の選択は、相手部材すな
わちエンジンバルブとの相関において決定されるべきも
ので、この選択を誤ると自身の耐摩耗性を弱めるばかシ
か、相手部材に対する攻撃性を増して、バルブ機構全体
に思わしくない影響を与えることになる。例えば従来。

エンジンバルブとしては耐摩耗性を高めるため、ステラ
イト等の盛会を施したものが多用されているが、近年、
原価低減の要求からバルブ盛会を廃止する動きにある。

このような背景のもとに、従来のような例えばフェロモ
リブデン等の金属間化合物又は複合炭化物を添加して、
極度に耐摩耗性を高めた合金からなるバルブシートをそ
のまま使用すると、エンジンバルブの摩耗を増大させる
結果となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上記の盛会処理等により耐摩耗性が高められて
いない汎用エンジンバルブ（例えばＪＩ８８ＵＨ３５）
を相手にした場合にも、相手部材を摩耗し、あるいは自
身の摩耗が著しく増大することがないようにするための
もので、耐摩耗性と相手攻撃性との適度のバランスのと
れたバルブシート用鉄系焼結合金を提供しようとするも
のである。

〔問題点解決するための手段〕

本発明のバルブシート用鉄系焼結合金は１重量比で炭素
（Ｃ）をα５〜２．０憾含有し、所望により更にニッケ
ル（Ｎｉ　）を１〜１０畳添加してなるパーライトを主
体とする鉄基地中ｌζ、クロム（Ｃｒ）１０〜４０％、
タングステン（Ｗ）５〜２０％、炭素（Ｃ）ａ、Ｓ〜３
憾及び残部コバルト　（Ｃｏ）からなる合金粒子を５〜
２５饅、及び硬質粒子としてクロム（Ｃｒ）を６０〜７
０％含有するフェロクロム（ＦｅＣｒ）、タングステン
を７０Ｓ８０％含有するフェロタングステン（ＦｅＷ）
。

モリブデン（Ｍｏ）を６０〜７０憾　　含有するフェロ
モリブデン（ＦｅＭｏ）、ニオブ（Ｎｂ）を５５〜６５
１含有するフェロニオブ（ＦｅＮｂ）及びバナジウム（
Ｖ）を４５〜５５チ含有するフェロバナジウム（ＦｅＷ
）から選ばれる金属間化合物を１〜１０畳均一に分散さ
せたことを特徴とする。

また、本発明は、上記焼結合金に鉛（ｐｂ）を１〜２０
重量憾溶浸したことを特徴とする。

なお、本発明において憾は特記しない限シ重量慢を示す
。

以下、本発明で用いる各成分元素の限定理由について説
明する。

まず、Ｃｏ　（コバルト）基合金粒子について説明する
と、Ｏｒ　（クロム）はＣ（炭素）と化合して炭化物を
形成するとともに一部がＣＯと合金を形成し合金粒子の
硬さを向上させる効果を有しているが、Ｏｒが１０憾未
満では上記の効果が不充分であシ、４０憾を超えるとａ
ｒの拡散が周囲に進み過ぎ、空隙を生じ、合金粒子がも
ろくなる。そのためｃｒは１０〜４０憾と限定した。

Ｗ（タングステン）は、Ｃと化合してＷＣ型の硬質炭化
物を形成し１合金粒子の硬さを向上させ、一部がＣｏ基
に固溶して、合金粒子の強度を向上させるが、Ｗが５壬
未満ではその効果が発揮されず、２０憾を超えると合金
粒子が硬くなり過ぎ、相手材であるバルブへの攻撃性が
増大するため、Ｗは５〜２０１とした。

ＣはＯｒ及びＷと化合して炭化物を形成し１合金粒子の
硬さを向上させるが、Ｃがｎ、ｓｓ未満ではその効果が
発揮されず、３憾を超えると炭化物量が多すぎてもろく
なる。そのため％Ｃは０．５〜ｓｒｓとした。

Ｃｏ基合金粒子は耐摩耗性の向上に効果があシ、その粒
径は３０〜１５０μｍが好ましく、合金粒子は５壬未満
ではその効果が発揮されず、２５壬を超えると成形性、
焼結性及び被剛性が低下するとともに相手材であるバル
ブへの攻撃性が増大する。そのためＣｏ基合金粒子は５
〜２５憾と限定した。

次に、硬質粒子として分散させる金属間化合物について
説明する。Ｆｅａｒ　（フェロクロム）は、Ｃｒを６０
〜７（ｌ含有する場合、ビッカース硬さくＨｙ）ａｏｏ
　〜１５００の硬さを有し、Ｅｅｌ（フェロタングステ
ン）は、Ｗを７０〜８０憾含有する場合、Ｈｖ８００〜
１５００の硬さを有し％ＦｅＭｏ（フェロモリブデン）
は、ＭＯを６０〜７０僑含有する場合、Ｈｖａｏｏ〜１
３ｏｏの硬さを有し、ＦｅＮｂ　（フェロニオブ）は、
Ｎｂを５５〜６５％含有する場合、Ｈｖ８００〜１５０
０の硬さを有し、そしてＦｅＶ　（フェロバナジウム）
はＶを４５〜５０％含有する場合、　Ｈｖ８００〜１３
００の硬さを有する。これらの金属間化合物粒子は。

上記したように硬さがＨｖ　８００〜１５００と極めて
硬く、耐摩耗性の向上に効果があシ、その粒径は４０〜
１５０μｍが好ましいが、金属間化合物が１４未満では
効果がな（，１０９Ｇを超えると成形性及び被削性が低
下するため、金属間化合物は１〜１０４とした。

次に基地について説明する。Ｃは基地のＦｅ（鉄）に固
溶してパーライト組織を形成し、焼結合金の強度と硬さ
を向上させるとともに前記硬質粒子中のＯｒ　、　Ｗ、
　Ｍｏ、Ｎｂ及びＶと化合して硬質の炭化物を形成し、
硬質粒子の硬さを更に向上させる効果があるが、Ｃがα
５壬未満ではその効果がなく、２０鴫を超えるとセメン
タイトが析出し、基地がもろくなるため、ＣはＣＬ５〜
２−０壬とした。

Ｎｉ　にッケル）はＦｅ基地に固溶して基地の強度を向
上せしめるのに役立つため、更に強度を必要とする場合
に添加されるが、Ｎｉが１壬未満ではその効果が発揮さ
れず、１０憾を超えると基地が軟化し、耐摩耗性が低下
するため、Ｎｉは１〜１０慢とした。

ｐｂ　（鉛）の焼結合金への溶浸は、よシきびしい条件
下で使用されるバルブシートの場合に行われる。溶浸さ
れたｐｂはバルブとバルブシートの接触部に介在してｐ
ｂ酸化物層を形成することによりａ滑剤として作用して
バルブ及びバルブシート相互の耐摩耗性を向上させるが
、ｐｂの溶浸が１壬未満ではｐｂ溶浸の効果が発揮され
ず、２０係を超えて溶浸すると焼結合金のスケルトンが
弱化して摩耗が増大することから１〜２０慢と限定した
。

（作用）本発明において、Ｏｒ　１０〜４０Ｓ、Ｗ５〜２０１．
Ｃ３０，５〜３嘔　及び残部ＣＯからなる合金粒子を５
〜２５Ｓ％及び硬質粒子としてａｒを６０〜７０嗟含有
するＦｅａｒ、　ｗを７０〜８（ｌを含有するｐｅＷｌ
Ｍ。

を６０〜７０憾含有するＦｅＭｏ、Ｎｂを５５〜６５％
含有するＦｅＮｂ　又はＶを４５〜５５％含有するＦｅ
Ｖを１〜１０％均一に分散させることは、バルブシート
用焼結合金の相手材番こ対する攻撃性を高めることなく
、それ自体の耐摩耗性を向上させる効果がある。上記合
金粒千尋くおいてｃｒはＣと化合して炭化物を形成する
とともに一部がＣＯと合金を形成し１合金粒子の硬さを
向上させ、ＷはＣと化合して炭化物を形成し、合金粒子
の硬さを向上させ、一部がＣＯ基地に固溶して合金粒子
の強度を向上させ、Ｃはｃｒ及びＷと化合して炭化物を
形成し１合金粒子の硬さを向上させる。

また、鉄基地へのＣα５〜２．０の添加はパーライト組
織を形成させ、鉄基地を強化するとともに耐摩耗性を向
上させる。パーライト組織は基地に靭性を与え、硬く、
強くする。Ｎｉ　１〜１０畳の基地への添加はＮｉが基
地に固溶して基地を強くする。

ｐｂ１〜２０係の溶浸は焼結合金の耐摩耗性を向上させ
る。

（実施例）本発明を実施例によシ説明する。

実施例１本実施例は金属間化合物としてＦｅ（３ｒを用いた例で
ある。Ｃｒ３０饅、Ｗ１０％、ＣＪｒＬＳ係及び残部Ｃ
０からなるＣＯ基合金アトマイズ粉（−１００メツシユ
）１０係、硬質粒子としてＦｅＣｒ　（−１００メツシ
ユ）２％、黒鉛粉末（−３５０メツシユ）１．２％、カ
ルボニルＮｉ粉末（１０μｍ以下）２憾及び残部還元鉄
粉（−１ｏｏメツシユ）に潤滑剤としてステアリン酸亜
鉛１８係を配合し混合した後、この混合粉末を金型内に
充てんし、成形圧７ｔｉ−で成形してバルブシート粗形
状の成形体を得た。

この粉末成形体をアンモニア分解ガス雰囲気中で１１５
０°Ｃの温度にて６０分間焼結して焼結体を得た。焼結
体密度は７．０　ｇ／ｃｊ。

得られた焼結体を排気弁座の形状に加工して排気量２０
００ｃｃ　４気筒エンジンに装着し、全負荷で２００時
間台上耐久試験を実施し、バルブシート当シ面幅増加量
及びバルブ摩耗量を測定した。

実施例２〜４表１に示す各組成割合にそれぞれ配合して実施例１と同
様に行い、各焼結体を得た。なお、実施例３及び４は得
られた焼結体をｐｂ塊と接触させて再度アンモニア分解
ガス雰囲気中で１０５０＠Ｏの温度にて３０分間加熱し
て焼結体中にｐｂを溶浸したものである。

得られた各焼結体を弁座形状に加工し、バルブシート当
シ面幅増加量及びバルブ摩耗量を実施例１と同様に試験
したのち測定した。

比較例１及び２比較例１としてＪＩＳ　ＦＯ３０鋳鉄、比較例２として
ＪＩ８耐熱鋼材５ＵＨ４Ｂをそれぞれ用いて弁座形状に
加工し、これらを実施例１と同様に試験してバルブシー
ト当シ面幅増加量及びバルブ摩耗量を測定した。

以上の測定結果をまとめて表１に示す。

表１かられかるように金属間化合物としてＦｅ　Ｏｒを
用いた実施例１〜４のバルブシート当シ面幅増加量はｃ
Ｌ２ないし０．５ｍで、比較例１及び２の１．２及び１
．４閣に比してかなシ小さな値を示し１．実施例１〜４
の焼結合金は耐摩耗性ｉこ優れている。また、実施例１
〜４のバルブ摩耗量は２　ｒｊいし４μｍで比較例１及
び２の１２及び１４μｍに比して小さく、実施例１〜４
の焼結合金は相手材であるバルブに対する攻撃性が低い
。

実施例５〜８これらの実施例は金属間化合物としてＦｅＷを用いた例
で、表２に示す各組成割合にそれぞれ配合して実施例１
と同様に行い、各焼結体を得た。なお、実施例７及び８
は得られた焼結体に実施例３と同様にしてｐｂを溶浸し
たものである。

以上の測定結果をまとめて表２に示す。

表２かられかるように金属間化合物としてＰｅＷを用い
た実施例５〜８のバルブシート当）面櫂増加量は０．１
ないし０，３■で、比較例１及び２の１．２及び１．４
＋ｍに比してかなり小さな値を示し、実施例５〜８の焼
結合金は耐摩耗性に優れている。また、実施例５〜８の
バルブ摩耗量は２ないし４μｍで比較例１及び２の１２
及び１４μｍに比して小さく、実施例５〜８の焼結合金
は相手材であるバルブに対する攻撃性が低い。

実施例９〜１２これらの実症例は金属間化合物としてＦｅＭ。

を用いた例で１表５に示す各組成割合にそれぞれ配合し
て実施例１と同様に行い、各焼結体を得た。なお、実施
例１１及び１２は得られた焼結体に実施例３と同様にし
てｐｂを溶浸したものである。

以上の測定結果をまとめて表３に示す。

表３かられかるように金属間化合物としてＦｅＭｏを用
いた実施例９〜１２のバルブシート当夛面幅増加量はα
１ないしく１３ｍで、比較例１及び２の１．２及び１．
４閣に比してかなシ小さな値を示し、実施例９〜１２の
焼結合金は耐摩耗性に優れている。また、実施例９〜１
２のバルブ摩耗量は２ないし４μｍで比較例１及び２の
１２及び１４μｍに比して小さく、実施例９〜１２の焼
結合金は相手材であるバルブに対する攻撃性が低い。

実施例１３〜１にれらの実施例は金属間化合物としてＦｅＮｂを用いた例
で、表４に示す各組成割合にそれぞれ配合して実施例１
と同様に行い、各焼結体を得た。なお、実施例１５及び
１６は得られた焼結体に実施例３と同様にしてｐｂを溶
浸したものである。

以上の測定結果をまとめて表４に示す。

表４かられかるように金属間化合物としてＰｅＮｂを用
いた実施例１３〜１６のバルブシート当シ面幅増加量は
（Ｌｌないしく１３■で、比較例１及び２の１．２及び
１．４諺に比してかなシ小さな値を示し、実施例１３〜
１６の焼結合金は耐摩耗性に優れている。また、実施例
１３〜１６のバルブ摩耗量は２ないし４μ溝で比較例１
及び２の１２及び１４μｍに比して小さく、実施例１３
〜１６の焼結合金は相手材であるバルブに対する攻撃性
が低い。

実施例１７〜２０これらの実施例は金属間化合物としてＦｅＶを用いた例
で、表５に示す各組成割合にそれぞれ配合して実施例１
と同様に行い、各焼結体を得た。なお、実施例１９及び
２０は得られた焼結体に実施例３と同様にしてｐｂを溶
浸したものである。

以上の測定結果をまとめて表５に示す。

表５かられかるように金属間化合物としてＦｅＶを用い
た実施例１７〜２０のバルブシート当シ面幅増加量は０
．２ないしα３■で、比較例１及び２の１．２及び１．
４関に比してかなシ小さな値を示し、実施例１７〜２０
の焼結合金は耐摩耗性に優れている。また、実施例１７
〜２０のバルブ摩耗量は２ないし４μｍで比較例１及び
２の１２及び１４μｍに比して小さく、実施例１７〜２
０の焼結合金は相手材であるバルブに対する攻撃性が低
い。

〔発明の効果〕

本発明のバルブシート用鉄系結合金は、上記したように
、硬質粒子として、ＣＯ基合金粒子と金属間化合物粒子
を、パーライトを主体とする鉄基地中に分散させたので
、耐摩耗性に優れ、かつ相手羽であるバルブに対する攻
撃性が低く、バルブシート用焼結合金として最適なもの
である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量比で炭素（Ｃ）を０．５〜２．０％含有する
パーライトを主体とする鉄基地中に、クロム（Ｃｒ）１
０〜４０％、タングステン（Ｗ）５〜２０％、炭素（Ｃ
）０．５〜３％及び残部コバルト（Ｃｏ）からなる合金
粒子を５〜２５％、及び硬質粒子としてクロム（Ｃｒ）
を６０〜７０％含有するフェロクロム（ＦｅＣｒ）、タ
ングステンを７０〜８０％含有するフェロタングステン
（ＦｅＷ）、モリブデン（Ｍｏ）を６０〜７０％含有す
るフェロモリブデン（ＦｅＭｏ）、ニオブ（Ｎｂ）を５
５〜６５％含有するフェロニオブ（ＦｅＮｂ）及びバナ
ジウム（Ｖ）を４５〜５５％含有するフェロバナジウム
（ＦｅＶ）から選ばれる金属間化合物を１〜１０％均一
に分散させたことを特徴とするバルブシート用鉄系焼結
合金。
（２）重量比で炭素（Ｃ）を０．５〜２．０％及びニッ
ケル（Ｎｉ）を１〜１０％含有するパーライトを主体と
する鉄基地中に、クロム（Ｃｒ）１０〜４０％、タング
ステン（Ｗ）５〜２０％、炭素（Ｃ）０．５〜３％及び
残部コバルト（Ｃｏ）からなる合金粒子を５〜２５％、
及び硬質粒子としてクロム（Ｃｒ）を６０〜７０％含有
するフェロクロム（ＦｅＣｒ）、タングステンを７０〜
８０％含有するフェロタングステン（ＦｅＷ）、モリブ
デン（Ｍｏ）を６０〜７０％含有するフェロモリブデン
（ＦｅＭｏ）、ニオブ（Ｎｂ）を５５〜６５％含有する
フェロニオブ（ＦｅＮｂ）及びバナジウム（Ｖ）を４５
〜５５％含有するフェロバナジウム（ＦｅＶ）から選ば
れる金属間化合物を１〜１０％均一に分散させたことを
特徴とするバルブシート用鉄系焼結合金。
（３）重量比で炭素（Ｃ）を０．５〜２．０％含有する
パーライトを主体とする鉄基地中に、クロム（Ｃｒ）１
０〜４０％、タングステン（Ｗ）５〜２０％、炭素（Ｃ
）０．５〜３％及び残部コバルト（Ｃｏ）からなる合金
粒子を５〜２５％、及び硬質粒子としてクロム（Ｃｒ）
を６０〜７０％含有するフェロクロム（ＦｅＣｒ）、タ
ングステンを７０〜８０％含有するフェロタングステン
（ＦｅＷ）、モリブデン（Ｍｏ）を６０〜７０％含有す
るフェロモリブデン（ＦｅＭｏ）、ニオブ（Ｎｂ）を５
５〜６５％含有するフェロニオブ（ＦｅＮｂ）及びバナ
ジウム（Ｖ）を４５〜５５％含有するフェロバナジウム
（ＦｅＶ）から選ばれる金属間化合物を１〜１０％均一
に分散させた焼結合金に、鉛（ｐｂ）を１〜２０％溶浸
したことを特徴とするバルブシート用鉄系焼結合金。
（４）重量比で炭素（Ｃ）を０．５〜２．０％及びニッ
ケル（Ｎｉ）を１〜１０％含有するパーライトを主体と
する鉄基地中に、クロム（Ｃｒ）１０〜４０％、タング
ステン（Ｗ）５〜２０％、炭素（Ｃ）０．５〜３％及び
残部コバルト（Ｃｏ）からなる合金粒子を５〜２５％、
及び硬質粒子としてクロム（Ｃｒ）を６０〜７０％含有
するフェロクロム（ＦｅＣｒ）、タングステンを７０〜
８０％含有するフェロタングステン（ＦｅＷ）、モリブ
デン（Ｍｏ）を６０〜７０％含有するフェロモリブデン
（ＦｅＭｏ）、ニオブ（Ｎｂ）を５５〜６５％含有する
フェロニオブ（ＦｅＮｂ）及びバナジウム（Ｖ）を４５
〜５５％含有するフェロバナジウム（ＦｅＶ）から選ば
れる金属間化合物を１〜１０％均一に分散させた焼結合
金に、鉛（ｐｂ）を１〜２０％溶浸したことを特徴とす
るバルブシート用鉄系焼結合金。