JPS62164844A - エンジンバルブおよび同バルブシ−ト用Co基合金 - Google Patents

エンジンバルブおよび同バルブシ−ト用Co基合金

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JPS62164844A
JPS62164844A JP480586A JP480586A JPS62164844A JP S62164844 A JPS62164844 A JP S62164844A JP 480586 A JP480586 A JP 480586A JP 480586 A JP480586 A JP 480586A JP S62164844 A JPS62164844 A JP S62164844A
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JP
Japan
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engine
weight
internal combustion
valve seats
based alloy
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JP480586A
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English (en)
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Tatsumori Yabuki
矢吹 立衛
Junya Oe
大江 潤也
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Mitsubishi Metal Corp
Original Assignee
Mitsubishi Metal Corp
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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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、すぐれた高温硬さ、耐熱衝撃性、およびi
1M化鉛腐食性を有し、特にこれらの特性が要求される
が内燃機関のエンジンバルブおよび同バルブシートの製
造に、鋳物用あるいは肉盛溶接用として使用するのに適
したCo基合金に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、内燃機関のエンジンバルブや同バルブシートの製
造に際しては、肉盛溶接用として、アメリカ溶接協会規
格5.13 RCoCr−A (C:  0.9〜1.
4%、 3i  :  2.0%以下、 Mn :  
1.0%以下。
W:3.O〜6.0%、Cr:26〜32%、Ni:3
.0%以下、 l”e :  3.0%以下、 MO:
  1.0%以下、Coおよび不可避不純物:残り)や
、同5.13 RCo Cr−B (C:  1.2〜
1.7%、5i:20%以下、 Mn :  1.0%
以下、 W :  7.0〜’1.5%、Cr:26〜
32%、Ni:3.0%以下。
Fe :  3.0%以下、 MO:  1.0%以下
、Goおよび不可避不純物:残り3以上重量%)などの
Co阜台金(以下従来Co基合金という)が多く使用さ
れてきた。
一方、近年、内燃機関の高性能化がはかられるようにな
るにしたがって、内燃機関のエンジンバルブや同バルブ
シートにも、より寸ぐれた特性を具備することが要求さ
れるようになっており、一般に、いずれも肉盛溶接状態
で、温度800℃におけるビッカース硬さが285以F
の1!′li温硬さ、並びに温度=700℃に15分間
保持した後、水冷の操作を繰返し行なった場合に肉盛溶
接部に割れが発生するまでの前記操作回数が7回以上の
耐熱VBim性、さらに温度:915℃に加熱した溶融
酸化船中に1時間浸漬した後の重ffi減が0,09び
/crA/hr以下の耐酸化鉛腐食性を具備することが
要求されるようになっている。なお、これらの特性を具
備することは、鋳造により製造された内燃al!lのエ
ンジンバルブ鋳物や同バルブシート鋳物に対しても同様
に要求されることは勿論のことである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上記の従来Co基合金は、高温硬さの点
で、上記要求条件を満足するものの、耐熱衝撃性および
耐酸化鉛腐食性についでは、これを満足する性質をもた
ず、したがって、高性能エンジンのエンジンバルブや同
バルブシートの製造に、前記従来Co基合金を肉盛溶接
用として、さらに鋳物用として用いた場合に十分満足す
る使用寿命を示さないのが現状である。
〔問題点を解決するための手段〕
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、内燃g
!関、特に高性能エンジンのエンジンバルブや同バルブ
シートに要求される高温硬さ、耐熱衝撃性、および耐酸
化鉛腐食性を具備し、かつ肉盛溶接用および鋳物用とし
て使用することのできる材料を開発すべく研究を行なっ
た結果、C:0.5〜3.5%。
Si  :  0.1〜5.0%。
Cr:10〜37%。
W:0.1〜17.0%。
MO:  0.1〜10.0%。
Ti  :  0.01〜3.5%。
At :  0.01〜3.5%。
1−1f :  0.0001〜0.5%を含有し、さ
らに必要に応じてMn:0.01 〜2.0%、Ni:
8〜3%%、Fe:1〜16%。
Nb :  0.01〜1.50%および3:O,O0
.〜1.50%のうちの1種または2種以上を含有し、
残りがGoと不可避不純物(望ましくはCo:40%以
上含有)からなる組成(以上川船%)を有するCo基合
金は、温度: 800℃におけるビッカース硬さ:31
4以上のきわめて高い高温硬さを有し、また温度: 7
00℃に15分間加熱後水冷の操作を1サイクルとする
熱衝撃試験で、割れ発生に至るまでのサイクル数が13
回以上のすぐれた耐熱m?J性を示し、さらに温度:9
15℃に加熱した溶融酸化鉛中に1時間浸漬の酸化鉛腐
食試! テハffl l減が0.023g/ cti/
 h r以下のすぐれた耐酸化鉛腐食性を示し、しかも
肉盛溶接用および鋳物用として使用することができ、し
たがってこのCo基合金を高性能エンジンバルブおよび
同バルブシートの製造に用いた場合にきわめて長期に亘
って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、以下に成分組成を上記の通りに限定した理由を説明
する。
(a)  C C成分には、Cr 、W、Mo 、TiおよびH[など
と結合して炭化物を形成し、常温および高温硬さを向上
させる作用があるが、その含有量が0.5%未満では所
望の高硬度を確保することができず、一方3.5%を越
えて含有させると耐熱衝撃性が劣化するようになること
から、その含有量を0.5〜3.5%と定めた。
(b)   5i Si成分には、鋳造性、肉盛溶接性、および潟流れ性を
改善する作用があるが、その含有おが0.1%未満では
前記作用に所望の改善効果が得られず、一方5.0%を
越えて含有させてもより一層の改善効果は期待できない
ことから、その含有量を0.1〜5.0%と定めた。
(C)  Cr Cr成分には、その一部が素地に固溶し、残りの部分が
炭化物を形成して、特に高温硬さを向上させ、もって高
温耐摩耗性を向上させるほか、耐酸化腐食性を向上させ
る作用があるが、その含有iXが10%未満では前記作
用に所望の効果が得られず、一方37%以上含有ざ辻る
と耐熱衝撃性に低下傾向が現われるようになることから
、その含有量を10〜37%と定めた。
(d)  W W成分には、炭化物を微細化すると共に、自身ら炭化物
を形成し、かつ素地に固溶して、これを強化し、もって
合金の高温硬さおよび高温強度を向上させる作用がある
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17.0%を越えて含有させると肉
Flit rfJ接性や切削性が劣化するようになるこ
とから、その含fTはを0.1〜17.0%と定めた。
(e)  MO MOC成分は、Wとの共存において、素地に固溶して、
これを強化し、かつ炭化物を形成して合金の高温硬さく
高温耐摩耗性)および高温強度を向上させる作用がある
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10.0%を越えて含有させると、
耐熱衝撃性および靭性が劣化するようになることから、
その含有量を0.1〜10.0%と定めた。
(f)  Ti Ti成分には、素地の結晶粒の成長を抑制するばかりで
なく、むしろ結晶粒を微細化し、かつ、MC型の炭化物
および金属間化合物を形成して、高温硬さおよび耐熱衝
撃性、さらに高温強度および靭性を向上させる作用があ
るが、その含有量が0.01%未満では前記作用に所望
の効果が得られず、一方35%を越えて含有させると、
炭化物の和が多くなる他、3i との関連で耐熱衝撃性
および靭性が劣化するようになると共に、耐酸化鉛腐食
性にも劣化傾向が現われるようになることから、その含
有■を0.01〜3.5%と定めた。
((1)  At Δを成分には、Crと共に耐酸化鉛腐食性を向上させ、
かつ金属間化合物を形成して常温およびi01温硬さを
向上させて耐摩耗性を一段と高め、さらに耐熱衝撃性、
高温強度を改善する作用があるが、その含有量が0.0
1%未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方3
.5%を越えて含有させると溶接性および靭性が低下し
て実用的でなくなることから、その含有jを0.01〜
3.5%と定め lこ 。
(h)      Hf Hf成分には、素地に固溶して高温強度および耐熱衝撃
性、さらに高温耐酸化性を向上させるほか、Cと結合し
てMC型炭化物を形成し、高温硬さく高温耐摩耗性)を
向上させる作用があるが、その含有間が0.0001%
未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方0.5
0%を越えて含有させてもより一層の向上効果が現われ
ないばかりでなく、大気溶解に際して含有歩留が低下し
て経済的でないことから、その含有量をo、 oooi
〜0.50%と定めた。
(i)  Mn Mn成分には、肉盛溶接性を改善する作用があるので、
特に肉盛溶接性が要求される場合に必要に応じて含有さ
れるが、その含有間が0.01%未満でIシ肉盛溶接性
に所望の改善効果が得られず、一方2.0%を越えて含
有させてもより一層の改善効果は現われないことから、
その含有間を0,01〜2.0%と定めた。
(j)  Ni成分には、オーステナイト地を安定にし
て耐熱衝撃性および靭性を向上させるほか、Atみよび
Ti と結合して金属間化合物:Ni 3  (Aff
i、 Ti )を形成し、もって高温硬さく高温耐摩耗
性)および高温強度を改善し、さらにCrとの共存にお
いて耐酸化鉛腐食性を向上させる作用があるので、特に
これらの特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8%未満では前記作用に所望の効果
が111られず、一方35%を越えて含有させてもより
一層の向上効果は得られないことから、ぞの含有間を8
〜35%と定めた。
(k)  Fe Fe成分には、合金の耐熱衝撃性を一段と向上させる作
用があるので、前記特性が要求される場合に必要に応じ
て含有されるが、その含有間が1%未満では所望の耐熱
衝撃性向上効果が得られず、一方16%を越えて含有さ
けると、高温硬さが低下Jるようになることから、その
含有間を1〜16%と定めた。
(1)  NbJ’iよびB これらの成分には高温硬さく高温耐摩耗性)および高温
強度を一段と向上させる作用があるので、特に前記作用
が要求される場合に必要に応じて含有されるが、それぞ
れ、その含有けが0.001%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1.50%を越え
て含有させると耐熱衝撃性が劣化するようになることが
ら、それぞれの含有faヲ、Nb :  0.01〜1
.50 %、 B :  0.001〜1.50%と定
めた。
なお、不可避不純物として、Zrを含有する場合がある
が、その含有間が0.3%を越えると、靭性、鋳造性、
および溶接性に悪影響を及ばすようになるので、Zrの
含有量は0.3%を越えてはならない。
(実施例〕 つぎに、この発明のCo基合金を実施例により具体的に
説明する。
通常の溶解法により、それぞれ第1表に示される成分組
成をもった本発明Co基合金1〜44、および上記の従
来Co基合金に相当する成分組成をもった従来Co基合
金1,2を溶製し、引続いて通常の条件にて連続鋳造す
ることにより直径=4.8.φの溶接゛ロッドを成形し
た。
ついで、この結果得られた本発明Co1合金1〜44、
および従来Co基合金1,2の溶接ロッドを用い、TI
G自動溶接機にて、直径:120Mφ×厚ざ:20#の
寸法をもったステンレス鋼(SUS316)製台金の表
面に、外径:100MX幅:20ae+X厚さ:5aw
の円環状ビートを2層肉盛溶接した。
引続いて、上記台金上に形成された円環状ビードについ
て常温におけるロックウェル硬さくCスケール)および
温度:800℃におけるビッカース硬さを測定すると共
に、前記円環状ビートを形成した台金に対して、温度:
 700℃に加熱して15分間保持後水冷の操作を1サ
イクルとして繰り返し行ない、前記円環状ビードに割れ
が発生するまでの前記サイクル回数を測定する耐熱wJ
撃性試験を行なった。さらに同様に直径:15III1
1φ×長さ:100/rtIRの寸法をもったステンレ
ス鋼片(SLJS316)に−万端面に厚さ:5#Iの
2層肉盛溶接を行ない、この鋼片の肉盛部より直径:1
2InIRφ×厚さ〜12履の寸法をもった試験片を削
り出し、この試験片を用い、温度:915℃に加熱した
溶融酸化鉛:40g中に1時間浸漬の耐酸化鉛腐食性試
験を行ない、試験後の肉盛材の巾聞減を測定した。これ
らの測定結果を第1表に合せて示した。
〔発明の効果〕
第1表に示される結果から、本発明Cam合金1〜44
は、いずれも従来Co基合金1,2に比して一段とすぐ
れた高温硬さ、耐熱衝撃性、および耐酸化鉛腐食性を有
することが明らかである。
なお、上記実施例では、この発明のCo基合金を肉盛溶
接用として用いた場合について述べたがこれを鋳物用と
して使用しても肉盛溶接の場合と同様にすぐれた特性を
示すことは勿論である。
上)ホのように、この発明のCo基合金は、^性能エン
ジンのエンジンバルブおよび同バルブシートに要求され
る上記の厳格な条件を十分余裕をもって満足するすぐれ
たia編硬さ、耐熱衝撃性、および耐酸化鉛腐食性を有
するので、これらの部材の製造に肉盛溶接用および鋳物
用として用いた場合この結果の部材は著しく長期に亘っ
てすぐれた性能を発揮するようになるのである。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)C :0.5〜3.5%、    Si:0.1〜5.0%、    Cr:10〜37%、    W :0.1〜17.0%、    Mo:0.1〜10.0%、    Ti:0.01〜3.5%、    Al:0.01〜3.5%、    Hf:0.0001〜0.5% を含有し、残りがCoと不可避不純物からなる組成(以
    上重量%)を有することを特徴とする内燃機関のエンジ
    ンバルブおよび同バルブシート用Co基合金。
  2. (2) C :0.5〜3.5%、     Si:0.1〜5.0%、     Cr:10〜37%、     W :0.1〜17.0%、     Mo:0.1〜10.0%、     Ti:0.01〜3.5%、     Al:0.01〜3.5%、     Hf:0.0001〜0.5% を含有し、さらにMn:0.01〜2.0%を含有し、
    残りがCoと不可避不純物からなる組成(以上重量%)
    を有することを特徴とする内燃機関のエンジンバルブお
    よび同バルブシート用Co基合金。
  3. (3) C :0.5〜3.5%、     Si:0.1〜5.0%、     Cr:10〜37%、     W :0.1〜17.0%、     Mo:0.1〜10.0%、     Ti:0.01〜3.5%、     Al:0.01〜3.5%、     Hf:0.0001〜0.5% を含有し、さらにNi:8〜32%を含有し、残りがC
    oと不可避不純物からなる組成(以上重量%)を有する
    ことを特徴とする内燃機関のエンジンバルブおよび同バ
    ルブシート用Co基合金。
  4. (4)C :0.5〜3.5%、    Si:0.1〜5.0%、    Cr:10〜37%、    W :0.1〜17.0%、    Mo:0.1〜10.0%、    Ti:0.01〜3.5%、    Al:0.01〜3.5%、    Hf:0.0001〜0.5% を含有し、さらにFe:1〜16%を含有し、残りがC
    oと不可避不純物からなる組成(以上重量%)を有する
    ことを特徴とする内燃機関のエンジンバルブおよび同バ
    ルブシート用Co基合金。
  5. (5)C :0.5〜3.5%、    Si:0.1〜5.0%、    Cr:18〜37%、    W :0.1〜17.0%、    Mo:0.1〜10.0%、    Ti:0.01〜3.5%、    Al:0.01〜3.5%、    Hf:0.0001〜0.5% を含有し、さらにNb:0.01〜1.50%およびB
    :0.001〜1.50%のうちの1種または2種を含
    有し、残りがCoと不可避不純物からなる組成(以上重
    量%)を有することを特徴とする内燃機関のエンジンバ
    ルブおよび同バルブシート用Co基合金。
  6. (6)C :0.5〜3.5%、    Si:0.1〜5.0%、    Cr:10〜37%、    W :0.1〜17.0%、    Mo:0.1〜10.0%、    Ti:0.01〜3.5%、    Al:0.01〜3.5%、    Hf:0.0001〜0.5% を含有し、さらにMn:0.01〜2.0%と、Ni:
    8〜35%を含有し、残りがCoと不可避不純物からな
    る組成(以上重量%)を有することを特徴とする内燃機
    関のエンジンバルブおよび同バルブシート用Co基合金
  7. (7)C :0.5〜3.5%、    Si:0.1〜5.0%、    Cr:10〜37%、    W :0.1〜17.0%、    Mo:0.1〜10.0%、    Ti:0.01〜3.5%、    Al:0.01〜3.5%、    Hf:0.0001〜0.5% を含有し、さらにMn:0.01〜2.0%と、Fe:
    1〜16%を含有し、残りがCoと不可避不純物からな
    る組成(以上重量%)を有することを特徴とする内燃機
    関のエンジンバルブおよび同バルブシート用Co基合金
  8. (8)C :0.5〜3.5%、    Si:0.1〜5.0%、    Cr:10〜37%、    W :0.1〜17.0%、    Mo:0.1〜10.0%、    Ti:0.01〜3.5%、    Al:0.01〜3.5%、    Hf:0.0001〜0.5% を含有し、さらにMn:0.01〜2.0%と、Nb:
    0.01〜1.50%およびB:0.001〜1.50
    %のうちの1種または2種を含有し、残りがCoと不可
    避不純物からなる組成(以上重量%)を有することを特
    徴とする内燃機関のエンジンバルブおよび同バルブシー
    ト用Co基合金。
  9. (9)C :0.5〜3.5%、    Si:0.1〜5.0%、    Cr:10〜37%、    W :0.1〜17.0%、    Mo:0.1〜10.0%、    Ti:0.01〜3.5%、    Al:0.01〜3.5%、    Hf:0.0001〜0.5% を含有し、さらにNi:8〜35%と、Fe:1〜16
    %を含有し、残りがCoと不可避不純物からなる組成(
    以上重量%)を有することを特徴とする内燃機関のエン
    ジンバルブおよび同バルブシート用Co基合金。
  10. (10)C :0.5〜3.5%、     Si:0.1〜5.0%、     Cr:18〜37%、     W :0.1〜17.0%、     Mo:0.1〜10.0%、     Ti:0.01〜3.5%、     Al:0.01〜3.5%、     Hf:0.0001〜0.5% を含有し、さらにNi:8〜35%と、Nb:0.01
    〜1.50%およびB:0.001〜1.50%のうち
    の1種または2種を含有し、残りがCoと不可避不純物
    からなる組成(以上重量%)を有することを特徴とする
    内燃機関のエンジンバルブおよび同バルブシート用Co
    基合金。
  11. (11)C :0.5〜3.5%、     Si:0.1〜5.0%、     Cr:10〜37%、     W :0.1〜17.0%、     Mo:0.1〜10.0%、     Ti:0.01〜3.5%、     Al:0.01〜3.5%、     Hf:0.0001〜0.5% を含有し、さらにFe:1〜16%と、Nb:0.01
    〜1.50%およびB:0.001〜1.50%のうち
    の1種または2種を含有し、残りがCoと不可避不純物
    からなる組成(以上重量%)を有することを特徴とする
    内燃機関のエンジンバルブおよび同バルブシート用Co
    基合金。
  12. (12)C :0.5〜3.5%、     Si:0.1〜5.0%、     Cr:10〜37%、     W :0.1〜17.0%、     Mo:0.1〜10.0%、     Ti:0.01〜3.5%、     Al:0.01〜3.5%、     Hf:0.0001〜0.5% を含有し、さらにMn:0.01〜2.0%と、Ni:
    8〜35%と、Fe:1〜16%を含有し、残りがCo
    と不可避不純物からなる組成(以上重量%)を有するこ
    とを特徴とする内燃機関のエンジンバルブおよび同バル
    ブシート用Co基合金。
  13. (13)C :0.5〜3.5%、     Si:0.1〜5.0%、     Cr:10〜37%、     W :0.1〜17.0%、     Mo:0.1〜10.0%、     Ti:0.01〜3.5%、     Al:0.01〜3.5%、     Hf:0.0001〜0.5% を含有し、さらにMn:0.01〜2.0%と、Ni:
    8〜35%と、Nb:0.01〜1.50%およびB:
    0.001〜1.50%のうちの1種または2種を含有
    し、残りがCoと不可避不純物からなる組成(以上重量
    %)を有することを特徴とする内燃機関のエンジンバル
    ブおよび同バルブシート用Co基合金。
  14. (14)C :0.5〜3.5%、     Si:0.1〜5.0%、     Cr:10〜37%、     W :0.1〜17.0%、     Mo:0.1〜10.0%、     Ti:0.01〜3.5%、     Al:0.01〜3.5%、     Hf:0.0001〜0.5% を含有し、さらにNi8〜32%と、Fe:1〜16%
    と、Nb:0.01〜1.50%およびB:0.001
    〜1.50%のうらの1種または2種を含有し、残りが
    Coと不可避不純物からなる組成(以上重量%)を有す
    ることを特徴とする内燃機関のエンジンバルブおよび同
    バルブシート用Co基合金。
  15. (15)C :0.5〜3.5%、     Si:0.1〜5.0%、     Cr:10〜37%、     W :0.1〜17.0%、     Mo:0.1〜10.0%、     Ti:0.01〜3.5%、     Al:0.01〜3.5%、     Hf:0.0001〜0.5% を含有し、さらにMn:0.01〜2.0%と、Fe:
    1〜16%と、Nb:0.01〜1.50%およびB:
    0.001〜1.50%のうちの1種または2種を含有
    し、残りがCoと不可避不純物からなる組成(以上重量
    %)を有することを特徴とする内燃機関のエンジンバル
    ブおよび同バルブシート用Co基合金。
  16. (16)C :0.5〜3.5%、     Si:0.1〜5.0%、     Cr:10〜37%、     W :0.1〜17.0%、     Mo:0.1〜10.0%、     Ti:0.01〜3.5%、     Al:0.01〜3.5%、     Hf:0.0001〜0.5% を含有し、さらにMn:0.01〜2.0%と、Ni:
    8〜35%と、Fe:1〜16%と、Nb:0.01〜
    1.50%およびB:0.001〜1.50%のうちの
    1種または2種を含有し、残りがCoと不可避不純物か
    らなる組成(以上重量%)を有することを特徴とする内
    燃機関のエンジンバルブおよび同バルブシート用Co基
    合金。
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