JPS6296661A

JPS6296661A - バルブシ−ト用鉄系焼結合金

Info

Publication number: JPS6296661A
Application number: JP4563086A
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: 1985-06-10
Filing date: 1986-03-03
Publication date: 1987-05-06

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に係わり、
より詳しくは合金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〕

最近、自動車用内燃機関は高出力ζ高回転化、低燃費化
が計られ、また排気ガス対策が施される傾向におる。こ
のため、バルブやバルブシート部品は従来以上に厳しい
条件にさらされるようになってきている。

このバルブシートには高温での耐摩耗性を高めるため、
Ｃｒ５Ｎｒ、Ｃ’Ｏ，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、バルブシートは、自身の耐摩耗性を向上させ
るとともに相手バルブへの攻撃性の低減が求め、られて
おり、バルブシートの材質の選択は、相手バルブとの相
関において決定されるべきもので、この選択＋ｔＳると
バルブ自身の耐摩耗性を弱めるはかりか、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。そのため従来のような、例えば
ただ単に金属間化合物や複合炭化物を添加して極度に耐
摩耗性を局めたパルプシートラ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〕

本発明は通常の、耐摩耗性が特に高められていない汎用
エンジンバルブ（例えばＪＩＳ　ＮＦＣ７５１製）ｔｌ
−相手にした場合にも相手材を摩耗することなく、又は
自身の摩耗を著しく増大させることのないようにしよう
とするものである。

〔間順、全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・重量比で、ク
ロム（Ｃｒ　）、モリブデン（Ｍｏ）、バナジウ−／−
（Ｖ）、及びマンガン（Ｍｏ）からなる群から選ばれる
元素１種又は２１ａ以上全１〜２０％１炭素（Ｃ）　０
．５−２％、所望により（Ｎｉ）１〜２０％及び不用北
不純物を含む鉄基合金を基地とし、りＤ　ム（Ｃｒ）　
１０〜７０％、タングステン（Ｗ）５〜２０％、モリブ
デン（Ｍｏ）５〜２０％、炭素（Ｃ）０５〜３％、鉄（
Ｆｅ）２０％以下及び残部コバルト（Ｃｏ）からなる合
金粒子５〜２５％とモリブデン（Ｍｏ）’ｉ６０〜７０
％含有するフェロモリブデン（ＦｅＭｏ　）　１〜１０
％全該基地中に均一に分散したことを特徴とする。

また、本発明は前記焼結合金に鉛（ｐｂ）　１〜２０％
を溶浸したことを特徴とする〇なお、本発明において％は特記しないかぎり本ｍ％を示
す。

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
。

筐す、硬質粒子として添加される合金粒子の各成分元素
について説明する。

合金粒子中のＣｒ（クロム）はＣ（炭素）と化合して炭
化物全形成するとともに一部がＣ’Ｏと合金全形成し合
金粒子の硬さを向上させる効果を有しているが、Ｃｒが
１０％未満では上記の効果が不十分であり、７０％を超
えると周囲の基地へのＣｒの拡散が著しく進行し合金粒
子が脆化して割れ、脱落が発生してくる。そのためＣｒ
は１０〜７０％と限定した。好ましいＣｒの割合は４０
〜７０％である。

Ｗ（タングステン）は、Ｃと化合してＭＣ型のイθ、１
餉炭化物とＣＯとの装炭化物を形成し、合金粒子の硬さ
を向上させるが、Ｗが５％未満ではその効果が発揮畑れ
す、２０％を超えると合金粒子が娩くなｐ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５〜２０
％とした。

Ｍｏ　（モリプデ／）はＣと化合して硬質炭化物を形成
し、合金粒子の硬さを増すが、Ｍｏが５％未満ではその
効果が現れず、２０％を超えると合金粒子が硬くなり過
ぎて相手部材を攻撃するので５〜２゛０％とした。

ＣＵ　Ｃｒ、　Ｍｏ及びＷと化合して炭化物を形成し、
合金粒子の硬さを向上させるが、Ｃが０．５％未満では
その効果が発揮されず、３％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０．５〜３％とした。

Ｆｅ（鉄）は特に添加しなくてもよいが、バルブシート
に必要とする強度等に問題がなけれは、高価なＣＯの代
わりに２０％以下の任意の範囲で用いることができる。

また、Ｃｒ、　Ｗ、　Ｍｏを単体としてではなくフェロ
アロイとして合金の原料に用いる場合に添加されること
になる。

合金粒子は耐摩耗性の向上に効果があることから用いら
れる。その粒径は３０〜１５０μｍが好ましく、合金中
のＣＯの一部が基地中に拡散して粒子の周回に拡散層を
形成することによって、粒子と基地との結合力が増し、
該粒子の脱落が防止される。該合金粒子は５％未満では
得られる焼結合金の耐摩耗効果が発揮されず、２５％を
超えると成形性、圧縮性及び被削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ため、合金粒
子は５〜２５％と限定した。

硬質粒子として加える７エロモリブデン（ＦｅＭｏ）は
ＭＯ（ｉ−６０，〜７゛０％含むもので、粒径５０〜１
５０μｍを有し、硬さＨｖ８００〜１３００と硬く、耐
摩耗性の向上に効果があるが、ＦｅＭｏが１％未満では
その効果がなく、１０％を超えると成形性、被削性が態
化するため、１〜１０％とした。

次に基地について説明する。

ＣｒＸＭｏ５Ｖ　（バナジウム）　、Ｍｎ　（−ｒンガ
ン）の１拙文Ｆ１２種以上金含む鉄基合金の１種又は２
種以上を使用することにより、鉄基地の耐熱性及び耐食
性を向上させることができる。特に、Ｃｒ１〜５％、Ｍ
Ｏ［Ｌ１〜１％及び７（１０）１〜１％を含む鉄基合金
、Ｃｒ　０．ｓ　〜２％、Ｍｏ０．１〜１％及びＭｎ　
０．１〜１％を含む鉄基合金又はＣｒ１〜５％を含む鉄
基合金を使用することが好ましい。

上記鉄基合金中に含まれるＣ　ｒ、　Ｍ０．Ｖ、Ｍｎの
１種又は２種以上は１％未満では鉄基地の耐熱性・耐食
性の向上に対する効果がなく、２０％超えてもそれ以上
の効果が得られないため、１〜２０％とした。

Ｃは上記鉄基合金中に拡散して焼結を促進させ、基地全
強化させる効果がめるとともに、未反応の遊離黒鉛が、
ある程度基地中に内在することにより、潤滑効果が発揮
されるが、Ｃが０５％未満ではその効果がなく、２．０
％を超えるとセメンタイトが析出し、基地がもろくなっ
たり、遊離黒船が多すき゛て基地の強度が低下するため
、Ｃは０．５〜２％とした。

′１　　　　　Ｎｌにッケル）はＦｅ基地に固溶して基
地の□ 強度全向上させるのに役立つため、更に強度を１　　　
　必要とする場合に添加されるが、Ｎｉが１％未満：　
　　　ではその効果が発揮されず、１０％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
％とした。

ｐｂ（鉛）の焼結合金への溶浸け、よりきひしい１　　
　　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ｐｂ酸化物層全形成することにより潤滑剤とし
て作用してバルブ及びバルブシート相互の耐摩耗性全向
上させるが、Ｐｂの溶浸が１％未満ではｐｂ溶浸の効果
が発揮されず、２０％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％
とした。

〔実施例〕

本発明全実施例により説明する。

実施例１Ｃｒ　３０％、Ｗ１０％、ＭＯ１０％、Ｆｅｌｏ％、Ｃ
１，５％及び残部ＣＯからなる合金アトマイズ粉末（−
１００メツシユ）　１２％、ＦｅＭｏ粉末（−１ｏｏメ
ツシユ）４％、黒鉛粉末（−５５０メツシー）１．２％
、カルボニルＮｉ粉末（１０μｍ以下）３％及び粉末の
残部としてＣｒ５％、Ｍｏ　０．　５％、■０．３％及
び残部Ｆｅからなる合金アトマイズ鉄粉Ｂ（−１００メ
ツシー）である焼結用粉末組成に潤？Ｐ）削としてステ
アリン醗亜鉛粉末０．８％を混合した俵、この混合粉末
を金型内に充てんし、成形圧７　ｔ／ｃｍ２で成形して
バルブシート粗形状の粉末成形体を得た。

この粉末成形体をアンモニア分解ガス雰囲気中で１１５
０℃のｉ２！度にて６０分間焼結して焼結体を得た。焼
結体密艮は７．　Ｏｔ／ｌ−０得られた焼結体を排気弁
座の形状に加工して排気量２０００ｃｃ　４気筒のディ
ーゼルエンジンに装着し、全員１ａｆで２００時曲台上
耐久試験全実施し、バルブシート当り面幅増加量及びバ
ルブ摩耗値全測定した。なお、相手パルプにはＪＩＳＮ
Ｆ’Ｃ７５１を用いた。

実施例２〜４各材料を表１及び表２に示す各組成割合にそれぞれ配合
して実施例１と同様に行って、各焼結体を得た。なお、
実施例３及び４は得られた焼結体全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℃の温度に
て５０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
り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。

実施例５Ｃｒ６１％、Ｗ１０％、Ｍｏ　７％、Ｆｅ　４％、Ｃ２
，１％及び残部Ｃｏからなる合金アトマイズ粉末（−１
００メツ’／　Ｓ）ｊ　０％、ＦｅＭｏ粉末（−１００
メツシユ）２％、黒鉛粉末（−３５０メツシユ）１２％
、カルボニルＮ１粉末（１０μｍ以下）３％及び粉末の
残部としてＣｒ１２％及び残部Ｆｅからなる合金アトマ
イズ鉄粉Ａ　（−１００メツシエ）である焼結用粉末組
成に潤滑剤としてステアリンり亜鉛粉末α８％を混合し
た後、この混合粉末を金型内に充てんし、成形圧７　ｔ
／ａｒ＋”で成形してバルブシート粗形状の粉末成形体
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℃の温度にて６０分間焼結して焼結体を得た。焼結体
密度は７．０ｔ々が。

得られた焼結体を排気弁座の形状に加工して排気量２０
００ｃｃ４気筒のディーゼルエンジンに装着し、全負荷
で２００時間台上耐久試験を実施し、バルブシート当り
面幅増加量及びバルブ摩耗量を測定した。なお、相手パ
ルプにはＪＩ８ＮＦＣ７５１を用いた。

実施例６〜８各材料を表１及び表２に示す各組成割合にそれぞれ配合
して実施例５と同様に行って、谷焼結体を得た。なお、
実施例７及び８は得られた焼結体ｔ−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℃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
り面幅増加量及びバルブ摩耗量を実施例１と同様に試験
したのち辿１定した。

比較例１及び２比較例１としてＪＩ８ＦＣ３０鋳鉄、比較例２としてＪ
ＩＳ耐熱鋼材８ＵＨａＢ２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
当り面幅増加量及びバルブ摩耗量を測定した。

以上の測定結果金まとめて表を示す。

表２表１かられかるように実施例１〜８のパルプｌ　　　　
ｙ−ｈ”ｈｖ工１．。、。１ケいＬ　Ｏ，２ｗｓ　Ｔ、
１　　　　比較例１及び２の１２及び１．４簡に比して
かなり小きな値全示し、実施例１〜８の焼結合金は過酷
な条件下で使用されるディーゼルエンジンの弁座材料と
しても耐摩耗性に優れている。ま：　　　　た、実施例
１〜８のパルプｊ３！耗ｈ１は２ないし５１　　　　μ
ｍで、比較例１及び２の３０及び４０μｍに比してかな
り小孕く、実施例１〜８の焼結合金は相手材であるパル
プ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焼結合金は上記Ｌ７’ｃ！
うに合金粒子とＦｅＭｏ１、Ｃｒ、Ｍ０．Ｖ、Ｍｎの１
種又は２１ｍ以上を含む鉄基合金基地中に均一に分散さ
せたので、耐摩耗性に優れ、かつ相手材であるパルプに
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、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）
、バナジウム（Ｖ）、及びマンガン（Ｍｎ）からなる群
から選ばれる元素１種又は２種以上１〜２０％、炭素（Ｃ）０．５〜２％及び不可避不純物を含
む鉄基合金を基地とし、クロム（Ｃｒ）１０〜７０％、
タングステン（Ｗ）５〜２０％、モリブデン（Ｍｏ）５
〜２０％、炭素（Ｃ）０．５〜３％、鉄（Ｆｅ）２０％
以下及び残部コバルト（Ｃｏ）からなる合金粒子５〜２
５％とモリブデン（Ｍｏ）を６０〜７０％含有するフェ
ロモリブデン（ＦｅＭｏ）１〜１０％を該基地中に均一
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、クロム（Ｃｒ）１〜５％、モリブデン
（Ｍｏ）０．１〜１％及びバナジウム（Ｖ）０．１〜１
％を鉄基合金中に含むことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載のバルブシート用鉄系焼結合金。
（３）重量比で、クロム（Ｃｒ）０．５〜２％、モリブ
デン（Ｍｏ）０．１〜１％及びマンガン（Ｍｎ）０．１
〜１％を鉄基合金中に含むことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載のバルブシート用鉄系焼結合金。
（４）重量比で、クロム（Ｃｒ）６〜１８％を鉄基合金
中に含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
バルブシート用鉄系焼結合金。
（５）合金粒子中のクロム（Ｃｒ）の含有量が重量比で
４０〜７０％であることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のバルブシート用鉄系焼結合金。
（６）重量比で、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）
、バナジウム（Ｖ）、及びマンガン（Ｍｎ）からなる群
から選ばれる元素１種又は２種以上１〜２０％、炭素（Ｃ）０．５〜２％、ニッケル１〜１０％
及び不可避不純物を含む鉄基合金を基地とし、クロム（
Ｃｒ）１０〜７０％、タングステン（Ｗ）５〜２０％、
モリブデン（Ｍｏ）５〜２０％、炭素（Ｃ）０．５〜３
％、鉄（Ｆｅ）２０％以下及び残部コバルト（Ｃｏ）か
らなる合金粒子５〜２５％とモリブデン（Ｍｏ）を６０
〜７０％含有するフェロモリブデン（ＦｅＭｏ）１〜１
０％を該基地中に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。
（７）重量比で、クロム（Ｃｒ）１〜５％、モリブデン
（Ｍｏ）０．１〜１％及びバナジウム（Ｖ）０．１〜１
％を鉄基合金中に含むことを特徴とする特許請求の範囲
第６項記載のバルブシート用鉄系焼結合金。
（８）重量比で、クロム（Ｃｒ）０．５〜２％、モリブ
デン（Ｍｏ）０．１〜１％及びマンガン（Ｍｎ）０．１
〜１％を鉄基合金中に含むことを特徴とする特許請求の
範囲第６項記載のバルブシート用鉄系焼結合金。
（９）重量比で、クロム（Ｃｒ）６〜１８％を鉄基合金
中に含むことを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の
バルブシート用鉄系焼結合金。
（１０）合金粒子中のクロム（Ｃｒ）の含有量が重量比
で４０〜７０％であることを特徴とする特許請求の範囲
第６項記載のバルブシート用鉄系焼結合金。
（１１）重量比で、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ
）、バナジウム（Ｖ）、及びマンガン（Ｍｎ）からなる
群から選ばれる元素１種又は２種以上１〜２０％、炭素（Ｃ）０．５〜２％及び不可避不純物を含
む鉄基合金を基地とし、クロム（Ｃｒ）１０〜７０％、
タングステン（Ｗ）５〜２０％、モリブデン（Ｍｏ）５
〜２０％、炭素（Ｃ）０．５〜３％、鉄（Ｆｅ）２０％
以下及び残部コバルト（Ｃｏ）からなる合金粒子５〜２
５％とモリブデン（Ｍｏ）を６０〜７０％含有するフェ
ロモリブデン（ＦｅＭｏ）１〜１０％を該基地中に均一
に分散してなる焼結合金に鉛（ｐｂ）１〜２０％を溶浸
したことを特徴とするバルブシート用鉄系焼結合金。
（１２）重量比で、クロム（Ｃｒ）１〜５％、モリブデ
ン（Ｍｏ）０．１〜１％及びバナジウム（Ｖ）０．１〜
１％を鉄基合金中に含むことを特徴とする特許請求の範
囲第１１項記載のバルブシート用鉄系焼結合金。
（１３）重量比で、クロム（Ｃｒ）０．５〜２％、モリ
ブデン（Ｍｏ）０．１〜１％及びマンガン（Ｍｎ）０．
１〜１％を鉄基合金中に含むことを特徴とする特許請求
の範囲第１１項記載のバルブシート用鉄系焼結合金。
（１４）重量比で、クロム（Ｃｒ）６〜１８％を鉄基合
金中に含むことを特徴とする特許請求の範囲第１１項記
載のバルブシート用鉄系焼結合金。
（１５）合金粒子中のクロム（Ｃｒ）の含有量が重量比
で４０〜７０％であることを特徴とする特許請求の範囲
第１１項記載のバルブシート用鉄系焼結合金。
（１６）重量比で、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ
）、バナジウム（Ｖ）、及びマンガン（Ｍｎ）からなる
群から選ばれる元素１種又は２種以上１〜２０％、炭素（Ｃ）０．５〜２％、ニッケル１〜１０％
及び不可避不純物を含む鉄基合金を基地とし、クロム（
Ｃｒ）１０〜７０％、タングステン（Ｗ）５〜２０％、
モリブデン（Ｍｏ）５〜２０％、炭素（Ｃ）０．５〜３
％、鉄（Ｆｅ）２０％以下及び残部コバルト（Ｃｏ）か
らなる合金粒子５〜２５％とモリブデン（Ｍｏ）を６０
〜７０％含有するフェロモリブデン（ＦｅＭｏ）１〜１
０％を該基地中に均一に分散してなる焼結合金に鉛（ｐｂ）１〜２０％を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。
（１７）重量比で、クロム（Ｃｒ）１〜５％、モリブデ
ン（Ｍｏ）０．１〜１％及びバナジウム（Ｖ）０．１〜
１％を鉄基合金中に含むことを特徴とする特許請求の範
囲第１６項記載のバルブシート用鉄系焼結合金。
（１８）重量比で、クロム（Ｃｒ）０．５〜２％、モリ
ブデン（Ｍｏ）０．１〜１％及びマンガン（Ｍｎ）０．
１〜１％を鉄基合金中に含むことを特徴とする特許請求
の範囲第１６項記載のバルブシート用鉄系焼結合金。
（１９）重量比で、クロム（Ｃｒ）６〜１８％を鉄基合
金中に含むことを特徴とする特許請求の範囲第１６項記
載のバルブシート用鉄系焼結合金。
（２０）合金粒子中のクロム（Ｃｒ）の含有量が重量比
で４０〜７０％であることを特徴とする特許請求の範囲
第１６項記載のバルブシート用鉄系焼結合金。