JPS63290245A - 耐摩耗性鉄基焼結合金 - Google Patents

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】 【発明の目的】

（産業上の利用分野） この発明は、耐摩耗性鉄基焼結合金に係り、さらに詳し
くいえば例えば高出力型自動車エンジンのバルブシー）
？の材料として利用されるのに最適な耐摩耗性の改良さ
れた硬質粒子分散型の耐摩耗性鉄基焼結合金に関するも
のである。 （従来の技術） 自動車エンジンの出力増大や、ガソリンの無鉛化に伴っ
て、バルブシートはより一層の耐摩耗性を要求されるよ
うになり、特に近年においては、自動車エンジンの高出
力化、高回転化、さらには　゛過給器の利用等により、
熱的および機械的負荷はより一層増大する傾向にあり、
これに対応するべく、バルブシートの素材として、従来
の溶製材に代えて焼結合金を使用する試みがなされてい
る。 そして、焼結合金を素材とするに際し、バルブシートの
耐摩耗性、高温強度、ｌ１ｆ）Ｉ酸化性を向上させる［
１的で、鉄基焼結合金に、Ｃｒ、Ｎｉ。 Ｃｏ　、　Ｗ　、　Ｍ　ｏ等の元素を、合金用に添加し
、あるいは基地に硬質相として分散させることが行われ
てきた。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような合金元素の添加によって＊摩
耗性は改善されるとしても、コストが高騰し、それに見
合った効果が得られるかどうかについては不明な点が多
い。 たとえば、ＣＯを基地中に添加した場合、エンジンの低
負荷域においては耐摩耗性向上の効果はあるものの、高
負荷域においてバルブシート温度が高くなると、ＣＯの
作用によって基地が軟化し、耐摩耗性は劣化する。 したがって、バルブシート材料にたとえばＣＯを添加す
る場合には、不均一な濃度となるように工夫し、高温域
での軟化の防１１ユをはかる必要があるという問題点が
あった。 （発明の目的） この発明は、このような従来の問題点に着目し、重体摩
耗試験機を用いた合金元素の耐摩耗性に及ぼす効果につ
いての基礎的な試験を通して、最小の合金元素添加によ
り最大の効果を得ることができる合金成分及び金属組織
を決定することによりなされたもので、例えば高出力自
動車エンジンのバルブシート等の素材として好適な安価
で且つ高性能の耐摩耗性焼結合金を提供することを目的
としているものである。

【発明の構成】

（問題点を解決するための手段） この発明に係る耐摩耗性鉄基焼結合金は、重量％で、Ｎ
ｉが６〜１４％、Ｃが０．８〜２．０％、残部がＦｅお
よび不純物よりなる合金、Ｉ、ｔｉ地中に、硬質粒子が
５〜２０％分散含有しており、高合金フェライト相、ベ
イナイト相、ノぐ−ライト相および硬質粒子が混在する
金属組織を有していることを特徴としているものであり
、Ｎｉの不均一分布によるＮｉ富化部、ベイナイト、パ
ーライトお杏び硬質粒子からなる合金元素添加相の四相
混在基地組織中に、硬質粒子が分散された金属組織を有
していることを特徴としているものである。 この発明に係る耐摩耗性鉄基焼結合金において、合金基
地中のＮｉ品−が６％未満では、Ｎｉ添加による耐ＷＪ
Ｌ性改＾゛効果が十分でなく１組織もベイナイト単相と
なり、目的とする混合組織を得ることができなくなるの
で、６％以」二とした。しかし、１４％を超えると、［
１的とする１組織のほかにオーステナイトとマルテンサ
イトを生じるようになって加工しずらくなると共に、熱
１膨張がか増加してたとえばエンジンバルブシート素材
として使用した場合にエンジン内で脱落しやすくなり、
さらには＃摩耗性が劣化したりするので１合金）、（地
中のＮ　ｌ　：１′ｔ、は６〜１４％であることが必要
である。 また、合金基地中のＣ量が０．８％未満であると、フェ
ライトを生じやすくなり、強度および耐摩耗性が低下す
るので好ましくない、このフェライトは生じないことが
好ましいが、完全になくすためにはＣ、Ｈを厳密にコン
トロールする必要があり、現実的に困難であるので、５
体積％程度まではフェライトの析出を許容できるものと
する。しかし、Ｃ量が２．０％を超えると、オーステナ
イトとマルテンサイトが生じやすくなって加二［シずら
くなると共に、熱膨張量が増加してたとえばエンジンバ
ルブシート素材として使用した場合にエンジン内で脱落
しやすくなるため好ましくない。 このＣ，１，１は、Ｎ　ｉ　ｊ４　、硬質相の種類およ
び１１」によってフェライトｒ＝が５体積％以Ｆとなる
範囲で必然的に決定されるが、合金基地中においては上
述した理由で０．８〜２．０％とする必要がある。 そして、荊記合金基地中に５〜２０％の硬質粒子を分散
含有させ、高合金フェライト相、ペイナイト相、パーラ
イト相および硬質粒子が混在する金属組織をもつ硬質粒
子分散型の耐摩耗性鉄基焼結合金とし、とくに安価で高
性能のバルブシート材に適する焼結合金とするが、この
とき、硬質粒子が５％未満であると、十分な耐摩耗性を
得ることができないので、５％以上とする。そして、こ
の硬質粒子の添加！−にが多くなると、その添加ｈ）に
応じて耐摩耗性は向−トするが、２０％よりも多くなる
と硬質粒子の添加に見合うだけの耐摩耗性改りの効果が
少なくなり、コスト高になると共に材質が硬くかつ脆く
なるため強度および加１性の面で問題が生じる。また、
硬質粒子の賃が多くなるほど相手材に対する攻撃性が大
きくなり、例えばエンジンバルブシート素材として使用
した場合に相手バルブを摩耗させる傾向が大きくなり、
総合的に見た場合に好ましくない、したがって、Ｎｉ−
Ｃ−Ｆｅ系合金基地中に分散含有させる硬質粒子は５〜
２０％の範囲とする必要がある。 この発明に係る耐摩耗性鉄基焼結合金において、合金基
地中に分散含有させる硬質粒子とじては、Ｍｏが５５〜
７０％、Ｃが０．１％以下、残部がＦｅおよび不純物よ
りなるＦ　ｅ　−Ｍ　ｏ系硬質粒子＝３〜１５％を必須
成分とし、Ｃｒが５０〜５７％、Ｃｏが８〜１２％、Ｍ
ｏが１８〜２２％、Ｃがｏ、ｔ−１，４％、残部がＦｅ
および不純物よりなるＣｒ−Ｃｏ−Ｍｏ系硬質粒子およ
びＣｒが２７〜３３％、Ｃｏが８〜１２％、Ｗが２２〜
２８％、Ｃが１．７〜２．３％、残部がＦｅおよび不純
物よりなる０ｒ−Ｃｏ−Ｗ系硬質粒子のうちの１種また
は２種：２〜１５％を選択成分とし、前記必須成分と選
択成分との合計で合金基地中に５〜２０％分散含有して
いるものとするのがより望ましい。 これらのうち、実施態様において必須成分であるＦ　ｅ
　−Ｍ　ｏ系硬質粒子は、分散強化による耐摩耗性向上
の効果が著しく大きく、特に２５０”Ｃ以上の高温域で
の耐摩耗性の改善に効果がある。また、選択成分である
Ｃｒ−Ｃｏ−Ｍｏ系硬質粒子およびＣｒ−Ｃｏ−Ｗ系硬
質粒子は、分散強化と共に、焼結時に硬質粒子から合金
元素が拡散することにより当該硬質粒子の周囲に高合金
相を生成させ、高温域での耐摩耗性向上の効果は前記Ｆ
ｅ−Ｍ−ｏ系硬質粒子に劣るものの、２５０℃以下の低
温域では優れた耐ＩｔＩ！耗性改にの効果がある。 ところで、自動車エンジンにおけるバルブシートでは、
低温から高温までの幅広い温度域での耐摩耗性を實求さ
れるので、硬質粒子の特性を考慮して上記各硬質粒子を
複合添加することが必要となってくる。しかし、一般に
バルブシートの温度が低い場合には、エンジンの回転数
も低く、バルブシートの摩耗も少ないので、高温域での
耐摩耗性を重視する必要があり、そのための硬質粒子と
してはＦ　ｅ　−Ｍ　ｏ系硬質粒子を使用するのがよい
。 上記したより好ましい硬質粒子において。 Ｆｅ−Ｍｏ系硬質粒子が３％未満であると耐ｙＩ！耗性
改Ｈの効果が十分でなく、また、Ｆ　ｅ　−Ｍ　ｏと基
地金属との接合強度が弱いため１５％を超過すると材料
強度が低下するので好ましくない、したかって、必須成
分としてのＦ　ｅ　−Ｍ　ｏ系硬質粒子の量は３〜１５
％とするのが好ましい。 一方１選択成分であるＣｒ−Ｃｏ−Ｍｏ系硬質粒子およ
びＣｒ−Ｇｏ−Ｗ系硬質粒子の１種または２種の合計が
２％未満であると耐摩耗性改にの効果が十分でなく、ま
た１５％を超過すると硬質粒子からの合金元素の拡散に
より生ずる高合金フェライト相が多くなり過ぎ、高温域
での耐ｆｆｊｆｉ性が劣化する。この高合金フェライト
相による耐摩耗性の劣化は炭素量の調節によって改みで
きるが、材料が硬くなって加工しずらくなるのであまり
好ましくない、したがって、Ｃｒ−Ｃｏ−Ｍ。 系硬質粒子およびＣｒ−Ｃｏ−Ｗ系硬質粒子の１種また
は２種の合計は２〜１５％とすることが好ましい、この
Ｃｒ−Ｃｏ−Ｍｏ系硬質粒子およびＣｒ−Ｃｏ−Ｗ系硬
質粒子はほぼ同様の効果をもつので、いずれか１種から
なるもの、あるいは２種を任意の割合で混合したものを
適宜使用することができる。 （実施例） 次に、この発明に係る硬質粒子分散型の耐庁耗性鉄基焼
結合金の実施例を比較例とともに説明する。 粒度分布が１５０〜２００メツシユにピークをもつ純度
９８％以上の純鉄粉に、３２５メツシユアンダーのカル
ボニルニッケル粉および黒鉛粉、粒度分布が１５０〜２
００メツシユにピークをもつ６１％Ｍ　ｏ　−０、０２
％Ｃ−ＦｅよりなるＦ　ｅ　−Ｍ　ｏ系合金粉、粒度分
４１が１５０〜２００メツシユにピークをもつ５３％Ｃ
ｒ−９％Ｃｏ−１９５Ｍｏ−１，１％Ｃ−Ｆｅよりなる
Ｃｒ−Ｃｏ　−Ｍ　ｏ系合金粉、および粒度分布が１５
０〜２００メツシユにピークをもつ２９％Ｃｒ−１０％
Ｃｏ−２５％Ｗ−１，９％Ｃ−ＦｅよりなるＣｒ−Ｃｏ
−Ｗ系合金粉を、焼結後に第１表に示した成分組成（第
１表のＮｏ、　　１は比較例、Ｎｏ。 ２〜７は実施例）が得られるように適宜秤量して配合し
、さらに、各配合粉末に、金型成形の際における型抜け
を良好なものするために潤滑剤としてステアリン酸亜鉛
を０．６％それぞれ添加混合し、各混合粉をそれぞれプ
レスにて７Ｔｏｎ／ｃｍ２の成形圧力で成形し、得られ
た各成形体を６５０″Ｃで１時間加熱保持して脱ろうし
た後、１１５０℃で１時間焼結して９００℃まで炉冷し
、９００℃よりガス冷却し、さらに５５０°Ｃでの焼鈍
を施すことによって供試合金を作成した。 このようにして作成した各供試合金を所定の寸法に加工
した後、単体摩耗試験を行うことによってバルブシート
材としての適正を評価した、この評価試験に際しては、
排気側バルブシートの使用条件を想定して、第２表に示
す条件で行った。この結果を第１表および第１図に示す
。 第　　２　　表 第１表および第１図に示した結果より明らかなように、
硬質粒子を分散含有させないＮ００１の焼結合金は、バ
ルブシートの摩耗量が著しく多くなっており、バルブは
酸化物等の付着を生じていて摩耗は起っていなかった。 また、Ｆ　ｅ　−Ｍ　。 系合金のみを含有させたＮｏ、　２の焼結合金は、２５
０℃以上の高温域での耐摩耗性はかなり良好であるもの
の、２５０℃以下の低温域での耐摩耗性は低下する傾向
がみられた。さらに、Ｃｒ−Ｃｏ　−Ｍ　ｏ系合金ある
いはＣｒ−Ｃｏ−Ｗ系合金のみを含有させたＮｏ、　３
　、４の焼結合金は、低温域での耐斤耗性は良好である
ものの、高温域での耐摩耗性の向上は少なかった。 これに対して、Ｆ　ｅ　−Ｍ　ｏ系合金を必須成分とし
、かつＣｒ−Ｃｏ−Ｍｏ系合金およびＣｒ−Ｃｏ−Ｗ系
合金の１種または２種を、選択成分として、それぞれ適
量含有させたＮｏ、　５　、６　、７の焼結合金では、
低温域および高温域の全温度域で著しく優れた耐摩耗性
を有していることが確かめられた。

【発明の効果】

以上説明してきたように、この発明に係る耐摩耗性鉄基
焼結合金は、重量％で、Ｎｉが６〜１４％、Ｃが０．８
〜２．０％、残部がＦｅおよび不純物よりなる合金基地
中に、硬質粒子が５〜２０％分散含有しており、高合金
フェライト相、ベイナイト相、パーライト相および硬質
粒子が混在する金属組織を有しているものであるから、
自己の耐摩耗性に優れていると共に相手材に対する攻撃
性も小さく、２５０°Ｃ以下の低温域および２５０℃以
上の高温域のいずれの温度域においてもｍ摩耗性が良好
であり、特に高出力型自動車エンジンのバルブシート等
の素材として好適な安価で１１つ高性能の焼結合金であ
るという非常に優れた効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例における各供試合金単体摩耗
試験結果を示すグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で、Ｎｉが６〜１４％、Ｃが０．８〜２．
   ０％、残部がＦｅおよび不純物よりなる合金基地中に、
   硬質粒子が５〜２０％分散含有しており、高合金フェラ
   イト相、ベイナイト相、パーライト相および硬質粒子が
   混在する金属組織を有していることを特徴とする硬質粒
   子分散型耐摩耗性鉄基焼結合金。
2. （２）硬質粒子は、Ｍｏが５５〜７０％、Ｃが０．１％
   以下、残部がＦｅおよび不純物よりなるＦｅ−Ｍｏ系硬
   質粒子：３〜１５％を必須成分とし、Ｃｒが５０〜５７
   ％、Ｃｏが８〜１２％、Ｍｏが１８〜２２％、Ｃが０．
   １〜１．４％、残部がＦｅおよび不純物よりなるＣｒ−
   Ｃｏ−Ｍｏ系硬質粒子およびＣｒが２７〜３３％、Ｃｏ
   が８〜１２％、Ｗが２２〜２８％、Ｃが１．７〜２．３
   ％、残部がＦｅおよび不純物よりなるＣｒ−Ｃｏ−Ｗ系
   硬質粒子のうちの１種または２種：２〜１５％を選択成
   分とし、前記必須成分と選択成分との合計で合金基地中
   に５〜２０％分散含有していることを特徴とする特許請
   求の範囲第（１）項に記載の硬質粒子分散型耐摩耗性鉄
   基焼結合金。