KR0127658B1 - 내마모성 우수한 철(Fe)기 소결합금제 밸브가이드부재 - Google Patents

Abstract

내연기관의 밸브가이드부재를 중량%로써 C : 1∼4%, Cu : 1.5∼6%, P : 0.1∼0.8% 를 함유하고, 또한 필요에 따라서 Mo : 0.05∼1%를 함유하며, 나머지가 Fe와 불가역불순물로 이루어지는 조성 및 펄라이트를 주체로 한 소지에, 경질의 Fe-C-P 화합물과 유리흑연 또는 Mo를 함유하는 경우에는 경질의 Fe-C-P 화합물과 탄화물과 유리흑연이 분산분포하고, 또한 상기한 유리흑연중에는 입경이 70∼500㎛의 조대 유리흑연이 전체 점유하는 비율이 0.5∼10면적% 존재하는 조직을 보유하여 우수한 내마모성을 발휘하는 철기소결합금으로 구성된다.

Description

내마모성 우수한 철(Fe)기 소결합금제 밸브가이드 부재

본 발명은 우수한 내마모성을 나타내는 내연기관의 구조부재의 하나인 철(Fe)기 소결합금제 밸브가이드부재에 관한 것이다. 종래 내연기관의 밸브가이드부재로서 많은 철기소결합금이 적용되고 있는 것이 넓게 알려져 있다. 근래에 내연기관의 고출력화와 고속화는 놀랍게 발전되어 왔고, 이것에 따라서 구조부재의 사용조건은 한층 더 가혹해져 왔다. 특히 이와같은 구조부재에는 밸브가이드부재에 형성된 중앙공에 접동가능하게 장치되어서 왕복운동하는 흡기밸브나 배기밸브를 가이드하는 가이드부재가 있고, 그 가이드부재는 밸브가이드부재의 중앙공과 밸브(밸브대)와의 사이에서 심한 마찰을 받기 때문에, 보다 한층 내마모성의 향상이 요구되지만, 종래의 많은 철기소결합금제 밸브가이드부재는 이것에 대응할 수 있는 충분한 내마모성을 보유하고 있지 않은 것이 현상이다.

본 발명의 목적은 내마모성에 우수한 내연기관의 철기소결합금제 밸브가이드부재를 제공하는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해서, 본발명은 내연기관의 밸브가이드부재를 중량%(이하 %는 중량%를 표시한다)C : 1∼4%, Cu : 1.5∼6%, P : 0.1∼0.8%를 함유하고, 또한 필요에 따라서 Mo : 0.05∼1%를 함유하며, 나머지가 Fe와 불가역물순물로 이루어지는 조성 및 펄라이트를 주체로 한 소지에, 경질의 Fe-C-P 화합물과 유리흑연 또는 Mo를 함유하는 경우에는 경질의 Fe-C-P 화합물과 탄화물과 유리흑연이 분산 분포하고, 또한 상기한 유리흑연중에는 입경이 70∼500㎛의 조대유리흑연이 전체 점유하는 비율이 0.5∼10면적% 존재하는 조직을 보유하는 철기소결합금으로 구성된다. 본 발명의 상기한 것 및 다른 목적, 특징 및 장점을 다음의 상세한 설명에서 보다 자세하게 설명된다.

본 발명자등은 상술한 바와같은 관점에서, 가혹한 조건하에서 우수한 내마모성을 발현하는 철기소결합금제 밸브가이드부재를 개발하기 위해서 연구를 한 결과, 내연기관의 밸브가이드부재를 중량%로(이하 %는 중량%를 표시한) C : 1∼4%, Cu : 1.5∼6%, P : 0.1∼0.8%를 함유하고, 또한 필요에 따라서 Mo : 0.05∼1%를 함유하며, 나머지가 Fe와 불가역불순물로 이루어지는 조성 및 펄라이트를 주체로 하는 소지에, 경질의 Fe-C-P 화합물과 유리흑연이 분산분포되거나 또한 Mo를 함유하는 경우에는 경질의 Fe-C-P 화합물과 유리흑연 및 탄화물이 분산분포되고, 또한 상기한 유리흑연중에는 입경이 70∼500㎛의 조대유리흑연이 전체에 점유하는 비율로써 0.5∼10면적% 존재하는 조직을 보유하는 철기소결합금으로 구성되면, 이 결과 철기소결함금제 밸브가이드부재는 상기한 경질의 Fe-C-P 화합물 또는 이것과 탄화물에 의한 경도향상과 상기한 유리흑연, 특히 상기한 조대유리흑연에 의한 자기윤활효과가 개선되어서 한층 더 우수한 내마모성을 나타낸다고 하는 연구결과를 얻었다.

본 발명은 상기한 연구결과에 의거한 것으로, 본 발명의 밸브가이드부재를 구성하는 철기소결합금의 성분조성 및 조직을 상기한 바와같이 한정한 이유를 설명한다.

(A) 성분조성

(a) C

C성분은 소지의 펄라이트를 형성하며, 이것을 강화하는 것 외에 경질의 Fe-C-P 화합물을 형성하고, 또 Mo를 함유하는 경우에는 탄화물을 형성하여 경도를 향상시켜서 내마모성이 한층 더 향상되는 작용을 하지만, 그 함유량이 1% 미만에서는 상기한 작용에 소망한 효과를 얻을 수 없고, 그 함유량이 4%를 초과하면 급격한 포화가 일어나서 소망한 강도유지가 곤란하게 되므로, 그 함유량은 1∼4%, 바람직하게는 1.5∼3%로 한다.

(b) Cu

Cu성분은 소지에 고용(固溶)하여 그것을 강화하는 것 외에, 펄라이트소지를 안정화시키는 작용이 있지만, 그 함유량이 1.5% 미만에서는 상기한 작용에 소망하는 효과를 얻을 수 없고, 그 함유량이 6%를 초과해도 상기한 작용에서 보다 더 상승된 효과를 나타낼 수 없으며, 오히려 포화경향이 나타나므로 그 함유량을 1.5∼6%, 바람직하게는 2∼4%로 한다.

(c) P

P성분은 소결성을 개선하고 또 강도를 향상시키는 것 이외에, 상기한 바와같이 경질의 Fe-C-P 화합물을 형성하여 유리흑연과의 공존에 있어서 내마모성을 향상시키는 작용을 하지만, 그 함유량이 0.1% 미만에서는 상기한 작용에 소망한 효과를 얻을 수 없고, 그 함유량이 0.8%를 초과하면, 소지가 경화되어 조대한 Fe-C-P 화합물이 석출되어서 피삭성(被削性)이 악화되며 상수공격성(相手攻擊性)도 증대되므로, 그 함유량은 0.1∼0.8%, 바람직하게는 0.3∼0.4%로 한다.

(d) Mo

Mo성분은 소지에 고용하고 그것을 강화하는 것 이외에, 탄화물을 형성하여 경도를 한층 더 향상시키며, 내마모성의 향상에 기여하는 작용을 하므로 필요에 따라서 함유되며, 그 함유량이 0.05% 미만에서는 상기한 작용에 소망한 효과를 얻을 수 없고, 그 함유량이 1%를 초과하면 피삭성이 저하되므로, 그 함유량을 0.05∼1%, 바람직하게는 0.2∼0.6%로 한다.

(B) 조대유리흑연

일반에 분말야금법에 의해 유리흑연분산형 철기소결함금을 제조할 때에, 원료분말로서 사용되는 흑연분말은 200메시(mesh) 이하의 입도를 가지는 것을 사용하는 것이 보통이며, 이 경우 철기소결합금의 소지에 분산분포하는 유리흑연은 평균입경이 30㎛이하의 입경을 보유하도록 하는 것으로, 본 발명의 철기소결합금에서는 일반에 원료분말로서 사용되고 있는 입도의 흑연분말과, 이것에 가하여 상대적으로 조립한 흑연분말, 즉 200∼30메시의 입도를 가진 흑연분말을 사용하여서, 철기소결합금중에 70∼500㎛의 입경을 보유한 조대유리흑연을 0.5∼10면적%의 비율로 분산분포시키는 것이다. 이들 조대유리흑연의 입경 및 비율은 경험적으로 정해진 것으로, 그 입경이 70㎛미만에서도, 그 비율이 0.5면적% 미만에서도 소망하는 우수한 윤활효과를 확보할 수 없고, 그 입경이 500㎛를 초과하면 이것이 파괴의 기점이 되어서 절손하기 쉽게 되며, 또 그 비율이 10면적%를 초과하면 급격하게 강도가 저하되므로 70∼500㎛, 바람직하게는 100∼250㎛의 입경을 보유하는 조대유리흑연의 비율을 0.5∼10면적%, 바람직하게는 1∼5면적%로 한다.

[실시예]

다음에, 본 발명의 밸브가이드부재를 실시예에 의해 구체적으로 설명한다. 원료분말로서, 입도 -80메시의 Fe분말, 입도 -200메시의 탄소(C)분말, 입도200∼30메시의 범위내에서 소정의 입도를 보유하는 조대탄소분말, 입도 -100메시의 Cu분말, 입도 -100메시의 Mo분말, 입도 -150메시의 Fr-27% P합금분말 및 입도 -200메시의 Cu-8% P합금분말을 사용하고, 이것들 원료분말을 각각 표1, 표2에 표시하는 배합조성으로 배합하여 1%의 스테아르산아연을 가하고, V형 믹서로 30분간 혼합한 후, 6톤/㎤의 압력에서 압분체로 프레스성형하고, 이어서 이압분체를 천연가스의 분해가스분위기중에서 온도650℃로 20분간 탈지하고, 계속해서 1050∼1150℃의 범위내의 소정의 온도로 승온하고, 이 온도에서 60분간 유지하여 소결하고, 소결후 다듬질 가공을 실시하므로써, 실질적으로 배합조성과 같은 성분조성을 보유함과 아울러, 어떤것도 펄라이트를 주체로 한 소지에 경질의 Fe-C-P 화합물과 유리흑연 또는 경질의 Fe-C-P 화합물과 탄화물과 유리흑연이 분산분포되며, 또한 70∼500㎛의 입경을 보유한 조대유리흑연이 각각 표 1, 2에 표시하는 비율로 존재하는 조직을 보유하는 철기소결합금으로 구성된 길이 50mm × 외경 12mm × 내경 6.6mm의 본발명 철기소결합금제 밸브가이드부재(이하 본발명 파이프가이드로 한다) No. 1∼24을 각각 제조했다. 또한 비교할 목적으로, 표1에 표시되는 성분조성 및 조대유리흑연의 비율중 어떤것(표1에 *로 표시함)이 본 발명의 범위에서 벗어난 철기소결합금으로 구성된 비료철기소결합금제 밸브가 이드부재(이하 비교밸브가이드로 한다) No. 1∼4를 각각 제조했다.

표중 : C의 괄호내의 숫자는 조대탄소분말의 탄소분말전체에 점유하는 비율을 표시한다. *는 본 발명의 범위를 벗어난 것을 표시한다.

표중 : C의 괄호내의 숫자는 조대탄소분말의 탄소분말전체에 점유하는 비율을 표시한다. 다음에, 얻어진 본 발명의 밸브가이드 No. 1∼11 및 비교밸브가이드 No. 1∼4에 있어서, 이것을 배기량2000cc의 DOHC형 엔진의 알루미늄주물제 실린더헤드의 배기측으로 압입하여 부착하고, 내경의 다듬짐가공을 실시한 상태에서, 연료로서 무연가솔린을 사용하여 회전수 6000rpm으로 500시간 회전의 조건으로, 또는 본 발명의 밸브가이드 No. 12 ∼24에 있어서는 이것을 같게 배기량 2000cc의 DOHC형 엔진의 알루미늄주물제 실린더헤드의 배기측으로 압입하여 부착하고, 내경의 다듬짐가공을 실시한 상태에서, 연료로서 무연가솔린을 사용하여 회전수 6200rpm으로 450시간 회전의 조건에서 실기시험을 실시하여, 밸브시트(seat)측의 끝가장자리로부터 길이방향 5mm의 내면위치까지의 내경을 측정하고, 시험전 내경에 대하여 시험후 내경변화량을 마모량으로서 측정하였다. 이것들의 측정결과를 표1,2에 나타내었다. 표1,2에 나타낸 결과로부터, 본 발명의 밸브가이드 No. 1∼24는 고속으로 장시간 연속운전에도 관계없이 우수한 내마모성을 나타내는 것에 반해서, 비교밸브가이드 No. 1∼4에 보듯이, 이것을 구성하는 철기 소결합금성분조성 및 조대유리흑연의 비율중 어떤것에서도 본발명의 범위를 벗어나면 소망한 우수한 내마모성을 확보할 수 없는 것을 확인하였다. 상기한 바와같이, 본 발명의 철기 소결합금제 밸브가이드부재는 가혹한 조건하에서의 사용에 있어서도 우수한 내마모성을 발휘하여, 내연기관의 고성능화 및 고속화에 충분히 대응할 수 있는 특성을 보유하고 있는 것이다.

Claims (4)

1. 중량%로서 C : 1∼4%, Cu : 1.5∼6%, P : 0.1∼0.8%를 함유하고, 나머지가 Fe와 불가역불순물로 이루어지는 조성 및 펄라이드를 주체로 한 소지에, 경질의 Fe-C-P 화합물과 유리흑연이 분산분포되고, 또한 상기한 유리흡연중에는 입경이 70∼500㎛의 조대유리흑연이, 전체에 점유하는 비율로써 0.5∼10면적% 존재하는 조직을 보유하는 철기 소결합금으로 구성된 것을 특징으로 하는 내마모성에 우수한 철기 소결합급제 밸브가이드부재.
2. 제 1항에 있어서, 중량%로서 C : 1.5∼3%, Cu : 2∼4%를 함유하고, 나머지가 Fe와 불가역불순물로 이루어지는 조성을 보유하며, 입경이 100∼250㎛의 조대유리흑연이, 전체에 점유하는 비율로써 1∼5면적% 존재하는 조직을 보유하는 것을 특징으로 하는 철기 소결합금제 밸브가이드 부재.
3. 중량%로서, C : 1∼4%, Cu : 1.5∼6%, P : 0.1∼0.8%, Mo : 0.05∼1%를 함유하며, 나머지가 Fe와 불가역불순물로 이루어지는 조성 및 펄라이드를 주체로 한 소지에, 경질의 Fe-C-P 화합물과 탄화물 및 유리흑연이 분산분포하고, 또한 상기한 유리 흑연중에는 입경이 70∼500㎛의 조대유리흑연이, 전체에 점유하는 비율로써 0.5∼10면적% 존재하는 조직을 보유하는 철기 소결함금으로 구성된 것을 특징으로 하는 내마모성에 우수한 철기 소결합금제 밸브가이드부재.
4. 제 3항에 있어서, 중량%로서, C :1.5∼3%, Cu : 2∼4%, P : 0.2∼0.4%, Mo : 0.2∼0.6%를 함유하고, 나머지가 Fe와 불가역불순물로 이루어지는 조성을 보유하며, 입경이 100∼250㎛의 조대유리흑연이, 전체에 점유하는 비율로써 1∼5면적% 존재하는 조직을 보유하는 것을 특징으로 하는 철기 소결합금제 밸브가이드부재.