KR100338551B1 - Sintered steel alloy for intake valve seat of internal combustion engine - Google Patents

Sintered steel alloy for intake valve seat of internal combustion engine Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연기관의 흡기밸브시이트용 철계 소결합금에 관한 것으로서, 내연기관의 엔진에 채용되는 것으로 흡기밸브의 개폐시, 상기 밸브와의 기밀성을 유지하여 연소실 내의 열효율을 증진시키기 위한 엔진 밸브시이트에 적용되는 내연기관의 흡기밸브시이트용 철계 소결합금에 있어서, 1.0∼2.0 중량% Cr, 0.2∼8.0 중량% Mo, 1.5∼2.5 중량% Ni, 0.5∼1.5 중량% Cu, 0.4∼1.2 중량% C, 최대 0.5 중량% V 및 나머지는 Fe로 된 조성물로 구성되고, 퍼얼라이트, 템퍼드 마텐사이트 및 니켈 리치 마르텐사이트로 조직화된 기지조직(A,B.C)에 수 미크론 크기의 Cr계 탄화물, Mo계 탄화물 및 V계 탄화물과 수십 미크론 크기를 가진 고경도의 Mo계 경질입자상(D)이 균일하게 분산되어 소결됨으로써 엔진의 고출력화에 대응할 수 있도록 내마모성 및 내열성이 향상되어 배기량별(800cc∼3000cc), 캠샤프트 형식(DOHC, SOHC)별 및 연료별 등의 사용조건에서도 경제적으로 공용화할 수 있는 내연기관의 흡기밸브시이트용 철계 소결합금을 제공한다.The present invention relates to an iron-based small alloy for intake valve seat of an internal combustion engine, which is employed in an engine of an internal combustion engine, and is used in an engine valve seat for maintaining the airtightness with the valve when opening and closing the intake valve to improve thermal efficiency in the combustion chamber. In the iron base alloy for intake valve seat of an internal combustion engine, 1.0 to 2.0 wt% Cr, 0.2 to 8.0 wt% Mo, 1.5 to 2.5 wt% Ni, 0.5 to 1.5 wt% Cu, 0.4 to 1.2 wt% C, Cr-based carbides, Mo-based carbides of several microns in size on substrates (A, BC) composed of up to 0.5% by weight of V and the remainder composed of Fe and composed of pearlite, tempered martensite and nickel rich martensite And V-carbide and tens of micron-sized hard Mo-based particles (D) are uniformly dispersed and sintered to improve wear resistance and heat resistance to cope with high engine output. c-3000cc), an iron-based small alloy for intake valve seat of an internal combustion engine which can be economically used even in use conditions such as camshaft type (DOHC, SOHC) and fuel.

Description

내연기관의 흡기밸브시이트용 철계 소결합금{Sintered steel alloy for intake valve seat of internal combustion engine}Sintered steel alloy for intake valve seat of internal combustion engine}

본 발명은 배기량별(800cc∼3000cc), 캠샤프트 형식(DOHC, SOHC)별 및 연료별 등의 사용조건에 부응하여 어느 조건에서도 공용화할 수 있는 각종 내연기관의흡기밸브용 밸브시이트(valve seat)에 적용되는 것으로 내마모성 및 내열성을 가지는 내연기관의 흡기밸브시이트용 철계 소결합금에 관한 것이다.The present invention provides valve seats for intake valves of various internal combustion engines that can be shared in any condition in accordance with the use conditions such as displacement (800cc to 3000cc), camshaft type (DOHC, SOHC) and fuel. The present invention relates to an iron base alloy for intake valve seat of an internal combustion engine having wear resistance and heat resistance.

일반적으로 엔진에는 혼합가스를 연소실 안으로 흡입하는 흡기밸브와, 연소가스를 외부로 배출시키기 위한 배기밸브가 구비되어 있는데, 밸브시이트는 상기 흡배기밸브의 페이스(face)와 밀착함으로써, 연소실의 압력이 새는 것을 방지하여 완전한 기밀을 유지시켜 주는 부품이다.In general, the engine is provided with an intake valve for sucking the mixed gas into the combustion chamber and an exhaust valve for discharging the combustion gas to the outside. The valve seat is in close contact with the face of the intake and exhaust valve, so that the pressure in the combustion chamber is leaked. It is a component that keeps the airtightness by preventing it.

상기 흡기밸브시이트는 최근의 내연기관이 소형화, 고출력화 됨에 따라 사용압력과 온도의 증가에 대응하는 내마모성ㆍ내열성을 가지는 철계 소결합금으로 이루어진다. 즉, 엔진작동 중에 가속운동을 하고 또한 시간당 수십만 번 개폐운동을 하는 밸브와 되풀이해서 충돌해도 손상되지 않을 정도로 강한 내마모성을 지녀야 하며, 연소실의 고온가스에 장시간 노출된 상태에서도 견뎌야하므로 강한 내열성도 동시에 가져야 한다.The intake valve seat is made of an iron base alloy having wear resistance and heat resistance corresponding to an increase in operating pressure and temperature as the internal combustion engine has become smaller and higher in power. In other words, it must have strong wear resistance that will not be damaged even if it repeatedly collides with the valve which accelerates during engine operation and also opens and closes several hundred thousand times per hour. do.

뿐만 아니라, 종래에 따른 내연기관의 흡기밸브시이트용 철계 소결합금은 배기량별(800cc∼3000cc), 캠-샤프트 형식(DOHC,SOHC) 및 사용연료의 종류 등의 사용조건에 따라 적용재질이 상이하였다.In addition, the conventional iron-based alloy for intake valve seat of the internal combustion engine has a different application material according to the use conditions such as the amount of displacement (800cc ~ 3000cc), cam-shaft type (DOHC, SOHC) and the type of fuel used .

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 엔진의 고출력화에 대응할 수 있도록 내마모성 및 내열성이 향상되어 배기량별(800cc∼3000cc), 캠샤프트 형식(DOHC, SOHC)별 및 연료별 등의 사용조건에서도 경제적으로 공용화할 수 있는 내연기관의 흡기밸브시이트용 철계 소결합금을 제공하는 점에 그 목적이 있다.The present invention was created to improve the above problems, and improved wear resistance and heat resistance to cope with high engine output, such as by displacement (800cc to 3000cc), camshaft type (DOHC, SOHC) and fuel An object of the present invention is to provide an iron-based small alloy for intake valve seat of an internal combustion engine that can be economically used even under operating conditions.

도 1은 본 발명에 따른 내연기관의 흡기밸브시이트용 철계 소결합금의 조직을 확대해 보인 현미경 사진(×200)이고,1 is a micrograph (× 200) showing an enlarged structure of an iron-based small alloy for intake valve seat of an internal combustion engine according to the present invention;

그리고, 도 2는 본 발명에 따른 내연기관의 흡기밸브시이트용 철계 소결합금을 이용한 밸브시이트의 제조방법을 설명하기 위한 플로우-챠트이다.2 is a flow chart for explaining a method of manufacturing a valve sheet using the iron-based small alloy for intake valve sheet of the internal combustion engine according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

A... 퍼얼라이트(perlite) 기지조직A ... Perlite organization

B... 템퍼드 마르텐사이트(tempered martensite) 기지조직B ... Tempered Martensite Base Organization

C... 니켈 리치 마르텐사이트(Ni-rich martensite) 기지조직C ... Nickel Rich Martensite Base Structure

D... Mo계 경질입자상(hard phase)D ... Mo hard phase

E... 터어빈유 함유기공E ... Turbine-containing pores

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 내연기관의 흡기밸브시이트용 철계 소결합금은 내연기관의 엔진에 채용되는 것으로 흡기밸브의 개폐시, 상기 밸브와의 기밀성을 유지하여 연소실 내의 열효율을 증진시키기 위한 엔진 밸브시이트에 적용되는 내연기관의 흡기밸브시이트용 철계 소결합금에 있어서, 1.0∼2.0 중량% Cr, 0.2∼8.0 중량% Mo, 1.5∼2.5 중량% Ni, 0.5∼1.5 중량% Cu, 0.4∼1.2 중량% C, 최대 0.5 중량% V 및 나머지는 Fe로 된 조성물로 구성되고, 퍼얼라이트, 템퍼드 마텐사이트 및 니켈 리치 마르텐사이트로 조직화된 기지조직에 수 미크론 크기의 Cr계 탄화물, Mo계 탄화물 및 V계 탄화물과 수십 미크론 크기를 가진 고경도의 Mo계 경질입자상이 균일하게 분산되어 소결된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the iron-based small alloy for intake valve seat of an internal combustion engine according to the present invention is employed in an engine of an internal combustion engine, and maintains airtightness with the valve when opening and closing an intake valve, thereby improving thermal efficiency in the combustion chamber. In the iron-based small alloy for intake valve seat of an internal combustion engine applied to an engine valve seat, 1.0 to 2.0 wt% Cr, 0.2 to 8.0 wt% Mo, 1.5 to 2.5 wt% Ni, 0.5 to 1.5 wt% Cu, 0.4 Cr-based carbides of several microns in size, Mo-based, composed of a composition consisting of Felite, Tempered Martensite and Nickel Rich Martensite, consisting of -1.2 wt% C, up to 0.5 wt% V, and the remainder in Fe Carbide and V-based carbide and Mo-based hard particle phase of several tens of microns in size is uniformly dispersed and sintered.

본 발명에 따르면, 상기 조성물에 2.0 중량% 이하의 MnS이 더 부가되는 것이 바람직하다.According to the present invention, it is preferred that further 2.0% by weight or less of MnS is added to the composition.

여기서, 소결체의 기공에는 가공성 향상을 위한 터어빈유가 함유된 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the pores of the sintered compact contain turbine oil for improving workability.

따라서, 본 발명에 따른 내연기관의 흡기밸브시이트용 철계 소결합금을 이용하여 흡기밸브시이트에 적용할 경우에는 엔진의 고출력화에 대응할 수 있도록 내마모성 및 내열성이 향상되어 배기량별(800cc∼3000cc), 캠샤프트 형식(DOHC, SOHC)별 및 연료별 등의 사용조건에서도 경제적으로 공용화할 수 있는 점에 그 특징이 있다.Therefore, when applied to the intake valve sheet using the iron-based small alloy for intake valve seat of the internal combustion engine according to the present invention, the wear resistance and heat resistance is improved to cope with the high output of the engine, according to the displacement amount (800cc ~ 3000cc), cam It is distinguished by the fact that it can be economically used even in the use conditions such as shaft type (DOHC, SOHC) and fuel.

이러한 특징을 가진 본 발명에 따른 내연기관의 흡기밸브시이트용 철계 소결합금을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.With reference to the accompanying drawings, the iron-based small alloy for intake valve seat of the internal combustion engine according to the present invention having such characteristics will be described in detail.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 내연기관의 흡기밸브시이트용 철계 소결합금은 내연기관의 엔진에 채용되어 흡기밸브의 개폐시, 상기 밸브와의 기밀성을 유지하여 연소실 내의 열효율을 증진시키기 위한 엔진의 흡기용 밸브시이트에 적용가능하다.As shown in Figure 1, the iron-based small alloy for intake valve seat of the internal combustion engine according to the present invention is employed in the engine of the internal combustion engine to maintain the airtightness with the valve when opening and closing the intake valve to improve the thermal efficiency in the combustion chamber It is applicable to the valve seat for intake of the engine.

이에, 상기 철계 소결합금은 1.0∼2.0 중량% Cr, 0.2∼8.0 중량%, 1.5∼2.5 중량% Ni, 0.5∼1.5 중량% Cu, 0.4∼1.2 중량% C, 최대 0.5 중량% V 및 나머지는 Fe로 된 조성물로 구성되며, HRB 80∼110의 표면경도와, 6.4∼7.0g/cc의 밀도를 가진다.Thus, the iron-based small binder is 1.0 to 2.0 wt% Cr, 0.2 to 8.0 wt%, 1.5 to 2.5 wt% Ni, 0.5 to 1.5 wt% Cu, 0.4 to 1.2 wt% C, the maximum 0.5 wt% V and the rest is Fe It is composed of a composition consisting of, has a surface hardness of HRB 80 to 110, and a density of 6.4 to 7.0 g / cc.

조직부위별로 본 상기 철계 소결합금은 mHv(100g) 200∼400의 미세경도를 가진 퍼얼라이트(perlite), mHv(100g) 350∼550의 미세경도를 가진 템퍼드 마르텐사이트(tempered martensite) 및 니켈 리치 마르텐사이트(Ni-rich martensite) 기지조직의 기지조직(A,B,C)에 수 미크론 크기의 Cr계 탄화물, Mo계 탄화물 및 V계 탄화물과 mHv(100g) 1000∼1500의 미세경도를 갖는 수십 미크론 크기의 고경도 Mo계 경질입자상(hard phase)(D)이 균일하게 분산된조직을 갖는다.The iron-based small-bonded alloys, which are seen by tissue region, are composed of perlite having a microhardness of 200 to 400 mHv (100 g), tempered martensite and nickel rich having a microhardness of 350 to 550 mHv (100 g). A few microns of Cr-based carbides, Mo-based carbides and V-based carbides with mHv (100 g) in the base structures (A, B, C) of the martensite (Ni-rich martensite) matrix Micron sized hard Mo-based hard phase (D) has a uniformly dispersed structure.

이와 더불어, 상기 조성물에는 가공성 향상제로서 기계가공시 피삭성을 좋게 하기 위한 2.0 중량% 이하의 MnS이 더 부가되는 것이 바람직하다. 이는 본 발명의 소결합금이 내마모성과 피삭성이 매우 중요시 되는 밸브시이트에 적용되므로 상기 MnS의 첨가에 따라 그러한 요구 특성을 만족시키는 우수한 밸브시이트의 소재로서활용할 수 있다. 그리고, 본 발명에 따른 철계 소결합금에 있어서, 소결체의 기공(E)에는 기계가공성 향상 및 발청방지를 위한 오일 예컨데, 터어빈유가 함유되어 있다.In addition, it is preferable that MnS of 2.0% by weight or less is further added to the composition to improve machinability during machining as a workability improving agent. This can be utilized as the material of the excellent valve sheet which satisfies such a required characteristic according to the addition of the MnS since the small alloy of the present invention is applied to a valve sheet where wear resistance and machinability are very important. In the iron-based small alloy alloy according to the present invention, the pores (E) of the sintered compact contain oil, for example, turbine oil, for improving machinability and preventing corrosion.

이 철계 소결합금으로 흡기밸브시이트를 제조하게 되면 내마모성 및 내열성이 우수하여 배기량별(800cc∼3000cc), 캠샤프트 형식(DOHC, SOHC) 및 연료별 등의 사용조건에 부응하여 공용화할 수 있게 된다.When the intake valve sheet is manufactured from the iron-based small alloy, it is excellent in wear resistance and heat resistance, and can be shared in accordance with the use conditions such as displacement (800cc to 3000cc), camshaft type (DOHC, SOHC) and fuel.

상기 조성물에 대한 효과와 그 조성한정의 이유를 상세히 설명하면 다음과 같다.When explaining the effect of the composition and the reason for the composition limitation in detail as follows.

Cr은 C와 함께 탄화물인 경질입자를 석출하고, 석출된 경질입자는 상기 기지조직에 군일하게 분산되어 내마모성과 내열성을 향상시킨다. 그 첨가량이 1.0 중량% 미만이면 석출입자의 미약함으로 인해 내마모성 및 내열성이 떨어지고, 2.0 중량%를 초과할 경우에는 석출입자의 과다로 인해 기지가 취화되어 상기의 효과를 기대할 수 없으며, 강도의 저하 및 상대재인 밸브의 마모를 촉진시킬 우려가 있다. 따라서, 상기 Cr의 바람직한 첨가량은 1.0∼2.0 중량%의 범위로 한정한다.Cr precipitates hard particles that are carbide together with C, and the precipitated hard particles are dispersed in the matrix structure to improve wear resistance and heat resistance. If the added amount is less than 1.0% by weight, the wear resistance and heat resistance are poor due to the weakness of the precipitated particles, and when the amount is more than 2.0% by weight, the substrate is embrittled due to the excessive amount of the precipitated particles, and the above effect cannot be expected, There is a risk of promoting the wear of the valve, which is a counterpart. Therefore, the preferable addition amount of the said Cr is limited to the range of 1.0-2.0 weight%.

Mo은 C와 함께 탄화물을 형성하게 되어 우수한 내마모성과 내열성을 얻게 되며, 기지 중에 확산되어 고온안정성에 기여한다. 또한, 마르텐사이트의 기지조직에 대하여 인성을 향상시키는 효과가 있다. 그 함량이 0.1 중량% 미만이면 석출입자의 미약으로 내마모성이 떨어지게 되고, 0.6 중량%를 초과하면 기지조직이 취약하게 되어 기계가공성이 저하됨으로 인해 증진된 효과를 기대할 수 없게 된다. 따라서 그 함량은 0.2∼0.6 중량%로 범위를 한정하는 것이 바람직하다.Mo forms carbide with C to obtain excellent abrasion resistance and heat resistance, and diffuses in the base to contribute to high temperature stability. In addition, there is an effect of improving the toughness of the matrix structure of martensite. If the content is less than 0.1% by weight, the wear resistance of the precipitated particles are reduced, and if the content exceeds 0.6% by weight, the matrix structure becomes weak, and thus, the enhanced effect cannot be expected due to the decrease in the machinability. Therefore, the content is preferably limited to 0.2 to 0.6% by weight.

Ni은 Cr과 함께 기지조직에 확산 고용되어 내열성 및 고온특성을 향상시킨다. 이에, 함량이 1.5 중량% 미만이면 상기 효과가 미약하고, 2.5 중량%를 초과하면 기지조직의 전체가 마르텐사이트로 변화되어 필요이상 경도가 커지고, 기계 가공성이 저하된다. 이와 함께, 상기 Ni은 고가의 금속으로서 경제적으로 불리한 면이 있다. 따라서, 그 함량은 1.5∼2.5 중량%인 것이 바람직하다.Ni diffuses and solidifies into the base structure together with Cr to improve heat resistance and high temperature characteristics. Therefore, if the content is less than 1.5% by weight, the above effect is insignificant, and if the content exceeds 2.5% by weight, the entire structure of the matrix is changed to martensite, thereby increasing the hardness more than necessary, and the machinability deteriorates. Along with this, Ni is an expensive metal, which is economically disadvantageous. Therefore, the content is preferably 1.5 to 2.5% by weight.

Cu는 기지에 고용되어 강도를 개선시키는 것으로서 열전도성이 우수하기 때문에 고온 작동시에 열하중이 격감되고, 소결된 밸브시이트의 우연성이 향상된다. 또한, 소결과정에서 Fe 중에 고용되어 냉각시 기지에 미세 석출됨으로써 내마모성 향상에 기여하기도 한다. 그 함량이 0.5 중량% 미만이면, 기지에 고용되는 양이 미흡하여 상기의 효과를 기대할 수 없고, 4.0 중량%를 초과하면 일부 미고용 입자잔존으로 조직이 불균일하게 되며 치수변화도 동일한 현상을 나타냄에 따라 치수관리가 어렵게 된다. 따라서, Cu 함량은 0.5∼4.0 중량%의 범위로 한정한다.Since Cu is solid-solution in the base and improves strength, it is excellent in thermal conductivity, so that the thermal load is reduced during high temperature operation, and the coincidence of the sintered valve sheet is improved. In addition, by solid solution in Fe during the sintering process to fine precipitate on the base during cooling contributes to the improvement of wear resistance. If the content is less than 0.5% by weight, the amount of the solid solution to the base is not enough to expect the above effects, if the content exceeds 4.0% by weight unstructured particles due to the remaining unemployed particles, the dimensional change also shows the same phenomenon Therefore, dimension management becomes difficult. Therefore, Cu content is limited to the range of 0.5-4.0 weight%.

C는 다른 원소와 탄화물을 형성하여 기지에 확산됨으로써 재료의 강도 및 경도의 향상에 따른 내마모성을 향상시키고, Fe 기지에 고용된 C는 기지의 강도를 향상시키게 된다. 그 함량이 0.4 중량% 미만이면 기지금속에 퍼얼라이트와 함께 페라이트가 과다형성되므로 기지가 연화하여 강도와 내마모성이 저하된다. 반면, 1.2 중량%를 초과하면 퍼얼라이트에 소요되고 남은 탄소가 망상(network) 구조의 시멘타이트를 형성하여 기지조직을 취약하게 한다. 따라서, 그 함량은 0.4∼1.2 중량%로 한정하는 것이 바람직하다.C forms carbide with other elements and diffuses to the base, thereby improving wear resistance according to the improvement of the strength and hardness of the material, and C dissolved in the Fe base improves the strength of the matrix. If the content is less than 0.4% by weight, ferrite is excessively formed together with the ferrite in the base metal, so that the base is softened, thereby reducing the strength and wear resistance. On the other hand, if the content exceeds 1.2% by weight, the carbon remaining in the pearlite forms cementite having a network structure, thereby weakening the matrix structure. Therefore, the content is preferably limited to 0.4 to 1.2% by weight.

V는 소량 첨가함으로써 결정립을 미세화하여 인성을 증대시킴과 동시에 템퍼링시 인화저항을 증대시킨다. 특히, 강력한 탄화물이 형성되어 기지에 분산되고 그러므로써 분산강화를 일으켜 내마모성을 증대시키고, 또한, 고온에서의 안정성에 기여한다. 그 함량이 0.5 중량%를 초과하면 기계가공성 및 경제적인 면에서 바람직하지 못하다.By adding a small amount of V, the crystal grains are refined to increase toughness and at the same time to increase the print resistance at the time of tempering. In particular, strong carbides are formed and dispersed at the base, thereby causing dispersion strengthening to increase wear resistance and contribute to stability at high temperatures. If the content exceeds 0.5% by weight, it is undesirable in terms of machinability and economics.

가공성 향상제로서의 MnS는 고온에서도 화합물로서 안정되기 때문에 소결 후 MnS의 형태로 소결체중에 잔류하여 기계가공시 피삭성이 좋은 소결체를 얻을 수 있으나, 그 함량이 2.0 중량% 초과하면 기지가 취화하여 상기의 효과가 저하된다.Since MnS as a workability enhancer is stable as a compound even at high temperatures, it can remain in the sintered body in the form of MnS after sintering to obtain a sintered body with good machinability during machining. Is lowered.

경질입자상으로 첨가된 Mo계 경질입자상(D)은 수십 미크론의 크기로서 미세경도 mHv(100g) 1000∼1500을 갖으며, 상온에서 내마모성이 우수한 고경도의 경질입자상으로서 밸브의 하중을 받아 기지로 전파시켜 주는 역할을 한다. Mo계 경질입자상(D) 자체의 조성은 60.0∼65.0 중량% Mo와, 나머지 Fe로 구성된다. 조성물 전체에서 Mo계 경질입자상(D)이 차지하는 함량은, 조성물 전체에서의 Mo의 성분비를 감안하여 적절히 설정하면 된다. 참고로, Mo계 경질입자상(D)에 포함되어 있는 Mo성분이 조성물 전체에서 8.0 중량%를 넘어서는 안되며 또한 조성물 전체에는 Mo계 경질입자상(D)에 포함된 Mo성분 이외에 별도의 Mo 단일금속분말 또는 Mo합금분말로서 투입된 Mo성분이 포함된다는 점을 감안할 때, 조성물 전체에서 Mo계 경질입자상(D)이 차지하는 최대 함량은 10.0 중량% 정도로 한정되는 것이 바람직하다.Mo-based hard particle phase (D) added as a hard particle phase has a microhardness mHv (100 g) of 1000 to 1500 in size of several tens of microns, and is a high hardness hard particle phase having excellent abrasion resistance at room temperature. It plays a role. The composition of the Mo-based hard particle phase (D) itself is composed of 60.0 to 65.0 wt% Mo and the remaining Fe. What is necessary is just to set content which the Mo-type hard particle phase (D) occupies in the whole composition in consideration of the component ratio of Mo in the whole composition. For reference, the Mo component contained in the Mo-based hard particle phase (D) should not exceed 8.0% by weight in the whole composition, and the entire Mo composition in addition to the Mo component contained in the Mo-based hard particle phase (D) or In view of the fact that the Mo component added as the Mo alloy powder is included, the maximum content of the Mo-based hard particle phase (D) in the whole composition is preferably limited to about 10.0% by weight.

따라서, 이와 같은 소결합금이 적용된 흡기밸브시이트는 엔진의 고출력화에 대응할 수 있는 우수한 내마모성 및 내열성을 가지며, 배기량별(800cc∼3000cc), 캠-샤프트 형식(DOHC,SOHC) 및 연료별 등의 사용조건에 따라서도 적용재질을 공용화할 수 있으므로 결과적으로는, 생산라인이 단순화되어 원가절감을 초래한다.Therefore, the intake valve seat to which the small alloy is applied has excellent wear resistance and heat resistance to cope with the high output of the engine, and can be used for each displacement (800cc to 3000cc), cam-shaft type (DOHC, SOHC), and fuel. Depending on the conditions, the material can be shared, resulting in a simplified production line resulting in cost savings.

이하, 본 발명에 따른 내연기관의 흡기밸브시이트용 철계 소결합금을 이용한 밸브시이트의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a valve sheet using an iron-based small alloy for intake valve sheet of an internal combustion engine according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2에 도시된 바와 같이, 우선, 엄격한 검사를 거쳐 준비된 조성물 즉, 1.0∼2.0 중량% Cr, 0.2∼8.0 중량% Mo, 1.5∼2.5 중량% Ni, 0.5∼1.5 중량% Cu, 0.4∼1.2 중량% C, 최대 0.5 중량% V 및 나머지는 Fe로 된 원재료 조성물을 배합한다. 상기 혼합되는 원재료 조성물 중에서 Mo의 성분비(0.2∼8.0 중량%)는 Mo 단일금속분말 또는 Mo합금분말의 성분비와, Mo와 Fe로 이루어진 Mo계 경질입자상(D)에 포함된 Mo 성분비를 합한 값이다. 그리고, Fe의 성분비도 Fe 단일금속분말 또는 Fe합금분말의 성분비와, 상기 Mo계 경질입자상(D)에 포함된 Fe 성분비를 합한 값이다.그 후, 이들의 조성물을 혼합기(Double cone)에서 대략 40 분간 균일하게 혼합한다(S1).As shown in FIG. 2, first, a composition prepared through strict inspection, that is, 1.0 to 2.0 wt% Cr, 0.2 to 8.0 wt% Mo, 1.5 to 2.5 wt% Ni, 0.5 to 1.5 wt% Cu, 0.4 to 1.2 wt Blend the raw material composition in% C, up to 0.5% by weight V and the balance Fe. The component ratio of Mo (0.2 to 8.0% by weight) in the mixed raw material composition is the sum of the component ratio of Mo single metal powder or Mo alloy powder and the Mo component ratio contained in Mo-based hard particle phase (D) composed of Mo and Fe. . The component ratio of Fe is also the sum of the component ratios of the Fe single metal powder or the Fe alloy powder and the Fe component ratio contained in the Mo-based hard particle phase (D). Thereafter, these compositions are roughly mixed in a double cone. Mix uniformly for 40 minutes (S1).

그 다음으로, 혼합된 상기 조성물을 정도가 높은 금형을 이용하여 자동성형기로 상온에서 압축성형함으로써 성형체를 형성한다(S2). 여기서의 밀도는 대략 6.8∼7.0g/cc를 이룬다.Next, a molded article is formed by compression molding the mixed composition at room temperature with an automatic molding machine using a high precision mold (S2). The density here is approximately 6.8-7.0 g / cc.

상술한 바와 같은 성형공정(S2)이 완료되면, 상기의 성형체를 용융점 이하의 온도 즉, 일반적인 온도인 1130℃에서 (N2+H2)의 혼합가스 분위기로 소결한다(S3). 이와 같이 하면, 상기 조성물 중의 Cr, Mo, V가 각각 C와 반응하여 수 미크론 크기의 Cr계 탄화물, Mo계 탄화물 및 V계 탄화물이 생성되며, 그 탄화물들과 수십 미크론 크기를 가진 Mo계 경질입자상(D)이 퍼얼라이트, 템퍼드 마르텐사이트 및 니켈 리치 마르텐사이트로 조직화된 기지조직(A,B,C)에 균일하게 분산되게 된다. 한편, 잘 알려진 바와 같이, 상기 소결공정(S3) 중에 생성되는 Cr계 탄화물, Mo계 탄화물 및 V계 탄화물 각각의 생성량은 소결조건에 따라 달라지게 되므로, 소결공정(S3) 중에 생성되는 Cr계 탄화물, Mo계 탄화물 및 V계 탄화물 각각의 성분비를 측정하기는 매우 어려우며, 각 탄화물들의 성분비 자체가 소결합금의 기계적 특성을 크게 좌우하는 것은 아니다. 즉, 소결공정(S3)을 거쳐 형성된 소결체는 그 소결체를 이루는 원소들(Cr, Mo, Ni, Cu, C, V, Fe 등) 각각의 성분비에 의해 기계적 특성이 크게 좌우되며, 그 원소들 각각의 성분비는 각 탄화물들의 생성량과는 관계없이 항상 동일하게 유지되므로, 상기 각 탄화물들의 성분비 자체는 본 발명에 있어서 중요하게 다루어지는 요소는 아니다.이로써, 상기 소결체는 원하는 기계적 특성을 갖게 된다. 여기서, 상기 성형체를 상기 환원성 가스의 분위기에서 소결하는 이유는 제품이 외부와의 환경과 반응하지 않도록 하기 위함이다.When the molding step (S2) as described above is completed, the molded body is sintered in a mixed gas atmosphere of (N 2 + H 2 ) at a temperature below the melting point, that is, a general temperature of 1130 ° C (S3). In this way, Cr, Mo, and V in the composition react with C, respectively, to produce Cr-based carbides, Mo-based carbides, and V-based carbides having a size of several microns, and Mo-based hard particles having a size of several tens of microns. (D) is uniformly dispersed in matrix structures A, B, and C composed of pearlite, tempered martensite and nickel rich martensite. On the other hand, as is well known, since the amount of each of the Cr-based carbide, Mo-based carbide and V-based carbide produced during the sintering process (S3) will vary depending on the sintering conditions, Cr-based carbide produced during the sintering process (S3) It is very difficult to measure the component ratio of each of the carbides, Mo-based and V-based carbides, and the component ratios of the carbides do not significantly influence the mechanical properties of the small alloy. That is, the sintered body formed through the sintering process (S3), the mechanical properties are greatly influenced by the component ratio of each element (Cr, Mo, Ni, Cu, C, V, Fe, etc.) constituting the sintered body, each of the elements Since the component ratio of is always kept the same regardless of the amount of carbides produced, the component ratios of the carbides themselves are not important elements in the present invention. Thus, the sintered body has desired mechanical properties. Here, the reason for sintering the molded body in the atmosphere of the reducing gas is to prevent the product from reacting with the environment of the outside.

다음공정으로는, 상기 소결체를 150∼250℃의 온도로 1∼2시간 동안 열처리 즉, 템퍼링(tempering)을 실시하여 소결시 소결체에 잔류되어 있는 응력을 제거하고, 조직을 연질화시켜 기계가공성을 향상시킨다(S4).In the next step, the sintered body is subjected to heat treatment, that is, tempering, for 1 to 2 hours at a temperature of 150 to 250 ° C. to remove stresses remaining in the sintered body during sintering, and to soften the structure so that the machinability is improved. Improve (S4).

그 다음 공정으로는, 상기 소결체의 가공성 향상 및 발청방지를 위해 소결체에 형성된 기공(E) 안에 오일 예컨데, 터어빈유를 함유시킨다(S5).Next, in order to improve the processability of the sintered body and to prevent rusting, an oil such as turbine oil is contained in the pores E formed in the sintered body (S5).

그 후, 기계가공 및 쇠가시를 제거하기 위한 바렐공정의 후공정을 거침으로써 완성품인 밸브시이트를 얻는다(S6). 상기의 후공정은 소결체를 도면치수와 일치되도록 가공하는 일반적인 공정으로서, 그에 따른 가공방법은 높이치수를 맞추는 높이연마, 외경치수를 맞추는 외경연마, 그리고 상기의 소결체로 된 밸브시이트가 헤드에서 압입성이 용이하게 되도록 하는 면취가공을 수행한다.Thereafter, the valve sheet as a finished product is obtained by going through a post-process of the barrel process for removing the machining and metal bark (S6). The post-process described above is a general process for processing a sintered body to match the drawing dimensions, and the processing method according thereto is a high-polishing to match the height dimension, an outer-polishing to match the outer diameter, and the valve seat of the sintered body is press-fitting in the head. Chamfering is performed to facilitate this.

마지막으로, 상기와 같은 가공 후에 깔쭉깔쭉하게 남은 모서리부의 잔부를 제거하게 되면 본 발명에 따른 철계 소결합금의 밸브시이트 제조가 완료된다.Finally, after removing the remainder of the jagged edge portion after the processing as described above is completed the manufacture of the valve sheet of the iron base alloy according to the present invention.

이와 같이, 제조되는 흡기밸브시이트는 HRB 80∼110의 표면경도를 가지며, mHv(100g) 200∼400의 미세경도를 가진 퍼얼라이트, mHv(100g) 350∼550의 미세경도를 가진 템퍼드 마르텐사이트 및 니켈 리치 마르텐사이트의 기지조직(A,B,C)에 수 미크론 크기의 Cr계 탄화물, Mo계 탄화물 및 V계 탄화물과 mHv(100g) 1000∼1500의 미세경도를 갖는 수십 미크론 크기의 고경도 Mo계 경질입자상(D)이 균일하게 분포됨으로써 조직이 균일화되고 경도, 내마모성 및 내열성이 개선된다.In this way, the manufactured intake valve seat has a surface hardness of HRB 80 to 110, mHv (100 g) of pearlite having a micro hardness of 200 to 400, and tempered martensite having a micro hardness of 350 to 550 mHv (100 g). And several tens of microns of high hardness having microhardness of several microns of Cr-based, Mo-based, and V-based carbides and mHv (100 g) in the matrix structure (A, B, C) of nickel rich martensite. By uniform distribution of the Mo-based hard particle phase (D), the structure becomes uniform and the hardness, abrasion resistance and heat resistance are improved.

지금까지 본 발명에서는 내연기관의 흡기밸브시이트용 철계 소결합금을 흡기밸브시이트에만 적용하여 설명하였지만 이에 한정되는 것이 아니라 충분한 내마모성 및 내열성이 요구되는 다른 부품에도 적용가능하다.In the present invention, the iron-based small alloy for the intake valve sheet of the internal combustion engine is applied to only the intake valve sheet. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention is applicable to other parts requiring sufficient wear resistance and heat resistance.

이상에서의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 내연기관의 흡기밸브시이트용 철계 소결합금은 엔진의 고출력화에 대응할 수 있도록 내마모성 및 내열성이 향상되어 배기량별(800cc∼3000cc), 캠샤프트 형식(DOHC, SOHC)별 및 연료별 등의 사용조건에서도 경제적으로 공용화할 수 있는 점에 그 장점이 있다.As described above, the iron-based small alloy for intake valve seat of the internal combustion engine according to the present invention has improved wear resistance and heat resistance to cope with high engine output, and according to displacement (800cc to 3000cc), camshaft type (DOHC). It is advantageous in that it can be economically used even in the use conditions such as SOHC) and fuel.

Claims (3)

내연기관의 엔진에 채용되는 것으로 흡기밸브의 개폐시, 상기 밸브와의 기밀성을 유지하여 연소실 내의 열효율을 증진시키기 위한 엔진 밸브시이트에 적용되는 내연기관의 흡기밸브시이트용 철계 소결합금에 있어서,In the iron base alloy for intake valve sheet of an internal combustion engine, which is employed in an engine of an internal combustion engine and is applied to an engine valve sheet for maintaining an airtightness with the valve when opening and closing an intake valve, thereby improving thermal efficiency in the combustion chamber. 퍼얼라이트, 템퍼드 마텐사이트 및 니켈 리치 마르텐사이트로 조직화된 기지조직(A,B.C)에 수 미크론 크기의 Cr계 탄화물, Mo계 탄화물 및 V계 탄화물과 수십 미크론 크기를 가진 고경도의 Mo계 경질입자상(D)이 균일하게 분산된 상태의 소결체이며, 상기 소결체를 이루는 성분의 조성비는, 1.0∼2.0 중량% Cr, 0.2∼8.0 중량% Mo, 1.5∼2.5 중량% Ni, 0.5∼1.5 중량% Cu, 0.4∼1.2 중량% C, 최대 0.5 중량% V, 나머지는 Fe로 되어 있고, 상기 소결체에 형성되어 있는 기공(E)에는 가공성 향상을 위한 터어빈유가 함유된 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡기밸브시이트용 철계 소결합금.Cr-based carbides, Mo-based carbides, and V-based carbides of several microns in size and hardened Mo-based hard materials with tens of microns in the matrix (A, BC) organized by pearlite, tempered martensite and nickel rich martensite The sintered compact in which the particulate-form D is disperse | distributed uniformly, The composition ratio of the component which comprises the said sintered compact is 1.0-2.0 weight% Cr, 0.2-8.0 weight% Mo, 1.5-2.5 weight% Ni, 0.5-1.5 weight% Cu , 0.4 to 1.2% by weight C, the maximum 0.5% by weight V, the remainder is Fe, the pores (E) formed in the sintered body contains a turbine oil for improving workability, the intake valve seat of the internal combustion engine Iron-based small bonds. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 조성물에 2.0 중량% 이하의 MnS이 더 부가되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡기밸브시이트용 철계 소결합금.Iron-based small alloy for intake valve seat of the internal combustion engine, characterized in that the addition of more than 2.0% by weight of MnS to the composition. 삭제delete
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