KR100939275B1 - Iron-based sintered alloy valve seat material for an internal combustion engine - Google Patents

Iron-based sintered alloy valve seat material for an internal combustion engine Download PDF

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Abstract

가스 연료용 엔진용으로서 적합하고 내마모성이 우수한 내연기관용 철계 소결 합금제 밸브 시트재를 제안한다. C : 0.3∼1.5%와, Ni, Co, Mo, Cr, V중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 합계 1∼20%를 함유하는 기지상중에, Fe, Mo, Si를 주성분으로 하는 금속간 화합물, Co, Mo, Si를 주성분으로 하는 금속간 화합물, Ni, Mo, Si를 주성분으로 하는 금속간 화합물중 1종 또는 2종 이상을 함유하며, Si : 1 ∼15%, Mo : 20∼60%를 함유하고, Cr, Ni, Co, Fe중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 10∼70%를 함유하고, 잔부 불가피적 불순물로 이루어지는 조성으로, 비커스 경도로 500HV0.1∼1200HV0.1의 경도를 갖는 경질 입자를 질량%로 10∼60% 함유하고, 밀도를 6.7g/㎤ 이상, 압환 강도를 350Mpa 이상의 밸브 시트재로 한다. 이것은 가스 연료 엔진의 환경하에서도 우수한 내마모성을 갖고, 개선된 상대 공격성을 갖는다. 더욱이, 고체 윤활제를 함유하여도 좋다.A valve seat material made of an iron-based sintered alloy for an internal combustion engine suitable for a gas fuel engine and excellent in wear resistance is proposed. C: an intermetallic compound having Fe, Mo, and Si as a main component in a matrix containing 0.3 to 1.5% and 1 to 20% of one or more selected from Ni, Co, Mo, Cr, and V in total 1 or 2 or more types of the intermetallic compound whose main components are, Co, Mo, and Si, and the intermetallic compound which has Ni, Mo, and Si as a main component, and are Si: 1-15%, Mo: 20-60% Containing 10 to 70% of one or two or more selected from Cr, Ni, Co, and Fe, and comprising a residual unavoidable impurity, and having a hardness of 500 HV 0.1 to 1200 HV 0.1 in Vickers hardness. 10 to 60% of the hard particles having a mass are contained, the density is 6.7 g / cm 3 or more, and the compressive strength is set to a valve seat material of 350 Mpa or more. It has excellent wear resistance even in the environment of gas fuel engines and has improved relative aggression. Furthermore, it may contain a solid lubricant.

Description

내연기관용 철계 소결 합금제 밸브 시트재{IRON-BASED SINTERED ALLOY VALVE SEAT MATERIAL FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}IRON-BASED SINTERED ALLOY VALVE SEAT MATERIAL FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연기관용 밸브 시트재에 관한 것으로, 특히 강도, 내마모성이 더욱 향상되고, 상대 공격성이 낮고, 가스 연료 엔진용으로서 적합한 철계 소결 합금제 밸브 시트재에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a valve seat member for an internal combustion engine, and more particularly, to a valve seat member made of an iron-based sintered alloy having further improved strength and abrasion resistance, low relative attack resistance, and suitable for use in a gas fuel engine.

가솔린이나 경유 등의 액체 연료를 사용하는 내연기관(엔진)에서는, 연료나, 연소 생성물에 의해 밸브와 밸브 시트의 윤활성이 유지되기 때문에, 밸브 시트의 마모가 어느 정도 억제되고 있다. 그러나, LPG나 CNG(압축 천연 가스; Compressed Natural Gas) 등의 가스 연료를 사용하는 엔진에서는, 액체 연료를 사용할 경우와 비교하여, 연소 생성물이 적고, 밸브와 밸브 시트 사이가 금속 접촉으로 되기 쉽고, 밸브 시트의 마모가 증대하는 경향이 있다. 이러한 상황에서, 가스 연료 엔진용으로서 밸브 시트의 내마모성의 향상이 더욱 요망되고 있었다.In internal combustion engines (engines) that use liquid fuels such as gasoline and diesel, the lubricity of the valve and the valve seat is maintained by the fuel and the combustion products, so that wear of the valve seat is suppressed to some extent. However, in engines using gaseous fuels such as LPG and CNG (Compressed Natural Gas), there are less combustion products and the metal contact between the valves and the valve seats tends to be smaller than in the case of using liquid fuels. Abrasion of the valve seat tends to increase. In such a situation, further improvement of the wear resistance of the valve seat has been desired for the gas fuel engine.

밸브 시트의 내마모성 향상의 수단으로서는, 종래부터 밸브 시트의 기지(基 地)중에 Fe-W계 경질 입자, Fe-Mo계 경질 입자나 탄화물계 경질 입자 등을 다량으로 분산시키는 방법이 이용되어 왔다. 그러나, 이들 경질 입자의 분산량을 많게 하면, 상대 공격성이 증대하여 밸브의 마모가 증가한다는 문제가 생긴다.As a means for improving the wear resistance of the valve seat, a method of dispersing a large amount of Fe-W-based hard particles, Fe-Mo-based hard particles, carbide-based hard particles, and the like in the matrix of the valve seat has been conventionally used. However, when the amount of dispersion of these hard particles is increased, there is a problem that the relative aggressiveness increases and the wear of the valve increases.

이러한 문제에 대하여, 예컨대 특허문헌 1에는, 기지 성분으로서 C : 0.5∼1.5중량%, Cr 및/또는 V : 합계 0.5∼10.0중량%, 또는 추가로 Ni, Co, Mo로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 1종의 원소 : 합계 2.0∼20.0중량%, 및 잔부 Fe가 적어도 함유되어 있는 동시에, 코발트계 경질 입자가 26∼50중량% 함유되어 있는 내연기관용 밸브 시트가 제안되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 기술로 제조된 밸브 시트는 금속간 접촉 마모가 일어나기 쉬운 가혹한 사용 조건의 가스 연료 엔진용으로서 적합하게 사용할 수 있다.For such a problem, for example, Patent Document 1 discloses at least 1 selected from the group consisting of C: 0.5 to 1.5% by weight, Cr and / or V: 0.5 to 10.0% by weight, or Ni, Co, and Mo as known components. Element of species: A valve seat for an internal combustion engine is proposed which contains at least 2.0 to 20.0% by weight in total and the balance Fe and at least 26 to 50% by weight of cobalt-based hard particles. The valve seat manufactured by the technique of patent document 1 can be used suitably for gas fuel engines of the severe use conditions which are easy to produce intermetallic contact wear.

또한, 특허문헌 2에는, 전체 조성이 소정량의 C, Si, Cr, Ni, Mo, W, Co, V를 함유하고 잔부 Fe로 이루어지고, 금속탄화물이 분산된 고속도 공구강상, 금속간 화합물이 분산된 코발트 합금 경질상, Co-Ni-Mo-C를 함유하는 철 합금상 및 코발트 합금 경질상이 다른 상에 확산한 중간 잔부가, 얼룩형상으로 혼재하여 있는 조직을 갖는 내연기관용 밸브 시트재가 제안되어 있다. 특허문헌 2에 기재된 기술에 의하면, 밸브 시트재의 고온 내마모성이 향상하여, LPG 내연기관용 밸브 시트의 장수명화를 도모할 수 있다.In addition, Patent Literature 2 discloses a high-speed tool steel and an intermetallic compound having a total amount of C, Si, Cr, Ni, Mo, W, Co, and V, and containing a balance of Fe, wherein metal carbides are dispersed. A valve seat material for an internal combustion engine having a structure in which a dispersed cobalt alloy hard phase, an iron alloy phase containing Co-Ni-Mo-C and a cobalt alloy hard phase diffused in the other phases is mixed in a stained form has been proposed. have. According to the technique of patent document 2, the high temperature wear resistance of a valve seat material improves and the lifetime of the valve seat for LPG internal combustion engines can be aimed at.

또한, 특허문헌 3에는, 전체 조성이 소정량의 Co, Mo, Cr, V, Si, C, Ni를 함유하고 잔부 Fe로 이루어지고, 베이나이트(bainite) 또는 베이나이트와 소르바이트(sorbite), 및 마르텐사이트와 오스테나이트(austenite)의 혼합 조직중에 Mo 규 화물로 이루어지는 경질상을 핵으로서 그 주위에 Co가 확산한 확산상이 둘러싸는 경질상이 분산된 금속 조직을 갖는 고부하 엔진용 밸브 시트재가 제안되어 있다. 특허문헌 3에 기재된 기술에 의하면, 내마모성이 향상하여, CNG 엔진 등의 고부하 엔진용의 밸브 시트재로서 적합하게 된다.In addition, Patent Document 3, the total composition contains a predetermined amount of Co, Mo, Cr, V, Si, C, Ni and the balance Fe, bainite (bainite) or bainite and sorbite (sorbite), And a valve seat for a high load engine having a metal structure in which a hard phase composed of Mo silicide in a mixed structure of martensite and austenite is dispersed as a nucleus. have. According to the technique of patent document 3, abrasion resistance improves and it becomes suitable as a valve seat material for high load engines, such as a CNG engine.

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제 1999-12697 호 공보[Patent Document 1] Japanese Patent Laid-Open No. 1999-12697

[특허문헌 2] 일본 특허 제 2706561 호 공보[Patent Document 2] Japanese Patent No. 2706561

[특허문헌 3] 일본 특허 공개 제 2002-285293 호 공보[Patent Document 3] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-285293

최근의 가스 연료용 엔진에 있어서는, 엔진 성능의 향상이 더욱 지향되고 있고, 그에 따른 밸브 시트의 사용 환경도 더욱 가혹해지고 있다. 이 때문에, 사용되는 밸브 시트의 강도나 내마모성의 향상이 더욱 요구되고 있다. 그러나, 전술된 종래 기술에서 제조되는 밸브 시트에서는, 이러한 요구에 대하여 충분히 만족할 수 있는 특성을 확보할 수 없다는 문제가 있었다.In recent gas fuel engines, the engine performance has been further improved, and the use environment of the valve seat has become more severe. For this reason, the improvement of the strength and abrasion resistance of the valve seat used is calculated | required further. However, the valve seat manufactured in the above-described prior art has a problem in that it is impossible to secure a property that can sufficiently satisfy such a demand.

본 발명은, 이러한 종래 기술의 문제를 유리하게 해결하여, 가스 연료 엔진용으로서 가혹한 사용 환경하에서도 충분한 강도를 갖고, 더욱이 우수한 내마모성을 유지할 수 있는, 내마모성이 우수한 내연기관용 철계 소결 합금제 밸브 시트재를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention advantageously solves these problems of the prior art, and has a sufficient strength even in a harsh use environment for a gas fuel engine, and can further maintain excellent wear resistance. The purpose is to provide.

본 발명자들은, 전술한 과제를 달성하기 위해서, 내마모성에 영향을 미치는 각종 요인에 대하여 예의 검토했다. 그 결과, 가스 연료용 엔진에서와 같은 가혹한 사용 환경하에서 강도와 내마모성을 향상시키기 위해서는, 기지상중에 상대 공격성이 낮은 경질 입자를 다량 분산시키는 것이 중요하므로, 안정하게 기지중에 다량의 경질 입자를 분산시키기 위해서는, 6.7g/㎤ 이상의 밀도와, 350MPa 이상의 압환 강도를 갖는 재료로 할 필요가 있다는 것을 알아냈다. 이로써, 경질 입자가 기지상으로부터 이탈하는 것을 방지할 수 있어, 고강도 및 우수한 내마모성을 가혹한 사용 환경하에서 장기간에 걸쳐 확보할 수 있다는 것을 알아냈다. 본 발명은, 전술한 지견에 근거하여, 더욱 검토하여 완성된 것이다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM In order to achieve the subject mentioned above, this inventor earnestly examined the various factors which affect abrasion resistance. As a result, it is important to disperse a large amount of hard particles with low relative aggressiveness in the known phase in order to improve the strength and wear resistance under harsh use environments such as in a gas fuel engine, so that a large amount of hard particles can be stably dispersed in the matrix. In order to find out, it was necessary to set it as the material which has a density of 6.7 g / cm <3> or more and a rolling strength of 350 Mpa or more. As a result, it has been found that the hard particles can be prevented from escaping from the matrix and that high strength and excellent wear resistance can be ensured over a long period of time in a harsh use environment. This invention is completed further by examining further based on the knowledge mentioned above.

즉, 본 발명의 요지는 하기와 같다.That is, the gist of the present invention is as follows.

① 철계 소결 합금의 기지상중에, 경질 입자를 분산시켜 이루어지는 내연기관용 철계 소결 합금제 밸브 시트재로서, 상기 기지상이, 질량%로 C : 0.3∼1.5%와, Ni, Co, Mo, Cr, V중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 합계 1∼20%를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 기지상 조성을 갖고, 상기 경질 입자로서, Fe, Mo, Si를 주성분으로 하는 금속간 화합물, Co, Mo, Si를 주성분으로 하는 금속간 화합물, Ni, Mo, Si를 주성분으로 하는 금속간 화합물중 1종 또는 2종 이상을 함유하고, 비커스 경도로 500HV0.1∼1200HV0.1의 경도를 갖는 경질 입자를 질량%로 10∼60% 함유하고, 6.7g/㎤ 이상의 밀도와, 350MPa 이상의 압환 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 내연기관용 철계 소결 합금제 밸브 시트재.(1) A valve seat made of an iron-based sintered alloy for an internal combustion engine in which hard particles are dispersed in a matrix of an iron-based sintered alloy, wherein the matrix is 0.3% to 1.5% by mass% and Ni, Co, Mo, Cr, V An intermetallic compound containing 1 to 20% of a total of 1 or 2 or more selected from among them, and having a known composition composed of residual Fe and unavoidable impurities, and containing Fe, Mo, and Si as main components; Hard particles containing one or two or more of an intermetallic compound having Mo and Si as main components, and an intermetallic compound having Ni, Mo and Si as main components, and having a hardness of 500 HV 0.1 to 1200 HV 0.1 in Vickers hardness. Containing 10 to 60% by mass, having a density of at least 6.7 g / cm 3 and a compressive strength of at least 350 MPa, wherein the valve seat made of an iron-based sintered alloy for an internal combustion engine.

② ①에 있어서, 상기 기지상이, 질량%로 C : 0.3∼1.5%와, Ni, Co, Mo중에서 선택된 1종 또는 2종 이상, 또는 추가로 Cr, V중에서 선택된 1종 또는 2종을 합계 1∼20% 함유하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 철계 소결 합금제 밸브 시트재.(2) In the above (1), the known phase is 1% or 2 or more selected from C, 0.3 to 1.5% by mass, Ni, Co, and Mo, or further 1 or 2 selected from Cr and V in total. A valve seat material made of an iron-based sintered alloy for an internal combustion engine, comprising-20%.

③ ① 또는 ②에 있어서, 상기 경질 입자가, Fe, Mo, Si를 주성분으로 하는 금속간 화합물, Co, Mo, Si를 주성분으로 하는 금속간 화합물, Ni, Mo, Si를 주성분으로 하는 금속간 화합물중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 경질 입자이며, 질량%로 Si : 1∼15%, Mo : 20∼60%를 함유하고, Cr, Ni, Co, Fe중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 10∼70%를 함유하고, 잔부 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 내연기관용 철계 소결 합금 밸브 시트재.(3) In (1) or (2), the hard particles include an intermetallic compound having Fe, Mo, and Si as a main component, an intermetallic compound having Co, Mo, and Si as a main component, and an intermetallic compound having Ni, Mo, and Si as main components. It is a hard particle containing 1 type (s) or 2 or more types, It contains 1 to 15% of Si, and 20 to 60% of Mo by mass%, and 1 type (s) or 2 or more types chosen from Cr, Ni, Co, and Fe. An iron-based sintered alloy valve seat material for an internal combustion engine, comprising 10 to 70% and having a composition composed of residual unavoidable impurities.

④ ③에 있어서, 상기 경질 입자가, 질량%로 Si : 1∼15%, Mo : 20∼60%를 함유하고, 또는 Cr : 25% 이하 및/또는 Co : 10∼40%를 더 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 Fe계 경질 입자, 질량%로 Si : 1∼15%, Mo : 20∼60%를 함유하고, 또는 Cr : 5∼25%를 더 함유하고, 잔부가 Co 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 Co계 경질 입자, 및 질량%로 Si : 1∼15%, Mo : 20∼60%를 함유하고, 또는 Cr : 5∼25% 및/또는 Co : 10% 이하를 더 함유하고, 잔부가 Ni 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 Ni계 경질 입자중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 내연기관용 철계 소결 합금제 밸브 시트재.(4) In (3), the hard particles contain 1% by mass of Si: 1% to 15%, 20% to 60% of Mo, or 25% or less of Cr, and / or 10% to 40% of Co. The balance contains Fe-based hard particles having a composition composed of Fe and unavoidable impurities, by mass% by weight of Si: 1 to 15%, Mo: 20 to 60%, or Cr: 5 to 25%. Co-based hard particles having a composition composed of Co and unavoidable impurities, and containing 1% to 15% of Si, 20% to 60% of Mo, and 5% to 25% of Cr and / or 10% to Co or less in mass%. The iron-containing sintered alloy valve seat member for an internal combustion engine, further comprising: and the balance is any one of Ni-based hard particles having a composition composed of Ni and unavoidable impurities.

⑤ ① 내지 ④중 어느 하나에 있어서, 고체 윤활제를 질량%로 0.2∼5% 함유하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 철계 소결 합금제 밸브 시트재.(5) The valve seat member made of iron-based sintered alloy for an internal combustion engine according to any one of (1) to (4), wherein the solid lubricant contains 0.2 to 5% by mass.

⑥ ① 내지 ⑤중 어느 하나에 있어서, 압축 성형-소결을 2회 반복하는 공정을 거쳐서, 또는 단조 성형-소결을 실행하는 공정을 거쳐서 제조되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 철계 소결 합금제 밸브 시트재.(6) The valve seat made of an iron-based sintered alloy for an internal combustion engine, according to any one of (1) to (5), which is produced through a process of repeating compression molding-sintering twice or a process of performing forging molding-sintering. .

본 발명에 의하면, 가스 연료용 엔진에 있어서와 같은 가혹한 사용 환경하에 서도, 우수한 강도와 함께, 우수한 내마모성을 확보할 수 있는 밸브 시트를 용이하게 더구나 안정적으로 제조할 수 있고, 산업상 각별한 효과를 나타낸다.According to the present invention, even in the harsh use environment as in the engine for gas fuel, it is possible to easily and stably produce a valve seat capable of ensuring excellent wear resistance and excellent wear resistance, and exhibits particular effects in the industry. .

본 발명의 밸브 시트재는 철계 소결 합금의 기지상(基地相)중에 경질 입자를 분산시켜 이루어지는 내연기관용 철계 소결 합금제 밸브 시트재이다. 이하, 조성에 대한 질량%는 단지 %로 기재한다.The valve seat member of the present invention is a valve seat member made of an iron-based sintered alloy for an internal combustion engine formed by dispersing hard particles in a known phase of an iron-based sintered alloy. Hereinafter, the mass% with respect to the composition is described only in%.

본 발명의 밸브 시트재에서는, 기지상이, C : 0.3∼1.5%와, Ni, Co, Mo, Cr, V중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 합계 1∼20%를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 기지상 조성을 갖는다.In the valve seat member of the present invention, the matrix phase contains C: 0.3 to 1.5% and 1 to 20% of one or two or more selected from Ni, Co, Mo, Cr, and V, and the balance Fe and inevitable. It has a known composition consisting of red impurities.

우선, 기지상의 조성 한정 이유에 대해서 설명한다.First, the reason for limiting composition on a known phase is demonstrated.

C : 0.3 ∼1.5%C: 0.3 to 1.5%

C는, 소결시의 확산을 촉진시키기 위해서 첨가되지만, 기지중에 고용하여 기지상의 강도를 증가시키는 원소이며, 이러한 효과를 얻기 위해서, 0.3% 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 1.5%를 초과하여 함유하면, 기지에 시멘타이트(cementite)가 생성하기 쉬워지는 동시에, 소결시에 액체 상태가 발생하기 쉬워져, 기지상의 조직의 안정성이 저하하고, 제품의 치수 변화가 커진다. 이 때문에, 본 발명에서는 기지상의 C 함유량은 0.3∼1.5%의 범위로 한정했다.C is added to promote diffusion at the time of sintering, but is an element which is dissolved in a matrix to increase the strength of the matrix phase. In order to obtain such an effect, 0.3% or more of C is required. On the other hand, when it contains exceeding 1.5%, cementite will become easy to produce | generate in a matrix, a liquid state will generate | occur | produce easily at the time of sintering, stability of matrix structure will fall, and dimensional change of a product will become large. For this reason, in this invention, the known C content was limited to 0.3 to 1.5% of range.

Ni, Co, Mo, Cr, V중에서 선택된 1종 또는 2종 이상 : 합계 1∼20%1 type, or 2 or more types selected from Ni, Co, Mo, Cr, and V: 1 to 20% in total

Ni, Co, Mo, Cr, V는 어느 것이나, 기지의 내마모성을 향상시키는 원소이며, 본 발명에서는 합계 1% 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 합계 20%를 초과하여 함유해도, 효과가 포화하여 함유량에 적당한 효과를 기대할 수 없게 되어 경제적으 로 불리하게 된다. 또한, Ni, Co, Mo는 Cr, V에 비하여, 고온 강도나 인성의 향상에 대한 효과가 커서, Ni, Co, Mo중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것이 바람직하다. 이 때문에, Ni, Co, Mo, Cr, V중에서 선택된 1종 또는 2종 이상, 바람직하게는 Ni, Co, Mo중에서 선택된 1종 또는 2종 이상, 또는 추가로 Cr, V중에서 선택된 1종 또는 2종을 합계 1∼20%로 한정하는 것이 바람직하다.Ni, Co, Mo, Cr, and V are all elements which improve a known wear resistance, and this invention requires 1% or more of total content. On the other hand, even if it contains more than 20% in total, the effect is saturated, so that a moderate effect on the content cannot be expected, which is economically disadvantageous. In addition, Ni, Co, and Mo are more effective in improving the high temperature strength and toughness than Cr and V, and preferably contain one or two or more selected from Ni, Co, and Mo. Therefore, one or two or more selected from Ni, Co, Mo, Cr and V, preferably one or two or more selected from Ni, Co and Mo, or one or two more selected from Cr and V It is preferable to limit the species to 1-20% in total.

기지상에 있어서의 전술한 성분 이외의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다.Remainder other than the above-mentioned component in a matrix phase consists of Fe and an unavoidable impurity.

본 발명의 밸브 시트재는, 전술한 기지상 조성을 갖는 기지상중에, 비커스 경도로 500HV0.1∼1200HV0.1의 경도를 갖는 경질 입자를 질량%로 10∼60% 분산시킨 철계 소결 합금으로 구성된다.The valve seat member of the present invention is composed of an iron-based sintered alloy obtained by dispersing 10 to 60% by mass% of hard particles having a hardness of 500 HV 0.1 to 1200 HV 0.1 in Vickers hardness in a matrix having a known phase composition.

경질 입자는, 내마모성을 확보하기 위해서 기지상중에 분산시키지만, 경질 입자의 경도가 500HV0.1 미만에서는, 소망의 내마모성을 확보할 수 없다. 한편, 1200HV0.1을 초과하여 높아지면, 상대 공격성이 증가한다. 이 때문에, 경질 입자의 경도는 비커스 경도로 500HV0.1∼1200HV0.1의 범위로 한정했다. 기지상중에 분산시키는 경질 입자는, 내마모성, 자기 윤활성, 상대 공격성의 관점에서, 경질 입자 전체에 대한 질량%로, Si : 1∼15%, Mo : 20∼60%를 함유하고, Cr, Ni, Co, Fe중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 10∼70%를 함유하여 이루어지는 조성을 갖고, Fe, Mo, Si를 주성분으로 하는 금속간 화합물, Co, Mo, Si을 주성분으로 하는 금속간 화합물, Ni, Mo, Si을 주성분으로 하는 금속간 화합물중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 경질 입자로 한다.Hard particles are dispersed in a known phase in order to secure wear resistance, but when the hardness of the hard particles is less than 500 HV 0.1, the desired wear resistance cannot be secured. On the other hand, if it becomes higher than 1200 HV0.1, the relative aggressiveness will increase. For this reason, the hardness of hard particle was limited to the range of 500HV0.1-1200HV0.1 in Vickers hardness. The hard particles to be dispersed in the matrix phase contain Si: 1 to 15%, Mo: 20 to 60%, in terms of mass% of the whole hard particles, from the viewpoint of abrasion resistance, self-lubrication, and relative aggression, and include Cr, Ni, An intermetallic compound having a composition containing 10 to 70% of one or two or more selected from Co and Fe, and an intermetallic compound containing Co, Mo, and Si as a main component, Ni It is set as hard particle containing 1 type, or 2 or more types of the intermetallic compound which has, Mo, and Si as a main component.

구체적으로는, 본 발명에서 기지상중에 분산시키는 경질 입자로서는, 경질 입자 전체에 대한 질량%로 Si : 1∼15%, Mo : 20∼60%를 함유하고, 또는 Cr : 25% 이하 및/또는 Co : 10∼40%를 더 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 Fe계 경질 입자, 경질 입자 전체에 대한 질량%로 Si : 1∼15%, Mo : 20∼60%를 함유하고, 또는 Cr : 5∼25%를 더 함유하고, 잔부가 Co 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 Co계 경질 입자, 및 경질 입자 전체에 대한 질량%로 Si : 1∼15%, Mo : 20∼60%를 함유하고, 또는 Cr : 5∼25% 및/또는 Co : 10% 이하를 더 함유하고, 잔부가 Ni 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 Ni계 경질 입자중 어느 하나 또는 그들의 복합으로 하는 것이 바람직하다.Specifically, in the present invention, the hard particles dispersed in the matrix phase contain Si: 1 to 15%, Mo: 20 to 60%, or Cr: 25% or less, and / or Co is further contained 10 to 40%, the remainder is Fe-based hard particles of the composition consisting of Fe and unavoidable impurities, the mass% of the total of the hard particles contains Si: 1-15%, Mo: 20-60% Or Cr: 5 to 25%, the remainder being Co: hard particles having a composition consisting of Co and unavoidable impurities, and Si: 1 to 15%, Mo: 20 to 20% by mass relative to the whole hard particles. Ni-based hard particles having a composition containing 60%, or further containing 5% to 25% of Cr and / or 10% or less of Co, and having a balance of Ni and an unavoidable impurity, or any combination thereof. desirable.

기지상중에 분산시키는 경질 입자가, 밸브 시트재 전체에 대한 질량%로 10% 미만에서는, 목적으로 하는 내마모성을 확보할 수 없게 된다. 한편, 60%를 초과하여 다량으로 함유하면, 제조 비용이 상승하여 경제적으로 불리하게 되며, 성형성이 열화하고, 상대 공격성이 증가하는 동시에, 기지와의 결합력이 저하한다. 이 때문에, 본 발명에서는 경질 입자는 밸브 시트재 전체에 대한 질량%로 10∼60%의 범위로 한정했다.If the hard particles dispersed in the known phase are less than 10% by mass% of the entire valve seat material, the desired wear resistance cannot be secured. On the other hand, when it contains a large amount exceeding 60%, manufacturing cost rises and it becomes economically disadvantageous, moldability deteriorates, relative aggression increases, and bond force with a base falls. For this reason, in this invention, hard particle was limited to the range of 10 to 60% by mass% with respect to the whole valve seat material.

또한, 본 발명의 밸브 시트재는, 절삭성 개선을 목적으로서, 고체 윤활제를, 밸브 시트재 전체에 대한 질량%로 0.2∼5% 함유해도 좋다. 고체 윤활제를 기지상중에 분산시킴으로써, 칼날을 보호할 수 있다. 더욱이 분산된 고체 윤활제가 절삭의 기점이 되어, 절삭성이 더욱 개선된다. 고체 윤활제로서는, MnS, MoS2 등의 황 화물, CaF2 등의 불화물, MgSiO2 등의 산화물을 예시할 수 있다. 고체 윤활제가 0.2% 미만에서는, 전술한 효과가 확인되지 않는다. 한편, 5%를 초과하여 다량으로 함유해도, 강도의 저하가 생긴다. 이 때문에, 고체 윤활제는 질량%로 0.2∼5%의 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.5∼3%이다.In addition, the valve seat material of this invention may contain 0.2-5% of a solid lubricant by mass% with respect to the whole valve seat material for the purpose of improving cutting property. The blade can be protected by dispersing the solid lubricant in the known phase. Moreover, the dispersed solid lubricant is the starting point of the cutting, and the machinability is further improved. Examples of the solid lubricant include sulfides such as MnS and MoS 2 , fluorides such as CaF 2, and oxides such as MgSiO 2 . If the solid lubricant is less than 0.2%, the above effects are not confirmed. On the other hand, even if it contains in large quantities exceeding 5%, a fall of strength arises. For this reason, it is preferable to limit a solid lubricant to 0.2 to 5% of range by mass%. Moreover, More preferably, it is 0.5 to 3%.

더욱이, 본 발명의 밸브 시트재는, 6.7g/㎤ 이상의 밀도와, 350MPa 이상의 압환 강도를 갖는 것을 특징으로 한다. 또, 여기에서 말하는 「압환 강도」는 JIS Z 2507의 규정에 준거해서 구해진 값으로 한다.Moreover, the valve seat member of the present invention is characterized by having a density of 6.7 g / cm 3 or more and a compressive strength of 350 MPa or more. In addition, the "pressing strength" here is taken as the value calculated | required based on the specification of JISZ2507.

밀도가 6.7g/㎤ 미만에서는, 경질 입자와 기지의 결합력이 부족하고, 더욱이 내마모성이 저하하여, 가스 연료 엔진의 가혹한 환경하에서의 소망의 내마모성을 확보할 수 없어진다. 이 때문에, 밀도를 6.7g/㎤ 이상으로 한정했다. 또, 바람직하게는 6.8g/㎤ 이상이다.If the density is less than 6.7 g / cm 3, the binding force between the hard particles and the known particle is insufficient, and further, the wear resistance is lowered, and the desired wear resistance cannot be secured under the harsh environment of the gas fuel engine. For this reason, the density was limited to 6.7 g / cm <3> or more. Moreover, it is preferably 6.8 g / cm 3 or more.

또한, 본 발명에서는, 경질 입자와 기지의 결합력을 향상시켜, 가스 연료 엔진의 가혹한 환경하에서의 소망의 내마모성을 확보하기 위해서, 압환 강도를 350MPa 이상으로 한다. 압환 강도가 350MPa 미만에서는, 경질 입자와 기지의 결합력이 부족하고, 내마모성이 부족한 동시에, 밸브 시트(제품) 가공시에 균열이나 손상 등이 발생하기 쉬워진다. 또, 바람직하게는 450MPa 이상이다.Further, in the present invention, the compressive strength is made 350 MPa or more in order to improve the bonding force between the hard particles and the known material and to secure desired wear resistance under the harsh environment of the gas fuel engine. If the compressive strength is less than 350 MPa, the bonding force between the hard particles and the known material is insufficient, and the wear resistance is insufficient, and cracks and damages are likely to occur during valve seat (product) processing. Moreover, Preferably it is 450 Mpa or more.

전술한 본 발명의 밸브 시트재는, 상기의 밀도, 압환 강도를 안정하게 확보하기 위해서, 압축 성형-소결을 2회 반복하는 공정을 거쳐서, 또는 단조 성형-소결을 실행하는 공정을 거쳐서 제조되어 이루어지는 것이 바람직하다.The valve seat member of the present invention described above is manufactured through a process of repeating compression molding-sintering twice or a process of performing forging molding-sintering in order to ensure the density and the crushing strength stably. desirable.

다음에, 본 발명의 밸브 시트재의 바람직한 제조 방법에 대하여 설명한다.Next, the preferable manufacturing method of the valve seat material of this invention is demonstrated.

우선, 원료 분말로서, 전술한 기지상 조성이 되도록, 순철 분말에, 합금 원소 분말로서의, 흑연 분말과 추가로 Ni 분말, Mo 분말, Co 분말중 1종 이상, 또는 추가로 Cr 분말, V 분말중 1종 이상을, 상기의 기지상 조성이 되도록 배합하고, 또한 전술한 경도 및 전술한 조성을 갖는 경질 입자 분말을 상기의 함유량이 되도록 배합하고, 또는 고체 윤활제 분말을 상기의 함유량이 되도록 더 배합하고, 바람직하게는 윤활제로서 스테아린산(stearic acid) 아연 등을 더 배합하고, 혼합, 혼련해서 혼합 분말로 한다. 또, 본 발명에서는, 상기의 기지상 조성이 되도록, 상기와 같이 순철 분말에 그들 합금 원소의 분말을 소정량 배합하여도, 그들 원소를 함유한 저합금강 분말, 합금 철 분말을 소정량 배합하여도, 또는 양쪽을 병용하여도, 어느 것도 좋다.First, as the raw material powder, graphite powder as alloy element powder and at least one of Ni powder, Mo powder and Co powder as pure iron powder and at least one of Cr powder and V powder so as to have the above-described known composition. It is mix | blended so that more than 1 type may become said matrix composition, and the hard particle powder which has the above-mentioned hardness and said composition to become said content, or further mix | blends a solid lubricant powder so that it becomes said content, Preferably Is further blended with stearic acid zinc or the like as a lubricant, mixed and kneaded to obtain a mixed powder. Moreover, in this invention, even if it mix | blends predetermined amount powder of these alloying elements with pure iron powder as mentioned above so that it may become said known phase composition, and may mix | blend predetermined amount low-alloy steel powder and alloy iron powder containing these elements, Or you may use both together.

이어서, 이들 혼합 분말을, 소정 치수의 밸브 시트 형상의 금형에 충전하고, 압축 성형하여 임시 소결하는 1차 압축 성형-소결 공정을 실시하고, 1차 소결체로 한다. 이어서, 1차 소결체를 더욱 재압축 성형하고, 계속해서 소결하는 2차 압축 성형-소결 공정을 실시해서 소결체(밸브 시트재)로 하는, 압축 성형-소결 공정을 2회 반복하는 공정으로 하는 것이 바람직하다. 상기 공정에 의해, 소망의 밀도, 압환 강도를 갖는 소결체(밸브 시트재)를 얻을 수 있다.Subsequently, these mixed powders are filled into a valve seat-shaped die having predetermined dimensions, subjected to a primary compression molding-sintering step of compression molding and temporary sintering to obtain a primary sintered body. Subsequently, it is preferable to set it as the process of repeating a compression molding-sintering process twice to give a secondary compression molding-sintering process which further recompresses a primary sintered compact, and subsequently sinters, and makes it a sintered compact (valve sheet material). Do. By the said process, the sintered compact (valve sheet material) which has desired density and a compressive strength can be obtained.

또한, 압축 성형은, 기계적인 프레스, 유압 프레스 등의 프레스 성형에 의해 실행하는 것이 바람직하다. 또한, 소결은 환원 분위기중 또는 진공중에서, 바람직하게는 1000∼1200℃의 온도 범위로 가열되는 처리로 하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to perform compression molding by press molding, such as a mechanical press and a hydraulic press. The sintering is preferably performed in a reducing atmosphere or in a vacuum, preferably in a temperature range of 1000 to 1200 ° C.

또한, 본 발명에서는, 압축 성형-소결 공정을 2회 반복하는 공정 대신에, 단조-소결 공정으로 하여도 좋다.In the present invention, the forging-sintering step may be used instead of the step of repeating the compression molding-sintering step twice.

또, 얻어지는 소결체의 빈 구멍에 Pb, Cu, Zn 등의 저융점 금속을 용침(溶浸)시켜도 좋다. 저융점 금속을 빈 구멍에 용침시킴으로써, 내마모성과 상대재 공격성을 더욱 개선할 수 있다.Moreover, you may infiltrate low melting metals, such as Pb, Cu, Zn, into the hollow hole of the obtained sintered compact. By infiltrating the low melting point metal into the hole, the wear resistance and the counterpart aggressiveness can be further improved.

얻어진 소결체(밸브 시트재)는 필요에 따라 절삭 가공되어서, 제품인 밸브 시트로 된다.The obtained sintered compact (valve sheet material) is cut as needed, and it turns into a valve seat which is a product.

이하, 실시예에 근거하고, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, based on an Example, this invention is demonstrated in detail.

(실시예)(Example)

순철 분말과 합금 원소 분말을 표 1에 나타내는 기지상 조성이 되도록, 또한 표 2에 나타내는 종류, 경도의 경질 입자를 표 1의 함유량이 되도록, 또는 추가로 표 1에 나타내는 종류의 고체 윤활제를 표 1에 나타내는 함유량이 되도록, 각각 배합하고, 윤활제로서의 스테아린산 아연을 더 배합하고, V형 혼합기에서 혼합·혼련하여 혼합 분말로 했다. 또, 윤활제로서의 스테아린산 아연의 배합량은 순철 분말, 합금 원소 분말, 경질 입자 및 고체 윤활제의 합계량 100중량부에 대한 중량부로 1.0중량부로 했다.The solid lubricant of the kind shown in Table 1 so that a pure iron powder and an alloying element powder may have the known phase composition shown in Table 1, the hard particles of the kind shown in Table 2 and hardness become content of Table 1, or the kind shown in Table 1 further It mix | blended, respectively, so that content shown might be mix | blended further, the zinc stearate as a lubricant was mix | blended, and it mixed and knead | mixed in the V-type mixer, and it was set as the mixed powder. In addition, the compounding quantity of zinc stearate as a lubricant was 1.0 weight part in weight part with respect to 100 weight part of total iron powders, alloying element powders, hard particles, and a solid lubricant.

또한, 일부의 밸브 시트재에서는, 순철 분말과 합금 원소 분말의 일부 대신에, 저합금 분말 A(Cr : 3.0질량%, Mo : 0.2질량%, V : 0.3질량%, 밸런스 : Fe), 저합금 분말 B(Cr : 1.0질량%, Mo : 0.3질량%, 밸런스 : Fe)를 사용했다.In addition, in some valve seat materials, low alloy powder A (Cr: 3.0 mass%, Mo: 0.2 mass%, V: 0.3 mass%, balance: Fe), and low alloy instead of a part of pure iron powder and alloy element powder Powder B (Cr: 1.0 mass%, Mo: 0.3 mass%, balance: Fe) was used.

이어서, 혼합 분말을 금형에 충전하고, 기계적인 프레스기로 압축 성형하고, 27φ㎜×22φ㎜×7.0㎜의 밸브 시트 형상의 성형체로 한 후, 임시 소결하여, 1차 소결체로 했다. 또한 얻어진 1차 소결체를 유압 프레스로 마무리하여 치수(27φ㎜×22φ㎜×6.5㎜)의 밸브 시트 형상에 재압축 성형한 후, 재소결을 실시하여, 소결체로 하는 압축 성형-소결 공정을 2회 반복했다(2P2S). 또, 일부의 시트재에서는 1회 압축 성형-소결 공정(1P1S)후, 단조하고, 소결하는 단조-소결 공정(FS)을 실시했다. 또한, 소결은 환원 분위기중에서 1160℃로 가열하는, 열처리(소결 처리)로 했다.Subsequently, the mixed powder was filled into a metal mold, compression-molded by a mechanical press, and formed into a valve sheet shaped body of 27 mm x 22 mm x 7.0 mm, and then temporarily sintered to obtain a primary sintered body. In addition, after the obtained primary sintered compact is finished by a hydraulic press and recompressed to a valve seat shape having dimensions (27φmm × 22φmm × 6.5mm), re-sintering is performed to perform two compression molding-sintering steps of forming the sintered compact. Repeated (2P2S). Moreover, in some sheet | seat material, the forging-sintering process (FS) which forged and sintered after one compression molding-sintering process (1P1S) was implemented. In addition, sintering was made into the heat processing (sintering process) heated to 1160 degreeC in a reducing atmosphere.

얻어진 소결체를 밸브 시트재로서 사용하여, 밸브 시트를 완성시켰다. 얻어진 밸브 시트에 대해서, 밀도, 압환 강도를 측정하는 동시에, 내마모성을 조사했다.The obtained sintered compact was used as a valve seat material, and the valve seat was completed. About the obtained valve seat, abrasion resistance was investigated while measuring density and a crushing strength.

밀도는, 아르키메데스법을 이용하고, 또한 압환 강도는 JIS Z 2507의 규정에 준거해서 구했다. 또한, 내마모성은 다음과 같은 시험에 의해 평가했다.The density was used for Archimedes method, and the rolling strength was calculated | required based on the specification of JISZ2507. In addition, wear resistance was evaluated by the following test.

얻어진 밸브 시트를, 2000CC, 직렬 4기통, 4사이클 천연 가스 엔진에 장착하고, 운전 조건을 6000rpm/WOT[전개(全開) 운전]로 하여 시험 시간 24시간으로 실행했다. 또, 상대 밸브재는 내열강 SUH35를 모재로 하여 밸브 페이스부에 트리발로이(TRIBALOY)를 성금(盛金)한 것으로 했다. 내마모성은 배기측에 있어서의 밸브 시트와 밸브의 마모후 침전량을 측정하여 평가했다.The obtained valve seat was mounted on a 2000CC, four-cylinder, four-cycle natural gas engine, and the operation condition was set to 6000 rpm / WOT (full operation) for 24 hours. In addition, the counterpart valve member was made of heat resistant steel SUH35 as the base material, and tribaloy was deposited on the valve face portion. Wear resistance was evaluated by measuring the amount of sediment after wear of the valve seat and the valve on the exhaust side.

얻어진 결과를 표 3에 나타낸다.The obtained results are shown in Table 3.

본 발명예는 어느것이나, 가스 연료 엔진에 있어서의 가혹한 환경에 노출되는 배기측에서도, 밸브 시트 및 상대재인 밸브의 마모량이 적고, 내마모성, 상대 공격성이 개선되고 있는 것을 알 수 있다.In all of the examples of the present invention, it is understood that the amount of wear of the valve seat and the valve, which is the counterpart material, is small on the exhaust side exposed to the harsh environment in the gas fuel engine, and the wear resistance and the relative aggressiveness are improved.

한편, 본 발명의 범위를 벗어난 비교예는, 밸브 시트의 마모가 많거나, 또는 더욱 밸브의 마모가 많아지고, 내마모성이 열화하고, 상대 공격성이 크다는 것을 알 수 있다.On the other hand, in the comparative example outside the scope of the present invention, it can be seen that the wear of the valve seat is increased, or the wear of the valve is increased, the wear resistance is degraded, and the relative aggressiveness is large.

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Claims (3)

청구항 1은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 1 was abandoned when the setup fee was paid. 철계 소결 합금의 기지상중에, 경질 입자를 분산시켜서 이루어지는 내연기관용 철계 소결 합금제 밸브 시트재에 있어서,In a valve seat member made of an iron-based sintered alloy for an internal combustion engine formed by dispersing hard particles in a matrix of an iron-based sintered alloy, 압축성형-소결을 2회 반복하는 공정 또는 단조성형-소결을 행하는 공정을 거쳐서 형성되며,It is formed through the process of repeating compression molding-sintering twice or forging molding-sintering, 상기 기지상이, 질량%로, C : 0.3∼1.5%와, Ni, Co, Mo, Cr, V중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 합계 1∼20%를 함유하며, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 기지상 조성을 갖고, The matrix phase contains, in mass%, C: 0.3 to 1.5%, 1 to 20% of one or two or more selected from Ni, Co, Mo, Cr, and V, with the balance being Fe and unavoidable impurities. Has a known composition consisting of, 상기 경질 입자로서, 질량%로, Si : 1∼15%, Mo : 20∼60%를 함유하고, Cr, Ni, Co, Fe중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 10∼70%를 함유하며, 잔부가 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고, 비커스 경도로 500HV0.1∼1200HV0.1의 경도를 갖는 경질 입자를 질량%로 10∼60% 함유하고, The hard particles contain, in mass%, 1 to 15% of Si and 20 to 60% of Mo, and 10 to 70% of one or two or more selected from Cr, Ni, Co, and Fe, The balance has a composition composed of unavoidable impurities, and contains 10 to 60% by mass of hard particles having a Vickers hardness of 500 HV 0.1 to 1200 HV 0.1. 6.7g/㎤ 이상의 밀도와, 350MPa 이상의 압환 강도를 갖는 것을 특징으로 하는It has a density of 6.7g / cm 3 or more, and a compressive strength of 350MPa or more 내연기관용 철계 소결 합금제 밸브 시트재.Valve seat made of iron-based sintered alloy for an internal combustion engine. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기지상이, 상기 C에 더하여 추가로, 질량%로 Ni, Co, Mo중에서 선택된 1종 또는 2종 이상, 또는 Ni, Co, Mo 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상과 더불어 Cr, V중에서 선택된 1종 또는 2종을, 합계 1∼20% 함유하는 것을 특징으로 하는The matrix selected from Cr, V, in addition to C, in addition to one or two or more selected from Ni, Co, and Mo, or one or two or more selected from Ni, Co, and Mo in mass%; 1-20% of the species or two species in total, characterized by 내연기관용 철계 소결 합금제 밸브 시트재.Valve seat made of iron-based sintered alloy for an internal combustion engine. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 3 was abandoned when the setup registration fee was paid. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 경질 입자가, 상기 Si, Mo에 더하여 추가로, 질량%로 Cr : 25% 이하 및 Co : 10∼40% 중 적어도 어느 하나를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 Fe계 경질 입자, 상기 Si, Mo에 더하여 추가로, 질량%로 Cr : 5∼25%를 함유하고, 잔부가 Co 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 Co계 경질 입자, 및 상기 Si, Mo에 더하여 추가로, 질량%로 Cr : 5∼25% 및 Co : 10% 이하 중 적어도 어느 하나를 함유하고, 잔부가 Ni 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 Ni계 경질 입자중 어느 하나인 것을 특징으로 하는In addition to Si and Mo, the hard particles further contain at least one of Cr: 25% or less and Co: 10-40% by mass, and the Fe-based composition having a balance comprising Fe and unavoidable impurities. In addition to the hard particles, the Si and Mo, in addition to Co-based hard particles having a composition of 5% to 25% by weight of Cr, the balance consisting of Co and inevitable impurities, and in addition to the Si, Mo , By mass%, containing at least one of Cr: 5 to 25% and Co: 10% or less, and the balance is any one of Ni-based hard particles having a composition composed of Ni and an unavoidable impurity. 내연기관용 철계 소결 합금제 밸브 시트재.Valve seat made of iron-based sintered alloy for an internal combustion engine.
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