KR101464197B1 - Sintered Alloy for Diesel engines and Valve Seat and Guide of Diesel engines Using Thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 디젤 엔진용 소결된 합금 및 이를 이용한 밸브시트 및 밸브가이드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진의 실린더 헤드와 밸브 사이에 구비되어 밸브의 개폐 과정에서 밸브와 실린더 헤드의 기밀성을 유지하면서 가열된 밸브의 열을 실린더 헤드 측으로 전달 및 방열하기 위한 디젤 엔진용 소결된 합금 및 이를 이용한 밸브시트 및 밸브가이드에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sintered alloy for a diesel engine, and more particularly, to a sintered alloy for a diesel engine, which is provided between a cylinder head and a valve of an engine, To a cylinder head, and to a valve seat and a valve guide using the sintered alloy for a diesel engine.
일반적으로 종래에는 연비향상, 배출가스 규제를 충족하기 위해 엔진 다운사이징을 광범위하게 수행하여 왔으며, 이와 같은 엔진 다운사이징의 경우, 엔진의 실린더 수를 감소시키거나 피스톤의 크기 및 행정하는 거리를 단축하여 배기량을 낮추는 기술이 주를 이루었다.BACKGROUND ART [0002] Generally, in the past, engine downsizing has been extensively carried out to meet fuel efficiency improvement and exhaust gas regulations. In the case of such an engine downsizing, in order to reduce the number of cylinders of the engine, The technology to lower the displacement was the main focus.
그러나 종래 엔진 다운사이징의 경우, 실린더 및 배기량을 감소시켜 출력이 함께 저하되고, 상기 출력 저하에 따른 연비저하를 동반하므로 개선 전에 비해 큰 효과를 누릴 수 없는 구조적 문제점이 있다.However, in the case of the conventional downsizing, there is a structural problem that the output of the cylinder and the exhaust amount are decreased, the output is lowered together, and the fuel efficiency is lowered due to the lowering of the output.
이에, 전술한 문제점을 극복하기 위해 연료와 공기 양을 조절하고 점화타이밍을 직접 조절할 수 있도록 하는 GDI(Gasoline Direct Injection), 커먼레일엔진(Common Rail Direct Injection Engine)과 같은 직분사엔진이나, 전기모터를 결합한 하이브리드 엔진, 저렴한 가스를 사용한 엔진 등 고효율, 고성능 엔진 개발이 요구되는 실정이다.In order to overcome the above-mentioned problem, direct injection engines such as GDI (Gasoline Direct Injection) and Common Rail Direct Injection Engine, which control the amount of fuel and air and directly control the ignition timing, Hybrid engines that combine high-efficiency engines with high-efficiency engines, and engines that use low-cost gases.
그러나 이러한 방법은 종래 엔진 보다 높은 온도 및 압력이 발생하여 기존의 밸브시트 및 밸브가이드를 이루고 있는 주재료 특성상 대응하기에 무리가 있다.However, such a method has a higher temperature and pressure than the conventional engine, and thus it is difficult to cope with the characteristics of the main material constituting the existing valve seat and valve guide.
그러므로 상기 문제점을 개선하기 위해 코발트 및 텅스텐이 함유된 합금재료를 사용하여 밸브시트 및 밸브가이드를 제조하였지만, 이는 고가의 금속을 사용하여 생산단가를 높이고, 엔진의 중량을 증가시켜 연비가 감소하고 출력이 저하되는 문제점이 있다.Therefore, the valve seat and the valve guide are manufactured using the alloy material containing cobalt and tungsten in order to improve the above problem. However, the use of the expensive metal increases the production cost, increases the weight of the engine, Is lowered.
이러한 문제점을 극복하기 위해, 대한민국특허등록 제10-1316474호에는 철(Fe)을 주성분으로 하고, 탄소(C) 0.6~1.2wt%, 니켈(Ni) 1.0~3.0wt%, 코발트(Co) 8.0~11.0wt%, 크롬(Cr) 3.0~6.0wt%, 몰리브덴(Mo) 4.0~7.0wt%, 텡스텐(W) 0.5~2.5wt%, 망간(Mn) 1.0~3.0wt%, 칼슘(Ca) 0.2~1.0wt% 및 기타 불가결한 불순물을 포함하는 엔진밸브시트가 개시되어 있다.
In order to overcome such a problem, Korean Patent Registration No. 10-1316474 discloses a method of manufacturing a steel plate comprising iron (Fe) as a main component and 0.6 to 1.2 wt% of carbon (C), 1.0 to 3.0 wt% of nickel (Ni) (Ca), 3.0 to 6.0 wt% of chromium (Cr), 4.0 to 7.0 wt% of molybdenum (Mo), 0.5 to 2.5 wt% of tungsten (W), 1.0 to 3.0 wt% of manganese (Mn) 0.2 to 1.0 wt% and other indispensable impurities.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출한 것으로서, 엔진의 실린더 헤드와 밸브 사이에 구비되어 밸브의 개폐 과정에서 밸브와 실린더 헤드의 기밀성을 유지하면서 가열된 밸브의 열을 실린더 헤드 측으로 전달 및 방열하기 위한 소결된 합금 및 이를 이용한 밸브시트 및 밸브가이드를 제공하고자 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a cylinder head which is provided between a cylinder head and a valve of an engine, And a valve seat and a valve guide using the sintered alloy.
본 발명은, 기지조직 전체 중량 기준으로 철 60 내지 80중량%; 몰리브덴 2 내지 8중량%; 니켈 0.1 내지 3중량%; 크롬 0.1 내지 8중량%; 구리 5 내지 20중량%; 주석 0.1 내지 1중량%; 및 탄소 0.3 내지 2중량%로 이루어지도록 성형 소결된 기지조직,
상기 성형 소결된 기지조직에 구리 80 내지 98중량%, 철 0.5 내지 5.5중량%, 아연 0.2 내지 2.5중량% 및 유동성 향상제 1 내지 12중량%로 이루어진 용침용액이 용침되어 소결된 합금을 제공한다.The present invention relates to a steel sheet comprising 60 to 80% by weight of iron based on the total weight of the matrix; 2 to 8% by weight of molybdenum; 0.1 to 3 wt% nickel; 0.1 to 8% by weight of chromium; 5 to 20% by weight of copper; 0.1 to 1% by weight of tin; And 0.3 to 2% by weight of carbon,
The alloy sintered by infiltration of an infiltration solution consisting of 80 to 98% by weight of copper, 0.5 to 5.5% by weight of iron, 0.2 to 2.5% by weight of zinc and 1 to 12% by weight of a flow improver is provided in the shaped and sintered matrix.
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또한, 본 발명은 상기 소결된 합금으로 이루어진 밸브시트 및/또는 밸브가이드를 제공한다.Further, the present invention provides a valve seat and / or valve guide made of the sintered alloy.
또한, 본 발명은 기지조직 전체 중량 기준으로 철 60 내지 80중량%; 몰리브덴 2 내지 8중량%; 니켈 0.1 내지 3중량%; 크롬 0.1 내지 8중량%; 구리 5 내지 20중량%; 주석 0.1 내지 1중량%; 및 탄소 0.3 내지 2중량%을 분말형태로 배합한 뒤 면압 5 내지 10ton/㎠로 가압하여 철로 구성된 기지조직 피가공물을 성형하는 피가공물 성형단계;
상기 피가공물 성형단계가 종료된 후 피가공물을 진공로 또는 환원분위기의 소결로에서 내부 기공율이 10 내지 40%가 되도록 소결하는 소결단계;
상기 소결단계가 종료된 후 구리 80 내지 98중량%, 철 0.5 내지 5.5중량%, 아연 0.2 내지 2.5중량% 및 유동성 향상제 1 내지 12중량%로 이루어진 용침용액으로 3 내지 7분 동안 소결된 피가공물의 개방기공을 채워 침투시키는 침지 처리단계;
상기 침지 처리단계가 종료된 후 400 내지 500℃의 온도에서 용체화 처리하고, 200 내지 300℃의 온도로 시효경화 처리하는 소둔열처리 단계를 포함하는 소결된 합금 제조방법을 제공한다.
The present invention also relates to a fermentation product comprising 60 to 80% by weight of iron, based on the total weight of the matrix; 2 to 8% by weight of molybdenum; 0.1 to 3 wt% nickel; 0.1 to 8% by weight of chromium; 5 to 20% by weight of copper; 0.1 to 1% by weight of tin; And carbon in an amount of 0.3 to 2% by weight in powder form, followed by pressing at a surface pressure of 5 to 10 ton / cm < 2 >
A sintering step of sintering the workpiece so as to have an internal porosity of 10 to 40% in a sintering furnace in a vacuum furnace or a reducing atmosphere after the workpiece forming step is completed;
After the sintering step is completed, the workpiece is sintered for 3 to 7 minutes with an infiltration solution consisting of 80 to 98% by weight of copper, 0.5 to 5.5% by weight of iron, 0.2 to 2.5% by weight of zinc and 1 to 12% An immersion treatment step of filling the open pores with impregnation;
And a sintering heat treatment step of performing an age hardening treatment at a temperature of from 400 to 500 ° C and a temperature of 200 to 300 ° C after the immersion treatment step is completed.
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본 발명에 따른 소결된 금속 및 이를 이용한 밸브시트 및 밸브가이드는 기존 엔진 대비 높은 온도 및 압력조건에서 내열성, 열전도성 및 내마모성을 갖고, 용침 재료의 특성에 의해 실린더 헤드의 모재가 되는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 대비 동일 또는 유사한 내열성과 열전도성을 확보함으로써 극심한 열피로를 받는 엔진 내부에서 장시간 사용하여도 밸브시트 및 밸브가이드의 접촉부에 대한 분리를 억제할 수 있도록 하는 효과가 있다.
The sintered metal according to the present invention and the valve seat and valve guide using the sintered metal according to the present invention have heat resistance, thermal conductivity and abrasion resistance under high temperature and pressure conditions compared to conventional engines, and are made of aluminum or aluminum alloy It is possible to suppress the separation of the valve seat and the valve guide from the contact portion even if the valve seat is used for a long time in the engine subjected to extreme thermal fatigue by securing the same or similar heat resistance and thermal conductivity.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
한 가지 관점에서, 본 발명은 기지조직 전체 중량 기준으로 철 60 내지 80중량%; 몰리브덴 2 내지 8중량%; 니켈 0.1 내지 3중량%; 크롬 0.1 내지 8중량%; 구리 5 내지 20중량%; 주석 0.1 내지 1중량%; 및 탄소 0.3 내지 2중량%로 이루어지도록 성형 소결된 기지조직, 및 상기 성형 소결된 기지조직에 구리 80 내지 98중량%, 철 0.5 내지 5.5중량%, 아연 0.2 내지 2.5중량% 및 유동성 향상제 1 내지 12중량%로 이루어진 용침용액이 용침된 것을 포함하는 소결된 합금을 제공한다.In one aspect, the present invention relates to a steel sheet comprising 60 to 80% by weight of iron, based on the total weight of the matrix; 2 to 8% by weight of molybdenum; 0.1 to 3 wt% nickel; 0.1 to 8% by weight of chromium; 5 to 20% by weight of copper; 0.1 to 1% by weight of tin; And 0.3 to 2% by weight of carbon, and a sintered base material which is formed and sintered in the sintered base matrix, wherein 80 to 98% by weight of copper, 0.5 to 5.5% by weight of iron, 0.2 to 2.5% by weight of zinc, % By weight of the total weight of the sintered alloy is infused.
다른 관점에서, 본 발명은 기지조직 전체 중량 기준으로 철 60 내지 80중량%; 몰리브덴 2 내지 8중량%; 니켈 0.1 내지 3중량%; 크롬 0.1 내지 8중량%; 구리 5 내지 20중량%; 주석 0.1 내지 1중량%; 및 탄소 0.3 내지 2중량%을 분말형태로 배합한 뒤 면압 5 내지 10ton/㎠로 가압하여 철로 구성된 기지조직 피가공물을 성형하는 피가공물 성형단계; In another aspect, the present invention relates to a steel sheet comprising 60 to 80% by weight of iron, based on the total weight of the matrix; 2 to 8% by weight of molybdenum; 0.1 to 3 wt% nickel; 0.1 to 8% by weight of chromium; 5 to 20% by weight of copper; 0.1 to 1% by weight of tin; And carbon in an amount of 0.3 to 2% by weight in powder form, followed by pressing at a surface pressure of 5 to 10 ton / cm < 2 >
상기 피가공물 성형단계가 종료된 후 피가공물을 진공로 또는 환원분위기의 소결로에서 내부 기공율이 10 내지 40%가 되도록 소결하는 소결단계; 상기 소결단계가 종료된 후 구리 80 내지 98중량%, 철 0.5 내지 5.5중량%, 아연 0.2 내지 2.5중량% 및 유동성 향상제 1 내지 12중량%로 이루어진 용침용액으로 3 내지 7분 동안 소결된 피가공물의 개방기공을 채워 침투시키는 침지 처리단계; 및 상기 침지 처리단계가 종료된 후 400 내지 500℃의 온도에서 용체화 처리하고, 200 내지 300℃의 온도로 시효경화 처리하는 소둔열처리 단계를 포함하는 소결된 합금 제조방법을 제공한다.A sintering step of sintering the workpiece so as to have an internal porosity of 10 to 40% in a sintering furnace in a vacuum furnace or a reducing atmosphere after the workpiece forming step is completed; After the sintering step is completed, the workpiece is sintered for 3 to 7 minutes with an infiltration solution consisting of 80 to 98% by weight of copper, 0.5 to 5.5% by weight of iron, 0.2 to 2.5% by weight of zinc and 1 to 12% An immersion treatment step of filling the open pores with impregnation; And an annealing heat treatment step of performing an age hardening treatment at a temperature of 400 to 500 ° C and a age hardening treatment at a temperature of 200 to 300 ° C after the immersion treatment step is completed.
본 발명에 따른 소결된 합금은 디젤 엔진, 특정적으로 디젤 자동차의 엔진에 사용되는 밸브시트 및/또는 벨브가이드를 제조하기 위해 사용되는 것으로서, 이러한 목적을 위해 사용되는 소결된 합금이라면 어떠한 것이라도 무방하다.The sintered alloy according to the present invention is used for manufacturing a diesel engine, specifically a valve seat and / or valve guide used in an engine of a diesel automobile. Any sintered alloy used for this purpose Do.
상기 소결된 합금은 철로 구성된 기지조직에 몰리브덴, 니켈, 크롬, 구리, 주석 및 탄소가 포함되어 소결 성형된 성형물을 구리, 철, 아연 및 유동성 향상제로 이루어진 용침용액에 용침시킨 형태로 구성된다.The sintered alloy is formed by infiltrating a sintered and formed product containing molybdenum, nickel, chromium, copper, tin, and carbon into a base structure composed of iron, into an infiltration solution made of copper, iron, zinc, and a flowability improver.
여기서, 상기 기지조직은 철로 구성된 기지조직으로서, 몰리브덴, 니켈, 크롬, 구리, 주석 및 탄소를 제외한 나머지 성분은 철 또는 철과 극소량의 불순물로 구성된다.Here, the base structure is a base structure composed of iron, and the remaining components except for molybdenum, nickel, chromium, copper, tin and carbon are composed of iron or iron and a very small amount of impurities.
이때, 상기 기지조직, 특정적으로 철로 구성된 기지조직의 철 함량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 기지조직 전체 중량 기준으로 60 내지 80중량%인 것이 바람직하다.At this time, the iron content of the base fabric, specifically, the base fabric composed of iron is not particularly limited, but is preferably 60 to 80% by weight based on the total weight of the base fabric.
본 발명에 따른 몰리브덴은 고속도강에 쓰이는 합금원소로 절삭성, 고온 인장강도 및 경도를 증가시키기 위한 것으로서, 그 사용량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 추천하기로는 기지조직, 특정적으로 철로 구성된 기지조직 전체 중량 기준으로 2 내지 8중량%인 것이 좋다.The molybdenum according to the present invention is an alloying element used in a high-speed steel to increase machinability, high-temperature tensile strength and hardness. The amount of the molybdenum is not particularly limited, but is preferably in the range of By weight to 2 to 8% by weight.
본 발명에 따른 니켈은 강도가 높지는 않지만, 쉽게 깨지지 않아 기지조직의 인성을 향상시키기 위한 것으로서, 그 사용량은 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 기지조직, 특정적으로 철로 구성된 기지조직 전체 중량 기준으로 0.1 내지 3중량%인 것이 좋다.Although the nickel according to the present invention is not high in strength, it is not easily broken and is used for improving the toughness of the base structure. The amount of nickel used is not particularly limited, but is preferably in a range of 0.1 to 3% by weight.
본 발명에 따른 크롬은 고속도강에 쓰이는 합금원소로 내마멸성 및 절삭성을 증가시키기 위한 것으로서, 그 사용량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 추천하기로는 기지조직, 특정적으로 철로 구성된 기지조직 전체 중량 기준으로 0.1 내지 8중량%인 것이 좋다.The chromium according to the present invention is an alloying element used in a high-speed steel for increasing abrasion resistance and cutting ability. The amount of chromium used is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 8 parts by weight based on the total weight of the base structure, Weight%.
본 발명에 따른 구리는 열전도성을 증가시키기 위한 것으로서, 그 사용량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 추천하기로는 기지조직, 특정적으로 철로 구성된 기지조직 전체 중량 기준으로 5 내지 20중량%인 것이 좋다.Copper according to the present invention is intended to increase the thermal conductivity, and the amount of the copper to be used is not particularly limited, but is preferably 5 to 20% by weight based on the total weight of the base structure, specifically, the base structure made of iron.
본 발명에 따른 주석은 기지조직의 윤할특성 향상을 위해 첨가하며 0.1중량% 이상이 되어야 그 효과가 발생한다. 그러나 과잉으로 첨가하면 재질이 취화하고, 제품의 치수 안정성이 떨어지기 때문에 1중량% 미만으로 사용하는 것이 좋다.The tin according to the present invention is added in order to improve the lubrication property of the base structure, and the effect is required to be not less than 0.1% by weight. However, if it is added in excess, the material becomes brittle and the dimensional stability of the product deteriorates, so it is better to use less than 1% by weight.
이에, 본 발명에 따른 주석의 사용량은 기지조직, 특정적으로 철로 구성된 기지조직 전체 중량 기준으로 0.1 내지 1중량%인 것이 좋다.Therefore, the amount of tin used according to the present invention is preferably 0.1 to 1% by weight based on the total weight of the base structure, specifically, the base structure composed of iron.
상기 탄소는 경도를 증가시키고, 표면 특성 및 절삭성을 향상시키기 위한 것으로서, 사용량에 따라 소결합금, 특정적으로 소결합금으로 이루어진 밸브시트 및/또는 밸브가이드의 기계적 성질이 현저하게 변화되므로, 기지조직, 특정적으로 철로 구성된 기지조직 100중량%를 기준으로 0.3 내지 2중량%를 사용하는 것이 좋다.Since the mechanical properties of the valve sheet and / or the valve guide made of the sintered alloy, specifically the sintered alloy, and the valve guide are remarkably changed according to the amount of use, the carbon increases the hardness, It is preferable to use 0.3 to 2% by weight based on 100% by weight of the base structure which is specifically composed of iron.
이때, 상기 탄소의 사용량이 0.3중량% 미만이면 강도 및 경도가 부족하고, 2중량%가 초과되면 인장강도 및 인성이 감소되어 바람직하지 못하게 된다.If the amount of the carbon is less than 0.3 wt%, the strength and hardness are insufficient, and when the amount is more than 2 wt%, the tensile strength and toughness are decreased.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 기지조직, 특정적으로 철로 구성된 기지조직은 기지조직의 물리적 특성, 예를 들면 인장강도, 인성, 경도, 표면특성 등을 향상시키기 위해 사용자의 선택에 따라 실리콘, 텅스텐 및/또는 코발트를 더 포함할 수 있다.As a specific embodiment, the base fabric according to the present invention, particularly the base fabric composed of iron, may be made of silicon, tungsten or the like according to the user's choice in order to improve the physical properties of the base fabric such as tensile strength, toughness, hardness, And / or cobalt.
여기서, 상기 실리콘, 텅스텐 및/또는 코발트는 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하며, 그 사용량은 특별히 한정되지 않지만 기지조직 전체 중량부 기준으로 0.1 내지 20중량부 포함되는 것이 바람직하다.The silicon, tungsten, and / or cobalt may be any of those conventionally used in the art. The amount of the silicon, tungsten, and / or cobalt used is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 20 parts by weight based on the total weight of the matrix Do.
한편, 상기 기지조직, 특정적으로 철로 구성된 기지조직은 금속혼합물분말, 예를 들면 철, 몰리브덴, 니켈, 크롬, 구리, 주석 및 탄소분말로 이루어진 금속혼합물 분말로 구성되어 밸브시트 및/또는 밸브가이드로 성형된 후 소결된 뒤 용침용액에 의해 용침된 후 다시 열처리하여 최종적인 소결된 합금으로 제조된다.On the other hand, the base structure, specifically the base structure composed of iron, is composed of a metal mixture powder consisting of a metal mixture powder, for example, iron, molybdenum, nickel, chromium, copper, tin and carbon powder, , Sintered, infused by the infusion solution, and then heat-treated again to produce the final sintered alloy.
여기서, 상기 금속혼합물 분말은 사용자의 선택에 따라 실리콘, 텅스텐, 코발트 및 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 분말 형태로 더 포함할 수 있다.Here, the metal mixture powder may further include at least one selected from the group consisting of silicon, tungsten, cobalt, and a mixture thereof in powder form, depending on the user's selection.
본 발명에 따른 용침용액은 소결된 합금이 저경도 및 고경도 특성을 복합적으로 갖도록 하기 위한 것으로서, 고온으로 가열되어 액상으로 된 후 소결된 합금의 기공으로 용침용액 구성성분이 삽입되도록 한다.The infiltration solution according to the present invention is intended to make the sintered alloy have a combination of low hardness and high hardness properties, and is heated to a high temperature to be liquid, and then the infiltration solution component is inserted into the pores of the sintered alloy.
바람직한 용침용액은 구리 80 내지 98중량%, 철 0.5 내지 5.5중량%, 아연 0.2 내지 2.5중량% 및 유동성 향상제 1 내지 12중량%로 이루어진 것이 좋다.A preferred infusion solution is composed of 80 to 98% by weight of copper, 0.5 to 5.5% by weight of iron, 0.2 to 2.5% by weight of zinc and 1 to 12% by weight of flow improver.
여기서, 상기 용침용액을 구성하는 구리, 철 및 아연 혼합물, 특정적으로 금속혼합물은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것을 사용할 수 있지만, 그 사용량은 앞서 설명한 바와 같이 한정하여 사용하는 것이 반복 실험을 통해 가장 적합한 것으로 나타났다.The copper, iron and zinc mixture, specifically the metal mixture, constituting the infiltration solution may be those conventionally used in the art. However, the amount of the copper, iron and zinc mixture used is limited as described above. Appeared appropriate.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 용침용액은 발명자의 반복 실험을 통해 소결된 합금이 저경도 및 고경도 특성을 복합적으로 갖도록 하기 위한 가장 적합한 조성으로서, 알루미늄 80 내지 90중량%; 철 0.01 내지 0.5중량%; 구리 0.2 내지 2.5중량%; 아연 0.1 내지 2.5중량%; 마그네슘 0.01 내지 0.5중량%; 및 유동성 향상제 5 내지 14중량%를 포함하는 것이 좋다.As a specific aspect, the infiltration solution according to the present invention is the most suitable composition for the sintered alloy to have a combination of low hardness and high hardness characteristics through repeated experiment of the inventors, and it is composed of 80 to 90% by weight of aluminum; 0.01 to 0.5% by weight of iron; 0.2 to 2.5% by weight of copper; From 0.1 to 2.5% by weight of zinc; 0.01 to 0.5% by weight of magnesium; And 5 to 14% by weight of a flow improver.
한편, 전술한 용침용액에 포함된 유동성 향상제(flux)는 용침용액이 용융되는 금속이 소결된 금속의 기공속으로 용이하게 삽입될 수 있도록 하는 것으로서, 이러한 목적을 위한 유동성 향상제라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 윤활특성 및 유동성 향상 기능을 하는 유기화합물, 예를 들면 벤젠, 톨루엔, 케톤 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물 또는 무기화합물계 물질, 예를 들면 형석을 사용하는 것이 바람직하다특히, 무기화합물계 물질일 경우에는 고온, 예를 들면 600℃ 이상의 고온에서 용융되는 금속이 소결된 금속의 기공속으로 용이하게 삽입될 수 있다. 또한, 유기화합물은 예를 들면 케톤, 벤젠, 톨루엔, 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 유동성 향상제로서 케톤, 벤젠 및 톨루엔이 혼합되어 사용되는 경우, 상기 케톤, 벤젠, 및 톨루엔은 5:3:2의 중량비율로 혼합되는 것이 바람직하다.On the other hand, the flux improver included in the infusion solution allows the metal to be melted to be easily inserted into the pores of the sintered metal. The fluidity improver for such a purpose is not particularly limited, Preferably, it is preferable to use an organic compound having a lubrication property and a fluidity improving function, for example, benzene, toluene, ketone or a mixture of at least one of them or inorganic compound-based material such as fluorite. Particularly, The metal which is melted at a high temperature, for example, a high temperature of 600 ° C or more, can be easily inserted into the pores of the sintered metal. Further, it is preferable to use at least one organic compound such as ketone, benzene, toluene, or a mixture of at least one thereof. When ketone, benzene, and toluene are mixed and used as the flowability improver, the ketone, benzene, and toluene are preferably mixed in a weight ratio of 5: 3: 2.
전술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 소결된 합금은 용도에 따라 밸브시트 및/또는 밸브 가이드, 특정적으로 디젤 자동차의 엔진에 사용되는 밸브시트 및/또는 밸브 가이드의 재료로 사용된다.The sintered alloy according to the present invention having the above-mentioned constitution is used as a valve seat and / or a valve guide, particularly a valve seat used for an engine of a diesel vehicle and / or a valve guide, depending on the application.
그러므로 본 발명에 따른 소결된 합금은 밸브시트 및/또는 밸브가이드로 성형되어 소결된다.
Therefore, the sintered alloy according to the present invention is molded and sintered with a valve seat and / or valve guide.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 소결된 합금의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.A method of manufacturing the sintered alloy according to the present invention having the above-described structure will be described below.
본 발명에 따른 소결된 합금의 제조방법은 기지조직 전체 중량 기준으로 철 60 내지 80중량%; 몰리브덴 2 내지 8중량%; 니켈 0.1 내지 3중량%; 크롬 0.1 내지 8중량%; 구리 5 내지 20중량%; 주석 0.1 내지 1중량%; 및 탄소 0.3 내지 2중량%을 분말형태로 배합한 뒤 면압 5 내지 10ton/㎠로 가압하여 철로 구성된 기지조직 피가공물을 성형하는 피가공물 성형단계;The method for producing a sintered alloy according to the present invention comprises 60 to 80% by weight of iron, based on the total weight of the matrix; 2 to 8% by weight of molybdenum; 0.1 to 3 wt% nickel; 0.1 to 8% by weight of chromium; 5 to 20% by weight of copper; 0.1 to 1% by weight of tin; And carbon in an amount of 0.3 to 2% by weight in powder form, followed by pressing at a surface pressure of 5 to 10 ton / cm < 2 >
상기 피가공물 성형단계가 종료된 후 피가공물을 진공로 또는 환원분위기의 소결로에서 내부 기공율이 10 내지 40%가 되도록 소결하는 소결단계;A sintering step of sintering the workpiece so as to have an internal porosity of 10 to 40% in a sintering furnace in a vacuum furnace or a reducing atmosphere after the workpiece forming step is completed;
상기 소결단계가 종료된 후 구리 80 내지 98중량%, 철 0.5 내지 5.5중량%, 아연 0.2 내지 2.5중량% 및 유동성 향상제 1 내지 12중량%로 이루어진 용침용액으로 3 내지 7분 동안 소결된 피가공물의 개방기공을 채워 침투시키는 침지 처리단계;After the sintering step is completed, the workpiece is sintered for 3 to 7 minutes with an infiltration solution consisting of 80 to 98% by weight of copper, 0.5 to 5.5% by weight of iron, 0.2 to 2.5% by weight of zinc and 1 to 12% An immersion treatment step of filling the open pores with impregnation;
상기 침지 처리단계가 종료된 후 400 내지 500℃의 온도에서 용체화 처리하고, 200 내지 300℃의 온도로 시효경화 처리하는 소둔열처리 단계를 포함한다.And an annealing heat treatment step of performing an age hardening treatment at a temperature of 400 to 500 ° C and an age hardening treatment at a temperature of 200 to 300 ° C after the immersion treatment step is completed.
여기서, 상기 기지조직을 구성하는 금속혼합물은 필요에 따라 실리콘, 규사 및/또는 텅스텐을 기지조직 전체 중량부 기준으로 0.1 내지 20중량부 더 포함할 수 있으며, 상기 용침용액은 사용자의 선택에 따라 알루미늄 80 내지 90중량%; 철 0.01 내지 0.5중량%; 구리 0.2 내지 2.5중량%; 아연 0.1 내지 2.5중량%; 마그네슘 0.01 내지 0.5중량%; 및 유동성 향상제 5 내지 14중량%를 포함하도록 구성할 수 있다.Herein, the metal mixture constituting the matrix may further contain silicon, silica and / or tungsten in an amount of 0.1 to 20 parts by weight based on the total weight of the matrix, 80 to 90% by weight; 0.01 to 0.5% by weight of iron; 0.2 to 2.5% by weight of copper; From 0.1 to 2.5% by weight of zinc; 0.01 to 0.5% by weight of magnesium; And 5 to 14% by weight of a flow improver.
이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 하기의 실시예는 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 이들 실시예에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. However, the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.
[실시예 1][Example 1]
철 75.18g 몰리브덴 4.55g, 니켈 0.9g, 크롬 0.71g, 구리 17.37g, 주석 0.5g, 및 탄소 0.79g을 분말형태로 배합한 뒤 면압 7ton/㎤로 가압하여 철로 구성된 기지조직으로서 밸브시트를 성형하였다.4.55 g of iron, 75 g of iron, 0.9 g of nickel, 0.71 g of chromium, 17.37 g of copper, 0.5 g of tin and 0.79 g of carbon were mixed in powder form and pressurized at a surface pressure of 7 ton / Respectively.
그 다음, 밸브시트 가공물을 환원분위기의 소결로에서 내부 기공율이 약 20%가 되도록 소결하였다.Then, the valve seat workpiece was sintered so as to have an internal porosity of about 20% in a sintering furnace in a reducing atmosphere.
그 다음, 구리 90g, 철 3g, 아연 1.5g 및 형석 5.5g로 이루어진 600℃ 이상의 용침용액으로 소결된 밸브시트 가공물을 5분 동안 침지 처리하였다.Subsequently, the valve seat workpiece sintered with an infiltration solution of 600 DEG C or higher, consisting of 90 g of copper, 3 g of iron, 1.5 g of zinc and 5.5 g of fluorspar, was immersed for 5 minutes.
그 다음, 침지 처리된 밸브시트 가공물을 450℃의 온도로 용체화 처리한 뒤 250℃의 온도로 시효경화 처리하는 소둔열처리하여 밸브시트를 제조하였다.
Subsequently, the valve seat workpiece immersed was subjected to a solution treatment at a temperature of 450 캜, followed by an age hardening treatment at a temperature of 250 캜, thereby producing a valve seat.
[실시예 2][Example 2]
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 철로 구성된 기지조직으로서 밸브시트를 성형하는 대신 밸브가이드를 성형하여 실시하였다.
A valve guide was formed in the same manner as in Example 1 except that the valve sheet was formed as a base structure made of iron.
[실시예 3][Example 3]
철 79.88g 몰리브덴 5.46g, 니켈 1.93g, 크롬 4.77g, 구리 6.26g, 주석 0.5g, 및 탄소 1.2g을 분말형태로 배합한 뒤 면압 7ton/㎤로 가압하여 철로 구성된 기지조직으로서 밸브시트를 성형하였다.5.96 g of iron, 5.46 g of iron, 1.93 g of nickel, 4.77 g of chromium, 6.26 g of copper, 0.5 g of tin and 1.2 g of carbon were mixed in powder form and pressurized at a surface pressure of 7 ton / Respectively.
그 다음, 밸브시트 가공물을 환원분위기의 소결로에서 내부 기공율이 약 20%가 되도록 소결하였다.Then, the valve seat workpiece was sintered so as to have an internal porosity of about 20% in a sintering furnace in a reducing atmosphere.
그 다음, 구리 85g, 철 3g, 아연 1.5g 및 형석 10.5g로 이루어진 600℃ 이상의 용침용액으로 소결된 밸브시트 가공물을 5분 동안 침지 처리하였다.Subsequently, the valve seat workpiece sintered with an infiltration solution of 600 DEG C or higher, consisting of 85 g of copper, 3 g of iron, 1.5 g of zinc and 10.5 g of fluorite, was immersed for 5 minutes.
그 다음, 침지 처리된 밸브시트 가공물을 450℃의 온도로 용체화 처리한 뒤 250℃의 온도로 시효경화 처리하는 소둔열처리하여 밸브시트를 제조하였다.Subsequently, the valve seat workpiece immersed was subjected to a solution treatment at a temperature of 450 캜, followed by an age hardening treatment at a temperature of 250 캜, thereby producing a valve seat.
[실시예 4][Example 4]
실시예 3과 동일한 방법으로 실시하되, 철로 구성된 기지조직으로서 밸브시트를 성형하는 대신 밸브가이드를 성형하여 실시하였다.
A valve guide was formed in the same manner as in Example 3 except that the valve sheet was formed as a base structure made of iron.
[실시예 5][Example 5]
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 기지조직을 구성하기 위한 금속혼합물로서 실리콘 5g을 더 포함시켜 실시하였다.
Was carried out in the same manner as in Example 1 except that 5 g of silicon was further added as a metal mixture for constituting the matrix.
[실시예 6][Example 6]
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 기지조직을 구성하기 위한 금속혼합물로서 실리콘 4g 및 텅스텐 1g을 더 포함시켜 실시하였다.
Was carried out in the same manner as in Example 1 except that 4 g of silicon and 1 g of tungsten were further added as a metal mixture for constituting the matrix.
[실시예 7][Example 7]
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 구리 90g, 철 3g, 아연 1.5g 및 형석 5.5g로 이루어진 용침용액 대신 알루미늄 85g; 철 0.3g 구리 1.5g, 아연 1.5g, 마그네슘 0.3g 및 형석 11.4g로 이루어진 용침용액을 사용하여 실시하였다.
Except that 85 g of aluminum was used instead of an aqueous solution of 90 g of copper, 3 g of iron, 1.5 g of zinc and 5.5 g of fluorspar; 0.3 g of iron, 1.5 g of copper, 1.5 g of zinc, 0.3 g of magnesium and 11.4 g of fluorite.
[비교예 1][Comparative Example 1]
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 철 79.88g 몰리브덴 5.46g, 니켈 1.93g, 크롬 4.77g, 구리 6.26g, 주석 0.5g, 및 탄소 1.2g로 이루어진 금속혼합물 대신 철 74.5g, 니켈 5g, 몰리브덴 7.5g, 망간 1.75g, 탄소 1.2g, 황 1g, 크롬 2.5g, 구리 6g, 주석 0.6g으로 혼합된 금속혼합물을 사용하여 실시하였다.
The procedure of Example 1 was followed except that 74.5 g of iron, 5 g of nickel, 5 g of molybdenum, and 0.35 g of iron were used in place of the metal mixture consisting of 79.88 g of iron, 5.46 g of molybdenum, 1.93 g of nickel, 4.77 g of chromium, 6.26 g of copper, , 1.75 g of manganese, 1.2 g of carbon, 1 g of sulfur, 2.5 g of chromium, 6 g of copper and 0.6 g of tin.
[비교예 2][Comparative Example 2]
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 철 79.88g 몰리브덴 5.46g, 니켈 1.93g, 크롬 4.77g, 구리 6.26g, 주석 0.5g, 및 탄소 1.2g로 이루어진 금속혼합물 대신 철 68.95g, 니켈 2g, 몰리브덴 10g, 망간 1.75g, 탄소 1.2g, 황 1g, 크롬 6.5g, 구리 8g, 주석 0.6g으로 혼합된 금속혼합물을 사용하여 실시하였다.
The procedure of Example 1 was followed except that 68.95 g of iron, 2 g of nickel, 2 g of molybdenum, and 0.45 g of iron were mixed in a metal mixture consisting of 79.88 g of iron, 5.46 g of molybdenum, 1.93 g of nickel, 4.77 g of chromium, 6.26 g of copper, , 1.75 g of manganese, 1.2 g of carbon, 1 g of sulfur, 6.5 g of chromium, 8 g of copper and 0.6 g of tin.
[비교예 3][Comparative Example 3]
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 용침용액으로 침지 처리하는 단계 및 열처리 단계를 생략하여 실시하였다.
The same procedure as in Example 1 was carried out except that the immersion treatment with the infusion solution and the heat treatment step were omitted.
[실 험][Experiment]
실시예 1 내지 4 및 비교실시예에 따라 제조된 밸브시트 및/또는 밸브가이드의 마모량, 소결밀도 및 경도를 측정하여 다음 표 1로 나타냈다.The wear amount, sintering density and hardness of the valve seat and / or valve guide manufactured according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples were measured and shown in Table 1 below.
여기서, 상기 마모량은 시료당 총 28HR 실시하였다: 2,400rpm x 28hr x 60min = 4,032,000회(약 400만회)
Here, the wear amount was 28HR per sample: 2,400rpm x 28hr x 60min = 4,032,000 times (about 4 million times)
상기 밸브시트의 마모량1 )은 (시험후 길이-시험전 길이)xtan(시험후 각도)/2로 산출하였고, 밸브가이드 마모량2 )은 (시험후 내경 - 시험전 내경)/2로 하여 산출하였다.
The wear amount 1 ) of the valve seat was calculated as (length after test - length before test) xtan (angle after test) / 2, and the amount of wear of valve guide 2 ) was calculated as (inner diameter after test - inner diameter before test) / 2 .
표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 밸브시트 및 밸브 가이드는 비교예에 따라 제조된 밸브시트 보다 마모도가 낮고, 소결밀도 및 경도가 높은 것으로 나타났다.As shown in Table 1, the valve seat and valve guide manufactured according to Examples 1 to 4 according to the present invention showed lower wear, sintered density and hardness than the valve seat manufactured according to the comparative example.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모두 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모두 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
As described above, those skilled in the art will understand that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the embodiments described above are all illustrative and not restrictive. The scope of the present invention should be construed as being included in the scope of the present invention without departing from the scope of the present invention.
Claims (6)
상기 성형 소결된 기지조직에 구리 80 내지 98중량%, 철 0.5 내지 5.5중량%, 아연 0.2 내지 2.5중량% 및 유동성 향상제 1 내지 12중량%로 이루어진 용침용액이 용침되어 소결된 합금.60 to 80% by weight of iron based on the total weight of the matrix; 2 to 8% by weight of molybdenum; 0.1 to 3 wt% nickel; 0.1 to 8% by weight of chromium; 5 to 20% by weight of copper; 0.1 to 1% by weight of tin; And 0.3 to 2% by weight of carbon,
The alloy sintered by infiltration of an infiltration solution consisting of 80 to 98% by weight of copper, 0.5 to 5.5% by weight of iron, 0.2 to 2.5% by weight of zinc and 1 to 12% by weight of a flow improver in the shaped and sintered matrix.
A valve seat for a diesel engine, comprising a sintered alloy according to claim 1.
A valve guide for a diesel engine comprising a sintered alloy according to claim 1.
상기 피가공물 성형단계가 종료된 후 피가공물을 진공로 또는 환원분위기의 소결로에서 내부 기공율이 10 내지 40%가 되도록 소결하는 소결단계;
상기 소결단계가 종료된 후 구리 80 내지 98중량%, 철 0.5 내지 5.5중량%, 아연 0.2 내지 2.5중량% 및 유동성 향상제 1 내지 12중량%로 이루어진 용침용액으로 3 내지 7분 동안 소결된 피가공물의 개방기공을 채워 침투시키는 침지 처리단계;
상기 침지 처리단계가 종료된 후 400 내지 500℃의 온도에서 용체화 처리하고, 200 내지 300℃의 온도로 시효경화 처리하는 소둔열처리 단계를 포함하는 소결된 합금 제조방법.
60 to 80% by weight of iron based on the total weight of the matrix; 2 to 8% by weight of molybdenum; 0.1 to 3 wt% nickel; 0.1 to 8% by weight of chromium; 5 to 20% by weight of copper; 0.1 to 1% by weight of tin; And carbon in an amount of 0.3 to 2% by weight in powder form, followed by pressing at a surface pressure of 5 to 10 ton / cm < 2 >
A sintering step of sintering the workpiece so as to have an internal porosity of 10 to 40% in a sintering furnace in a vacuum furnace or a reducing atmosphere after the workpiece forming step is completed;
After the sintering step is completed, the workpiece is sintered for 3 to 7 minutes with an infiltration solution consisting of 80 to 98% by weight of copper, 0.5 to 5.5% by weight of iron, 0.2 to 2.5% by weight of zinc and 1 to 12% An immersion treatment step of filling the open pores with impregnation;
And a solution annealing step of annealing the solution at a temperature of 400 to 500 ° C and an age hardening treatment at a temperature of 200 to 300 ° C after the immersion treatment step is completed.
상기 피가공물이 밸브시트 형태로 성형된 것을 포함하는 소결된 합금 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the workpiece is formed in the form of a valve seat.
상기 피가공물이 밸브가이드 형태로 성형된 것을 포함하는 소결된 합금 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the workpiece is formed in the form of a valve guide.
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