KR102199856B1 - A valve seat - Google Patents

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Abstract

본 발명은 밸브 시트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 밸브 시트는 탄소(C) 0.8 내지 1.7중량%, 규소(Si) 0.5 내지 1.5중량%, 망간(Mn) 0.5 내지 1.5중량%, 황(S) 0.01 내지 1.0중량%, 크롬(Cr) 2.0 내지 6.0중량%, 몰리브덴(Mo) 7.0 내지 16.0중량%, 니켈(Ni) 2.0 내지 8.0중량%, 텅스텐(W) 0.01 내지 3.0중량%, 바나듐(V) 0.01 내지 1.0중량%, 코발트(Co) 14.0 내지 25.0중량% 및 잔량으로 철(Fe)과 불순물을 포함한다.The present invention relates to a valve seat and a method of manufacturing the same, wherein the valve seat comprises 0.8 to 1.7% by weight of carbon (C), 0.5 to 1.5% by weight of silicon (Si), 0.5 to 1.5% by weight of manganese (Mn), and sulfur (S ) 0.01 to 1.0 wt%, chromium (Cr) 2.0 to 6.0 wt%, molybdenum (Mo) 7.0 to 16.0 wt%, nickel (Ni) 2.0 to 8.0 wt%, tungsten (W) 0.01 to 3.0 wt%, vanadium (V ) 0.01 to 1.0% by weight, 14.0 to 25.0% by weight of cobalt (Co), and iron (Fe) and impurities in the balance.

Description

밸브 시트{A VALVE SEAT}Valve seat {A VALVE SEAT}

본 발명은 가스 및 디젤 엔진에 사용되는 밸브 시트에 관한 것이다.The present invention relates to a valve seat for use in gas and diesel engines.

일반적으로 엔진의 구성품 중 하나인 밸브 시트는 밸브면과 밀착되어 연소실의 기밀을 보존하는 역할을 한다. 이러한 밸브 시트는 고온의 연소가스에 노출되고, 밸브면에 지속적으로 접촉되기 때문에 내열성 및 내마모성 등의 물성이 요구된다.In general, a valve seat, which is one of the components of an engine, is in close contact with the valve surface to preserve airtightness of the combustion chamber. Since such a valve seat is exposed to high-temperature combustion gases and continuously contacts the valve surface, physical properties such as heat resistance and abrasion resistance are required.

상기와 같은 물성을 확보하기 위해 종래에는 밸브 시트를 제조하기 위한 원료에 납(Pb)을 함유시켜 밸브 시트를 제조하는 기술이 제안된 바 있다(하기 선행기술문헌 참조). 이러한 납(Pb)이 함유된 밸브 시트는 내마모성이 양호하고 가격이 저렴하지만, 환경문제를 일으키는 납(Pb)이 포함되어 있어 그 사용 범위가 제안되며 고온의 환경에서는 용융되는 문제점이 있었다.In order to secure the above-described physical properties, conventionally, a technique for manufacturing a valve seat by containing lead (Pb) in a raw material for manufacturing a valve seat has been proposed (refer to the prior art document below). The valve seat containing lead (Pb) has good wear resistance and is inexpensive, but it contains lead (Pb), which causes environmental problems, so its range of use is suggested, and there is a problem of melting in a high temperature environment.

또한 Fe-Mo, 또는Fe-Cr과 같이 경질 입자를 포함하는 원료로 밸브 시트를 제조하는 기술이 제안된 바 있으나, 이러한 밸브 시트는 내마모성이 과도하게 높아 오히려 상대재인 밸브에 손상을 입히는 문제점이 있었다.In addition, a technology for manufacturing a valve seat from a raw material containing hard particles such as Fe-Mo or Fe-Cr has been proposed, but such a valve seat has a problem of damaging the counterpart valve rather because the abrasion resistance is excessively high. .

대한민국 공개특허공보 제1995-0013635호Republic of Korea Patent Publication No. 1995-0013635

상기한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 내열성 및 내마모성 등의 물성이 우수한 밸브 시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a valve seat having excellent physical properties such as heat resistance and abrasion resistance.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 탄소(C) 0.8 내지 1.7중량%, 규소(Si) 0.5 내지 1.5중량%, 망간(Mn) 0.5 내지 1.5중량%, 황(S) 0.01 내지 1.0중량%, 크롬(Cr) 2.0 내지 6.0중량%, 몰리브덴(Mo) 7.0 내지 16.0중량%, 니켈(Ni) 2.0 내지 8.0중량%, 텅스텐(W) 0.01 내지 3.0중량%, 바나듐(V) 0.01 내지 1.0중량%, 코발트(Co) 14.0 내지 25.0중량% 및 잔량으로 철(Fe)과 불순물을 포함하는 밸브 시트를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is carbon (C) 0.8 to 1.7% by weight, silicon (Si) 0.5 to 1.5% by weight, manganese (Mn) 0.5 to 1.5% by weight, sulfur (S) 0.01 to 1.0% by weight, Chrome (Cr) 2.0 to 6.0% by weight, molybdenum (Mo) 7.0 to 16.0% by weight, nickel (Ni) 2.0 to 8.0% by weight, tungsten (W) 0.01 to 3.0% by weight, vanadium (V) 0.01 to 1.0% by weight, It provides a valve seat containing 14.0 to 25.0% by weight of cobalt (Co) and iron (Fe) and impurities in the balance.

이러한 본 발명의 밸브 시트는 조직 내에 베이나이트 조직, 코발트(Co)와 몰리브덴(Mo)이 결합된 규화물을 포함하는 조직, 크롬 복합 탄화물을 포함하는 마르텐사이트 조직 및 오스테나이트 조직을 포함할 수 있다.The valve seat of the present invention may include a bainite structure, a structure including a silicide in which cobalt (Co) and molybdenum (Mo) are combined, a martensitic structure including a chromium composite carbide, and an austenite structure.

이때, 상기 베이나이트 조직은 밸브 시트 총 100부피%를 기준으로, 2 내지 12부피%인 것이 바람직하다.In this case, the bainite structure is preferably 2 to 12% by volume, based on the total 100% by volume of the valve seat.

또한, 상기 베이나이트 조직이 밸브 시트를 절단한 절단면에서 차지하는 면적의 비율은 절단면 면적의 2 내지 12%인 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the ratio of the area occupied by the bainite structure in the cut surface from which the valve seat is cut is 2 to 12% of the cut surface area.

한편 본 발명의 밸브 시트는 조직 내의 기공에 구리(Cu) 또는 구리 합금이 용침된 것일 수 있다.Meanwhile, the valve seat of the present invention may be obtained by infiltrating copper (Cu) or a copper alloy into pores in the tissue.

또한 본 발명의 밸브 시트는 철계 소결물이 더 결합된 것일 수 있다.In addition, the valve seat of the present invention may be an iron-based sintered product further combined.

본 발명의 밸브 시트는 특정 범위의 탄소, 규소, 망간, 황, 크롬, 몰리브덴, 니켈, 텅스텐, 바나듐 및 코발트를 포함하기 때문에 내열성 및 내마모성 등의 물성이 우수하다. 또한 본 발명의 밸브 시트는 납(Pb)을 포함하고 있지 않기 때문에 환경문제의 발생도 줄일 수 있다.Since the valve seat of the present invention contains a specific range of carbon, silicon, manganese, sulfur, chromium, molybdenum, nickel, tungsten, vanadium and cobalt, it has excellent physical properties such as heat resistance and abrasion resistance. In addition, since the valve seat of the present invention does not contain lead (Pb), the occurrence of environmental problems can be reduced.

도 1은 본 발명의 일례에 따른 밸브 시트를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실험예 1을 설명하기 위한 참고도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 밸브 시트의 절단면을 분석한 이미지이다.
도 4는 본 발명의 실험예 4를 설명하기 위한 참고도이다.1 is a perspective view showing a valve seat according to an example of the present invention.
2 is a reference diagram for explaining Experimental Example 1 of the present invention.
3 is an image analyzing the cut surface of the valve seat according to the first embodiment of the present invention.
4 is a reference diagram for explaining Experimental Example 4 of the present invention.

이하, 본 발명을 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described.

1. 밸브 시트1. Valve seat

본 발명의 밸브 시트는 탄소, 규소, 망간, 황, 크롬, 몰리브덴, 니켈, 텅스텐, 바나듐 및 코발트를 특정 범위로 포함하여 내열성 및 내마모성 등의 물성이 우수한데, 이에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The valve seat of the present invention includes carbon, silicon, manganese, sulfur, chromium, molybdenum, nickel, tungsten, vanadium, and cobalt in a specific range, and has excellent physical properties such as heat resistance and abrasion resistance, which will be described in detail as follows. .

본 발명의 밸브 시트는 총중량 중 탄소(C)를 0.8 내지 1.7중량%로 포함한다. 탄소의 함량이 0.8중량% 미만이면 밸브 시트의 조직 내 카바이드 조직의 형성이 저하되며, 1.7중량%를 초과하면 밸브 시트의 조직 내 페라이트 조직이 잔류하여 밸브 시트의 내마모성이 떨어질 수 있다. 따라서 탄소는 상기 범위로 포함되는 것이 바람직하다.The valve seat of the present invention contains 0.8 to 1.7% by weight of carbon (C) based on the total weight. If the carbon content is less than 0.8% by weight, the formation of a carbide structure in the structure of the valve seat is degraded, and if it exceeds 1.7% by weight, the ferrite structure in the structure of the valve seat remains and the abrasion resistance of the valve seat may decrease. Therefore, it is preferable that carbon is included in the above range.

본 발명의 밸브 시트는 총중량 중 규소(Si)를 0.5 내지 1.5중량%로 포함한다. 규소의 함량이 0.5중량% 미만이면 몰리브덴(Mo)과 코발트(Co)가 결합하여 생성되는 규화물의 생성이 저하되어 밸브 시트의 내마모성이 떨어질 수 있고, 1.5중량%를 초과하면 밸브 시트의 제조시 압축성 및 소결성이 떨어질 수 있다. 따라서 규소는 상기 범위로 포함되는 것이 바람직하다.The valve seat of the present invention contains 0.5 to 1.5% by weight of silicon (Si) based on the total weight. If the silicon content is less than 0.5% by weight, the formation of silicide generated by the combination of molybdenum (Mo) and cobalt (Co) may decrease, resulting in a decrease in the abrasion resistance of the valve seat.If it exceeds 1.5% by weight, compressibility in the manufacture of the valve seat And sinterability may be poor. Therefore, it is preferable that silicon is included in the above range.

본 발명의 밸브 시트는 총중량 중 망간(Mn)을 0.5 내지 1.5중량%로 포함한다. 망간의 함량이 0.5중량% 미만이면 밸브 시트의 가공성이 떨어질 수 있고, 1.5중량%를 초과하면 밸브 시트의 제조시 압축성 및 소결성이 떨어질 수 있다. 따라서 망간은 상기 범위로 포함되는 것이 바람직하다.The valve seat of the present invention contains 0.5 to 1.5% by weight of manganese (Mn) in the total weight. If the manganese content is less than 0.5% by weight, the processability of the valve seat may be deteriorated, and if it exceeds 1.5% by weight, the compressibility and sinterability may decrease during the manufacture of the valve seat. Therefore, it is preferable that manganese is included in the above range.

본 발명의 밸브 시트는 총중량 중 황(S)을 0.01 내지 1.0중량%로 포함한다. 황의 함량이 0.01중량% 미만이면 망간과의 결합물 생성이 저하되고, 1.0중량%를 초과하면 밸브 시트의 조직 내 카바이드 조직이 과하게 형성되어 밸브 시트의 제조시 가공성이 떨어질 수 있다. 따라서 황은 상기 범위로 포함되는 것이 바람직하다.The valve seat of the present invention contains 0.01 to 1.0% by weight of sulfur (S) based on the total weight. If the content of sulfur is less than 0.01% by weight, the formation of bonds with manganese decreases, and if it exceeds 1.0% by weight, the carbide structure in the structure of the valve seat is excessively formed, and thus processability may be deteriorated during manufacture of the valve seat. Therefore, it is preferable that sulfur is included in the above range.

본 발명의 밸브 시트는 총중량 중 크롬(Cr)을 2.0 내지 6.0중량%로 포함한다. 크롬의 함량이 2.0중량% 미만이면 밸브 시트의 조직 내 카바이드 조직의 형성이 저하되어 밸브 시트의 내마모성이 떨어질 수 있고, 6.0중량%를 초과하면 밸브 시트의 제조시 압축성 및 소결성이 떨어지고 내마모성이 과하게 높아져 상대재인 밸브에 손상을 입히는 정도가 높아질 수 있다. 따라서 크롬은 상기 범위로 포함되는 것이 바람직하다.The valve seat of the present invention contains 2.0 to 6.0% by weight of chromium (Cr) based on the total weight. If the chromium content is less than 2.0% by weight, the formation of a carbide structure in the structure of the valve seat may decrease, resulting in a decrease in the abrasion resistance of the valve seat, and if it exceeds 6.0% by weight, the compressibility and sinterability in the manufacture of the valve seat decrease, and the wear resistance becomes excessively high. The degree of damage to the counterpart valve may increase. Therefore, it is preferable that chromium is included in the above range.

본 발명의 밸브 시트는 총중량 중 몰리브덴(Mo)을 7.0 내지 16.0중량%로 포함한다. 몰리브덴의 함량이 7.0중량% 미만이면 코발트와 몰리브덴이 결합된 규화물의 생성이 저하되어 밸브 시트의 내마모성이 떨어질 수 있고, 16.0중량%를 초과하면 밸브 시트의 제조시 압축성이 떨어질 수 있다. 따라서 몰리브덴은 상기 범위로 포함되는 것이 바람직하다.The valve seat of the present invention contains 7.0 to 16.0% by weight of molybdenum (Mo) based on the total weight. If the content of molybdenum is less than 7.0% by weight, the formation of silicides in which cobalt and molybdenum are bonded is reduced, so that the abrasion resistance of the valve seat may be deteriorated, and if it exceeds 16.0% by weight, compressibility may be deteriorated during manufacture of the valve seat. Therefore, it is preferable that molybdenum is included in the above range.

본 발명의 밸브 시트는 총중량 중 니켈(Ni)을 2.0 내지 8.0중량%로 포함한다. 니켈의 함량이 2.0중량% 미만이면 밸브 시트의 조직 내 오스테나이트 조직의 형성이 저하되어 밸브 시트의 내마모성 및 내열성이 떨어질 수 있고, 8.0중량%를 초과하면 밸브 시트의 인성이 과하게 높아지고 베이나이트 조직의 형성이 저하되어 밸브 시트의 내마모성이 떨어질 수 있다. 따라서 니켈은 상기 범위로 포함되는 것이 바람직하다.The valve seat of the present invention contains 2.0 to 8.0% by weight of nickel (Ni) based on the total weight. If the content of nickel is less than 2.0% by weight, the formation of austenite structure in the structure of the valve seat is reduced, so that the abrasion resistance and heat resistance of the valve seat may decrease.If it exceeds 8.0% by weight, the toughness of the valve seat is excessively increased, and the bainite structure Formation may be degraded and the abrasion resistance of the valve seat may decrease. Therefore, it is preferable that nickel is included in the above range.

본 발명의 밸브 시트는 총중량 중 텅스텐(W)을 0.01 내지 3.0중량%로 포함한다. 텅스텐의 함량이 0.01중량% 미만이면 밸브 시트의 조직 내 카바이드 조직의 형성이 저하되어 밸브 시트의 내마모성이 떨어질 수 있으며, 3.0중량%를 초과하면 밸브 시트의 내마모성이 과하게 높아져 상대재인 밸브에 손상을 입히는 정도가 높아질 수 있다. 따라서 텅스텐은 상기 범위로 포함되는 것이 바람직하다.The valve seat of the present invention contains 0.01 to 3.0% by weight of tungsten (W) based on the total weight. If the content of tungsten is less than 0.01% by weight, the formation of a carbide structure in the structure of the valve seat may decrease, resulting in a decrease in the abrasion resistance of the valve seat.If it exceeds 3.0% by weight, the abrasion resistance of the valve seat becomes excessively high, causing damage to the counterpart valve. The degree can be increased. Therefore, it is preferable that tungsten is included in the above range.

본 발명의 밸브 시트는 총중량 중 바나듐(V)을 0.01 내지 1.0중량%로 포함한다. 바나듐의 함량이 0.01중량% 미만이면 밸브 시트의 조직 내 카바이드 조직의 형성이 저하되어 밸브 시트의 내마모성이 떨어질 수 있으며, 1.0중량%를 초과하면 밸브 시트의 제조시 압축성 및 소결성이 저하될 수 있다. 따라서 바나듐은 상기 범위로 포함되는 것이 바람직하다.The valve seat of the present invention contains 0.01 to 1.0% by weight of vanadium (V) based on the total weight. If the content of vanadium is less than 0.01% by weight, the formation of a carbide structure in the structure of the valve seat may be degraded, so that the abrasion resistance of the valve seat may be deteriorated, and if it exceeds 1.0% by weight, compressibility and sinterability in manufacturing the valve seat may decrease. Therefore, it is preferable that vanadium is included in the above range.

본 발명의 밸브 시트는 총중량 중 코발트(Co)를 14.0 내지 25.0중량%로 포함한다. 코발트의 함량이 14.0중량% 미만이면 코발트와 몰리브덴이 결합된 규화물의 생성이 저하되어 밸브 시트의 내마모성 및 내열성이 떨어질 수 있으며, 25.0중량%를 초과하면 밸브 시트의 제조시 압축성 및 소결성이 저하될 수 있다. 따라서 코발트는 상기 범위로 포함되는 것이 바람직하다.The valve seat of the present invention contains 14.0 to 25.0% by weight of cobalt (Co) based on the total weight. If the content of cobalt is less than 14.0% by weight, the formation of silicide combined with cobalt and molybdenum may decrease, resulting in a decrease in the abrasion resistance and heat resistance of the valve seat, and if it exceeds 25.0% by weight, compressibility and sinterability during manufacture of the valve seat may decrease have. Therefore, it is preferable that cobalt is included in the above range.

본 발명의 밸브 시트는 상기 성분들 이외에 잔량으로 철(Fe)과 불순물(예를 들어, 인(P), 황(S) 등)을 포함한다.In addition to the above components, the valve seat of the present invention contains iron (Fe) and impurities (eg, phosphorus (P), sulfur (S), etc.) in a residual amount.

이러한 본 발명의 밸브 시트는 조직 내에 베이나이트 조직, 코발트(Co)와 몰리브덴(Mo)이 결합된 규화물을 포함하는 조직, 크롬 복합 탄화물을 포함하는 마르텐사이트 조직 및 오스테나이트 조직이 공존하는 것이 바람직하다. 상기 조직들이 함께 공존할 경우 내마모성 및 내열성이 우수하면서도 상대재인 밸브에 손상을 입히는 정도가 최소화되는 밸브 시트를 제공할 수 있기 때문이다.In the valve seat of the present invention, it is preferable that a bainite structure, a structure including a silicide in which cobalt (Co) and molybdenum (Mo) are bonded, a martensitic structure including a chromium composite carbide, and an austenite structure coexist within the structure. . This is because when the tissues coexist together, it is possible to provide a valve seat having excellent abrasion resistance and heat resistance while minimizing the degree of damage to the counterpart valve.

즉, 크롬 복합 탄화물을 포함하는 마르텐사이트 조직은 밸브 시트의 내마모성을 향상시키지만, 이 조직이 단독으로 존재할 경우 밸브 시트의 내마모성이 과하게 높아져 상대재인 밸브에 손상을 입히는 정도가 높아진다. 그러나 본 발명의 밸브 시트는 상기 마르텐사이트 조직과 함께 상대재인 밸브에 손상을 덜 입히면서도 밸브 시트의 내마모성을 높이는 베이나이트 조직 및 밸브 시트의 인성을 확보하는 오스테나이트 조직이 공존하기 때문에 내마모성이 우수하면서도 상대재인 밸브에 손상을 입히는 정도가 최소화될 수 있다.That is, the martensitic structure containing the chromium composite carbide improves the abrasion resistance of the valve seat, but when this structure is present alone, the abrasion resistance of the valve seat is excessively high, and the degree of damage to the counterpart valve increases. However, the valve seat of the present invention has excellent abrasion resistance because a bainite structure that increases the abrasion resistance of the valve seat and an austenite structure that secures the toughness of the valve seat coexist with the martensite structure, while less damaging the counterpart valve. The degree of damage to the counterpart valve can be minimized.

또한 본 발명의 밸브 시트는 조직 내에 코발트(Co)와 몰리브덴(Mo)이 결합된 규화물을 포함하는 조직이 존재함에 따라 조직간의 결합성이 향상되어 내열성도 우수하다.In addition, the valve seat of the present invention is excellent in heat resistance by improving the bondability between the tissues as there is a structure including a silicide in which cobalt (Co) and molybdenum (Mo) are bonded in the tissue.

여기서 본 발명의 밸브 시트의 조직 내에 존재하는 베이나이트 조직은 밸브 시트의 내마모성 및 상대재인 밸브의 손상 정도를 고려할 때, 밸브 시트 총 100부피%를 기준으로, 2 내지 12부피%를 차지하는 것이 바람직하다. 구체적으로 베이나이트 조직의 부피는 다음의 방법에 따라 계산할 수 있는데, 이때, 계산된 부피가 밸브 시트의 총부피에서 차지하는 비율이 2 내지 12부피%인 것이다.Here, it is preferable that the bainite structure present in the structure of the valve seat of the present invention occupies 2 to 12% by volume, based on the total 100% by volume of the valve seat, when considering the abrasion resistance of the valve seat and the degree of damage to the counterpart valve. . Specifically, the volume of the bainite structure can be calculated according to the following method, in which the calculated volume occupies 2 to 12% by volume in the total volume of the valve seat.

즉, 밸브 시트에서 임의의 A1, A2 및 A3 각각의 지점에서 지면과 수직인 방향으로 밸브 시트를 절단한 후 각각의 절단면에서 발견되는 베이나이트 조직의 면적을 측정한다. 여기서, 베이나이트 조직의 면적은 절단면의 이미지 분석을 통해 측정할 수 있다. 이후 하기 식에 따라 베이나이트 조직의 부피(V)를 계산할 수 있다.That is, after cutting the valve seat in a direction perpendicular to the ground at each of the arbitrary points of A 1 , A 2, and A 3 on the valve seat, the area of the bainite structure found in each cut surface is measured. Here, the area of the bainite structure can be measured through image analysis of the cut surface. Thereafter, the volume (V) of the bainite structure can be calculated according to the following equation.

V = (A1 지점의 절단면에서 베이나이트 조직이 차지하는 면적 + A2 지점의 절단면에서 베이나이트 조직이 차지하는 면적 + A3 지점의 절단면에서 베이나이트 조직이 차지하는 면적) ×

Figure 112014072241027-pat00001
V = (area occupied by bainite structure at the cut surface at point A 1 + area occupied by bainite structure at cut surface at point A 2 + area occupied by bainite structure at cut surface at point A 3 ) ×
Figure 112014072241027-pat00001

이와 같이 밸브 시트의 조직 내에 베이나이트 조직이 차지하는 정도를 부피%로 적용할 경우 2 내지 12부피%인 것이 바람직하며, 밸브 시트를 절단한 절단면에서 베이나이트 조직이 차지하는 정도를 면적%로 적용할 경우 절단면 면적의 2 내지 12%인 것이 바람직하다.In this way, when the degree of the bainite structure in the structure of the valve seat is applied as a volume%, it is preferable to be 2 to 12% by volume, and when the degree of the bainite structure in the cut surface of the valve seat is applied as area% It is preferably 2 to 12% of the cut surface area.

한편 본 발명의 밸브 시트는 조직의 결합성을 높이기 위해 조직 내의 기공에 용침된 구리(Cu) 또는 구리 합금(예를 들어, Cu-Zn, Cu-Co, Cu-Fe-Mn, Cu-Fe-Mn-Zn 등)을 더 포함할 수 있다. 여기서 밸브 시트의 조직 내에 존재하는 구리(Cu) 또는 구리 합금의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 밸브 시트의 가공성을 고려할 때, 본 발명의 밸브시트의 화학조성과는 별도로 밸브 시트 총중량을 기준으로 1.0 내지 25.0중량%인 것이 바람직하다.Meanwhile, the valve seat of the present invention has copper (Cu) or a copper alloy (e.g., Cu-Zn, Cu-Co, Cu-Fe-Mn, Cu-Fe- Mn-Zn, etc.) may be further included. Here, the content of copper (Cu) or copper alloy present in the structure of the valve seat is not particularly limited, but when considering the processability of the valve seat, separate from the chemical composition of the valve seat of the present invention It is preferably 1.0 to 25.0% by weight based on the total weight of the valve seat.

또 본 발명의 밸브 시트는 원가절감을 위해 철계 소결물이 더 결합되어 있을 수 있다. 즉, 본 발명의 밸브 시트는 밸브면과 밀착하는 부분(밸브와 접촉하는 부분)이 상기에서 설명한 성분 및 조성으로 이루어지고, 밸브면과 밀착하지 않는 부분(밸브와 접촉하지 않는 부분)이 철계 소결물로 이루어진 Dual-Layer 구조일 수 있다. 이때, 철계 소결물의 성분 및 조성은 특별히 한정되지 않으나, 철계 소결물 총중량을 기준으로, 탄소(C) 0.1 내지 1.5중량%, 구리(Cu) 0.1 내지 25중량%를 포함하며, 나머지는 철(Fe)과 불순물로 이루어질 수 있다.
In addition, the valve seat of the present invention may further include an iron-based sintered material to reduce cost. That is, in the valve seat of the present invention, the part in close contact with the valve surface (the part in contact with the valve) consists of the components and compositions described above, and the part that does not come in close contact with the valve surface (the part not in contact with the valve) is iron-based sintering. It may be a dual-layer structure made of water. At this time, the components and composition of the iron-based sintered product are not particularly limited, but based on the total weight of the iron-based sintered product, 0.1 to 1.5% by weight of carbon (C) and 0.1 to 25% by weight of copper (Cu) are included, and the remainder is iron (Fe ) And impurities.

이하 본 발명을 실시예를 통해 구체적으로 설명하나, 하기 실시예는 본 발명의 한 형태를 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples, but the following examples are only illustrative of one aspect of the present invention, and the scope of the present invention is not limited by the following examples.

[실시예 1 내지 9] 밸브 시트의 제조[Examples 1 to 9] Preparation of valve seat

분말야금법을 통해 각 성분의 분말을 선정한 후 혼합 및 프레스하여 도 1과 같은 형상의 밸브시트를 성형하였다. 이후, 소결로에서 소결하고, 후가공(열처리)하여 하기 표 1의 조성을 가지는 밸브 시트를 각각 제조하였다. 이때, 실시예 6 내지 9는 성형된 밸브 시트의 소결 시 구리(Cu)를 용침시키는 공정이 추가되었다. 한편 제조된 각각의 밸브 시트의 조성은 유도결합플라즈마 질량분석기를 통해 확인하였다.Powders of each component were selected through a powder metallurgy method, mixed and pressed to form a valve seat having a shape as shown in FIG. 1. Thereafter, it was sintered in a sintering furnace and post-processed (heat treatment) to prepare a valve seat having the composition of Table 1 below. At this time, in Examples 6 to 9, a process of infiltrating copper (Cu) during sintering of the molded valve seat was added. Meanwhile, the composition of each manufactured valve seat was confirmed through an inductively coupled plasma mass spectrometer.

구분　division 화학성분 (wt%)Chemical composition (wt%) CC SiSi MnMn SS CrCr MoMo NiNi CuCu PbPb WW VV CoCo Fe /
불순물Fe /
impurities 실시예 1Example 1 1.2 1.2 1.01.0 1.01.0 0.50.5 3.63.6 1111 4.44.4 -- -- 1.41.4 0.40.4 2121 Bal.Bal. 실시예 2Example 2 1.2 1.2 1.01.0 1.01.0 0.60.6 4.34.3 1212 4.54.5 -- -- 1.41.4 0.40.4 1919 Bal.Bal. 실시예 3Example 3 1.0 1.0 0.90.9 1.01.0 0.50.5 3.13.1 1010 5.05.0 -- -- 0.60.6 0.20.2 2121 Bal.Bal. 실시예 4Example 4 1.31.3 1.41.4 1.01.0 0.50.5 2.82.8 1515 5.05.0 -- -- 0.90.9 0.30.3 1818 Bal.Bal. 실시예 5Example 5 1.11.1 0.80.8 1.11.1 0.50.5 5.65.6 99 3.73.7 -- -- 2.02.0 0.60.6 2525 Bal.Bal. 실시예 6Example 6 1.2 1.2 1.01.0 1.01.0 0.50.5 3.63.6 1111 4.44.4 55 -- 1.41.4 0.40.4 2121 Bal.Bal. 실시예 7Example 7 1.2 1.2 1.01.0 1.01.0 0.50.5 3.63.6 1111 4.44.4 1515 -- 1.41.4 0.40.4 2121 Bal.Bal. 실시예 8Example 8 1.2 1.2 1.01.0 1.01.0 0.50.5 3.63.6 1111 4.44.4 2525 -- 1.41.4 0.40.4 2121 Bal.Bal. 실시예 9Example 9 1.2 1.2 1.01.0 1.01.0 0.50.5 3.63.6 1111 4.44.4 3030 -- 1.41.4 0.40.4 2121 Bal.Bal.

[비교예 1 내지 11] 밸브 시트의 제조[Comparative Examples 1 to 11] Manufacture of valve seat

상기 실시예 1과 동일한 방법을 적용하여 하기 표 2의 조성을 가지는 밸브 시트를 각각 제조하였다. 이때, 비교예 5 및 9는 성형된 밸브 시트를 소결한 후 납(Pb)을 함침하는 공정이 추가되었으며, 비교예 6, 8, 10 및 11은 성형된 밸브 시트의 소결 시 구리(Cu)를 용침시키는 공정이 추가되었다. 한편 제조된 각각의 밸브 시트의 조성은 유도결합플라즈마 질량분석기를 통해 확인하였다.Each of the valve seats having the composition shown in Table 2 was manufactured by applying the same method as in Example 1. At this time, Comparative Examples 5 and 9 added a process of impregnating lead (Pb) after sintering the molded valve seat, and Comparative Examples 6, 8, 10 and 11 contained copper (Cu) when sintering the molded valve seat. An infiltrating process was added. Meanwhile, the composition of each manufactured valve seat was confirmed through an inductively coupled plasma mass spectrometer.

구분　division 화학성분 (wt%)Chemical composition (wt%) CC SiSi MnMn SS CrCr MoMo NiNi CuCu PbPb WW VV CoCo Fe /
불순물Fe /
impurities 비교예1Comparative Example 1 1.21.2 0.30.3 1.01.0 0.50.5 1.71.7 44 5.35.3 -- -- 1.41.4 0.40.4 66 Bal.Bal. 비교예2Comparative Example 2 1.41.4 1.41.4 1.11.1 0.60.6 6.56.5 16.516.5 3.43.4 -- -- 2.62.6 0.80.8 25.525.5 Bal.Bal. 비교예3Comparative Example 3 1.21.2 0.20.2 1.01.0 0.50.5 1.31.3 2.52.5 6.06.0 -- -- 1.41.4 0.40.4 33 Bal.Bal. 비교예4Comparative Example 4 1.41.4 0.40.4 1.11.1 0.60.6 6.76.7 1818 4.04.0 -- -- 2.72.7 0.90.9 2929 Bal.Bal. 비교예5Comparative Example 5 1.01.0 -- -- -- 3.03.0 55 -- -- 2020 6.06.0 3.03.0 -- Bal.Bal. 비교예6Comparative Example 6 1.01.0 -- -- -- 3.03.0 55 -- 2020 -- 6.06.0 3.03.0 -- Bal.Bal. 비교예7Comparative Example 7 0.60.6 1.01.0 1.01.0 0.50.5 5.55.5 1313 0.50.5 0.30.3 -- 3.53.5 1.01.0 2020 Bal.Bal. 비교예8Comparative Example 8 1.01.0 1.11.1 1.11.1 0.50.5 5.05.0 1515 0.60.6 1515 -- 2.52.5 1.51.5 2525 Bal.Bal. 비교예9Comparative Example 9 0.80.8 1.51.5 -- -- 1.01.0 88 1.01.0 33 1010 -- -- 1010 Bal.Bal. 비교예10Comparative Example 10 1.01.0 1.01.0 1.21.2 0.60.6 1.51.5 1212 0.20.2 1212 -- -- -- 1515 Bal.Bal. 비교예11Comparative Example 11 0.50.5 0.80.8 2.02.0 1.41.4 2.02.0 1313 -- 1212 -- -- -- 1616 Bal.Bal.

[실험예 1] 밸브 시트의 절단면 분석[Experimental Example 1] Analysis of the cut surface of the valve seat

실시예 1에서 제조된 밸브 시트를 수직으로 절단하고(도 2 참조), 절단면을 폴리싱 및 에칭한 후 광학현미경으로 절단면을 관찰(200배율 적용)하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다.The valve seat prepared in Example 1 was cut vertically (see FIG. 2), the cut surface was polished and etched, and then the cut surface was observed with an optical microscope (200 magnification applied), and the results are shown in FIG. 3.

도 3을 참조하면, 밸브 시트의 조직 내에 베이나이트 조직, 코발트(Co)와 몰리브덴(Mo)이 결합된 규화물을 포함하는 조직, 크롬 복합 탄화물을 포함하는 마르텐사이트 조직 및 오스테나이트 조직이 공존하는 것을 확인할 수 있다.
3, a bainite structure, a structure including a silicide in which cobalt (Co) and molybdenum (Mo) are combined, a martensitic structure including a chromium composite carbide, and an austenite structure coexist within the structure of the valve seat. I can confirm.

[실험예 2] 베이나이트 조직 비율 평가[Experimental Example 2] Evaluation of bainite structure ratio

실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 각 밸브시트의 A1, A2, A3의 지점(도 1 참조)에서 지면과 수직인 방향으로 밸브 시트를 절단하고, 절단면을 폴리싱 및 에칭한 후 광학현미경으로 절단면을 관찰하여 각각의 절단면에서 발견되는 베이나이트 조직의 면적을 측정하였다.Cutting the valve seat in a direction perpendicular to the ground at the points of A 1 , A 2, and A 3 of each of the valve seats prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 (see FIG. 1 ), and polishing the cut surface, and After etching, the cut surface was observed with an optical microscope to measure the area of the bainite structure found on each cut surface.

이후 하기 식에 따라 밸브 시트에서 베이나이트 조직이 차지하는 부피(V)를 계산하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
Thereafter, the volume (V) occupied by the bainite structure in the valve seat was calculated according to the following equation, and the results are shown in Table 3 below.

V = (A1 지점의 절단면에서 베이나이트 조직이 차지하는 면적 + A2 지점의 절단면에서 베이나이트 조직이 차지하는 면적 + A3 지점의 절단면에서 베이나이트 조직이 차지하는 면적) ×

Figure 112014072241027-pat00002

V = (area occupied by bainite structure at the cut surface at point A 1 + area occupied by bainite structure at cut surface at point A 2 + area occupied by bainite structure at cut surface at point A 3 ) ×
Figure 112014072241027-pat00002

구분division 절단면에서 베이나이트 조직이 차지하는 면적비Area ratio occupied by bainite tissue in the cut plane 밸브 시트에서 베이나이트 조직이 차지하는 부피비The volume ratio of the bainite structure in the valve seat A1%A 1 % A2%A 2 % A3%A 3 % V%V% 실시예 1Example 1 6.66.6 7.97.9 9.29.2 7.97.9 실시예 2Example 2 7.17.1 9.59.5 8.18.1 8.28.2 실시예 3Example 3 7.77.7 6.26.2 7.77.7 7.27.2 실시예 4Example 4 11.011.0 12.212.2 9.99.9 11.011.0 실시예 5Example 5 7.27.2 6.36.3 6.26.2 6.66.6 비교예 1Comparative Example 1 1.51.5 1.61.6 2.12.1 1.71.7 비교예 2Comparative Example 2 13.513.5 12.212.2 13.813.8 13.213.2 비교예 3Comparative Example 3 1.11.1 0.60.6 1.11.1 0.90.9 비교예 4Comparative Example 4 14.214.2 14.714.7 15.115.1 14.714.7

상기 표 3을 참조하면, 본 발명의 밸브 시트(실시예 1 내지 5)는 베이나이트 조직이 전체 밸브 시트 100부피%를 기준으로, 2 내지 12부피%를 차지하는 것을 확인할 수 있다.
Referring to Table 3, it can be seen that in the valve seats (Examples 1 to 5) of the present invention, the bainite structure occupies 2 to 12% by volume based on 100% by volume of the total valve seat.

[실험예 3] 내마모성 및 내열성 평가[Experimental Example 3] Evaluation of abrasion resistance and heat resistance

실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 11에서 제조된 밸브시트를 엔진 밸브 트레인 시스템을 모사한 리그시험기에 적용하여 내마모성을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다. 이때, 리그시험기의 시험조건 및 평가방법은 하기와 같다.Abrasion resistance was evaluated by applying the valve seats prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 11 to a rig tester simulating an engine valve train system, and the results are shown in Table 4 below. At this time, the test conditions and evaluation method of the rig tester are as follows.

- 캠 회전속도: 1100rpm-Cam rotation speed: 1100rpm

- 밸브 시트의 온도: 150 ℃ / 300 ℃-Temperature of valve seat: 150 ℃ / 300 ℃

- 시험시간: 20시간-Test time: 20 hours

- 평가방법: 밸브와 밸브 시트가 접촉한 접촉면의 형상을 형상 측정기로 측정한 후 측정된 형상에서 최대 마모 깊이를 분석-Evaluation method: After measuring the shape of the contact surface between the valve and the valve seat with a shape measuring instrument, analyze the maximum wear depth from the measured shape.

구분division 마모량Wear 마모량변화율
(%)Wear amount change rate
(%) 150 ℃150 ℃ 300 ℃300 ℃ Valve seatValve seat ValveValve 합산Sum Valve seatValve seat ValveValve 합산Sum 실시예 1Example 1 0.90.9 0.60.6 1.51.5 1.01.0 0.70.7 1.71.7 13.313.3 실시예 2Example 2 1.41.4 0.50.5 1.91.9 1.71.7 0.50.5 2.22.2 15.815.8 실시예 3Example 3 1.81.8 0.50.5 2.32.3 2.12.1 0.60.6 2.72.7 17.417.4 실시예 4Example 4 1.51.5 0.40.4 1.91.9 1.61.6 0.50.5 2.12.1 10.510.5 실시예 5Example 5 1.31.3 0.70.7 2.02.0 1.41.4 0.80.8 2.22.2 10.010.0 실시예 6Example 6 1.01.0 0.60.6 1.61.6 1.11.1 0.70.7 1.81.8 12.512.5 실시예 7Example 7 1.21.2 0.70.7 1.91.9 1.31.3 0.90.9 2.22.2 15.815.8 실시예 8Example 8 1.41.4 0.90.9 2.32.3 1.61.6 1.11.1 2.72.7 17.417.4 실시예 9Example 9 1.71.7 1.21.2 2.92.9 2.02.0 1.51.5 3.53.5 19.919.9 비교예 1Comparative Example 1 2.22.2 0.70.7 2.92.9 2.82.8 0.80.8 3.63.6 24.124.1 비교예 2Comparative Example 2 2.02.0 1.01.0 3.03.0 2.32.3 1.31.3 3.63.6 20.020.0 비교예 3Comparative Example 3 2.22.2 0.70.7 2.92.9 3.03.0 0.80.8 3.83.8 31.031.0 비교예 4Comparative Example 4 2.12.1 0.90.9 3.03.0 3.03.0 0.70.7 3.73.7 23.323.3 비교예 5Comparative Example 5 2.02.0 0.70.7 2.72.7 2.72.7 1.21.2 3.93.9 44.444.4 비교예 6Comparative Example 6 1.81.8 1.01.0 2.82.8 2.62.6 1.11.1 3.73.7 32.132.1 비교예 7Comparative Example 7 4.04.0 1.11.1 5.15.1 4.84.8 1.71.7 6.56.5 27.527.5 비교예 8Comparative Example 8 2.12.1 0.90.9 3.03.0 2.72.7 1.11.1 3.83.8 26.726.7 비교예 9Comparative Example 9 2.22.2 1.11.1 3.33.3 3.73.7 1.31.3 5.05.0 51.551.5 비교예 10Comparative Example 10 3.03.0 1.01.0 4.04.0 4.34.3 1.21.2 5.55.5 37.537.5 비교예 11Comparative Example 11 3.13.1 0.80.8 3.93.9 4.04.0 1.21.2 5.25.2 33.333.3

상기 표 4를 참조하면, 본 발명의 밸브 시트(실시예 1 내지 9)는 내마모성이 우수한 것을 확인할 수 있다. 또한, 150 ℃에서 300 ℃로 온도가 상승하더라도 마모량의 변화율이 낮은 것을 확인할 수 있는데, 이러한 점은 본 발명의 밸브 시트가 내열성이 우수하다는 것을 뒷받침하는 것이다.
Referring to Table 4, it can be seen that the valve seats (Examples 1 to 9) of the present invention have excellent wear resistance. In addition, even when the temperature rises from 150°C to 300°C, it can be seen that the rate of change in the amount of wear is low, which supports that the valve seat of the present invention has excellent heat resistance.

[실험예 4] 후가공성 평가[Experimental Example 4] Post-processability evaluation

실시예 1, 6 내지 9의 밸브 시트 제조 시 후가공성을 하기와 같은 방법으로 평가하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다.When manufacturing the valve seats of Examples 1 and 6 to 9, post-processability was evaluated in the following manner, and the results are shown in FIG. 4.

- 평가방법: 성형된 밸브 시트를 소결한 후 후가공에 따라 절삭된 깊이를 측정한 후 실시예 6의 절삭깊이를 1로 하여 상대적인 양을 계산-Evaluation method: After sintering the molded valve seat, measure the cut depth according to post-processing, and then calculate the relative amount by setting the cutting depth of Example 6 to 1.

도 4를 참조하면, 실시예 9는 용침된 구리(Cu)의 함량이 실시예 1, 6 내지 8에 비해 높음에 따라 후가공 시 절삭량이 증가한 것을 확인할 수 있다. 이러한 점은 후가공성을 고려할 때, 용침되는 구리(Cu)의 함량이 25중량%를 넘지 않는 것이 바람직하다는 것을 뒷받침하는 것이다.Referring to FIG. 4, it can be seen that in Example 9, as the content of infiltrated copper (Cu) was higher than in Examples 1 and 6 to 8, the amount of cut was increased during post-processing. This point supports that it is preferable that the content of impregnated copper (Cu) does not exceed 25% by weight in consideration of post-processability.

Claims (6)

탄소(C) 0.8 내지 1.7중량%, 규소(Si) 0.5 내지 1.5중량%, 망간(Mn) 0.5 내지 1.5중량%, 황(S) 0.01 내지 1.0중량%, 크롬(Cr) 2.0 내지 6.0중량%, 몰리브덴(Mo) 7.0 내지 16.0중량%, 니켈(Ni) 2.0 내지 8.0중량%, 텅스텐(W) 0.01 내지 3.0중량%, 바나듐(V) 0.01 내지 1.0중량%, 코발트(Co) 14.0 내지 25.0중량% 및 잔량으로 철(Fe)과 불순물을 포함하고,
밸브 시트 총 100 부피%를 기준으로, 베이나이트 조직이 2 내지 12 부피%인,
밸브 시트.Carbon (C) 0.8 to 1.7% by weight, silicon (Si) 0.5 to 1.5% by weight, manganese (Mn) 0.5 to 1.5% by weight, sulfur (S) 0.01 to 1.0% by weight, chromium (Cr) 2.0 to 6.0% by weight, Molybdenum (Mo) 7.0 to 16.0 wt%, nickel (Ni) 2.0 to 8.0 wt%, tungsten (W) 0.01 to 3.0 wt%, vanadium (V) 0.01 to 1.0 wt%, cobalt (Co) 14.0 to 25.0 wt%, and It contains iron (Fe) and impurities in the balance,
Based on the total 100% by volume of the valve seat, the bainite structure is 2 to 12% by volume,
Valve seat. 제1항에 있어서,
조직 내에 베이나이트 조직, 코발트(Co)와 몰리브덴(Mo)이 결합된 규화물을 포함하는 조직, 크롬 복합 탄화물을 포함하는 마르텐사이트 조직 및 오스테나이트 조직을 포함하는 밸브 시트.The method of claim 1,
A valve seat comprising a bainite structure in a structure, a structure including a silicide in which cobalt (Co) and molybdenum (Mo) are bonded, a martensitic structure including a chromium composite carbide, and an austenite structure. 삭제delete 제1항에 있어서,
밸브 시트를 절단한 절단면에서 베이나이트 조직이 차지하는 면적의 비율이 절단면 면적의 2 내지 12%인 밸브 시트.The method of claim 1,
A valve seat in which the ratio of the area occupied by the bainite structure in the cut surface obtained by cutting the valve seat is 2 to 12% of the cut surface area. 제1항에 있어서,
조직 내의 기공에 구리(Cu) 또는 구리 합금이 용침된 밸브 시트.The method of claim 1,
A valve seat in which copper (Cu) or a copper alloy is infiltrated into the pores in the tissue. 제1항에 있어서,
철계 소결물이 더 결합된 밸브 시트.The method of claim 1,
Valve seat with more iron-based sintered material.
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