WO2015012249A1 - 焼結合金製バルブガイド及びその製造方法 - Google Patents

焼結合金製バルブガイド及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2015012249A1
WO2015012249A1 PCT/JP2014/069284 JP2014069284W WO2015012249A1 WO 2015012249 A1 WO2015012249 A1 WO 2015012249A1 JP 2014069284 W JP2014069284 W JP 2014069284W WO 2015012249 A1 WO2015012249 A1 WO 2015012249A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
alloy
valve guide
phase
sintered
mass
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/069284
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
林太郎 高橋
Original Assignee
株式会社リケン
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社リケン filed Critical 株式会社リケン
Priority to US14/906,209 priority Critical patent/US20160160700A1/en
Priority to CN201480042148.XA priority patent/CN105452507B/zh
Priority to EP14829838.3A priority patent/EP3026141A4/en
Publication of WO2015012249A1 publication Critical patent/WO2015012249A1/ja

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/08—Valves guides; Sealing of valve stem, e.g. sealing by lubricant
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/16—Both compacting and sintering in successive or repeated steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/008—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of engine cylinder parts or of piston parts other than piston rings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0425—Copper-based alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
    • C22C30/02—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent containing copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C33/0257—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
    • C22C33/0278—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5%
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C37/00—Cast-iron alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C37/00—Cast-iron alloys
    • C22C37/06—Cast-iron alloys containing chromium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/12—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tungsten, tantalum, molybdenum, vanadium, or niobium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/20—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/24—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with vanadium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/36—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.7% by weight of carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/17—Metallic particles coated with metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2301/00—Metallic composition of the powder or its coating
    • B22F2301/10—Copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2301/00—Metallic composition of the powder or its coating
    • B22F2301/35—Iron

Definitions

  • the present invention relates to a valve guide for guiding opening and closing of an engine valve and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a high heat transfer valve guide capable of suppressing an increase in valve temperature and a manufacturing method thereof.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 6-306554 contains, by weight, C: 1-4%, Cu: 1.5-6%, P: 0.1-0.8%, the balance being Fe and inevitable Discloses a composition in which an Fe-CP compound and free graphite are dispersed in a base material mainly composed of pearlite and having a composition composed of mechanical impurities.
  • valve guide material with high valve cooling capacity for example, a brass valve guide can be cited.
  • material properties such as insufficient wear resistance and processing costs compared to conventional iron-based valve guides are used.
  • cost issues such as an increase in Therefore, there is a need for a sintered alloy valve guide that has high valve cooling ability and wear resistance, and that can also satisfy the cost.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 11-323512 is an engine with high performance and high fuel efficiency in recent years, and Fe powder, C powder and Cu-Ni alloy powder as an iron-based sintered alloy valve guide having higher wear resistance than conventional ones. Is obtained by mixing, forming and sintering, and contains, by weight, Cu: 20-40%, Ni: 0.6-14%, C: 1.0-3.0%, the remainder from Fe and inevitable impurities A fine free graphite phase with an average particle size of 30 ⁇ m or less is precipitated and dispersed in a substrate formed by joining a Fe-based alloy phase containing Fe as a main component with a Cu-based alloy phase containing Cu as a main component. A valve guide made of an iron-based sintered alloy having such a structure is disclosed.
  • the present invention is a sintered alloy valve having high heat conductivity and excellent wear resistance that can be used for a valve guide of an engine having a large heat load due to downsizing or high direct injection.
  • the challenge is to provide a guide. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing the sintered alloy valve guide.
  • the sintered alloy valve guide of the present invention is, by mass, Cu: 10 to 90%, Cr: 0 to 10%, Mo: 0 to 6%, V: 0 to 8%, W: 0 to 8 %, C: 0.5 to 3%, balance Fe and inevitable impurities, the total content of Cr, Mo, V and W is 2% or more, and Fe-based alloy phase mainly composed of Fe It has the structure which consists of Cu phase or Cu base alloy phase which has Cu as a main component, and a graphite phase.
  • the Fe-based alloy phase is preferably composed of an Fe-Mo-C alloy, an Fe-Cr-Mo-VC alloy, an Fe-Cr-VWC alloy, or an Fe-Cr-Mo-VWC alloy, and is expressed by mass%, Cr: 0 to 10%, Mo: 0 to 6%, V: 0 to 8%, W: 0 to 8%, C: 0.5 to 1%, balance Fe and unavoidable impurities, Cr, Mo, V and W It is preferable to have a composition with a total of 2% or more.
  • the Cu phase or Cu-based alloy phase mainly composed of Cu forms a continuous structure, and the Cu phase or Cu-based alloy phase mainly composed of Cu is 200 W / (m ⁇ It is preferable to have a thermal conductivity of K) or higher.
  • the sintered alloy valve guide of the present invention is in mass%, Cr: 0 to 10%, Mo: 0 to 6%, V: 0 to 8%, W: 0 to 8%, C: 0.5 to 1 %,
  • the valve guide made of sintered alloy according to the present invention includes an Fe-based alloy phase having wear resistance, a Cu phase excellent in heat conduction or a Cu-based alloy phase mainly composed of Cu, and a graphite phase excellent in self-lubricity. Therefore, it becomes possible to provide a valve guide made of a sintered alloy having excellent wear resistance and high valve cooling ability. This makes it possible to avoid abnormal combustion such as knocking even in a high-performance and high-load engine, and can contribute to improving the performance of the high-performance engine.
  • FIG. It is a structure
  • FIG. It is the figure which showed the outline
  • the sintered alloy valve guide of the present invention is in mass%, copper (Cu): 10 to 90%, chromium (Cr): 0 to 10%, molybdenum (Mo): 0 to 6%, vanadium (V): 0 to 8%, tungsten (W): 0 to 8%, carbon (C): 0.5 to 3%, balance iron (Fe) and inevitable impurities, the total of Cr, Mo, V and W is 2%
  • the composition is as described above.
  • the structure of the sintered alloy valve guide of the present invention is composed of an Fe-based alloy phase, a Cu phase or a Cu-based alloy phase, and a graphite phase, and has wear resistance, thermal conductivity, and self-lubricating properties, respectively. I'm responsible.
  • the Fe-based alloy phase has Fe as a main component
  • the Cu-based alloy phase has Cu as a main component.
  • Cu included in the sintered alloy valve guide of the present invention is an alloy component indispensable for imparting high thermal conductivity.
  • the thermal conductivity of the sintered alloy valve guide is preferably 30 W / (m ⁇ K) or more, and more preferably 50 W / (m ⁇ K) or more. If Cu is less than 10% by mass, the liquid phase is not sufficiently generated, and the formation of the Cu phase or the Cu-based alloy phase is insufficient, so that a precise and predetermined heat conduction characteristic cannot be obtained. On the other hand, if Cu exceeds 90% by mass, the Fe-based alloy phase becomes too small, causing a problem in wear resistance. Therefore, Cu is 10 to 90% by mass. Cu is preferably 30% by mass or more and 80% by mass or less, and more preferably 75% by mass or less.
  • the thermal conductivity is mainly governed by the movement of free electrons in the crystal grains, so the smaller the number of solid solution elements, the better the thermal conductivity, so that it does not contain elements that dissolve in Cu. It is important to make it.
  • Mo, V, W, and C hardly dissolve in Cu, and Cr and Fe slightly dissolve in Cu at high temperatures, but if cooled, a mixed structure of Cu and Cr and / or Fe is formed. None of them adversely affects the thermal conductivity of Cu. Therefore, the Cu-based alloy phase in the present invention can be a Cu—Cr alloy, a Cu—Fe alloy, or a Cu—Cr—Fe alloy.
  • These Cu-based alloy phases can have a thermal conductivity of 200 W / (m ⁇ K) or more when used alone.
  • a thermal conductivity 200 W / (m ⁇ K) or more when used alone.
  • Ni forms a total solid solution with Cu
  • solid solution of Ni in Cu is not preferable because the thermal conductivity is remarkably lowered.
  • Cr, Mo, V, and W are dissolved in the Fe-based alloy phase and contribute to improvement in strength and hardness. Further, carbide is formed to improve wear resistance. If the total of Cr, Mo, V and W is less than 2.0% by mass, good heat resistance and wear resistance cannot be obtained. On the other hand, if Cr exceeds 10% by mass, Mo exceeds 6% by mass, or V and W each exceed 8% by mass, the Fe-based alloy phase itself becomes weak due to excessive precipitation and coarsening of precipitates. There are concerns about an increase in opponent aggression and breakage during press-fitting into the cylinder head.
  • the content of Cr, Mo, V, W is mass%, Cr: 0-10%, Mo: 0-6%, V: 0-8%, W: 0-8%,
  • the total of Mo, V and W shall be 2% or more.
  • the upper limit of the total of Cr, Mo, V and W is 32% by mass, but is preferably 16% by mass or less from the viewpoint of opponent aggression.
  • C improves the strength and hardness by forming a solid solution in the Fe-based alloy phase or forming a carbide. Moreover, self-lubricating property is given by disperse
  • C is less than 0.5% by mass, carbides are not sufficiently precipitated, and the above-described effects cannot be obtained.
  • the content exceeds 3% by mass, excessive precipitation of carbides or coarsening leads to a decrease in product function due to a decrease in toughness. Therefore, C is 0.5-3 mass%.
  • the sintered alloy valve guide of the present invention in mass%, Cr: 0-10%, Mo: 0-6%, V: 0-8%, W: 0-8%, C: 0.5- Fe-based alloy powder comprising 1%, the remainder Fe and unavoidable impurities and having a composition in which the total of Cr, Mo, V and W is 2% or more is used as a raw material powder.
  • the Cu component may be added by mixing Cu powder or Cu-based alloy powder into the Fe-based alloy powder or by coating the Fe-based alloy powder with Cu.
  • Cu plating treatment on Fe-base alloy powder, mechanical alloying treatment of Fe-base alloy powder and Cu powder, etc. can be used, but Cu plating treatment is preferred.
  • the Fe-based alloy powder is prepared by water atomization, and a predetermined amount of Cu component is applied to the surface of the Fe-based alloy powder in an electroless plating solution.
  • the C powder graphite powder having an average particle diameter of 1 to 20 ⁇ m is preferably used. Moreover, you may mix
  • the mixed powder After mixing the raw material powder, the mixed powder is filled in a mold, compressed and molded by a molding press or the like, degreased as necessary, and then sintered at 900 to 1050 ° C. in a vacuum atmosphere. If the sintering temperature is less than 900 ° C, the amount of liquid phase generated from Cu or Cu alloy is insufficient and a sintered body having a predetermined structure cannot be obtained. On the other hand, if the sintering temperature is higher than 1050 ° C, the liquid phase from Cu or Cu alloy is not obtained. There is too much to maintain the predetermined shape. The sintering temperature is 900 to 1050 ° C.
  • Example 1 Electroless plating treatment of Cu on the Fe-based pre-alloy alloy powder that contains Cr: 1.33%, Mo: 2.67%, V: 4.00%, C: 0.57% by mass%. 45.5 mass%) Cu coating powder and graphite powder (C content is about 2% of the total), and 0.5 mass% zinc stearate based on the total amount of the mixed powder.
  • the kneaded mixed powder was used as a raw material powder. This raw material powder is filled in a metal mold and compacted by compression pressing at a surface pressure of 6.5 t / cm 2 using a molding press. After degreasing, it is sintered at 1000 ° C in a vacuum atmosphere, and the diameter is 15 mm ⁇ x height is 50 mm. A cylindrical sintered body was prepared.
  • FIG. 1 is an optical micrograph of the sintered body structure of Example 1.
  • the sintered body structure is composed of relatively coarse Fe-based alloy phase particles 1, Cu (base alloy) phase 2, and relatively fine graphite phase 3, and pores 4 are slightly observed, Exhibits a dense organization. In particular, it is characteristic that the Cu (base alloy) phase 2 is continuously connected.
  • Abrasion test 10 mm x 50 mm x 10 mm valve guide test piece was processed from the cylindrical sintered body and cut out from a valve material made of SUH alloy. As shown in Fig. 2, wear resistance while pressing against the valve guide test piece 5 that reciprocates the valve test piece 6 with a constant load. Sex was evaluated.
  • the test conditions are as follows. Pressing load: 50 N Test temperature: 200 °C Lubrication: No lubrication (dry) Stroke: 25 mm Sliding speed: 166 mm / sec Test time: 3 hours The amount of wear was calculated as the amount of retraction of the valve guide test piece before and after the test and the contact surface of the valve test piece. The wear amount of the piece was 2.0 ⁇ m, and the wear amount of the valve specimen was 21.5 ⁇ m.
  • Example 2-8 Comparative Examples 1-5
  • a sintered body was produced in the same manner as in Example 1 except that the Fe-based prealloy alloy composition, electroless Cu plating amount, and C powder blending amount were changed to the chemical components shown in Table 1.
  • a valve guide test piece for wear test and a disk-like test piece for measuring thermal conductivity were prepared, and the wear test and thermal conductivity measurement were performed in the same manner as in Example 1. .
  • the obtained results, including the results of Example 1, are shown in Table 1.
  • the thermal conductivity is improved by increasing the Cu content, it is also affected by the composition of the alloy phase, and in Examples 4 and 6 where the amount of alloy elements is large, the thermal conductivity is lowered.
  • Example 7 since the C content is small, the self-lubricating effect of graphite is small, and the wear amount of the valve guide material tends to increase. However, the thermal conductivity is higher than that of Example 5 having a high Cu content.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

　ダウンサイジングや直噴高過給化による熱負荷の大きいエンジンのバルブガイドに使用することが可能な高伝熱性と優れた耐摩耗性を有する焼結合金製バルブガイドを提供するため、その焼結合金は、質量％で、Cu：10～90％、Cr：0～10％、Mo：0～6％、V： 0～8％、W：0～8％、C：0.5～3％、残部Fe 及び不可避的不純物からなり、前記Cr、Mo、V 及びW の合計が2％以上である組成とし、かつFe を主成分とするFe 基合金相、Cu 相又はCu を主成分とするCu 基合金相、及び黒鉛相からなる組織とする。

Description

焼結合金製バルブガイド及びその製造方法
　本発明は、エンジンのバルブの開閉を案内するバルブガイド及びその製造方法に関し、特に、バルブ温度の上昇を抑制できる高伝熱バルブガイド及びその製造方法に関する。
　自動車エンジン用バルブガイドは従来鋳物であったが、粉末冶金工法のニアネットシェイプ、加工レスの特徴を活かして焼結合金部品がとって代わり、その生産量も高い伸び率を示してきた。焼結合金製バルブガイドの一例として、特開平６－３０６５５４は、重量％で、C：1～4％、Cu：1.5～6％、P：0.1～0.8％を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる組成を有し、パーライトを主体とする素地に、Fe-C-P化合物と遊離黒鉛が分散したものを開示している。
　一方、近年の自動車用ガソリンエンジンにおいては、低燃費、低エミッション、高出力を指向し、ダウンサイジング、直噴高過給などの様々な技術の組合せにより燃焼効率の改善が図られている。燃焼効率の改善は各種損失を低減することであり、特に損失割合の大きい排気損失が注目され、その低減技術として高圧縮化が試みられている。高圧縮化は必然的にエンジン温度の上昇をもたらしノッキング等の異常燃焼発生のリスクを伴うため、燃焼室内の冷却対策が必要となってくる。特に周辺温度が高温となる排気側バルブ周辺では、冷却改善が必須であり、バルブの冷却機能を担うバルブガイドにも高いバルブ冷却能が求められている。
　バルブ冷却能の高いバルブガイド材として、例えば、真鍮製のバルブガイドが挙げられるが、耐摩耗性の不足など材料物性上の課題や、従来用いられてきた鉄基のバルブガイドに比べて加工費用の増加などコスト上の課題がある。そのため、高いバルブ冷却能と耐摩耗性を有し、さらにはコストも満足できる焼結合金製バルブガイドが求められている。
　特開平１１－３２３５１２は、近年の高性能化、高燃費化したエンジンで、従来よりも耐摩耗性に優れた鉄基焼結合金製バルブガイドとして、Fe粉末、C粉末及びCu-Ni合金粉末を混合し、成形し、焼結することにより得られ、重量％で、Cu：20～40％、Ni：0.6～14％、C：1.0～3.0％を含有し、残りがFe及び不可避不純物からなる組成を有し、Feを主成分とするFe基合金相をCuを主成分とするCu基合金相で接合してなる素地中に平均粒径：30μm以下の微細な遊離黒鉛相が析出分散している組織を有する鉄基焼結合金製バルブガイドを開示している。
　上記問題に鑑み、本発明は、ダウンサイジングや直噴高過給化による熱負荷の大きいエンジンのバルブガイドに使用することが可能な高伝熱性と優れた耐摩耗性を有する焼結合金製バルブガイドを提供することを課題とする。さらに、当該焼結合金製バルブガイドの製造方法を提供することを課題とする。
　本発明者は、エンジン用焼結合金製バルブガイドについて鋭意研究の結果、Cr、Mo、W、Vから選択された元素を含んだFe基合金粉末にCuコーティングした粉末を使用することによって、耐摩耗性と高熱伝導性の両方を兼ね備えた焼結合金製バルブガイドが得られることに想到した。
　すなわち、本発明の焼結合金製バルブガイドは、質量％で、Cu：10～90％、Cr：0～10％、Mo：0～6％、V：0～8％、W：0～8％、C：0.5～3％、残部Fe及び不可避的不純物からなり、前記Cr、Mo、V及びWの合計が2％以上である組成を有し、かつFeを主成分とするFe基合金相、Cu相又はCuを主成分とするCu基合金相、及び黒鉛相からなる組織を有することを特徴とする。前記Fe基合金相はFe-Mo-C合金、Fe-Cr-Mo-V-C合金、Fe-Cr-V-W-C合金、又はFe-Cr-Mo-V-W-C合金からなることが好ましく、質量％で、Cr：0～10％、Mo：0～6％、V：0～8％、W:0～8％、C：0.5～1％、残部Fe及び不可避的不純物からなり、前記Cr、Mo、V及びWの合計が2％以上である組成を有することが好ましい。
　前記Cu相又はCuを主成分とするCu基合金相は連続した組織を形成していることが好ましく、また、前記Cu相又はCuを主成分とするCu基合金相は200 W/(m・K)以上の熱伝導率を有していることが好ましい。
　また、本発明の焼結合金製バルブガイドは、質量％で、Cr：0～10％、Mo：0～6％、V：0～8％、W:0～8％、C：0.5～1％、残部Fe及び不可避的不純物からなり、前記Cr、Mo、V及びWの合計が2％以上である組成を有するプレアロイ合金粉末にCuのコーティングを施し、C粉末を混合し、成形し、焼結することを特徴とする。
　本発明の焼結合金製バルブガイドは、耐摩耗性を有するFe基合金相と、熱伝導に優れたCu相又はCuを主成分とするCu基合金相、及び自己潤滑性に優れた黒鉛相を有することによって、耐摩耗性に優れ、バルブ冷却能の高い焼結合金製バルブガイドとすることが可能となる。これにより、高性能化及び高負荷化したエンジンにおいてもノッキング等の異常燃焼を回避することが可能となり、高性能エンジンの性能向上に貢献することができる。
実施例１の焼結合金製バルブガイドの光学顕微鏡による組織写真である。 摩耗試験の概要を示した図である。
　本発明の焼結合金製バルブガイドは、質量％で、銅(Cu)：10～90％、クロム(Cr)：0～10％、モリブデン(Mo)：0～6％、バナジウム(V)：0～8％、タングステン(W)：0～8％、炭素(C)：0.5～3％、残部鉄(Fe)及び不可避的不純物からなり、前記Cr、Mo、V及びWの合計が2％以上である組成を有する。同時に、本発明の焼結合金製バルブガイドの組織は、Fe基合金相、Cu相又はCu基合金相、及び黒鉛相から構成され、それぞれ、耐摩耗性、熱伝導性、及び自己潤滑性を担っている。なお、Fe基合金相はFeを主成分とし、Cu基合金相はCuを主成分としている。
　本発明の焼結合金製バルブガイドに含まれるCuは、高熱伝導性を付与する上で欠かせない合金成分である。熱伝導率は、焼結合金製バルブガイドとしては30 W/(m・K)以上が好ましく、50 W/(m・K)以上がより好ましい。Cuが10質量％未満では液相の発生が十分でなく、またCu相又はCu基合金相の形成が不十分となって緻密で所定の熱伝導特性を得ることができない。一方、Cuが90質量％を超えるとFe基合金相が少なくなりすぎて耐摩耗性に問題を生じる。よって、Cuは10～90質量％とする。Cuは30質量％以上、80質量％以下が好ましく、75質量％以下がより好ましい。また、金属においては、熱伝導率は主に結晶粒内の自由電子の運動に支配されるため、固溶元素の少ないほど熱伝導率は向上するので、Cuに固溶する元素を含有しないようにすることが重要である。その点、Mo、V、W、CはCuに殆ど固溶しないため、またCrとFeは高温で僅かにCuに固溶するが冷却されればCuとCr及び／又はFeとの混合組織となり、いずれもCuの熱伝導率に悪影響することはない。よって、本発明におけるCu基合金相は、Cu-Cr合金、Cu-Fe合金、又はCu-Cr-Fe合金であり得る。これらのCu基合金相であれば、単体で200 W/(m・K)以上の熱伝導率をもつことができる。本発明には含まれないが、NiはCuと全率固溶体を形成するため、NiのCuへの固溶が熱伝導率を著しく低下させ好ましくない。
　Cr、Mo、V、Wは、Fe基合金相中に固溶し、強度及び硬度の向上に寄与する。さらに炭化物を形成して耐摩耗性を向上させる。Cr、Mo、V及びWの合計が2.0質量％未満では良好な耐熱性、耐摩耗性を得ることができない。一方、Crが10質量％を超えるか、Moが6質量％を超えるか、V及びWがそれぞれ8質量％を超えるかすると、析出物の析出過多や粗大化によりFe基合金相自体が脆弱化し、相手攻撃性の増加や、シリンダヘッドへの圧入時の折損が懸念される。したがって、Cr、Mo、V、Wの含有量は、質量％で、Cr：0～10％、Mo：0～6％、V：0～8％、W：0～8％とし、前記Cr、Mo、V及びWの合計は2％以上とする。Cr、Mo、V及びWの合計の上限は32質量％であるが、相手攻撃性という観点では16質量％以下が好ましい。
　Cは、Fe基合金相中に固溶し、あるいは炭化物を形成して強度及び硬度を向上させる。また黒鉛として単体分散することで自己潤滑性を付与する。Cが0.5質量％未満では、炭化物が十分に析出されず、前述の効果が得られない。一方、3質量％を超えて含有させると、炭化物の析出過多や粗大化することで靱性の低下により製品機能の低下を招く。したがって、Cは0.5～3質量％とする。
　本発明の焼結合金製バルブガイドの製造においては、質量％で、Cr：0～10％、Mo：0～6％、V：0～8％、W：0～8％、C：0.5～1％、残部Fe及び不可避的不純物からなり、前記Cr、Mo、V及びWの合計が2％以上である組成を有するFe基合金粉末を原料粉末として使用する。Cu成分は、Cu粉末又はCu基合金粉末を前記Fe基合金粉末に混合しても、前記Fe基合金粉末にCuをコーティングして加えてもよい。Cuコーティングには、Fe基合金粉末へのCuめっき処理、Fe基合金粉末とCu粉末のメカニカルアロイング処理等が使用できるが、Cuめっき処理が好ましい。前記Fe基合金粉末を水アトマイズにより作製し、その表面に所定量のCu成分を無電解めっき液中で置換めっき処理を施すことが好ましい。C粉末としては、平均粒径1～20μmの黒鉛粉末を使用することが好ましい。また、原料粉末には離型剤としてステアリン酸塩等を配合してもよい。
　上記原料粉末を混合した後、混合粉末は金型に充填され、成形プレス等により圧縮、成形され、必要により脱脂処理した後、真空雰囲気中、900～1050℃で焼結される。焼結温度が900℃未満ではCu又はCu合金からの液相発生量が不足して所定の組織の焼結体が得られず、一方、1050℃を超える温度ではCu又はCu合金からの液相が多すぎて所定の形状を維持できなくなる。焼結温度は900～1050℃とする。
実施例１
　成分組成が、質量％で、Cr：1.33％、Mo：2.67％、V：4.00％、C：0.57％を含有するFe基のプレアロイ合金粉末に、Cuの無電解めっき処理（Cu量が全体の45.5質量％）を施したCuコーティング粉末と、黒鉛粉末（C量が全体の約2％）を配合した混合粉末に、さらに前記混合粉末の総量に対して0.5質量％のステアリン酸亜鉛を配合して混練した混合粉末を原料粉末とした。この原料粉末を金型に充填して成形プレスにより6.5t/cm2の面圧で圧縮成形した成形体を脱脂処理後、真空雰囲気において1000℃で焼結し、径15 mmφ×高さ50 mmの円柱状焼結体を作製した。
　図１は、実施例1の焼結体組織の光学顕微鏡写真である。焼結体組織は、比較的粗大なFe基合金相粒子1と、Cu（基合金）相2と、比較的微細な黒鉛相3から構成され、気孔4もわずかに観察されるが、比較的緻密な組織を呈している。特に、Cu（基合金）相2が連続的に繋がっていることが特徴的である。
[1] 摩耗試験
　前記円柱状焼結体から10 mm×50 mm×10 mmのバルブガイド試験片に加工し、またSUH合金製のバルブ材から切り出したφ8 mm×30 mm（一方の端部が8 mm Rの円柱側面状に加工する）のバルブ試験片を摺動相手材として、図２に示すように、一定荷重でバルブ試験片6を往復動するバルブガイド試験片5に押し付けながら耐摩耗性を評価した。試験条件は以下の通りである。
　押付荷重：50 N　
　試験温度：200℃
　潤滑：無潤滑(ドライ)
　ストローク：25 mm　摺動速度：166 mm/秒
　試験時間：3時間
摩耗量は、試験前後のバルブガイド試験片とバルブ試験片の当たり面の後退量として算出した結果、実施例1のバルブガイド試験片の摩耗量は2.0μm、バルブ試験片の摩耗量は21.5μmであった。
[2] 熱伝導率の測定
　前記円柱状焼結体から径5.0mm×厚さ1.0 mmの円板状試験片を切り出し、両面を鏡面研磨して、レーザーフラッシュ法により熱伝導率を測定した。実施例1の熱伝導率は50 W/(m・K)であった。
実施例2～8、比較例1～5
　Fe基プレアロイ合金組成、無電解Cuめっき量、C粉末配合量を表１に示す化学成分に変更した以外は、実施例1と同様にして焼結体を作製した。得られた各焼結体から、摩耗試験用のバルブガイド試験片と熱伝導率測定用の円板状試験片を作製し、実施例1と同様に、摩耗試験と熱伝導率測定を行った。得られた結果を、実施例1の結果も含め、表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　実施例から、Cr、Mo、V及びWの合金元素合計量が2質量％以上であれば、バルブガイド材の摩耗量は低減する。一方、合金元素合計量が16質量％を超えると、バルブ材の摩耗量が急激に増加することが分かる。熱伝導率はCu含有量を増やすことで向上するが、合金相の組成にも影響され、合金元素量の多い実施例4及び実施例6では熱伝導率が低下している。また、実施例7はC含有量が少ないため、黒鉛の自己潤滑効果が小さく、バルブガイド材の摩耗量が増加傾向にある。しかし、Cu含有量の多い実施例5よりも熱伝導率が高くなっている。その理由としては、Cが連続したCu組織中に介在して熱伝導率を低下させる影響が小さいと考えられる。合金元素合計量が2質量％未満の比較例1及び2は、摺動相手のバルブ材の摩耗量は少ないが、バルブガイド材自体の摩耗が増大する。特に合金元素合計量が少なくCu成分が90質量％超の比較例2では、強度及び硬度が十分ではないことからバルブガイド材自体の摩耗が大幅に増大している。比較例3～5は、合金元素のいずれかが規定量を超えている（比較例3はCr、Mo、V及びWの全てにおいて、比較例4はWにおいて、比較例5はCrにおいて規定量を超えている）ため、バルブガイド材の摩耗が少ないものの相手材であるバルブ材の摩耗量が増大している。さらに、熱伝導率が20W/(m・K)以下と、十分な熱伝導率が得られていない。

Claims (6)

  1. 質量％で、Cu：10～90％、Cr：0～10％、Mo：0～6％、V：0～8％、W：0～8％、C：0.5～3％、残部Fe及び不可避的不純物からなり、前記Cr、Mo、V及びWの合計が2％以上である組成を有し、かつ、Feを主成分とするFe基合金相、Cu相又はCuを主成分とするCu基合金相、及び黒鉛相からなる組織を有することを特徴とする焼結合金製バルブガイド。
  2. 請求項１に記載の焼結合金製バルブガイドにおいて、前記Fe基合金相がFe-Mo-C合金、Fe-Cr-Mo-V-C合金、Fe-Cr-V-W-C合金、又はFe-Cr-Mo-V-W-C合金からなることを特徴とする焼結合金製バルブガイド。
  3. 請求項２に記載の焼結合金製バルブガイドにおいて、前記Fe基合金相が、質量％で、Cr：0～10％、Mo：0～6％、V：0～8％、W：0～8％、C：0.5～1％、残部Fe及び不可避的不純物からなり、前記Cr、Mo、V及びWの合計が2％以上である組成を有することを特徴とする焼結合金製バルブガイド。
  4. 請求項１～３のいずれかに記載の焼結合金製バルブガイドにおいて、前記Cu相又はCuを主成分とするCu基合金相が連続した組織を形成していることを特徴とする焼結合金製バルブガイド。
  5. 請求項４に記載の焼結合金製バルブガイドにおいて、前記Cu相又はCuを主成分とするCu基合金相が、200 W/(m・K)以上の熱伝導率を有していることを特徴とする焼結合金製バルブガイド。
  6. 質量％で、Cr：0～10％、Mo：0～6％、V：0～8％、W：0～8％、C：0.5～1％、残部Fe及び不可避的不純物からなり、前記Cr、Mo、V及びWの合計が2％以上である組成を有するプレアロイ合金粉末にCuのコーティングを施し、C粉末を混合し、成形し、焼結することを特徴とする焼結合金製バルブガイドの製造方法。
PCT/JP2014/069284 2013-07-26 2014-07-22 焼結合金製バルブガイド及びその製造方法 WO2015012249A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/906,209 US20160160700A1 (en) 2013-07-26 2014-07-22 Sintered alloy valve guide and its production method
CN201480042148.XA CN105452507B (zh) 2013-07-26 2014-07-22 烧结合金制阀导承及其制造方法
EP14829838.3A EP3026141A4 (en) 2013-07-26 2014-07-22 Valve guide made from sintered alloy, and method for producing same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013155336A JP5658804B1 (ja) 2013-07-26 2013-07-26 焼結合金製バルブガイド及びその製造方法
JP2013-155336 2013-07-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015012249A1 true WO2015012249A1 (ja) 2015-01-29

Family

ID=52393284

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/069284 WO2015012249A1 (ja) 2013-07-26 2014-07-22 焼結合金製バルブガイド及びその製造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20160160700A1 (ja)
EP (1) EP3026141A4 (ja)
JP (1) JP5658804B1 (ja)
CN (1) CN105452507B (ja)
WO (1) WO2015012249A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016216795A (ja) * 2015-05-25 2016-12-22 住友金属鉱山株式会社 スパッタリング用合金ターゲット、及びスパッタリング用合金ターゲットの製造方法
JP2018527498A (ja) * 2015-06-16 2018-09-20 ブライシュタール−プロダクションズ ゲーエムベーハー ウント コンパニー カーゲーＢｌｅｉｓｔａｈｌ−Ｐｒｏｄｕｋｔｉｏｎｓ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ ＫＧ． バルブガイド
US11951547B2 (en) 2017-10-30 2024-04-09 Tpr Co., Ltd. Valve guide made of iron-based sintered alloy and method of producing same

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105463291B (zh) * 2015-12-09 2017-03-22 博深工具股份有限公司 全预合金化粉末及其制备方法
US20200216935A1 (en) * 2019-01-04 2020-07-09 Tenneco Inc. Hard powder particles with improved compressibility and green strength
DE102020213651A1 (de) * 2020-10-29 2022-05-05 Mahle International Gmbh Verschleißfeste, hochwärmeleitfähige Sinterlegierung, insbesondere für Lageranwendungen und Ventilsitzringe

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5739104A (en) * 1980-08-20 1982-03-04 Mitsubishi Metal Corp Production of valve seat made of fe based sintered alloy
JPH06306554A (ja) 1993-04-22 1994-11-01 Mitsubishi Materials Corp 耐摩耗性のすぐれたＦｅ基焼結合金製バルブガイド部材
JPH11323512A (ja) 1998-05-12 1999-11-26 Mitsubishi Materials Corp 鉄基焼結合金製バルブガイドおよびその製造方法
JP2001295004A (ja) * 2000-02-09 2001-10-26 Mitsubishi Materials Corp 鉄基焼結合金

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58157951A (ja) * 1982-03-12 1983-09-20 Hitachi Powdered Metals Co Ltd 摺動部材用焼結合金
JP2003027183A (ja) * 2002-06-12 2003-01-29 Mitsubishi Materials Corp 鉄基焼結合金製シンクロナイザーリング
CN101107376B (zh) * 2005-01-31 2012-06-06 株式会社小松制作所 烧结材料、Fe系烧结滑动材料及其制造方法、滑动构件及其制造方法、连结装置
US8257462B2 (en) * 2009-10-15 2012-09-04 Federal-Mogul Corporation Iron-based sintered powder metal for wear resistant applications
JP5649830B2 (ja) * 2010-02-23 2015-01-07 株式会社リケン バルブシート

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5739104A (en) * 1980-08-20 1982-03-04 Mitsubishi Metal Corp Production of valve seat made of fe based sintered alloy
JPH06306554A (ja) 1993-04-22 1994-11-01 Mitsubishi Materials Corp 耐摩耗性のすぐれたＦｅ基焼結合金製バルブガイド部材
JPH11323512A (ja) 1998-05-12 1999-11-26 Mitsubishi Materials Corp 鉄基焼結合金製バルブガイドおよびその製造方法
JP2001295004A (ja) * 2000-02-09 2001-10-26 Mitsubishi Materials Corp 鉄基焼結合金

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3026141A4

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016216795A (ja) * 2015-05-25 2016-12-22 住友金属鉱山株式会社 スパッタリング用合金ターゲット、及びスパッタリング用合金ターゲットの製造方法
JP2018527498A (ja) * 2015-06-16 2018-09-20 ブライシュタール−プロダクションズ ゲーエムベーハー ウント コンパニー カーゲーＢｌｅｉｓｔａｈｌ−Ｐｒｏｄｕｋｔｉｏｎｓ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ ＫＧ． バルブガイド
US11951547B2 (en) 2017-10-30 2024-04-09 Tpr Co., Ltd. Valve guide made of iron-based sintered alloy and method of producing same

Also Published As

Publication number Publication date
CN105452507A (zh) 2016-03-30
US20160160700A1 (en) 2016-06-09
JP2015025169A (ja) 2015-02-05
EP3026141A1 (en) 2016-06-01
JP5658804B1 (ja) 2015-01-28
EP3026141A4 (en) 2017-03-29
CN105452507B (zh) 2018-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015012249A1 (ja) 焼結合金製バルブガイド及びその製造方法
JP5462325B2 (ja) 鉄基焼結合金製バルブシート
JP6577173B2 (ja) Ｃｕ基焼結合金及びその製造方法
JP5887374B2 (ja) 鉄基焼結合金製バルブシート
JP4213060B2 (ja) バルブシート用鉄基焼結合金材
JP6305811B2 (ja) バルブシート用鉄基焼結合金材およびその製造方法
JP6386676B2 (ja) 焼結バルブシート
JP5649830B2 (ja) バルブシート
WO2015198932A1 (ja) 焼結バルブシート及びその製造方法
WO2018179590A1 (ja) 焼結バルブシート
US8709124B2 (en) Sintered sliding member
JPH0350823B2 (ja)
JP6431012B2 (ja) 耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方法および耐摩耗性鉄基焼結合金
JP5386585B2 (ja) 焼結摺動材料及びその製造方法
JP6315241B2 (ja) 耐摩耗性銅基焼結合金
JP6392530B2 (ja) 鉄基焼結合金製バルブシート
JP2021139365A (ja) バルブガイド
JP3942136B2 (ja) 鉄基焼結合金
JP2007064165A (ja) 内燃機関用のバルブとバルブシートとの組合せ
JPH0953422A (ja) すぐれた耐摩耗性と低い相手攻撃性を有する銅溶浸Ｆｅ基焼結合金製バルブガイド部材
JP6309700B1 (ja) 焼結バルブシート
US11634799B2 (en) Hard particle, sliding member, and production method of sintered alloy
JP7143899B2 (ja) 銅基焼結体の製造方法
JPH0953421A (ja) すぐれた耐摩耗性と低い相手攻撃性を有するＦｅ基焼結合金製バルブガイド部材
JP2013173961A (ja) 鉄基焼結合金製バルブシート

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201480042148.X

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14829838

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14906209

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2014829838

Country of ref document: EP