JP2002129296A

JP2002129296A - バルブシート用鉄基焼結合金材および鉄基焼結合金製バルブシート

Info

Publication number: JP2002129296A
Application number: JP2000328923A
Authority: JP
Inventors: Teruo Takahashi; 輝夫高橋; Arata Kakiuchi; 新垣内; Kenichi Sato; 佐藤　　賢一
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 2000-10-27
Filing date: 2000-10-27
Publication date: 2002-05-09
Also published as: US20020084004A1; GB0125293D0; GB2370281A

Abstract

(57)【要約】【課題】多量の合金元素を含有せず安価で、耐摩耗性
に優れたバルブシート用鉄基焼結合金材を提案する。【解決手段】体積率で５〜40％のパーライト相と、体
積率で10〜40％の高合金拡散相からなる基地相と、該基
地相中に、硬さがＨv600〜1300、平均粒径が10〜150 μ
m の硬質粒子を体積率で10〜30％分散させる。硬質粒子
として、Mo−Ni−Cr−Si−Coの金属間化合物粒子、Cr−
Mo−Coの金属間化合物粒子、Fe−Mo合金粒子、炭化物析
出粒子のうちから選ばれた１種または２種以上とするの
が好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、焼結合金材に係
り、とくに内燃機関用のバルブシートに好適な鉄基焼結
合金材に関する。

【０００２】

【従来の技術】焼結合金は、合金粉末を配合混練し、金
型に充填し圧縮成形したのち、所定の温度雰囲気中で焼
結したものであり、通常の溶製方法では得難い金属や合
金が容易に製造でき、また機能の複合化が容易なため、
独特な機能を付与した部品の製造が可能である。さら
に、焼結合金は、多孔質材や難加工材などの製造や、形
の複雑な機械部品の製造に適している。このようなこと
から、近年、耐摩耗性が要求される内燃機関のバルブシ
ートにこの焼結合金が適用されるようになった。

【０００３】最近は、自動車エンジンにおいて、長寿命
化、高出力化、排出ガス浄化、燃費向上等に対する改善
要求が一段と高まっている。このため、自動車エンジン
用バルブシートに対しても、従来にも増して厳しい使用
環境に耐えることが要求され、耐熱性、耐摩耗性をより
一層向上させる必要が生じてきた。バルブシート用焼結
合金材としては、例えば、特公昭51−13093 号公報に、
無鉛ガソリンの使用下にあっても、高度の耐摩耗性を有
し、同時に耐熱性、耐食性を有するバルブシート用鉄系
焼結合金材が開示されている。特公昭51−13093 号公報
に記載された焼結合金は、Ｃ、Ni、Cr、Mo、Co、Ｗを多
量に含み、パーライト基地中にＣ−Cr−Ｗ−Coよりなる
特殊合金粒子とフェロモリブデン粒子が分散し、かつこ
れら粒子の周囲にCo、Niが拡散したものである。このよ
うに、特公昭51−13093 号公報に記載された焼結合金で
は、耐熱性、耐摩耗性、耐食性等の特性を付与させるた
め、とくに、ＷおよびCoの多量添加を必要としていた。
このため、この焼結合金製のバルブシートは、高価とな
り、コスト的に問題を残していた。

【０００４】また、特開平9-53158 号公報には、硬質相
分散型鉄基焼結合金が開示されている。特開平9-53158
号公報に記載された鉄基焼結合金は、重量％で、Ni：3
〜15％、Mo：３〜15％、Cr：0.5 〜５％、Ｃ：0.5 〜1.
2 ％、残部Feの鉄基基地中に、3 〜20％の硬質相粒子が
分散され、硬質相粒子として、Cr：50〜57％、Mo：18〜
22％、Co：８〜12％、Ｃ：0.1 〜1.4 ％、Si：0.8 〜1.
3 ％、残部Feを含む硬質相粒子あるいは、Cr：27〜33
％、Ｗ：22〜28％、Co：８〜12％、Ｃ：1.7 〜2.3 ％、
Si：1.0 〜2.0 ％、残部Feを含む硬質相粒子、あるいは
Mo：60〜70％、Ｃ：0.01％以下、残部Feを含む硬質相粒
子、のうち１種または２種以上とすることを特徴とする
鉄基焼結合金である。しかしながら、特開平9-53158 号
公報に記載された鉄基焼結合金は、耐熱性、耐摩耗性、
耐食性等の特性を向上されるため、Cr、Mo、Ni、Co、Ｗ
の多量添加を必要とし、高価であり、コスト的に問題を
残していた。さらに、この鉄基焼結合金の製造において
は、Ni、Co粉による人体への影響が問題として残されて
いた。

【０００５】また、特開2000-199040 号公報には、５〜
40％のパーライト相と、20〜60％の微細な炭化物が分散
した炭化物分散相と、５〜20％の高合金拡散相からなる
基地相中に、硬質粒子を３〜20％分散させたバルブシー
ト用鉄基焼結合金が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開20
00-199040 号公報に記載された鉄基焼結合金は、比較的
硬さが高い炭化物分散相の存在比率が高いため、硬さが
高く、高い靱性を要求される使途に用いる場合には問題
を残していた。本発明は、上記した問題を有利に解決
し、多量の合金元素を含有せず安価で、優れた靱性を有
しかつ耐摩耗性に優れたバルブシート用鉄基焼結合金
材、および内燃機関用鉄基焼結合金製バルブシートを提
案することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記した
課題を達成するために鋭意検討した結果、鉄基焼結合金
材の基地相を、パーライト相と高合金拡散相とし、さら
に基地相中に硬質粒子を分散させることにより、多量の
合金元素を添加することなく、耐摩耗性が著しく増加す
るとともに、靱性が向上するという知見を得た。本発明
は、このような知見に基づき完成されたものである。な
お、本発明でいう、高合金拡散相とは、硬質粒子の合金
元素が拡散して硬質粒子の周辺に形成され、耐熱性、耐
摩耗性、耐食性に寄与し、硬さがＨv350〜600 であるこ
とを特徴とする相をいうものとする。

【０００８】すなわち、本発明は、基地相中に硬質粒子
を分散させた鉄基焼結合金材であって、前記基地相が、
体積率で５〜40％のパーライト相と、体積率で10〜40％
の高合金拡散相からなり、前記硬質粒子として、硬さが
Ｈv600〜1300、粒径が10〜150 μm の粒子を体積率で10
〜30％分散させたことを特徴とするバルブシート用鉄基
焼結合金材であり、また、本発明では、前記硬質粒子
が、Mo−Ni−Cr−Si−Coの金属間化合物粒子、Cr−Mo−
Coの金属間化合物粒子、Fe−Mo合金粒子、炭化物析出粒
子のうちから選ばれた１種または２種以上であることが
好ましく、また、本発明では、前記炭化物析出粒子が、
質量％で、Ｃ：0.2 〜 2.0％、Cr：2.0 〜10.0％、Mo：
2.0 〜10.0％、Ｗ：2.0 〜10.0％、Ｖ：0.2 〜 5.0％を
含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有す
ることが好ましい。

【０００９】また、本発明では、前記基地相に、固体潤
滑剤粒子を体積率で0.1 〜10.0％含有するのが好まし
く、また、本発明では、前記固体潤滑剤を、硫化物、弗
化物およびグラファイトのうちから選ばれた１種または
２種以上とするのが好ましく、また、本発明では、焼結
空孔を、Cu、Cu合金、Pb、Pb合金のいずれかで溶浸され
たものとするか、あるいはフェノール系樹脂で含浸され
たものとするのが好ましい。

【００１０】また、本発明は、基地相中に硬質粒子を分
散させた鉄基焼結合金材であって、前記硬質粒子を含む
基地部の組成が、質量％で、Ｃ：0.2 〜 2.0％、Cr：1.
0 〜9.0％、Mo：1.0 〜 9.0％、Si：0.1 〜 1.0％、
Ｗ：1.0 〜 3.0％、Ｖ：0.1 〜1.0％、およびCu、Co、N
iの１種または２種以上を合計量で3.0 〜15.0％含有
し、残部が実質的にFeからなる組成を有し、前記基地相
が、体積率で５〜40％のパーライト相と、体積率で10〜
40％の高合金拡散相からなり、前記硬質粒子として、硬
さがＨv600〜1300、粒径が10〜150 μm の粒子を体積率
で10〜30％分散させたことを特徴とするバルブシート用
鉄基焼結合金材であり、また、本発明では、前記硬質粒
子が、Mo−Ni−Cr−Si−Coの金属間化合物粒子、Cr−Mo
−Coの金属間化合物粒子、Fe−Mo合金粒子、炭化物析出
粒子のうちから選ばれた１種または２種以上であること
が好ましく、また、本発明では、前記炭化物析出粒子
が、Ｃ：0.2 〜 2.0％、Cr：2.0 〜10.0％、Mo：2.0 〜
10.0％、Ｗ：2.0 〜10.0％、Ｖ：0.2 〜 5.0％を含み、
残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有すること
が好ましい。

【００１１】また、本発明では、前記基地相が、さらに
固体潤滑剤粒子を体積率で0.1 〜10.0％含有することが
好ましく、また、本発明では、前記固体潤滑剤を、硫化
物、弗化物およびグラファイトのうちから選ばれた１種
または２種以上とするのが好ましく、また、本発明で
は、焼結空孔を、Cu、Cu合金、Pb、Pb合金のいずれかで
溶浸されたものとするか、あるいはフェノール系樹脂で
含浸されたものとするのが好ましい。

【００１２】また、本発明は、上記した組成のバルブシ
ート用鉄基焼結合金材を素材としたことを特徴とする鉄
基焼結合金製バルブシートである。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の鉄基焼結合金材は、基地
相と、基地相中に分散した硬質粒子と、あるいはさらに
基地相中に分散した固体潤滑剤粒子とから構成されてい
る。基地相はパーライト相と、高合金拡散相とからなる
組織を有する。なお、高合金拡散相は、硬質粒子の周囲
に硬質粒子から合金元素が拡散して形成される。

【００１４】基地相の組織のうち、パーライト相は、焼
結合金材全体に対する体積率で５〜40％、高合金拡散相
は、体積率で10〜40％を有する。パーライト相が体積率
で５％未満では、基地硬さが高くなり被削性が低下す
る。一方、40％を超えると基地硬さが低くなり、耐摩耗
性、耐熱性が低下する。高合金拡散相は、耐熱性、耐摩
耗性、耐食性に寄与し、鉄基焼結合金材の特性を向上さ
せる。高合金拡散相が体積率で10％未満では、上記した
特性の向上が少なく、一方、40％を超えると基地硬さが
高くなり被削性が劣化する。

【００１５】また、基地相中に分散する硬質粒子は、Ｈ
v600〜1300の範囲の硬さを有し、粒径が10〜150 μm の
粒子とする。硬質粒子の硬さがＨv600未満では、耐摩耗
性が低下し、一方、Ｈv1300 を超えると靱性が低下し欠
けやクラックの発生率が増加する。硬質粒子の粒径が10
μm未満では、焼結時に硬質粒子成分が基地相に過拡散
しやすく、硬度が低下する。一方、粒径が150 μm を超
えると、被削性が低下し、相手材攻撃性が増加する。

【００１６】硬質粒子は、Mo−Ni−Cr−Si−Coの金属間
化合物粒子、Cr−Mo−Coの金属間化合物粒子、Fe−Mo合
金粒子、炭化物析出粒子のうちから選ばれた１種または
２種以上とするのが好ましい。上記した組成の粒子を硬
質粒子として基地相中に分散させることにより、焼結拡
散性が増加し、焼結合金材の強度、靱性および耐摩耗性
が増加する。

【００１７】Mo−Ni−Cr−Si−Coの金属間化合物粒子
は、質量％で、Mo：20〜30％、Ni：５〜20％、Cr：10〜
35％、Si：１〜５％含有し、残部実質的にCoからなる金
属間化合物である。また、Cr−Mo−Coの金属間化合物粒
子は、質量％で、Cr：5.0 〜15.0％、Mo：20.0〜40.0％
を含有し、残部実質的にCoからなる金属間化合物であ
る。また、Fe−Mo合金粒子は、質量％で、Mo：50〜70％
を含有し、残部実質的にFeからなる粒子である。

【００１８】また、炭化物析出粒子は、Ｃ：0.2 〜 2.0
％、Cr：2.0 〜10.0％、Mo：2.0 〜10.0％、Ｗ：2.0 〜
10.0％、Ｖ：0.2 〜 5.0％を含み、残部Feおよび不可避
的不純物からなる組成を有し、好ましくは粒径：１〜10
μm の微細炭化物が析出した粒子である。析出した炭化
物の粒径が１μm 未満では、硬さへの寄与が少なく耐摩
耗性が低下する。一方、炭化物の粒径が10μm を超える
と、相手材への攻撃性が増加する。炭化物析出粒子とし
ては、例えば、Ｖ、Ｗ、Mo等の炭化物形成元素を多量に
含有したSKH 51（代表組成：0.9 ％Ｃ−４％Cr−５％Mo
−６％Ｗ−２％Ｖ−残部Fe，％：質量％）粉末、 SKH57
粉末、 SKD11粉末が好ましい。

【００１９】なお、硬質粒子として炭化物析出粒子を使
用する場合には、基地相の存在比率として体積率で20％
未満とするのがより好ましい。炭化物析出粒子が体積率
で20％以上では硬さが増加するため靱性、被削性が低下
し、相手攻撃性が増加する。本発明では、上記した硬質
粒子の１種または２種以上を合計で、体積率で10〜30
％、基地相中に分散させる。硬質粒子の合計が体積率で
10％未満では、硬質粒子量が少なく、耐摩耗性が低下す
る。一方、30％を超えると、強度が低下するうえ相手材
への攻撃性が増加し、被削性も低下する。

【００２０】また、基地相と、基地相中に分散した硬質
粒子とを含む基地部の組成は、質量％で、Ｃ：0.2 〜
2.0％、Cr：1.0 〜 9.0％、Mo：1.0 〜 9.0％、Si：0.1
〜 1.0％、Ｗ：1.0 〜 3.0％、Ｖ：0.1 〜 1.0％、お
よびCu、Co、Niの１種または２種以上を合計量で3.0 〜
15.0％、必須元素として含有し、残部が実質的にFeから
なる組成を有するのが好ましい。

【００２１】つぎに、基地部の、個々の合金元素の望ま
しい含有量について説明する。Ｃ：0.2 〜 2.0％Ｃは、基地相に固溶し基地相の硬さを増加させるととも
に、他の合金元素と結合し炭化物を形成して、基地相の
硬さを増加させ、耐摩耗性を向上させる元素である。し
かし、 0.2％未満では、所定の硬さを得ることができ
ず、耐摩耗性が低下する。一方、 2.0％を超えると、炭
化物が粗大化し、靱性が劣化するとともに、硬質粒子成
分の拡散が過剰に進行し、硬さが低下する。このため、
Ｃは、0.2〜 2.0％に限定するのが望ましい。

【００２２】Cr：1.0 〜 9.0％ Crは、基地相および硬質粒子中に含まれ、硬さ、耐摩耗
性、耐熱性を高める元素であるが、含有量が 9.0％を超
えると硬質粒子量が過多または、基地相硬さが増加しす
ぎて相手攻撃性が増加する。また、 1.0％未満では硬質
粒子量が不足し耐摩擦性が低下する。このため、Crは1.
0 〜 9.0％とするのが好ましい。

【００２３】Mo：1.0 〜 9.0％ Moは、基地相および硬質粒子に含まれ、硬さ、耐摩耗性
を向上させるが、しかし、 9.0％を超えると硬質粒子量
が過多となり、あるいは基地相硬さが増加しすぎて相手
攻撃性が増加する。また、 1.0％未満では硬質粒子量が
不足し基地硬さが低下し耐摩耗性に悪影響を及ぼす傾向
がある。このため、Moは1.0 〜 9.0％とするのが好まし
い。

【００２４】Si:0.1〜 1.0％ Siは、主として硬質粒子に含まれ耐摩耗性を向上させる
元素であるが、 0.1％未満では、硬質粒子量が不足し、
耐摩耗性向上の効果が顕著でなく、一方、 1.0％を超え
ると硬質粒子量が過多となり、基地相硬さが増加しすぎ
て相手材攻撃が増加する。このようなことから、Siは0.
1 〜 1.0％に限定するのが好ましい。

【００２５】Ｗ：1.0 〜 3.0％Ｗは、基地相および／または硬質粒子に含まれ、基地相
を強化するとともに、硬さ、耐摩耗性を向上させる元素
であるが、 1.0％未満では、硬質粒子量が不足し、耐摩
耗性向上の効果が顕著でなく、一方、 3.0％を超えると
硬質粒子量が過多となり、基地相硬さが増加しすぎて相
手材攻撃が増加する。このようなことから、Ｗは1.0 〜
3.0％に限定するのが好ましい。

【００２６】Ｖ： 0.1〜 1.0％Ｖは、基地相および／または硬質粒子に含まれ、基地相
を強化するとともに、硬さ、耐摩耗性を向上させる元素
であるが、 0.2％未満では、耐摩耗性向上の効果が顕著
でなく、一方、 1.0％を超えると硬質粒子量が過多とな
り、基地相硬さが増加しすぎて相手材攻撃が増加する。
このようなことから、Ｖは0.1 〜 1.0％に限定するのが
好ましい。

【００２７】Cu、Co、Niの１種または２種以上を合計量
で 3.0〜15.0％ Cu、Co、Niはいずれも、基地相および硬質粒子に含ま
れ、基地相を強化するとともに、硬さ、耐摩耗性を向上
させる。しかし、Cu、Co、Niの合計量が 3.0％未満で
は、その効果が不十分であり、一方、多量の添加は硬さ
が増加し相手攻撃性が増加する。このため、Cu、Co、Ni
の合計量で3.0 〜15.0％とするのが好ましい。

【００２８】基地相と、硬質粒子を含む基地部では、上
記した成分以外の残部は、実質的にFeである。本発明の
鉄基焼結合金材は、さらに基地相中に固体潤滑剤粒子を
分散させてもよい。固体潤滑剤粒子は、硫化物、弗化物
およびグラファイトのうちから選ばれた１種または２種
以上とするのが好ましい。硫化物としてはMnS 、MoS₂、
W₂S が、弗化物としてはCaF₂、LiF が例示される。固体
潤滑剤粒子を基地相中に分散させることにより、被削
性、耐摩耗性が向上し、さらに相手攻撃性が減少する。

【００２９】固体潤滑剤粒子は、基地相、硬質粒子、固
体潤滑剤粒子の合計量に対し質量％で、合計0.1 〜10.0
％分散させるのが好ましい。固体潤滑剤粒子量が 0.1％
未満では、固体潤滑剤粒子量が少なくすべり潤滑性およ
び被削性が劣化し、凝着の発生が促進されるとともに、
耐摩耗性が低下する。一方、固体潤滑剤粒子量が10.0％
を超えると、圧粉性、焼結拡散性、強度が低下する。

【００３０】また、固体潤滑剤粒子の粒径は２〜50μm
とするのが好ましい。固体潤滑剤粒子の粒径が２μm 未
満では、上記した効果が期待できず、一方、50μm を超
えると、焼結性、圧粉性に悪影響を及ぼす。本発明の鉄
基焼結合金材は、体積率で10.0％以下の気孔を含んでも
よい。気孔率が10.0％を超えると、高温強度、熱伝導率
が低下するとともに、焼結合金材の耐脱落性が低下す
る。

【００３１】本発明の鉄基焼結合金材を得るには、上記
した基地部組成となるように、純鉄粉、合金鉄粉、合金
元素粉のうちの１種または２種以上に、硬質粒子粉、あ
るいはさらに固体潤滑剤粉を配合し、混合した混合粉を
原料粉とする。純鉄粉、合金鉄粉、合金元素粉のうちの
１種または２種以上の組合せは、下記〜のようにす
るのが好ましい。すなわち、純鉄粉、合金鉄粉、合金元
素粉と、硬質粒子粉、固体潤滑剤粉との合計量に対し、
質量％で、純鉄粉を40.0〜85.0％と、Ｃ、Cr、Mo、Si、Ｗ、Ｖ、
Cu、Co、Niのうちから選ばれた１種または２種以上の合
金元素粉を合計量で8.0 〜35.0％とするか、Ｃ、Cr、Mo、Si、Ｗ、Ｖ、Cu、Co、Niのうちから選ば
れた１種または２種以上をそれぞれ20％以下含有し残部
Feおよび不可避的不純物からなる合金鉄粉の１種または
２種以上を合計で70.0〜95.0％とするか、Ｃ、Cr、Mo、Si、Ｗ、Ｖ、Cu、Co、Niのうちから選ば
れた１種または２種以上をそれぞれ20％以下含有し残部
Feおよび不可避的不純物からなる合金鉄粉の１種または
２種以上を合計で5.0 〜70.0％と純鉄粉を20.0〜70.0％
とするか、Ｃ、Cr、Mo、Si、Ｗ、Ｖ、Cu、Co、Niのうちから選ば
れた１種または２種以上をそれぞれ20％以下含有し残部
Feおよび不可避的不純物からなる合金鉄粉の１種または
２種以上を合計で45.0〜90.0％と、Cr、Mo、Si、Ｗ、
Ｖ、Cu、Co、Niのうちから選ばれた１種または２種以上
の合金元素粉を合計量で5.0 〜30.0％とするか、Ｃ、Cr、Mo、Si、Ｗ、Ｖ、Cu、Co、Niのうちから選ば
れた１種または２種以上をそれぞれ20％以下含有し残部
Feおよび不可避的不純物からなる合金鉄粉の１種または
２種以上を合計で5.0 〜65.0％と、純鉄粉を15.0〜65.0
％と、さらにCr、Mo、Si、Ｗ、Ｖ、Cu、Co、Niのうちか
ら選ばれた１種または２種以上の合金元素粉を合計量で
5.0 〜25.0％とするか、のうちのいずれかとするが好ま
しい。

【００３２】上記した基地部組成となるように、純鉄
粉、合金鉄粉、合金元素粉のうちの１種または２種以上
に、硬質粒子粉を、純鉄粉、合金鉄粉、合金元素粉と、
硬質粒子粉、固体潤滑剤粉との合計量に対し、質量％
で、３〜20％と、あるいはさらに固体潤滑剤粉を0.1 〜
10％と、を配合し、混合した混合粉とするのが好まし
い。なお、潤滑剤としてさらにステアリン酸亜鉛等を配
合してもよい。

【００３３】また、硬質粒子粉としては、上記したMo−
Ni−Cr−Si−Coの金属間化合物粒子、Cr−Mo−Coの金属
間化合物粒子、Fe−Mo合金粒子、炭化物析出粒子のうち
から選ばれた１種または２種以上の粉末とするのが好ま
しい。固体潤滑剤粉としては、硫化物、弗化物およびグ
ラファイトのうちから選ばれた１種または２種以上の粉
末とするのが好ましい。

【００３４】これら混合粉を原料粉として金型に充填
し、成形プレス等により圧縮・成形し圧粉体を得る成形
工程と、ついで圧粉体を保護雰囲気中で1000〜1200℃の
温度範囲に加熱し焼結させて焼結体を得る焼結工程と、
あるいはさらに前記焼結体に溶浸あるいは含浸処理を施
す溶浸・含浸工程とを順次行い、バルブシート用鉄基焼
結合金材とする。

【００３５】焼結工程の温度が1000℃未満では、焼結拡
散が不足し、基地の形成が不十分であり、一方、1200℃
を超えると硬質粒子、基地の過拡散が生じ、耐摩耗性が
劣化する。焼結雰囲気は、保護雰囲気とし、具体的には
NH₃や、Ｎ₂とＨ₂の混合ガス等が好ましい。溶浸・含
浸工程は、必要に応じ、焼結空孔（気孔）を封孔するた
めに実施される。焼結体に、CuまたはCu合金、あるいは
PbまたはPb合金等の低融点金属を載荷して加熱して溶浸
させるか、フェノール系樹脂を用い含浸させて、封孔処
理を施してもよい。

【００３６】得られた焼結体は、切削、研削加工して所
望の寸法形状のバルブシートとされる。

【００３７】

【実施例】鉄粉、合金鉄粉、合金元素粉の１種または２
種以上と、硬質粒子粉、あるいはさらに固体潤滑剤粉と
を表１に示すように配合し、混練して、混合粉とした。
なお、配合量は、混合粉の全量に対する質量％で表示し
た。使用した合金鉄粉は、（Ａ）1.0 ％Cr−0.5 ％Mn−
0.3 ％Mo−残部Feの合金鋼粉、（Ｂ）3.0 ％Cr−0.2 ％
Mo−残部Feの合金鋼粉、（Ｃ）4.0 ％Ni−1.5 ％Cu−0.
5 ％Mo−残部Feの合金鋼粉、である。

【００３８】また、使用した硬質粒子粉は、（ａ）ＳＫ
Ｄ 11 （1.5 ％Ｃ−12％Cr−0.8 ％Ｖ−１％Mo−残部F
e）の炭化物析出粒子粉（平均粒径：80μm 、炭化物平
均粒径：３μm ）、（ｂ）ＳＫＨ 51 （0.8 ％Ｃ−４％
Cr−５％Mo−２％Ｖ−６％Ｗ−残部Fe）の炭化物析出粒
子粉（平均粒径：80μm 、炭化物平均粒径：３μm ）、
（ｃ）ＳＫＨ 57 （1.2 ％Ｃ−４％Cr−３％Mo−10％Ｗ
−３％Ｖ−10％Co−残部Fe）の炭化物析出粒子粉（平均
粒径：80μm 、炭化物平均粒径：４μm ）、（ｄ）９％
Cr−30％Mo−残部Coの金属間化合物粒子粉（平均粒径：
100 μm ）、（ｅ）24％Mo−10％Ni−24％Cr−２％Si−
残部Coの金属間化合物粒子粉（平均粒径：100 μm ）、
（ｆ）60％Mo−残部Feの合金粒子粉（平均粒径：100 μ
m ）、である。なお、％は質量％である。

【００３９】また、使用した固体潤滑剤粉は、（イ）Mn
S 、（ロ）CaF₂、である。これら混合粉を金型に充填
し、成形プレスにより圧縮・成形し圧粉体とする。つい
で、これら圧粉体を1000℃〜1200℃の還元雰囲気（NH₃
ガス）中で15〜45min の焼結を行い焼結体とした。ま
た、一部の焼結体には、含浸剤（鉛）とともに500 ℃に
加熱する溶浸処理を施した。

【００４０】得られた焼結体の基地部の組成、および組
織割合を表２に示す。また、焼結体No.3、No.6、No.10
、No.12 の光学顕微鏡組織写真をそれぞれ図１
（ａ）、図２（ａ）、図３（ａ）、図４（ａ）に示す。
図１（ｂ）〜図４（ｂ）は各図（ａ）のスケッチ図であ
る。Ｍは基地相、Ｐはパーライト相、Ｒは高合金拡散
相、Ｈは硬質粒子（炭化物析出粒子以外）、ＨＣは炭化
物析出粒子（硬質粒子）、Ｈは硬質粒子、ＳＪは固体潤
滑剤粒子である。

【００４１】ついで、これら焼結体からバルブシート
（形状：φ41.4×φ38.8×7.0mm ）を加工し、下記に示
す単体リグ摩耗試験を実施した。単体リグ摩耗試験（耐摩耗性試験）耐摩耗性は、図６に示す単体リグ摩耗試験機で調査し
た。単体リグ試験は、バルブシート１をシリンダヘッド
相当品の治具２に圧入したのち、試験機に装着した熱源
（LPG+Ar）３によりバルブ４およびバルブシート１を加
熱しながらバルブ４を上下させ、バルブ沈み量により摩
耗量を測定した。なお、試験条件は、次のとおりであ
る。

【００４２】試験温度：400 ℃（シート面）試験時間：9.0 hr カム回転数：3000rpm バルブ回転数：20rpm スプリング荷重：35kgf （セット時）バルブ材：SUH3 単体リグ摩耗試験の結果を表２および図５に示す。

【００４３】

【表１】

【００４４】

【表２】

【００４５】バルブシートの摩耗量は、本発明例の焼結
体No.1〜No. 9 では、11〜18μm であり、相手材の摩耗
量も4 〜11μm であった。本発明の範囲を外れる比較例
の焼結体No. 10〜No. 13を用いたバルブシートの摩耗量
は29〜48μm 、相手材の摩耗量は15〜47μm であった。
本発明例は、比較例に比べ摩耗量が少なく、耐摩耗性が
向上しかつ相手材攻撃性も低下していることがわかる。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、安価で、靱性および耐
摩耗性に優れた焼結合金材が得られ、自動車用バルブシ
ートとして過酷な運転にも優れた耐久性を示し、産業上
格別の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明例の焼結合金材（焼結体No.
3）の光学顕微鏡組織を示す写真であり、（ｂ）は
（ａ）のスケッチ図である。

【図２】（ａ）は、本発明例の焼結合金材（焼結体No.
6）の光学顕微鏡組織を示す写真であり、（ｂ）は
（ａ）のスケッチ図である。

【図３】（ａ）は、比較例である焼結合金材（焼結体N
o.10 ）の光学顕微鏡組織を示す写真であり、（ｂ）は
（ａ）のスケッチ図である。

【図４】（ａ）は、比較例である焼結合金材（焼結体N
o.12 ）の光学顕微鏡組織を示す写真であり、（ｂ）は
（ａ）のスケッチ図である。

【図５】実施例の単体リグ摩耗試験結果を示すグラフで
ある。

【図６】単体リグ摩耗試験機の概略説明図である。

【符号の説明】

１バルブシート２治具３熱源４バルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０１Ｌ 3/02 Ｆ０１Ｌ 3/02 Ｆ (72)発明者佐藤賢一栃木県下都賀郡野木町野木1111番地日本ピストンリング株式会社栃木工場内Ｆターム(参考） 4K018 AA34 AB05 AB07 AB10 BA02 BA04 BA11 BA14 BA15 BA16 BA20 BB04 DA11 FA36 FA37 FA47 KA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基地相中に硬質粒子を分散させた鉄基焼
結合金材であって、前記基地相が、体積率で５〜40％の
パーライト相と、体積率で10〜40％の高合金拡散相から
なり、前記硬質粒子として、硬さがＨv600〜1300、粒径
が10〜150 μm の粒子を体積率で10〜30％分散させたこ
とを特徴とするバルブシート用鉄基焼結合金材。
【請求項２】基地相中に硬質粒子を分散させた鉄基焼
結合金材であって、前記硬質粒子を含む基地部の組成
が、質量％で、Ｃ：0.2 〜 2.0％、Cr：1.0 〜9.0％、M
o：1.0 〜 9.0％、Si：0.1 〜 1.0％、Ｗ：1.0 〜 3.0
％、Ｖ：0.1 〜1.0％、およびCu、Co、Niの１種または
２種以上を合計量で3.0 〜15.0％含有し、残部が実質的
にFeからなる組成を有し、前記基地相が、体積率で５〜
40％のパーライト相と、体積率で10〜40％の高合金拡散
相からなり、前記硬質粒子として、硬さがＨv600〜130
0、粒径が10〜150 μm の粒子を体積率で10〜30％分散
させたことを特徴とするバルブシート用鉄基焼結合金
材。
【請求項３】前記硬質粒子が、Mo−Ni−Cr−Si−Coの
金属間化合物粒子、Cr−Mo−Coの金属間化合物粒子、Fe
−Mo合金粒子、炭化物析出粒子のうちから選ばれた１種
または２種以上であることを特徴とする請求項１または
２に記載のバルブシート用鉄基焼結合金材。
【請求項４】前記炭化物析出粒子が、質量％で、Ｃ：
0.2 〜 2.0％、Cr：2.0 〜10.0％、Mo：2.0 〜10.0％、
Ｗ：2.0 〜10.0％、Ｖ：0.2 〜 5.0％を含み、残部Feお
よび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴と
する請求項３に記載のバルブシート用鉄基焼結合金材。
【請求項５】前記基地相が、さらに固体潤滑剤粒子を
体積率で0.1 〜10.0％含有したことを特徴とする請求項
１ないし４のいずれかに記載のバルブシート用鉄基焼結
合金材。
【請求項６】前記固体潤滑剤粒子が硫化物、弗化物お
よびグラファイトのうちから選ばれた１種または２種以
上である請求項５に記載のバルブシート用鉄基焼結合金
材。
【請求項７】焼結空孔が、Cu、Cu合金、Pb、Pb合金の
いずれかで溶浸されたものであるか、あるいはフェノ−
ル系樹脂で含浸されたものである請求項１ないし６のい
ずれかに記載のバルブシート用鉄基焼結合金材。
【請求項８】請求項１ないし７のいずれかに記載のバ
ルブシート用鉄基焼結合金材を素材としたことを特徴と
する鉄基焼結合金製バルブシート。