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JPH07229412A - 高温耐摩耗性の優れたエンジンバルブ - Google Patents

高温耐摩耗性の優れたエンジンバルブ

Info

Publication number
JPH07229412A
JPH07229412A JP6043293A JP4329394A JPH07229412A JP H07229412 A JPH07229412 A JP H07229412A JP 6043293 A JP6043293 A JP 6043293A JP 4329394 A JP4329394 A JP 4329394A JP H07229412 A JPH07229412 A JP H07229412A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
engine valve
face surface
build
phase
high temperature
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
JP6043293A
Other languages
English (en)
Inventor
Akira Mihashi
章 三橋
Saburo Wakita
三郎 脇田
Tsutomu Oka
勉 岡
Osami Noguchi
修身 野口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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 Mitsubishi Materials Corp filed Critical Mitsubishi Materials Corp
Priority to JP6043293A priority Critical patent/JPH07229412A/ja
Priority to DE4443772A priority patent/DE4443772C2/de
Priority to KR1019940033457A priority patent/KR100216764B1/ko
Priority to US08/353,915 priority patent/US5495837A/en
Publication of JPH07229412A publication Critical patent/JPH07229412A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温耐摩耗性の優れたエンジンバルブを提供
する。 【構成】 エンジンバルブの肉盛り溶接フェース面が、
重量%で、C:0.7〜1.5%、Mn:10〜15
%、Cr:24〜30%、Mo:6.1〜9.8%、N
i:10〜15%、N:0.1〜0.4%、Si:0.
2〜1.5%、を含有し、さらに、必要に応じてNb:
0.1〜5%、Ta:0.1〜5%、およびW:0.1
〜5%の1種または2種以上(但し合量で5%以下)を
含有し、残りがFeと不可避不純物からなる組成、並び
にオーステナイト相と共晶炭化物相の2相組織を有する
Fe基合金からなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、高温耐摩耗性のすぐ
れたエンジンバルブに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、自動車などのエンジンの構造部材
であるエンジンバルブが、耐熱鋼やステンレス鋼などの
エンジンバルブ本体のフェース面、すなわち局部的に高
い耐摩耗性が要求されるバルブシートとの当接面に、肉
盛り溶接材として、例えば特開平2−92494号公報
などに記載されるFe基合金粉末はじめ、その他多くの
Fe基合金粉末を用い、プラズマアーク肉盛り溶接法や
レーザービーム肉盛り溶接法などにて、上記Fe基合金
粉末を肉盛り溶接することにより製造されることは良く
知られるところである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の自動車の
高出力化および高速化はめざましく、これに伴ない、エ
ンジンの運転条件はより高温に移行するのが避けられ
ず、したがってこれの構造部材であるエンジンバルブも
より一段と高温の雰囲気にさらされることになるが、上
記の従来エンジンバルブにおいては、特にこれのフェー
ス面に肉盛り溶接されたFe基合金の高温耐摩耗性が十
分でないために、フェース面の摩耗進行が速くなり、こ
れらの高温化に十分満足に対応することができない。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、特にエンジンバルブのフェース
面の高温耐摩耗性に着目し研究を行なった結果、エンジ
ンバルブのフェース面を、重量%で(以下、%は重量%
を示す)、C:0.7〜1.5%、 Mn:10〜
15%、Cr:24〜30%、 Mo:6.1〜
9.8%、Ni:10〜15%、 N:0.1〜
0.4%、Si:0.2〜1.5%、を含有し、さらに
必要に応じてNb:0.1〜5%、Ta:0.1〜5
%、W:0.1〜5%、のうちの1種または2種以上
(但し合量で5%以下)を含有し、残りがFeと不可避
不純物からなる組成、並びに図1に金属顕微鏡による組
織写真で見られるようにオーステナイト相と共晶炭化物
相の2相組織、この場合、望ましくは前記共晶炭化物相
の面積率を10〜50%、前記オーステナイト相の2次
デンドライトアーム長さを15μm以下とした組織を有
するFe基合金の肉盛り溶接により形成すると、この結
果のエンジンバルブは、特にフェース面を構成する上記
Fe基合金がきわめてすぐれた高温耐摩耗性を有するこ
とから、エンジンのより一段の高温での運転にもフェー
ス面の摩耗が著しく抑制されるようになるという研究結
果を得たのである。
【0005】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、エンジンバルブのフェース面を
Fe基合金粉末を用いた肉盛り溶接により形成してなる
エンジンバルブにおいて、上記肉盛り溶接フェース面
を、C:0.7〜1.5%、 Mn:10〜15
%、Cr:24〜30%、 Mo:6.1〜9.
8%、Ni:10〜15%、 N:0.1〜0.
4%、Si:0.2〜1.5%、を含有し、さらに必要
に応じて、Nb:0.1〜5%、Ta:0.1〜5%、
W:0.1〜5%、のうちの1種または2種以上(但し
合量で5%以下)を含有し、残りがFeと不可避不純物
からなる組成、並びにオーステナイト相と共晶炭化物相
の2相組織を有するFe基合金で構成することにより高
温耐摩耗性の向上をはかったエンジンバルブに特徴を有
するものである。
【0006】つぎに、この発明のエンジンバルブの肉盛
り溶接フェース面を構成するFe基合金の組成を上記の
通りに限定した理由を説明する。 (a) C C成分には、オーステナイト相に固溶して、これの高温
強度を向上させるほか、共晶炭化物相を形成して高温耐
摩耗性を向上させる作用があるが、その含有量が0.7%
未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その含
有量が1.5%を越えると、相手部材であるバルブシー
トの摩耗進行が促進するようになることから、その含有
量を0.7〜1.5%と定めた。
【0007】(b) Mn Mn成分には、NiおよびCrと共にオーステナイト相
を形成して高温耐食性を向上させる作用があるが、その
含有量が10%未満では所望の高温耐食性向上効果が得
られず、一方その含有量が15%を越えると、高温耐摩
耗性が低下するようになることから、その含有量を10
〜15%と定めた。
【0008】(c) Cr Cr成分には、上記の通り高温耐食性のすぐれたオース
テナイト相を形成すると共に、共晶炭化物相を形成して
高温耐摩耗性を向上させる作用があるが、その含有量が
24%未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方
その含有量が30%を越えると、相手部材であるバルブ
シートの損傷が急激に増加するようになることから、そ
の含有量を24〜30%と定めた。
【0009】(d) Mo Mo成分には、オーステナイト相に固溶して、これの高
温耐摩耗性を向上させる作用があるが、その含有量が
6.1%未満では、所望のすぐれた高温耐摩耗性を確保
することができず、一方、その含有量が9.8%を越え
ると、高温耐食性が低下するようになることから、その
含有量を6.1〜9.8%と定めた。
【0010】(e) Ni Ni成分には、上記の通りMnおよびCrと共に高温耐
食性のすぐれたオーステナイト相を形成する作用がある
が、その含有量が10%未満では所望のすぐれた高温耐
食性を有するオーステナイト相を形成することができ
ず、一方その含有量が15%を越えると高温耐摩耗性が
低下するようになることから、その含有量を10〜15
%と定めた。
【0011】(f) N N成分には、微細に分散する炭窒化物を形成して高温耐
摩耗性を向上させる作用があるが、その含有量が0.1
%未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その
含有量が0.4%を越えると、肉盛り溶接性が低下する
ようになることから、その含有量を0.1〜0.4%と
定めた。
【0012】(g) Si Si成分には、肉盛り溶接時の流動性(湯流れ性)を向
上させると共に、強力な脱酸作用を発揮して溶接性の向
上に役立つ作用があるが、その含有量が0.2%未満で
は前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有量が
1.5%を越えると、靱性が低下し、割れが発生し易く
なることから、その含有量を0.2〜1.5%と定め
た。
【0013】(h) Nb、Ta、およびW Nb、Ta、およびW成分には、オーステナイト相に固
溶して、これの高温耐摩耗性をさらに向上させる作用が
あるので必要に応じて含有させるが、その含有量がそれ
ぞれ0.1%未満では、所望の優れた高温耐摩耗性の向
上が得られず、一方、その含有量が5%、合量で5%を
越えると共晶炭化物以外の高温生成型炭化物を形成し、
肉盛り溶接性が低下するようになるのことから、その含
有量を0.1〜5%と定めた。
【0014】(i) 不可避不純物 合金原料に含まれる不純物および肉盛り材溶製時の脱酸
剤、炉材から汚染などによって不純物の混入は避けられ
ないが、Al:0.1%まで、 B:0.05%ま
で、P:0.04%まで、 S:0.05%まで、
O:0.05%までの混入はエンジンバルブの特性を害
するものではない。
【0015】(j) 共晶炭化物面積率 肉盛り溶接によって初晶のデンドライト状に成長したオ
ーステナイト相と共晶炭化物相からなる組織で構成され
る、本発明Fe基合金のフェース面を有するエンジンバ
ルブを作製できるが、その共晶炭化物相の面積率が10
%未満では高温耐摩耗性を向上させる作用が十分ではな
く、一方、その面積率が50%を越えると肉盛り溶接性
が低下するようになることからその面積率を10〜50
%とするのが望ましい。
【0016】(k) オーステナイト相の2次デンドラ
イトアーム間隔 2次デンドラトアームは肉盛り溶接時にオーステナイト
相が凝固成長した際に形成されるが、その2次デンドラ
イトアームは、その間隔が大きくなると組織の均一性が
低下し、同時に粗大化したオーステナイト相が容易に変
形するために高温耐摩耗性を害するようになることか
ら、その2次デンドライトアーム間隔は15μm以下に
するのが望ましい。
【0017】
【実施例】つぎに、この発明のエンジンバルブを実施例
により具体的に説明する。通常の溶解法により表1、2
に示される組成をもったFe基合金溶湯を調製し、必要
に応じてAlおよび/またはMgで脱酸処理した状態
で、これをN2ガスを用いたガスアトマイズ法により粉
化して、いずれも110μmの平均粒径をもったFe基
合金粉末とし、この粉末を肉盛溶接材として用い、傘
径:31.5mmのSUH35(耐熱鋼)製自動車エン
ジンバルブのフェース面を、プラズマ電流:105A/
125A、プラズマガス流量:0.9/min 、シー
ルドガス流量:15l/min 、粉末供給ガス流量:
1l/min 、1本当りの肉盛量:3.0〜4・0
g、の条件でのプラズマアーク肉盛溶接、並びに、レー
ザー出力:2.4〜3・8KW、シールドガス流量:1
5l/min 、1本当りの肉盛量:3.0〜4・0
g、の条件でのレーザービーム肉盛り溶接にて形成する
ことにより肉盛り溶接フェース面が上記Fe基合金粉末
と実質的に同一の組成をもったFe基合金で構成された
本発明エンジンバルブ1〜17および比較エンジンバル
ブ1〜4をそれぞれ製造した。特にプラズマ電流とレー
ザー出力を制御して、それぞれのバルブの肉盛り溶接フ
ェース面の金属顕微鏡による断面ミクロ組織から共晶炭
化物相の面積率および2次デンドライトアームの間隔を
測定した。
【0018】なお、比較エンジンバルブ1〜4は、いず
れもこれの肉盛溶接フェース面を構成するFe基合金の
構成成分のうち、高温耐摩耗性を向上させる成分、すな
わちC、Cr、Mo、のうちのいずれかの成分の含有量
がこの発明の範囲から外れて低い組成をもつものであ
る。
【0019】ついで、この結果得られた各種のエンジン
バルブを容量:2000ccのガソリンエンジンに組込
み、 使用ガソリン:有鉛ガソリン(Pb:1.8g/l含
有)、 回転数:7500r.p.m 、 運転時間:100時間、 の条件で摩耗加速試験を行ない、試験後のフェース面の
最大摩耗深さを測定した。これらの測定結果を表3に示
した。
【0020】また、表3には、本発明エンジンバルブ1
〜17および比較エンジンバルブ1〜4の肉盛り溶接フ
ェース面の常温および800℃のビッカース硬さ(荷
重:200g)を示した。さらに、図1には本発明エン
ジンバルブ2の金属顕微鏡による組織写真(500倍)
を示す。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】
【表3】
【0024】
【発明の効果】表1〜3に示される結果から、本発明エ
ンジンバルブ1〜17は、いずれもその肉盛り溶接フェ
ース面が高い高温硬さを有し、かつ、共晶炭化物相の面
積率が10〜50%を有する優れたれた高温耐摩耗性を
示すのに対して、比較エンジンバルブ1〜4に見られる
ように、これの肉盛り溶接フェース面を構成するFe基
合金の構成成分であるC、Cr、Mo、N、のうちのい
ずれかの成分含有量(表2に*印を付す)でもこの発明
の範囲から低い方に外れると、高温硬さが相対的に低下
し、かつ高温耐摩耗性も劣ったものになることが明らか
である。
【0025】上述のように、この発明のエンジンバルブ
は、相手部材であるエンジンバルブシートへの繰り返し
当接によって烈しい摩耗を受ける肉盛り溶接フェース面
が、高温硬さと高温耐摩耗性にすぐれたFe基合金で構
成されているので、エンジンの高出力化および高速化に
伴なう高温雰囲気下においてもすぐれた性能を著しく長
期に亘って発揮するのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は本発明エンジンバルブ2の金属顕微鏡
による組織写真(500倍)である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野口 修身 埼玉県桶川市上日出谷1230 三菱マテリア ル株式会社桶川製作所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンバルブのフェース面をFe基合
    金粉末を用いた肉盛り溶接により形成してなるエンジン
    バルブにおいて、 上記肉盛溶接フェース面を、重量%で、 C:0.7〜1.5%、 Mn:10〜15%、 Cr:24〜30%、 Mo:6.1〜9.8
    %、 Ni:10〜15%、 N:0.1〜0.4%、 Si:0.2〜1.5%、を含有し、残りがFeと不可
    避不純物からなる組成、並びにオーステナイト相と共晶
    炭化物相の2相組織を有するFe基合金で構成したこと
    を特徴とする高温耐摩耗性の優れたエンジンバルブ。
  2. 【請求項2】 エンジンバルブのフェース面をFe基合
    金粉末を用いた肉盛り溶接により形成してなるエンジン
    バルブにおいて、上記肉盛り溶接フェース面を、重量%
    で、 C:0.7〜1.5%、 Mn:10〜15%、 Cr:24〜30%、 Mo:6.1〜9.8%、 Ni:10〜15%、 N:0.1〜0.1%、 Si:0.2〜1.5%、を含有し、さらに Nb:0.1〜5%、 Ta:0.1〜5%、 W :0.1〜5%、のうちの1種または2種以上(但
    し合量で5%以下)を含有し、残りがFeと不可避不純
    物からなる組成、並びにオーステナイト相と共晶炭化物
    相の2相組織を有するFe基合金で構成したことを特徴
    とする高温耐摩耗性の優れたエンジンバルブ。
JP6043293A 1993-06-11 1994-02-18 高温耐摩耗性の優れたエンジンバルブ Withdrawn JPH07229412A (ja)

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JP6043293A JPH07229412A (ja) 1994-02-18 1994-02-18 高温耐摩耗性の優れたエンジンバルブ
DE4443772A DE4443772C2 (de) 1994-02-18 1994-12-08 Motorventil mit verbesserter Hochtemperatur-Verschleißfestigkeit
KR1019940033457A KR100216764B1 (ko) 1994-02-18 1994-12-09 고온내마모성이 우수한 엔진밸브
US08/353,915 US5495837A (en) 1993-06-11 1994-12-12 Engine valve having improved high-temperature wear resistance

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08121125A (ja) * 1994-10-21 1996-05-14 Fuji Oozx Inc エンジンバルブ及びその製造方法
CN101954534A (zh) * 2009-07-13 2011-01-26 中央发条株式会社 碟形弹簧及其制造方法

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