(57)【要約】【課題】  すぐれた高温耐酸化性を有する高強度Ｆｅ基焼結合金製バルブシートを提供する。【解決手段】  バルブシートを、質量％で、Ｃ：０．６〜１．５％、Ｃｒ：０．５〜５％、Ｍｏ：２〜８％、Ｃｏ：１０〜１８％、Ｎｉ：０．５〜５％、Ａｌ：０．５〜６％、を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成を有するＦｅ基焼結合金で構成する。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ  ：０．６〜１．５％、      Ｃｒ：０．５〜５％、
Ｍｏ：２〜８％、              Ｃｏ：１０〜１８％、
Ｎｉ：０．５〜５％、          Ａｌ：０．５〜６％、
を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成を有するＦｅ基焼結合金で構成してなる、すぐれた高温耐酸化性を有する高強度Ｆｅ基焼結合金製バルブシート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、すぐれた高温耐酸化性を有し、特に低排ガス自動車であるＬＰガス自動車のエンジンに組み込まれて、高速運転された場合にも、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮する高強度Ｆｅ基焼結合金製バルブシートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種自動車エンジンのバルブシートとして多くのＦｅ基焼結合金製のものが提案され、中でも自動車の軽量化および小型化の進展から、薄肉化および小寸化を可能ならしめる目的で、高強度を有するＦｅ基焼結合金製のものが注目されている。
【特許文献１】特開平５−９６６８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年、自動車の高速化および高出力化はめざましく、一方低公害化の面から環境にやさしい低排ガス自動車としてＬＰガス自動車が注目され、このため前記ＬＰガス自動車のエンジンからの排ガスは一段と高温化の傾向にあり、したがって、前記エンジンの構造部材であるバルブシートは、８００〜９００℃にも達する高温排ガスに曝され、かつ低排ガスであるためにバルブシートとバルブの当接が金属同士の直接接触形態をとり、それだけ厳しい使用条件となる。
【０００４】
しかし、従来提案されている高強度Ｆｅ焼結合金製バルブシートにおいては、十分な高温耐酸化性を具備するものでないために、特にＬＰガス自動車のエンジンに組み込まれて、高温運転された場合、高温の低排ガスによって酸化進行が一段と促進され、摩耗が加速するようになるのが現状である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、特に上記の高強度Ｆｅ基焼結合金製バルブシートに着目し、これの高温耐酸化性の向上を図るべく、研究を行った結果、原料粉末として、Ｆｅ粉末、Ｍｏ粉末、Ｎｉ粉末、Ｃｏ粉末、および炭素（Ｃ）粉末の他に、Ｆｅ−Ａｌ合金粉末、Ｆｅ−Ｃｒ合金粉末、Ｆｅ−Ｍｏ合金粉末、およびＣｏ−Ｍｏ合金粉末を用い、これら原料粉末を、質量％（以下、％は質量％を示す）で、
Ｃ  ：０．６〜１．５％、      Ｃｒ：０．５〜５％、
Ｍｏ：２〜８％、              Ｃｏ：１０〜１８％、
Ｎｉ：０．５〜５％、          Ａｌ：０．５〜６％、
Ｆｅ：残り、
からなる配合組成に配合し、通常の条件で混合し、圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を同じく通常の条件、すなわちアンモニア分解ガスやＲＸ分解ガスなどの雰囲気中、１０５０〜１２００℃の温度に０．５〜２時間保持の条件で焼結してＦｅ基焼結合金製バルブシートを製造すると、この結果得られたＦｅ基焼結合金製バルブシートは、すぐれた高温耐酸化性を有し、かつ高強度も具備することから、低排ガス自動車であるＬＰガス自動車のエンジンに組み込まれて、高速運転された場合にも、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮する、という研究結果を得たのである。
【０００６】
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、
Ｃ  ：０．６〜１．５％、      Ｃｒ：０．５〜５％、
Ｍｏ：２〜８％、              Ｃｏ：１０〜１８％、
Ｎｉ：０．５〜５％、          Ａｌ：０．５〜６％、
を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成を有するＦｅ基焼結合金で構成してなる、すぐれた高温耐酸化性を有する高強度Ｆｅ基焼結合金製バルブシートに特徴を有するものである。
【０００７】
つぎに、この発明のバルブシートを構成するＦｅ基焼結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、素地に固溶して硬さを向上させ、もって耐摩耗性向上に寄与する作用があるが、その含有割合が０．６％未満では、所望の硬さ向上効果が得られず、一方その含有割合が１．５％を越えると素地中に炭化物が分布するようになって相手攻撃性が急激に増すようになることから、その含有割合を０．６〜１．５％と定めた。
（ｂ）Ｃｒ
Ｃｒ成分には、素地に固溶して、耐食性を向上させる作用があるが、その含有割合が０．５％未満では、所望の耐食性向上効果が得られず、一方その含有割合が５％を越えると素地中に炭化物が分布するようになって相手攻撃性が強く発揮されるようになることから、その含有割合を０．５〜５％と定めた。
（ｃ）Ｍｏ、Ｃｏ、およびＡｌ
これらの成分は共存した状態で高温耐酸化性を一段と向上させる作用があり、したがってこれら３成分のうちのいずれかの成分の含有割合でも所定の含有割合未満、すなわちＭｏであれば２％未満、Ｃｏであれば１０％未満、そしてＡｌであれば１％未満であると、所望のすぐれた高温耐酸化性を確保することができないものであり、一方、Ｍｏの含有割合が８％を越えると素地中に炭化物が分布するようになって相手攻撃性が急激に増大し、またＣｏの含有割合が１８％を越えると硬さが低下して、摩耗が加速し、さらにＡｌの含有割合が６％を越えると硬さが急に上昇して、相手攻撃性を増すようになることから、それぞれの含有割合を、Ｍｏ：２〜８％、Ｃｏ：１０〜１８％、Ａｌ：１〜６％と定めた。
（ｄ）Ｎｉ
Ｎｉ成分には、素地に固溶して強度を向上させる作用があるが、その含有割合が０．５％未満では、所望の強度向上効果が得られず、一方その含有割合が５％を越えると硬さが低下し、摩耗が促進されるようになることから、その含有割合を０．５〜５％と定めた。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の高強度Ｆｅ基焼結合金製バルブシートは、すぐれた高温耐酸化性をすることから、低排ガス自動車であるＬＰガス自動車のエンジンに組み込まれて、排ガスが８００〜９００℃の高温に達する高速運転された場合にも、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
つぎに、この発明の高強度Ｆｅ基焼結合金製バルブシートを実施例により具体的に説明する。
【実施例】
【００１０】
原料粉末として、篩目が０．１５ｍｍの篩下の粒度を有する、Ｆｅ粉末、Ｆｅ−１３％Ｃｒ合金粉末、Ｆｅ−６０％Ｍｏ合金粉末、およびＣｏ−４０％Ｍｏ合金粉末、篩目が０．０８ｍｍの篩下の粒度を有するＭｏ粉末およびＮｉ粉末、さらに篩目が０．１０ｍｍの篩下の粒度を有するＦｅ−５０％Ａｌ合金粉末およびＣｏ粉末、さらに平均粒径：１０μｍの炭素（Ｃ）粉末を用い、これら原料粉末を表１に示される配合組成に配合し、結合材として前記配合粉末に対する割合で０．８％のステアリン酸亜鉛を加えてミキサーにて３０分間混合し、０．７ＭＰａの圧力で、外径：４３ｍｍ×内径：３１ｍｍ×高さ：６．５ｍｍの寸法をもったリング状圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を、アンモニア分解ガス中、１１５０℃の温度に６０分間保持の条件で焼結、この結果の焼結体を外径：４０ｍｍ×内径：３４ｍｍ×高さ：６ｍｍの寸法に機械加工し、バルブ当接面加工も施すことにより本発明高強度Ｆｅ基焼結合金製バルブシート（以下、本発明焼結バルブシートという）１〜１８、並びに合金成分のうちのいずれかの成分含有割合がこの発明の範囲から外れた組成を有する比較Ｆｅ基焼結合金製バルブシート（以下、比較焼結バルブシートという）１〜１２およびをそれぞれ製造した。
【００１１】
この結果得られた本発明焼結バルブシート１〜１８および比較焼結バルブシート１〜１２について、強度を評価する目的で圧環強度を測定した結果を表２に示した。さらに表２にはビッカース硬さも示した。
【００１２】
【表１】
2005120417.tif 000002
【００１３】
【表２】
2005120417.tif 000003
ついで、上記の本発明焼結バルブシート１〜１８および比較焼結バルブシート１〜１２を、それぞれ排気量：５０００ｃｃのＬＰガス自動車のエンジンに組み込み、
回転数：３５００ｒｐｍ、
相手材(バルブ)：ＪＩＳ・ＳＵＨ３５（耐熱鋼）製本体にステライト１２を１ｍｍの厚さで肉盛りしたもの、
試験時間：３００時間、
の条件で実機高速運転摩耗試験を行い、試験後、最大摩耗深さを測定すると共に、相手材であるバルブの最大摩耗深さも測定した。この測定結果を表２に示した。
【００１４】
表１，２に示される結果から、本発明焼結バルブシート１〜１８は、いずれもすぐれた高温耐酸化性を有するので、特に低排ガス自動車であるＬＰガス自動車のエンジンに組み込まれ、高速運転で、排ガス温度が８００〜９００℃に達するにもかかわらず、きわめて小さい相手攻撃性で、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するのに対して、比較焼結バルブシート１〜１２に見られる通り、合金成分のうちのいずれかの成分含有割合がこの発明の範囲から外れても、強度や硬さ、高温耐酸化性が低下し、さらに耐摩耗性や相手攻撃性にも満足した結果が得られないことが明らかである。
【００１５】
上述のように、この発明の高強度Ｆｅ基焼結合金製バルブシートは、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンは勿論のこと、特に自動車の高速化および高出力化に伴ない、排ガスが８００〜９００℃の高温に達し、かつ低排ガスであるためにバルブシートとバルブの当接が金属同士の直接接触形態をとり、それだけ厳しい使用条件となるＬＰガス自動車のエンジンに組み込まれた場合にも、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮し、また高強度を有するので、薄肉化および小径化が可能となるので、自動車の高速化および高出力化、さらに軽量化および小型化に十分満足に対応できるものである。