(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、Ｃ：0.5 〜2.0 ％、Cr:3.0〜20.0％、Cu：4.0 〜20.0％を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ微細炭化物が析出した粒状パーライト組織を有し、さらに焼結空孔がCuで封孔され、またはCuまたはCu合金にて溶浸されてなることを特徴とする焼結合金製接合型バルブシート。
【請求項２】
重量％で、Ｃ：0.5 〜2.0 ％、Cr:3.0〜20.0％、Cu：4.0 〜20.0％およびNi：0.1 〜4.3 ％、Mo：0.1 〜4.3 ％、Co：0.1 〜4.3 ％のうちから選ばれた１種または２種以上を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ微細炭化物が析出した粒状パーライト組織を有し、さらに焼結空孔がCuで封孔され、またはCuまたはCu合金にて溶浸されてなることを特徴とする焼結合金製接合型バルブシート。
【請求項３】
重量％で、Ｃ：0.5 〜1.7 ％、Mo：2.0 〜8.0 ％、Cu：4.0 〜20.0％を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ微細炭化物が析出した粒状パーライト組織を有し、さらに焼結空孔がCuで封孔され、またはCuまたはCu合金にて溶浸されてなることを特徴とする焼結合金製接合型バルブシート。
【請求項４】
重量％で、Ｃ：0.5 〜1.7 ％、Mo：2.0 〜8.0 ％、Cu：4.0 〜20.0％およびNi：0.1 〜4.3 ％、Cr：0.1 〜3.0 ％未満、Co：0.1 〜4.3 ％のうちから選ばれた１種または２種以上を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ微細炭化物が析出した粒状パーライト組織を有し、さらに焼結空孔がCuで封孔され、またはCuまたはCu合金にて溶浸されてなることを特徴とする焼結合金製接合型バルブシート。
【請求項５】
重量％で、Ｃ：0.5 〜1.7 ％、Mo：4.3 超〜8.0 ％、Cu：4.0 〜20.0％およびNi：0.1 〜4.3 ％、Cr：3.0 〜4.3 ％、Co：0.1 〜4.3 ％のうちから選ばれた１種または２種以上を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ微細炭化物が析出した粒状パーライト組織を有し、さらに焼結空孔がCuで封孔され、またはCuまたはCu合金にて溶浸されてなることを特徴とする焼結合金製接合型バルブシート。
【請求項６】
重量％で、Ｃ：0.5 〜1.7 ％、Cr：1.0 〜5.0 ％、Mo：2.0 〜6.0 ％、Ｗ：2.0 〜7.0 ％、Ｖ：1.0 〜4.0 ％、Cu：4.0 〜20.0％を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ微細炭化物が析出した粒状パーライト組織を有し、さらに焼結空孔がCuで封孔され、またはCuまたはCu合金にて溶浸されてなることを特徴とする焼結合金製接合型バルブシート。
【請求項７】
原料粉末を混合し圧縮成形した、重量％で、Ｃ：0.5 〜2.0 ％、Cr:3.0〜20.0％、Cu：4.0 〜20.0％を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる圧粉体を加熱焼結し焼結体として、加熱温度から冷却するに際し、あるいはさらに前記焼結体をＡc3あるいはＡcm変態点以上1200℃以下の温度に加熱したのち冷却するに際し、4.5 ℃/min以下の冷却速度で650 ℃以下まで冷却し、ついで空冷することを特徴とする接合型バルブシート用焼結合金材の製造方法。
【請求項８】
重量％で、Ｃ：0.5 〜2.0 ％、Cr:3.0〜20.0％を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる焼結体を、溶浸用CuまたはCu合金とともにCuまたはCu合金の融点以上に加熱し、空孔にCuまたはCu合金を溶浸させるCu溶浸処理を施したのち加熱温度から冷却するに際し、あるいはさらにＡc3あるいはＡcm変態点以上1200℃以下の温度に加熱したのち冷却するに際し、4.5 ℃/min以下の冷却速度で650 ℃以下まで冷却し、ついで空冷することを特徴とする接合型バルブシート用焼結合金材の製造方法。
【請求項９】
前記圧粉体または前記焼結体が、重量％で、Ｃ：0.5 〜2.0 ％、Cr:3.0〜20.0％、Cu：4.0 〜20.0％およびNi：0.1 〜4.3 ％、Mo：0.1 〜4.3 ％、Co：0.1 〜4.3 ％のうちから選ばれた１種または２種以上を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とする請求項７または８記載の接合型バルブシート用焼結合金材の製造方法。
【請求項１０】
前記圧粉体または前記焼結体が、重量％で、Ｃ：0.5 〜1.7 ％、Mo：2.0 〜8.0 ％、Cu：4.0 〜20.0％を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とする請求項７または８記載の接合型バルブシート用焼結合金材の製造方法。
【請求項１１】
前記圧粉体または前記焼結体が、重量％で、Ｃ：0.5 〜1.7 ％、Mo：2.0 〜8.0 ％、Cu：4.0 〜20.0％およびNi：0.1 〜4.3 ％、Cr：0.1 〜3.0 ％未満、Co：0.1 〜4.3 ％のうちから選ばれた１種または２種以上を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とする請求項７または８記載の接合型バルブシート用焼結合金材の製造方法。
【請求項１２】
前記圧粉体または前記焼結体が、重量％で、Ｃ：0.5 〜1.7 ％、Mo：4.3 超〜8.0 ％、Cu：4.0 〜20.0％およびNi：0.1 〜4.3 ％、Cr：3.0 〜4.3 ％、Co：0.1 〜4.3 ％のうちから選ばれた１種または２種以上を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とする請求項７または８記載の接合型バルブシート用焼結合金材の製造方法。
【請求項１３】
前記圧粉体または前記焼結体が、重量％で、Ｃ：0.5 〜1.7 ％、Cr：1.0 〜5.0 ％、Mo：2.0 〜6.0 ％、Ｗ：2.0 〜7.0 ％、Ｖ：1.0 〜4.0 ％、Cu：4.0 〜20.0％を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とする請求項７または８記載の接合型バルブシート用焼結合金材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用のバルブシートに関し、とくにシリンダヘッドに接合できる焼結合金製バルブシートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
バルブシートは、燃焼ガスのシールとバルブを冷却する役割を担ってエンジンのシリンダヘッドに圧入されて使用されてきた。
焼結合金は、合金粉末を配合混練して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、通常の溶製法では得難い合金が容易に製造できる。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も可能であり、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。近年、耐摩耗性が要求されるバルブシートにこの焼結合金が適用されている。
【０００３】
例えば、特開昭59-25959号公報には、Ｃ、Ni、Cr、Mo、Ｗ、Coを多量に含み、基地組織中にＣ−Cr−Ｗ−Co−Fe粒子とFe−Mo粒子の硬質粒子が分散し、連続空孔が銅合金にて溶浸されたバルブシート用焼結合金材が開示されている。このバルブシート用焼結合金材は、強度および剛性に優れ、かつ耐摩耗性に優れたバルブシートとして、成形・焼結後油焼入れ焼戻し処理により製品化され、圧入によりシリンダヘッドに組み入れられ使用されている。
【０００４】
しかし、最近では、自動車の高速化・軽量化等の要望から、内燃エンジンでは、多バルブ化が進んでおり、各気筒には複数の吸・排気ポートが近接して配置されている。このような最近の傾向から、バルブ間の距離を狭くしたり、吸・排気ポート径を大きくする等の設計の自由度を確保したり、あるいは、バルブ・バルブシートの熱引け性を良くし熱負荷の軽減を図る等の目的で、シリンダヘッドにバルブシートを接合する接合型バルブシートが考えられている。
【０００５】
しかしながら、上記したような従来のバルブシート用焼結合金材を接合型バルブシートに適用すると、バルブシートを接合するとき、あるいは、エンジンの運転時に、バルブシートにクラック（亀裂）が発生し、バルブシートのシール性が低下するという問題があり、量産化されなかった。このクラックの発生は、圧入型のバルブシートに比較し、接合型バルブシートでは寸法形状が小さく、抵抗溶接時あるいはエンジン運転時の応力に耐えられないためであった。
【０００６】
このような問題に対し、例えば、特開平7-189628号公報には、Cu基合金またはオーステナイト基地鉄系合金を抵抗溶接によりシリンダヘッドに接合されてなる接合型バルブシートが提案されている。
しかし、このバルブシートは、接合時、あるいは運転時にクラックが発生しないが、高価な合金元素を含んでおり経済的に不利であること、あるいはさらに、強度、剛性が低いこと、また、耐摩耗性が劣るという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した問題点を有利に解決し、接合型バルブシートとしてもクラックが発生しない、伸び特性に優れかつ耐久性に優れた接合型バルブシートおよび焼結合金材の製造方法を提案することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、銅溶浸によって封孔処理を施した鉄系焼結合金材は、バルブシート用として強度、熱伝導率の点で最適であるという考えで、上記課題を解決するために、鉄系焼結合金材について鋭意検討した結果、従来の鉄系焼結合金材は、銅を溶浸した延性・靱性の低い材料であり、接合時に発生する多大な熱応力（引張応力）に耐えられず、クラックを生じるが、しかし、材料の伸びを1.0 ％以上とすることができれば、鉄系焼結合金材でも接合時にクラックが発生しないことを見い出し、本発明を構成した。
【０００９】
本発明は、重量％で、Ｃ：0.5 〜2.0 ％、Cr:3.0〜20.0％、Cu：4.0 〜20.0％を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ微細炭化物が析出した粒状パーライト組織を有し、さらに焼結空孔がCuで封孔され、またはCuまたはCu合金にて溶浸されてなることを特徴とする焼結合金製接合型バルブシートである。
また、本発明は、重量％で、Ｃ：0.5 〜2.0 ％、Cr:3.0〜20.0％、Cu：4.0 〜20.0％およびNi：0.1 〜4.3 ％、Mo：0.1 〜4.3 ％、Co：0.1 〜4.3 ％のうちから選ばれた１種または２種以上を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ微細炭化物が析出した粒状パーライト組織を有し、さらに焼結空孔がCuで封孔され、またはCuまたはCu合金にて溶浸されてなることを特徴とする焼結合金製接合型バルブシートである。
【００１０】
また、本発明は、重量％で、Ｃ：0.5 〜1.7 ％、Mo：2.0 〜8.0 ％、Cu：4.0 〜20.0％を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ微細炭化物が析出した粒状パーライト組織を有し、さらに焼結空孔がCuで封孔され、またはCuまたはCu合金にて溶浸されてなることを特徴とする焼結合金製接合型バルブシートである。
【００１１】
また、本発明は、重量％で、Ｃ：0.5 〜1.7 ％、Mo：2.0 〜8.0 ％、Cu：4.0 〜20.0％およびNi：0.1 〜4.3 ％、Cr：0.1 〜3.0 ％未満、Co：0.1 〜4.3 ％のうちから選ばれた１種または２種以上を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ微細炭化物が析出した粒状パーライト組織を有し、さらに焼結空孔がCuで封孔され、またはCuまたはCu合金にて溶浸されてなることを特徴とする焼結合金製接合型バルブシートである。
【００１２】
また、本発明は、重量％で、Ｃ：0.5 〜1.7 ％、Mo：4.3 超〜8.0 ％、Cu：4.0 〜20.0％およびNi：0.1 〜4.3 ％、Cr：3.0 〜4.3 ％、Co：0.1 〜4.3 ％のうちから選ばれた１種または２種以上を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ微細炭化物が析出した粒状パーライト組織を有し、さらに焼結空孔がCuで封孔され、またはCuまたはCu合金にて溶浸されてなることを特徴とする焼結合金製接合型バルブシートである。
【００１３】
また、本発明は、Ｃ：0.5 〜1.7 ％、Cr：1.0 〜5.0 ％、Mo：2.0 〜6.0 ％、Ｗ：2.0 〜7.0 ％、Ｖ：1.0 〜4.0 ％、Cu：4.0 〜20.0％を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ微細炭化物が析出した粒状パーライト組織を有し、さらに焼結空孔がCuで封孔され、またはCuまたはCu合金にて溶浸されてなることを特徴とする焼結合金製接合型バルブシートである。
【００１４】
また、本発明は、上記した各組成となるようにCu粉を含み配合した原料粉末を、混合し圧縮成形した圧粉体を加熱焼結し焼結体として、加熱温度から冷却するに際し、あるいはさらに前記焼結体をＡc3あるいはＡcm変態点以上1200℃以下の温度に加熱したのち冷却するに際し、4.5 ℃/min以下の冷却速度で650 ℃以下まで冷却し、ついで空冷することを特徴とする接合型バルブシート用焼結合金材の製造方法である。
【００１５】
また、本発明は、Cu粉を含まず上記した各組成となるように配合した原料粉末を、混合し圧縮成形し、加熱焼結した焼結体を、溶浸用CuまたはCu合金とともにCuまたはCu合金の融点以上に加熱し、空孔にCuまたはCu合金を溶浸させるCu溶浸処理を施したのち加熱温度から冷却するに際し、あるいはさらにＡc3あるいはＡcm変態点以上1200℃以下の温度に加熱したのち冷却するに際し、4.5 ℃/min以下の冷却速度で650 ℃以下まで冷却し、ついで空冷することを特徴とする接合型バルブシート用焼結合金材の製造方法である。
【００１６】
また、本発明は、前記焼結体を、溶浸用銅合金とともにＡC3あるいはＡcm変態点以上でかつ銅合金の融点以上1200℃以下の温度に加熱し、銅合金の溶浸処理と熱処理用加熱とを同時に行ってもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明では、焼結合金材の伸びを1.0 ％以上と、伸び特性を向上させるために、焼結合金材の組織を粒状パーライト組織とし、さらに、微細炭化物を基地組織中に析出させる。そのために、成分組成と、熱処理条件を限定している。また、焼結空孔はCuまたは銅合金で溶浸、またはCuで封孔される。
【００１８】
つぎに、本発明のバルブシート用焼結合金材の成分組成について説明する。
析出させる微細炭化物により、成分組成の限定範囲は異なる。まず、第１に、Cr炭化物を主に析出させる場合について説明する。
Ｃ：0.5 〜2.0 ％
Ｃは、基地を所定の組織、硬さに調整するため、あるいは、さらに炭化物を形成するために必要な元素であり、0.5 ％未満では焼結が進行せず、炭化物析出量が少なく耐摩耗性が劣化する。また、2.0 ％を超えると液相焼結となり炭化物析出量が過多となり、また伸び特性が劣化し、寸法精度も低下する。このため、Ｃは、0.5 〜2.0 ％の範囲とした。なお、好ましくは0.5 〜1.7 ％である。より好ましくは1.0 〜1.5 ％である。
【００１９】
Cr：3.0 〜20.0％
Crは、炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる元素であり、3.0 ％未満では、その効果が認められない。20.0％を超えると、炭化物量が過多となり、伸び特性が劣化する。このため、Crは、より好ましくは8.0 〜17.0％である。
Cu：4.0 〜20.0％
Cuは、遊離Cu相として基地中に析出し、あるいはさらに空孔に析出して封孔することにより伸び特性を向上させる。Cuが4.0 ％未満では、遊離Cu相が析出しないため、伸びが1.0 ％未満となり、バルブシート接合時にクラックが発生する。また、20％を超えると析出する遊離Cu相が粗大化するため、強度が低下する。このため、Cuは4.0 〜20％の範囲とした。CuはCu粉あるいは銅合金粉として、鉄粉等に混合して添加してもよい。
【００２０】
また、粉末の混合時にはCu粉を混合せず、焼結時に圧粉体上、あるいは熱処理時に焼結体上にCuまたは銅合金を載荷して、Cuまたは銅合金を焼結空孔に溶浸して添加してもよい。
Ni：0.1 〜4.3 ％、Mo：0.1 〜4.3 ％、Co：0.1 〜4.3 ％のうちから選ばれた１種または２種以上
Ni、Mo、Coは主として基地を強化するために添加できる。
【００２１】
Niは、基地に固溶して基地を強化し、耐熱性を向上させる元素であり、0.1 ％未満ではその効果が少なく、また4.3 ％を超えると基地強化の効果は飽和し、それ以上の効果は期待できないため、経済的に不利となる。
Moは基地中に固溶し基地を強化する元素であり、0.1 ％未満ではその効果が少なく、また4.3 ％を超えると基地強化の効果は飽和し、それ以上の効果は期待できないため、経済的に不利となる。Moは、より好ましくは0.5 〜2.0 ％である。
【００２２】
Coは、基地に固溶して基地を強化し、耐熱性を向上させる元素であり、0.1 ％未満ではその効果が少なく、また4.3 ％を超えると基地強化の効果は飽和し、それ以上の効果は期待できないため、経済的に不利となる。Coは、より好ましくは0.5 〜2.0 ％である。
本発明は、上記合金元素のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する。
【００２３】
本発明のバルブシート用焼結合金材は残部は実質的にFeである。
つぎに、Mo炭化物を主に析出させる場合について説明する。
Ｃ：0.5 〜1.7 ％
Ｃは、基地を所定の組織、硬さに調整するため、あるいは、さらに炭化物を形成するために必要な元素であり、0.5 ％未満では焼結が進行せず、炭化物析出量が少なく耐摩耗性が劣化する。また、1.7 ％を超えると液相焼結となり炭化物析出量が過多となり、また伸び特性が劣化し、寸法精度も低下する。このため、Ｃは、0.5 〜1.7 ％の範囲とした。なお、好ましくは1.0 〜1.5 ％である。
【００２４】
Mo：2.0 〜8.0 ％
Moは基地中に固溶し基地を強化するとともに、炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる元素であり、2.0 ％未満では炭化物の析出量が少なく、耐摩耗性が劣化する。また8.0 ％を超えると炭化物の析出量が多くなるすぎ、強度が高くなりすぎ伸びが不足する。Moは、より好ましくは3.0 〜6.0 ％である。
【００２５】
Cu：4.0 〜20.0％
Cuは、遊離Cu相として基地中に析出し、あるいはさらに空孔に析出して封孔することにより伸び特性を向上させる。Cuが4.0 ％未満では、遊離Cu相が析出しないため、伸びが1.0 ％未満となり、バルブシート接合時にクラックが発生する。また、20％を超えると析出する遊離Cu相が粗大化するため、強度が低下する。このため、Cuは4.0 〜20％の範囲とした。CuはCu粉あるいは銅合金粉として、鉄粉等に混合して添加してもよい。
【００２６】
また、粉末混合時にはCu粉を混合せず、焼結時に圧粉体上、あるいは熱処理時に焼結体上にCuまたは銅合金を載荷して、Cuまたは銅合金を焼結空孔に溶浸して添加してもよい。
Ni：0.1 〜4.3 ％、Cr：0.1 〜3.0 ％未満、Co：0.1 〜4.3 ％のうちから選ばれた１種または２種以上
Ni、Cr、Coは主として基地を強化するために添加できる。
【００２７】
Niは、基地に固溶して基地を強化し、耐熱性を向上させる元素であり、0.1 ％未満ではその効果が少なく、また4.3 ％を超えると基地強化の効果は飽和し、それ以上の効果は期待できないため、経済的に不利となる。
Crは基地中に固溶し基地を強化する元素であり、0.1 ％未満ではその効果が少なく、また3.0 ％以上では基地強化の効果は飽和し、それ以上の効果は期待できないため、経済的に不利となる。Crは、より好ましくは0.5 〜2.0 ％である。
【００２８】
Coは、基地に固溶して基地を強化し、耐熱性を向上させる元素であり、0.1 ％未満ではその効果が少なく、また4.3 ％を超えると基地強化の効果は飽和し、それ以上の効果は期待できないため、経済的に不利となる。Coは、より好ましくは0.5 〜2.0 ％である。
本発明は、上記合金元素のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する。
【００２９】
本発明のバルブシート用焼結合金材は残部は実質的にFeである。
つぎに、Mo炭化物を主として析出させ、あるいはさらにCr炭化物を複合して析出させる場合について説明する。
Ｃ：0.5 〜1.7 ％
Ｃは、基地を所定の組織、硬さに調整するため、あるいは、さらに炭化物を形成するために必要な元素であり、0.5 ％未満では焼結が進行せず、炭化物析出量が少なく耐摩耗性が劣化する。また、1.7 ％を超えると液相焼結となり炭化物析出量が過多となり、また伸び特性が劣化し、寸法精度も低下する。このため、Ｃは、0.5 〜1.7 ％の範囲とした。なお、好ましくは1.0 〜1.5 ％である。
【００３０】
Mo：4.3 超〜8.0 ％
Moは基地中に固溶し基地を強化するとともに、炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる元素であり、4.3 ％以下では炭化物の析出量が少なく、耐摩耗性が劣化する。また8.0 ％を超えると炭化物の析出量が多くなるすぎ、強度が高くなりすぎ伸びが不足する。Moは、より好ましくは5.0 〜7.0 ％である。
【００３１】
Cu：4.0 〜20.0％
Cuは、遊離Cu相として基地中に析出し、あるいはさらに空孔に析出して封孔することにより伸び特性を向上させる。Cuが4.0 ％未満では、遊離Cu相が析出しないため、伸びが1.0 ％未満となり、バルブシート接合時にクラックが発生する。また、20％を超えると析出する遊離Cu相が粗大化するため、強度が低下する。このため、Cuは4.0 〜20％の範囲とした。CuはCu粉あるいは銅合金粉として、鉄粉等に混合して添加してもよい。
【００３２】
また、粉末混合時にはCu粉を混合せず、焼結時に圧粉体上、あるいは熱処理時に焼結体上にCuまたは銅合金を載荷して、Cuまたは銅合金を焼結空孔に溶浸して添加してもよい。
Ni：0.1 〜4.3 ％、Cr：3.0 〜4.3 ％、Co：0.1 〜4.3 ％のうちから選ばれた１種または２種以上
Ni、Coは主として基地を強化するために添加できる。
【００３３】
Niは、基地に固溶して基地を強化し、耐熱性を向上させる元素であり、0.1 ％未満ではその効果が少なく、また4.3 ％を超えると基地強化の効果は飽和し、それ以上の効果は期待できないため、経済的に不利となる。
Coは、基地に固溶して基地を強化し、耐熱性を向上させる元素であり、0.1 ％未満ではその効果が少なく、また4.3 ％を超えると基地強化の効果は飽和し、それ以上の効果は期待できないため、経済的に不利となる。Coは、より好ましくは0.5 〜2.0 ％である。
【００３４】
Cr：3.0 〜4.3 ％
Crは、Moと同様に炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる元素であり、3.0 ％未満では、その効果が認められない。4.3 ％を超えると、全体として炭化物量が過多となり、伸び特性が劣化する。Crは、より好ましくは3.5 〜4.0 ％である。本発明は、上記合金元素のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する。
【００３５】
本発明のバルブシート用焼結合金材は残部は実質的にFeである。
つぎに、Mo炭化物、Cr炭化物、Ｗ炭化物、Ｖ炭化物あるいはそれらの複合炭化物を複合して析出させる場合について説明する。
Ｃ：0.5 〜1.7 ％
Ｃは、基地を所定の組織、硬さに調整するため、あるいは、さらに炭化物を形成するために必要な元素であり、0.5 ％未満では焼結が進行せず、炭化物析出量が少なく耐摩耗性が劣化する。また、1.7 ％を超えると液相焼結となり炭化物析出量が過多となり、また伸び特性が劣化し、寸法精度も低下する。このため、Ｃは、0.5 〜1.7 ％の範囲とした。なお、好ましくは1.0 〜1.5 ％である。
【００３６】
Mo：2.0 〜6.0 ％
Moは基地中に固溶し基地を強化するとともに、炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる元素であり、2.0 ％未満では炭化物の析出量が少なく、耐摩耗性が劣化する。また6.0 ％を超えると炭化物の析出量が多くなるすぎ、強度が高くなりすぎ伸びが不足する。Moは、より好ましくは3.0 〜5.0 ％である。
【００３７】
Cr：1.0 〜5.0 ％
Crは、基地中に固溶し基地を強化するとともに、Moと同様に炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる元素であり、1.0 ％未満では、その効果が認められない。5.0 ％を超えると、全体として炭化物量が過多となり、伸び特性が劣化する。Crは、より好ましくは2.0 〜4.0 ％である。
【００３８】
Cu：4.0 〜20.0％
Cuは、遊離Cu相として基地中に析出し、あるいはさらに空孔に析出して封孔することにより伸び特性を向上させる。Cuが4.0 ％未満では、遊離Cu相が析出しないため、伸びが1.0 ％未満となり、バルブシート接合時にクラックが発生する。また、20％を超えると析出する遊離Cu相が粗大化するため、強度が低下する。このため、Cuは4.0 〜20％の範囲とした。CuはCu粉あるいは銅合金粉として、鉄粉等に混合して添加してもよい。
【００３９】
また、粉末混合時にはCu粉を混合せず、焼結時に圧粉体上、あるいは熱処理時に焼結体上にCuまたは銅合金を載荷して、Cuまたは銅合金を焼結空孔に溶浸して添加してもよい。
Ｗ：2.0 〜7.0 ％
Ｗは、炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる元素であり、2.0 ％未満では炭化物の析出量が少なく、耐摩耗性が劣化する。また7.0 ％を超えると炭化物の析出量が多くなりすぎ、強度が高くなりすぎ伸びが不足する。Ｗは、より好ましくは3.0 〜6.0 ％である。
【００４０】
Ｖ：1.0 〜4.0 ％
Ｖは、炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる元素であり、1.0 ％未満では炭化物の析出量が少なく、耐摩耗性が劣化する。また4.0 ％を超えると炭化物の析出量が多くなりすぎ、強度が高くなりすぎ伸びが不足する。Ｗは、より好ましくは1.5 〜3.0 ％である。
【００４１】
本発明のバルブシート用焼結合金材は残部は実質的にFeである。
本発明においては、すべて、ベースとなる鉄粉は、アトマイズ鉄粉あるいは還元鉄粉等いずれの鉄粉も好適に適用できる。鉄粉には予め合金元素を予合金させてもよい。
本発明のバルブシート用焼結合金材を得るには、純鉄粉に、あるいは純鉄粉にNi、Co、Cr、Mo、Ｗ、Ｖ等の単粉を混合するか、純鉄粉にＣ、Ni、Co、Cr、Mo、Ｗ、Ｖ等を予合金した合金鉄粉に、あるいはCu粉または銅合金粉を、Ｃ粉とともに上記した組成になるように配合し混練する。なお、潤滑材としてステアリン酸亜鉛等を配合してもよい。
【００４２】
次に、これら粉末を金型に充填し、成形プレスにより圧縮・成形し圧粉体とする。ついで、圧粉体を焼結させて焼結体を得る。
焼結条件は、圧粉体を保護雰囲気中で1100〜1200℃の温度範囲に加熱し焼結されるのが望ましい。1100℃未満では、焼結拡散が不十分であり、1200℃を超えると、基地の過拡散が生じ耐摩耗性が劣化する。
【００４３】
Cu粉または銅合金粉を混合しない焼結体の場合には、さらに、溶浸用銅合金とともに銅合金の融点以上に加熱し、空孔に銅合金を溶浸させる溶浸処理を施す。この溶浸処理は後述する焼結体の熱処理と同時に行っても構わない。
本発明では、上記組成の焼結体を溶浸処理を施したのちあるいは溶浸処理を施さず、焼結体のままバルブシートに加工できる。
【００４４】
また、焼結体をさらに、加熱し冷却する熱処理を施してもよい。
熱処理の加熱温度は、焼結体のＡc3あるいはＡcm変態点以上、1200℃以下とする。
加熱温度がＡc3あるいはＡcm変態点未満では、伸び特性の優れた粒状パーライト組織が得られず、焼戻しマルテンサイト＋パーライト組織となり伸び値の向上が望めない。また、1200℃を超えると、結晶粒が粗大化し、さらに硬質粒子、基地の過拡散が生じ延性・靱性、耐摩耗性が劣化する。このようなことから、熱処理の加熱温度はＡc3あるいはＡcm変態点以上好ましくは1200℃以下とする。好ましくは、750 ℃以上1200℃以下である。なお、溶浸処理を施す場合には、焼結体を、加熱時に溶浸用銅合金とともに銅合金の融点以上に加熱し溶浸処理を同時に行っても良い。
【００４５】
本発明では、焼結合金材の伸びを1.0 ％以上と、伸び特性を向上させるために、焼結合金材の組織を粒状パーライト組織とする。そのために、焼結、溶浸処理、熱処理時の冷却条件を制御する。上記したすべての加熱処理条件を制御する必要はなく、少なくとも最終熱処理後の冷却を制御すれば十分である。
最終加熱処理が焼結の場合には、焼結時の加熱温度に加熱したのち、4.5 ℃/min以下の冷却速度で650 ℃以下まで冷却しついで空冷する。
【００４６】
また、最終加熱処理がCu溶浸処理の場合には、Cu溶浸処理の加熱温度に加熱したのち、4.5 ℃/min以下の冷却速度で650 ℃以下まで冷却し、ついで空冷する冷却とする。
また、最終加熱処理が熱処理の場合には、熱処理の加熱温度に加熱したのち、4.5 ℃/min以下の冷却速度で650 ℃以下まで冷却し、ついで空冷する。
【００４７】
650 ℃以下までの冷却速度が4.5 ℃/minを超える冷却速度では、伸び特性の優れた粒状パーライト組織が得られず、マルテンサイト＋ベイナイト組織となり、高い伸び値が得られない。冷却速度の制御が650 ℃を超える温度までの場合は、所定の伸び特性の優れた組織が得られない。
上記した熱処理を施したのち、必要に応じ焼戻しを施してもよい。
【００４８】
上記した組成と上記した熱処理を組み合わせることにより、焼結合金材の伸び特性が向上し、本発明の焼結合金材を接合型バルブシートに適用しても、クラックの発生は見られない。また、本発明の焼結合金製接合型バルブシートの少なくとも接合面に銅めっきを施すことは、接合性を向上させるうえから好ましいことである。
【００４９】
接合型バルブシートは、焼結合金材を所定の形状に加工し、抵抗溶接、摩擦圧接、電子ビーム溶接等によりシリンダヘッドに接合される。
【００５０】
【実施例】
まず、各接合型バルブシートの製造方法を説明する。
（試験No.1およびNo.2）
原料粉末として、Ｃ粉末、ステンレス鋼粉末、およびCu粉末を配合し、さらにステアリン酸亜鉛を配合し、混練した。これら混合原料粉末を圧粉成形し、還元性雰囲気で1160℃、60min 焼結した。さらに、ついで、表１に示す加熱冷却条件で、これら焼結体に熱処理を施した。
【００５１】
（試験No.3およびNo.4）
原料粉末として、Ｃ粉末、ステンレス鋼粉末、Ni粉、Co粉あるいはMo粉を配合し、さらにステアリン酸亜鉛を配合し、混練した。これら混合原料粉末を圧粉成形し、還元性雰囲気で1160℃、60min 焼結し、この焼結体に溶浸用銅合金を載置し1130℃、60min 溶浸処理を施した。さらに、ついで、表１に示す加熱冷却条件で、これら焼結体に熱処理を施した。
【００５２】
（試験No.5〜No.8）
原料粉末として、Ｃ粉末、Mo-Fe 合金アトマイズ粉末、Cu粉あるいはNi粉、低Cr合金アトマイズ粉末、Co粉末を配合し、さらにステアリン酸亜鉛を配合し、混練した。これら混合原料粉末を圧粉成形し、還元性雰囲気で1160℃、60min 焼結した。焼結温度からの冷却条件を表１に示す。
【００５３】
（試験No.9およびNo.10 ）
原料粉末として、Ｃ粉末、Mo-Fe 合金アトマイズ粉末、Ni粉、Co粉あるいはCr合金粉を配合し、さらにステアリン酸亜鉛を配合し、混練した。これら混合原料粉末を圧粉成形し、還元性雰囲気で1160℃、60min 焼結し、この焼結体に溶浸用銅合金を載置し1130℃、60min 溶浸処理を施した。さらに、ついで、表１に示す加熱冷却条件で、これら焼結体に熱処理を施した。
【００５４】
（試験No.11 およびNo.12 ）
原料粉末として、Ｃ粉末、ＳＫＨ５１鋼粉末、およびCu粉を配合し、さらにステアリン酸亜鉛を配合し、混練した。これら混合原料粉末を圧粉成形し、還元性雰囲気で1160℃、60min 焼結した。さらに、ついで、表１に示す加熱冷却条件で、これら焼結体に熱処理を施した。
【００５５】
上記した焼結体の組織を観察した。本発明例の金属組織の例を図４に、そのスケッチ図を図５に示す。図４（ａ）は、試験No.1の組織であり、図４（ｂ）は、試験No.2の組織であり、図４（ｃ）は、試験No.11 の組織である。図５に示すスケッチ図で、Ａは粒状パーライト、Ｂは微細炭化物、ＣはCu相である。
本発明例は、いずれも基地組織が粒状パーライトＡであり、基地組織中に微細炭化物Ｂが析出して、空孔はCu相Ｃにより封孔（または溶浸）されている。
【００５６】
上記した焼結体を引張試験を行い、伸びを測定し、その結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】
0003758748.tif 000002
【００５８】
本発明例の試験No.1〜No.3、No.5、No.6、No.9、No.11 は、伸び値が１％以上と優れた伸び特性を示しているが、本発明の範囲を外れる比較例の試験No.4、No.7、No.8、No.10 、No.12 は、伸び値が１％未満と低い。
つぎに、上記処理を施された焼結体を、バルブシートに加工し、シリンダヘッド（材質：ＡＤＣ４）に抵抗溶接により接合した。図１に抵抗溶接による接合方法を示す。
【００５９】
図１（ａ）に示すように、バルブシート１は、その突起部１ａがシリンダヘッド２のテーパ面２ａに当接するようにセットされ、電極３によりテーパ面２ａとの間で矢印の方向に加圧され、続いて通電される。シリンダヘッド２とバルブシート１との接合面およびその近傍が溶融温度あるいはそれに近い温度まで加熱されると通電を遮断する。バルブシートより硬度の低いシリンダヘッドが塑性変形して、図１（ｂ）に示すようにバルブシート１がシリンダヘッド２に埋め込まれた状態で接合される。
【００６０】
接合後、バルブシートに発生したクラックの有無を調査し、その結果を表１に示す。
本発明例の試験No.1〜No.3、No.5、No.6、No.9、No.11 には、クラックの発生はみられなかった。本発明の範囲であれば、接合型バルブシートに適用しても、接合時の熱応力により、クラックを発生することはない。一方、本発明の範囲をはずれた比較例の試験No.4、No.7、No.10 、No.12 には、クラックの発生がみられた。
【００６１】
ついで、上記熱処理した焼結体をバルブシートに加工したのち、シリンダヘッドに接合された状態と同じ状態にした接合型バルブシートについて、図２に示すリグ試験機で、実機耐久試験と同等の温度、バルブ叩かれ状況でリグ試験を実施し、バルブシートに発生するクラックの有無を調査し、表１に示す。試験条件は、つぎのとおりである。
【００６２】
試験温度： 400℃（測温位置: 図３）
運転時間： 30 時間
カム回転数： 3000rpm
バルブ回転数：10rpm
着座荷重：89 kg
バルブ材質：ＳＵＨ３５（ステライトNo. ６盛金）
リフト量： 7 mm
本発明例の試験No.1〜No.3、No.5、No.6、No.9、No.11 には、バルブシートにクラックの発生はみられない。一方、本発明の範囲をはずれた比較例の試験No.8は、抵抗溶接時にはクラックの発生がみられなかったが、リグ試験ではクラックの発生がみられた。
【００６３】
本発明の範囲であれば、抵抗溶接による接合時のみならず、エンジン運転中でもクラックの発生はみられない。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、伸び特性に優れかつ耐久性に優れた接合型バルブシートが得られ、接合時あるいはエンジン運転中にもクラックを生じることがなく高いシール性を維持することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】バルブシートのシリンダヘッドへの抵抗溶接による接合方法を示す説明図である。
【図２】リグ試験機の概略説明図である。
【図３】リグ試験における試験体の測温位置を示す説明図である。
【図４】本発明例の接合型バルブシートの金属組織を示す光学顕微鏡組織写真である。
【図５】図４のスケッチ図である。
【符号の説明】
１    バルブシート
１ａ  バルブシートの突起部
２    シリンダヘッド
２ａ  テーパ面
３    電極
Ａ    基地粒状パーライト
Ｂ    微細炭化物
Ｃ    Ｃｕ相
【図１】
0003758748.tif 000003
【図２】
0003758748.tif 000004
【図３】
0003758748.tif 000005
【図４】
0003758748.tif 000006
【図５】
0003758748.tif 000007