專(zhuān)利名稱(chēng)：閥座用鐵基燒結(jié)合金以及內(nèi)燃機(jī)用閥座的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適合作為內(nèi)燃機(jī)用的閥座的鐵基燒結(jié)合金材料，尤其涉及鐵基燒結(jié)合 金材料的機(jī)械強(qiáng)度及成形加工性的提高。
背景技術(shù)：
閥座是成為吸氣閥、排氣閥的閥座的部位，是用于與閥(閥門(mén))接觸，以保持燃燒 室的氣密的必要部件。作為閥座的主要功能，可列舉(1)用于防止壓縮氣體、燃燒氣體向歧 管泄漏的氣密保持功能；(2)用于將閥門(mén)的熱向汽缸蓋側(cè)釋放的熱傳導(dǎo)功能；(3)在閥門(mén)復(fù) 座時(shí)耐受閥門(mén)的沖擊、在高熱且高負(fù)荷的環(huán)境中難被磨損的耐磨損功能。于是，作為閥座的 要求特性，可列舉⑴對(duì)閥門(mén)的沖擊性小、⑵合理的價(jià)格、⑶加工時(shí)容易切削。因此，內(nèi) 燃機(jī)用閥座中，適用需要滿(mǎn)足上述功能、特性的鐵基燒結(jié)合金材料。鐵基燒結(jié)合金材料是，將金屬粉末利用模具等加壓成型后，將其加熱至熔點(diǎn)以下 的溫度，然后根據(jù)需要實(shí)施熱處理等而得到的材料。而且，該鐵基燒結(jié)合金材料，除作為主 要成分的鐵之外，使其中含有適量碳、銅、鎳等，可獲得(1)由于燒結(jié)合金的耐磨損性得到 提高，因而由混合的元素使得機(jī)械性質(zhì)、耐磨損性、耐熱性等提高；( 改善產(chǎn)品的切削加 工性；C3)由于生產(chǎn)性的提高而使成本降低等優(yōu)點(diǎn)。然而，構(gòu)成汽車(chē)部件的材料，與其它各機(jī)械一樣，所要求的條件逐年提高，期望比 以前更高強(qiáng)度化的機(jī)械特性、切削性等加工性、更高的批量生產(chǎn)穩(wěn)定性、以及制造成本的降 低。閥座也不例外，與以往的內(nèi)燃機(jī)用閥座所具有的機(jī)械特性相比，期望具有更優(yōu)良特性的 內(nèi)燃機(jī)用閥座。對(duì)于上述課題，專(zhuān)利文獻(xiàn)1中公開(kāi)了一種閥座，其中，通過(guò)在鐵基體相(鉄基地相) 中使第一硬質(zhì)粒子以面積率10 20面積％分散以及使第二硬質(zhì)粒子以面積率15 35面 積％分散，而且兩者所占的總面積率為25 55面積％，以達(dá)到耐磨損性?xún)?yōu)異且對(duì)配對(duì)閥 門(mén)的攻擊性降低的目的，所述第一硬質(zhì)粒子是具有10 μ m 150 μ m的粒徑和500HV0. 1以 上且不足800HV0. 1的硬度的鈷基金屬間化合物粒子，所述第二硬質(zhì)粒子是具有ΙΟμπι 150 μ m的粒徑和800HV0. 1以上且不足1100HV0. 1的硬度的鈷基金屬間化合物粒子。專(zhuān)利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)2005-248234號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題但是，即使采取現(xiàn)有技術(shù)中記載的鈷基金屬間化合物粒子的組合，將使它們分散 包含在鐵基體相中得到的鐵基燒結(jié)合金用于內(nèi)燃機(jī)用的閥座，如果不大幅增加用以獲得耐 磨損性的硬質(zhì)粒子的添加量，那么就不能得到內(nèi)燃機(jī)所要求的耐磨損性，因而必需大幅增 加硬質(zhì)粒子添加量。其結(jié)果是，隨著硬質(zhì)粒子在鐵基燒結(jié)合金中的添加量增加，產(chǎn)生導(dǎo)致鐵 基燒結(jié)合金的韌性降低、配對(duì)閥門(mén)沖擊性增加、切削加工性降低的問(wèn)題。例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)1中公開(kāi)了，作為在鐵基體相中分散包含的硬質(zhì)粒子是“對(duì)對(duì)象的沖擊性小，并且粒徑為ΙΟμπι 150μπι的鈷基金屬間化合物粒子”和“硬度高且耐磨損性 優(yōu)良，并且粒徑為10 μ m 150 μ m的鈷基金屬間化合物粒子”這兩種類(lèi)的硬質(zhì)粒子的組合。 將該專(zhuān)利文獻(xiàn)1中公開(kāi)的鐵基燒結(jié)合金用作閥座時(shí)，具有兼得閥座本身的耐磨損性提高和 對(duì)對(duì)方的沖擊性降低的效果。但存在如下問(wèn)題產(chǎn)生難以兼具閥座的耐磨損性、機(jī)械強(qiáng)度和 切削加工性的情況。鑒于以上狀況，以汽車(chē)引擎為代表的內(nèi)燃機(jī)強(qiáng)烈需求長(zhǎng)壽命化、大功率化、燃料消 費(fèi)率提高等，日益需求除了影響內(nèi)燃機(jī)的性能穩(wěn)定性的閥座的耐磨損性提高和對(duì)方?jīng)_擊性 降低之外、同時(shí)使閥座的耐磨損性、機(jī)械強(qiáng)度和切削加工性提高的閥座用鐵基燒結(jié)合金材 料。下述的本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題而進(jìn)行的發(fā)明，其目的是提供在為了提 高內(nèi)燃機(jī)用閥座的耐磨損性而增加硬質(zhì)粒子的添加量的同時(shí)，作為閥座的機(jī)械強(qiáng)度及切削 加工性的總平衡優(yōu)異的產(chǎn)品。解決技術(shù)問(wèn)題的方案因此，本發(fā)明人等為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，著眼于在閥座用鐵基燒結(jié)合金材料的 組織中分散含有的兩種類(lèi)的硬質(zhì)粒子的粒度分布及硬度，對(duì)于由該粒度分布曲線的粒徑的 峰頂位置的差值對(duì)該閥座的功能和特性的影響進(jìn)行了研究。其結(jié)果是，本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)，通 過(guò)設(shè)定兩種類(lèi)的硬質(zhì)粒子的粒度分布曲線中的粒徑的峰頂?shù)牟钪?、硬質(zhì)粒子的含量以及硬 度差，可以解決上述技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的閥座用鐵基燒結(jié)合金材料是在鐵基燒結(jié)合金的組織中分散含有第1硬 質(zhì)粒子和第2硬質(zhì)粒子的兩種類(lèi)的硬質(zhì)粒子的鐵基燒結(jié)合金材料，其特征在于，該第1硬質(zhì) 粒子和第2硬質(zhì)粒子的兩種類(lèi)的硬質(zhì)粒子，選擇性地使用同時(shí)滿(mǎn)足以下的條件1 條件4 的硬質(zhì)粒子。條件1 使用平均一次粒徑為5 μ m 20 μ m的硬質(zhì)粒子作為第1硬質(zhì)粒子。條件2 使用平均一次粒徑為20 μ m 150 μ m的硬質(zhì)粒子作為第2硬質(zhì)粒子。條件3 將第1硬質(zhì)粒子和第2硬質(zhì)粒子的兩種類(lèi)的硬質(zhì)粒子混合時(shí)所得的混合 硬質(zhì)粒子，在用激光衍射散射分析法測(cè)定時(shí)的粒度分布曲線中存在N個(gè)2的整數(shù)) 峰，將相當(dāng)于其峰頂位置的粒徑設(shè)為Dn Dtn時(shí)，具備至少1個(gè)相鄰的D1^1和Dto的差值 (I Dt^1-DtJ :2彡η彡N的整數(shù))在15 μ m 100 μ m的范圍內(nèi)的峰頂粒徑差。條件4 在鐵基燒結(jié)合金的組織內(nèi)，構(gòu)成上述混合粒子的第1硬質(zhì)粒子和第2硬質(zhì) 粒子的兩者所占有的總面積率為10面積％ 60面積％。本發(fā)明涉及的閥座用鐵基燒結(jié)合金材料，其中優(yōu)選的是，上述第1硬質(zhì)粒子和第2 硬質(zhì)粒子是維氏硬度在650HV0. 1 1100HV0. 1的范圍內(nèi)的硬質(zhì)粒子。本發(fā)明的閥座用鐵基燒結(jié)合金材料，其中優(yōu)選的是，上述第1硬質(zhì)粒子和第2硬質(zhì) 粒子是具有以下的鈷基金屬間化合物組成1、鈷基金屬間化合物組成2、鐵基金屬間化合物 組成的任一組成的硬質(zhì)粒子。[鈷基金屬間化合物組成1]硅0.5 4. Owt %鉻5.0 20. 0wt%鉬20.0 40. Owt %
余部鈷和不可避免的雜質(zhì)[鈷基金屬間化合物組成2]硅0 4.0wt%鎳5.0 20. Owt %鉻15.0 35. Owt %鉬15.0 35. Owt %余部鈷和不可避免的雜質(zhì)[鐵基金屬間化合物組成]鈷10.0 20. Owt %鎳2.0 20. 0wt%鉻12.0 35. Owt %銷(xiāo)12.0 35. Owt %余部鐵和不可避免的雜質(zhì)本發(fā)明的閥座用鐵基燒結(jié)合金材料，其中優(yōu)選的是，上述鐵基燒結(jié)合金材料的組 織以13. 90. 的范圍含有選自碳、硅、鉻、鉬、鈷、鎳、銅、鎢、釩之中的兩種以上 的合金元素。本發(fā)明的閥座用鐵基燒結(jié)合金材料，其中優(yōu)選的是，將第1硬質(zhì)粒子、第2硬質(zhì) 粒子及基體相所占的面積率設(shè)為100面積％時(shí)，上述鐵基燒結(jié)合金材料的組織以0. 2面 積％ 5. 0面積％的范圍含有作為硫化物或氟化物的固體潤(rùn)滑材料粉末。本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)用閥座，其特征在于，使用上述的閥座用鐵基燒結(jié)合金材料來(lái)制 造。應(yīng)予說(shuō)明，該鐵基燒結(jié)合金材料另外還可以應(yīng)用于各種機(jī)械部件、軸承部件、接點(diǎn)用部 件、耐磨損用部件。發(fā)明效果本發(fā)明的閥座用鐵基燒結(jié)合金材料，即使為了提高內(nèi)燃機(jī)用閥座的耐磨損性，增 加在閥座的制造中所用的鐵基燒結(jié)合金材料中所添加的硬質(zhì)粒子的添加量，但仍然能夠以 良好的平衡維持可耐受內(nèi)燃機(jī)的過(guò)于苛刻的使用條件的良好的耐磨損性、機(jī)械強(qiáng)度和切削 加工性。因此，使用該閥座用鐵基燒結(jié)合金材料得到的閥座，可以通過(guò)切削形成良好的加工 表面，可以使得閥門(mén)復(fù)座時(shí)的燃燒室內(nèi)的氣密性得以提高。并且，本發(fā)明的閥座用鐵基燒結(jié) 合金材料，由于作為閥座具有充分的強(qiáng)度，因此能夠滿(mǎn)足作為內(nèi)燃機(jī)的長(zhǎng)壽命化的要求。
具體實(shí)施例方式以下對(duì)本發(fā)明的閥座用鐵基燒結(jié)合金材料的形態(tài)進(jìn)行說(shuō)明。本發(fā)明的閥座用鐵基燒結(jié)合金材料是在鐵基燒結(jié)合金的組織中分散含有第1硬 質(zhì)粒子和第2硬質(zhì)粒子的兩種類(lèi)的硬質(zhì)粒子的鐵基燒結(jié)合金材料，其特征在于，該第1硬質(zhì) 粒子和第2硬質(zhì)粒子的兩種類(lèi)的硬質(zhì)粒子，選擇性地使用同時(shí)滿(mǎn)足以下的條件1 條件4 的硬質(zhì)粒子。條件1是優(yōu)選使用平均一次粒徑為5 μ m 20 μ m的硬質(zhì)粒子作為第1硬質(zhì)粒子， 條件2是優(yōu)選使用平均一次粒徑為20 μ m 150 μ m的硬質(zhì)粒子作為第2硬質(zhì)粒子。即，本 發(fā)明的閥座用鐵基燒結(jié)合金材料是，在鐵基燒結(jié)合金的組織中分散有兩種類(lèi)的、平均一次粒徑為5 μ m 20 μ m的第1硬質(zhì)粒子和平均一次粒徑為20 μ m 150 μ m的第2硬質(zhì)粒子 的混合粒子的材料。通過(guò)組合使用在上述粒徑范圍內(nèi)的第1硬質(zhì)粒子和第2硬質(zhì)粒子，從而 可獲得作為本發(fā)明的鐵基燒結(jié)合金材料適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)的燒結(jié)體。因此，在僅使用第1硬質(zhì)粒 子而制造的鐵基燒結(jié)合金材料的情況下，由于平均一次粒徑為5 μ m 20 μ m的微細(xì)粒徑， 因而粒子之間容易發(fā)生聚集，不能發(fā)揮作為硬質(zhì)粒子的效果，導(dǎo)致制造成本的上升，故不優(yōu) 選。另一方面，在僅使用第2硬質(zhì)粒子而制造的鐵基燒結(jié)合金材料的情況下，由于平均一次 粒徑為20μπι 150μπι的較大粒徑，因而配對(duì)閥門(mén)沖擊性增加，而且在燒結(jié)加工時(shí)難以進(jìn) 行粒子之間的燒結(jié)，而需要較長(zhǎng)的燒結(jié)時(shí)間等，導(dǎo)致制造成本的上升，故不優(yōu)選。如上所述，對(duì)于本發(fā)明的閥座用鐵基燒結(jié)合金的組織中分散包含的硬質(zhì)粒子的平 均一次粒徑，所述第1硬質(zhì)粒子為5 μ m 20 μ m、所述第2硬質(zhì)粒徑為20 μ m 150 μ m。即 可以說(shuō)，作為平均一次粒徑，使用5μπι 150μπι的范圍的硬質(zhì)粒子。其理由是，當(dāng)硬質(zhì)粒 子的平均一次粒徑低于5μπι時(shí)，粒子過(guò)于微細(xì)，在燒結(jié)工序中粒子容易在鐵基燒結(jié)合金的 基體相中擴(kuò)散消失，不能獲得粒子分散強(qiáng)化的效果，從而未能期待硬質(zhì)粒子的效果，故不優(yōu) 選。另一方面，若硬質(zhì)粒子的粒徑超過(guò)150 μ m而變大，則在鐵基燒結(jié)合金的組織中分散的 硬質(zhì)粒子過(guò)大，將該鐵基燒結(jié)合金作為閥座使用時(shí)，粒子容易產(chǎn)生裂縫或缺口，對(duì)配對(duì)閥門(mén) 的沖擊性增加，故不優(yōu)選。條件3是，優(yōu)選的是，將第1硬質(zhì)粒子和第2硬質(zhì)粒子的兩種類(lèi)的硬質(zhì)粒子混合時(shí) 所得的混合硬質(zhì)粒子，在用激光衍射散射分析法測(cè)定時(shí)的粒度分布曲線中存在N個(gè)(N ^ 2 的整數(shù))峰，將相當(dāng)于其峰頂位置的粒徑設(shè)為Dn Dtn時(shí)，具備至少1個(gè)相鄰的Dim和DTn 的差值(I DTn_rDTn| :2彡η彡N的整數(shù))在15 μ m 100 μ m的范圍內(nèi)的峰頂粒徑差。本發(fā) 明的閥座用鐵基燒結(jié)合金材料的特征在于，上述混合粒子使用如下的混合粒子，其在用激 光衍射散射分析法測(cè)定時(shí)的粒度分布曲線中存在N個(gè)(N ^ 2的整數(shù))峰，將相當(dāng)于其峰頂 位置的粒徑設(shè)為Dn Dtn時(shí)，具備至少1個(gè)相鄰Dto的差值(IDi1-DtoI :2彡η彡N 的整數(shù))在15μπι IOOym的范圍內(nèi)的峰頂粒徑差(以下，將該“ID^-D」2 ^ η ^ N 的整數(shù)”稱(chēng)為峰頂粒徑差。)。這里，峰頂粒徑差低于15 μ m時(shí)，表示雙方的硬質(zhì)粒子的粒 徑差較小。該情形下，使用兩種粒徑的硬質(zhì)粒子變得沒(méi)有意義，導(dǎo)致難以獲得使作為閥座材 料的必要強(qiáng)度和切削加工性同時(shí)得到提高的鐵基燒結(jié)合金材料，并且將該鐵基燒結(jié)合金材 料作為閥座使用時(shí)很難同時(shí)實(shí)現(xiàn)耐磨損性的提高、對(duì)配對(duì)閥門(mén)的沖擊性的降低，故不優(yōu)選。 另一方面，當(dāng)峰頂粒徑差超過(guò)100 μ m時(shí)，大的硬質(zhì)粒子變多，對(duì)配對(duì)閥門(mén)的沖擊性增加。進(jìn) 而，難以獲得硬質(zhì)粒子在鐵基燒結(jié)合金的組織內(nèi)的均勻分布狀態(tài)，結(jié)果導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度、韌性 都降低，因而將該鐵基燒結(jié)合金材料作為閥座使用的情形是不理想的。上述粒度分布曲線中，峰頂有3個(gè)以上時(shí)，優(yōu)選的是，相鄰的峰頂粒徑差的任一個(gè) 都在15μπι ΙΟΟμπι的范圍內(nèi)。這樣，如果相鄰的峰頂粒徑差的任一個(gè)都滿(mǎn)足上述要件， 則根據(jù)上述理由，將該鐵基燒結(jié)合金材料作為閥座使用時(shí)，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)耐磨損性的提高、 配對(duì)閥門(mén)沖擊性的降低、機(jī)械強(qiáng)度的提高，故優(yōu)選。條件4是，優(yōu)選的是，在鐵基燒結(jié)合金的組織內(nèi)，構(gòu)成上述混合粒子的第1硬質(zhì)粒 子和第2硬質(zhì)粒子的兩者所占有的總面積率為10面積％ 60面積％。該總面積率低于10 面積％時(shí)，鐵基燒結(jié)合金的組織中所含的硬質(zhì)粒子少，因而耐磨損性降低，使用硬質(zhì)粒子的 意義消失，故不優(yōu)選。另一方面，當(dāng)該總面積率超過(guò)60面積％時(shí)，鐵基燒結(jié)合金的組織中所含的硬質(zhì)粒子變得過(guò)多，加工也變得困難，作為閥座材料所要求的韌性、耐沖擊性降低，對(duì) 配對(duì)閥門(mén)的沖擊性增加，故不優(yōu)選。即，鐵基燒結(jié)合金材料中的硬質(zhì)粒子，通過(guò)以所述第1 硬質(zhì)粒子和第2硬質(zhì)粒子兩者所占的總面積率在上述范圍內(nèi)的方式被包含，從而可提供品 質(zhì)更為穩(wěn)定的閥座。此外，上述條件4中對(duì)硬質(zhì)粒子的總面積率進(jìn)行了描述，但優(yōu)選的是，該總面積率 中，第1硬質(zhì)粒子或第2硬質(zhì)粒子的一方單獨(dú)占有的面積率為2面積％ 40面積％，另一 方為從所述總面積率中減去所述一方單獨(dú)占有的面積率而得的值。一方的硬質(zhì)粒子的面積 率低于2面積％時(shí)，只能得到與使用一種硬質(zhì)粒子時(shí)同樣的結(jié)果，作為閥座材料的必要強(qiáng) 度和切削加工性很難同時(shí)得到提高，將該鐵基燒結(jié)合金材料作為閥座使用時(shí)難以同時(shí)實(shí)現(xiàn) 耐磨損性的提高和配對(duì)閥門(mén)沖擊性的降低，故不優(yōu)選。另一方面，一方的硬質(zhì)粒子的面積率 超過(guò)40面積％時(shí)，另一方的硬質(zhì)粒子為作為下限的2面積％，那么與上述同樣，只能得到與 使用一種硬質(zhì)粒子時(shí)同樣的結(jié)果，故不優(yōu)選。即，在鐵基燒結(jié)合金材料的組織中，通過(guò)使所 述第1硬質(zhì)粒子和第2硬質(zhì)粒子保持良好平衡、且均勻地分布，由此可以防止僅使用所述第 1硬質(zhì)粒子時(shí)的耐磨損性的降低、以及可以防止僅使用所述第2硬質(zhì)粒子時(shí)的對(duì)方?jīng)_擊性 及機(jī)械強(qiáng)度的降低，從而可以提供品質(zhì)更為穩(wěn)定的閥座。此外，關(guān)于為了獲得分散含有兩種類(lèi)的第1硬質(zhì)粒子和第2硬質(zhì)粒子的鐵基燒結(jié) 合金材料的制造方法，可以采用通?？捎玫乃蟹勰┮苯鹬圃旆?，不需要特別的限定。本發(fā)明的閥座用鐵基燒結(jié)合金材料，優(yōu)選的是，構(gòu)成上述混合粒子的第1硬質(zhì)粒 子和第2硬質(zhì)粒子是維氏硬度在650HV0. 1 1100HV0. 1的范圍內(nèi)的硬質(zhì)粒子。硬質(zhì)粒子 的硬度低于650HV0. 1時(shí)，作為閥座使用的鐵基燒結(jié)合金材料的耐磨損性降低，不能實(shí)現(xiàn)作 為內(nèi)燃機(jī)的長(zhǎng)壽命化，故不優(yōu)選。另一方面，若硬質(zhì)粒子的硬度超過(guò)1100HV0. 1，則發(fā)生作為 鐵基燒結(jié)合金材料的韌性降低而變脆，因而對(duì)抗沖擊的耐沖擊性下降，故不優(yōu)選。這里，根據(jù)硬質(zhì)粒子的材質(zhì)，使鐵基燒結(jié)合金材料內(nèi)分散的兩種類(lèi)的硬質(zhì)粒子的 維氏硬度的差值在300HV0. 1 350HV0. 1的范圍內(nèi)，有時(shí)是優(yōu)選的。假設(shè)考慮作為兩種類(lèi) 的硬質(zhì)粒子使用相同硬度的硬質(zhì)粒子，將在組織中分散含有該硬質(zhì)粒子的鐵基燒結(jié)合金作 為閥座使用的情形。該硬質(zhì)粒子的硬度高的情況下，可以提高閥座本身的耐磨損性，但是 在將該鐵基燒結(jié)合金加工成閥座時(shí)的切削性下降，同時(shí)不能使閥座對(duì)閥門(mén)的沖擊性減少， 無(wú)法維持作為閥座的品質(zhì)平衡。此外，該硬質(zhì)粒子的硬度低的情況下，可以使閥座對(duì)閥門(mén)的 沖擊性減少，但是有時(shí)不能提高閥座本身的耐磨損性，將鐵基燒結(jié)合金加工成閥座時(shí)的切 削性也同時(shí)降低，無(wú)法維持作為閥座材料的品質(zhì)平衡。因此，還考慮了僅使用中等硬度的硬 質(zhì)粒子的情形，但是難以獲得使作為閥座材料的必要強(qiáng)度和切削加工性同時(shí)得到提高的鐵 基燒結(jié)合金材料，并且將該鐵基燒結(jié)合金材料作為閥座使用時(shí)很難同時(shí)實(shí)現(xiàn)耐磨損性的提 高、對(duì)配對(duì)閥門(mén)的沖擊性的降低。因此，根據(jù)硬質(zhì)粒子的材質(zhì)，有時(shí)優(yōu)選對(duì)第1硬質(zhì)粒子和 第2硬質(zhì)粒子設(shè)置一定的硬度差。本發(fā)明的閥座用鐵基燒結(jié)合金材料，優(yōu)選的是，構(gòu)成上述混合粒子的第1硬質(zhì)粒 子和第2硬質(zhì)粒子是具有以下的鈷基金屬間化合物組成1、鈷基金屬間化合物組成2、鐵基 金屬間化合物組成的任一組成的硬質(zhì)粒子。即，本發(fā)明的閥座用鐵基燒結(jié)合金材料中所用 的兩種類(lèi)的硬質(zhì)粒子是組合了鈷基金屬間化合物粒子、鐵基金屬間化合物粒子的硬質(zhì)粒 子。該鈷基金屬間化合物粒子，在高溫下也不會(huì)軟化，不易磨損，耐腐蝕性也高。此外，鐵基8金屬間化合物粒子與鈷基金屬間化合物粒子相比，鐵基燒結(jié)合金在基體相中的擴(kuò)散性差， 與基體的結(jié)合性稍差，但是根據(jù)鐵基金屬間化合物組成的配合條件，可將該性能的劣化抑 制到最小限度，最重要的是具有廉價(jià)的優(yōu)點(diǎn)。這里，鈷基金屬間化合物組成1是，硅含量為0. 5 4. Owt %、鉻含量為5. 0 20. Owt %、鉬含量為20. 0 40. Owt %、余部為鈷和不可避免的雜質(zhì)。這些成分相互形成 金屬間化合物，將其稱(chēng)為鈷基金屬間化合物。而且，鈷基金屬間化合物組成2是，硅含量 為0 4. Owt%、鎳含量為5. 0 20. Owt%、鉻含量為15. 0 35. Owt%、鉬含量為15. 0 35. 0wt%、余部為鈷和不可避免的雜質(zhì)。通過(guò)采用這樣的組成模式，可以提高硬質(zhì)粒子的固 體潤(rùn)滑作用。通過(guò)采用具備上述組成的鈷基金屬間化合物作為硬質(zhì)粒子，可以實(shí)現(xiàn)使該硬質(zhì)粒 子分散而得到的鐵基燒結(jié)合金材料的耐磨損性、機(jī)械強(qiáng)度、切削加工性的各特性的提高，故 優(yōu)選。此外，鐵基金屬間化合物組成是，鈷含量為10. 0 20. Owt %、鎳含量為2. 0 20. Owt%、鉻含量為12. 0 ；35. Owt%、鉬含量為12. 0 ；35. Owt%、余部為鐵和不可避免的 雜質(zhì)。這些成分相互形成金屬間化合物，將其稱(chēng)為鐵基金屬間化合物。因而，通過(guò)采用這樣 的組成模式，可以提高硬質(zhì)粒子的固體潤(rùn)滑作用。通過(guò)采用具備上述組成的鐵基金屬間化合物作為硬質(zhì)粒子，可以實(shí)現(xiàn)使該硬質(zhì)粒 子分散而得到的鐵基燒結(jié)合金材料的耐磨損性、機(jī)械強(qiáng)度、切削加工性的各特性的提高，故 優(yōu)選。此外，由于鐵基金屬間化合物與鈷基金屬間化合物相比較為廉價(jià)，因此通過(guò)將其用 作分散于鐵基燒結(jié)合金材料的硬質(zhì)粒子，從而可以提供性能價(jià)格比更加優(yōu)異的內(nèi)燃機(jī)用閥座。接著，對(duì)鐵基燒結(jié)合金材料的組織進(jìn)行說(shuō)明。以下說(shuō)明中的“基體”是指，除去鐵 基燒結(jié)合金材料的燒結(jié)組織中可見(jiàn)的鈷基硬質(zhì)粒子、固體潤(rùn)滑劑、粒子間形成的空孔后的 物質(zhì)。本發(fā)明的閥座用鐵基燒結(jié)合金材料的基體中，將該基體的組成作為100wt%，優(yōu)選以 13. 90. 的范圍含有選自碳、硅、鉻、鉬、鈷、鎳、銅、鎢、釩中的兩種以上的合金 元素。以下對(duì)各合金元素進(jìn)行簡(jiǎn)單的說(shuō)明。此處，作為合金元素的碳，在鐵基體中作為微細(xì)的碳粒析出，作為提高固體潤(rùn)滑性 或者提高與鐵或下述合金成分之間的耐磨損性的碳化物形成或金屬間化合物的形成助劑 起作用。這時(shí)，鐵基體中的碳含量?jī)?yōu)選為0. 5wt% 2.0wt%。該碳含量低于0. 5wt%時(shí)， 也能形成良好的碳化物，但是無(wú)法提高鐵基體中的固體潤(rùn)滑性、以及取決于碳化物形成的 耐磨損性和機(jī)械強(qiáng)度，故不優(yōu)選。另一方面，如果碳含量超過(guò)2. Owt %，則馬氏體組織增加， 同時(shí)鐵基體中硬脆的滲碳體(F%C)變得過(guò)剩，與其它成分間形成的碳化物成分變得過(guò)量且 變脆，因而作為鐵基燒結(jié)合金材料缺乏耐沖擊性，變得沒(méi)有耐久性及良好的加工性，故不優(yōu) 選。鐵基體中的硅含量?jī)?yōu)選為0. 2wt% 3.0wt%。硅含量低于0. 2wt%時(shí)，不能形成 良好的金屬間化合物，故不優(yōu)選。另一方面，硅含量超過(guò)3. 時(shí)，鐵基體中硬脆的碳化物 變得過(guò)剩而導(dǎo)致基體的脆化，作為鐵基燒結(jié)合金材料缺乏耐沖擊性，變得沒(méi)有耐久性及良 好的加工性，故不優(yōu)選。作為合金元素的鉻是形成鉻碳化物的成分，可使耐熱性及耐腐蝕性提高，同時(shí)使耐磨損性提高。這時(shí)，鐵基體中的鉻含量?jī)?yōu)選為0.5wt% 4.0wt%。鉻含量低于0.5wt% 時(shí)，耐熱性、耐腐蝕性、耐磨損性的任一項(xiàng)均很難被提高，故不優(yōu)選。另一方面，鉻含量超過(guò) 4. 時(shí)，鉻碳化物的生成變得過(guò)剩，該鉻碳化物在晶粒邊界(粒界)偏析，鐵基體變硬變 脆，因而耐沖擊性和加工性降低，故不優(yōu)選。作為合金元素的鉬，以下述方式作用在鐵基體中形成提高固體潤(rùn)滑作用的鉬碳 化物，或者形成鐵-鉬金屬間化合物以提高耐磨損性、提高退火軟化抗性。這時(shí)，鐵基體中 的鉬含量?jī)?yōu)選為0. 2wt% 5. 0wt%。鉬含量低于0. 2wt%時(shí)，鉬碳化物的形成量少，無(wú)法實(shí) 現(xiàn)耐磨損性的提高，故不優(yōu)選。另一方面，鉬含量超過(guò)5. 0wt%時(shí)，鉬碳化物及鐵-鉬金屬間 化合物的生成變得過(guò)剩，鐵基體變硬變脆，因而加工性降低，故不優(yōu)選。作為合金元素的鈷，以下述方式作用通過(guò)與鎢的碳化物共存，從而大幅地提高 鐵基燒結(jié)合金的機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性，而且還促進(jìn)其它合金成分的均勻擴(kuò)散，同時(shí)提高耐磨損 性。這時(shí)，鐵基體中的鈷含量?jī)?yōu)選為0. 5wt% 6. 0wt%。鈷含量低于0. 5wt%時(shí)，無(wú)法實(shí)現(xiàn) 耐熱性、耐腐蝕性、耐磨損性的任一性能的提高，故不優(yōu)選。另一方面，鈷含量超過(guò)6.0wt% 時(shí)，即使添加更多量但所得的效果處于飽和狀態(tài)，不經(jīng)濟(jì)，故不優(yōu)選。作為合金元素的鎳，對(duì)鐵基體賦于耐熱性，同時(shí)具有提高耐磨損性的作用。這時(shí)， 鐵基體中的鎳含量?jī)?yōu)選為0. 4wt % 5. Owt %。鎳含量低于0. 4wt %時(shí)，無(wú)法對(duì)鐵基體賦于 耐熱性，故不優(yōu)選。另一方面，鎳含量超過(guò)5. 時(shí)，即使添加更多量也不能獲得耐熱性效 果的提高，隨著硬度的提高，作為鐵基燒結(jié)合金材料的加工性降低，故不優(yōu)選。作為合金元素的銅，具有在鐵基體中固溶而使鐵基燒結(jié)合金的燒結(jié)組織微細(xì)化的 作用。這時(shí)，鐵基體中的銅含量?jī)?yōu)選為0. 5wt% 3. Owt %。銅含量低于0. 5wt%時(shí)，不能獲 得燒結(jié)組織的微細(xì)化的效果，無(wú)法實(shí)現(xiàn)耐磨損性的提高，故不優(yōu)選。另一方面，銅含量超過(guò) 3. 時(shí)，過(guò)剩的金屬銅在晶粒邊界或粒子間析出，故不優(yōu)選。鎢與碳之間形成鎢碳化物，有助于耐磨損性的提高。這時(shí)，鐵基體中的鎢含量?jī)?yōu)選 為0. Iwt % l.Owt %。鎢含量低于0. Iwt %時(shí)，對(duì)于鐵基燒結(jié)合金，未能形成碳化物而且也 未能實(shí)現(xiàn)耐磨損性的提高，故不優(yōu)選。鎢含量超過(guò)1. 0wt%時(shí)，與碳之間形成的碳化物量變 得過(guò)剩，且變脆，因此作為鐵基燒結(jié)合金材料缺乏耐沖擊性，對(duì)配對(duì)閥門(mén)的沖擊性增加，故 不優(yōu)選。釩在鐵基體中形成碳化物因而進(jìn)一步提高耐磨損性，同時(shí)由于釩碳化物而發(fā)揮析 出固化作用。這時(shí)，鐵基體中的釩含量?jī)?yōu)選為0. lwt^-l.Owt^。釩含量低于0. Iwt %時(shí)， 不能實(shí)現(xiàn)取決于碳化物形成的耐磨損性及機(jī)械強(qiáng)度的提高，故不優(yōu)選。另一方面，釩含量超 過(guò)1. Owt %時(shí)，釩碳化物過(guò)量生成，使鐵基體變硬變脆，因而作為鐵基燒結(jié)合金材料耐沖擊 性減小，加工性也降低，故不優(yōu)選。此外，對(duì)于形成本發(fā)明的閥座用鐵基燒結(jié)合金材料的組織的、碳、硅、鉻、鉬、 鈷、鎳、銅、鎢、釩的組成，如表3所示，優(yōu)選使碳含量為1. Ow t % 1. 3 w t %、硅含量為 0. Owt% 2. Iwt%、鉻含量為1. Owt% 19. Owt%、鉬含量為3. Owt% 20. Owt%、鈷含量 為 4. Owt % 32. Owt %、鎳含量為 0. Owt % 9.含量為 0. Owt % 2. Owt %、鎢含 量為0. Owt % 2. Owt %、釩含量為0. Owt % 0. 5wt%。這里，該鐵基燒結(jié)合金材料的組織 內(nèi)，鉻、鉬、鈷、鎳含量所占的比例變大，其原因是第1硬質(zhì)粒子和第2硬質(zhì)粒子所含的元素 熔融擴(kuò)散。此外，對(duì)于碳、硅、銅、釩等，通過(guò)使不含這些元素的硬質(zhì)粒子等被包含在該鐵基10燒結(jié)合金材料的組織內(nèi)，從而作為在組織整體中占有的比例變小。優(yōu)選的是，從以上所述的合金元素中選擇性地使用兩種以上的合金元素，并以 13. 90. 的范圍含有。以本發(fā)明的配合條件得到的合金元素具有較高的硬度， 因此當(dāng)純鐵粉中所含的所述兩種以上的合金元素的量低于13. Owt%時(shí)，導(dǎo)致鐵基燒結(jié)合金 材料的機(jī)械強(qiáng)度降低，而且閥座本身的耐磨損性降低，故不優(yōu)選。此外，純鐵粉中所含的所 述兩種以上的合金元素的量超過(guò)90. 時(shí)，鐵基燒結(jié)合金材料的機(jī)械強(qiáng)度變得過(guò)高而有 變脆的傾向，同時(shí)將該鐵基燒結(jié)合金用于閥座時(shí)，對(duì)閥門(mén)的沖擊性增大，故不優(yōu)選。本發(fā)明的閥座用鐵基燒結(jié)合金材料，優(yōu)選的是，將上述鐵基燒結(jié)合金材料的組織 內(nèi)的、第1硬質(zhì)粒子、第2硬質(zhì)粒子及基體相所占的面積設(shè)為100面積％時(shí)，以0.2面積％ 5. 0面積％的范圍含有作為硫化物或氟化物的固體潤(rùn)滑材料粉末。這時(shí)，固體潤(rùn)滑材料粉末 的含量低于0. 2面積％時(shí)，不能充分發(fā)揮作為固體潤(rùn)滑劑的功能，在閥座和閥門(mén)之間產(chǎn)生 固著，故不優(yōu)選。另一方面，固體潤(rùn)滑材料粉末的含量超過(guò)5. 0面積％時(shí)，不能得到與含量 相稱(chēng)的效果，在經(jīng)濟(jì)方面沒(méi)有意義，故不優(yōu)選。此外，作為固體潤(rùn)滑材料粒子，例如如果使用 硫化錳粒子、氟化鈣粒子，那么由于熔點(diǎn)都高而在燒結(jié)時(shí)也未熔融擴(kuò)散，而且在高溫條件下 也不具有優(yōu)異的耐燒粘性及耐磨損性，故不優(yōu)選。本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)用閥座，其特征在于，使用閥座用鐵基燒結(jié)合金材料來(lái)制造。本發(fā) 明的內(nèi)燃機(jī)用閥座，通過(guò)使用上述閥座用鐵基燒結(jié)合金材料來(lái)制造，由此可形成切削加工 時(shí)良好的加工表面，可以在閥門(mén)復(fù)座時(shí)提高燃燒室內(nèi)的氣密性，故優(yōu)選。此外，由于作為閥 座具備充分的耐磨損性和機(jī)械強(qiáng)度，因此能夠滿(mǎn)足作為內(nèi)燃機(jī)的長(zhǎng)壽命化的要求。實(shí)施例以下示出本發(fā)明的實(shí)施例，更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。作為本發(fā)明的閥座用鐵基燒結(jié)合金材料的實(shí)施例，如表1所示，制作所用的粉末 的配合條件不同的試料1 試料四。表2中表示試料1 試料四中所用的硬質(zhì)粒子的 組成、維氏硬度、粒徑、以及合金鋼粉的組成。硬質(zhì)粒子使用由硅、鉻、鉬、余部為鈷及不可 避免的雜質(zhì)組成、或者由硅、鎳、鉻、鉬、余部為鈷及不可避免的雜質(zhì)組成的鈷基金屬間化合 物、以及由鈷、鎳、鉻、鉬、余部為鐵及不可避免的雜質(zhì)組成的鐵基金屬間化合物。此外，如表 2所述，對(duì)于硬質(zhì)粒子的硬度，硬質(zhì)粒子A、E、H、M為700HV0. 1，硬質(zhì)粒子B、C、F、I、J、N為 1050HV0. 1，硬質(zhì)粒子D、K、L為750HV0. 1，硬質(zhì)粒子S、T為900HV0. 1。而且，使用第1硬質(zhì) 粒子的粒徑均在5μπι 20μπι的范圍內(nèi)、第2硬質(zhì)粒子的粒徑均在20 μ m 150 μ m的范 圍內(nèi)的硬質(zhì)粒子。[表 1]
權(quán)利要求
1.閥座用鐵基燒結(jié)合金材料，其是在鐵基燒結(jié)合金的組織中分散含有第1硬質(zhì)粒子和 第2硬質(zhì)粒子的兩種類(lèi)的硬質(zhì)粒子的鐵基燒結(jié)合金材料，其特征在于，該第1硬質(zhì)粒子和第2硬質(zhì)粒子的兩種類(lèi)的硬質(zhì)粒子，選擇性地使用同時(shí)滿(mǎn)足以下的 條件1 條件4的硬質(zhì)粒子，條件1 使用平均一次粒徑為5 μ m 20 μ m的硬質(zhì)粒子作為第1硬質(zhì)粒子； 條件2 使用平均一次粒徑為20 μ m 150 μ m的硬質(zhì)粒子作為第2硬質(zhì)粒子； 條件3 將第1硬質(zhì)粒子和第2硬質(zhì)粒子的兩種類(lèi)的硬質(zhì)粒子混合時(shí)所得的混合硬質(zhì) 粒子，在用激光衍射散射分析法測(cè)定時(shí)的粒度分布曲線中存在N個(gè)(N>2的整數(shù))峰，將相 當(dāng)于其峰頂位置的粒徑設(shè)為Dn Dtn時(shí)，具備至少1個(gè)相鄰的Dim和DTn的差值(I D1^1-Dto I 2彡η彡N的整數(shù))在15 μ m 100 μ m的范圍內(nèi)的峰頂粒徑差；條件4 在鐵基燒結(jié)合金的組織內(nèi)，構(gòu)成上述混合粒子的第1硬質(zhì)粒子和第2硬質(zhì)粒子 的兩者所占有的總面積率為10面積％ 60面積％。
2.權(quán)利要求1所述的閥座用鐵基燒結(jié)合金材料，其中，上述第1硬質(zhì)粒子和第2硬質(zhì)粒 子是維氏硬度在650HV0. 1 1100HV0. 1的范圍內(nèi)的硬質(zhì)粒子。
3.權(quán)利要求1或2所述的閥座用鐵基燒結(jié)合金材料，其中，上述第1硬質(zhì)粒子和第2硬 質(zhì)粒子是具有以下的鈷基金屬間化合物組成1、鈷基金屬間化合物組成2、鐵基金屬間化合 物組成的任一組成的硬質(zhì)粒子，[鈷基金屬間化合物組成1] 硅0. 5 4. Owt% 鉻5. 0 20. Owt% 鉬20. 0 40. Owt % 余部鈷和不可避免的雜質(zhì) [鈷基金屬間化合物組成2] 硅0 4. Owt% 鎳5. 0 20. Owt% 鉻15. 0 35. Owt % 鉬15. 0 35. Owt % 余部鈷和不可避免的雜質(zhì) [鐵基金屬間化合物組成] 鈷10. 0 20. Owt % 鎳2. 0 20. Owt% 鉻12. 0 35. Owt % 鉬12. 0 35. Owt % 余部鐵和不可避免的雜質(zhì)。
4.權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的閥座用鐵基燒結(jié)合金材料，其中，上述鐵基燒結(jié)合金 材料的組織以13. 90. 的范圍含有選自碳、硅、鉻、鉬、鈷、鎳、銅、鎢、釩之中的 兩種以上的合金元素。
5.權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的閥座用鐵基燒結(jié)合金材料，其中，將第1硬質(zhì)粒子、 第2硬質(zhì)粒子及基體相所占的面積率設(shè)為100面積％時(shí)，上述鐵基燒結(jié)合金材料的組織以0. 2面積％ 5. 0面積％的范圍含有作為硫化物或氟化物的固體潤(rùn)滑材料粉末。
6.內(nèi)燃機(jī)用閥座，其特征在于，權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的閥座用鐵基燒結(jié)合金材 料來(lái)制造。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供增加用于提高內(nèi)燃機(jī)用閥座的耐磨損性的硬質(zhì)粒子的添加量，而且機(jī)械強(qiáng)度和切削加工性?xún)?yōu)異的閥座產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)該目的，采用下述閥座用鐵基燒結(jié)合金材料，即在鐵基燒結(jié)合金的組織中包含使用平均一次粒徑為5～20μm的第1硬質(zhì)粒子和平均一次粒徑為20～150μm的第2硬質(zhì)粒子，在將這兩種類(lèi)的硬質(zhì)粒子混合時(shí)所得的粒度分布中存在N個(gè)(N≥2的整數(shù))峰，將相當(dāng)于其峰頂位置的粒徑(DT1～DTN)中，具備1個(gè)以上的相鄰的DTn-1和DTn的差值(|DTn-1-DTn|2≤n≤N的整數(shù))在15～100μm的峰頂粒徑差，而且在該組織內(nèi)，上述兩種類(lèi)的硬質(zhì)粒子所占有的總面積率為10～60面積％。
文檔編號(hào)C22C38/44GK102046824SQ20098012003
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月31日
發(fā)明者佐藤賢一, 大重公志, 羽生剛士 申請(qǐng)人:日本活塞環(huán)株式會(huì)社