粉末冶金用混合物及びこれを用いた粉末冶金部品の製造方法
【課題】比較的高密度を形成し、なおかつ一段プレス及び／又は一段焼結法しか必要としない新規粉末冶金用混合物を提供する。
【解決手段】上記課題は、次の成分組成からなる粉末冶金用混合物により達成される：
質量基準で、バルブ鋼粉末 １５〜３０％、Ｎｉ粉末 ０〜１０％、Ｃｕ粉末０〜５％、
フェロアロイ粉末 ５〜１５％、工具鋼粉末 ０〜１５％、固体滑剤 ０．５〜５％、グラファイト ０．５〜２．０％、一時滑剤 ０．３〜１．０％及び残部としてＭｏを０．６〜２．０％含む低合金鋼粉末。
【解決手段】上記課題は、次の成分組成からなる粉末冶金用混合物により達成される：
質量基準で、バルブ鋼粉末 １５〜３０％、Ｎｉ粉末 ０〜１０％、Ｃｕ粉末０〜５％、
フェロアロイ粉末 ５〜１５％、工具鋼粉末 ０〜１５％、固体滑剤 ０．５〜５％、グラファイト ０．５〜２．０％、一時滑剤 ０．３〜１．０％及び残部としてＭｏを０．６〜２．０％含む低合金鋼粉末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規な粉末冶金用混合物及びこれを用いる粉末冶金部品の製造方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の運転サイクルは当該技術分野で十分に公知である。燃焼の封止において効果的に相互作用させるための吸気及び排気バルブ、バルブガイド、及びバルブシートインサートの物理的要求は包括的に研究されている。
【０００３】
耐磨耗性は内燃機関で使用されるバルブシートインサートに対する第一の要求である。良好な耐熱耐腐食性と、耐磨耗性に結びついた機械加工性との組合せを達成する努力において、排気バルブシートインサートはコバルト、ニッケル又はマルテンサイト鉄ベースの合金鋳物から製造されてきた。これらの合金は一般に、鋳造合金に耐磨耗性カーバイドが存在するために、クロム及びニッケル含量の高いオーステナイト系耐熱鋼がより好ましいとされてきた。
【０００４】
粉末冶金は、正確な最終形状がかなり容易に達成されるので、バルブシートインサートならびにその他のエンジン部品の製造に使用されてきた。粉末冶金は、種々の金属組成物を又はセラミック組成物でさえも選択する際に、ならびに設計柔軟性を付与する際に寛容度を許している。
【０００５】
特許文献１は、粉末冶金を用いて製造された耐磨耗性製品を記載している。この特許は特にバルブシートインサートに関するものである。
【０００６】
また特許文献２は、粉末冶金部品及び粉末珪酸マグネシウム水和物の添加の有益な影響に関する。
【０００７】
注目される他の特許としては、特許文献３〜１２が挙げられる。
【０００８】
内燃機関用のバルブシートインサートには、長期間の高温でも高耐磨耗性を与えることができる高耐磨耗性材料を必要とする。バルブシートインサートはさらに、高温で繰り返される衝撃負荷の下でも耐高温性、高クリープ強度及び高疲労強度を併せ持つ必要がある。
【０００９】
典型的には、高合金粉末製のバルブシートインサート材は圧縮率に劣る。従って所望の密度レベルを達成するために、二段プレス、二段焼結、高温焼結、銅溶浸、及び熱鍛造などの方法が使用される。残念ながらこれは材料を極端に高価なものにする可能性がある。
【００１０】
このように、比較的高密度となる粉末冶金用混合物の必要性が依然として存在し、なお一段プレス及び／又は一段焼結法しか使用されない。かかる材料の混合物は６．７〜７．１ｇ／ｃｍ3の範囲の最小密度まで圧縮成形して、厳しいエンジン環境において働き得る部品とすることができよう。かかる粉末冶金用混合物はかなりコスト的に有効であり、なお有意な耐磨耗性、耐高温性、機械加工性、高いクリープ強度及び高い疲労強度を付与するであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第４，７２４，０００号
【特許文献２】米国特許第５，０４１，１５８号
【特許文献３】米国特許第４，５４６，７３７号
【特許文献４】米国特許第４，６７１，４９１号
【特許文献５】米国特許第４，７３４，９６８号
【特許文献６】米国特許第５，０００，９１０号
【特許文献７】米国特許第５，０３２，３５３号
【特許文献８】米国特許第５，０５１，２３２号
【特許文献９】米国特許第５，０６４，６１０号
【特許文献１０】米国特許第５，１５４，８８１号
【特許文献１１】米国特許第５，２７１，６８３号
【特許文献１２】米国特許第５，２８６，３１１号
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】バルブアセンブリ部品及びそのアセンブリ環境を示す断面図である。
【図２】より詳細なバルブアセンブリ部品を示す断面図である。
【図３】バルブシートインサート及び封止関係におけるバルブ取付け面のより詳細な断面図である。
【図４】本発明と従来材料との高温硬さの比較を示すグラフである。
【図５】本発明と従来材料とのシート磨耗リグ比較試験データを示すグラフである。
【図６】本発明と従来材料とのシート磨耗限界試験データを示すグラフである。
【図７】本発明と従来材料との機械加工性比較のデータを示すグラフである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、高温磨耗及び腐食抵抗のためのバルブ鋼粉末と、高温硬さ（「高温硬さ」とは、高温で測定される硬度を意味する）のためのフェロモリブデン、フェロバナジウム及びフェロニオビウム粉末などのフェロアロイ粉末と、機械加工性及び熱伝導性のための銅との独自な組合せを使用する新規粉末冶金用混合物を提供することによって、前記の問題ならびに他の問題を解決することにある。本発明の混合物には、耐磨耗性のための工具鋼粉末と、低い摩擦及び摺動磨耗を提供し、同時に機械加工性を向上させるために固形滑剤が含まれる。
【００１４】
従って、本発明の１つの目的は、比較的高密度を形成し、なおかつ一段プレス及び／又は一段焼結法しか必要としない新規粉末冶金用混合物にある。
【００１５】
本発明のもう１つの目的は、バルブ鋼粉末、ニッケル、銅、フェロアロイ粉末、工具鋼粉末、固形滑剤、グラファイト及び一時滑剤又は不安定滑剤、残部として実質的に選択量のモリブデンを含有する低合金鋼粉末の混合物を含有する粉末冶金混合物にある。
【００１６】
本発明のさらなる目的は、通常、硬度、高温硬さ、アブレシブ磨耗、凝着磨耗、かじり、高温酸化性及び耐熱クリープ性に優れた特性を与える耐磨耗性用途に使用される粉末冶金エンジン部品を提供することにある。
【００１７】
本発明のさらにもう１つの目的は、バルブシートインサートなどのエンジン部品を製造するための粉末冶金用混合物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、下記表１の成分組成からなる、粉末冶金用混合物である：
【００１９】
【表１】
【００２０】
また、本発明は、下記工程からなる粉末冶金部品の製造方法である：
・下記表２の成分組成の金属粉末混合物を準備する工程；
・均一に混合するために該混合物を混合する工程；
・少なくとも１段階で選択された緻密化圧縮にて、該混合された混合物を最小密度６．７ｇ／ｃｍ3まで、少なくとも概略成形体へ生の緻密体を圧縮する工程；及び
・圧縮した生の緻密体を１段階で焼結させて、粉末冶金部品を製造する工程。
【００２１】
【表２】
【発明の効果】
【００２２】
本発明の粉末冶金用混合物は先行技術の材料よりも、得られる成形品の耐高温磨耗性及び耐腐食性が向上しているとともに、機械加工性も向上している。そして、本発明の混合物は、一段プレス・焼結法により、容易に比較的高密度の材料を提供する。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明を特徴づける新規な種々の特徴は、本開示に添付され本開示の一部をなす請求の範囲で詳細に示されている。本発明は、その取扱いの利点及びその使用によって達成される特定の目的をよりよく理解するために、添付の実施例及び説明が記載され、その中で本発明の好ましい具体例を例示する。
【００２４】
１５万マイル（２４．１万ｋｍ）以上に達し得るエンジン耐久性を備えた車両を製造することが望ましい。かかる車両のエンジン部品を設計する際、部品には有意な耐磨耗性、耐高温性及び機械加工性を与える材料が必要とされる。
【００２５】
本明細書では特に明示されない限り、温度はすべてセ氏（℃）であり、パーセンテージ（％）はすべて質量基準である。
【００２６】
本発明は、バルブシートインサートのようなエンジン部品に特に適した粉末冶金部品を提供する。本発明の粉末冶金用混合物は特に窒化エンジンバルブ用のバルブシートインサートの製造に適している。本発明の粉末冶金部品は他の用途にも同じように適していることが直ちに明白になるはずである。バルブシートインサートなど本発明の粉末冶金用混合物で構成されたエンジンバルブ系統部品は、吸気バルブシートインサートならびに排気バルブシートインサート部品として使用してもよい。
【００２７】
図１〜３を参照すると、エンジンでの使用のために一般に設計されたバルブアセンブリ１０が示されている。バルブアセンブリ１０は各々バルブステムガイド１４の内径内で往復機関として支えられている複数のバルブ１２を含んでいる。バルブステムガイド１４は管状構造で、シリンダーヘッド２４に挿入されている。これらのエンジン部品は当業者に十分に公知の装置である。本発明は、改良や代替構造が種々の製造業者により提供されているので、いずれの特定の構造に限定されるものではない。これらのバルブアセンブリ部品の図面は、本発明のよりよい理解を助けるための例示の目的で提供されている。
【００２８】
バルブ１２は、バルブ１２のキャップ２６と丸み２８に間に挿入されているバルブシート面１６を含んでいる。バルブステム３０は通常は頸部２８の上方に位置し、普通バルブステムガイド１４内で支えられている。バルブシートインサート１８は通常はエンジンのシリンダーヘッド２４内に取り付けられている。インサート１８は示された断面を持つ環状であり、ともにバルブシート面１６を支えていることが好ましい。
【００２９】
粉末冶金部品が厳しいエンジン環境など厳しい環境下で働くためには、粉末冶金部品が６．７〜７．１グラム／立方センチメートル（ｇ／ｃｍ3）の最小密度まで圧縮成形できなければならない。混合物は、より好ましくは６．８〜７．０ｇ／ｃｍ3、最も好ましくは最小密度約６．９ｇ／ｃｍ3まで圧縮成形される。
【００３０】
本発明の粉末冶金用混合物は、バルブ鋼粉末、ニッケル、銅、フェロアロイ粉末、工具鋼粉末、固形滑剤、グラファイト、及び粉末一時滑剤又は不安定滑剤を、残部としての低合金鋼粉末とともに含む。本発明では、この混合物は前記成分を以下の表３の量で含んでいる。
【００３１】
【表３】
【００３２】
低合金鋼粉末は、０．６〜２．０％のモリブデンを含有する低合金鋼粉末であり、好ましくは、０．６〜２．０％のモリブデン、０〜５％のニッケル及び０〜３％の銅を含有する。
【００３３】
本発明の粉末冶金用混合物では、耐高温磨耗性及び耐腐食性のためのバルブ鋼粉末と高温硬さのためのフェロアロイ粉末を併用する。耐磨耗性及び高温硬さのためには工具鋼粉末が添加される。固形滑剤は滑り磨耗を少なくするため、ならびに機械加工性を向上させるために摩擦を小さくする。モリブデンやクロムのような合金元素は固溶体の耐磨耗性及び耐腐食性を強化する。ニッケル及びオーステナイト系バルブ鋼粉末は面心立方（ＦＣＣ）格子を安定化させ、耐熱性を達成する。フェロモリブデン硬粒子は磨耗及び高温硬さを与える。グラファイト、及び粉末珪酸マグネシウム水和物（タルク）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ2）又はフッ化カルシウム（ＣａＦ2）などの固形滑剤は耐磨耗性と機械加工性をよりよくする。ＡＣＲＡＷＡＸ Ｃなどの粉末不安定滑剤又は一時滑剤は圧縮成形中の工具の磨損を防ぐことによりダイ寿命を長くする。
【００３４】
粉末が所望の合金化学をもたらす合金成分の混合物であり得る限り、その粉末はプレアロイ粉末であることが好ましい。
【００３５】
本発明の混合物の第１の成分はバルブ鋼粉末であり、これは混合物の１５〜３０％であり、好ましくは１７〜２５％であり、より好ましくは１９〜２１％であり、最も好ましくは、バルブ鋼粉末は、混合物の約２０％を占めることである。好適なバルブ鋼粉末は、限定されるものではないが、OMG Americasから市販されている２１−２Ｎ、２３−８Ｎ又は２１−４Ｎがある。これらは鉄ベースの粉末であり、２１−２Ｎは基本的に２１％のＣｒと２％のＮｉを意味し、２１−４Ｎとは２１％のＣｒと４％のＮｉを意味し、同様に２３−８Ｎという表示は基本的に２３％のＣｒと８％のＮｉを意味している。
【００３６】
典型的な２１−２Ｎ、２３−８Ｎ及び２１−４Ｎの金属粉末の化学組成はそれぞれ以下の表４の範囲内にある：
【００３７】
【表４】
【００３８】
本発明の混合物の第２の成分はニッケルである。ニッケルは、混合物の０〜１０％、好ましくは５〜９％、より好ましくは６．０〜８．０％、最も好ましくは約７．０％で混合物に添加される。ニッケル粉末とは、限定されるものではないが、母合金として実質的に純粋なニッケル粒子、または合金元素と混合したニッケル粒子をはじめとする粉末を含有するいずれのニッケルも含むことを意味する。ニッケル成分は所定のパーセント範囲内にあるべきである。
【００３９】
銅粉末が本混合物の第３の成分である。銅は、混合物の０〜５％で添加され、より好ましくは１〜３％で添加され、最も好ましくは混合物の約２．０％の添加である。同様に、銅粉末は、限定されるものではないが、実質的に純粋な銅粒子、合金元素及び／又は他の強化元素と混合した銅粒子、及び／又はプレアロイ銅粒子などの粉末を含有するいずれの銅も含むことを意味する。実質量（約２０％まで）の銅は、密度、熱伝導性及び機械加工性を高める目的で銅溶浸工程中に添加される。
【００４０】
本発明の混合物の第４の成分は、好ましくはフェロモリブデンを含有するフェロアロイ粉末である。フェロアロイ粉末は混合物の５〜１５％を占め、より好ましくは混合物の７〜１２％を占め、混合物の約９％であることが最も好ましい。本発明での使用のためのモリブデン含有鉄ベースの粉末は、ShieldAlloyから市販されている。これは鉄と約６０質量％の溶解モリブデンとのプレ合金であり、約２．０質量％未満の他のプレアロイ元素を含有している。この鉄ベースの粉末は鉄とプレアロイ化されているモリブデンの他に元素を含んでもよいが、本発明のこの成分がモリブデン以外に鉄とのプレアロイ元素を実質的に含んでいなければ、一般に本発明の実施に有益である。
【００４１】
本発明の混合物の第５の成分は工具鋼粉末であり、これは混合物の０〜１５％を占める。この成分もまたプレアロイ粉末であることが好ましく、それは鉄、炭素、及び少なくとも１種の遷移元素のフェロアロイである。また、他の成分については、この成分を形成している鉄が実質的に冶金炭素又は遷移元素以外の不純物又は介在物を含まないことが好ましい。好適な工具鋼粉末としては、特に限定されるものではないが、Powdrexから市販されているＭ系工具鋼粉末がある。
【００４２】
本発明の混合物の第６の成分は、粉末珪酸マグネシウム水和物（タルクとして市販）、ＭｏＳ2又はＣａＦ2などの固形滑剤である。もちろん、限定されるものではないが二硫化物又はフッ化物系の固形滑剤をはじめとする通常の固形滑剤を本発明の混合物とともに使用してもよい。
【００４３】
本発明の混合物の第７の成分はグラファイトであり、これは混合物の０．５〜２％を占める。グラファイトは、好ましくは圧縮成形用混合物に炭素を添加する好ましい手段である。グラファイト粉末の好適な供給源の１つとしてＳｏｕｔｈｗｅｓｔｅｒｎ １６５１級があり、これはSouthwestern Industries Incorporatedの製品である。
【００４４】
本発明の混合物の第８の成分として粉末滑剤があり、これは混合物の０．３〜１．０％に相当する。粉末滑剤は焼結工程中に焼却又は熱分解されるので、本明細書では一時滑剤又は不安定滑剤と呼ばれている。好適な滑剤としては、ステアリン酸亜鉛、ワックス類、専売ではあるが市販の焼結時に揮発するエチレンステアリン酸アミド組成物など通常のワックス又は脂肪系材料が挙げられる。かかる好適な粉末滑剤の１つとして、Glyco Chemical Co．から市販されているＡＣＲＡＷＡＸ Ｃがある。
【００４５】
本発明の混合物の残部は、好ましくは０．６〜２．０％のＭｏ、０〜５％のＮｉ及び０〜３％のＣｕを含有する低合金鋼粉末である。好適な低合金鋼粉末ブレンドとしては、Hoeganaes Corporationから入手できる８５ＨＰ又は１５０ＨＰがある。
【００４６】
粉末冶金用混合物は均一な混合物を得るのに十分な時間、十分に混合される。通常、混合物は３０分〜２時間、より好ましくは４５分〜１時間半、最も好ましくは約１時間混合され、均一な混合物が得られる。ボールミキサーなどいずれの好適な混合手段を用いてもよい。
【００４７】
次いでこの混合物を、好ましくは５０〜６５トン／平方インチ（ＴＳＩ）（６８９〜８９６ＭＰａ）の圧縮成形圧、より好ましくは５７〜６３ＴＳＩ（７８６〜８６９ＭＰａ）で、最も好ましくは約６０ＴＳＩ（８２７ＭＰａ）の圧力で圧縮成形する。この圧縮成形はプレスして生の圧縮成形体を形成し、６．７〜７．１ｇ／ｃｍ3の所望の未加工密度、より好ましくは６．８〜７．０ｇ／ｃｍ3、最も好ましくは約６．９ｇ／ｃｍ3の密度を有する略成形体又はさらに成形体とするのに十分である。圧縮成形は通常所望の形のダイを用いて行われる。インサート部品製造用の鉄ベースの金属粉末の場合、滑らかにされた粉末混合物を少なくとも２０ＴＳＩ（２７６ＭＰａ）までプレスするが、通常はより高い圧力であり、例えば４０〜６０ＴＳＩ（５５２〜８２７ＭＰａ）までプレスする。通常、３５ＴＳＩ（４８３ＭＰａ）より小さい圧力はほとんど用いられない。また、６５ＴＳＩ（８９６ＭＰａ）を越える圧力が有用ではあるが、極端に高価になる可能性がある。そして、圧縮成形は一軸または平衡のいずれかで実施できる。
【００４８】
生の圧縮成形体は処理され、通常、圧縮成型体の焼結が起きる焼結炉に運ばれる。焼結とは、圧縮成型体の大部分の成分の液相温度以下に圧縮成型体を加熱することによる圧縮成型体中の隣接面の結合である。
【００４９】
本発明の焼結条件には、通常の焼結温度、例えば１０４０〜１１５０℃（最も好ましくは約１１００℃）が使用される。より高い焼結温度（１２５０〜１３５０℃、より好ましくは１２７０〜１３２０℃、最も好ましくは約１３００℃）は選択的に、窒素（Ｎ2）と水素（Ｈ2）のガス混合物の還元雰囲気下で、２０分〜１時間、好ましくは約３０分間用いられる。焼結は１１００℃より高い温度で、それらの接触点で粉末粒子の拡散結合を達成し、完全な焼結塊を形成させるに十分な時間行われる。焼結は好ましくはＮ2／Ｈ2又は約−４０℃のオーダーの露点を有する、関連した乾燥アンモニアなどの還元雰囲気下で行われる。焼結はまた、アルゴンのような不活性ガスを用いて行ってもよいし、また真空下で行ってもよい。
【００５０】
有利には、得られた製品は焼結したままの条件及び／又は熱処理条件の双方で使用してよい。好適な熱処理条件としては、限定されるものではないが、圧縮粉末冶金部品のさらなる窒化、浸炭、浸炭窒化、又は蒸気処理がある。また、得られた製品を銅溶浸して熱伝導性を向上させてもよい。
【００５１】
顕微鏡写真により、微細構造が、２０〜３０％、最も好ましくは約２５％のオーステナイトマトリックス内に微細カーバイドを含有する相、５〜１０％、好ましくは約７％のモリブデンリッチな硬質相、１〜５％、より好ましくは約２％の固形滑剤、及び残部として焼戻マルテンサイトからなることが明らかである。
【００５２】
最終品の化学組成は以下の表５の通りである。
【００５３】
【表５】
【００５４】
好ましい具体例では、最終品の化学組成は以下の表６の通りである。
【００５５】
【表６】
【００５６】
また好ましい具体例では、銅溶浸による最終品の化学組成は以下の表７の通りである。
【００５７】
【表７】
【００５８】
図４には「新規」とみなされる本発明を用いて製造されたインサート材料（図中“NEW”と記載）と、「従来」とみなされる従来使用されていた材料（図中“CURRENT”と記載）のそれとの高温硬さ比較が示されている。従来材料はこれまでエンジンで使用されおり、次のような化学物質含量を有する市販の製品である：Ｃ １．０５〜１．２５％、Ｍｎ １．０〜２．７％、Ｃｒ ４．０〜６．５％、Ｃｕ ２．５〜４．０％及びＮｉ １．６〜２．４％。また、硬さＨｖは、標準的なビッカース硬度試験に関して示される。試験手順の説明はY.S.Wangら，“The Effect of Operating Conditions on Heavy Duty Engine Valve Seat Wear",WEAR201(1996)に明らかである。
【００５９】
図５はシート磨耗リグ比較試験結果を示し、図６はシート磨耗リグ試験データを示している。シート磨耗リグ限界はリグ試験を通過した材料明示限界である。リグ磨耗試験法の説明はY.S.Wangら，"The Effect of Operating Conditions on Heavy Duty Engine Valve Seat Wear" ,WEAR201(1996)に明らかである。図６では、固形滑剤（図中“SOLID LUBRICANT”と記載）はＭｏＳ2である。硬質相（図中“HARD PHASE”と記載）はＦｅ−Ｍｏ粒子を表す。
【００６０】
図７は本発明と先行技術間の機械加工性比較のグラフである。機械加工性試験法の説明は、H.Rodrigues,"Sintered Valve Seat Inserts and Valve Guides:Factors Affecting Design,Performance,and Machinability,"Proceedings of the International Symposium on Valvetrain System and Design Materials,(1997)に示されている。
【００６１】
これらの図を注意深くみると、本発明で達成される所望の特性が向上していることがわかる。本発明は長時間高温であっても高い耐磨耗性を与える。
【実施例】
【００６２】
以下の実施例は本発明を例示するものであり、これらに限定されるものではない。
【００６３】
＜実施例１＞
以下の処方に従い、ダブルコーンミキサー中で粉末を３０分間混合する。混合物はバルブ鋼粉末２０％（OMG Americasから入手できる２３−８Ｎ、２１−４Ｎ又は２１−２Ｎなど）、Ｉｎｃｏから入手できるニッケル５％、OMG Americasから入手できる銅２％、フェロアロイ粉末１０％（ShieldAlloy製のＦｅ−Ｍｏ粉末など）、工具鋼粉末１０％(Powdrex製のＭ系工具鋼粉末など）、固形滑剤３％（Hohman Plating製の二硫化モリブデンなど）、Southwestern Graphite製のグラファイト１％、固形滑剤１％（Millwhite製の粉末珪酸マグネシウム水和物又はタルクなど）、Baychem製の不安定粉末滑剤ＡＣＲＡＷＡＸ Ｃ １％、及び残部として０．８５〜１．５％のモリブデンを含有するHoeganaes製の低合金鋼粉末からなる。
【００６４】
次いで、この混合物を６．８〜７．０ｇ／ｃｍ3の密度まで圧縮成形する。焼結は９０％窒素及び残部水素からなる還元雰囲気下で、２１００°Ｆ（１１４９℃）で２０〜３０分間行う。焼結後、１．０の炭素ポテンシャルで１６００°Ｆ（８７１℃）にて２時間浸炭させ、次いで油中で焼き入れする。浸炭後、窒素雰囲気下、８００°Ｆ（４２７℃）にて１時間焼戻す。
【００６５】
＜実施例２＞
以下の処方に従い、ダブルコーンミキサー中で粉末を３０分間混合する。混合物はバルブ鋼粉末２０％（OMG Americasから入手できる２３−８Ｎ、２１−４Ｎ又は２１−２Ｎ等）、Inco製のニッケル５％、OMG Americas製の銅２％、フェロアロイ粉末１０％（ShieldAlloy製のＦｅ−Ｍｏ粉末等）、工具鋼粉末１０％（Powdrex製のＭ系工具鋼粉末等）、固形滑剤３％（Hohman Plating製の二硫化モリブデン等）、Southwestern Graphite製のグラファイト１％、固形滑剤１％（Millwhite製の粉末珪酸マグネシウム水和物又はタルク等）、Baychem製の不安定粉末滑剤ＡＣＲＡＷＡＸ Ｃ １％、及び残部として１．５％のモリブデンを含有するHoeganaes製の低合金鋼粉末からなる。
【００６６】
次いでこの混合物を６．８〜７．０ｇ／ｃｍ3の密度まで圧縮成形し、Ｇｒｅｅｎｂａｃｋ ６８１粉末から銅スラッグを作製し、７．１〜７．３ｇ／ｃｍ3の密度まで圧縮成形する。溶浸物を部品の上に置き、それらを９０％の窒素及び残部水素からなる還元雰囲気下、２１００°Ｆ（１１４９℃）で２０〜３０分間同時に焼結させて、最小７．３ｇ／ｃｍ3の密度を達成する。焼結後、１．０の炭素ポテンシャルで１６００°Ｆ（８７１℃）にて２時間浸炭させ、次いで油中で焼き入れする。浸炭後、窒素雰囲気下、８００°Ｆ（４２７℃）にて１時間焼戻す。
【００６７】
本発明の原理の応用を例示するために本発明の特定の具体例を示し、詳細に説明したが、本発明はかかる原理から逸脱しない限り他の方法でも具体化され得ることが理解されよう。
【符号の説明】
【００６８】
１０ バルブアセンブリ
１２ バルブ
１４ バルブステムガイド
１６ バルブシート
１８ インサート
２４ シリンダーヘッド
２６ キャップ
２８ 丸み
３０ バルブステム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規な粉末冶金用混合物及びこれを用いる粉末冶金部品の製造方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の運転サイクルは当該技術分野で十分に公知である。燃焼の封止において効果的に相互作用させるための吸気及び排気バルブ、バルブガイド、及びバルブシートインサートの物理的要求は包括的に研究されている。
【０００３】
耐磨耗性は内燃機関で使用されるバルブシートインサートに対する第一の要求である。良好な耐熱耐腐食性と、耐磨耗性に結びついた機械加工性との組合せを達成する努力において、排気バルブシートインサートはコバルト、ニッケル又はマルテンサイト鉄ベースの合金鋳物から製造されてきた。これらの合金は一般に、鋳造合金に耐磨耗性カーバイドが存在するために、クロム及びニッケル含量の高いオーステナイト系耐熱鋼がより好ましいとされてきた。
【０００４】
粉末冶金は、正確な最終形状がかなり容易に達成されるので、バルブシートインサートならびにその他のエンジン部品の製造に使用されてきた。粉末冶金は、種々の金属組成物を又はセラミック組成物でさえも選択する際に、ならびに設計柔軟性を付与する際に寛容度を許している。
【０００５】
特許文献１は、粉末冶金を用いて製造された耐磨耗性製品を記載している。この特許は特にバルブシートインサートに関するものである。
【０００６】
また特許文献２は、粉末冶金部品及び粉末珪酸マグネシウム水和物の添加の有益な影響に関する。
【０００７】
注目される他の特許としては、特許文献３〜１２が挙げられる。
【０００８】
内燃機関用のバルブシートインサートには、長期間の高温でも高耐磨耗性を与えることができる高耐磨耗性材料を必要とする。バルブシートインサートはさらに、高温で繰り返される衝撃負荷の下でも耐高温性、高クリープ強度及び高疲労強度を併せ持つ必要がある。
【０００９】
典型的には、高合金粉末製のバルブシートインサート材は圧縮率に劣る。従って所望の密度レベルを達成するために、二段プレス、二段焼結、高温焼結、銅溶浸、及び熱鍛造などの方法が使用される。残念ながらこれは材料を極端に高価なものにする可能性がある。
【００１０】
このように、比較的高密度となる粉末冶金用混合物の必要性が依然として存在し、なお一段プレス及び／又は一段焼結法しか使用されない。かかる材料の混合物は６．７〜７．１ｇ／ｃｍ3の範囲の最小密度まで圧縮成形して、厳しいエンジン環境において働き得る部品とすることができよう。かかる粉末冶金用混合物はかなりコスト的に有効であり、なお有意な耐磨耗性、耐高温性、機械加工性、高いクリープ強度及び高い疲労強度を付与するであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第４，７２４，０００号
【特許文献２】米国特許第５，０４１，１５８号
【特許文献３】米国特許第４，５４６，７３７号
【特許文献４】米国特許第４，６７１，４９１号
【特許文献５】米国特許第４，７３４，９６８号
【特許文献６】米国特許第５，０００，９１０号
【特許文献７】米国特許第５，０３２，３５３号
【特許文献８】米国特許第５，０５１，２３２号
【特許文献９】米国特許第５，０６４，６１０号
【特許文献１０】米国特許第５，１５４，８８１号
【特許文献１１】米国特許第５，２７１，６８３号
【特許文献１２】米国特許第５，２８６，３１１号
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】バルブアセンブリ部品及びそのアセンブリ環境を示す断面図である。
【図２】より詳細なバルブアセンブリ部品を示す断面図である。
【図３】バルブシートインサート及び封止関係におけるバルブ取付け面のより詳細な断面図である。
【図４】本発明と従来材料との高温硬さの比較を示すグラフである。
【図５】本発明と従来材料とのシート磨耗リグ比較試験データを示すグラフである。
【図６】本発明と従来材料とのシート磨耗限界試験データを示すグラフである。
【図７】本発明と従来材料との機械加工性比較のデータを示すグラフである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、高温磨耗及び腐食抵抗のためのバルブ鋼粉末と、高温硬さ（「高温硬さ」とは、高温で測定される硬度を意味する）のためのフェロモリブデン、フェロバナジウム及びフェロニオビウム粉末などのフェロアロイ粉末と、機械加工性及び熱伝導性のための銅との独自な組合せを使用する新規粉末冶金用混合物を提供することによって、前記の問題ならびに他の問題を解決することにある。本発明の混合物には、耐磨耗性のための工具鋼粉末と、低い摩擦及び摺動磨耗を提供し、同時に機械加工性を向上させるために固形滑剤が含まれる。
【００１４】
従って、本発明の１つの目的は、比較的高密度を形成し、なおかつ一段プレス及び／又は一段焼結法しか必要としない新規粉末冶金用混合物にある。
【００１５】
本発明のもう１つの目的は、バルブ鋼粉末、ニッケル、銅、フェロアロイ粉末、工具鋼粉末、固形滑剤、グラファイト及び一時滑剤又は不安定滑剤、残部として実質的に選択量のモリブデンを含有する低合金鋼粉末の混合物を含有する粉末冶金混合物にある。
【００１６】
本発明のさらなる目的は、通常、硬度、高温硬さ、アブレシブ磨耗、凝着磨耗、かじり、高温酸化性及び耐熱クリープ性に優れた特性を与える耐磨耗性用途に使用される粉末冶金エンジン部品を提供することにある。
【００１７】
本発明のさらにもう１つの目的は、バルブシートインサートなどのエンジン部品を製造するための粉末冶金用混合物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、下記表１の成分組成からなる、粉末冶金用混合物である：
【００１９】
【表１】
【００２０】
また、本発明は、下記工程からなる粉末冶金部品の製造方法である：
・下記表２の成分組成の金属粉末混合物を準備する工程；
・均一に混合するために該混合物を混合する工程；
・少なくとも１段階で選択された緻密化圧縮にて、該混合された混合物を最小密度６．７ｇ／ｃｍ3まで、少なくとも概略成形体へ生の緻密体を圧縮する工程；及び
・圧縮した生の緻密体を１段階で焼結させて、粉末冶金部品を製造する工程。
【００２１】
【表２】
【発明の効果】
【００２２】
本発明の粉末冶金用混合物は先行技術の材料よりも、得られる成形品の耐高温磨耗性及び耐腐食性が向上しているとともに、機械加工性も向上している。そして、本発明の混合物は、一段プレス・焼結法により、容易に比較的高密度の材料を提供する。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明を特徴づける新規な種々の特徴は、本開示に添付され本開示の一部をなす請求の範囲で詳細に示されている。本発明は、その取扱いの利点及びその使用によって達成される特定の目的をよりよく理解するために、添付の実施例及び説明が記載され、その中で本発明の好ましい具体例を例示する。
【００２４】
１５万マイル（２４．１万ｋｍ）以上に達し得るエンジン耐久性を備えた車両を製造することが望ましい。かかる車両のエンジン部品を設計する際、部品には有意な耐磨耗性、耐高温性及び機械加工性を与える材料が必要とされる。
【００２５】
本明細書では特に明示されない限り、温度はすべてセ氏（℃）であり、パーセンテージ（％）はすべて質量基準である。
【００２６】
本発明は、バルブシートインサートのようなエンジン部品に特に適した粉末冶金部品を提供する。本発明の粉末冶金用混合物は特に窒化エンジンバルブ用のバルブシートインサートの製造に適している。本発明の粉末冶金部品は他の用途にも同じように適していることが直ちに明白になるはずである。バルブシートインサートなど本発明の粉末冶金用混合物で構成されたエンジンバルブ系統部品は、吸気バルブシートインサートならびに排気バルブシートインサート部品として使用してもよい。
【００２７】
図１〜３を参照すると、エンジンでの使用のために一般に設計されたバルブアセンブリ１０が示されている。バルブアセンブリ１０は各々バルブステムガイド１４の内径内で往復機関として支えられている複数のバルブ１２を含んでいる。バルブステムガイド１４は管状構造で、シリンダーヘッド２４に挿入されている。これらのエンジン部品は当業者に十分に公知の装置である。本発明は、改良や代替構造が種々の製造業者により提供されているので、いずれの特定の構造に限定されるものではない。これらのバルブアセンブリ部品の図面は、本発明のよりよい理解を助けるための例示の目的で提供されている。
【００２８】
バルブ１２は、バルブ１２のキャップ２６と丸み２８に間に挿入されているバルブシート面１６を含んでいる。バルブステム３０は通常は頸部２８の上方に位置し、普通バルブステムガイド１４内で支えられている。バルブシートインサート１８は通常はエンジンのシリンダーヘッド２４内に取り付けられている。インサート１８は示された断面を持つ環状であり、ともにバルブシート面１６を支えていることが好ましい。
【００２９】
粉末冶金部品が厳しいエンジン環境など厳しい環境下で働くためには、粉末冶金部品が６．７〜７．１グラム／立方センチメートル（ｇ／ｃｍ3）の最小密度まで圧縮成形できなければならない。混合物は、より好ましくは６．８〜７．０ｇ／ｃｍ3、最も好ましくは最小密度約６．９ｇ／ｃｍ3まで圧縮成形される。
【００３０】
本発明の粉末冶金用混合物は、バルブ鋼粉末、ニッケル、銅、フェロアロイ粉末、工具鋼粉末、固形滑剤、グラファイト、及び粉末一時滑剤又は不安定滑剤を、残部としての低合金鋼粉末とともに含む。本発明では、この混合物は前記成分を以下の表３の量で含んでいる。
【００３１】
【表３】
【００３２】
低合金鋼粉末は、０．６〜２．０％のモリブデンを含有する低合金鋼粉末であり、好ましくは、０．６〜２．０％のモリブデン、０〜５％のニッケル及び０〜３％の銅を含有する。
【００３３】
本発明の粉末冶金用混合物では、耐高温磨耗性及び耐腐食性のためのバルブ鋼粉末と高温硬さのためのフェロアロイ粉末を併用する。耐磨耗性及び高温硬さのためには工具鋼粉末が添加される。固形滑剤は滑り磨耗を少なくするため、ならびに機械加工性を向上させるために摩擦を小さくする。モリブデンやクロムのような合金元素は固溶体の耐磨耗性及び耐腐食性を強化する。ニッケル及びオーステナイト系バルブ鋼粉末は面心立方（ＦＣＣ）格子を安定化させ、耐熱性を達成する。フェロモリブデン硬粒子は磨耗及び高温硬さを与える。グラファイト、及び粉末珪酸マグネシウム水和物（タルク）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ2）又はフッ化カルシウム（ＣａＦ2）などの固形滑剤は耐磨耗性と機械加工性をよりよくする。ＡＣＲＡＷＡＸ Ｃなどの粉末不安定滑剤又は一時滑剤は圧縮成形中の工具の磨損を防ぐことによりダイ寿命を長くする。
【００３４】
粉末が所望の合金化学をもたらす合金成分の混合物であり得る限り、その粉末はプレアロイ粉末であることが好ましい。
【００３５】
本発明の混合物の第１の成分はバルブ鋼粉末であり、これは混合物の１５〜３０％であり、好ましくは１７〜２５％であり、より好ましくは１９〜２１％であり、最も好ましくは、バルブ鋼粉末は、混合物の約２０％を占めることである。好適なバルブ鋼粉末は、限定されるものではないが、OMG Americasから市販されている２１−２Ｎ、２３−８Ｎ又は２１−４Ｎがある。これらは鉄ベースの粉末であり、２１−２Ｎは基本的に２１％のＣｒと２％のＮｉを意味し、２１−４Ｎとは２１％のＣｒと４％のＮｉを意味し、同様に２３−８Ｎという表示は基本的に２３％のＣｒと８％のＮｉを意味している。
【００３６】
典型的な２１−２Ｎ、２３−８Ｎ及び２１−４Ｎの金属粉末の化学組成はそれぞれ以下の表４の範囲内にある：
【００３７】
【表４】
【００３８】
本発明の混合物の第２の成分はニッケルである。ニッケルは、混合物の０〜１０％、好ましくは５〜９％、より好ましくは６．０〜８．０％、最も好ましくは約７．０％で混合物に添加される。ニッケル粉末とは、限定されるものではないが、母合金として実質的に純粋なニッケル粒子、または合金元素と混合したニッケル粒子をはじめとする粉末を含有するいずれのニッケルも含むことを意味する。ニッケル成分は所定のパーセント範囲内にあるべきである。
【００３９】
銅粉末が本混合物の第３の成分である。銅は、混合物の０〜５％で添加され、より好ましくは１〜３％で添加され、最も好ましくは混合物の約２．０％の添加である。同様に、銅粉末は、限定されるものではないが、実質的に純粋な銅粒子、合金元素及び／又は他の強化元素と混合した銅粒子、及び／又はプレアロイ銅粒子などの粉末を含有するいずれの銅も含むことを意味する。実質量（約２０％まで）の銅は、密度、熱伝導性及び機械加工性を高める目的で銅溶浸工程中に添加される。
【００４０】
本発明の混合物の第４の成分は、好ましくはフェロモリブデンを含有するフェロアロイ粉末である。フェロアロイ粉末は混合物の５〜１５％を占め、より好ましくは混合物の７〜１２％を占め、混合物の約９％であることが最も好ましい。本発明での使用のためのモリブデン含有鉄ベースの粉末は、ShieldAlloyから市販されている。これは鉄と約６０質量％の溶解モリブデンとのプレ合金であり、約２．０質量％未満の他のプレアロイ元素を含有している。この鉄ベースの粉末は鉄とプレアロイ化されているモリブデンの他に元素を含んでもよいが、本発明のこの成分がモリブデン以外に鉄とのプレアロイ元素を実質的に含んでいなければ、一般に本発明の実施に有益である。
【００４１】
本発明の混合物の第５の成分は工具鋼粉末であり、これは混合物の０〜１５％を占める。この成分もまたプレアロイ粉末であることが好ましく、それは鉄、炭素、及び少なくとも１種の遷移元素のフェロアロイである。また、他の成分については、この成分を形成している鉄が実質的に冶金炭素又は遷移元素以外の不純物又は介在物を含まないことが好ましい。好適な工具鋼粉末としては、特に限定されるものではないが、Powdrexから市販されているＭ系工具鋼粉末がある。
【００４２】
本発明の混合物の第６の成分は、粉末珪酸マグネシウム水和物（タルクとして市販）、ＭｏＳ2又はＣａＦ2などの固形滑剤である。もちろん、限定されるものではないが二硫化物又はフッ化物系の固形滑剤をはじめとする通常の固形滑剤を本発明の混合物とともに使用してもよい。
【００４３】
本発明の混合物の第７の成分はグラファイトであり、これは混合物の０．５〜２％を占める。グラファイトは、好ましくは圧縮成形用混合物に炭素を添加する好ましい手段である。グラファイト粉末の好適な供給源の１つとしてＳｏｕｔｈｗｅｓｔｅｒｎ １６５１級があり、これはSouthwestern Industries Incorporatedの製品である。
【００４４】
本発明の混合物の第８の成分として粉末滑剤があり、これは混合物の０．３〜１．０％に相当する。粉末滑剤は焼結工程中に焼却又は熱分解されるので、本明細書では一時滑剤又は不安定滑剤と呼ばれている。好適な滑剤としては、ステアリン酸亜鉛、ワックス類、専売ではあるが市販の焼結時に揮発するエチレンステアリン酸アミド組成物など通常のワックス又は脂肪系材料が挙げられる。かかる好適な粉末滑剤の１つとして、Glyco Chemical Co．から市販されているＡＣＲＡＷＡＸ Ｃがある。
【００４５】
本発明の混合物の残部は、好ましくは０．６〜２．０％のＭｏ、０〜５％のＮｉ及び０〜３％のＣｕを含有する低合金鋼粉末である。好適な低合金鋼粉末ブレンドとしては、Hoeganaes Corporationから入手できる８５ＨＰ又は１５０ＨＰがある。
【００４６】
粉末冶金用混合物は均一な混合物を得るのに十分な時間、十分に混合される。通常、混合物は３０分〜２時間、より好ましくは４５分〜１時間半、最も好ましくは約１時間混合され、均一な混合物が得られる。ボールミキサーなどいずれの好適な混合手段を用いてもよい。
【００４７】
次いでこの混合物を、好ましくは５０〜６５トン／平方インチ（ＴＳＩ）（６８９〜８９６ＭＰａ）の圧縮成形圧、より好ましくは５７〜６３ＴＳＩ（７８６〜８６９ＭＰａ）で、最も好ましくは約６０ＴＳＩ（８２７ＭＰａ）の圧力で圧縮成形する。この圧縮成形はプレスして生の圧縮成形体を形成し、６．７〜７．１ｇ／ｃｍ3の所望の未加工密度、より好ましくは６．８〜７．０ｇ／ｃｍ3、最も好ましくは約６．９ｇ／ｃｍ3の密度を有する略成形体又はさらに成形体とするのに十分である。圧縮成形は通常所望の形のダイを用いて行われる。インサート部品製造用の鉄ベースの金属粉末の場合、滑らかにされた粉末混合物を少なくとも２０ＴＳＩ（２７６ＭＰａ）までプレスするが、通常はより高い圧力であり、例えば４０〜６０ＴＳＩ（５５２〜８２７ＭＰａ）までプレスする。通常、３５ＴＳＩ（４８３ＭＰａ）より小さい圧力はほとんど用いられない。また、６５ＴＳＩ（８９６ＭＰａ）を越える圧力が有用ではあるが、極端に高価になる可能性がある。そして、圧縮成形は一軸または平衡のいずれかで実施できる。
【００４８】
生の圧縮成形体は処理され、通常、圧縮成型体の焼結が起きる焼結炉に運ばれる。焼結とは、圧縮成型体の大部分の成分の液相温度以下に圧縮成型体を加熱することによる圧縮成型体中の隣接面の結合である。
【００４９】
本発明の焼結条件には、通常の焼結温度、例えば１０４０〜１１５０℃（最も好ましくは約１１００℃）が使用される。より高い焼結温度（１２５０〜１３５０℃、より好ましくは１２７０〜１３２０℃、最も好ましくは約１３００℃）は選択的に、窒素（Ｎ2）と水素（Ｈ2）のガス混合物の還元雰囲気下で、２０分〜１時間、好ましくは約３０分間用いられる。焼結は１１００℃より高い温度で、それらの接触点で粉末粒子の拡散結合を達成し、完全な焼結塊を形成させるに十分な時間行われる。焼結は好ましくはＮ2／Ｈ2又は約−４０℃のオーダーの露点を有する、関連した乾燥アンモニアなどの還元雰囲気下で行われる。焼結はまた、アルゴンのような不活性ガスを用いて行ってもよいし、また真空下で行ってもよい。
【００５０】
有利には、得られた製品は焼結したままの条件及び／又は熱処理条件の双方で使用してよい。好適な熱処理条件としては、限定されるものではないが、圧縮粉末冶金部品のさらなる窒化、浸炭、浸炭窒化、又は蒸気処理がある。また、得られた製品を銅溶浸して熱伝導性を向上させてもよい。
【００５１】
顕微鏡写真により、微細構造が、２０〜３０％、最も好ましくは約２５％のオーステナイトマトリックス内に微細カーバイドを含有する相、５〜１０％、好ましくは約７％のモリブデンリッチな硬質相、１〜５％、より好ましくは約２％の固形滑剤、及び残部として焼戻マルテンサイトからなることが明らかである。
【００５２】
最終品の化学組成は以下の表５の通りである。
【００５３】
【表５】
【００５４】
好ましい具体例では、最終品の化学組成は以下の表６の通りである。
【００５５】
【表６】
【００５６】
また好ましい具体例では、銅溶浸による最終品の化学組成は以下の表７の通りである。
【００５７】
【表７】
【００５８】
図４には「新規」とみなされる本発明を用いて製造されたインサート材料（図中“NEW”と記載）と、「従来」とみなされる従来使用されていた材料（図中“CURRENT”と記載）のそれとの高温硬さ比較が示されている。従来材料はこれまでエンジンで使用されおり、次のような化学物質含量を有する市販の製品である：Ｃ １．０５〜１．２５％、Ｍｎ １．０〜２．７％、Ｃｒ ４．０〜６．５％、Ｃｕ ２．５〜４．０％及びＮｉ １．６〜２．４％。また、硬さＨｖは、標準的なビッカース硬度試験に関して示される。試験手順の説明はY.S.Wangら，“The Effect of Operating Conditions on Heavy Duty Engine Valve Seat Wear",WEAR201(1996)に明らかである。
【００５９】
図５はシート磨耗リグ比較試験結果を示し、図６はシート磨耗リグ試験データを示している。シート磨耗リグ限界はリグ試験を通過した材料明示限界である。リグ磨耗試験法の説明はY.S.Wangら，"The Effect of Operating Conditions on Heavy Duty Engine Valve Seat Wear" ,WEAR201(1996)に明らかである。図６では、固形滑剤（図中“SOLID LUBRICANT”と記載）はＭｏＳ2である。硬質相（図中“HARD PHASE”と記載）はＦｅ−Ｍｏ粒子を表す。
【００６０】
図７は本発明と先行技術間の機械加工性比較のグラフである。機械加工性試験法の説明は、H.Rodrigues,"Sintered Valve Seat Inserts and Valve Guides:Factors Affecting Design,Performance,and Machinability,"Proceedings of the International Symposium on Valvetrain System and Design Materials,(1997)に示されている。
【００６１】
これらの図を注意深くみると、本発明で達成される所望の特性が向上していることがわかる。本発明は長時間高温であっても高い耐磨耗性を与える。
【実施例】
【００６２】
以下の実施例は本発明を例示するものであり、これらに限定されるものではない。
【００６３】
＜実施例１＞
以下の処方に従い、ダブルコーンミキサー中で粉末を３０分間混合する。混合物はバルブ鋼粉末２０％（OMG Americasから入手できる２３−８Ｎ、２１−４Ｎ又は２１−２Ｎなど）、Ｉｎｃｏから入手できるニッケル５％、OMG Americasから入手できる銅２％、フェロアロイ粉末１０％（ShieldAlloy製のＦｅ−Ｍｏ粉末など）、工具鋼粉末１０％(Powdrex製のＭ系工具鋼粉末など）、固形滑剤３％（Hohman Plating製の二硫化モリブデンなど）、Southwestern Graphite製のグラファイト１％、固形滑剤１％（Millwhite製の粉末珪酸マグネシウム水和物又はタルクなど）、Baychem製の不安定粉末滑剤ＡＣＲＡＷＡＸ Ｃ １％、及び残部として０．８５〜１．５％のモリブデンを含有するHoeganaes製の低合金鋼粉末からなる。
【００６４】
次いで、この混合物を６．８〜７．０ｇ／ｃｍ3の密度まで圧縮成形する。焼結は９０％窒素及び残部水素からなる還元雰囲気下で、２１００°Ｆ（１１４９℃）で２０〜３０分間行う。焼結後、１．０の炭素ポテンシャルで１６００°Ｆ（８７１℃）にて２時間浸炭させ、次いで油中で焼き入れする。浸炭後、窒素雰囲気下、８００°Ｆ（４２７℃）にて１時間焼戻す。
【００６５】
＜実施例２＞
以下の処方に従い、ダブルコーンミキサー中で粉末を３０分間混合する。混合物はバルブ鋼粉末２０％（OMG Americasから入手できる２３−８Ｎ、２１−４Ｎ又は２１−２Ｎ等）、Inco製のニッケル５％、OMG Americas製の銅２％、フェロアロイ粉末１０％（ShieldAlloy製のＦｅ−Ｍｏ粉末等）、工具鋼粉末１０％（Powdrex製のＭ系工具鋼粉末等）、固形滑剤３％（Hohman Plating製の二硫化モリブデン等）、Southwestern Graphite製のグラファイト１％、固形滑剤１％（Millwhite製の粉末珪酸マグネシウム水和物又はタルク等）、Baychem製の不安定粉末滑剤ＡＣＲＡＷＡＸ Ｃ １％、及び残部として１．５％のモリブデンを含有するHoeganaes製の低合金鋼粉末からなる。
【００６６】
次いでこの混合物を６．８〜７．０ｇ／ｃｍ3の密度まで圧縮成形し、Ｇｒｅｅｎｂａｃｋ ６８１粉末から銅スラッグを作製し、７．１〜７．３ｇ／ｃｍ3の密度まで圧縮成形する。溶浸物を部品の上に置き、それらを９０％の窒素及び残部水素からなる還元雰囲気下、２１００°Ｆ（１１４９℃）で２０〜３０分間同時に焼結させて、最小７．３ｇ／ｃｍ3の密度を達成する。焼結後、１．０の炭素ポテンシャルで１６００°Ｆ（８７１℃）にて２時間浸炭させ、次いで油中で焼き入れする。浸炭後、窒素雰囲気下、８００°Ｆ（４２７℃）にて１時間焼戻す。
【００６７】
本発明の原理の応用を例示するために本発明の特定の具体例を示し、詳細に説明したが、本発明はかかる原理から逸脱しない限り他の方法でも具体化され得ることが理解されよう。
【符号の説明】
【００６８】
１０ バルブアセンブリ
１２ バルブ
１４ バルブステムガイド
１６ バルブシート
１８ インサート
２４ シリンダーヘッド
２６ キャップ
２８ 丸み
３０ バルブステム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の成分組成である粉末冶金用混合物。
【表１】
但し、バルブ鋼粉末は、Ｃｒ １９．３〜２４．０質量％、Ｎｉ １．５〜９．０質量％を含むバルブ鋼粉末であり、フェロアロイ粉末は、少なくともＭｏ ６０質量％を含むフェロモリブデンアロイ粉末であり、低合金鋼粉末はＭｏ ０．６〜２．０質量％、Ｎｉ ０〜５質量％及びＣｕ ０〜３質量％を含む低合金Ｍｏ鋼粉末である。
【請求項２】
前記粉末冶金用混合物が、圧力５０〜６５トン／平方インチ（６８９〜８９６ＭＰａ）で圧縮成形される請求項１記載の粉末冶金用混合物。
【請求項３】
前記一時滑剤が、ステアリン酸塩、ステアリン酸アミド、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウム、エチレンビスステアリン酸アミド、及び合成ワックス滑剤からなる群より選択される請求項１記載の粉末冶金用混合物。
【請求項４】
前記固形滑剤が、水和マグネシウム珪酸塩鉱物、スルフィド滑剤、ＭｎＳ、ＣａＦ2、ＷＳ2、ＭｏＳ2、セレン化物滑剤、テルル化物滑剤及び雲母からなる群より選択される請求項１記載の粉末冶金用混合物。
【請求項５】
下記の工程を含む粉末冶金部品の製造方法：
・下記の成分組成の金属粉末混合物を準備する工程；
・均一に混合するために該混合物を混合する工程；
・少なくとも１段階で選択された緻密化圧縮にて、該混合された混合物を最小密度６．７ｇ／ｃｍ3まで、少なくとも概略成形体へ生の緻密体を圧縮する工程；及び
・圧縮した生の緻密体を１段階で焼結させて、粉末冶金部品を製造する工程。
【表２】
【請求項６】
さらに、熱処理、蒸気処理及び銅溶浸処理からなる群より選択される処理工程を含む請求項５記載の粉末冶金部品の製造方法。
【請求項７】
熱処理工程が、粉末冶金部品を浸炭させる工程を含む請求項６記載の粉末冶金部品の製造方法。
【請求項８】
熱処理工程が、粉末冶金部品を浸炭窒化させる工程を含む請求項６記載の粉末冶金部品の製造方法。
【請求項９】
さらに粉末冶金部品を機械加工してバルブシートインサートとする工程を含む請求項６記載の粉末冶金部品の製造方法。
【請求項１０】
低合金鋼粉末が、Ｍｏ ０．６〜２．０質量％、Ｎｉ ０〜５質量％及び銅 ０〜３質量％を含む請求項６記載の粉末冶金部品の製造方法。
【請求項１１】
フェロアロイ粉末が、フェロモリブデン粉末である請求項６記載の粉末冶金部品の製造方法。
【請求項１】
下記の成分組成である粉末冶金用混合物。
【表１】
但し、バルブ鋼粉末は、Ｃｒ １９．３〜２４．０質量％、Ｎｉ １．５〜９．０質量％を含むバルブ鋼粉末であり、フェロアロイ粉末は、少なくともＭｏ ６０質量％を含むフェロモリブデンアロイ粉末であり、低合金鋼粉末はＭｏ ０．６〜２．０質量％、Ｎｉ ０〜５質量％及びＣｕ ０〜３質量％を含む低合金Ｍｏ鋼粉末である。
【請求項２】
前記粉末冶金用混合物が、圧力５０〜６５トン／平方インチ（６８９〜８９６ＭＰａ）で圧縮成形される請求項１記載の粉末冶金用混合物。
【請求項３】
前記一時滑剤が、ステアリン酸塩、ステアリン酸アミド、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウム、エチレンビスステアリン酸アミド、及び合成ワックス滑剤からなる群より選択される請求項１記載の粉末冶金用混合物。
【請求項４】
前記固形滑剤が、水和マグネシウム珪酸塩鉱物、スルフィド滑剤、ＭｎＳ、ＣａＦ2、ＷＳ2、ＭｏＳ2、セレン化物滑剤、テルル化物滑剤及び雲母からなる群より選択される請求項１記載の粉末冶金用混合物。
【請求項５】
下記の工程を含む粉末冶金部品の製造方法：
・下記の成分組成の金属粉末混合物を準備する工程；
・均一に混合するために該混合物を混合する工程；
・少なくとも１段階で選択された緻密化圧縮にて、該混合された混合物を最小密度６．７ｇ／ｃｍ3まで、少なくとも概略成形体へ生の緻密体を圧縮する工程；及び
・圧縮した生の緻密体を１段階で焼結させて、粉末冶金部品を製造する工程。
【表２】
【請求項６】
さらに、熱処理、蒸気処理及び銅溶浸処理からなる群より選択される処理工程を含む請求項５記載の粉末冶金部品の製造方法。
【請求項７】
熱処理工程が、粉末冶金部品を浸炭させる工程を含む請求項６記載の粉末冶金部品の製造方法。
【請求項８】
熱処理工程が、粉末冶金部品を浸炭窒化させる工程を含む請求項６記載の粉末冶金部品の製造方法。
【請求項９】
さらに粉末冶金部品を機械加工してバルブシートインサートとする工程を含む請求項６記載の粉末冶金部品の製造方法。
【請求項１０】
低合金鋼粉末が、Ｍｏ ０．６〜２．０質量％、Ｎｉ ０〜５質量％及び銅 ０〜３質量％を含む請求項６記載の粉末冶金部品の製造方法。
【請求項１１】
フェロアロイ粉末が、フェロモリブデン粉末である請求項６記載の粉末冶金部品の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２１６０１６（Ｐ２０１０−２１６０１６Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０３５８０（Ｐ２０１０−１０３５８０）
【出願日】平成２２年４月２８日（２０１０．４．２８）
【分割の表示】特願平１１−３２９５９９の分割
【原出願日】平成１１年１１月１９日（１９９９．１１．１９）
【出願人】（３９００３３０２０）イートン コーポレーション (290)
【氏名又は名称原語表記】ＥＡＴＯＮ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２８日（２０１０．４．２８）
【分割の表示】特願平１１−３２９５９９の分割
【原出願日】平成１１年１１月１９日（１９９９．１１．１９）
【出願人】（３９００３３０２０）イートン コーポレーション (290)
【氏名又は名称原語表記】ＥＡＴＯＮ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
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