KR20010011266A - Sintered steel alloy and fabrication method of valve-seat using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무연 가솔린, 디젤, LPG 연료의 연료사정별, 배기량별 및 캠샤프트 형식(DOHC, SOHC) 등의 사용조건에 부응하여 공용화할 수 있는 각종 내연기관의 흡배기밸브용 밸브시이트(valve seat)에 적용되는 것으로 탁월한 내마모성 및 내열성을 가지는 철계 소결합금 및 이를 이용한 밸브시이트의 제조방법에 관한 것이다.The present invention provides a valve seat for intake / exhaust valves of various internal combustion engines that can be used in common in response to the use conditions of unleaded gasoline, diesel, and LPG fuels according to fuel conditions, displacements, and camshaft types (DOHC, SOHC). The present invention relates to an iron base alloy having excellent wear resistance and heat resistance and a method of manufacturing a valve sheet using the same.
일반적으로 엔진에는 혼합가스를 연소실 안으로 흡입하는 흡기밸브와, 연소가스를 외부로 배출시키기 위한 배기밸브가 구비되어 있는데, 밸브시이트는 상기 흡배기밸브의 페이스(face)와 밀착함으로써, 연소실의 압력이 새는 것을 방지하여 완전한 기밀을 유지시켜 주는 부품이다.In general, the engine is provided with an intake valve for sucking the mixed gas into the combustion chamber and an exhaust valve for discharging the combustion gas to the outside. The valve seat is in close contact with the face of the intake and exhaust valve, so that the pressure in the combustion chamber is leaked. It is a component that keeps the airtightness by preventing it.
이러한 밸브시이트는 최근의 내연기관이 소형화, 고출력화 됨에 따라 사용압력과 온도의 증가에 대응하는 내마모성ㆍ내열성을 가지는 철계 소결합금으로 이루어진다. 즉, 엔진작동 중에 가속운동을 하고 또한 시간당 수십만 번 개폐운동을 하는 밸브와 되풀이해서 충돌해도 손상되지 않을 정도로 강한 내마모성을 지녀야 하며, 연소실의 고온가스에 장시간 노출된 상태에서도 견뎌야하므로 강한 내열성도 동시에 가져야 한다.The valve seat is made of an iron base alloy having wear resistance and heat resistance corresponding to an increase in operating pressure and temperature as the internal combustion engine has become smaller and higher in power. In other words, it must have strong wear resistance that will not be damaged even if it repeatedly collides with the valve which accelerates during engine operation and also opens and closes several hundred thousand times per hour. do.
이를 테면, 상기 밸브시이트는 고충격 및 고온의 가스하에서 작동되므로 밸브와의 접촉 및 마찰, 배기가스에의 노출 등을 견디어야 하는 사용조건이 매우 가혹하기 때문에 약 700℃까지의 고온에서 내마모성, 내식성, 내산화성 및 고온특성 향상의 필요성이 더욱 요구된다. 또한, 최근 자동차의 국제상품으로서의 성격상, 수입지역마다 상이한 여러조건에 대해서도 광범위하게 대응할 수 있는 밸브시이트용 소결합금이 요망된다.For example, since the valve seat is operated under high impact and high temperature gases, the wear and corrosion resistance at high temperatures up to about 700 ° C. is very severe because the operating conditions that must withstand contact and friction with the valve and exposure to exhaust gases are very harsh. Further, there is a need for further improvement in oxidation resistance and high temperature characteristics. In addition, in recent years, due to the nature of automobiles as an international product, there is a need for a small bond alloy for valve seat that can cope with a wide range of conditions that differ from region to region.
뿐만 아니라, 종래의 밸브시이트용 철계 소결합금은 배기량별, 캠-샤프트 형식(DOHC,SOHC) 및 사용연료의 종류 등의 사용조건에 따라 적용재질이 상이하였다. 특히, 연소조건이 가혹한 저가의 LPG 연료용 엔진에는 사용되지 못하였다. 이에, 상기와 같은 모든 사용조건에 재질을 공용화할 수 있을 뿐만 아니라, 특히 LPG 연료용 엔진에서도 적용될 수 있는 밸브시이트용 철계 소결합금에 대한 요구가 증대되고 있다.In addition, the conventional iron-based ferrous alloy for valve seats has a different application material according to the use conditions such as the displacement, cam-shaft type (DOHC, SOHC) and the type of fuel used. In particular, they have not been used in low cost LPG fueled engines with severe combustion conditions. Thus, not only can the material be shared in all the above use conditions, but there is an increasing demand for a ferrous base alloy for valve seat that can be applied to an LPG fuel engine.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 엔진의 고출력화에 대응할 수 있는 내마모성 및 내열성을 가지며, 무연 가솔린이나 디젤연료는 물론 LPG연료라도 뛰어난 성능을 가지며, 다른 여러 조건하에서도 공용화할 수 있는 철계 소결합금 및 이를 이용한 밸브시이트의 제조방법을 제공하는 점에 그 목적이 있다.The present invention has been made to improve the above problems, has a wear resistance and heat resistance that can cope with high engine power output, excellent performance even in LPG fuel, as well as unleaded gasoline or diesel fuel, and can be shared under various other conditions. An object of the present invention is to provide an iron-based small alloy and a method for producing a valve sheet using the same.
도 1은 본 발명에 따른 철계 소결합금의 조직을 확대해 보인 현미경 사진(×200)이고,1 is a micrograph (× 200) showing an enlarged structure of the iron-based small alloy according to the present invention,
그리고, 도 2는 본 발명에 따른 철계 소결합금을 이용한 밸브시이트의 제조방법을 설명하기 위한 플로우-챠트이다.2 is a flow chart for explaining a method for manufacturing a valve sheet using an iron-based small alloy according to the present invention.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
A... 솔바이트(sorbite)/베이나이트(bainite) 혼합기지조직A ... sorbite / bainite mixed base tissue
B... Co계 경질입자상(hard phase)B ... Co hard phase
C... Mo계 경질입자상(hard phase)C ... Mo hard phase
D... 함침PbD ... impregnation Pb
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 철계 소결합금은 내연기관의 엔진에 채용되는 것으로 흡배기밸브의 개폐시, 상기 밸브와의 기밀성을 유지하여 연소실 내의 열효율을 증진시키기 위한 엔진 밸브시이트에 적용되는 철계 소결합금에 있어서, 0.5∼2.0 중량부 Cr, 6.0∼10.0 중량부 Mo, 0.1∼2.0 중량부 Si, 9.0∼14.0 중량부 Co, 0.5∼2.0 중량부 Ni, 2.0∼6.0 Cu, 0.6∼1.2 중량부 C, 5.0∼15.0 중량부 Pb, 3.0 이하 중량부 기타 및 나머지는 Fe로 된 조성물이 구비되고, 솔바이트 및 베이나이트의 혼합기지조직에 Co계 경질입자상 및 Mo계 경질입자상이 균일하게 분산되어 있는 것을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the iron-based small alloy alloy according to the present invention is employed in an engine of an internal combustion engine, and is applied to an engine valve sheet for improving heat efficiency in a combustion chamber by maintaining airtightness with the valve when opening and closing an intake / exhaust valve. 0.5-2.0 parts by weight Cr, 6.0-10.0 parts by weight Mo, 0.1-2.0 parts by weight Si, 9.0-14.0 parts by weight Co, 0.5-2.0 parts by weight Ni, 2.0-6.0 Cu, 0.6-1.2 Parts by weight C, 5.0-15.0 parts by weight Pb, 3.0 parts by weight or less The other and the remainder are provided with a composition made of Fe, uniformly dispersed Co-based and Mo-based hard particles in the mixed base structure of sorbite and bainite Characterized in that it comprises a.
이와 더불어, 기계가공시 피삭성을 좋게 하기 위하여 상기 조성물에 2.0 중량부 이하의 MnS이 더 부가되는 것이 바람직하고, 상기 혼합기지 또는 경질입자상에 형성된 기공에는 자기윤활작용이 가능하게 하는 Pb이 함침되어 있는 것이 바람직하다.In addition, in order to improve machinability during machining, MnS of 2.0 parts by weight or less is preferably added to the composition, and pores formed on the mixed base or hard particles are impregnated with Pb to enable self-lubrication. It is desirable to have.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 철계 소결합금을 이용한 밸브시이트의 제조방법은 내연기관의 엔진에 채용되는 것으로 흡배기밸브의 개폐시, 상기 밸브와의 기밀성을 유지하여 연소실 내의 열효율을 증진시키기 위한 엔진 밸브시이트에 적용되는 철계 소결합금의 제조방법에 있어서, 0.5∼2.0 중량부 Cr, 6.0∼10.0 중량부 Mo, 0.1∼2.0 중량부 Si, 9.0∼14.0 중량부 Co, 0.5∼2.0 중량부 Ni, 2.0∼6.0 Cu, 0.6∼1.2 중량부 C, 5.0∼15.0 중량부 Pb, 3.0 이하 중량부 기타 및 나머지는 Fe로 된 조성물을 배합하고 이들의 조성물을 혼합기에서 균일하게 혼합하는 원재료 혼합공정; 혼합된 상기 조성물을 압축성형하여 성형체를 형성하는 성형공정; 상기 성형체를 탄소가 확산되지 않는 온도에서 N2+H2의 혼합가스 분위기로 소결을 실시하여 다소의 강도를 갖게 하는 예비소결공정; 상기 예비소결체를 금형에 장입하고 상,하에서 10∼15TON/㎠의 압력을 가하여 상기 예비소결체의 밀도를 증가시켜 기지의 치밀화를 갖게 하는 냉간단조공정(S4); 상기 냉간단조체를 용융점 이하의 온도에서 N2+H2의 혼합가스 분위기로 소결하여 Co계 경질입자상과 Mo계 경질입자상이 균일하게 기지에 확산되어 접합되고 기지는 솔바이트 및 베이나이트를 형성시키는 2차소결공정; 상기 소결체의 자기윤활을 위해 상기 혼합기지 또는 경질입자상에 형성된 기공 안에 윤활특성이 탁월한 Pb을 함침시키는 Pb함침공정; 및 기계가공 및 기계가공 후 쇠가시를 제거하기 위한 바렐공정을 거침으로써 밸브시이트의 완성품을 얻는 후공정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in order to achieve the above object, the manufacturing method of the valve seat using the iron-based sintered alloy according to the present invention is employed in the engine of the internal combustion engine, when opening and closing the intake / exhaust valve, maintaining airtightness with the valve and thermal efficiency in the combustion chamber In the method for producing an iron base alloy applied to an engine valve seat for improving the pressure, 0.5 to 2.0 parts by weight Cr, 6.0 to 10.0 parts by weight Mo, 0.1 to 2.0 parts by weight Si, 9.0 to 14.0 parts by weight Co, 0.5 to 2.0 Parts by weight Ni, 2.0 to 6.0 Cu, 0.6 to 1.2 parts by weight C, 5.0 to 15.0 parts by weight Pb, 3.0 parts by weight or less The other and the remainder are blended with raw materials to mix the composition uniformly in a mixer fair; A molding step of forming a molded body by compression molding the mixed composition; A pre-sintering step of sintering the molded body in a mixed gas atmosphere of N 2 + H 2 at a temperature at which carbon does not diffuse; Cold forging step (S4) to charge the pre-sintered body into a mold and to increase the density of the pre-sintered body by applying a pressure of 10 ~ 15TON / ㎠ in the upper and lower (S4); The cold forging is sintered in a mixed gas atmosphere of N 2 + H 2 at a temperature below the melting point, whereby Co-based hard particles and Mo-based hard particles are uniformly diffused and joined to the base, and the base forms sorbite and bainite. Secondary sintering process; A Pb impregnation process for impregnating Pb having excellent lubricating properties in pores formed on the mixed base or hard particles for self lubrication of the sintered body; And a post process of obtaining a finished product of the valve seat by subjecting it to a barrel process for removing iron bark after machining and machining.
상기 예비소결공정은 A1변태점과 A3변태점 사이의 온도인 723℃∼910℃로 소결하는 것이 바람직하다.The pre-sintering process is preferably sintered at 723 ℃ to 910 ℃ the temperature between the A 1 transformation point and the A 3 transformation point.
상기 Pb함침공정은 상기 소결체를 진공상태에서 가열하여 진공상태에서 Pb용융액 속에 상기 소결체를 진공상태에서 장입한 후, Pb 함침효율을 높이기 위해 N2가스를 4기압이상으로 10분∼60분 동안 가하여 상기 소결체의 기공 안에 상기 Pb용융액을 함침시키는 것이 바람직하다.In the Pb impregnation process, the sintered body is heated in a vacuum state, the sintered body is charged in a Pb melt in a vacuum state, and then, N 2 gas is added at 4 atmospheres or more for 10 minutes to 60 minutes to increase Pb impregnation efficiency. It is preferable to impregnate the Pb melt in the pores of the sintered compact.
따라서, 본 발명의 철계 소결합금 및 이를 이용하여 제조되는 벨브시이트는 엔진의 고출력화에 대응할 수 있는 내마모성 및 내열성을 가지며, 무연 가솔린이나 디젤연료는 물론이고, LPG연료라도 뛰어난 성능을 가짐과 동시에, 다른 여러 조건하에서도 공용화할 수 있는 점에 그 특징이 있다.Therefore, the iron base alloy of the present invention and the valve sheet manufactured using the same have wear resistance and heat resistance that can cope with high engine output, and lead-free gasoline or diesel fuel, as well as LPG fuel, have excellent performance and Its feature is that it can be shared under different conditions.
이러한 특징을 가진 본 발명에 따른 철계 소결합금을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.The iron-based small alloy according to the present invention having such a feature will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 철계 소결합금은 내연기관의 엔진에 채용되어 흡배기밸브의 개폐시, 상기 밸브와의 기밀성을 유지하여 연소실 내의 열효율을 증진시키기 위한 엔진 밸브시이트에 적용가능하다.As shown in FIG. 1, the iron-based small alloy according to the present invention is employed in an engine of an internal combustion engine, and is applicable to an engine valve sheet for improving heat efficiency in a combustion chamber by maintaining airtightness with the valve when opening and closing an intake / exhaust valve. Do.
이에, 상기 철계 소결합금은 0.5∼2.0 중량부 Cr, 6.0∼10.0 중량부 Mo, 0.1∼2.0 중량부 Si, 9.0∼14.0 중량부 Co, 0.5∼2.0 중량부 Ni, 2.0∼6.0 Cu, 0.6∼1.2 중량부 C, 5.0∼15.0 중량부 Pb, 3.0 이하 중량부 기타 및 나머지는 Fe로 된 조성물이 구비되고, HRA 55∼75의 표면경도와, 7.7∼8.2g/cc의 밀도를 가지며, mHv(100g) 350∼550의 미세경도를 가진 솔바이트 및 베이나이트의 혼합기지조직(A)에 mHv(100g) 600∼900의 미세경도를 갖는 Co계 경질입자상(B)과, mHv(100g) 1000∼1500의 미세경도를 갖는 Mo계 경질입자상(C)이 균일하게 분산된 조직을 갖는다.Thus, the iron-based small alloy is 0.5 to 2.0 parts by weight Cr, 6.0 to 10.0 parts by weight Mo, 0.1 to 2.0 parts by weight Si, 9.0 to 14.0 parts by weight Co, 0.5 to 2.0 parts by weight Ni, 2.0 to 6.0 Cu, 0.6 to 1.2 Parts by weight C, 5.0-15.0 parts by weight Pb, 3.0 parts by weight or less, and others are provided with a composition made of Fe, have a surface hardness of HRA 55-75, a density of 7.7-8.2 g / cc, and mHv (100 g). In the mixed base structure (A) of sorbite and bainite having a microhardness of 350 to 550, mHv (100 g) and a Co-based hard particle phase (B) having a microhardness of 600 to 900 and mHv (100 g) of 1000 to 1500 Mo-based hard particle phase (C) having a fine hardness of has a uniformly dispersed structure.
이와 더불어, 상기 조성물에는 기계가공시 피삭성을 좋게 하기 위한 2.0 중량부 이하의 MnS이 더 부가될 수 있으며, 상기 혼합기지조직(A) 또는 경질입자상(B,C)에 형성되는 기공에는 자기윤활작용이 가능하여 내마모성 및 내열성을 향상시키기 위한 Pb(D)이 함침되어 있다.In addition, MnS of 2.0 parts by weight or less may be further added to the composition to improve machinability during machining, and self-lubrication is performed in the pores formed in the mixed base structure (A) or the hard particle phase (B, C). Pb (D) is impregnated to improve abrasion resistance and heat resistance.
이 소결합금으로 밸브시이트를 제조할 경우에는 엔진의 고출력화에 대응할 수 있는 내마모성 및 내열성을 가지며, 무연가솔린 엔진은 물론 디젤이나 LPG연료용 엔진에서와 같이 가혹한 조건에서도 공용화할 수 있는 우수한 성능을 발휘한다. 또한, 배기량별 및 캠-샤프트 형식(DOHC,SOHC) 등의 사용조건에 따라서도 적용재질을 공용화할 수 있으므로 결과적으로는, 생산라인이 단순화되어 원가절감을 초래한다.When the valve seat is manufactured from this small alloy, it has abrasion resistance and heat resistance to cope with high engine output, and shows excellent performance that can be shared in harsh conditions such as an unleaded gasoline engine and a diesel or LPG fuel engine. do. In addition, since the application material can be shared according to the use amount of each displacement and cam-shaft type (DOHC, SOHC), etc., as a result, the production line is simplified, resulting in cost reduction.
상기 조성물에 대한 효과와 그 조성한정의 이유를 상세히 설명하면 다음과 같다.When explaining the effect of the composition and the reason for the composition limitation in detail as follows.
본 발명에 따른 철계 소결합금은 솔바이트 및 베이나이트의 혼합기지조직(A)에 Co계 경질입자상 및 Mo계 경질입자상(B,C)이 균일하게 분산되어 있으며, 기공에 Pb이 함침되어 있는 재질로서 기지재는 Fe-Co-MO-Ni의 합금이다. 즉, 기지에 첨가된 Co는 그 일부가 Fe, Mo, C와 함께 복탄화물인 경질입자를 석출하여 기지금속에 균일하게 분산되도록 하여 내마모성에 기여하며, 일부는 기지에 고용되어 내열성에 크게 기여한다. 여기서, 함량은 6.0∼7.0 중량부로 규제한다.In the iron-based small alloy according to the present invention, Co-based hard particles and Mo-based hard particles (B, C) are uniformly dispersed in the mixed base structure (A) of sorbite and bainite, and Pb is impregnated into the pores. The base material is an alloy of Fe-Co-MO-Ni. In other words, Co added to the base contributes to wear resistance by precipitating hard particles, which are complex carbides with Fe, Mo, and C, to be uniformly dispersed in the base metal, and contributes to the wear resistance. . Here, the content is regulated to 6.0 to 7.0 parts by weight.
기지에 첨가되는 Ni은 기지금속에 확산 고용되어 내열성 및 고온특성을 향상시킨다. 이에, 함량이 0.5 중량부 미만이면 상기 효과가 미약하고, 2.0 중량부를 초과하면 기지조직의 전체가 마르텐사이트로 변화되어 필요이상 경도가 커지고, 기계 가공성이 저하된다. 여기서 함량은 0.5∼2.0 중량부로 한다.Ni added to the base is diffused and dissolved in the base metal to improve heat resistance and high temperature characteristics. Thus, if the content is less than 0.5 parts by weight, the above effect is insignificant, and if it exceeds 2.0 parts by weight, the whole of the matrix structure is changed to martensite and the hardness becomes larger than necessary, and the machinability is lowered. Here, the content is 0.5 to 2.0 parts by weight.
기지에 첨가되는 Mo은 Fe, Co, C와 함께 복탄화물을 형성하게 되어 우수한 내마모성과 내열성을 얻게되며, 기지 중에 확산되어 고온안정성에 기여한다. 그 함량이 1.0 중량부 미만이면 석출입자의 미약으로 내마모성이 떨어지게 되고, 2.0 중량부를 초과하면 기지금속이 취약하게 되어 기계가공성이 저하됨으로 인해 증진된 효과를 기대할 수 없게 된다. 따라서 그 함량은 1.3∼1.7 중량부로 한다.Mo added to the base forms a complex carbide together with Fe, Co and C to obtain excellent wear resistance and heat resistance, and diffuses in the base contributes to high temperature stability. If the content is less than 1.0 parts by weight, the wear resistance of the precipitated particles are weak, and if the content exceeds 2.0 parts by weight, the base metal is vulnerable, and the machinability decreases, so that the enhanced effect cannot be expected. Therefore, the content is 1.3 to 1.7 parts by weight.
기지에 첨가되는 Cu(90 중량부)-Sn(10 중량부) 합금은 기지에 고용되어 강도를 개선시키기 위한 것으로 열전도성이 우수하기 때문에 고온 작동시에 열하중이 격감되고 소결된 소결체의 유연성이 향상된다. 또한, 소결과정에서 Fe 중에 고용되어 냉각시 기지에 미세 석출됨으로써 내마모성 향상에 기여한다. 그 함량이 2.0 중량부 미만이면, 기지에 고용되는 양이 미흡하여 상기의 효과를 기대할 수 없고, 6.0 중량부를 초과하면 일부 미고용 입자잔존으로 조직이 불균일하게 되며 치수변화도 동일한 현상을 나타냄에 따라 치수관리가 어렵게 된다. 따라서, Cu 함량은 2.0∼6.0 중량부로 하며, Sn은 기타성분으로 규제한다.The Cu (90 parts by weight) -Sn (10 parts by weight) alloy added to the substrate is used to improve the strength by solid solution in the substrate. Since the thermal conductivity is excellent, the thermal load is reduced during high temperature operation and the flexibility of the sintered sintered body is reduced. Is improved. In addition, by solid solution in Fe during the sintering process to fine precipitate on the base during cooling contributes to the improvement of wear resistance. If the content is less than 2.0 parts by weight, the amount of the solid solution to the base is not enough to expect the above effects, and if the content exceeds 6.0 parts by weight, the tissue is uneven due to the remaining unemployed particles and the dimensional change is also the same phenomenon Dimensional management becomes difficult. Therefore, Cu content is set to 2.0 to 6.0 parts by weight, and Sn is regulated by other components.
기지에 첨가되는 C는 다른 원소와 탄화물을 형성하여 기지에 확산됨으로써 재료의 강도 및 경도의 향상에 따른 내마모성을 향상시키고, Fe 기지에 고용된 C는 기지의 강도를 향상시키게 된다. 그 함량이 0.4 중량부 미만이면 기지금속에 퍼얼라이트와 함께 페라이트가 과다형성되므로 기지가 연화하여 강도와 내마모성이 저하된다. 반면, 1.2 중량부를 초과하면 퍼얼라이트에 소요되고 남은 탄소가 망상(network) 구조의 시멘타이트를 형성하여 기지금속을 취약하게 한다. 따라서, 0.4∼1.2 중량부가 적당하다.C added to the matrix forms carbides with other elements and diffuses into the matrix, thereby improving wear resistance according to the improvement of the strength and hardness of the material, and C dissolved in the Fe matrix improves the strength of the matrix. If the content is less than 0.4 part by weight, the ferrite is excessively formed together with the ferrite in the base metal, so that the base is softened, thereby reducing the strength and wear resistance. On the other hand, if the content exceeds 1.2 parts by weight, the carbon remaining in the pearlite forms cementite having a network structure, thereby making the base metal vulnerable. Therefore, 0.4-1.2 weight part is suitable.
기지에 첨가되는 MnS는 고온에서도 화합물로서 분해되지 않고 안정되기 때문에 소결 후 MnS의 형태로 소결체중에 잔류하여 기계가공시 피삭성이 좋은 소결체를 얻을 수 있으나, 그 함량이 2.0 중량부 초과하면 기지가 취화하여 상기의 효과가 저하된다.Since the MnS added to the matrix is stable and does not decompose as a compound even at a high temperature, it remains in the sintered compact in the form of MnS after sintering to obtain a sintered compact with good machinability during machining, but when the content exceeds 2.0 parts by weight, the matrix becomes brittle. The above effect is lowered.
경질입자상으로 첨가된 Co계 경질입자상(B)은 미세경도 mHv(100g) 600∼900을 갖으며 고온에서도 연화되지 않아 상온 및 고온 내마모성이 우수한 경질입자상으로서 밸브의 하중을 받아 기지로 전파시켜 주는 역할을 한다. 상기 Co계 경질입자상(B)의 조성은 27.0∼30.0 중량부 Mo, 7.5∼9.5 중량부 Cr, 2.30∼2.80 중량부 Si, 0.05 이하 중량부 C 및 나머지 Co로 조성되며, 첨가량은 10.0∼15.0 중량부로 한다.Co-based hard particle phase (B) added as hard particles has a fine hardness mHv (100 g) of 600 to 900 and does not soften even at high temperature, and is a hard particle phase having excellent room temperature and high temperature wear resistance. Do it. The Co-based hard particle phase (B) is composed of 27.0 to 30.0 parts by weight Mo, 7.5 to 9.5 parts by weight Cr, 2.30 to 2.80 parts by weight Si, 0.05 or less parts by weight C, and the remaining Co, and the addition amount is 10.0 to 15.0 parts by weight. To wealth.
경질입자상으로 첨가된 Mo계 경질입자상(C)은 미세경도 mHv(100g) 1000∼1500을 갖으며, 상온에서 내마모성이 우수한 경질입자상으로서 밸브의 하중을 받아 기지로 전파시켜 주는 역할을 한다. Mo계 경질입자상(C)의 조성은 60.0∼65.0 중량부 Mo와, 나머지 Fe로 구성되며, 첨가량은 5.0∼10.0 중량부로 한다.Mo-based hard particle phase (C) added as a hard particle phase has a fine hardness mHv (100g) 1000 to 1500, and is a hard particle phase having excellent abrasion resistance at room temperature and serves to propagate to the base under the load of the valve. The composition of the Mo-based hard particle phase (C) is composed of 60.0 to 65.0 parts by weight of Mo and the remaining Fe, and the addition amount is 5.0 to 10.0 parts by weight.
이하, 본 발명에 따른 철계 소결합금을 이용한 밸브시이트의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a valve sheet using an iron-based small alloy according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2에 도시된 바와 같이, 우선, 엄격한 검사를 거쳐 준비된 0.5∼2.0 중량부 Cr, 6.0∼10.0 중량부 Mo, 0.1∼2.0 중량부 Si, 9.0∼14.0 중량부 Co, 0.5∼2.0 중량부 Ni, 2.0∼6.0 Cu, 0.6∼1.2 중량부 C, 5.0∼15.0 중량부 Pb, 3.0 이하 중량부 기타 및 나머지는 Fe로 된 금속분말의 원재료 조성물을 배합한 후, 이들의 조성물을 혼합기(Double cone)에서 대략 40 분간 균일하게 혼합한다(S1).As shown in Fig. 2, first, 0.5 to 2.0 parts by weight Cr, 6.0 to 10.0 parts by weight Mo, 0.1 to 2.0 parts by weight Si, 9.0 to 14.0 parts by weight Co, 0.5 to 2.0 parts by weight Ni, prepared through strict inspection, 2.0 to 6.0 Cu, 0.6 to 1.2 parts by weight C, 5.0 to 15.0 parts by weight Pb, 3.0 parts by weight or less After mixing the other and the raw material composition of the metal powder of Fe, these compositions are mixed in a double cone. Mix uniformly for about 40 minutes (S1).
그 다음으로는, 혼합된 상기 조성물을 정도가 높은 금형을 이용하여 자동성형기로 상온에서 압축성형하여 성형체를 형성한다(S2). 여기서의 밀도는 6.8∼7.0g/cc를 이룬다.Next, the mixed composition is compression molded at room temperature with an automatic molding machine using a high precision mold to form a molded body (S2). The density here is between 6.8 and 7.0 g / cc.
그 후의 공정은 후술되는 냉간단조공정(S4)의 전처리 작업인 예비소결공정(S3)으로서, 탄소가 확산되지 않는 범위인 Fe-C 상태도의 A1 변태점(723℃)∼A3 변태점(910℃)의 온도에서 압축된 상기 성형체를 중성가스인 N2와 환원성가스인 H2의 혼합가스로 된 가스분위기에서 소결하여 냉간단조를 수행하기 위해 다소의 강도를 갖도록 소셜한다(S3). 여기서, 소결시에 (N2+H2)의 혼합가스를 사용하여 소결시키는 이유는 소결체가 외부의 환경조건에 영향을 받지 않게 하기 위함이다.The subsequent step is a pre-sintering step (S3), which is a pretreatment operation of the cold forging step (S4) described later, and the A1 transformation point (723 ° C.) to the A3 transformation point (910 ° C.) in the Fe-C state diagram in which carbon is not diffused. The compacts compressed at a temperature are sintered in a gas atmosphere composed of a mixture gas of N 2 , which is a neutral gas, and H 2, which is a reducing gas, and socialized to have some strength to perform cold forging (S3). Here, the reason for sintering using a mixed gas of (N 2 + H 2 ) during sintering is to prevent the sintered body from being affected by external environmental conditions.
다음으로, 상기 혼합기지조직(A)의 치밀화를 위해 밀도가 7.2∼7.5g/cc로 증가되도록 하는 냉간단조공정을 실시한다(S4). 상기 냉간단조공정(S4)은 예비소결체를 금형에 장입하여 상,하에서 10∼15TON/㎠의 압력을 가하여 예비소결체의 밀도를 증가시켜 기지의 치밀화를 갖게 한다. 여기서, 상술한 바와 같은 예비소결공정(S3)과 냉간단조공정(S4)을 실시하는 이유는 밀도를 7.2∼7.5g/cc로 증가시키기 위함이다.Next, for densification of the mixed base structure (A) is carried out a cold forging process to increase the density to 7.2 ~ 7.5g / cc (S4). The cold forging process (S4) is charged to the pre-sintered body into the mold to apply a pressure of 10 ~ 15TON / ㎠ in the top and bottom to increase the density of the pre-sintered body to have a known densification. Here, the reason for carrying out the pre-sintering step (S3) and cold forging step (S4) as described above is to increase the density to 7.2 ~ 7.5g / cc.
상술한 바와 같은 냉간단조공정(S4)이 완료되면, 상기의 냉간단조체를 용융점 이하의 온도(1130℃)에서 (N2+H2)의 혼합가스 분위기로 소결하여 Co계 경질입자상(B)과 Mo계 경질입자상(C)이 균일하게 기지에 확산 접합되고 기지는 솔바이트 및 베이나이트를 형성시키는 2차소결을 실시한다(S5). 이로써, 상기 소결체는 기계적 특성을 갖게 된다.When the cold forging process S4 as described above is completed, the cold forging body is sintered in a mixed gas atmosphere of (N 2 + H 2 ) at a temperature below the melting point (1130 ° C.) to form a Co-based hard particle (B). And Mo-based hard particle phase (C) is uniformly diffused and bonded to the matrix, and the matrix is subjected to secondary sintering to form sorbite and bainite (S5). As a result, the sintered compact has mechanical properties.
다음 공정으로는, 상기 소결체의 자기윤활을 위해 상기 혼합기지조직(A) 또는 경질입자(B,C)상에 형성된 기공 안에 윤활특성이 탁월한 Pb을 함침시키는 공정(S6)으로서, 이는 진공상태를 유지하면서 승온되는 배치(batch) 형식의 Pb함침로를 사용한다. 즉, 소결체가 탑재된 용기를 진공상태에서 상기 Pb함침로의 Pb용융액 속에 장입한 후, Pb의 함침효율을 높이기 위해 N2가스를 4기압이상으로 10분∼60분 동안 가하여 상기 소결체의 기공 안에 상기 Pb용융액을 함침시킨다. 그리고, Pb가 함침된 소결체를 Pb용융액에서 꺼낸 후, 노 내부에서 냉각시키므로써 완료된다.In the next step, the step (S6) of impregnating the excellent Pb in the pores formed on the mixed substrate (A) or hard particles (B, C) for self-lubrication of the sintered body, which is a vacuum state Use a batch-type Pb impregnation furnace that is heated while maintaining. That is, after the container on which the sintered body is mounted is charged in a Pb melt of the Pb impregnating furnace under vacuum, N 2 gas is added at 4 atmospheres or more for 10 minutes to 60 minutes to increase the Pb impregnation efficiency into the pores of the sintered body. The Pb melt is impregnated. Then, the sintered body impregnated with Pb is taken out of the Pb melt and then cooled by cooling in the furnace.
그 후, 기계가공 및 기계가공 후 쇠가시를 제거하기 위한 바렐공정의 후공정을 거침으로써 완성품인 밸브시이트를 얻는다(S7). 상기의 후공정은 소결체를 도면치수와 일치되도록 가공하는 일반적인 공정으로서, 그에 따른 가공방법은 높이치수를 맞추는 높이연마, 외경치수를 맞추는 외경연마, 그리고 상기의 소결체로 된 밸브시이트가 헤드에서 압입성이 용이하게 되도록 하는 면취가공을 수행한다.Thereafter, the valve sheet as a finished product is obtained by going through the post-process of the barrel process for removing the iron bark after machining and machining (S7). The post-process described above is a general process for processing a sintered body to match the drawing dimensions, and the processing method according thereto is a high-polishing to match the height dimension, an outer-polishing to match the outer diameter, and the valve seat of the sintered body is press-fitting in the head. Chamfering is performed to facilitate this.
마지막으로, 상기와 같은 가공 후에 깔쭉깔쭉하게 남은 모서리부의 잔부를 제거하게 되면 본 발명에 따른 철계 소결합금의 밸브시이트 제조가 완료된다.Finally, after removing the remainder of the jagged edge portion after the processing as described above is completed the manufacture of the valve sheet of the iron base alloy according to the present invention.
이와 같이 제조되는 밸브시이트는 HRA 55∼75의 표면경도를 가지며, mHv(100g) 350∼550의 미세경도를 가진 솔바이트 및 베이나이트의 혼합기지조직(A)에 mHv(100g) 600∼900의 미세경도를 갖는 Co계 경질입자상(B)과, mHv(100g) 1000∼1500의 미세경도를 갖는 Mo계 경질입자상(C)이 균일하게 분포된다.The valve sheet thus prepared has a surface hardness of HRA 55-75, mHv (100 g) mHv (100 g) 600-900 in a mixed base structure (A) of sorbite and bainite having a microhardness of 350-550. Co-based hard particle phase (B) having fine hardness and Mo-based hard particle phase (C) having fine hardness of 1000-1500 mHv (100 g) are uniformly distributed.
이와 함께, Pb의 함침에 의해 제품 자체의 자기윤활성이 탁월하여 밸브와의 접촉 및 마찰, 배기가스에의 노출 등을 견디어야 하는 사용조건의 가혹함에 대해 내마모성, 내열성, 내식성, 내산화성 및 고온특성이 향상된다.In addition, the self-lubrication of the product itself is excellent due to the impregnation of Pb, and the abrasion resistance, heat resistance, corrosion resistance, oxidation resistance, and high temperature characteristics against the harsh conditions of use that must withstand contact with the valve, friction, and exposure to exhaust gas. This is improved.
한편, 본 발명에서는 철계 소결합금이 적용되는 밸브시이트에 대해서만 설명하였지만 이에 한정되는 것이 아니라 충분한 내마모성 및 내열성이 요구되는 다른 부품에도 적용가능하다.Meanwhile, the present invention has been described only with respect to the valve sheet to which the iron-based small alloy is applied, but is not limited thereto. The present invention is applicable to other parts requiring sufficient wear resistance and heat resistance.
이상에서의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 철계 소결합금 및 이를 이용한 밸브시이트의 제조방법은 엔진의 고출력화에 대응할 수 있는 내마모성 및 내열성을 가지며, 무연 가솔린이나 디젤연료는 물론이고, LPG연료라도 뛰어난 성능을 가짐과 동시에, 다른 여러 조건하에서도 공용화할 수 있는 점에 그 장점이 있다.As described above, the iron base alloy according to the present invention and a method for manufacturing a valve seat using the same have wear resistance and heat resistance that can cope with high engine output, and lead-free gasoline or diesel fuel, as well as LPG fuel At the same time, it has the advantage that it can be shared under different conditions.
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