KR890004522B1

KR890004522B1 - 동용침 철계소결합금 부재의 제조방법과 그 방법에 의하여 제조된 2층 밸브 시이트

Info

Publication number: KR890004522B1
Application number: KR1019830003933A
Authority: KR
Inventors: 요시오 니시노; 기요이지 기라가다니
Original assignee: 미쯔비시긴조구 가부시기가이샤; 나가노 겡
Priority date: 1982-09-06
Filing date: 1983-08-23
Publication date: 1989-11-10
Also published as: KR840006018A; US4485147A

Abstract

내용 없음.

Description

동용침 철계소결합금 부재의 제조방법과 그 방법에 의하여 제조된 2층 밸브 시이트

본 발명은 별도 동용침처리(銅溶浸處理)를 필요로 함이 없이 소결과 동시에 소정부분에 동용침을 행하는 동용침 철계소결합금 부재의 제조법과 그 방법에 의하여 제조된 2층 밸브시이트에 관한 것이다.

종래 일반적으로 내식성과 내충격성이 요구되는 밸브시이트, 볼시이트, 라쳇트, 랙크등의 동용침철계 소결합금부재가, 1종 또는 2종(소결후, 예로서 한편이 내마모성이 우수하고, 다른편이 인성이 우수한 소결체로 되는 배합조성을 각기 가지는것)의 소정 배합조성을 가지는 혼합분말을 준비하고 이들 혼합분말과 단일상(1종의 혼합물을 사용한 경우) 또는 예로서 상, 하 2상(2종의 혼합분말을 사용)의 압분체로 성형하고 다음으로 이 압분체를 통상조건, 즉 진공중 또는 비산화성 분위기, 1050-1200℃의 온도범위내에 가열 유지하는 조건에서 소결하여 소결체로 하고 이어서 별도 준비한 동분말 또는 동합금 분말을 주성분으로 하는 응침재의 압분체상에 상기 소결체를 재치하거나 또는 소결체상에 상기 용침재의 압분체를 재치한 상태에서 진공중, 또는 비산화성 분위기중, 1100-1200℃의 온도범위에 가열 유지시켜 용침재를 소결체의 다공성 공격(空隔)내에 용침시켜 이것을 폐쇄시키므로서 제조됨은 공지의 사실이다.

종래 자동차 엔진과 같은 내연기관에는 Fe계 소결재료제로 하여 그 공격전체에 내식성 및 열전도성을 향상시킬 목적으로 Cu 또는 Cu합금을 용침시켜서 된 Fe계 소결재료제등·연용침 밸브시이트 혹은 다시 윤활특성을 부여할 목적으로 Cu 또는 Cu합금과 Pb 또는 Pb합금을 용침하여서된 Fe계 소결합금재료제 동·연용침 밸브시이트가 사용되고 있다.

그러나, 상기 종래 동용침철계 소결합금재의 제조법에 있어서는, 상기한 바와같은 용침재의 압분체를 별도 준비하여야 할 뿐 아니라 동용침 공정을 필요로 하기 때문에 불가피하게 원가를 높게되지 않을 수 없었다.

본 발명인등을 상기한 관점으로부터 별도 동용침 처리공정을 필요로 함이 없이 동용침 철계 소결합금부재를 제조하려고 연구한 결과 Cu분말 또는 Cu합금 분말을 주성분으로 하는 용침분말을, 바람직하기는 10-40wt% 배합한 소정 배합조성의 혼합분말과, 상기 용침재분말을 배합하지 않은 소정 배합조성의 혼합분말과를 준비하고, 이들 양 혼합분말을 가지고, 상기 용침재 분말이 국부적으로 존재하는 압분재를 성형하여, 이어서 이 압분체를 통상의 조건, 예로서 암모니아 분해개스 분위기중, 1000-1150℃의 온도범위내에서 소결하면 소결과 동시에, 용융한 용침재가 모세관 현상에 의하여 전기용침재가 존재하지 않은 부분의 공격중에 용침하여, 공격을 국부적으로 완전히 폐쇄하고, 이 결과 압분체 성형시에 용침재의 존재하지 아니하는 부분이 용침재에 의하여 용침되며, 한편 압분체 성형시에 용침재의 존재하였던 부분에는 용침재의 용침이동에 의하여 공격이 형성된 동용침 철계소결 합금부재를 얻게되며, 이 동용침 철계 소결합금부재의 경우, 그 전체가 동용침되어 있을 필요는 없고, 필요한 부분만 동용침되어 있으면 성능상 하등 문제가 없다는 지식을 얻게 되었다.

또 전기 밸브시이트에 대하여는, 소결후 밸브시이트 본체로 되는 Fe계 압분체 부분에, (1) Cu 5-35wt%를 배합하고, 다시 필요에 따라 P 및 Sn중의 1종 또는 2종 0.01-4.0wt%를 배합하거나, (2) Cu 5-35wt%와 Pb 0.5-12wt%와를 배합하고 다시 필요에따라 P 및 Sn중의 1종 또는 2종 0.01-4.0%를 배합하고, 한편 동일하게 소결후 상대재인 밸브의 당접층이 되는 Fe계 압분체 부분에는, 필요에 따라 P 및 Sn중 1종 또는 2종 0.01-4.0wt%를 배합하고, , 이어서 이와같이 배합한 조성을 가진 2층 Fe계 압분체를 소결하면 소결시에 상기 밸브시이트 본체로 되는 Fe계 압분체 부분에 있어서는 Cu 또는 Cu합금, 혹은 Cu 또는 Cu합금과 Pb 또는 Pb합금이 상기 밸브 당접층으로 되는 Fe계 압분체 부분중에 모세관 현상에 의하여 공격(open pores)를 통하여 이동(용침)하므로서 상기 밸브당접층을 상기 용침한 Cu 또는 Cu합금 혹은 Cu 또는 Cu합금과 Pb 또는 Pb합금에 의하여 공격이 감소되어 기밀화된 동용침층 혹은 동·연용침층을 얻을 수 있었다.

또한 본 발명의 2층 밸브시이트의 제조에 있어서, 소결후 밸브시이트 본체로 되는 Fe계 압분체 부분에의 동배합량 혹은 Cu과 Pb의 배합량은 상기한 바와같이 각각 Cu동 5-35wt% 혹은 Cu 5-35wt% 및 Pb 0.5-12wt%를 함유함이 바림직하며, 이것은 그 함유량이 Cu함량이 5wt% 미만이던가 또는 Pb함량이 0.5wt% 미만에서는 소망의 동용침 혹은 Cu, Pb용침을 행할 수 없고, 한편CU 35wt% 혹은 Cu35% 및 Pb 12%를 초과할 경우는 소결시의 액상량이 과다하게 되어, 밸브시이트 자체의 강도가 저하되고, 쉽게 변형하게 되는 이유 때문이다.

또 상기한 양 Fe계 압분체 부분의 어떤것 또는 쌍방에, 필요에따라 P 또는 P와 Sn을 같이 배합하면 용융한 Cu 또는 Cu합금, 혹은 Cu 또는 Cu합금과 Pb 또는 Pb합금의 유동성이 일층 향상되어 동용침 혹은 동·연용침이 현저히 촉진하게 된다.

그러나, 이 경우 그 배합량이 0.01% 미만에서는 소망의 동용침 촉진효과 혹은 동·연용침 촉진효과를 얻을 수 없고 또 4.0%를 초과 함유하면 강도 및 인성이 저하를 초래하므로 그 배합량은 0.01-4.0%로 함이 바람직하다.

이하 실시예에 의하여 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

원료 분말로서 평균입도 10㎛의 흑연분말, -200멧슈의 Cu분말, 모두 -100멧슈의 Fe분말, Co분말, Mo분말, Sn분말, Fe-Mo합금(Mo 60%함유)분말, Fe-Cr합금(Cr60%함유)분말, SUS 410상당의 조성을 가지는 마루텐사이트계 스텐레스강(C 0.13%, Si 0.82%, Mn 0.91%, P 0.03%, S 0.02%, Cr 13.1%함유)분말, Fe-Cr-Mo합금(Cr10%, Mo 0.3%함유)분말, Fe-Ni-Cu-Mo합금(Ni 1.5%, Cu 0.5%, Mo 0.5%함유)분말, Cu-Sn합금(Sn 10%함유)분말 및 Cu-Fe-Mn합금(Fe 4.1%, Mn 6.8%함유)분말을 준비하고, 이들 원료분말을 사용하여, 각각 제1도에 표시하는 배합조성 및 층두께를 가지는 상층과 하층으로 되며, 그리고 상층을 용침재를 배합하지 않은 혼합분말로 구성하고, 한편 상기 하층을 용침재, 즉 Cu분말, Sn분말, Cu-Sn합금분말 및 Cu-Fe-Mn합금분말을 배합한 혼합분말로 구성돈 직경 1.3㎜

×높이 10㎜의 지수를 가지는 압분체를 4-6T/㎠의 성형압력으로 형성하고, 상기 압분재를 프로판 병성개스 분위기중, 또는 암모니아 분해개스 분위기중에서 1050-1200℃의 온도범위내의 소정온도에 30분 유지시켜 소결함으로서 본 발명 동용침 철계 소결합금부재(이하 본 발명 동용침 소결부재라 함) 1-9를 각기 제조하였다.

또 비교목적으로 배합조성을 동일하게 제1표에 표시된 것으로 한 이외는 상기 본 발명 동용침 소결부재의 제조조건과 동일조건으로 소결하고, 이어서 이 결과 얻은 소결체의 상면에 Cu분말로 된 그리고 직경 8㎜Ø×높이 2.5㎜의 치수를 가지는 용침재 압분체를 재치하고, 암모니아 분해개스 분위기중 1120℃에 10분간 유지의 조건으로 동용침처리를 하므로서 종래 동용침 Fe계 소결합금부재(이하 종래 동용침 소결부재라함)를 제조하였다.

다음으로 이결과 얻은 본 발명 동용침 소결부재 1-9의 상층 및 하층, 그리고 종래 동용침 소결부재의 이론밀도비를 측정하고, 이 측정결과를 제1표에 모아서 표시하였다.

[실시예 2]

원료분말로서 -100멧슈의 환원 Fe분말, -350멧슈의 카보닐 Ni분말, 평균입도 10㎛의 흑연분말, -350멧슈의 Mo분말, 다시 각기 -150멧슈의 Co분말, Cu분말 Fe-Cr합금(Cr 60%함유)분말, Fe-Mo합금(Mo 60%함유)분말, Fe-Nb합금(Nb 60%함유)분말, Fe-W합금(W 77%함유)분말, Fe-V합금(V 80%함유)분말, Fe-S합금(S 1%함유)분말, Sn분말, Cu-Sn합금(Sn 0.1%함유)분말 및 Cu-Sn합금(Sn 10%함유)분말, -250멧슈의 Cu-Pb합금(P 30%함유)분말, Cu-P합금(P 10%함유)분말, Sn분말, Cu-Sn합금(Sn 0.1%함유)분말 및 Cu-Sn합금(Sn 10%함유)분말, -250멧슈의 Cu-Pb합금(Pb 30%함유)분말과 Pb분말, -100멧슈 Fe-Si합금(Si 52%함유)분말 및 Fe-Al합금(Al 51%함유)분말, 다시 -200멧슈 Fe-Mn합금(Mn 60%함유)분말을 준비하고 이들 원료분말을 가지고 각기 제1표에 표시된 배합조성 및 층두께를 가지는 상부층을 구성하는 밸브당접층 성형용 Fe계 압분체 부분과 하부층을 구성하는 밸브시이트 본체형성용 Fe계 압분체 부분으로 된 2층 압분체를 6T/㎠의 성형압력으로 성형하고, 이것을 암모니아 분해개스 분위기중 1100-1180℃의 범위내의 소정온도로 30분간 유지조건으로 소결하고, 소결후, 사이징 및 다듬질 가공을 행하므로서, 외경 34.35㎜Ø× 내경 27.0㎜Ø×높이 7.4㎜의 치수를 가지는 본 발명 2층 밸브시이트 1-11 및 12-23을 각기 제조하였다.

또 비교목적으로 배합조성을 동일하게 제1표에 표시된 것으로 함과 동시에 소결후 통상조건으로 두께 전체에 대하여 동용침 처리 혹은 Cu-Pb합금(Pb 30%함유)를 동·연용침을 한 이외는 동일조건으로 종래의 밸브시이트 A 및 B를 제조하였다.

다음으로, 이 결과 얻은 본 발명 2층 밸브시이트 1-11 및 12-23 및 종래 밸브시이트 A 및 B를 각기 배기량 1600c.c의 가소린 엔진에 조합하고, 무연 개소린을 사용하여, 상대재인 밸브의 재질을 JIS.SUH-3, 엔진회전수 6000r.p.m, 운전시간 50시간의 조건에서 엔진시험을 행하고 시험후에 있어서의 밸브시이트의 밸브 당접면의 최대마모 깊이와 상대재(밸브)의 최대 마모깊이를 측정하였다.

그리고 제2표에는 본 발명 2층 밸브시이트 1-23와 종래 밸브시이트 A 및 B의 상면으로부터 깊이 1㎜범위(밸브 당접층)와 하면으로부터 깊이 2㎜의 범위(밸브시이트 본체)에 있어서의 Cu함유량 또는 Cu와 Pb의 함유량 및 밀도비를 표시하였다.

제1표에 표시된 결과로부터 본 발명 동용침 소결부재 1-9에 있어서의 상층은, 모두 종래 동용침 소결부재와의 비교에서 명백한 바와같이, 완전히 동용침이 되어있음이 명백하다.

또 제2표의 결과로부터, 본 발명 2층 밸브시이트 1-23에 있어서의 모두 밸브당접층이 밸브시이트 본체보다 용침된 Cu 또는 Cu합금 혹은 Cu 또는 Cu합금과 Pb 또는 Pb합금에 의하여 공격이 감소되어 기밀화되어, 종래 밸브시이트 A 및 B와 동등의 높은 밀도비를 표시하고 있다.

따라서 엔진테스트에서도 시료 1-11은 비교시료 A와 동등한 내마모성을 가지며, 그리고 시료 12-23에 있어서는, 비교시료 B와 동등한 내마모성과 윤활성을 가짐을 명백히 알수 있다.

상술한 바와같이 본 발명의 방법에 의하면, 별도 동용침처리 고정 또는 Cu, Pb용침처리 공정을 필요로 하지 아니하며, 소결과 동시에 필요부분이 완전히 동용침 또는 동·연용침된 동용침 또는 동·연용침 소결부재를 제조할 수 있으며, 따라서 별도 공정의 동용침 또는 동·연용침된 동용침 또는 동·연용침 소결부재를 제조할 수 있으며, 따라서 별도 공정의 동용침 또는 동·연용침 처리를 필요로 하는 종래의 소결부재에 비하여 제조공정상 원가를 저렴하게 할뿐 아니라, 재료면에서도 필요한 부분만의 용침으로 원가를 저렴하게 하는 것이며, 동시에 종래의 동·연용침 밸브시이트와 동등한 성질을 가지는 것으로 공업상 유용한 효과가 있는 것이다.

[제1표]

[제2표의 1]

[제2표의 2]

Claims

Cu분말 또는 Cu합금분말을 주성분으로 하는 용침재(溶浸材)분말을 10-40중량% 배합한 소정 배합조성의 혼합분말과, 상기 용침재 분말을 배합하지 아니한 소정 배합조성의 혼합분말을 조제하고, 이들 혼합분말을 사용하여 상기 용침재 분말이 극부적으로 존재하는 압분체를 형성하고, 이어서 이 압분체를 통상의 조건에서 소결함에 의하여 소결과 동시에, 상기 용침재가 존재하지 않는 부분에의 상기 용침재의 용침을 하도록함을 특징으로 한 동용침 철계소결 합금부재의 제조방법.
Cu분말 또는 Cu합금분말을 주성분으로 한 용침재 분말을 배합한, 소결후에 밸브시이트 본체로 되는 부분을 구성하기 위한 제1의 철계혼합 분말, 및 상기 용침재분말을 배합하지 아니한, 소결후에 밸브당접층이 되는 부분을 구성하기 위한 제2의 철계혼합분말을 조제하는 것과 : 각각의 층이 상기 제1 및 제2의 혼합분말로 되도록 2층 Fe계압분체를 형성하는것 : 및 이 압분체를 통상의 조건에서 소결하고, 소결과 동시에 제1의 혼합분말층으로 부터 제2의 혼합분말층에서 용침재의 용침을 이르도록 하는것 : 등으로 됨을 특징으로 하는 등용침 Fe계 소결합금 부재 제2층 밸브시이트.