KR950014353B1 - 밸브시트용 철계소결합금 및 그 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

밸브시트용 철계소결합금 및 그 제조방법

도면은 본 발명의 철계소결합금 조직을 500배로 확대한 현미경 조직 사전.

본 발명은 높은 회전수로 회전하는 LPG용 소형엔진에 적합하도록 내마모성, 내식성 및 내열성 등을 향상시킨 밸브시트용 철계소결합금 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 밸브시트는 엔진부품 중에서 사용 환경상 마모조건이 매우 가혹하며, 특히 LPG를 연료로 사용하는 엔진에서는 더욱 마모에 의해 피로가 심한데, 이는 LPG를 사용할 경우에 마찰을 상쇄시켜 주는 윤활제 역할을 하는 성분이 없어, 일반 가솔린이나 디젤을 연료로 사용하는 내연기관 보다도 그 사용조건이 극히 가혹한 상태로 작동되기 때문에 윤활상태가 좋지 않을 뿐만 아니라, 건조상태에서의 엔진작동으로 인해 유막이 단절되는 등의 밸브시트의 마모정도가 매우 심하게 나타난다.

그러므로 상기와 같은 가혹한 조건에서 사용되는 밸브시트는 내마모성, 내식성 및 내열성 등이 필히 요구되고 있다.

본 발명은 이와 같은 밸브시이트의 요구특성을 만족시키기 위해 기지조직 내에 경질입자 분말을 분산 강화시켜 재료의 내마모성을 향상시키고, 동용침에 의해 내열성 및 내식성을 향상시키며, 또한 밸브면과 밸브시트면 사이의 원활한 윤활작용을 위해 밸브시트의 기지조직 내에 고체 윤활제를 첨가하여 밸브시트의 마모를 최대한 억제 시키는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 철계소결합금을 이용한 동용침 소결밸브시트의 제조방법은 다음과 같다.

65-75wt%의 Fe-Co-Mo-Ni 합금분말, 10-40wt%의 경질입자상 합금분말, 0.5-1.0wt%의 혹연분말, 0.5-1.0wt%의 MnS 분말, 0.5-1.0wt%의 CaF₂또는 MoS₂분말을 혼합한 후, 5-7ton/㎠의 성형압으로 가압성형하여 성형체를 만든다.

여기서, 경질입자상 합금분말은 Co-Mo-Cr-Si 합금분말과 Fe-Mo 분말 그리고 Fe-C-Mo-Cr-W-V 고속도강분말을 혼합하여 만들어진다. 또한 이 성형체 중량의 10-20wt%의 Cu는 Cu 합금을 링형상으로 성형하여 만든 동합금 압분체를 상기 성형체 위에 올려 놓고, 1, 100℃ 이하이면 미소결 강도가 감소되고, 1200℃ 이상이면 과도한 입자성장으로 강도가 떨어지므로 통상, 1,100-1,200℃의 온도로 환원성 분위기(혼합가스)에서 30-60분간 소결함과 동시에 용침시킨다. 여기서, 소결시간이 30분 미만이면 미소결로인해 소결강도가 떨어지고, 60분 이상이면 입자성장이 발생하기 때문에 30-60분이 바람직하다. 이와 같이하여 용침된 소결체를 800-900℃의 온도에서 충분한 소결이 이루어지고 과도한 성장을 막기 위하여 60-120분간 유지한 다음 유냉처리하게 되는 바, 800℃ 이하에서 유냉처리할 경우 오스테나이트 구역 이하가 되어 강도가 얻어지지 않으며,900℃ 이상에서는 입자성장발생이 우려되기 때문이다. 앞서와 동일한 이유로재차 500-600℃에서 60-120분간 뜨임처리한다.

상기의 제조방법에 의해 얻어진 본 발명의 최종 소결합금의 화학성분은 0.5-1.0wt%의 C, 0.5-1.5wt%의 Ni, 5-10wt%의 Mo, 5-15wt%의 Co, 1-3wt%의 Cr, 0.5-1.0wt%의 MnS, 0.5-1.0wt%의CaF₂또는 MoS₂, 10-20wt%의 Cu, 나머지 잔여 성분이 Fe로 이루어진다.

본 발명에 따르면 상기와 같은 철계소결합금의 화학성분들은 합금내에서 다음과 같은 작용을 하므로, 그 조성범위를 한정받게 된다.

C는 기지에 고용되어 기지를 강화시키고 Cr는 또는 Mo와 결합하여 탄화물을 형성하는 원소로 0.5wt%미만시는 재료의 내마모 향상을 기대할 수 없고, 1wt% 초과시는 재료의 요구 강도를 만족시키지 못한다.

Ni은 재료의 고온 특성을 향상시키는 원소로 0.5wt% 이만시는 고온특성을 기대하기 어려우며, 1.5wt%초과시는 요구 특성을 만족시킬 수 없다. Mo는 기지조직에 고용되어 탄화물을 형성하고 내마모성 및 내열성을 향상시키는 원소로서 5wt% 미만시는 만족할 단한 성능을 나타내지 못하며, 10wt% 초과시는 경제성이 없다.

Co는 재료의 강도와 내마모성 및 내열성을 향상시키지는 워소로서 5wt% 미만시는 요구 성능을 기내할수 없고, 15wt% 초과시는 경제성이 없다.

Cr는 C과 결합하여 탄화물을 형성하는 원소로 1wt% 미만시는 내마모성 향상을 기대하기 어렵고, 3wt%초과시는 경제성이 없다.

MnS는 기계 가공성을 향상시키는 원소로, 0.5wt% 미만시는 효과가 거의 없으며, 1wt% 초과시는 소결성을 저해시킨다.

CaF₂또는 MoS₂는 기지 내에서 밸브와 밸브시트의 작동시 윤활작용을 하는 원소로 두 화합물의 성분합이 0.5wt% 미만시는 윤활작용의 효과가 미약하며, 1.0wt% 초과시는 소결성을 저해시킨다.

Cu는 재료의 밀도 향상에 의해 강도를 향상시키는 원소로 10wt% 미만시는 효과가 없으며, 20wt% 초과시는 과용침 및 강도의 저하를 가져온다.

이하, 상기에 기술된 조성범위에 성분원소로 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

[실시예]

아래의 표 1에 나타난 조성비에 따라 원료분말을 혼합한 다음, 혼합된 분말을 6ton/㎠의 성형압으로 가압성형하여 성형체를 만든다.

표 1에 포시한 원료분말 중 Co-Mo-Cr-Si 합금분말과 Fe-Mo 분말 그리고 Fe-C-Mo-Cr-W-V고속도강분말을 혼합한 것이 상기 기술된 경질임자상 합금분말이다.

또한 이 성형체 중량의 10-20wt%의 Cu 또는 Cu 합금을 링형상으로 성형하여 만든 동합금 압분제를 상기 성형체 위에 올리 놓고, 1, 120℃의 온도로 환원성 분위기(혼합가스)에서 60분간 소결함과 동시에 용침시킨다. 이와 같이 하여 용침된 소결체를 890℃의 온도로 60분간 유지한 후에 유냉처리한 다음, 500℃로 60분간 뜨임처리하여 밸브시트용 철계소결합금을 제조한다.

상기의 제조공정으로 제조된 소결합금은 밀도가 7·8g/cm3이고, 경도가 HRc48로 나타났다.

[표 1]

상기의 표 1에 조성비로 소결 용침 후 열처리 한 철계소결합금을 광학현미경으로 500배 확대한 조직이 도면에 도시되었는데, 조직의 구성중 도면부호 1은 뜨임 마르텐사이트 조직이며, 2는 Fe-Mo 경질상이고, 3은 Co-Mo-Cr-Si 경질상이며, 4는 CaF₂또는 MoS₂상이고, 5는 용침된 Cu를 나타낸다.

상기의 실시예의 제조공정에 의해 얻어진 밸브시트를 밸브시트를 전용 마모시험기를 사용하여 내구성 시험을 실시하였으며, 그 시험조건과 시험결과는 표 2와 같으고, 이때 상대 밸브의 재질은 내열 단조강인SUH36를 사용시켰다.

[표 2]

본 발명은 LPG를 원료로 사용하는 소형 엔진에서 충분한 내구성을 유지하기 위하여 Fe-Co-Mo-Ni계 합금분말로 기지를 강화시켰으며, Fe-Mo 합금분말과 고속도강분말 및 Co-Mo-Cr-Si 경절상을 기지내에 첨가하여 내마모성을 향상시켰고, 윤활재료 CaF₂또는 MoS₂를 첨가하여 밸브시트의 마모를 억제시켰으며, Cu용침 처리에 의해 재료의 강도 및 열전도도를 향상시켰다.

상기 실시예의 제조방법에 의해 얻어지는 본 반명 밸브시트용 철계소결합금의 성분조성범위를 종래의 소결합금과 비교하여 나타내면 표 3과 같다.

[표 3]

이상에서와 같이 본 발명의 밸브시트를 LPG로 가동되는 엔진에서 내구성 시험을 해 본 결과, 종래예보다 실시예의 밸브시이트의 내마모성이 현저히 향상되었으며, 따라서 본 발명의 소결밸브시트는 LPG를 연료로 사용하는 소형엔진의 밸브시트용 소재료 유용한 효과를 갖는다.

Claims (5)

1. 0.5-1.0wt%의 C, 0.5-1,5wt%의 Ni, 5-10wt%의 Mo, 5-15wt%의 Co, 1-3wt%의 Cr, 0.5-1.0wt%의 CaF₂또는 MoS₂, 10-20wt%의 Cu, 나머지 잔여 성분이 Fe로 된 철계소결합금에 있어서, 0.5-1 0wt%의 MnS를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브시트용 철계소결합금.
2. 내마모성 이 우수한 철계소결합금의 제조에 있어 서, 65-75wt%의 Fe-Co-Mo-Ni 합금분말, 10-40wt%의 경질입자상 합금분말, 0.5-1 0wt%의 천연흑연분말, 0.5-1.0wt%의 고체 윤활제, 0.5-1.0wt%의 MnS를 혼합하고, 5-7ton/㎠의 압력으로 성형체를 만드는 단계와, 이 성형체 중량의 10-20wt%의 Cu 또는 Cu 합금을 링형상으로 성형하여 만든 압분체를 상기 성형체 위에 올려 놓고, 1,100℃-1,200℃의 온도로 환원성 분위기에서 30-60분간 소결함과 동시에 용침시키는 단계와, 용침된 소결체를 800-900℃의온도에서 60-120분간 유지한 다음 유냉처리하는 단계와, 500-600℃에서 60-120분간 뜨임 열처리하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 밸브시트용 철계소결합금의 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 경질입자상 합금분말은 Co-Mo-Cr-SI, Fe-Mo, Fe-C-Mo-Cr-W-V를 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 밸브시트용 철계소절합금의 제조방법.
4. 제2항에 있어서, Cu가 성헝체 중량대비 10-20wt%로 용침되는 것을 특징으로 하는 밸브시트용 철계소결합금의 제조방법.
5. 제2항에 있어서, 고체 윤활재료 CaF₂나 MoS₂를 첨가하는 것을 특징으로 하는 밸브시트용 철계소결합금의 제조방법.