耐磨损性铁基烧结金属及内燃机用阀座的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种耐磨损性铁基烧结金属及使用该耐磨损性铁基烧结金属的内燃机用阀座。
【背景技术】
[0002]当前，针对使用耐磨损性铁基烧结金属而制成的内燃机用的阀座，要求其具有下述特性，即，通过与阀组合而保证燃烧室的气密性，并且在高温干燥的环境下的耐磨损性较高，对阀的攻击性较低且具有优异的切割性。
[0003]另外，近年来，为了应对环境问题，提高发动机输出性能及降低燃料费用变得不可欠缺，针对阀座的使用环境，要求在高温化、高表面压力化之外，高导热性及低热膨胀性等各种条件都要提高。
[0004]根据上述状况，已知一种在基体相中使硬质粒子分散的珠光体和贝氏体构成的混合组织的铁基烧结合金材料，将其用于制造阀座(例如，参照日本特开平11 - 021659)。该铁基烧结合金材料中，含有硬质粒子的基体部的组成为含有C:0.7?1.6%、S1:0.1?1%、Mn:0.05 ?1%、Cr:1 ?8%、Mo:1 ?10%、V:0.I ?2% 及 Co:1 ?20%，剩余部分为 Fe 及不可避免的杂质。
[0005]在该铁基烧结合金材料中，分散有5?25%的、粒径为10?150μπι的由Cr —Mo-S1- Co类金属间化合物等构成的硬质粒子，以及0.1?7%的、粒径为I?50 μ m的由CaF2等构成的固体润滑剂粒子。另外，铁基烧结合金材料的基体部的组织，将除硬质粒子之外的基体总面积设为100%来计算面积率，则形成40?90%的珠光体、7?40%的贝氏体和3?20%富Co高合金相。基于该构造，铁基烧结合金材料的切割性优异，对其它部件的攻击性降低，耐磨损性优异。
[0006]但是，在日本特开平11 - 021659所记载的耐磨损性铁基烧结合金材料中，虽然切割性优异，但另一方面，存在贝氏体相中析出的碳化物的疏密程度无法得到适当的耐磨损性这一问题。即，在从贝氏体相析出的碳化物的密度过小的情况下，无法得到充分的耐磨损性，另外，在碳化物的密度过密的情况下，存在下述问题，即，加工硬化变小，形成无法得到高耐磨损性的下贝氏体、或者虽具有较高耐磨损性但对其它部件的攻击性较高的马氏体。
【发明内容】
[0007]本发明提供一种取消添加硬质粒子，且切割性和耐磨损性这两者都优异的耐磨损性铁基烧结金属。
[0008]本发明的第I方式所涉及的耐磨损性铁基烧结金属，按重量比含有Mo:0.0025?2.0%及C:0.2?1.2%，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成，金属组织由上贝氏体和珠光体形成的混合层、或者由珠光体和先共析铁素体形成的混合层构成，上贝氏体与珠光体、或者珠光体与先共析铁素体之间的面积比为95:5?5:95。
[0009]在这里，Mo的含有比例为0.0025?2.0%的理由如下所示。Mo是提高耐磨损性及淬火性的原料，如果重量比低于0.0025%，则无法得到充分的效果，另外，如果重量比超过2.0%，则密度急剧下降，无法得到充分的耐磨损性。
[0010]另外，C的含有比例为0.2?1.2%的理由如下所示。C是在烧结时形成碳化物而提高耐磨损性的原料，如果重量比低于0.2%，则无法得到充分的硬度，另外，如果重量比超过1.2%，则在烧结后冷却时，大量产生从奥氏体析出的高硬度的渗碳体即先共析渗碳体，对其它部件的攻击性增加的同时，不利于切割性。
[0011]如果以上述范围含有Mo及C，则通过对从烧结温度开始进行冷却的冷却速度适当地进行控制，从而得到构成耐磨损性铁基烧结金属中的上贝氏体和珠光体、或者珠光体和先共析铁素体的面积比为95:5?5:95的混合层的金属组织。在该金属组织中，珠光体、或珠光体和先共析铁素体的混合物，与上贝氏体相比更柔软且具有更优异的切割性，上贝氏体在塑性硬化之前，具有与珠光体、或珠光体和先共析铁素体的混合物相比略高的硬度，切割性优异，并且通过持续反复与其它部件进行伴随着碰撞的抵接，从而快速地大幅深入地发生塑性硬化，由此具有优异的耐磨损性。
[0012]由此，上述结构的本发明所涉及的耐磨损性铁基烧结金属，取消添加硬质粒子，且具有优异的切割性和优异的耐磨损性。
[0013]另外，耐磨损性铁基烧结金属也可以在制造时，将按重量比含有Mo:0.5?2.0%且剩余部分为Fe及不可避免的杂质构成的第I粉末、以及由Fe及不可避免的杂质构成的第2粉末进行混合。
[0014]根据该构成，耐磨损性铁基烧结金属通过在烧结时含有Mo，从而使第I粉末形成上贝氏体，第2粉末形成珠光体或珠光体和先共析铁素体的混合物而构成基体，由此，切割性及耐磨损性都优异。
[0015]另外，耐磨损性铁基烧结金属也可以在制造时，将按重量比含有Mo:0.5?2.0%且剩余部分为Fe及不可避免的杂质构成的第I粉末、以及按重量比含有V:0.02?1.5%且剩余部分为Fe及不可避免的杂质构成的第2粉末进行混合。
[0016]根据该结构，耐磨损性铁基烧结金属通过在第2粉末中含有V，从而在由第2粉末形成的珠光体或珠光体和先共析铁素体的混合物内具有适当微小化的V碳化物的结晶颗粒，并且V碳化物相对于第I粉末成为充分分散的状态，具有适当的耐磨损性。
[0017]另外，耐磨损性铁基烧结金属也可以是所述第I粉末的粒径为50?250μπι。
[0018]根据该结构，耐磨损性铁基烧结金属通过在珠光体或珠光体和先共析铁素体的混合物内分散生成粒径尺寸可以承受碰撞负载的适当大小的颗粒状上贝氏体，从而具有更优异的耐磨损性。
[0019]本发明的第2方式所涉及的耐磨损性铁基烧结金属，按重量比含有Mo:0.0025?2.0%、C:0.2?1.2%、V:0.02?4.0%，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成，金属组织由上贝氏体和珠光体形成的混合层、或者由珠光体和先共析铁素体形成的混合层构成，上贝氏体与珠光体、或者珠光体与先共析铁素体之间的面积比为95:5?5:95。
[0020]V的含有比例为0.02?4.0%的理由如下所示。V具有使结晶颗粒微小化的作用，如果重量比低于0.02%，则无法得到充分的效果，如果重量比超过4.0%，则大量形成高硬度的V碳化物，对其它部件的攻击性增加。
[0021]如果含有V的范围为0.02?4.0%，则结晶组织不含有马氏体，成为上贝氏体和珠光体、或珠光体和先共析铁素体混合而成的混合物。耐磨损性铁基烧结金属具有抑制了对其它部件的攻击性的优异的耐磨损性、及优异的切割性，并且成为V碳化物的结晶颗粒被适度地微小化的状态，具有抑制了对其它部件的攻击性的优异的耐磨损性。
[0022]本发明的第3方式所涉及的耐磨损性铁基烧结金属，按重量比含有Mo:0.0025?2.0%、C:0.2?1.2%、Cr:0.05?2.0%，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成，金属组织由上贝氏体和珠光体形成的混合层、或者由珠光体和先共析铁素体形成的混合层构成，上贝氏体与珠光体、或者珠光体与先共析铁素体之间的面积比为95:5?5:95。
[0023]Cr的含有比例为0.05?2.0%的理由如下所示。Cr具有使CCT线图的珠光体区域向冷却速度较慢一侧迁移且使贝氏体区域扩大的作用。如果Cr的含有比例低于0.05%,则该作用不够明显，如果超过2.0%，则容易大量生成硬质的马氏体，使切割性恶化。
[0024]如果含有Cr的范围为0.05?2.0%，则结晶组织不含有马氏体，成为上贝氏体和珠光体、或珠光体和先共析铁素体混合而成的混合物，具有抑制了对其它部件的攻击性的优异的耐磨损性、及优异的切割性，并且成为V碳化物的结晶颗粒被适度地微小化的状态，具有抑制了对其它部件的攻击性的优异的耐磨损性。
[0025]另外，本发明的第4方式为使用上述耐磨损性铁基烧结金属而制造出的内燃机用阀座。
[0026]根据该构成，内燃机用阀座具有优异的切割性，并且具有优异的耐磨损性和较高的耐久性。
[0027]根据本发明，能够提供一种耐磨损性铁基烧结金属及内燃机用阀座，其取消添加硬质粒子，且切割性和耐磨损性这两者都优异。
【附图说明】
[0028]图1是将本发明的实施方式所涉及的耐磨损性铁基烧结金属应用于阀座上的汽缸头的要部的剖面图。
[0029]图2是将本发明的实施方式所涉及的耐磨损性铁基烧结金属所涉及的金属组织的上贝氏体初始硬度和硬化后的硬度、与对比例所涉及的金属组织的下贝氏体的初始硬度和硬化后的硬度进行比较的图。
[0030]图3是将本发明的实施方式所涉及的耐磨损性铁基烧结金属所涉及的金属组织的上贝氏体的磨损量、与对比例所涉及的金属组织的珠光体及下贝氏体的各磨损量进行比较的图。
[0031]图4是说明将本发明的实施方式所涉及的耐磨损性铁基烧结金属应用于阀座上的情况下的表面压力硬化的示意图。
[0032]图5A?5C是将本发明的实施方式所涉及的金属组织仅由上贝氏体构成的耐磨损性铁基烧结金属、以及对比例所涉及的金属组织仅由下贝氏体构成的耐磨损性铁基烧结