耐磨损性铁基烧结金属的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种耐磨损性铁基烧结金属。
【背景技术】
[0002]当前，对于使用耐磨损性铁基烧结金属的内燃机用的阀座，要求通过与阀组合而保持燃烧室的气密性，并要求在高温干燥的环境下的耐磨损性较高且对阀的攻击性较低这些特性。
[0003]另外，近年来，为了应对环境需要，提高发动机输出性能及低燃料消耗性能成为不可缺少的措施，在阀座的使用环境中，也在要求提高高温化及高表面压力化的条件之外，还要求提高导热性及低热膨胀性等各种条件。
[0004]根据上述状况，例如已知有下述内燃机用阀座，其按质量％比含有Mo:0.4?4.0%、C:0.2?1.1%、N1:0.6?5.0%，金属组织呈现仅有贝氏体和马氏体混合而成的混合相构成的组织，并且剖面处的贝氏体和马氏体之比为100:0?50:50，并且基底硬度为250?850HV (例如参照日本特开2001 — 316780)。
[0005]但是，硬质粉末是与铁基粉末的铁粒子相比更硬的硬颗粒所构成的粉末。由此，通过将硬颗粒分散在铁基烧结合金中，从而能够提高铁基烧结合金的耐磨损性。
[0006]上述铁基烧结合金的阀座在压入汽缸头中后，需要为了校直调整等而对与阀抵接的抵接面进行切削加工，所以也要求高切割性。换句话说，要求切割性优异的阀座有助于切削加工时使用的刀具的长寿。
[0007]但是，上述的现有耐磨损性铁基烧结金属的阀座由于存在气孔，所以成为断续切削加工。由此产生下述问题，即，含有下贝氏体及马氏体的初始硬度为600HV以上的硬颗粒中，切割性变差，用于加工的刀具寿命变短。另外，由于硬颗粒的价格非常高，所以产生材料费很高这一问题。
【发明内容】
[0008]本发明仅由不含有硬颗粒的碳化物密度更高的上贝氏体构成，能够把硬度抑制在较低水平。本发明提供一种廉价的耐磨损性铁基烧结金属，能够在对阀座加工时切割性优异且能够抑制刀具寿命降低，在用作为阀座时，大幅加工硬化而具有稳定的耐磨损性。
[0009]本发明所涉及的耐磨损性铁基烧结金属按质量％比含有Mo:0.02?2.0%、C:
0.2?1.2%。耐磨损性铁基烧结金属的金属组织仅由上贝氏体构成,耐磨损性铁基烧结金属的初始硬度在120?400HV的范围内。
[0010]由于耐磨损性铁基烧结金属仅由不含有硬颗粒的碳化物密度更高的上贝氏体构成，从而将硬度抑制在较低水平，所以能够在对阀座加工时切割性优异且能够抑制刀具寿命降低。在将耐磨损性铁基烧结金属用作为阀座时，大幅加工硬化而具有稳定的耐磨损性，并且廉价。
[0011]耐磨损性铁基烧结金属成型时的烧结后的冷却速度也可以是40?150°C /min。
[0012]由此，能够形成同时具有优异的切割性和耐磨损性的耐磨损性铁基烧结金属。
[0013]耐磨损性铁基烧结金属的碳化物的面积率也可以为40%以上。
[0014]根据该结构，能够得到金属组织仅由上贝氏体构成的、同时具有优异的切割性和耐磨损性的耐磨损性铁基烧结金属。
[0015]耐磨损性铁基烧结金属也可以按质量％比含有V:0.02?4.0%。
[0016]耐磨损性铁基烧结金属的平均晶体粒径也可以为2?40 μ m。
[0017]耐磨损性铁基烧结金属也可以按质量％比含有Cr:0.05?2.0%。
[0018]另外，耐磨损性铁基烧结金属也可以按质量％比含有N1:0.4?5.0%、Mn:0.05?1.0%中的至少一种。
[0019]根据本发明，由于耐磨损性铁基烧结金属仅由不含有硬颗粒的碳化物密度更高的上贝氏体构成，从而将硬度抑制在较低水平，所以能够在对阀座加工时切割性优异且能够抑制刀具寿命降低。在将耐磨损性铁基烧结金属用作为阀座时，大幅加工硬化而具有稳定的耐磨损性,并且廉价。
【附图说明】
[0020]图1是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主要部分的剖面图。
[0021]图2是对本发明的实施方式所涉及的耐磨损性铁基烧结金属中的珠光体、上贝氏体、下贝氏体的磨损特性进行比较的图表。
[0022]图3是对本发明的实施方式所涉及的耐磨损性铁基烧结金属中的上贝氏体和下贝氏体的初始硬度以及硬化后的硬度的特性进行比较的图表。
[0023]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的情况下的表面挤压硬化的示意图。
[0024]图5是对本发明的实施方式所涉及的耐磨损性铁基烧结金属中的上贝氏体和下贝氏体的压缩残留应力与表面深度之间的关系进行比较的图表。
[0025]图6是说明本发明的实施方式所涉及的耐磨损性铁基烧结金属中的上贝氏体在光学显微镜下的碳化物的呈现状态的替代照片的说明图。
[0026]图7A?7C表示本发明的实施方式所涉及的耐磨损性铁基烧结金属中的上贝氏体的冷却速度设为15°C /min的情况下的对比例，
图7A是表示在配比为Fe - 1.5Mo 一 0.5C的情况下的碳化物的面积率的替代照片的说明图，
图7B是表示在配比为Fe - 1.5Mo 一 1.1C的情况下的碳化物的面积率的替代照片的说明图，
图7C是表示在配比为Fe - 1.5Mo 一 2.0C的情况下的碳化物的面积率的替代照片的说明图。
[0027]图8A?SC表示本发明的实施方式所涉及的耐磨损性铁基烧结金属中的上贝氏体的实施例，示出将冷却速度设为15°C /min的情况下的对比例，
图8A是表示在配比为Fe - 1.5Mo 一 0.5C且将冷却速度设为100°C /min的情况下的碳化物的面积率的替代照片的说明图， 图8B是表示在配比为Fe - 1.5Mo 一 1.1C且将冷却速度设为60°C /min的情况下的碳化物的面积率的替代照片的说明图，
图8C是表示在配比为Fe - 1.5Mo 一 1.1C且将冷却速度设为100°C /min的情况下的碳化物的面积率的替代照片的说明图。
[0028]图9是表示在本发明的实施方式所涉及的耐磨损性铁基烧结金属中的上贝氏体的配比设为Fe - 1.5Mo - 1.1C的情况下的冷却速度和磨损量之间的关系的图。
[0029]图10是本发明的实施方式所涉及的耐磨损性铁基烧结金属中的上贝氏体的晶粒的说明图。
【具体实施方式】
[0030]下面，参照附图，说明本发明的实施方式。
[0031]如图1所示，本实施方式的耐磨损性铁基烧结金属应用于发动机(省略整体图)的汽缸头I的底面侧所设置的阀座2。
[0032]汽缸头I利用其底面对燃烧室3的一部分进行密封，形成有向燃烧室3开口的排气通路4。燃烧室3的开口通过设置在汽缸头I上的排气阀5开闭。另外，在排气阀5的轴部5a和汽缸头I之间具有阀引导件6，其支撑排气阀的轴部5a使其能够沿轴线方向运动。
[0033]排气阀5由于阀弹簧7的拉伸力而在平时利用阀体5b使排气通路4的开口关闭。
[0034]阀座2嵌入汽缸头I的底面，在排气通路3闭阀时，排气阀5的阀体5b落位在阀座2上。
[0035]阀座2通过将本实施方式所涉及的耐磨损性铁基烧结金属成型后，对成为排气阀5的落位部分的内周壁面部的一部分进行倒角状切削加工而构成的。构成阀座2的耐磨损性铁基烧结金属，按质量％比含有Mo:0.02?2.0%、C:0.2?1.2%，金属组织仅由上贝氏体构成，初始硬度在120?400HV的范围内。
[0036]通常，贝氏体(bainite)是将含碳钢从奥氏体状态开始冷却，在发生珠光体相变的温度区域和开始马氏体相变的温度(Ms点)之间的温度区域进行恒温保持时产生的组织。在含有Mo等合金元素的钢中，不仅在上述的恒温保持中产生贝氏体，在中等程度的速度下连续冷却时也产生贝氏体。
[0037]贝氏体大致区分为:在以恒温处理温度450?550°C程度处理时呈现接近珠光体的黑色羽毛状组织的上贝氏体、以及以低于前述温度的更接近Ms点的温度下处理时呈现接近马氏体的针状组织的下贝氏体。
[0038]上贝氏体如图2所示，具有与珠光体及下贝氏体相比磨损量较低的组织特性。另夕卜，上贝氏体如图3所示，具有初始硬度低于下贝氏体、且硬化后的硬度高于下贝氏体的组织特性。
[0039]由此，上贝氏体在初始硬度下能够容易地进行切削加工等的基础上，对其进行加工的加工刀具不易损伤，能够有助于刀具寿命延长。另外，上贝氏体在硬化后磨损量较小。由此，例如图4所示，在通过排气阀5而使排气通路4从开阀状态变为闭阀状态时、即利用阀体5b落位于阀座2上的表面压力而组织(塑性)硬化。同时，阀座2的表面粗糙度降低(密度提高)而确保耐磨损性，能够抑制阀座2磨损。S卩，由于表面的粗糙度不同，磨损特性大幅变化。
[0040]在这里，得到新发现，S卩，在阀座2的使用环境下，上贝氏体与其它组织相比，加工硬化量及硬化深度较高，耐磨损性优异。
[0041]具体地说，如图5所示，压缩残留应力(MPa)随着表面深度(μ m)越深，对疲劳强度越不利。而且，上贝氏体与下贝氏体相比，得到下述结果，即，在针对疲劳强度有利的基础上，与表面深度相对的变化较小。
[0042]因此，考虑上述上贝氏体的特性，在本实施方式中，将阀座2由下述耐磨损性铁基烧结金属构成，即，该耐磨损性铁基烧结金属仅由按质量％比含有Mo:0.02?2.0%、C:
0.2?1.2%、剩余部分为不可避免的杂质以及Fe，其金属组织仅由上贝氏体构成。
[0043]BP,Mo能够使耐磨损性优异，且能提高淬火性。此时，如果Mo的质量比低于0.02%,则难以充分得到上述效果，如果超过2.0%，则材料粉末变硬，成型性变差。
[0044]另外，C能够在形成碳化物的同时提高耐磨损性。如果C的质量比低于0.2%，则硬度不足，如果超过1.2%，则由于生成先共析渗碳体而导致对其它部件的攻击性增加，切割性也恶化。
[0045]在本实施方式中，使耐磨损性铁基烧结金属的初始硬度在120?400HV的范围内的理由如下所示。如果初始硬度不足120HV，则加工硬化时的硬度无法到达600HV，耐磨损性不足。另外，如果初始硬度超过400HV，则加工硬化时的硬度过大，产生对其它部件的攻击性而使得对阀座进行切削加工的刀具的磨损增加，并且切削加工变得困难，此外，在用作为阀座时，虽然耐磨损性足够大，但针对阀的攻击性变大。
[0046]在本实施方式中，通过使成型时的烧结后的冷却速度在40?150°C /min的范围内，从而使得在图像解析中，在0.19X0.23MM的视野中碳化物的面积率为40%以上。此外，如图6所示，在以光学显微镜(