特許 7091338 測温冶金材料

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-17

(45)【発行日】2022-06-27

(54)【発明の名称】測温冶金材料

(51)【国際特許分類】

   B22F 3/11 20060101AFI20220620BHJP

   C22C 38/00 20060101ALI20220620BHJP

   C22C 33/02 20060101ALI20220620BHJP

   C22C 1/08 20060101ALI20220620BHJP

   B22F 3/26 20060101ALI20220620BHJP

   G01K 11/00 20060101ALI20220620BHJP

【ＦＩ】

B22F3/11 D

C22C38/00 304

C22C33/02 101

C22C1/08 C

B22F3/26 B

G01K11/00 Z

【請求項の数】 24

(21)【出願番号】P 2019531884

(86)(22)【出願日】2017-12-18

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-03-26

(86)【国際出願番号】 US2017066959

(87)【国際公開番号】W WO2018112453

(87)【国際公開日】2018-06-21

【審査請求日】2020-12-16

(31)【優先権主張番号】62/435,280

(32)【優先日】2016-12-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】15/844,277

(32)【優先日】2017-12-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】518372567

【氏名又は名称】テネコ・インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＴＥＮＮＥＣＯ ＩＮＣ．

(73)【特許権者】

【識別番号】519141575

【氏名又は名称】ラ・コルポラシオン・ドゥ・レコール・ポリテクニーク・ドゥ・モントリオール

【氏名又は名称原語表記】ＬＡ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ ＤＥ Ｌ’ＥＣＯＬＥ ＰＯＬＹＴＥＣＨＮＩＱＵＥ ＤＥ ＭＯＮＴＲＥＡＬ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ボーリュー，フィリップ

(72)【発明者】

【氏名】クリストファーソン，デニス・ビィ，ジュニア

(72)【発明者】

【氏名】ファージング，レスリー・ジョン

(72)【発明者】

【氏名】シィーウィ－ラチュリップ，オリビエ

(72)【発明者】

【氏名】レスペランス，ジル

【審査官】藤長 千香子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－１６０３０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５５－０６２３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１６４８０６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０５－００５１６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０７４８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３１６７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５６－００３６５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１４０６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－２２６５０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／００７６２６０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２５１３７７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２００９－００７０３２０（ＫＲ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０６０７７６６０（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２００４－１０００３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｆ １／００－８／００

Ｃ２２Ｃ １／０４－１／０５

Ｃ２２Ｃ ３３／００－３３／０２

Ｃ２２Ｃ ３８／００

Ｃ２２Ｃ １／０８

Ｇ０１Ｋ １１／００，１３／００

Ｆ０１Ｌ ３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関における実際の粉末金属材料の使用中の実際の粉末金属材料を再現するための試験用の測温粉末金属材料であって、前記測温粉末金属材料は細孔を含み、（硬度変化／温度変化）＝＞０．５ＨＶ／℃の式に従う温度の関数として硬度が減少し、
前記測温粉末金属材料は前記粉末金属材料の総重量に基づき、０．４～０．７重量％の炭素、３．６～４．４重量％のニッケル、０．４～０．６重量％のモリブデン、０．０５～０．３重量％のマンガン、１．３～１．７重量％の銅、および残りの鉄と潜在的な不純物を含む、測温粉末金属材料。

【請求項2】

内燃機関における実際の粉末金属材料の使用中の実際の粉末金属材料を再現するための試験用の測温粉末金属材料であって、前記測温粉末金属材料は細孔を含み、（硬度変化／温度変化）＝＞０．５ＨＶ／℃の式に従う温度の関数として硬度が減少し、
前記測温粉末金属材料は前記粉末金属材料の総重量に基づき、最大０．３重量％の炭素、３．０～５．０重量％のニッケル、０．６５～０．９５重量％のモリブデン、０．０５～０．３重量％のマンガン、および残りの鉄と潜在的な不純物を含む、測温粉末金属材料。

【請求項3】

内燃機関における実際の粉末金属材料の使用中の実際の粉末金属材料を再現するための試験用の測温粉末金属材料であって、前記測温粉末金属材料は細孔を含み、（硬度変化／温度変化）＝＞０．５ＨＶ／℃の式に従う温度の関数として硬度が減少し、
前記測温粉末金属材料は前記粉末金属材料の総重量に基づき、０．４～０．７重量％の炭素、３．０～５．０重量％のニッケル、０．６５～０．９５重量％のモリブデン、０．０５～０．３重量％のマンガン、および残りの鉄と潜在的な不純物を含む、測温粉末金属材料。

【請求項4】

内燃機関における実際の粉末金属材料の使用中の実際の粉末金属材料を再現するための試験用の測温粉末金属材料であって、前記測温粉末金属材料は細孔を含み、（硬度変化／温度変化）＝＞０．５ＨＶ／℃の式に従う温度の関数として硬度が減少し、
前記測温粉末金属材料は前記粉末金属材料の総重量に基づき、０．４～０．７重量％の炭素、１．０～３．０重量％のニッケル、０．６５～０．９５重量％のモリブデン、０．０５～０．３重量％のマンガン、１．０～３．０重量％の銅、および残りの鉄と潜在的な不純物を含む、測温粉末金属材料。

【請求項5】

前記測温粉末金属材料の前記細孔は銅で溶浸される、請求項１に記載の測温粉末金属材料。

【請求項6】

前記測温粉末金属材料は前記測温粉末金属材料の総重量に基づき１０～５０重量％の量の前記銅を含む、請求項５に記載の測温粉末金属材料。

【請求項7】

前記測温粉末金属材料の密度は７．２～８．４ｇ／ｃｍ³である、請求項６に記載の測温粉末金属材料。

【請求項8】

前記測温粉末金属材料は１０～１００Ｗ／ｍＫまたは２５～８０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する、請求項７に記載の測温粉末金属材料。

【請求項9】

前記測温粉末金属材料は温度の関数として硬度が単調減少する、請求項１に記載の測温粉末金属材料。

【請求項10】

前記測温粉末金属材料は前記測温粉末金属材料の理論的な密度の８０％～９５％の気孔率を有する、請求項１に記載の測温粉末金属材料。

【請求項11】

前記測温粉末金属材料は６．２～７．４ｇ／ｃｍ³の密度を有する、請求項１に記載の測温粉末金属材料。

【請求項12】

前記測温粉末金属材料は１５～４０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する、請求項１１に記載の測温粉末金属材料。

【請求項13】

前記測温粉末金属材料はバルブシート用途の部品を形成するために使用される粉末金属材料を再現する、請求項１に記載の測温粉末金属材料。

【請求項14】

内燃機関における実際の粉末金属材料の使用中の前記実際の粉末金属材料を再現する試験用の測温粉末金属材料の製造方法であって、請求項１～請求項１３のいずれか１項に記載の前記測温粉末金属材料の熱伝導率を調整または制御することを備える、方法。

【請求項15】

前記測温粉末金属材料の気孔率を調整または制御することによって熱伝導率を調整または制御することを含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記測温粉末金属材料の細孔を銅で溶浸することによって熱伝導率を調整または制御することを含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項17】

実際の粉末金属材料が内燃機関において使用されるときの前記実際の粉末金属材料の特性を測温粉末金属材料を使用して推定する方法であって、請求項１～請求項１３のいずれか１項に記載の前記測温粉末金属材料の熱伝導率を調整または制御することを含む、方法。

【請求項18】

前記測温粉末金属材料の気孔率を調整または制御することによって熱伝導率を調整または制御することを含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記測温粉末金属材料の細孔を銅で溶浸することによって熱伝導率を調整または制御することを含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項20】

前記測温粉末金属材料をエンジン試験にさらすことと、前記エンジン試験中および／またはその後に前記測温粉末金属材料の前記特性を測定することと、試験された前記測温粉末金属材料の前記測定された特性に基づき前記実際の粉末金属材料が内燃機関において使用されるときの前記実際の粉末金属材料の前記特性を推定することとを含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項21】

前記エンジン試験中および／またはその後に前記測温粉末金属材料の温度を測定することを含む、請求項２０に記載の方法。

【請求項22】

前記エンジン試験中および／またはその後に前記測温粉末金属材料の熱伝導率を測定することを含む、請求項２０に記載の方法。

【請求項23】

前記エンジン試験中および／またはその後に前記測温粉末金属材料の微少硬度を測定し、前記測温粉末金属材料の焼き戻し曲線を準備し、前記焼き戻し曲線を使用して前記微少硬度に基づき前記実際の粉末金属材料が内燃機関において使用されるときの前記実際の粉末金属材料の温度を推定することを含む、請求項２０に記載の方法。

【請求項24】

前記実際の粉末金属材料の温度勾配のマップを作成することを含む、請求項２０に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
この特許出願は、２０１６年１２月１６日付出願の米国仮特許出願第６２／４３５，２８０号および２０１７年１２月１５日付出願の米国特許出願第１５／８４４，２７７に対する優先権を主張し、その全体の内容が参照によりここに組み込まれる。

【0002】

発明の背景
１．発明の技術分野
この発明は一般に測温材料に関し、より具体的には測温粉末金属材料、測温粉末金属材料の製造方法、および測温粉末金属材料を利用する用途に関する。

【背景技術】

【0003】

２．関連技術
粉末金属材料はバルブガイドおよびバルブシートインサート等の、向上された耐摩耗性および／または熱伝導率を有する自動車用途のための部品を形成するためにしばしば使用される。典型的な排気バルブシートインサートはエンジン動作中に４００℃～５００℃の温度に到達することができる。エンジンの厳しい環境により、バルブガイドおよびバルブシートインサートを形成するために使用される材料は好ましくは熱間硬度が高い。近年、高い熱伝導率を有するバルブシートインサートおよびガイドを提供することもより望ましい。材料はエンジンの始動時といった低い温度から、エンジンが高性能で動作し最大定格出力で動作しているときといった高い温度にまで、十分な耐摩耗性も提供するべきである。硬度および熱伝導率に加えて、材料の気孔率および密度も重要な特性である。

【0004】

バルブガイドおよびバルブシートインサートにおいて使用される粉末金属材料の特性は内燃機関における材料の使用前に典型的に試験される。試験される粉末金属材料の熱伝導率が内燃機関において実際に生み出され使用される粉末金属材料の熱伝導率を正確に提示することが重要である。しかし、試験される粉末金属材料の熱伝導率は材料の多孔性のせいでかなり変化し得る。ＥＮ１９ＴまたはＡＩＳＩ４１４０といった現在知られている鋳造測温材料は固定された熱伝導率を有し、したがってそのような材料が試験されるとき、これらの材料の温度勾配は鋳造材料が内燃機関のバルブシートインサートまたはバルブガイドにおいて使用されるときに実際に得られる温度勾配を表さない可能性がある。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

発明の概要
本発明の１つの局面は内燃機関における実際の粉末金属材料の使用中の実際の粉末材料を再現するための試験用の測温粉末金属材料を提供する。測温粉末金属材料は細孔を含み、Ｄ硬度／Ｄ温度＝＞０．５ＨＶ／℃の式に従う温度の関数として硬度が減少する。

【0006】

本発明の別の局面は内燃機関における実際の粉末金属材料の使用中の実際の粉末金属材料を再現する試験用の測温粉末金属材料の製造方法を提供し、方法は測温粉末金属材料の熱伝導率を調整することを備える。

【0007】

たとえば、粉末金属材料が内燃機関において使用されるときの実際の粉末金属材料の特性を推定するために使用される測温粉末金属材料の製造方法は測温粉末金属材料の熱伝導率を調整することを含むことができ、これにより測温粉末金属材料の熱伝導率は内燃機関における実際の粉末金属材料の使用中の実際の粉末金属材料の熱伝導率をシミュレートする。熱伝導率は材料の気孔率を制御することによっておよび／または材料の細孔を銅で溶浸することによって制御または調整されることができる。

【0008】

本発明の別の局面は実際の粉末金属材料が内燃機関において使用されるときの実際の粉末金属材料の特性を測温粉末金属材料を使用して推定する方法を提供し、方法は測温粉末金属材料の熱伝導率を調整することを備える。

【0009】

たとえば、内燃機関における実際の粉末金属材料の熱伝導率および温度といった特性を測温粉末金属材料を使用して推定する方法は試験前に気孔率を調整することおよび／または測温粉末金属材料を銅で溶浸することを含むことができ、これにより試験手順中に測温粉末金属材料の熱伝導率は内燃機関における実際の粉末金属材料の使用中の実際の粉末金属材料の熱伝導率をシミュレートする。

【0010】

図面の簡単な説明
本発明の他の利点は、添付の図面と関連して考慮されるとき、以下の詳細な説明を参照することによってよりよく理解されるようになるので、容易に理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の１つの実施形態に従う測温粉末金属材料で形成されるバルブシートインサートを含む内燃機関の一部の例である。

【図2A】本発明の例示的な実施形態に従う測温粉末金属材料（例Ａ）および４つの比較の粉末金属材料（例Ｂ～Ｅ）のための焼き戻し温度変化に対する硬度変化の理論上の図示である。

【図2B】比較の材料（Ｗ１、Ｏ１、Ｓ１、Ａ２、Ｍ２）のための焼き戻し温度変化に対する硬度変化を図示する。

【図3】標準的鋳造測温材料（ＡＩＳＩ１５４１）、およびバルブシートインサートおよびバルブガイド（例１～５）において使用される標準的粉末金属材料の組成を含む。

【図4】図３の材料の温度に対する熱伝導率を図示するグラフである。

【図5】例示的な測温粉末金属材料組成を含む。

【図6】図５の例示的な測温粉末金属材料組成および比較の鋳造材料のうちの１つのための温度変化に対する硬度変化を図示する。

【発明を実施するための形態】

【0012】

例示的な実施形態の詳細な説明
本発明の１つの局面は内燃機関の動作条件下の実際の粉末材料を再現するための試験用の測温粉末金属材料を提供する。１つの実施形態に従い、測温粉末金属材料は、たとえば図１に示されるようにバルブ１２を取り囲むバルブシートインサート１０を形成するために、バルブシート用途において使用されるまたはバルブシート用途の部品を形成するために使用される粉末金属材料を再現するために使用される。測温粉末金属材料はバルブガイドまたは内燃機関の厳しい条件にさらされる他の部品において使用される粉末金属材料を再現するためにも使用されることができる。たとえば、測温粉末金属材料は１０～１００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する、バルブシートインサートまたはバルブガイドにおいて使用される粉末金属材料を再現するために使用されることができる。

【0013】

試験測温粉末金属材料は内燃機関の動作中に生み出される実際の粉末金属材料の熱伝導率を再現する、制御または調整された熱伝導率を有する。測温粉末金属材料は異なる熱伝導率を有する様々な粉末金属材料を再現するためにも適合されることができる。試験測温粉末金属材料の温度勾配は試験用の目的で使用されるその他の材料よりも正確である。したがって、測温粉末金属材料が内燃機関における使用前に試験されるときに、材料はエンジン動作温度のより正確な推定を可能とし、エンジン条件のより正確なシミュレーションを提供する。

【0014】

粉末金属材料の熱伝導率は材料の多孔性によりかなり変化することができる。本発明の一つの実施形態に従い、試験測温粉末金属材料の熱伝導率を制御または調整するために、ひいては製造中およびエンジン動作条件の下の実際の粉末金属材料の熱伝導率をより正確に提示するために、試験測温粉末金属材料の細孔は銅で溶浸される。熱伝導率は他の方法で測温粉末金属材料の気孔率の量を制御または調整することによっても制御または調整されることができる。たとえば、気孔率は銅溶浸を用いてまたは銅溶浸を用いずに、材料のグリーン密度によって制御されることができる。制御された気孔率および／または銅溶浸はより正確なエンジン温度推定および実際のエンジン条件の改善されたシミュレーションに寄与する。

【0015】

いくつかの特定の特性はエンジン動作温度のための典型的範囲である１００℃～６００℃の温度範囲において試験に適した測温粉末金属材料を得るために好ましくまたは必須である。たとえば、測温粉末金属材料の温度変化に対する硬度変化はしばしば重要である。図２Ａは本発明の実施形態に従う測温粉末金属材料（例Ａ）および４つの比較の粉末金属材料（例Ｂ～Ｅ）の焼き戻し温度変化に対する硬度変化の図示である。図２Ａの曲線は理論上であり、適した焼き戻し曲線および適していない焼き戻し曲線の概念を図示する。例Ａの測温粉末金属材料は温度の関数として硬度が単調減少し、用途の対象領域に対してＤ硬度／Ｄ温度＝＞０．５ＨＶ／℃であり、エンジン動作条件の試験に適している。例Ｂでは、粉末金属材料の二次硬化は一貫しない硬度低下を引き起こし、これは試験のために理想的ではない。例Ｃの粉末金属材料も一貫しない硬度低下を有し、これは試験のために理想的ではない。例Ｄでは、粉末金属材料の硬度の降下は十分に大きくなく（＜０．５ＨＶ／℃）、不確かな温度推定につながる。例Ｅの粉末金属材料は対象領域の幾分かの温度範囲において一貫しない硬度低下を有し、また不確かな温度推定につながる。

【0016】

図２Ｂは比較の材料、具体的にはＷ１、Ｏ１、Ｓ１、Ａ２、Ｍ２とも称される典型的工具鋼のための焼き戻し温度と硬度における変動を図示する。図２Ｂの焼き戻し曲線は文献から得られ、異なる焼き戻し挙動を示す。曲線は各々印を付けられた温度において１時間である。焼き戻し曲線１はＷ１材料およびＯ１材料に対応する。焼き戻し曲線１はＷグループおよびＯグループ工具鋼によって示されるように、焼き戻し温度が上昇するにつれて軟化に対する低い抵抗を示す。焼き戻し曲線２はＳ１材料に対応する。焼き戻し曲線２はＳ１工具鋼によって示されるように、軟化に対して中間的な抵抗を図示する。焼き戻し曲線３はＡ２材料に対応し、焼き戻し曲線４はＭ２材料に対応する。焼き戻し曲線３および焼き戻し曲線４は、二次硬化工具鋼Ａ２およびＭ２によって示されるように、軟化に対してそれぞれ高いおよび非常に高い抵抗を図示する。焼き戻し曲線１、焼き戻し曲線３、および焼き戻し曲線４は特に測温材料のために適していない。焼き戻し曲線２は鋳造測温材料として適し得る。

【0017】

上で示されるように、さまざまな組成は測温粉末金属材料を形成するために使用されることができる。また上述のように、測温粉末金属材料の熱伝導率は気孔率を制御することによっておよび／または細孔を銅で溶浸することによって調整されることができる。１つの実施形態に従い、材料が銅で溶浸されないときに、気孔率は測温粉末金属材料の理論密度の８０％から最大９５％の範囲であり、典型的密度は６．２ｇ／ｃｍ³から最大７．４ｇ／ｃｍ³である。この場合、測温粉末金属材料の熱伝導率は１５～４０Ｗ／ｍＫである。別の実施形態に従い、測温粉末金属材料は銅で溶浸される。典型的な銅含有量は測温粉末金属材料の総質量の１０％～５０％であり、典型的密度は７．２～８．４ｇ／ｃｍ³である。この場合、測温粉末金属材料の熱伝導率は１０～１００Ｗ／ｍＫ、または２５～８０Ｗ／ｍＫである。測温粉末金属材料の質量が５０％の銅を含む場合、熱伝導率は最大１００Ｗ／ｍＫであることができる。測温粉末金属の熱伝導率は温度の関数としてかなり変化することができる。

【0018】

図３は、バルブシートインサートまたはバルブガイドにおいて使用されることができる５つの標準的粉末金属材料の組成を提供する表を含む。図３の例１～５の組成は図２の例Ａ～Ｅの組成とは同じではない。図３はまた標準的鋳造測温材料の例、具体的にはＡＩＳＩ１５４１鋼を含む。図３の各例示的な組成の残りは、鉄および可能性のある不純物で形成される。図３の組成の値は材料の総重量に基づく重量パーセント（重量％）においてであり、混合または合金とも称される。

【0019】

例示的な材料１～５が粉末金属であるので、図４に示されるようにこれらの材料の熱伝導率は温度の関数として増加または減少することができる。図４の曲線は標準的鋳造測温材料（ＡＩＳＩ１５４１）と標準的バルブシートインサートまたはバルブガイド粉末金属材料（例１～５）との間の熱伝導率の差異を図示する。例示的な材料１および材料２はバルブシートインサートにおいて使用されるための銅で溶浸される低合金鋼である。例示的な材料１および材料２の熱伝導率は温度の関数として減少する。例示的な材料３および材料４はバルブシートインサートにおいて使用されるための銅で溶浸される高合金鋼である。例示的な材料３および材料４の熱伝導率は温度の関数として増加する。例示的な材料５はバルブシートインサートにおいて使用されるための銅で溶浸されない多孔質の高合金鋼である。例示的な材料５の熱伝導率は温度の関数として比較的安定している。粉末金属材料の多孔質の性質のせいで、液体が細孔に浸透することができ、材料の熱伝導率および熱物理的挙動に影響するので、粉末金属材料を液体中で焼き入れすることは可能ではない。オイルを燃焼するために粉末金属材料を加熱する標準的方法は温度推定のための材料の感度に影響する。水焼き入れは過度に急激であるので、バルブシートインサートまたはバルブガイドのような繊細な薄い壁部の著しい歪みまたは亀裂を引き起こす。

【0020】

図３に示されるように、ＡＩＳＩ１５４１鋼は比較の測温材料であるが、この材料は粉末金属よりもむしろ鋳造材料である。ＡＩＳＩ１５４１鋼および他の鋳造材料の熱伝導率は温度とともに減少し、図４に示されるようにＥＮ１９Ｔ合金鋼に対しても同様である。鋳造材料に対して、適切な微少構造（たとえばＥＮ１９Ｔ）を得るための手順は材料をオーステナイト化し、続いてオイル焼き入れして所望のマルテンサイト微細構造を達成することである。また、既存の鋳造材料（たとえばＥＮ１９Ｔ）はバルブシートインサートおよびバルブガイド焼結サイクルのために使用される標準的粉末金属焼結処理を使用して完全に硬化することができない。測温粉末金属材料は鋳造材料よりも合金化されるべきである。測温粉末金属材料は液体焼き入れ媒体を使用することなく完全に硬化可能であるように設計される。測温用途に適するために、測温粉末金属材料はまた図２に示されるような例示的な材料Ａと同様の焼き戻し挙動を示すように設計される。

【0021】

本発明の測温粉末金属材料として使用されることができる他の例示的な材料は図５に示され、ＦＬＮ４Ｃ－４００５、ＦＬＮ４－４４００、ＦＬＮ４－４４０５、およびＦＬＮＣ－４４０５を含む。

【0022】

１つの実施形態に従い、測温粉末金属材料は粉末金属材料の総重量に基づき、０．４～０．７重量％の炭素、３．６～４．４重量％のニッケル、０．４～０．６重量％のモリブデン、０．０５～０．３重量％のマンガン、１．３～１．７重量％の銅、および残りの鉄と潜在的な不純物とを含む。

【0023】

別の実施形態に従い、測温粉末金属材料は粉末金属材料の総重量に基づき、最大０．３重量％の炭素、３．０～５．０重量％のニッケル、０．６５～０．９５重量％のモリブデン、０．０５～０．３重量％のマンガン、および残りの鉄と潜在的な不純物を含む。

【0024】

別の実施形態に従い、測温粉末金属材料は粉末金属材料の総重量に基づき、０．４～０．７重量％の炭素、３．０～５．０重量％のニッケル、０．６５～０．９５重量％のモリブデン、０．０５～０．３重量％のマンガン、および残りの鉄と潜在的な不純物を含む。

【0025】

別の実施形態に従い、測温粉末金属材料は粉末金属材料の総重量に基づき、０．４～０．７重量％の炭素、１．０～３．０重量％のニッケル、０．６５～０．９５重量％のモリブデン、０．０５～０．３重量％のマンガン、１．０～３．０重量％の銅、および残りの鉄と潜在的な不純物を含む。

【0026】

図６は、図５の例示的な測温粉末金属材料組成、具体的にはＦＬＮ４Ｃ－４００５と、比較の鋳造材料、具体的にはＥＮ１９Ｔとのうちの１つのための温度変化に対する硬度変化を図示する。

【0027】

本発明の別の局面は内燃機関において使用中の実際の粉末金属材料を再現する試験用の測温粉末金属材料の製造方法を提供する。１つの実施形態に従い、方法は材料の気孔率を制御することによって測温粉末金属材料の熱伝導率を調整することを含む。別の実施形態に従い、気孔率を制御することに加えてまたはその代わりに、方法は材料の細孔を銅で溶浸することによって測温粉末金属材料の熱伝導率を調整することを含む。

【0028】

測温用途において使用するための例示的な測温粉末金属材料の処理は粉末金属鋼の多くで典型的である。金属はまず所望の最終の熱伝導率の関数として特定密度へとプレス加工される。次の処理は、プレス加工された材料を、たとえば１１２０℃で３０分間７５％Ｎ_２／２５％Ｈ_２雰囲気において焼結することを含む。銅溶浸された材料の場合、焼結は溶浸ステップ中に行われることができる。次に、焼結された材料は冷却される。マルテンサイト構造を得るために冷却速度は十分に早くするべきであり、たとえば毎秒５℃である。焼結後、材料はたとえば１時間１００℃で焼き戻しされることができる。測温粉末金属材料を試験するために、たとえば図２に示されるように、焼結後、所与の時間、たとえば２時間、焼き戻し曲線が構築される。焼結された材料の試料は異なる温度で焼き戻され、微少硬度は温度の関数として硬度の曲線を得るために測定される。

【0029】

本発明の別の局面は内燃機関における実際の材料の使用中の実際の粉末金属材料の熱伝導率および温度を推定するために測温粉末金属材料を試験する方法を提供する。方法は試験する前に気孔率を制御することおよび／または試験測温粉末金属材料を銅で溶浸することを典型的に含み、これにより試験材料の熱伝導率は内燃機関における材料の使用中に生み出される実際の粉末金属材料の熱伝導率をシミュレートする。

【0030】

本発明の別の局面は測温粉末金属材料の熱伝導率を調整することによって実際の粉末金属材料が内燃機関において使用されるときの実際の粉末金属材料の特性を測温粉末金属材料を使用して推定することを提供する。たとえば、方法はまず測温粉末金属材料の気孔率を調整または制御すること、および／または測温粉末金属材料の細孔を銅で溶浸することを含むことができる。方法は、測温粉末金属材料をエンジン試験にさらすことと、エンジン試験中および／またはその後に測温粉末金属材料の特性を測定することとをさらに含む。方法はそして、試験された測温粉末金属材料の測定された特性に基づき実際の粉末金属材料が内燃機関において使用されるときの実際の粉末金属材料の特性を推定することを含む。たとえば、実際の粉末金属材料の特性を推定するために、方法はエンジン試験中および／またはその後に測温粉末金属材料の温度を測定すること、および／またはエンジン試験中および／またはその後に測温粉末金属材料の熱伝導率を測定することを含むことができる。

【0031】

１つの実施形態に従い、方法はエンジン試験中および／またはその後に測温粉末金属材料の微少硬度を測定することと、測温粉末金属材料の焼き戻し曲線を準備することと、焼き戻し曲線を使用して微少硬度に基づき実際の粉末金属材料が内燃機関において使用されるときの実際の粉末金属材料の温度を推定することを含む。加えて、実際の粉末金属材料の温度勾配のマップは作成されることができる。

【0032】

別の例示的な実施形態に従い、測温粉末金属材料は内燃機関のバルブシートインサートにおける実際の材料の使用中の実際の粉末金属材料の温度を推定するために使用される。この場合、測温粉末金属材料の試料は標準的なバルブシートインサートが準備されるのと同様に設置され準備される。エンジンはそして焼き戻し曲線を得るために使用された時間と同様の所与の時間、たとえば２時間動作される。試験後、測温粉末金属材料の試料は分解され、断面は微少硬度測定を行うために取り付けられる。上で示されるように、測温粉末金属材料の微少硬度はそして温度が測定されることを要する領域において測定される。測温粉末金属材料の試料の焼き戻し曲線は作成され、焼き戻し曲線は微少硬度に基づき温度を推定するために使用され、そのためバルブシートインサート用途において温度勾配のマップを作成する。同じまたは同様の手順はまた他のエンジン用途において使用される実際の粉末金属材料の温度を推定するために使用されることができる。

【0033】

明らかに、本発明の多くの修正および変形が上記の教示に照らして可能であり、そして本発明の範囲内にある間に具体的に記載された以外の方法で実施され得る。そのような組み合わせが互いに矛盾しない限り、記載されたすべての特徴およびすべての実施形態は互いに組み合わせることができると考えられる。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】