JPS6011094B2 - Surface alloying method for steel or cast iron - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は物体上の表面層ケーシング
(casings)の形成特に鋼または鋳鉄の表面合金
化方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for forming surface layer casings on objects, particularly for surface alloying of steel or cast iron.
工作した(fabrica企d)、または半工作した金
属(元素状、合金および化合物を含めて)の摩滅、摩傷
、変形、腐食、加熱および(または)浸食に対する耐性
を改善するため古くから多くの方法が実施されている。Many techniques have been used since ancient times to improve the resistance of engineered or semi-engineered metals (including elemental, alloys and compounds) to abrasion, abrasion, deformation, corrosion, heating and/or erosion. method is implemented.
これらの方法には、浸炭、窒化、ケィ化、拡散焼入れ、
ハードフェーシング(表面へ高合金層の溶着)、火炎焼
入れ、誘導加熱焼入れおよび物理的な改良(例えばピー
ニング)などの方法により金属の表面を被覆し、表面の
組成および(または)顕微鏡組織を改良(modifi
cation)することを含む。These methods include carburizing, nitriding, silicification, diffusion hardening,
The surface of the metal is coated by methods such as hardfacing (deposition of a high alloy layer onto the surface), flame hardening, induction hardening and physical modification (e.g. peening) to improve the composition and/or microstructure of the surface. modifi
cation).
被覆法は表面上へのクロムまたはニッケルの電気メッキ
、表面上への耐火物のプラズマ燈霧または火炎贋霧、お
よび圧延クラッド化(シート状または針金状圧延製品に
対して)を含む。物体上に表面層ケーシングを形成する
既知の方法を改良して、より優れたケーシング製品を提
供することが本発明の1つの重要な目的である。Coating methods include electroplating of chromium or nickel onto the surface, plasma light or flame fogging of refractories onto the surface, and roll cladding (for sheet or wire rolled products). It is an important object of the present invention to improve known methods of forming surface layer casings on objects to provide better casing products.
本発明の別の目的は、基体(su戊trate)上の表
面層を相当量の割合で基体を独立した別個の相として、
および(または)新たに形成された化合物の組成物とし
て含む形状に変えることにある。本発明の別の目的は、
短時間に表面層を合金化及び(又は)反応性物質と融解
、混合することによって基体上の表面層をケーシング形
状に変えることにある。本発明によれば鋼または鋳鉄の
表面に一種もしくは二種以上の合金用成分の被覆層を適
用し、ついで該被覆層表面の線状加工通路に沿って該被
覆層と予め定められた深さの被覆層の直下にある鋼また
は鋳鉄とを該線状加工通路に沿って融解、混合、再固化
させるようにレーザーの出力ビームで横断することによ
り成る鋼又は鋳鉄の表面合金化方法において、融解被覆
層と下層の鋼または鋳鉄との混合を改良する目的で、レ
ーザービームは平行関係に配置された多数の線状加工通
路に沿って連続して被覆表面を走査するように偏向され
かつ該被覆層を横断する間その多額の線状加工通路で横
に振動され、而も議しーザービームは連続波のレーザー
の出力ビームでありかつ7.75〜1550KW/平方
伽(50〜1000皿W/平方ィンチ)の出力密度と1
2.7〜127肌/分(5〜50インチ/分)の線状走
査速度とを有することを特徴とする金属の表面合金化法
が提供される。Another object of the invention is to form a surface layer on a substrate in a significant proportion of the substrate as an independent and distinct phase.
and/or converting the newly formed compound into a form containing it as a composition. Another object of the invention is to
The purpose is to transform the surface layer on the substrate into a casing shape by alloying and/or melting and mixing the surface layer with a reactive substance in a short time. According to the present invention, a coating layer of one or more alloying components is applied to the surface of steel or cast iron, and then a coating layer is formed along a linear machining path on the surface of the coating layer at a predetermined depth. A process for surface alloying steel or cast iron, which consists in traversing the steel or cast iron immediately below the coating layer with a laser output beam along the linear machining path so as to melt, mix, and resolidify the surface of the steel or cast iron. In order to improve the mixing of the coating layer with the underlying steel or cast iron, the laser beam is deflected to successively scan the coating surface along a number of linear machining paths arranged in parallel relationship and While traversing the layer, the laser beam is vibrated laterally in its multi-linear processing path, and the laser beam is a continuous wave laser output beam and has a power output of 7.75-1550 KW/sq. inch) power density and 1
A method for surface alloying metals is provided having a linear scan rate of 2.7 to 127 skins/min (5 to 50 inches/min).
本発明によれば上記の方法を実施することにより製造さ
れるケーシング製品も提供される。According to the invention there is also provided a casing product manufactured by carrying out the above method.
本方法の実施においては、基体部分を基体の所定の表面
層深度に導入しようとする少量成分で被覆して、これと
緊密な混合物および(または)化合物を形成することが
できるが、ここで当該層内の基体物質は混合物中で主要
な体積百分率を、好ましくは10一9の本積%占めるも
のとする。この被覆物にはその他の少量成分の補供源(
reservoirs)を付け加えることもできるし、
またはこれでおきかえることができる。In carrying out the method, the substrate portion may be coated with a minor component to form an intimate mixture and/or compound therewith, which is intended to be introduced into a predetermined surface layer depth of the substrate; The substrate material in the layer should occupy a major volume percentage in the mixture, preferably 1019% by volume. The coating may contain other supplementary sources of minor components (
You can also add
Or you can replace it with this.
好ましくは0.065〜2.58平方仇(0.01〜0
.4平方インチ)またはそれ以下の程度に限定された表
面領域に集中させた放射エネルギー線を適用し、放射エ
ネルギー線と表面とを相対的に走査して一連のこのよう
な領域を順次融解および再固化して表面の改良を望むパ
タンに規定することにより、基体の表面層を所定深度ま
で融解する。Preferably 0.065 to 2.58 square meters (0.01 to 0
.. Applying a concentrated beam of radiant energy to a surface area limited to a surface area of 4 inches square or less and scanning the radiant energy beam relative to the surface to sequentially melt and re-melt a series of such areas. The surface layer of the substrate is melted to a predetermined depth by solidifying and defining the desired surface improvement pattern.
被覆物質と融解基体物質との強制混合による物質移動が
融解表面層領域での拡散より優勢である程度にこのよう
な混合を譲起するために融解条件を制御することが好ま
しい。いずれのこのような領域も1硯砂以下、好ましく
は1秒以下融解状態に保たれ、基体は融解領域に対して
非常に大きな熱溜(heatsink)を付与して、衝
突するエネルギー線の除去による急速な固化を保証する
。It is preferred to control melting conditions to permit such mixing to the extent that mass transfer by forced mixing of the coating material and molten substrate material predominates over diffusion in the fused surface layer region. Any such region is kept in a molten state for less than 1 second, preferably less than 1 second, and the substrate imparts a very large heatsink to the molten region, resulting in the removal of impinging energy rays. Guarantees rapid solidification.
本方法は、混合成分の気化を抑制しまた真空操作の設備
(fixtming)、清掃および組立に要する時間を
避けるために大気圧でまたは加圧で行うことが望ましい
。The process is preferably carried out at atmospheric pressure or under pressure to reduce vaporization of the mixed components and to avoid the time required for vacuum fixtming, cleaning and assembly.
成分の混合を一層促進するめに融解のためのエネルギー
を適用している一時的の帯城(Ua船itoryzon
e)を局部的に100〜1000ヘルツで振動すること
が好ましい。Temporary vessels applying melting energy to further promote mixing of ingredients.
e) is preferably locally vibrated at 100 to 1000 hertz.
このような振動は放射エネルギー線を局部的に動揺(s
weeping)することおよび(または)エネルギー
線の輪郭を例えば長方形と円形の形状に切換えることか
らなることができる。本発明のこれらの目的、特徴およ
び利点は付随の図面を参照し以下の詳細な説明からさら
に完全に理解されるであろう。Such vibrations locally perturb the radiant energy beam (s
weeping) and/or switching the contour of the energy line, for example between rectangular and circular shapes. These objects, features and advantages of the present invention will be more fully understood from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings.
第1図に、鋼シートのような圧延製品または鋼バルブ座
金(seat)のような工作部品であることができる基
体金属部品10が示してある。In FIG. 1, a base metal part 10 is shown, which can be a rolled product, such as a steel sheet, or a workpiece, such as a steel valve seat.
その上面の耐摩耗性をますために、この部分の表面を高
合金組成物に変えるために少量成分(例えばクロムおよ
びマンガン)の層をこの上に被覆する。表面層と、少量
成分被覆物12と望む合金層を形成する基体金属の量と
を規定するために部品10の表面下に所定の深度ライン
16を設定する。エネルギー吸収層14を被覆物12の
下層被覆物としてまたは被覆物12と混合して基体部分
上へつけることができる。レーザーのような適当な光源
から放射エネルギー線18を与えて深度ライン16まで
融解帯域19とし、基体部品10と光線18との相対的
な移動により望むように線状に連続してまたは飛び飛び
に融解帯域を走査してこのような融解帯城の時間的な配
列物を形成する。いずれの位置でも融解帯城19が維持
されている間、ここから基体部品10によって与えられ
る大きな熱溜への熱の移動は非常に迅速で、衝突光線1
8がここから相対的に移動するや否や融解帯城は冷却し
固化する。金属の処理には、直径0.06〜1.78伽
(0.025〜0.7インチ)の円に、または面積的に
等しいその他の形状に集中した5‐2皿Wのレーザー光
線(平方伽当り約7.75〜1550KW(平方ィンチ
当り約50〜1000皿Wのビーム出力密度を与える)
を改良しようとする表面上を12.7〜127弧(5−
50インチ/分)の速度で走査することが好ましい。In order to increase the wear resistance of the top surface, a layer of minor components (eg chromium and manganese) is coated on top of this to transform the surface of this part into a high alloy composition. A predetermined depth line 16 is established below the surface of the component 10 to define the surface layer and amount of base metal that will form the minor component coating 12 and the desired alloy layer. Energy absorbing layer 14 can be applied as an underlying coating to coating 12 or mixed with coating 12 onto the substrate portion. A beam of radiant energy 18 is applied from a suitable light source, such as a laser, to create a melting zone 19 up to the depth line 16, and the relative movement of the beam 18 to the base part 10 causes melting to occur linearly or intermittently as desired. The zone is scanned to form a temporal array of such melt zone structures. While the melting zone 19 is maintained in either position, the transfer of heat from here to the large heat reservoir provided by the base part 10 is very rapid and the impinging ray 1
As soon as 8 moves relatively from here, the melting zone cools and solidifies. For the treatment of metals, a 5-2 plate W laser beam (square ca. Approximately 7.75-1550KW per square inch (gives a beam power density of approximately 50-1000 dishes W per square inch)
12.7 to 127 arcs (5-
It is preferred to scan at a speed of 50 inches/minute).
表面層のいずれの特定領域に対しても融解状態での典型
的滞留時間は0.1〜1.9妙で、融解領域に対してこ
の内での合金組成物に対する可能な固化温度以下への冷
却時間は典型的には0.1〜1.9砂である。融解時に
、熱勾配のみが被覆層の少量成分と融解表面層部分との
浪合を実質的な程度に引き起こす。さらに、高エネルギ
ー入力によって圧力波(pressmewave)が譲
起され、この圧力波が一層激しく混合を促進すると考え
られる。第4図および5図に関連して以下に述べるよう
に衝突エネルギーの局部振動によってこのような混合を
一層実質的に高めることができる。基体を子熱する場合
は、より走査速度を早くすることができる。Typical residence times in the molten state for any particular region of the surface layer are between 0.1 and 1.9 mm, with temperatures below the possible solidification temperature for the alloy composition within this range for the molten region. Cooling times are typically 0.1 to 1.9 sand. During melting, thermal gradients alone cause a substantial degree of mixing of minor components of the coating layer with portions of the molten surface layer. Furthermore, it is believed that the high energy input induces pressure waves that promote more intense mixing. Such mixing can be enhanced even more substantially by local oscillations of the impact energy, as discussed below in connection with FIGS. 4 and 5. When the substrate is heated, the scanning speed can be increased.
実施例7を参照のこと。さて第2図において、焼入れ表
面層ケーシング20および界面層22を有する基体部品
10が示されている。See Example 7. Referring now to FIG. 2, a base part 10 is shown having a hardened surface layer casing 20 and an interfacial layer 22. As shown in FIG.
層20の厚さは所定の深度ライン16(第1図)に本質
的に一致する深度である。さて第3図において、本発明
を実施するための装置の配置が示されている。加工片1
0‘ま通常のフライス盤ベース上に置かれており、これ
は両方向矢印11および13で示されるように直角方向
に加工片を移動させるための装置および横移動制御装置
を備えている。上記xおよびy横移動は同時であること
ができ、また一方を断続できる。第1図に関連して上述
したように作用する放射エネルギー線18はしーザー3
0で与える。このレーザーは米国特許第3721915
号、第3702973号、第3577096号、および
第371303び号に記載のタイプであることができる
。第3図のレーザー30は光線分配器31に連結してい
る。光線分配器31から出る1つのまたはそれ以上の光
線トンネル36を用いて1つのまたはそれ以上の適用点
へとしーザー光線を向け、額斜することのできる鏡機構
と回転光線チョッパー歯車を用いてこの光線をこのよう
な適用点間で非常に迅速に時間分割利用でき、また多重
利用することさえできる。38で模式的に示した鏡機構
はテーブル39上の加工片の移動に加えてまたは移動さ
せる代りに光線18を動揺するため、および第5図に関
連して以下に記述する局部振動のために光学系モジュー
ルからしーザー光線を受けるように調節できる形態を与
えることができる。The thickness of layer 20 is at a depth that essentially corresponds to predetermined depth line 16 (FIG. 1). Referring now to FIG. 3, the arrangement of equipment for carrying out the invention is shown. Processed piece 1
0' rests on a conventional milling machine base, which is equipped with a device for moving the workpiece in the orthogonal direction, as indicated by the double-headed arrows 11 and 13, and a lateral movement control device. The x and y lateral movements can be simultaneous, or one can be intermittent. Radiant energy beam 18 acting as described above in connection with FIG.
Give it as 0. This laser is US Patent No. 3,721,915
No. 3702973, No. 3577096, and No. 371303. Laser 30 in FIG. 3 is coupled to a beam splitter 31. Laser 30 in FIG. One or more beam tunnels 36 exiting the beam distributor 31 are used to direct the laser beam to one or more application points, and a tiltable mirror mechanism and rotating beam chopper gears are used to direct the laser beam to one or more application points. Rays can be time-divided and even multiplexed between such application points very quickly. A mirror mechanism, shown schematically at 38, is provided for perturbing the beam 18 in addition to or instead of moving the workpiece on the table 39, and for local vibrations as described below in connection with FIG. An adjustable configuration can be provided to receive the laser beam from the optics module.
さて第4図および第5図(第3図の装置を用いて本発明
に従って処理している加工片10の見取図)において、
加工片は第1図に関連して上述したように被覆物(12
ノ14)をその上に有している。Now, in FIGS. 4 and 5 (sketches of a workpiece 10 being processed according to the invention using the apparatus of FIG. 3),
The workpiece is coated with a coating (12) as described above in connection with FIG.
14) on it.
この加工片は光線に対して第4図の矢印11Aおよび第
5図の矢印11Bで示す縦方向の走査方向へ移動し、間
欠的に第4図および第5図の矢印13で示すように移動
して一連の隣接したラインを形成する。光線トンネル3
6の1つが光学系モジュール37と連結しており、ここ
でレーザー光線が基体の加熱のための形状を与えられる
。This workpiece moves relative to the light beam in the longitudinal scanning direction shown by arrow 11A in FIG. 4 and arrow 11B in FIG. 5, and intermittently moves as shown by arrow 13 in FIGS. to form a series of adjacent lines. ray tunnel 3
6 is connected to an optics module 37, where the laser beam is shaped for heating the substrate.
光線は引返しの間中断するか、または別法では通過中お
よび引返す間も維持して隣接ライン(第4図の20Aま
たは第5図の20B)を与えることができる。The beam may be interrupted during the turnback, or alternatively maintained during passage and return to provide an adjacent line (20A in FIG. 4 or 20B in FIG. 5).
この光線はまた中断して被覆物(12/14)の表面領
域を飛び飛びに進み燐入れした領域と非焼入れ領域とか
らなる望むパタンを形成することもできる。それぞれ第
4図および第5図の矢印11Aおよび11Bの両方で示
される相対的な移動は典型例では約50.8伽/分(2
0インチノ分)の相対走査速度で行う。This beam can also be interrupted to step over the surface area of the coating (12/14) to form the desired pattern of phosphorized and unhardened areas. The relative movement indicated by both arrows 11A and 11B in FIGS. 4 and 5, respectively, is typically about 50.8 k/min (2
This is done at a relative scanning speed of 0 inches).
しかしながら、第5図の矢印11Bに重ねた振動波形1
1Cで示すように走査方向に対して光線に横方向の局部
的な振動を第5図の走査に重ねることができる。第4図
で示した第1の操作方式では作用するスポットの大きさ
はライン20Aの全中と一致するのが典型的であり、第
5図の第2の操作方式ではライン20Bの全中より実質
的に小さく、第2の場合は部品10の表面に対するスポ
ットの振動でライン全体をおおうが、同じ表面領域部分
に繰返しエネルギー入力を掃射することにより、部品1
0の融解表面層と被覆物I2の局部的融解部分との混合
が実質的に促進される。スポットの面積的な形状を例え
ば線状と円形とに切換えるように、または円形と星形と
に切換えるようにして連続的に変化させることによって
ライン20Bと同じ中を有するスポット形状に集中した
エネルギーによってもこのような勾配を誘起することが
できる。光線中心の横方向の振動に加えて、またはこれ
にかえて縦方向の振動を用いることもできる。本発明を
以下の実施例でさらに説明するが、限定する意図はない
。However, vibration waveform 1 superimposed on arrow 11B in FIG.
Local vibrations transverse to the scanning direction can be superimposed on the scan of FIG. 5, as shown at 1C. In the first operating method shown in FIG. 4, the size of the acting spot typically corresponds to the entire center of line 20A, and in the second operating method shown in FIG. Substantially smaller, in the second case covering the entire line with the vibration of the spot against the surface of the part 10, but by sweeping the energy input repeatedly over the same surface area portion, the part 1
The mixing of the fused surface layer of 0 and the local fused portion of the coating I2 is substantially promoted. By continuously changing the areal shape of the spot, for example, by switching between a linear shape and a circular shape, or between a circular shape and a star shape, energy is concentrated in a spot shape having the same inside as the line 20B. can also induce such a gradient. In addition to or instead of transverse vibrations of the beam center, longitudinal vibrations can also be used. The invention is further illustrated in the following examples, which are not intended to be limiting.
実施例 1
金属粉末混合物を頃霧により金属製品表面上へ被覆した
。Example 1 A metal powder mixture was coated onto the surface of a metal article by spraying.
この被覆表面に商工ネルギーのレーザー光線を走査して
表面および粉末を融解して均一に合金化した。この処理
により、融解帯域の硬度が実質的に増加することが分っ
た。ある実験では、AISICIOI横綱の表面を工業
的リン酸マンガン化法でリン酸マンガンを0.0006
〜0.0013ネ(1′4〜1/2ミル)の層で被覆し
た。この随意のリン酸マンガン被覆によりレーザー光線
吸収が容易になる。その他の可能な熱吸収物質はリン酸
亜鉛、酸化アルミニウム、および力ーボンブラツクであ
る。この選定は熱源の波長にも依る。次いで、40机上
のインプロピルアルコール中に懸濁した粒径45〆の炭
素粉末6夕と、粒径10〃のクロム粉末3夕と、粒径4
5wのマンガン粉末3夕とを含む混合物をリン酸マンガ
ン被覆上に均一に贋霧した。ゆるく充填された粉末金属
被覆物の厚さは0.0013肌(1/2ミル)であった
。この金属粉末の混合物を含む鋼の表面を震動させた(
局部的に振動させた)11−11.粥Wのレーザー光線
で50.8弧/分(20インチ/分)で走査した。この
レーザー光線の形状は0.25弧×1.27弧(0.1
インチ×0.5インチ)の長方形で横方向に対して直角
方向が長くなっている。これは、ライン中全体をおおう
ようにこの方向に沿って局部的な振動を行うからである
(第5図の20B)。振動速度は690ヘルツであった
。これらの条件下で、鋼の表面が融解して炭素、クロム
およびマンガン粉末と均一に合金化した。融解して再固
化した帯城の硬度は0.0127仇(5ミル)の深度ま
でロックゥェル(Rockwell)C斑より大であり
、一方鋼の硬度はロックウェルB93であった。第6図
は上記実施例1に従って処理した加工片の20折節こ拡
大した顕微鏡写真で、第6A図、6B図、6C図、6D
図は第6図に示した部分の加工片の表面からそれぞれ深
度が0.0051、0.0076、0.0102、0.
0127弧(2、3、4、5ミル)の小部分の350の
音に拡大した走査電子顕微鏡写真である。The coated surface was scanned with a Shoko Energy laser beam to melt the surface and the powder and uniformly alloy it. This treatment was found to substantially increase the hardness of the fused zone. In one experiment, the surface of AISICIOI Yokozuna was treated with 0.0006 manganese phosphate using an industrial phosphomanganization method.
It was coated with a layer of 1'4 to 1/2 mil. This optional manganese phosphate coating facilitates laser beam absorption. Other possible heat absorbing materials are zinc phosphate, aluminum oxide, and carbon black. This selection also depends on the wavelength of the heat source. Next, 6 pieces of carbon powder with a particle size of 45 mm, 3 pieces of chromium powder with a particle size of 10 mm, suspended in inpropyl alcohol on a tabletop, and 3 pieces of chromium powder with a particle size of 4 mm were added.
A mixture containing 5 w of manganese powder and 3 w of manganese powder was uniformly sprayed onto the manganese phosphate coating. The thickness of the loosely packed powder metal coating was 0.0013 skin (1/2 mil). The surface of the steel containing this mixture of metal powders was vibrated (
locally vibrated) 11-11. The gruel W laser beam was scanned at 50.8 arc/min (20 in/min). The shape of this laser beam is 0.25 arc x 1.27 arc (0.1
It has a rectangular shape (inch x 0.5 inch) and is longer in the direction perpendicular to the horizontal direction. This is because local vibrations are performed along this direction so as to cover the entire line (20B in FIG. 5). The vibration rate was 690 hertz. Under these conditions, the surface of the steel melted and homogeneously alloyed with carbon, chromium, and manganese powders. The hardness of the melted and resolidified band was greater than Rockwell C mottling up to a depth of 5 mils, while the hardness of the steel was Rockwell B93. FIG. 6 is a 20-fold enlarged micrograph of a processed piece processed according to Example 1, and includes FIGS. 6A, 6B, 6C, and 6D.
The figure shows depths of 0.0051, 0.0076, 0.0102, and 0.0051, respectively, from the surface of the workpiece in the portion shown in FIG.
Scanning electron micrograph magnified to 350 tones of a small portion of the 0127 arc (2, 3, 4, 5 mils).
まず第6図について見ると、影響を受けていない基体は
10で示され、その合金化表面層が20で示されており
、界面層22が表面層20と基体10との間の内部境界
を形成している。Turning first to FIG. 6, the unaffected substrate is shown at 10, its alloyed surface layer is shown at 20, and the interfacial layer 22 defines the internal boundary between the surface layer 20 and the substrate 10. is forming.
層20は基体よりも細かい粒子構造を有している。第6
A図一60図は相間デンドライト領域のカーバイドで囲
まれたマルテンサィトデンドライトの層20中における
2相構造を示している。第7図、8図、9図は実施例1
に従う処理によって製造した最終製品におけるそれぞれ
炭素、クロム、マンガンに対する少量合金成分濃度を示
す。Layer 20 has a finer grain structure than the substrate. 6th
FIG. 160 shows a two-phase structure in a layer 20 of martensitic dendrites surrounded by carbides in the interphase dendrite region. Figures 7, 8, and 9 are Example 1
Indicates the concentration of minor alloying components for carbon, chromium, and manganese, respectively, in the final product manufactured by the process according to the following.
第7図、8図、9図の曲線はケーシング深度に対して各
々の少量合金成分の濃度をプロットしたものである。こ
れらの曲線は通常の統計的な方法に従ってもとのデータ
一の点に適合させてある。これらの曲線は鉄合金組成物
に少量成分が増加したことを示している。曲線91の9
3部分(第9図)での落ち込みは表面でのマンガンの気
化を示しており、気化しない場合はこの曲線部分は95
の、またはこれよりもいく分高い破線で示されるであろ
う。ケーシング深度がずっと大きい場合には(実施例7
参照)、表面効果の重要性は少なくなる。第10図は局
部振動するレーザー処理を行った最終製品の硬度変化を
示す。The curves in FIGS. 7, 8, and 9 plot the concentration of each minor alloying component versus casing depth. These curves were fitted to a single point in the original data according to conventional statistical methods. These curves show an increase in minor components in the iron alloy composition. curve 91 no 9
The dip in the third section (Figure 9) indicates the vaporization of manganese on the surface; if no vaporization occurs, this curved section will be 95
or somewhat higher than this will be indicated by a dashed line. If the casing depth is much larger (Example 7)
), surface effects become less important. FIG. 10 shows the change in hardness of the final product subjected to local vibration laser treatment.
融解帯城は0.0127肌(5ミル)の深度であり、こ
の帯域内では硬度はロックウェルC58〜63であった
が、一方鋼中の熱作用を受けた帯域の硬度値はロックウ
ェルB90で、鋼のコア一部分では硬度値はロックウェ
ルB93であった。熱作用を受けた帯域の深度は約0.
127瓜(0.05インチ)であった。実施例 2AI
SICIO18プレートの表面を工業的リン酸マンガン
化法によって0.0006〜0.0013の(1/4〜
1/2ミル)にリン酸マンガンの層を被覆した。The melting zone was 0.0127 skin (5 mil) deep and within this zone the hardness was Rockwell C58-63, while the hardness value of the thermally affected zone in the steel was Rockwell B90. The hardness value of a portion of the steel core was Rockwell B93. The depth of the thermally affected zone is approximately 0.
It was 127 melons (0.05 inch). Example 2AI
The surface of the SICIO18 plate was coated with 0.0006-0.0013 (1/4-
1/2 mil) was coated with a layer of manganese phosphate.
50の‘のインブロピルアルコールに懸濁した粒径45
仏のアルミニウム粉末10夕を含む混合物の少量をリン
酸マンガン表面に均一にはけ塗した。Particle size 45 suspended in 50' inbropyl alcohol
A small amount of the mixture containing 10 g of aluminum powder was brushed evenly onto the manganese phosphate surface.
アルミニウム粉末は融解時の気体発生を抑えるために適
用した。次に、40机のインプロピルアルコールに懸濁
した粒径45山の炭素粉末12夕と、粒径10仏のクロ
ム粉末6夕と、粒径45Aのマンガン粉末6夕とを含む
混合物をアルミニウム粉末被覆物上に20回均一に頃露
した。ゆるく充填した金属粉末被覆物の厚さは0.03
81〜0.0508伽(15〜20ミル)であった。次
いでこの被覆表面を別個の試料について上記の第4図お
よび第5図で各々記載した様式でレーザー処理した。Aluminum powder was applied to suppress gas evolution during melting. Next, a mixture containing 12 pieces of carbon powder with a particle size of 45 particles, 6 pieces of chromium powder with a particle size of 10 pieces, and 6 pieces of manganese powder with a particle size of 45 A suspended in 40 pieces of inpropyl alcohol was mixed into an aluminum powder. The coating was evenly sprayed 20 times. The thickness of the loosely filled metal powder coating is 0.03
It was 81-0.0508 mils (15-20 mils). The coated surface was then laser treated in the manner described in FIGS. 4 and 5 above, respectively, on separate samples.
即ち、1つの試料は局部振動を行わずに一定の深度まで
融解して合金の少量成分を、基体から得られる主成分と
混合することにより暁入れし、もう一方の試料は局部振
動を行って焼入れした。両方の様式とも特定の表面領域
に対する融解時間は0.3秒で、ーレーザーからの出力
は13一1巡Wであった。局部振動しない操作では、横
移動速度は127直線肌/分(50直線ィンチ/分)で
、局部振動する操作では穣移動速度は50.8の/分(
20インチ/分)であった。両者の場合とも融解に用い
た平均のエネルギー密度は加工片表面積平方ィンチあた
り250−30皿Wであった。非局部振動操作では、衝
突するレーザー光線の光線形状は0.64肌(0.25
インチ)で、局部振動操作では光線の形状は、ライン中
全部をおおうように横方向に対して局部振動を行うので
横方向に対し直角方向に長い0.25弧×1.27肌(
0.1インチ×0.5インチ)の長方形であった(第5
図の20B)。振動速度は690ヘルツであった。第1
1図および第12図はそれぞれクロムおよびマンガンに
対する最終製品の少量合金成分の変化を示す。That is, one sample is melted to a certain depth without local vibration, and the minor components of the alloy are mixed with the main component obtained from the base material, and the other sample is melted to a certain depth, and the other sample is melted without local vibration. Hardened. For both modalities, the melting time for a given surface area was 0.3 seconds and the power from the laser was 1311 W. For operation without local vibration, the lateral movement speed is 127 linear inches/min (50 linear inches/min), and for operation with local vibration, the lateral movement speed is 50.8 linear inches/min (
20 inches/min). The average energy density used for melting in both cases was 250-30 dishes W per square inch of workpiece surface area. In non-local vibration operation, the beam shape of the colliding laser beam is 0.64 skin (0.25
In the local vibration operation, the shape of the light beam is 0.25 arc x 1.27 inches long in the direction perpendicular to the horizontal direction because the local vibration is performed in the horizontal direction so as to cover the entire line.
(0.1 inch x 0.5 inch) rectangle (5th
20B in the figure). The vibration rate was 690 hertz. 1st
Figures 1 and 12 show the variation of the minor alloying components of the final product for chromium and manganese, respectively.
クロムおよびマンガンの上側の曲線は局部振動をして得
たもので、下側の曲線は局部振動せずに得たものである
。第13図はそれぞれ局部振動しないレーザー処理を、
および局部振動を行うレーザー処理を行った別個の最終
製品中の硬度変化を示す。The upper curves for chromium and manganese were obtained with local vibration, and the lower curves were obtained without local vibration. Figure 13 shows laser processing without local vibration,
and hardness changes in separate final products subjected to laser treatment with local vibration.
局部振動しないレーザー処理ではロックワェルC27〜
44の範囲の硬度値を与え、局部振動するレーザー処理
ではロックウェルC46〜58の範囲の硬度値を与え、
いずれの場合もこの値は約0.076狐(0.03イン
チ)の深度まで及んだ。銅のコアー部分に対する硬度値
はロックウェルB93で、熱作用を受けた帯城の硬度値
はロックウェルB90であった。熱作用を受けた帯域の
深度はほぼ0.127伽(0.05インチ)であった。
実施例 3
AISICIO18プレートの表面を工業的リン酸マン
ガン化法によって0.0006〜0.0013ネ(1/
4〜1′2ミル)の層のリン酸マンガンを被覆した。Rockwell C27~ for laser processing without local vibration
giving a hardness value in the range of 44; locally vibrating laser treatment gives a hardness value in the range of Rockwell C46-58;
In both cases this value extended to a depth of approximately 0.076 inches (0.03 inches). The hardness value for the copper core portion was Rockwell B93, and the hardness value for the heat-treated band was Rockwell B90. The depth of the thermally affected zone was approximately 0.05 inches.
Example 3 The surface of AISICIO18 plate was treated with 0.0006 to 0.0013 N (1/
A layer of manganese phosphate (4 to 1'2 mil) was coated.
このリン酸マンガン表面上に、50凧【のインプロピル
アルコールに懸濁した粒径45ムのアルミニウム粉末1
0夕を含む混合物の少量を均一にはけ塗した。このアル
ミニウム粉末被覆は融解時の気体発生を防止するために
リン酸マンガン被覆物上へ適用した。次いで、40叫の
インプロピルアルコールに懸濁した粒径45山の炭素粉
末12夕と、粒径10仏のクロム粉末2Mと、粒径45
仏のタングステン粉末8夕とを含む混合物をアルミニウ
ム粉末被覆物上へ均一に2m団頃覆した。ゆるく充填し
た金属粉末被覆物の厚さは0.0635〜0.0762
仇(25〜30ミル)であった。金属粉末の混合物を含
む鋼の表面を1松Wの局部振動レーザー光線で25.4
仇/分(10インチ/分)で走査した。局部振動は横方
向に行ったのでレーザー光線の形状は横方向に対して直
角方向に長い0.2技双×1.27肌(0.1インチ×
0.5インチ)の長方形であった。振動速度は690ヘ
ルツであった。融解して再固化した鋼の表面層は炭素、
クロム、タングステン、およびアルミニウム粉末と緊密
に合金化する。第14図は本実施例3で上に記載のよう
に局部振動するレーザー処理を行った最終製品中の硬度
変化を示す。On the surface of this manganese phosphate, 1 part of aluminum powder with a particle size of 45 mm suspended in 50 parts of inpropyl alcohol was applied.
A small amount of the mixture was evenly brushed on. This aluminum powder coating was applied over the manganese phosphate coating to prevent gas evolution during melting. Next, 12 pieces of carbon powder with a particle size of 45 mm suspended in 40 mm of inpropyl alcohol, 2M of chromium powder with a particle size of 10 mm, and 2M of chromium powder with a particle size of 45 mm
A mixture containing 80% of French tungsten powder was spread evenly onto the aluminum powder coating in a 2 m cluster. The thickness of the loosely filled metal powder coating is 0.0635-0.0762
It was an enemy (25-30 mil). The surface of the steel containing the mixture of metal powders was treated with a locally oscillating laser beam of 1 pine W at 25.4 mm.
Scanning was performed at 10 inches/minute. Since the local vibration was carried out in the lateral direction, the shape of the laser beam was 0.2 x 1.27 cm long (0.1 inch x
0.5 inch) rectangular. The vibration rate was 690 hertz. The surface layer of melted and resolidified steel is carbon,
Intimately alloys with chromium, tungsten, and aluminum powders. FIG. 14 shows the hardness change in the final product subjected to the local vibration laser treatment as described above in Example 3.
融解帯城は0.1118の(44ミル)の深さで、この
帯域内で硬度はロックウェルC48〜53で、一方鋼の
コアー部分の硬度値はロックゥェルB93で、熱作用を
受けた帯城の硬度値はロックウェルB90あつた。熱作
用を受けた帯城の深度は約0.305仇(0.12イン
チ)であった。実施例 4約0.2重量%のクロムを含
む鼠鋳鉄部品表面を工業的リン酸マンガン化法により0
.0006〜0.0013弧(1/4〜1/2ミル)の
層にリン酸マンガンを被覆0した。The molten zone has a depth of 0.1118 (44 mils) and within this zone the hardness is Rockwell C48-53, while the hardness value of the steel core is Rockwell B93 and the thermally affected zone has a hardness of Rockwell C48-53. The hardness value was Rockwell B90. The depth of the thermally affected belt was approximately 0.305 m (0.12 inch). Example 4 The surface of a gray cast iron part containing about 0.2% by weight of chromium was treated with chromium by an industrial manganese phosphate method.
.. A layer of 0006-0.0013 arc (1/4-1/2 mil) was coated with manganese phosphate.
次いで40の‘のインプロピルアルコールに懸濁した粒
径10一のクロム粉末5夕を含む混合物をリン酸マンガ
ン被覆物上に均一に10回頃露した。ゆるく充填した金
属粉末被覆物の厚さは0.0013〜0.0025ネ(
1/2〜1ミル)であった。クロム粉末を含む鋳鉄部品
の表面を11KWの局部振動レーザー光線で76.2肌
/分(30インチ/分)で走査した。レーザー光線の形
状は0.25弧×1.27狐(0.1インチ×0.5イ
ンチ)の長方形で、横方向に局部振動を行ったので横方
向に対し直角方向に長いものであった。振動速度は69
0ヘルツであった。このようにして鋳鉄部品の表面を融
解して、クロム粉末と緊密に合金化した。第15図はク
ロムに対する最終製品中の少量合金成分濃度を示す。A mixture containing 50% of chromium powder with a particle size of 10" suspended in 40" of inpropyl alcohol was then uniformly exposed on the manganese phosphate coating about 10 times. The thickness of the loosely filled metal powder coating is 0.0013 to 0.0025 mm (
1/2 to 1 mil). The surface of a cast iron part containing chromium powder was scanned with an 11 KW locally oscillating laser beam at 76.2 skins/min (30 inches/min). The shape of the laser beam was a rectangle measuring 0.25 arc x 1.27 arc (0.1 inch x 0.5 inch), and was elongated in a direction perpendicular to the lateral direction because of the local vibration in the lateral direction. The vibration speed is 69
It was 0 hertz. In this way the surface of the cast iron part was melted and intimately alloyed with the chromium powder. Figure 15 shows the concentration of minor alloying components in the final product relative to chromium.
この曲線は通常の統計処理に従ってもとのデータ一の点
(図には示してない)に適合させてある。この曲線は深
さ0.0254仇(10ミル)の融解帯城中でのクロム
の濃度の増加を示す。第16図は局部振動するレーザー
処理を行った最終製品中での硬度変化を示す。This curve has been fitted to a point (not shown) in the original data according to conventional statistical procedures. This curve shows the increase in chromium concentration within the melt zone at a depth of 0.0254 m (10 mils). FIG. 16 shows the change in hardness in the final product subjected to local vibration laser treatment.
融解帯域内では、硬度はロックウェルC60〜65で、
一方レーザー作用を受けなかった鋳鉄部品の硬度値はロ
ックゥェルB95であった。熱作用を受けた帯域の硬度
値はロックウェルC56〜61であった。実施例 5
鼠鋳鉄プレートの表面を工業的リン酸マンガン化法によ
って0.0006〜0.0013の(1/4〜1/2ミ
ル)のりン酸マンガンの層を被覆した。Within the melting zone, the hardness is Rockwell C60-65;
On the other hand, the hardness value of the cast iron parts that were not subjected to laser action was Rockwell B95. The hardness value of the thermally affected zone was Rockwell C56-61. Example 5 The surface of a gray cast iron plate was coated with a layer of 0.0006-0.0013 (1/4-1/2 mil) manganese phosphate by an industrial manganese phosphate process.
次いで、40の‘のインプロピルアルコールに懸濁した
粒径10仏の2クロム粉末5夕と、粒径45〆のケイ素
粉末5夕を含む混合物をリン酸マンガン被覆物上に均一
に5回贋霧した。ゆるく充填した金属粉末被覆物の厚さ
は0.0013〜0.0025弧(1/2〜1ミル)で
あった。クロムおよびケイ素粉末を含む鋳鉄部品を炉3
で398.9こ0(7500F)に子熱し、次いでその
表面を狐Wの局部振動レーザー光線で152.4伽/分
(60インチ/分)で走査した。レーザー光線の形状は
1.27伽×1.27弧(0.5インチ×0.5インチ
)であった。振動速度は横方向に対して直角方向に69
0へ3ルッ、横方向に沿って125ヘルツであった。こ
のような条件下で、鋳鉄部品の表面を融解してクロムお
よびケイ素粉末と緊密に合金化した。第17図は局部振
動するレーザー処理を行った最終製品の硬度変化を示す
。Then, a mixture containing 2 chromium powder with a particle size of 10 mm and a silicon powder with a particle size of 45 mm suspended in 40 mm inpropyl alcohol was uniformly spread over the manganese phosphate coating 5 times. It was foggy. The thickness of the loosely filled metal powder coating was 0.0013-0.0025 arc (1/2-1 mil). Cast iron parts containing chromium and silicon powder are placed in furnace 3.
The surface was then scanned with a locally oscillating Fox W laser beam at 152.4 k/min (60 in/min). The shape of the laser beam was 1.27 x 1.27 arc (0.5 inch x 0.5 inch). The vibration velocity is 69 in the direction perpendicular to the lateral direction.
3 Lu to 0, it was 125 Hz along the lateral direction. Under these conditions, the surface of the cast iron part was melted and intimately alloyed with chromium and silicon powder. FIG. 17 shows the change in hardness of the final product subjected to local vibration laser treatment.
融解帯城は深さ約40.0127狐(5ミル)で、この
帯域内の硬度はロックウヱルC56〜60で、一方レー
ザー作用を受けなかった鋳鉄部品の硬度値はロックウェ
ルB95であった。熱作用を受けた帯域の硬度はロック
ウェルC45であった。実施例 6
鼠鋳鉄プレートを工業的リン酸マンガン化法で0.00
06〜0.0013地(1/4〜1/2ミル)のリン酸
マンタガンの層で被覆した。The melt zone was approximately 40.0127 mm (5 mils) deep and the hardness within this zone was Rockwell C56-60, while the hardness value of the cast iron parts that were not subjected to laser action was Rockwell B95. The hardness of the thermally affected zone was Rockwell C45. Example 6 Gray cast iron plate was treated with industrial manganese phosphate to 0.00
It was coated with a layer of mantaganese phosphate, 1/4 to 1/2 mil.
次いで、40叫のインプロピルアルコールに懸濁した。
粒径10山のクロム粉末5夕を含む混合物をリン酸マン
ガン被覆物上に均一に5回贋露した。ゆるく充填された
金属粉末被覆物の厚さは0.0013〜0.0025肌
(1/2〜1ミル)0であった。クロム粉末を含む鋳鉄
部品の表面を級Wの局部振動レーザー光線で76.2弧
/分(30インチ/分)で走査した。レーザー光線の形
状は1.27伽×1.27肌(0.5インチ×0.5イ
ンチ)であった。振動速度は横方向に対して直角方向に
690へタルツ、横方向に沿って125ヘルツであった
。このような条件下で、鋳鉄部品の表面を融解してクロ
ム粉末と緊密に合金化した。第18図は局部振動レーザ
ー処理を行った最終製品中の硬度変化を示す。Then, it was suspended in 40 ml of inpropyl alcohol.
A mixture containing five particles of chromium powder with a particle size of 10 was uniformly spread on the manganese phosphate coating five times. The thickness of the loosely filled metal powder coating was 0.0013 to 0.0025 skin (1/2 to 1 mil). The surface of a cast iron part containing chromium powder was scanned with a class W locally oscillating laser beam at 76.2 arc/min (30 in/min). The shape of the laser beam was 1.27 cm x 1.27 cm (0.5 inch x 0.5 inch). The vibration rate was 690 tarts perpendicular to the transverse direction and 125 hertz along the transverse direction. Under these conditions, the surface of the cast iron part was melted and intimately alloyed with the chromium powder. FIG. 18 shows the change in hardness in the final product subjected to local vibration laser treatment.
融解帯城は深さ0.0254o仇(10ミル)で、この
帯域内の硬度はロックウェルC58〜67で、一方レー
ザー処理を行わなかった鋳鉄部品の硬度値はロックウェ
ルB98であった。熱作用を受けた帯域の硬度はロック
ウェルC51であった。実施例 7
山SI481段鋼プレートの表面を工業的リン酸マンガ
ン化法で0.0006〜0.0013弧(1/4〜1′
2ミル)にリン酸マンガンの層を被覆した。The melt zone was 0.0254° deep (10 mils) and the hardness within this zone was Rockwell C58-67, while the hardness value of the cast iron part that was not laser treated was Rockwell B98. The hardness of the thermally affected zone was Rockwell C51. Example 7 The surface of a mountain SI481 high-grade steel plate was treated with an industrial phosphomanganization method to form a 0.0006 to 0.0013 arc (1/4 to 1'
2 mil) was coated with a layer of manganese phosphate.
粒径10Aのクロム粉末をリン酸マンガン被覆物上に均
一にふりかけ、この金属粉末を密に圧縮した。密に圧縮
したクロム粉末被覆物の深度は約0.064肌(0.0
25インチ)であった。粒径45仏の炭素粉末をクロム
粉末被覆物上に均一にふりかけ、この炭素粉末を密に圧
縮した。密に圧縮した炭素粉末被覆物の深度は約0.0
25仇(0.01インチ)であった。この炭素およびク
ロム粉末を含む鋼プレートを482.2℃(9000F
)に予熱し、次いで1.96〆/時間(7立方フイト/
時間)のアルゴン流と0.56で/時間(2立方フィー
ト/時間)の水素流とからなる遮蔽気体を用いて、1巡
Wの局部振動レーザー光線で9インチ/分でその表面を
走査した。レーザー光線の形状は横方向に局部振動を行
うので横方向に対し直角方向に長い0.25伽(0.1
インチ)×1.27伽(0.5インチ)の長方形であっ
た。振動速度は690ヘルツであった。これらの条件下
で、鋼プレート表面を融解し炭素およびクロム粉末と緊
密に合金化した。レーザー処理のすぐ後に、鋼プレート
を1/初春間482.20(9000F)で後加熱した
。予熱および後加熱は炉で行ったが、これらの処理が融
解帯域のクラツキングを防いだ。第19図は最終製品中
のクロムに対する少量合金成分濃度を示す。Chromium powder with a particle size of 10A was sprinkled uniformly onto the manganese phosphate coating, and the metal powder was compacted. The depth of the tightly compacted chromium powder coating is approximately 0.064 skin (0.0
25 inches). Carbon powder having a particle size of 45 mm was uniformly sprinkled onto the chromium powder coating, and the carbon powder was compacted. The depth of the densely compacted carbon powder coating is approximately 0.0
It was 25 feet (0.01 inch). The steel plate containing this carbon and chromium powder was heated to 482.2℃ (9000F).
), then 1.96〆/hour (7 cubic feet/hour)
The surface was scanned at 9 inches/minute with a locally oscillating laser beam of 1 W per hour using a shielding gas consisting of a flow of argon at a rate of 2 cubic feet per hour and a flow of hydrogen at 0.56 cubic feet per hour. The shape of the laser beam locally vibrates in the lateral direction, so it has a length of 0.25 (0.1
It was a rectangle measuring 0.5 inch (inch) by 1.27 inch (0.5 inch). The vibration rate was 690 hertz. Under these conditions, the steel plate surface was melted and intimately alloyed with carbon and chromium powder. Immediately after laser treatment, the steel plates were post-heated to 9000F. Preheating and postheating were performed in a furnace, and these treatments prevented cracking of the melting zone. Figure 19 shows the concentration of minor alloying components relative to chromium in the final product.
この曲線は通常の統計的処理に従ってもとのデータ−の
点(図には示してない)に適合させてある。この曲線は
深さ0.127伽(50ミル)の融解帯域内のクロムの
濃度の実質的な増加を示す。クロムの濃度は0.127
弧(50ミル)の深度まで21重量%であった。第20
図は局部振動するレーザー処理を行った最終製品中の硬
度変化を示す。This curve has been fitted to the original data points (not shown) according to conventional statistical procedures. This curve shows a substantial increase in the concentration of chromium within the 50 mil deep melt zone. The concentration of chromium is 0.127
It was 21% by weight to a depth of arc (50 mils). 20th
The figure shows the change in hardness in the final product after laser treatment with localized vibrations.
融解帯城では、硬度はロックウェルC53〜57であっ
たが、これに対してレーザー処理を行わなかった鋼プレ
ートの硬度値はロックウェルC20であった。熱作用を
受けた帯城の硬度はロックウェルC30であった。第2
1図は、局部振動レーザー処理を行い、レーザー処理し
た鋼プレートをさらに2時間648.9℃(12000
F)で炉熱処理し熱処理の最後に空冷した最終製品の硬
度変化を示す。融解帯域では、硬度はロックゥェ′に5
5〜58であった。熱作用を受けた帯城の硬度はロック
ゥェ′に25であった。第21図の曲線は高温焼もどし
1こ対する融解帯城の耐性を示す。上述の表面改良法、
装置および得られる製品において、処理時間は非常に短
かし、。In the melt zone, the hardness was Rockwell C53-57, whereas the hardness value of the steel plate without laser treatment was Rockwell C20. The hardness of the band castle subjected to thermal action was Rockwell C30. Second
Figure 1 shows that the laser-treated steel plate was subjected to local vibration laser treatment and then heated to 648.9℃ (12000℃) for an additional 2 hours.
F) shows the change in hardness of the final product that was subjected to furnace heat treatment and air cooled at the end of the heat treatment. In the melting zone, the hardness is 5 to
It was 5-58. The hardness of the band that was subjected to heat treatment was 25 at Lockhe's level. The curve in Figure 21 shows the resistance of the melt zone to one high temperature temper. The above-mentioned surface improvement method,
In the equipment and the resulting product, the processing time is very short.
また、スペース、設備およびコスト負担は軽い。下にあ
る基体の性質の妨害は殆んどない。基体中に少量の合金
化する成分または混合成分を導入することにより合金お
よびその他の混合物が形成される。得られる表面層ケー
シングは第6A図−6D図に関連して上述したように単
一相または多相であることができる。このケーシングは
その領域の外形内で空間的に連続していても、この内で
不連続であってもよい。袷んどの場合このケーシングは
下にある基体に向って少量成分の濃度勾配が減少してい
くが、当該勾配内の一定の深度のところでは空間的に均
一な組成を有している。本発明は全てのタイプの鋳鉄、
および全てのタイプの鋼を含めて鉄金属および合金に適
用できる。In addition, the space, equipment, and cost burdens are light. There is little interference with the properties of the underlying substrate. Alloys and other mixtures are formed by introducing small amounts of alloying or blending components into the substrate. The resulting surface layer casing can be single phase or multiphase as described above in connection with Figures 6A-6D. The casing may be spatially continuous within the contour of its area or discontinuous within it. In most cases, the casing has a decreasing concentration gradient of minor components toward the underlying substrate, but at a certain depth within the gradient it has a spatially uniform composition. The invention applies to all types of cast iron,
and applicable to ferrous metals and alloys, including all types of steel.
金属製品表面上に合金化しようとする元素、または元素
類は粉末として、または粉末の混合物として、または合
金粉末として、または上記のいずれかの適当な組合せと
して適用することができる。本発明は、周知の気相から
、またはその他の少量供給源から利用できる程度のごく
少量成分を混合することによって、あるいは少量成分を
全く混合することなく、基体表面層に非金属材料を混合
することに、および金属と非金属材料を混合することに
、また基体表面層を物理的に改良することに適用するこ
とができる。The element or elements to be alloyed onto the surface of the metal article can be applied as a powder, or as a mixture of powders, or as an alloy powder, or as any suitable combination of the above. The present invention incorporates non-metallic materials into a substrate surface layer by mixing only minor components, such as those available from the well-known gas phase or from other minor sources, or without mixing any minor components. It can be applied in particular to mixing metal and non-metal materials and to physically modifying substrate surface layers.
ここで用いた「気相」という言葉は真空下のゾルおよび
分子線、並びに大気圧下、減圧下および加圧下での純気
体も含む。混合表面層に導入された少量成分は融解およ
び混合時にマトリクス相と反応させることができ、およ
び(または)融解後に下にある基体と反応させ、融解工
程後に表面層から気化または溶出させ、またはそれ自体
は既知であるその他の融解後の後処理を行ってケーシン
グ製品の性質をさらに改良することができる。As used herein, the term "gas phase" also includes sols and molecular beams under vacuum, as well as pure gases under atmospheric pressure, reduced pressure, and elevated pressure. Minor components introduced into the mixed surface layer can be reacted with the matrix phase during melting and mixing and/or reacted with the underlying substrate after melting and vaporized or eluted from the surface layer after the melting step, or Other post-melting post-treatments known per se can be carried out to further improve the properties of the casing product.
明らかなように、本発明は加工片上にレーザー熱源を1
回通過させる方法によって表面層の合金化、または化学
反応を達成することに限定されるものではない。As can be seen, the present invention utilizes a single laser heat source on the workpiece.
It is not limited to achieving alloying of the surface layer or chemical reaction by the double-passing method.
最初に通過させた後に基体の別の合金化する、または反
応物質を加え、記載の方法でさらに熱を加えてさらに上
述のようにして表面層を改良することができる。当該業
者は上記発明の利点が一度提供されれば本発明の概念か
らはずれることなくここに記載された特定の具体例の種
々のその他の用法および改良、変形が可能であることは
明らかである。Further alloying of the substrate after the first pass or addition of reactants and further heat application in the manner described may further modify the surface layer as described above. It will be apparent to those skilled in the art that various other uses and modifications of the specific embodiments described herein may be made without departing from the inventive concept once the advantages of the invention have been provided.
従って、本発明は上記の装置および方法に存在する、ま
たは属する特徴の各々の、および全ての新規な特徴物お
よび新規な合体物も包含するものと解釈すべきである。Accordingly, the present invention is to be construed as encompassing each and every novel feature and novel combination of features present in or belonging to the apparatus and method described above.
第1図は表面改良(modifjcation)の初期
段階におけるシート形状基体部品の断面図である。
第2図は改良完了後の上記部品の同機断面図である。第
3図は本発明の方法を実施するための好ましい装置配置
の榛式図である。第4図および第5図は表面改良を受け
ている部品の見取図である。第6図および第6A図−6
D図は表面改良を行つた基体の断面の顕微鏡写真である
。第7図−9図、11図、12図、15図、19図は本
発明に従う方法によって改良した工作片の表面層へ導入
された少量成分に対する濃度対ケース深度曲線である。
第10図、13図、14図、16図一18図、20図−
21図は本発明に従う方法で改良した工作片の表面属に
対する硬度対ケース深度曲線である。rJC.J
‐rJG.Z
′′Yu.】
‐トJG.4
トJ6.3
鴎 鮒鯛 ′ 、 、
鱗雛鱒繋
緑鞠減鰯鱗譲覇
rYG.′
rJG・YO
【JG.3
JC.J〇
・
^Y6.J2
.2万G.J3
−LYC.一4
ZG.J夕
ZC.Z‘
・
Y6.J〇
・【YG.Z
‐LY^.Zリ
必6.2YFIG. 1 is a cross-sectional view of a sheet-shaped substrate part at an early stage of surface modification. FIG. 2 is a cross-sectional view of the above-mentioned parts of the same machine after the improvement has been completed. FIG. 3 is a schematic diagram of a preferred equipment arrangement for carrying out the method of the invention. Figures 4 and 5 are sketches of parts undergoing surface modification. Figure 6 and Figure 6A-6
Figure D is a micrograph of a cross section of a substrate whose surface has been improved. 7-9, 11, 12, 15 and 19 are concentration versus case depth curves for minor constituents introduced into the surface layer of a workpiece modified by the method according to the invention.
Figures 10, 13, 14, 16-18, 20-
FIG. 21 is a hardness vs. case depth curve for surface properties of a workpiece improved by the method according to the invention. rJC. J-rJG. Z ′′Yu. ] -To JG. 4 To J6.3 Sea bream sea bream ′ , , scallop chick trout connection green ball reduced sardine scale yield rYG. ' rJG・YO [JG. 3 JC. J〇・ ^Y6. J2. 20,000 G. J3-LYC. 14 ZG. J Yu ZC. Z'・Y6. J〇・【YG. Z-LY^. Z-required 6.2Y
Claims (1)
用成分の被覆層を適用し、ついで該被覆層表面を線状加
工通路に沿って該被覆層と予め定められた深さの被覆層
の真下にある鋼または鋳鉄とを該線状加工通路に沿って
融解、混合、再固化させるようにレーザーの出力ビーム
で横断することより成る鋼または鋳鉄の表面合金化方法
において、 融解被覆層と下層の鋼または鋳鉄との混合
を改良する目的で、レーザービームは平行関係に位置さ
れた多数の線状加工通路に沿って連続して被覆表面を走
査するように偏向されかつ該被覆層を横断する間その多
数の線状加工通路で横に振動され、而も該レーザービー
ムは連続波のレーザーの出力ビームでありかつ7.75
〜1550KW/平方cm(50〜10000KW/平
方インチ)の出力密度と12.7〜127cm/分(5
〜50インチ/分)の線状走査速度とを有することを特
徴とする鋼または鋳鉄の表面合金化法。1. A coating layer of one or more alloying components is applied to the surface of steel or cast iron, and then the coating layer surface is coated with a predetermined depth of the coating layer along a linear processing path. A process for surface alloying steel or cast iron comprising traversing the underlying steel or cast iron along said linear machining path with the output beam of a laser to melt, mix and resolidify the molten coating layer and the underlying layer. The laser beam is deflected to scan the coating surface in succession and traverse the coating layer along a number of linear machining paths located in parallel relationship. while the laser beam is the output beam of a continuous wave laser and has a 7.75
~1550KW/cm2 (50~10000KW/inch2) and a power density of 12.7~127cm/min (5
50 inches per minute).
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