JPS6154085B2 - - Google Patents
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- JPS6154085B2 JPS6154085B2 JP5758281A JP5758281A JPS6154085B2 JP S6154085 B2 JPS6154085 B2 JP S6154085B2 JP 5758281 A JP5758281 A JP 5758281A JP 5758281 A JP5758281 A JP 5758281A JP S6154085 B2 JPS6154085 B2 JP S6154085B2
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- Japan
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- hardened
- laser beam
- hardening
- laser
- entire
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- Expired
Links
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/06—Surface hardening
- C21D1/09—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
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- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、各種機械部品又は自動車部品等、表
面焼入れを必要とする部品のレーザ焼入れ方法に
関する。
面焼入れを必要とする部品のレーザ焼入れ方法に
関する。
従来、機械部品、自動車部品等において、表面
のみを硬化させる場合、高周波焼入れ又は浸炭窒
化をおこなつているが、これらの方法は、いずれ
も部品全体を高温に加熱するため熱変形が生じ
る。このため従来法では、硬化処理後に機械加工
を施して、熱変形部を修正、切削している。
のみを硬化させる場合、高周波焼入れ又は浸炭窒
化をおこなつているが、これらの方法は、いずれ
も部品全体を高温に加熱するため熱変形が生じ
る。このため従来法では、硬化処理後に機械加工
を施して、熱変形部を修正、切削している。
しかしすでに硬化している部品に機械加工を施
すことはきわめて困難であり、このため熱変形部
の修正、切削に膨大な工数を費やしている。また
従来法は、焼入れ深さ、焼入れ巾、及び焼入れ硬
さなどの制御が難かしく、焼入れ部の品質にばら
つきが多い。更にまた従来法は、部品全体を加熱
しなければならないので、表面の極く一部のみを
局部的に焼入れすることが困難である。
すことはきわめて困難であり、このため熱変形部
の修正、切削に膨大な工数を費やしている。また
従来法は、焼入れ深さ、焼入れ巾、及び焼入れ硬
さなどの制御が難かしく、焼入れ部の品質にばら
つきが多い。更にまた従来法は、部品全体を加熱
しなければならないので、表面の極く一部のみを
局部的に焼入れすることが困難である。
このような欠点を解消する目的で近時レーザ焼
入れ法が開発され、実用化されつつある。このレ
ーザ焼入れ法は、エネルギー密度103〜105W/cm2
のレーザビームを焼入れ部に照射して変態点以上
の温度に加熱した後自己冷却する方法である。例
えば軸類の周面をレーザ焼入れする場合、第１図
及び第２図に示すように被焼入れ部材（軸類）１
を回しながら、その周面すなわち焼入れ部２に凸
レンズで集束されたレーザビーム４を照射して順
次変態点以上に加熱した後自己冷却することによ
り周面全体を焼入れしている。この場合被焼入れ
部材１の回転速度は、レーザビーム４の照射個所
を十分加熱できる程度に遅くしている。
入れ法が開発され、実用化されつつある。このレ
ーザ焼入れ法は、エネルギー密度103〜105W/cm2
のレーザビームを焼入れ部に照射して変態点以上
の温度に加熱した後自己冷却する方法である。例
えば軸類の周面をレーザ焼入れする場合、第１図
及び第２図に示すように被焼入れ部材（軸類）１
を回しながら、その周面すなわち焼入れ部２に凸
レンズで集束されたレーザビーム４を照射して順
次変態点以上に加熱した後自己冷却することによ
り周面全体を焼入れしている。この場合被焼入れ
部材１の回転速度は、レーザビーム４の照射個所
を十分加熱できる程度に遅くしている。
しかしこの方法は、第２図に示すようにレーザ
ビーム照射終端部５の近傍に軟化域６が発生す
る。すなわち軟化域６は、レーザビーム照射始端
部に相当し、すでに焼入れが終了しているが、被
焼入れ部材１を１回転させるため、終端部５の焼
入れ時に生じる熱により、変態点以下の温度に再
加熱され、焼もどし軟化する。この軟化域６は、
終端部５をどの位置としても生じるもので、被焼
入れ部材１の性能上大きな問題がある。
ビーム照射終端部５の近傍に軟化域６が発生す
る。すなわち軟化域６は、レーザビーム照射始端
部に相当し、すでに焼入れが終了しているが、被
焼入れ部材１を１回転させるため、終端部５の焼
入れ時に生じる熱により、変態点以下の温度に再
加熱され、焼もどし軟化する。この軟化域６は、
終端部５をどの位置としても生じるもので、被焼
入れ部材１の性能上大きな問題がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、焼入れ部全体を均一に
加熱してから全体を冷却することにより軟化域を
防止することができるレーザ焼入れ方法を得んと
するものである。
その目的とするところは、焼入れ部全体を均一に
加熱してから全体を冷却することにより軟化域を
防止することができるレーザ焼入れ方法を得んと
するものである。
すなわち本発明は、焼入れ部を順次焼入れ処理
する方法に代えて、被焼入れ部材を回転しながら
レーザビームを照射して焼入れ部全体を所定の温
度に加熱した後レーザビームの照射を停止して焼
入れ部全体を冷却する方法である。
する方法に代えて、被焼入れ部材を回転しながら
レーザビームを照射して焼入れ部全体を所定の温
度に加熱した後レーザビームの照射を停止して焼
入れ部全体を冷却する方法である。
以下本発明を図面を参照して説明する。
まず本発明は、第３図に示すように被焼入れ部
材１１の焼入れ部１２表面を脱脂、除錆、洗浄し
た後、焼入れ部１２に酸化被膜１３を生成する。
酸化被膜１３の生成は、レーザビームの吸収率を
高めるためにおこなうもので、ノズル１４内に酸
素ガス、空気、炭酸ガス等を流し、この状態でレ
ーザビーム１５を凸レンズ１６を通して集束し、
焦点を外して照射することにより酸化被膜１３を
生成する。この場合第４図に示すように被焼入れ
部材１１の回転数は、焼入れ処理時の回転数より
も遅く、又レーザビーム照射部のエネルギー密度
を例えば103W/cm3程度として低温度に加熱する。
材１１の焼入れ部１２表面を脱脂、除錆、洗浄し
た後、焼入れ部１２に酸化被膜１３を生成する。
酸化被膜１３の生成は、レーザビームの吸収率を
高めるためにおこなうもので、ノズル１４内に酸
素ガス、空気、炭酸ガス等を流し、この状態でレ
ーザビーム１５を凸レンズ１６を通して集束し、
焦点を外して照射することにより酸化被膜１３を
生成する。この場合第４図に示すように被焼入れ
部材１１の回転数は、焼入れ処理時の回転数より
も遅く、又レーザビーム照射部のエネルギー密度
を例えば103W/cm3程度として低温度に加熱する。
このようにして焼入れ部１２全体に酸化被膜１
３を形成した後焼入れ部１２を回転させながらレ
ーザビーム１５を照射する。この場合焼入れ部１
２の回転数を酸化被膜形成処理よりも早くして、
瞬時には変態点温度まで加熱されないようにし、
又焼入れ部１２が複数回レーザビームの照射を受
けるように被焼入れ部材１１を複数回回転させ
る。またレーザビーム照射部のエネルギー密度を
例えば104W/cm2程度と変態点以上の加熱に必要な
エネルギー密度とし、ノズル１４内にはガスを流
さない。レーザビームの照射により焼入れ部１２
は次第に加熱され、所定時間経過後に焼入れ部１
２全体が均一に変態点温度以上になる。なお回転
数、レーザビームのエネルギー密度の設定値は、
被焼入れ部材１１の径、焼入れ深さ等から熱伝導
計算により予め求めることができる。
３を形成した後焼入れ部１２を回転させながらレ
ーザビーム１５を照射する。この場合焼入れ部１
２の回転数を酸化被膜形成処理よりも早くして、
瞬時には変態点温度まで加熱されないようにし、
又焼入れ部１２が複数回レーザビームの照射を受
けるように被焼入れ部材１１を複数回回転させ
る。またレーザビーム照射部のエネルギー密度を
例えば104W/cm2程度と変態点以上の加熱に必要な
エネルギー密度とし、ノズル１４内にはガスを流
さない。レーザビームの照射により焼入れ部１２
は次第に加熱され、所定時間経過後に焼入れ部１
２全体が均一に変態点温度以上になる。なお回転
数、レーザビームのエネルギー密度の設定値は、
被焼入れ部材１１の径、焼入れ深さ等から熱伝導
計算により予め求めることができる。
この時点でレーザビームの照射を停止し、被焼
入れ部材１１を自己冷却する。この場合ノズル４
４から高速の窒素ガス、空気あるいは水等を流し
て自己冷却を補助すれば、焼入れ部１２の冷却は
速くなり、焼入れ深さおよび硬さをより増大する
ことができる。
入れ部材１１を自己冷却する。この場合ノズル４
４から高速の窒素ガス、空気あるいは水等を流し
て自己冷却を補助すれば、焼入れ部１２の冷却は
速くなり、焼入れ深さおよび硬さをより増大する
ことができる。
しかして本発明によれば、被焼入れ部材を比較
的高速で複数回回転して焼入れ部全体を均一に加
熱した後、冷却するので、焼入れ部が一度に焼入
れ処理され、従来の如き軟化域は発生しない。ま
た焼入れ部全体を均一に加熱しているので、熱変
形は極めて小さい。
的高速で複数回回転して焼入れ部全体を均一に加
熱した後、冷却するので、焼入れ部が一度に焼入
れ処理され、従来の如き軟化域は発生しない。ま
た焼入れ部全体を均一に加熱しているので、熱変
形は極めて小さい。
またレーザビームの照射により、レーザビーム
の吸収率の大きい酸化被膜を形成するので、これ
をレーザ焼入れ処理と同じラインにて生成でき、
生産性が高い。また酸化被膜の生成には、特別な
薬品を必要としないので経済的でかつ安全衛生の
面からも優れている。またこの酸化被膜は、レー
ザの吸収率が大きいため、比較的低出力のレーザ
装置でも焼入れ処理ができ、またこの被膜は条件
を一定とすることにより均一とすることができる
ので高品質の焼入れ部を得ることができる。
の吸収率の大きい酸化被膜を形成するので、これ
をレーザ焼入れ処理と同じラインにて生成でき、
生産性が高い。また酸化被膜の生成には、特別な
薬品を必要としないので経済的でかつ安全衛生の
面からも優れている。またこの酸化被膜は、レー
ザの吸収率が大きいため、比較的低出力のレーザ
装置でも焼入れ処理ができ、またこの被膜は条件
を一定とすることにより均一とすることができる
ので高品質の焼入れ部を得ることができる。
次に本発明の実施例につき説明する。
被焼入れ部材として、機械構造用炭素鋼S45C
を外径9.2mmφに機械加工仕上げしたものを用
い、これを回転駆動治具に設置した。
を外径9.2mmφに機械加工仕上げしたものを用
い、これを回転駆動治具に設置した。
この被焼入れ部材を0.33回／秒の回転数で回転
し、ノズルから20/minの酸素ガスを流し、照
射部のエネルギー密度を103W/cm2としてレーザビ
ームを４秒間照射して酸化被膜を均一に生成し
た。
し、ノズルから20/minの酸素ガスを流し、照
射部のエネルギー密度を103W/cm2としてレーザビ
ームを４秒間照射して酸化被膜を均一に生成し
た。
次いで被焼入れ部材の回転数を0.67回／秒と増
加し、ノズルからのガス流通を停止し、照射部の
エネルギー密度を104W/cm2としてレーザビームを
７秒間照射して、焼入れ部全体を変態点以上の温
度に加熱した。この場合照射部のエネルギー密度
の増加は、凸レンズを焼入れ部に近づけることに
よりおこなう。
加し、ノズルからのガス流通を停止し、照射部の
エネルギー密度を104W/cm2としてレーザビームを
７秒間照射して、焼入れ部全体を変態点以上の温
度に加熱した。この場合照射部のエネルギー密度
の増加は、凸レンズを焼入れ部に近づけることに
よりおこなう。
この照射後ただちにレーザビームの照射を停止
してノズルから窒素ガスを50/min流して自己
冷却し、レーザ焼入れを完了した。
してノズルから窒素ガスを50/min流して自己
冷却し、レーザ焼入れを完了した。
このようにしてレーザ焼入れをした被焼入れ部
材の焼入れ部を調べた結果、焼入れ深さ１mm、焼
入れ硬さは均一にHv800であり、この結果は当初
の目標どおりの焼入れ品質であつた。また焼入れ
部のいずれにも硬化域は認められなかつた。
材の焼入れ部を調べた結果、焼入れ深さ１mm、焼
入れ硬さは均一にHv800であり、この結果は当初
の目標どおりの焼入れ品質であつた。また焼入れ
部のいずれにも硬化域は認められなかつた。
以上の如く本発明によれば、焼入れ部全体を加
熱してから冷却するので軟化域の発生を防止で
き、焼入れ性の優れたものを得ることができる。
熱してから冷却するので軟化域の発生を防止で
き、焼入れ性の優れたものを得ることができる。
第１図は従来のレーザ焼入れ方法を示す説明
図、第２図は第１図の−線に沿う断面図、第
３図は本発明のレーザ焼入れ方法の一例を示す説
明図、第４図は同方法における焼入れ条件を示す
図である。 １１……被焼入れ部材、１２……焼入れ部、１
３……酸化被膜、１４……ノズル、１５……レー
ザビーム、１６……凸レンズ。
図、第２図は第１図の−線に沿う断面図、第
３図は本発明のレーザ焼入れ方法の一例を示す説
明図、第４図は同方法における焼入れ条件を示す
図である。 １１……被焼入れ部材、１２……焼入れ部、１
３……酸化被膜、１４……ノズル、１５……レー
ザビーム、１６……凸レンズ。
Claims (1)
- １ 被焼入れ部材を複数回回転させ、この回転と
同時に該部材の焼入れ部にレーザビームを照射し
て焼入れ部全体を所定の温度に加熱した後、レー
ザビームの照射を停止して焼入れ部を冷却するこ
とを特徴とするレーザ焼入れ方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5758281A JPS57171618A (en) | 1981-04-16 | 1981-04-16 | Hardening method by laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5758281A JPS57171618A (en) | 1981-04-16 | 1981-04-16 | Hardening method by laser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57171618A JPS57171618A (en) | 1982-10-22 |
| JPS6154085B2 true JPS6154085B2 (ja) | 1986-11-20 |
Family
ID=13059841
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5758281A Granted JPS57171618A (en) | 1981-04-16 | 1981-04-16 | Hardening method by laser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57171618A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5891117A (ja) * | 1981-11-26 | 1983-05-31 | Toshiba Corp | 熱処理方法 |
| JPS60258407A (ja) * | 1984-05-22 | 1985-12-20 | Honda Motor Co Ltd | 焼入れ方法 |
| JPH0774372B2 (ja) * | 1985-11-08 | 1995-08-09 | 株式会社小松製作所 | レ−ザ焼入れ方法 |
| JP2016079473A (ja) * | 2014-10-17 | 2016-05-16 | 住友電工焼結合金株式会社 | レーザ焼入れ方法 |
-
1981
- 1981-04-16 JP JP5758281A patent/JPS57171618A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57171618A (en) | 1982-10-22 |
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