JP3149619B2 - 金属表面の再溶融処理方法 - Google Patents
金属表面の再溶融処理方法Info
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- JP3149619B2 JP3149619B2 JP08576493A JP8576493A JP3149619B2 JP 3149619 B2 JP3149619 B2 JP 3149619B2 JP 08576493 A JP08576493 A JP 08576493A JP 8576493 A JP8576493 A JP 8576493A JP 3149619 B2 JP3149619 B2 JP 3149619B2
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- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム合金鋳物
などの一部の表面層を局部的に改質するための再溶融処
理方法に関するものである。
などの一部の表面層を局部的に改質するための再溶融処
理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】シリンダーヘッドのような複雑な形状の
部材は、通常鋳造によって成形される。ところが、鋳造
品は、ポロシティーなどの内部欠陥が発生すると共に、
組織が粗大であることから、鍛造、プレス加工成形品な
どに比べて、疲労強度の高い製品が得られない。鋳物製
品の疲労強度を向上させるには、内部欠陥を少なくする
と共に、結晶粒を微細化すれば良い。そして、結晶粒を
微細化するには、凝固時の冷却速度を大きくすれば良い
が、冷却速度を大とすると、湯流れ、湯廻りなどの鋳物
の成形性が阻害されるだけでなく、内部欠陥が内部に凍
結されて残留することもある。
部材は、通常鋳造によって成形される。ところが、鋳造
品は、ポロシティーなどの内部欠陥が発生すると共に、
組織が粗大であることから、鍛造、プレス加工成形品な
どに比べて、疲労強度の高い製品が得られない。鋳物製
品の疲労強度を向上させるには、内部欠陥を少なくする
と共に、結晶粒を微細化すれば良い。そして、結晶粒を
微細化するには、凝固時の冷却速度を大きくすれば良い
が、冷却速度を大とすると、湯流れ、湯廻りなどの鋳物
の成形性が阻害されるだけでなく、内部欠陥が内部に凍
結されて残留することもある。
【０００３】アルミニウム合金製シリンダーヘッドの製
造において、鋳造により一旦成形した後、特に疲労強度
が要求される部位をＴＩＧアーク、レーザービーム、電
子ビーム又はプラズマアークなどの高密度加熱エネルギ
ーで照射してその表面層を再溶融し、引続き急冷凝固さ
せることにより、局部的に改質する方法が特開昭６１−
１９３７３３号公報に提案されている。この局部的な表
面改質方法は、「再溶融処理」又は「リメルト処理」と
呼ばれる。
造において、鋳造により一旦成形した後、特に疲労強度
が要求される部位をＴＩＧアーク、レーザービーム、電
子ビーム又はプラズマアークなどの高密度加熱エネルギ
ーで照射してその表面層を再溶融し、引続き急冷凝固さ
せることにより、局部的に改質する方法が特開昭６１−
１９３７３３号公報に提案されている。この局部的な表
面改質方法は、「再溶融処理」又は「リメルト処理」と
呼ばれる。
【０００４】ところが、広範囲にリメルト処理を施す場
合や、薄肉部のリメルト処理を行う場合には、再溶融処
理部周囲の熱容量が不足するために凝固速度が遅くな
り、充分微細なチル層が得られないことがあり、このと
きには熱疲労特性を向上させることができない。
合や、薄肉部のリメルト処理を行う場合には、再溶融処
理部周囲の熱容量が不足するために凝固速度が遅くな
り、充分微細なチル層が得られないことがあり、このと
きには熱疲労特性を向上させることができない。
【０００５】上記の対策として、特開平２−１５８６７
号公報には、再溶融部に純アルミニウムをＴＧＩアーク
で溶かして供給し、この部分のシリコン濃度を希釈する
ことにより、熱疲労強度を向上させる方法が記載されて
いる。
号公報には、再溶融部に純アルミニウムをＴＧＩアーク
で溶かして供給し、この部分のシリコン濃度を希釈する
ことにより、熱疲労強度を向上させる方法が記載されて
いる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記特開平２−１５８
６７号公報に記載された方法では、くラックなどの発生
防止に対しては有効であるが、シリコン、マグネシウム
などの添加物濃度が低下するため、リメルト処理による
機械的強度の増加が得られない。
６７号公報に記載された方法では、くラックなどの発生
防止に対しては有効であるが、シリコン、マグネシウム
などの添加物濃度が低下するため、リメルト処理による
機械的強度の増加が得られない。
【０００７】本発明は、上記課題を解決し、リメルト処
理部においても母材と同等の機械的強度を維持しなが
ら、広範囲のリメルト処理部の熱疲労強度を向上させる
ことのできる金属表面の再溶融処理方法を提供すること
を目的とするものである。
理部においても母材と同等の機械的強度を維持しなが
ら、広範囲のリメルト処理部の熱疲労強度を向上させる
ことのできる金属表面の再溶融処理方法を提供すること
を目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、金属表面に高
密度熱エネルギーを移動させながら印加してその表面層
を再溶融させ、引続く急冷凝固により表面層を改質させ
る方法において、高密度熱エネルギーの印加により溶融
し未だ凝固しない部位に、同質金属の線材を固体の状態
で注入することを特徴とする金属表面の再溶融処理方法
である。
密度熱エネルギーを移動させながら印加してその表面層
を再溶融させ、引続く急冷凝固により表面層を改質させ
る方法において、高密度熱エネルギーの印加により溶融
し未だ凝固しない部位に、同質金属の線材を固体の状態
で注入することを特徴とする金属表面の再溶融処理方法
である。
【０００９】
【作用】同質金属の線材の注入により、高密度熱エネル
ギーの印加により溶融し未だ凝固しない部分における凝
固速度が、注入された同質金属線材の溶融熱の吸収によ
り大きくなり、微細なチル層が形成されるので、金属表
面の溶融深さが深い場合でも熱疲労強度を向上させるこ
とができる。
ギーの印加により溶融し未だ凝固しない部分における凝
固速度が、注入された同質金属線材の溶融熱の吸収によ
り大きくなり、微細なチル層が形成されるので、金属表
面の溶融深さが深い場合でも熱疲労強度を向上させるこ
とができる。
【００１０】
【実施例】図１は本発明のリメルト処理の説明図で、図
２はリメルト処理を施す部位を示す平面図である。高密
度加熱エネルギーとしてＴＩＧを用いる。ＴＩＧトーチ
１にはワイヤー供給器６を取付け、ワーク母材と同質の
アルミニウム合金ワイヤー７を供給速度を可変に調節し
て送り出す。図２に示すように、アルミニウム合金製シ
リンダーヘッドＷの最も熱負荷の高い部位である、イン
レットバルブシート孔ＶI とイクジットバルブシート孔
ＶE間及びこれらとプラグ孔Ｐとの間の部位３に、リメ
ルト処理の熱源としてＴＩＧを用い、ＴＩＧトーチ１を
６軸のロボットに支持させ、リメルト処理を行う位置と
速度を制御するようにした。
２はリメルト処理を施す部位を示す平面図である。高密
度加熱エネルギーとしてＴＩＧを用いる。ＴＩＧトーチ
１にはワイヤー供給器６を取付け、ワーク母材と同質の
アルミニウム合金ワイヤー７を供給速度を可変に調節し
て送り出す。図２に示すように、アルミニウム合金製シ
リンダーヘッドＷの最も熱負荷の高い部位である、イン
レットバルブシート孔ＶI とイクジットバルブシート孔
ＶE間及びこれらとプラグ孔Ｐとの間の部位３に、リメ
ルト処理の熱源としてＴＩＧを用い、ＴＩＧトーチ１を
６軸のロボットに支持させ、リメルト処理を行う位置と
速度を制御するようにした。
【００１１】図１において、ＴＩＧトーチ１を矢印方向
にを移動ながらワークＷの表面にアーク２を照射する。
アーク２で加熱されたワークの表面層が溶解されてアー
ク２直下に破線で示す溶湯プール４が形成され、アーク
２が通過した部分は順次凝固して行く。このとき、アー
ク２が通過して未だ凝固していない溶湯部分５に、アル
ミニウム合金ワイヤー７を供給する。アルミニウム合金
ワイヤー７はこの部分５の溶湯の熱で溶かされるが、こ
のワイヤーを注入された部分５は、ワイヤーの融解に伴
う溶融熱の吸収により凝固速度が大きくなり、急速に凝
固して微細なチル層が形成されるので、凝固した部分３
は、熱疲労特性が改善される。
にを移動ながらワークＷの表面にアーク２を照射する。
アーク２で加熱されたワークの表面層が溶解されてアー
ク２直下に破線で示す溶湯プール４が形成され、アーク
２が通過した部分は順次凝固して行く。このとき、アー
ク２が通過して未だ凝固していない溶湯部分５に、アル
ミニウム合金ワイヤー７を供給する。アルミニウム合金
ワイヤー７はこの部分５の溶湯の熱で溶かされるが、こ
のワイヤーを注入された部分５は、ワイヤーの融解に伴
う溶融熱の吸収により凝固速度が大きくなり、急速に凝
固して微細なチル層が形成されるので、凝固した部分３
は、熱疲労特性が改善される。
【００１２】次に、具体的な実施例を図１について説明
する。ＪＩＳ，ＡＣ２Ｂのアルミニウム合金を低圧鋳造
法により成形したディーゼルエンジン用のアルミニウム
合金鋳物製シリンダーヘッドをワークとし、図２に示す
最も熱負荷の高い部位であるバルブシートＶI，ＶE間及
びこれらとプラグ孔Ｐ間３に、本発明のリメルト処理を
実施した。
する。ＪＩＳ，ＡＣ２Ｂのアルミニウム合金を低圧鋳造
法により成形したディーゼルエンジン用のアルミニウム
合金鋳物製シリンダーヘッドをワークとし、図２に示す
最も熱負荷の高い部位であるバルブシートＶI，ＶE間及
びこれらとプラグ孔Ｐ間３に、本発明のリメルト処理を
実施した。
【００１３】先ず、ワークＷを常温のままアース接続さ
れた治具に固定し、次に、ワイヤー供給器６付のＴＩＧ
トーチ１をロボットアームで支持し、図２のリメルト処
理部３にアーク２を連続的に照射し、ＴＩＧトーチ１を
図の矢印方向に移動させる。アーク２の直下に溶湯プー
ル４が形成されたら、その直後の部分５にアルミニウム
合金ワイヤー７を自動注入して行く。アーク電源には逆
極性直流ＴＩＧを利用し、電流４３０Ａ、ＴＩＧトーチ
の移動速度８ｍ／ｍｉｎ、シールドガス流量２８ｌ／ｍ
ｉｎの条件で、幅１５ｍｍ以上、深さ１１ｍｍ以上の改
質層が得られた。
れた治具に固定し、次に、ワイヤー供給器６付のＴＩＧ
トーチ１をロボットアームで支持し、図２のリメルト処
理部３にアーク２を連続的に照射し、ＴＩＧトーチ１を
図の矢印方向に移動させる。アーク２の直下に溶湯プー
ル４が形成されたら、その直後の部分５にアルミニウム
合金ワイヤー７を自動注入して行く。アーク電源には逆
極性直流ＴＩＧを利用し、電流４３０Ａ、ＴＩＧトーチ
の移動速度８ｍ／ｍｉｎ、シールドガス流量２８ｌ／ｍ
ｉｎの条件で、幅１５ｍｍ以上、深さ１１ｍｍ以上の改
質層が得られた。
【００１４】前記の方法で得られた改質層は、シリンダ
ーヘッドの燃焼室内の熱疲労破壊が発生する部分をカバ
ーし、内部組織及び機械的性質は、次に示す表１のとお
りで、従来に比べて広範囲に再溶融したにも拘らず、Ｄ
ＡＳ値、ポロシティー共に従来と同等であり、硬度も母
材部分と同等である。
ーヘッドの燃焼室内の熱疲労破壊が発生する部分をカバ
ーし、内部組織及び機械的性質は、次に示す表１のとお
りで、従来に比べて広範囲に再溶融したにも拘らず、Ｄ
ＡＳ値、ポロシティー共に従来と同等であり、硬度も母
材部分と同等である。
【００１５】 注、ＤＡＳ値：図４に示すデンドライド状結晶粒１０の
２次アーム１１の間隔。この間隔Ｄによって、結晶粒の
大きさを表わす。
２次アーム１１の間隔。この間隔Ｄによって、結晶粒の
大きさを表わす。
【００１６】図３に再溶融パターンとＴＩＧトーチの電
流パターンとの関係を示す。図３Ａは、リメルト処理部
を断面で示し、図３Ｂは縦軸に電流（Ｉ）、横軸に時間
（Ｔ）を示す。アーク２によって発生するエネルギーＥ
は、Ｉ・Ｖ／Ｓに比例する。ただし、Ｉ：電流、Ｖ：電
圧、Ｓ：トーチの移動速度とする。Ｖ，Ｓを一定とすれ
ば、エネルギーＥは、Ｉに比例するので、溶融深さは、
電流Ｉで制御できることになる。
流パターンとの関係を示す。図３Ａは、リメルト処理部
を断面で示し、図３Ｂは縦軸に電流（Ｉ）、横軸に時間
（Ｔ）を示す。アーク２によって発生するエネルギーＥ
は、Ｉ・Ｖ／Ｓに比例する。ただし、Ｉ：電流、Ｖ：電
圧、Ｓ：トーチの移動速度とする。Ｖ，Ｓを一定とすれ
ば、エネルギーＥは、Ｉに比例するので、溶融深さは、
電流Ｉで制御できることになる。
【００１７】次に、従来のアルミニウム合金ワイヤー７
なしでリメルト処理を行う場合との比較を図３で説明す
る。ＴＩＧトーチ１の電流を前半Ｔ1では低電流、Ｔ2で
電流を増加して前半部の溶融深さｄ1＝５ｍｍ、後半部
の溶融深さｄ2＝１０ｍｍとなった。アルミニウム合金
ワイヤー７なしの場合は、前半部の処理部のＤＡＳ値は
６〜８μｍ、後半部では１０μｍであった。次に、電流
を増加させた後、後半の部分で溶融がＴ3−Ｔ4 −Ｔ5
−Ｔ6と進行するに従って、３．０６ｇ／ｍのアルミニ
ウム合金ワイヤー７を、１．０−１．５−２．５−４．
０ｍ／ｍｉｎの速度で注入した。その結果、ＤＡＳ値
は、溶融部分のどこでも６〜８μｍとなった。この比較
例から、アルミニウム合金ワイヤーの注入により凝固速
度が大きくなり、溶融深さが深い場合でも熱疲労強度を
向上させることが明らかである。高密度加熱エネルギー
としてＴＩＧアークの他に、レーザービーム、電子ビー
ム又はプラズマアークなどが使用できるのは勿論であ
る。
なしでリメルト処理を行う場合との比較を図３で説明す
る。ＴＩＧトーチ１の電流を前半Ｔ1では低電流、Ｔ2で
電流を増加して前半部の溶融深さｄ1＝５ｍｍ、後半部
の溶融深さｄ2＝１０ｍｍとなった。アルミニウム合金
ワイヤー７なしの場合は、前半部の処理部のＤＡＳ値は
６〜８μｍ、後半部では１０μｍであった。次に、電流
を増加させた後、後半の部分で溶融がＴ3−Ｔ4 −Ｔ5
−Ｔ6と進行するに従って、３．０６ｇ／ｍのアルミニ
ウム合金ワイヤー７を、１．０−１．５−２．５−４．
０ｍ／ｍｉｎの速度で注入した。その結果、ＤＡＳ値
は、溶融部分のどこでも６〜８μｍとなった。この比較
例から、アルミニウム合金ワイヤーの注入により凝固速
度が大きくなり、溶融深さが深い場合でも熱疲労強度を
向上させることが明らかである。高密度加熱エネルギー
としてＴＩＧアークの他に、レーザービーム、電子ビー
ム又はプラズマアークなどが使用できるのは勿論であ
る。
【００１８】
【発明の効果】本発明は、リメルト処理部においても母
材と同等の機械的強度を維持しながら、広範囲のリメル
ト処理部の熱疲労強度を向上させることができる。
材と同等の機械的強度を維持しながら、広範囲のリメル
ト処理部の熱疲労強度を向上させることができる。
【図１】本発明の実施例の説明図。
【図２】本発明の処理対象部の平面図。
【図３】溶融パターンとＴＩＧトーチの電流パターンと
の関係を示す図。
の関係を示す図。
【図４】デンドライド状結晶粒の模式図。
１ ＴＩＧトーチ ２ アーク ３ リメルト処理
層 ４ 溶湯プール ５ ワイヤー注入溶融部 ６ ワイヤー供給器 ７ アルミニウム合金ワイヤー
層 ４ 溶湯プール ５ ワイヤー注入溶融部 ６ ワイヤー供給器 ７ アルミニウム合金ワイヤー
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−218（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−193773（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−194166（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−15867（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−362（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−16679（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−21468（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−70136（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22F 1/00 - 3/02 B23K 26/00 C21D 1/09 F02F 1/24 C23C 4/00
Claims (1)
- 【請求項１】 金属表面に高密度熱エネルギーを移動さ
せながら印加してその表面層を再溶融させ、引続く急冷
凝固により表面層を改質させる方法において、高密度熱
エネルギーの印加により溶融し未だ凝固しない部位に、
同質金属の線材を固体の状態で注入することを特徴とす
る金属表面の再溶融処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08576493A JP3149619B2 (ja) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | 金属表面の再溶融処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08576493A JP3149619B2 (ja) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | 金属表面の再溶融処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06272014A JPH06272014A (ja) | 1994-09-27 |
| JP3149619B2 true JP3149619B2 (ja) | 2001-03-26 |
Family
ID=13867943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08576493A Expired - Fee Related JP3149619B2 (ja) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | 金属表面の再溶融処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3149619B2 (ja) |
-
1993
- 1993-03-18 JP JP08576493A patent/JP3149619B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06272014A (ja) | 1994-09-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090119 Year of fee payment: 8 |
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| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100119 Year of fee payment: 9 |
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