JP5487376B2 - レーザクラッディング方法及び工具材 - Google Patents
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Description
本発明は、レーザクラッディング方法及び工具材に係り、特に基材の表面にクラッド材を供給しレーザビームを照射して一体化するレーザクラッディング方法及びレーザクラッディング方法による工具材に関する。
基材の表面処理の方法として、基材の表面にクラッド材を供給し焼結、レーザ照射、電子ビーム照射、プラズマ溶射等の技術によって一体化することが行われる。
例えば、特許文献１には、切断ダイの形成方法として、ダイ表面をレーザビームで所望のブレードパターンに沿って走査する段階と、選択した粉末をレーザビームで走査される領域に導入して操作パターンに沿って一体形成されるブレードを構成する段階と、その後切削、研磨、放電加工または他の適当な方法によってブレードを最終形状に形成する段階とを含む方法が述べられている。また、ダイブレードをさらに硬化させるために、いずれかの適当技術、例えば、レーザビームをダイブレードに沿って走査して、更に強化するために十分な温度に上昇させ、または被覆形成トラックを極低温処理して被覆形成材料に残留するオーステナイトを排除することが述べられている。
また、特許文献２には、燃焼ノズルの製造方法として、ニードルシート及びノズルヘッドを有する単一体の基体を、熱処理可能鋼鉄から未硬化状態で最終外形に製造し、次いで高温腐食耐性の被覆をノズルヘッドにかぶせ、その後ノズル穴を作製し、次いで基体を硬化させることが述べられている。ここで被覆のために使用される合金は、Ｎｉ系の合金、またはＣｏ系の合金で、レーザクラッディング、プラズマスプレー、溶接、粉末冶金法等によって施用されることが好ましいと述べられている。基体の硬化処理としては、焼き戻しが述べられている。
切刃を有する切削工具、切断工具等の工具、はさみ、ナイフ等の道具等は、切刃を有する部分に硬さ等が必要で、切刃を保持する基材には靱性等が必要である。切削や切断を行わせることに適した高硬度を有する材料は、例えば高速度工具鋼であるが、高価であり、多くは焼結状である。そこで、適当な靱性を有する基材の刃先部分にのみ、高価な高硬度材料を付加することが行われる。
例えば、切削工具の場合、刃先部分に、高速度工具鋼の粉末を溶射法で吹付けて一体化し、あるいは、高速度工具鋼の粉末を別途焼結して刃先部分とし、これを基材にろう付けすることが行われる。この場合、刃先の硬度をあげ、また基材の靱性を向上させるためにも、全体に対して焼入れ焼き戻しの熱処理が行われる。
素材の部分的焼入れとしてレーザ焼入れ法が知られているが、高速度工具鋼の粉末を基材と一体化する方法にもレーザ照射を用いることが考えられる。この場合、鋼材の素材に高速度工具鋼の粉末を供給してレーザビームを照射し、高硬度部分を肉盛し、これを刃先とする。この方法は、素材表面を別の特性を有する材料で覆う技術であるクラッディング技術であり、レーザビーム照射を用いることからレーザクラッディングと呼ばれる。このときにも焼入れ焼き戻しの熱処理が行われる。
ところが、高速度工具鋼の粉末を素材表面に供給してレーザビームを照射し、これを焼入れ処理すると、割れが生じる場合があり、焼き戻し処理でも回復しないことが生じる。このことは、レーザビーム照射以外の電子ビーム照射等でも生じ得る。切刃部分あるいはその近傍に割れが生じると、高硬度ではあっても耐久性に問題が生じる。
本発明の目的は、割れが生じないレーザクラッディング方法及びその方法で製造される工具材を提供することである。
上記のように、レーザクラッディングを行った後に、通常の焼入れ処理をすると、上記のように割れが生じる場合がある。ここで、レーザビーム照射は、クラッド材を基材と一体化させるための部分的加熱手段として用いているが、レーザ照射後には基材への熱拡散により急速に冷却されることから、部分的焼入れが行われていることになる。したがって、レーザクラッディングの後、通常の焼入れを行うと、２度焼入れとなっているのではないか、とも考えられる。
この点に着目し、レーザクラッディング処理のままの状態、レーザクラッディング処理の後焼入れ処理を行った状態、レーザクラッディング処理の後焼入れ焼き戻し処理を行った状態、レーザクラッディング処理の後焼入れを行わずに加熱し徐冷する熱処理を行った状態のそれぞれについて、割れが生じるか否かと、レーザビーム走査した部分の硬さを比較した。その結果、レーザクラッディング処理の後焼入れを行わずに加熱し徐冷する熱処理を行ったものは、割れが生じず、さらに、レーザビーム走査した部分の硬さは、そのレーザクラッディング処理の後焼入れ焼き戻しを行った状態よりも高硬度で、レーザクラッディング処理の後焼入れを行った状態よりも高硬度である。端的にいえば、焼入れ工程を省略することで、割れが生じすしかも硬度も上げることができることが分かった。
本発明は、この知見に基づくもので、以下の手段は、この知見を具体化するものである。
すなわち、本発明に係るレーザクラッディング方法は、Ｆｅ基材表面にクラッド材としてＦｅ系の高速度工具鋼粉末を供給し、レーザビームの走査によってＦｅ基材とクラッド材とを一体化するクラッディング工程と、クラッディング工程の後に、焼入れ処理を行うことなく、全体を加熱しその後徐冷し、レーザ走査部分のビッカース硬度が７００以上１０００以下とする熱処理工程と、を含むことを特徴とする。
また、本発明に係るレーザクラッディング方法において、クラッド材は、Ｗ及びＭｏを含むＦｅ系の高速度工具鋼粉末であることが好ましい。
また、本発明に係るレーザクラッディング方法において、熱処理工程の所定の温度範囲は、クラッディング工程のままでレーザ走査部分に存在する残留オーステナイト成分を減少させる温度範囲であることが好ましい。
また、本発明に係る工具材は、Ｆｅ基材と、Ｆｅ基材表面にクラッド材としてＦｅ系の高速度工具鋼粉末を供給し、レーザビームの走査によってＦｅ基材とクラッド材とを一体化し、焼入れ処理を行うことなく、全体を加熱しその後徐冷して形成されたレーザクラッディング層であって、ビッカース硬度が７００以上１０００未満であるレーザクラッディング層と、クラッド材と基材との合金層と、を含むことを特徴とする。
また、本発明に係る工具材において、レーザクラッディング層は、残留オーステナイト成分が所定割合以下であることが好ましい。
上記構成の少なくとも１つにより、レーザクラッディング方法は、Ｆｅ基材表面にクラッド材としてＦｅ系の高速度工具鋼粉末を供給し、レーザビームの走査によってＦｅ基材とクラッド材とを一体化し、その後に全体を加熱しその後徐冷し、レーザ走査部分のビッカース硬度が７００以上１０００以下とする。比較のために、レーザビームの走査によって一体化した全体を焼入れ処理したものは、ビッカース硬度がこれよりも５０から１００低硬度であった。このように、焼入れ処理を省略することで、割れが生じずに、硬度を高めることができる。
また、レーザクラッディング方法におけるクラッド材をＷ及びＭｏを含むＦｅ系の高速度工具鋼粉末とすることで、他のＮｉ系、Ｃｏ系の合金粉末を用いるものに比べて高硬度とできる。
また、レーザクラッディング方法における熱処理工程の所定の温度範囲は、クラッディング工程のままでレーザ走査部分に存在する残留オーステナイト成分を減少させる温度範囲とする。残留オーステナイト成分があると硬度が落ちる。したがって、残留オーステナイト成分を消滅させるか、残存しても硬度に影響がない程度の割合とすることで、より高硬度とすることができる。
また、上記構成の少なくとも１つにより、工具材は、Ｆｅ基材と、Ｆｅ基材表面にクラッド材としてＦｅ系の高速度工具鋼粉末を供給し、レーザビームの走査によってＦｅ基材とクラッド材とを一体化して形成されたレーザクラッディング層であって、ビッカース硬度が７００以上１０００未満であるレーザクラッディング層と、クラッド材と基材との合金層とを含む。この硬度は、切削、切断等に用いられる工具材としては、最高レベルのものであり、高価なＦｅ系の高速度工具鋼粉末を切刃として必要な部分にのみ使用し、全体のコストを抑制しながら、最高レベルの硬度を得ることができる。
また、工具材において、レーザクラッディング層は、残留オーステナイト成分が所定割合以下であるので、残留オーステナイトを含むものに比べ、硬度を高めたものとできる。所定割合は、残留オーステナイト成分をゼロとすることが好ましい。
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、比較例を示しながら詳細に説明する。
レーザクラッディング方法としては、適当な基材表面にクラッド材を供給し、レーザビームの走査によって基材とクラッド材とを一体化するクラッディング工程と、クラッディング工程の後に全体を加熱しその後徐冷する熱処理工程を含む。
適当な基材としては、その後の熱処理によって適切な靱性を付加される材料が好ましい。例えば、鉄板、鋼板のように、Ｆｅ系の基材が好ましい。具体的には、Ｃを約０．０３％から０．８％程度の範囲で含むＦｅ系の基材が好ましい。Ｃの量は、工具材の使用目的に応じて適当に設定することができる。
クラッド材としては、クラッディング工程の後の熱処理として、焼入れを伴わずに、加熱と徐冷のみの処理によって、切削や切断のための工具、道具に要求される硬度を発現できる材料を用いることが好ましい。切削や切断のために要求される硬度として、高いほど好ましいとするときは、カタログ値として高硬度とされるクラッド材を用いることが好ましい。切削や切断のために要求される硬度としては、ビッカース硬度ＨVで、７００以上１０００以下とすることができる。カタログ値は、焼入れ焼き戻し処理を行ったときの値で示されることが多いが、その条件で、ビッカース硬度ＨVが７００以上１０００以下を狙えるものをクラッド材とすることが好ましい。
そのようなクラッド材としては、合金鋼を用いることが好ましい。合金鋼の中でも、高速度工具鋼を用いることが好ましい。そのような高速度工具鋼として、ＨＡＰ７２を用いることが好ましい。ＨＡＰ７２は、日立金属の商標、商品名である。ＨＡＰ７２のカタログ値の硬度はＨVで９４０以上である。
また、クラッディングとしてレーザビームの走査を行うので、粉末あるいは線材等の形態のクラッド材を用いることが好ましい。
レーザクラッディング工程の後の熱処理としては、鋼材におけるマルテンサイト変態が生じない加熱温度と冷却速度を有するものであることが必要である。この熱処理は、レーザビームの照射部分に対して硬度を高める機能と、基材に対して靱性を高める機能を有するので、レーザクラッディング工程で一体化された基材とクラッディング層の全体に対して行う。かかる熱処理としては、熱処理炉、熱処理槽等を用いることが好ましい。雰囲気としては、不活性ガスの下が好ましい。減圧下または真空雰囲気で行うこともよい。
熱処理条件としては、レーザクラッディング工程によって生じ得る残留オーステナイト成分を所定割合以下に抑制できる条件であることが好ましい。所定割合としては、残留オーステナイト成分がゼロであることが好ましい。残留オーステナイト成分がゼロであることは、Ｘ線解析において、γ相が誤差範囲以内の検出であることで確認することができる。
加熱温度としては、上記のＨＡＰ７２を用いる場合、５４０℃から５６０℃の範囲が好ましい。この条件のときに、実験結果によれば、レーザ照射部分の硬度はＨVで９２０から９９０程度とでき、Ｘ線解析結果でγ相が検出されなくなる。
以下に図面を用いて、実施形態と比較例について、詳細に説明する。ここでは、基材として、ビッカース硬度ＨVが２００程度のステンレス鋼材の板材を用い、クラッド材としては合金鋼の粉末を用いる。レーザビームの走査は、一般的なレーザ加工機を用い、適当なビーム径と、適当な走査速度で、工具の刃先となる部分を走査して行われる。
図１は、工具の刃先の硬度の目標として、ビッカース硬度ＨVが７００以上１０００以下としたときに、どのようなクラッド材がよいかを選択する実験に用いた合金粉末のリストである。
図１には、クラッド材として１４種類の合金粉末が粉末種別ごとに並べられている。また、図１には、１４の合金粉末におけるそれぞれのカタログに掲載されている硬度が示されている。ＨＲＣはロックウェル硬度で、ＨV換算として示されているのは、予めわかっている換算式を用いてＨＲＣをビッカース硬度ＨVに換算した値である。カタログにビッカース硬度ＨVが掲載されている場合には、その値を示した。
１４種類の合金粉末の中で、２つはＮｉ系の合金粉末である。Ｎｉ系とは、主成分がＮｉであるもので、図１ではそれを「Ｎｉ基」として示してある。同様にＣｏ系とは、主成分がＣｏであり、Ｆｅ系とは主成分がＦｅであり、図１ではそれぞれ、「Ｃｏ基」、「Ｆｅ基」として示してある。
１４種類の合金粉末で、ｈｅｇａｎｅｓ１５６０，ｈｅｇａｎｅｓ２５４０，ｈｅｇａｎｅｓ２５４８は、ヘガネス社の合金粉末の商標、商品名である。また、Ｄｅｌｒｏ６０，ｓｔｅｌｌｉｔｅ１，ｓｔｅｌｌｉｔｅ１２，ｓｔｅｌｌｉｔｅ２０，ｓｔｅｌｌｉｔｅ１９０，ＴＲＩＢＡＬＯＹ Ｔ−８００，ＤＥＬＣＲＯＭＥ ２００Ｗは、デロロステライトグループの合金粉末の商標、商品名である。Ｍ２は、ＡＩＳＩの規格名であり、我が国におけるＪＩＳのＳＫＨ５１に相当する高速度工具鋼の合金粉末である。ＳＰＭ３０，ＳＰＭ６０は山陽特殊製鋼の高速度工具鋼合金粉末の商標、商品名である。
図１から分かるように、Ｆｅ系の合金粉末のカタログ値の硬度は、Ｎｉ系、Ｃｏ系の合金粉末よりも高い値を示す。それらの中でもＨＡＰ７２は、高い硬度を示す。ＨＡＰ７２の成分組成は、Ｆｅを主成分とし、Ｃが２．０２％から２．３２％、Ｃｒが３．７０％から４．７０％、Ｗが９．００％から１０．００％、Ｍｏが８．００％から８．５０％、Ｖが４．８０％から５．１０％、Ｃｏが９．００％から１０．００％である。
なお、図１における「肉盛り層硬さビッカース硬度ＨV（肉盛りまま）」とあるのは、これらの合金粉末を用いてレーザクラッディング処理を行って、基材とクラッド材とを一体化した状態を「肉盛り」状態として、その状態のときのレーザ走査した部分のビッカース硬度ＨVを測定した実験結果をまとめたものである。
これらのことから、実施形態としては、クラッド材にＨＡＰ７２を用いることとし、以下では、ＨＡＰ７２を用いる実施形態を中心に、他の比較例を参照しながら説明を続ける。
図２（ａ）は、ステンレス鋼材である基材１０の表面１２に、クラッド材であるＨＡＰ７２を供給し、供給されたクラッド材に対しレーザビームを走査して、基材１０とクラッド材を一体化したときの様子を示す断面図である。クラッド材であるＨＡＰ７２はレーザビームが照射されることで局部的に温度が上昇し、溶融し、基材１０と一体化し、肉盛り状のレーザクラッディング層２０となる。基材１０とレーザクラッディング層２０との間の境界線２２は、レーザビーム照射前の基材１０の表面１２からやや内部に入ったところに形成されている。
図２(ａ)に示されるように、基材１０であるステンレス鋼材の板材の厚さは、レーザクラッディング層２０の厚さに比較して、十分に厚い。したがって、基材１０の表面に供給されたＨＡＰ７２は、レーザビームによって照射され、局部的な温度上昇で溶融し基材１０と一体化するが、溶融と一体化の過程で、十分な厚さの基材１０が低温であることから、溶融から急冷する焼入れが行われることになる。これはレーザ焼入れと同じ現象である。このように、レーザクラッディング処理は、基材１０とクラッド材とを一体化する加熱処理であるが、同時に、溶融したクラッド材を焼入れする効果も生じる。
そこで、基材１０とレーザクラッディング層２０とが一体化した部分の深さ方向の硬度分布を述べるために、深さ方向の距離ｄの基準を設定した。図２（ａ）に示すように、レーザビーム照射前の基材１０の表面１２の位置を深さ方向の距離ｄ＝０とし、基材１０の内部に向かう方向を＋ｄ方向、レーザクラッディング層２０の肉盛り状の表面に向かう方向を−ｄ方向とする。
図３は、横軸に、深さ方向の距離ｄについて任意の単位を基準としてとり、縦軸にビッカース硬度ＨVをとって、図１で説明した合金粉末のいくつかについての硬度分布の様子を示す図である。なお、深さ方向の分布とは別に、全体の硬度の上限と下限と平均値については、上記のように、図１にまとめてある。
図３における硬度は、図２（ａ）の状態、すなわち、レーザクラッディング処理を行ったままの状態についてである。ｄが１．５以上の領域の硬度は、基材１０であるステンレス鋼の硬度で、ここではＨVが約２００である。ｄが負の値の領域の硬度は、レーザクラッディング層２０の硬度で、基材１０の硬度よりも高い硬度となっているが、図１で示した粉末合金のカタログ値よりも低めの硬度となっている。
実施形態では、クラッド材としてＨＡＰ７２を用い、図３の状態から、所定の温度範囲で加熱し、徐冷する熱処理を行う。図４は、実施形態の熱処理と、比較例の熱処理について、深さ方向の硬度分布を示す図である。横軸、縦軸は図３と同じである。
ここで、実施形態は、図４でＣ−Ａと示される熱処理を行うものであり、他は比較例である。比較例の１番目は、図４でＣとして示されるもので、図３で説明したレーザクラッディング処理（Ｃ）のままの状態で熱処理を何も施していない例である。比較例の１番目の硬度の最大値は、ＨVで約６５０程度である。
比較例の２番目は、図４でＣ−Ｑとして示されるもので、図３で説明したレーザクラッディング処理の後に、焼入れ処理（Ｑ）のみを行ったものである。焼入れ処理は、基材１０とレーザクラッディング層２０とが一体化したものの全体を、熱処理炉を用いて約１１５０℃に加熱し、油冷によって急冷した。比較例の２番目の硬度の最大値は、ＨVで約８５０程度である。この値は、ＨＡＰ７２のカタログ値よりもやや低めである。
比較例の３番目は、図４でＣ−Ｑ−Ａとして示されるもので、比較例の２番目に対し、さらに、焼き戻しのための熱処理(Ａ)を行ったものである。焼き戻しのための熱処理も、基材１０とレーザクラッディング層２０とが一体化したものの全体について熱処理炉を用いて行った。焼き戻しのための熱処理としては、約５５０℃に加熱し、その後室温に徐冷した。この加熱と徐冷を２度行った。比較例の３番目の硬度の最大値は、比較例の２番目とほぼ同じである。
比較例の２番目と３番目の相違は、ｄが＋０．５より深い領域で現れている。比較例の２番目は、焼入れ処理によって、基材１０であるステンレス鋼も焼入れされて、その硬度がＨVで約６００程度に上昇している。これに対し、比較例の３番目は、焼入れ処理の後で焼き戻しのための熱処理が行われているので、基材１０あるステンレス鋼も焼入れの後焼き戻しされて、その硬度がＨVで約４００程度に戻されて、靱性が向上している。
実施形態は、図４でＣ−Ａと示されているもので、比較例の２番目のように焼入れ処理を行うことをせず、比較例の３番目の焼入れ処理を省略したものに相当する。すなわち、図３で説明したレーザクラッディング処理の後に熱処理（Ａ）を行ったものである。この熱処理も、基材１０とレーザクラッディング層２０とが一体化したものの全体について熱処理炉を用いて行った。焼き戻しのための熱処理としては、約５５０℃に加熱し、その後室温に徐冷した。加熱時間は、基材１０の熱容量に応じて適当に設定することができる。実施形態の硬度の最大値は、比較例の２番目、３番目のいずれよりも高く、ＨVで約９００程度である。
実施形態における熱処理（Ａ）の温度範囲は、約５５０℃であるが、更に限定することができる。図５は、熱処理（Ａ）の温度範囲について実験した結果を示す図である。横軸、縦軸は図３、図４と同じである。ここでは、熱処理（Ａ）の温度を５００℃、５２０℃、５４０℃、５６０℃、５８０℃、６００℃として、硬度の深さ分布を調べた。この結果から、最大硬度は、熱処理（Ａ）の温度が５００℃から上昇するにつれて向上するが、５４０℃から５６０℃付近で上限となり、さらに温度を上げると、かえって低下することが分かる。
図６は、その様子を分かりやすく整理したもので、横軸に熱処理(Ａ)の温度をとり、縦軸にビッカース硬度をとったものである。ここでは、熱処理（Ａ）後のレーザクラッディング層２０の表面の数点について硬度を測定し、その結果の平均値と最大値、最小値が示されている。図６から分かるように、熱処理（Ａ）の温度を５４０℃から５６０℃の範囲とすることで、硬度を最大にできることが分かる。
そこで、実施形態としては、熱処理（Ａ）の温度を５４０℃から５６０℃の範囲とする。そして、熱処理（Ａ）の温度が５４０℃未満のものを比較例の４番目、５６０℃を超えるものを比較例の５番目とする。
再び図２に戻ると、図２（ａ）は、レーザクラッディング処理を行ったままの断面図であるので、比較例の１番目に相当する。図２（ｂ）は、比較例の２番目の断面図である。ここでは、レーザクラッディング層２４と基材１０は、焼入れ処理を受けている。そして、レーザクラッディング層２４と基材１０の境界付近で、割れ３０が生じている。図２（ｃ）は、比較例の３番目の断面図である。ここでは、レーザクラッディング層２６と基材１０は、焼入れ処理と焼き戻しのための熱処理を受けている。そして、レーザクラッディング層２６と基材１０の境界付近で、割れ３２が生じている。
図２（ｄ）は、実施形態の断面図である。ここでは、レーザクラッディング層２６と基材１０は、レーザクラッディング処理の後で、５４０℃から５６０℃の範囲の温度の熱処理を受ける。そして、レーザクラッディング層２６と基材１０には、割れは生じていない。
図７から図９は、実施形態のレーザクラッディング層２０のＸ線解析を行った結果を示す図である。Ｘ線解析としては、レーザクラッディング層２０のα相とγ相の存在を知ることができるＸ線回折技術を用いる。ここでα相はマルテンサイト相に相当し、γ相は、マルテンサイト相に変態しきれない残留オーステナイト相に相当する。残留オーステナイト相が存在すると、硬度が低下することが知られている。
図７と図８は、特性Ｘ線として、波長が０．２２９０１２ｎｍであるＣｒＫα１を用いたもので、マルテンサイト相に相当するα相のピーク位置は２θ＝１５４．７７５°に現れ、オーステナイト相であるγ相のピーク位置は２θ＝１２６．８９２°に現れる。ここで、図７は、α相のピーク位置の拡大図、図８は、γ相のピーク位置の拡大図で、いずれも横軸はＸ線回折に用いられる回折角２θで、縦軸は回折されたＸ線の強度を計数するカウンタの検出カウント数である。図７と図８のいずれにもおいて、（ａ）は、レーザクラッディング処理のままの状態で測定した結果で、（ｂ）は、レーザクラッディング処理の後で５４０℃から５６０℃の熱処理を行った後の状態で測定した結果である。
図７（ａ），（ｂ）に示されるように、α相は、５４０℃から５６０℃の熱処理の前後のいずれにも存在が認められる。これに対し、図８(ａ)に示されるように、５４０℃から５６０℃の熱処理の前においてγ相の存在が認められるが、図８（ｂ）に示されるように、５４０℃から５６０℃の熱処理の後ではＸ線回折におけるγ相のピークが消失している。このことから、レーザクラッディング処理の後で、５４０℃から５６０℃の熱処理を行うと、レーザクラッディング処理の際の残留オーステナイト相が消失し、これによって硬度が向上すると考えることができる。
図９は、図７、図８の結果を確認するために、特性Ｘ線として、波長が０．１５４１８ｎｍであるＣｕＫα１を用いて、同様の実験を行った結果である。図９（ａ）は、レーザクラッディング処理のままの状態で測定した結果で、図９（ｂ）は、レーザクラッディング処理の後で５４０℃から５６０℃の熱処理を行った後の状態で測定した結果である。図９（ａ），（ｂ）を比較すると、やはり、レーザクラッディング処理の後で、５４０℃から５６０℃の熱処理を行うと、レーザクラッディング処理の際の残留オーステナイト相が消失していることが分かる。
これらのことから、レーザクラッディング処理の後の熱処理で硬度を向上させるには、残留オーステナイト成分を低下させることができる温度範囲で熱処理を行うことがよいと考えられる。上記の５４０℃から５６０℃の範囲は、そのように、残留オーステナイト成分を所定の割合以下とすることができる範囲であることになる。所定の割合としては、好ましくは誤差範囲でゼロとすることがよいが、切削、切断のための工具、道具の仕様に応じて適宜設定するものとしてもよい。
まとめると、実施形態の方法は、クラッド材として、ＨＡＰ７２を用い、レーザクラッディング処理の後の熱処理として、５４０℃から５６０℃の範囲の熱処理を行ったものである。これによって割れが生じず、また、残留オーステナイト成分が所定の割合に減少する。それによって得られる実施形態の工具材の硬度は、ＨVで最大１０００程度となる。
これに対し、比較例の１番目は、クラッド材として、ＨＡＰ７２を用い、レーザクラッディング処理を行ったままのものである。比較例の１番目の硬度は、ＨVで約６００程度である。比較例の２番目は、クラッド材として、ＨＡＰ７２を用い、レーザクラッディング処理を行った後焼入れ処理を行ったものである。比較例の２番目の硬度は、ＨVで約８５０程度である。比較例の３番目は、クラッド材として、ＨＡＰ７２を用い、レーザクラッディング処理を行った後焼入れ処理と焼き戻しのための熱処理を２度行ったものである。比較例の３番目の硬度は、ＨVで約８５０程度である。比較例の２番目と３番目は、いずれも割れを生じることがある。
比較例の４番目は、クラッド材として、ＨＡＰ７２を用い、レーザクラッディング処理の後の熱処理として、５４０℃未満の熱処理を行ったものである。比較例の４番目の硬度は、実施形態の硬度よりも低い。比較例の４番目は、クラッド材として、ＨＡＰ７２を用い、レーザクラッディング処理の後の熱処理として、５６０℃を超える温度の熱処理を行ったものである。比較例の５番目の硬度は、実施形態の硬度よりも低い。
その他の比較例は、クラッド材として、ＨＡＰ７２以外の合金粉末を用いたものである。図１に示されるように、ＨＡＰ７２以外の合金粉末のカタログ値の硬度はいずれもＨＡＰ７２よりも低く、実施形態と同様の熱処理を行った場合でも、硬度が約７００程度にとどまると予測される。もっとも、レーザクラッディング処理の後に、所定範囲の温度で加熱し、徐冷する熱処理を行うことで硬度が７００を超える場合には、切削または切断の工具、道具に用いられる工具材として有用であるので、これを実施形態に加えてもよい。
本発明に係るレーザクラッディング方法及び工具材は、切削、切断に用いられる工具、道具に利用できる。
１０ 基材、１２ 表面、２０，２４，２６，２８ レーザクラッディング層、２２ 境界線。
Claims (5)
- Ｆｅ基材表面にクラッド材としてＦｅ系の高速度工具鋼粉末を供給し、レーザビームの走査によってＦｅ基材とクラッド材とを一体化するクラッディング工程と、
クラッディング工程の後に、焼入れ処理を行うことなく、全体を加熱しその後徐冷し、レーザ走査部分のビッカース硬度が７００以上１０００以下とする熱処理工程と、
を含むことを特徴とするレーザクラッディング方法。 - 請求項１に記載のレーザクラッディング方法において、
クラッド材は、Ｗ及びＭｏを含むＦｅ系の高速度工具鋼粉末であることを特徴とするレーザクラッディング方法。 - 請求項１に記載のレーザクラッディング方法において、
熱処理工程の所定の温度範囲は、クラッディング工程のままでレーザ走査部分に存在する残留オーステナイト成分を減少させる温度範囲であることを特徴とするレーザクラッディング方法。 - Ｆｅ基材と、
Ｆｅ基材表面にクラッド材としてＦｅ系の高速度工具鋼粉末を供給し、レーザビームの走査によってＦｅ基材とクラッド材とを一体化し、焼入れ処理を行うことなく、全体を加熱しその後徐冷して形成されたレーザクラッディング層であって、ビッカース硬度が７００以上１０００未満であるレーザクラッディング層と、
クラッド材と基材との合金層と、
を含むことを特徴とする工具材。 - 請求項４に記載の工具材において、レーザクラッディング層は、残留オーステナイト成分が所定割合以下であることを特徴とする工具材。
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