JPH04210417A - レーザ焼入れ方法 - Google Patents
レーザ焼入れ方法Info
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- JPH04210417A JPH04210417A JP2401506A JP40150690A JPH04210417A JP H04210417 A JPH04210417 A JP H04210417A JP 2401506 A JP2401506 A JP 2401506A JP 40150690 A JP40150690 A JP 40150690A JP H04210417 A JPH04210417 A JP H04210417A
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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
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
［０００１１
【産業上の利用分野］本発明は、被加工物表面を焼入れ
してその特性を改善するのに利用されるレーザ焼入れ方
法に関するものである。 ［０００２） 【従来の技術】一般に、レーザ加工の対象となる金属材
料は、レーザ光の吸収率が低いため、従来から、照射し
たレーザ光のエネルギを如何に効率よく被加工物に伝達
Ｊし、被加工物の温度を上昇させるかが大きな課題と
なっている。 ［０００３］レーザ焼入れにおいても例外ではなく、被
加工物表面でのレーザ光の吸収率を改善するために、−
′般に、表面に吸収材を塗布するなどの前処理を施した
後、レーザ光を照射する等の方法が埋られているが−１
レーザ光２の入射角度、Ｓは被加工物水平面である。 ［００１０Ｆ図４に示すように、微視的に見たどきＪ）
被加工物表面形状は、ランダムな凹凸になっているため
、レーザ光２の吸収率が最大になる入射角度θは、理論
値よりも若モ低めの７９度付近であることが実験かられ
がっている。 ［００１１１
してその特性を改善するのに利用されるレーザ焼入れ方
法に関するものである。 ［０００２） 【従来の技術】一般に、レーザ加工の対象となる金属材
料は、レーザ光の吸収率が低いため、従来から、照射し
たレーザ光のエネルギを如何に効率よく被加工物に伝達
Ｊし、被加工物の温度を上昇させるかが大きな課題と
なっている。 ［０００３］レーザ焼入れにおいても例外ではなく、被
加工物表面でのレーザ光の吸収率を改善するために、−
′般に、表面に吸収材を塗布するなどの前処理を施した
後、レーザ光を照射する等の方法が埋られているが−１
レーザ光２の入射角度、Ｓは被加工物水平面である。 ［００１０Ｆ図４に示すように、微視的に見たどきＪ）
被加工物表面形状は、ランダムな凹凸になっているため
、レーザ光２の吸収率が最大になる入射角度θは、理論
値よりも若モ低めの７９度付近であることが実験かられ
がっている。 ［００１１１
【発明が解決しようとする課題］しかしなから、この、
ような従来のレーザ焼入れ方法においては、入射光に対
して被加工物を９０度近くまで傾けて設置する必要があ
るため、わずかな被加工物の位置ずれによってレーザ光
の照射位置が大きくずれてしまい、ビームの位置ずれを
生じるという欠点があった。 ［００１，２］また、同様の原因から、わずかな被加工
物の傾斜角度のずれによって、被加工物表面におけるビ
ーム形状が大きく変化するとともにパワー密度も変化し
てしまい、照射条件を一定に保つのが困難で、安定した
加工を行うことができないという欠点があった。 ［００］、、 ３１ したがって、これらビームの位置
ずれやビーム形状の変化によるパワー密度の変化などと
いった欠点を解決することが課題となっていた。 ［００１４１ 【発明の目的］本発明は、このような従来の課題にかん
がみてなされたもので、レーザ光の最適入射角度が従来
よりも低い角度になり、角度のずれの許容範囲ができる
だけ大きくなるようにして、前述した従妻のケミをｇｉ
ｌ決の方法では、吸収材の塗布および除去の工程を必要
とす［０００４］一方、レーザ光の吸収率は、被加工物
に対する入射角度に依存しており、各材料およびレーザ
光の波長に固有のブリュースタ角において吸収率が最大
値を持つことが知られている。 ［０００５１これは、ブリュースタ効果とよばれるもの
で、この効果を利用することにより、表面に吸収材の被
覆を施すことなく、レーザ光の吸収率の向上を図ること
が可能である。 ［０００６１図５は、著しく平滑な平面をもつ鉄系材料
に対する炭酸ガスレーザ光の吸収率の入射角度依存性を
示したもので、実線がＰ偏光で入射した場合、破線がＳ
偏光で入射した場合の炭酸ガスレーザ光の吸収率である
。 ［０００７１図５に示すように、Ｐ偏光で入射した場合
、入射角度８５度付近で吸収率の最大値を持ち、その値
は真上から入射したときの１０倍以上であることがわか
る。 ［０００８１図３は、ブリュースタ効果を利用して鉄系
材料にレーザ焼入れを行っているようすを示しており、
図４は、図３の要部拡大図である。 ［０００９１両図において、符号１は被加工物である鉄
系材料試験片、２はレーザ光、３は焼入れ硬化部、θは
することにより、安定したレーザ焼入わを行うことが可
［００１５１ ３０【課題を解決するための手段］本発明に係わるレー
ザ焼入れ方法は、直線偏光をもつレーザ光をＰ偏光の向
きにして入射角度が６０度以上となる角度で被加工物に
照射するレーザ焼入れ方法において、被加工物表面に、
被加工物水平面に対する傾斜角度が８〜１２度である傾
斜面と２８〜３６度である傾斜面を持ち且つ高さが８〜
３０μｍの三角形の山をピッチ５０〜２７０μｍで形成
し、レーザ光を傾斜角度の大きい方の傾斜面の方向から
被加工物水平面に対する入射角度が６５〜７０度となる
角度で被加工物に照射する構成としたことを特徴として
い語 る。 ［００１６１本発明に係わるレーザ焼入れ方法において
、被加工物表面に形成する三角形の山の傾斜面の傾斜角
度を上記の範囲に規定したのは、上記値よりも傾斜角度
が小さいと得られる効果が小さくなり、また、上記値よ
りも大きいとレーザ光の当たらない影になる部分の割合
が大きくなり、吸収率の低下を招くためである。 ［００１７］他方、山の高さの下限を８μｒｎとしたの
は、これよりも小さいとレーザ光の回折効果の作用で従
来のレーザ焼入れ方法との明確な差が得がたくなるため
５θ であり、上限を３０μｍとしたのは、こねよりも
大きいと表面用、さが人きくな−ってし、よい、レーリ
２焼入ね後に後加工を必要とするようになるためである
。 ［００１８１さらに、ピッチの範囲は山の高ざと傾斜面
の角度とを規定することによって上記の範囲に決まる。 ［００１９］ 【発明の作用】本発明に係わるレーザ焼入れ方法は、上
記した構成となっているので、レーザ光の最適入射角度
が従来よりも低い角度になり、角度のずれの許容範囲が
、より大きなものとなるので、ビームの位置ずれやビー
ム形状の変化によるパワー密度の変化などといった不具
合が低減して、１ノ−ザ焼入れが安定したものになる。 ［００２０］
ような従来のレーザ焼入れ方法においては、入射光に対
して被加工物を９０度近くまで傾けて設置する必要があ
るため、わずかな被加工物の位置ずれによってレーザ光
の照射位置が大きくずれてしまい、ビームの位置ずれを
生じるという欠点があった。 ［００１，２］また、同様の原因から、わずかな被加工
物の傾斜角度のずれによって、被加工物表面におけるビ
ーム形状が大きく変化するとともにパワー密度も変化し
てしまい、照射条件を一定に保つのが困難で、安定した
加工を行うことができないという欠点があった。 ［００］、、 ３１ したがって、これらビームの位置
ずれやビーム形状の変化によるパワー密度の変化などと
いった欠点を解決することが課題となっていた。 ［００１４１ 【発明の目的］本発明は、このような従来の課題にかん
がみてなされたもので、レーザ光の最適入射角度が従来
よりも低い角度になり、角度のずれの許容範囲ができる
だけ大きくなるようにして、前述した従妻のケミをｇｉ
ｌ決の方法では、吸収材の塗布および除去の工程を必要
とす［０００４］一方、レーザ光の吸収率は、被加工物
に対する入射角度に依存しており、各材料およびレーザ
光の波長に固有のブリュースタ角において吸収率が最大
値を持つことが知られている。 ［０００５１これは、ブリュースタ効果とよばれるもの
で、この効果を利用することにより、表面に吸収材の被
覆を施すことなく、レーザ光の吸収率の向上を図ること
が可能である。 ［０００６１図５は、著しく平滑な平面をもつ鉄系材料
に対する炭酸ガスレーザ光の吸収率の入射角度依存性を
示したもので、実線がＰ偏光で入射した場合、破線がＳ
偏光で入射した場合の炭酸ガスレーザ光の吸収率である
。 ［０００７１図５に示すように、Ｐ偏光で入射した場合
、入射角度８５度付近で吸収率の最大値を持ち、その値
は真上から入射したときの１０倍以上であることがわか
る。 ［０００８１図３は、ブリュースタ効果を利用して鉄系
材料にレーザ焼入れを行っているようすを示しており、
図４は、図３の要部拡大図である。 ［０００９１両図において、符号１は被加工物である鉄
系材料試験片、２はレーザ光、３は焼入れ硬化部、θは
することにより、安定したレーザ焼入わを行うことが可
［００１５１ ３０【課題を解決するための手段］本発明に係わるレー
ザ焼入れ方法は、直線偏光をもつレーザ光をＰ偏光の向
きにして入射角度が６０度以上となる角度で被加工物に
照射するレーザ焼入れ方法において、被加工物表面に、
被加工物水平面に対する傾斜角度が８〜１２度である傾
斜面と２８〜３６度である傾斜面を持ち且つ高さが８〜
３０μｍの三角形の山をピッチ５０〜２７０μｍで形成
し、レーザ光を傾斜角度の大きい方の傾斜面の方向から
被加工物水平面に対する入射角度が６５〜７０度となる
角度で被加工物に照射する構成としたことを特徴として
い語 る。 ［００１６１本発明に係わるレーザ焼入れ方法において
、被加工物表面に形成する三角形の山の傾斜面の傾斜角
度を上記の範囲に規定したのは、上記値よりも傾斜角度
が小さいと得られる効果が小さくなり、また、上記値よ
りも大きいとレーザ光の当たらない影になる部分の割合
が大きくなり、吸収率の低下を招くためである。 ［００１７］他方、山の高さの下限を８μｒｎとしたの
は、これよりも小さいとレーザ光の回折効果の作用で従
来のレーザ焼入れ方法との明確な差が得がたくなるため
５θ であり、上限を３０μｍとしたのは、こねよりも
大きいと表面用、さが人きくな−ってし、よい、レーリ
２焼入ね後に後加工を必要とするようになるためである
。 ［００１８１さらに、ピッチの範囲は山の高ざと傾斜面
の角度とを規定することによって上記の範囲に決まる。 ［００１９］ 【発明の作用】本発明に係わるレーザ焼入れ方法は、上
記した構成となっているので、レーザ光の最適入射角度
が従来よりも低い角度になり、角度のずれの許容範囲が
、より大きなものとなるので、ビームの位置ずれやビー
ム形状の変化によるパワー密度の変化などといった不具
合が低減して、１ノ−ザ焼入れが安定したものになる。 ［００２０］
【実施例】以下、本発明に係わるレーザ焼入れ方法の実
施例を図面に基づいて説明する。 ［００２１１図１は、ブリュースタ効果を利用して鉄系
材料にレーザ焼入れを行−〕ているようすを示した図３
に本発明を適用した場合の要部を拡大した図であり、従
来の図４に相当するものであって、図・１と同様に、符
号１は被加工物である鉄系材料試験片、２はレーザ光、
θはレーザ光２の入射角度、Ｓは被加工物水平面である
。 ［００２２］図１は、レーザ光２の入射角度０を７０度
に設定した場合を例示するものであって、図１における
符号４は被加工物水平面Ｓに対して１０度の傾斜角度で
ザ光２の照射速度は１．０ｍ／ｍｉｎである。 ［００２７］図２より明らかなように、本発明方法では
、従来方法に比べて最適照射角度が約１３度低くなって
いるうえに、より大きな硬化層深さが得らｔまた。また
、有効な硬化ｊ→深さが得られる入射角度の範囲も従来
方法の１．５倍以上に広かった。 ［００２８］
施例を図面に基づいて説明する。 ［００２１１図１は、ブリュースタ効果を利用して鉄系
材料にレーザ焼入れを行−〕ているようすを示した図３
に本発明を適用した場合の要部を拡大した図であり、従
来の図４に相当するものであって、図・１と同様に、符
号１は被加工物である鉄系材料試験片、２はレーザ光、
θはレーザ光２の入射角度、Ｓは被加工物水平面である
。 ［００２２］図１は、レーザ光２の入射角度０を７０度
に設定した場合を例示するものであって、図１における
符号４は被加工物水平面Ｓに対して１０度の傾斜角度で
ザ光２の照射速度は１．０ｍ／ｍｉｎである。 ［００２７］図２より明らかなように、本発明方法では
、従来方法に比べて最適照射角度が約１３度低くなって
いるうえに、より大きな硬化層深さが得らｔまた。また
、有効な硬化ｊ→深さが得られる入射角度の範囲も従来
方法の１．５倍以上に広かった。 ［００２８］
【発明の効果】以上説明（２，できたように、本発明に
よれば、被加工物表面に、被加工物水平面に対する傾斜
角度１θ が８〜１２度である傾斜面と２８〜：３６度
である傾斜向を持ち且つ高さが８〜３０Ｉｚｍの三角形
の山をピッチ５０〜２７０μｍで形成し、レーザ光を傾
斜角変の大きい方の傾斜面の方向から液加■物水平面に
対する入射角度が６５〜７０度となる角度て披加］Ｌ物
に照射する構成としたため、レーザ光の最適入射角度を
従来よりも低い角度にすることができ、その結果、被加
工物表面でのビームの位置ずれやビーム形状の変化によ
るパワー密度の変化を大幅に低減することができ、安定
したレーザ焼入れを行うことが可能になるという著しく
優れた効果がもだＸ らされる。
よれば、被加工物表面に、被加工物水平面に対する傾斜
角度１θ が８〜１２度である傾斜面と２８〜：３６度
である傾斜向を持ち且つ高さが８〜３０Ｉｚｍの三角形
の山をピッチ５０〜２７０μｍで形成し、レーザ光を傾
斜角変の大きい方の傾斜面の方向から液加■物水平面に
対する入射角度が６５〜７０度となる角度て披加］Ｌ物
に照射する構成としたため、レーザ光の最適入射角度を
従来よりも低い角度にすることができ、その結果、被加
工物表面でのビームの位置ずれやビーム形状の変化によ
るパワー密度の変化を大幅に低減することができ、安定
したレーザ焼入れを行うことが可能になるという著しく
優れた効果がもだＸ らされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるレーザ焼入れ方法の−・実施例を
示した説明図である。 形成された傾斜面であり、５は被加工物水平面Ｓに対し
て３０度の傾斜角度で形成された傾斜面である。 ［００２３Ｎこの実施例に示すように、被加工物水平面
Ｓに対してレーザ光２の入射角度θを７０度に設定し、
傾斜角度の大きい方の傾斜面５の方向からレーザ光２を
照射した場合、被加工物水平面Ｓに対して１０度の傾き
を持って形成された傾斜面４に対する実際の入射角度は
８０度になり、３０度の傾きをもって形成された傾斜面
５に対する実際の入射角度は４０度になる。 ［００２４］この結果、傾斜面５でのレーザ光２の吸収
率は低いものとなるが、傾斜面４ではレーザ光２の吸収
率が高い入射角度で照射することとなるので、合計では
従来方法と同等かそれ以−１−の吸収率をより低いレー
ザ光２の入射角度θで得ることができるようになる。 ［００２５３図２は、本発明によるレーザ焼入ｔ１方法
および従来からのレーザ焼入れ方法で低炭素鋼に焼入れ
を行ったときの入射角度と硬化層深さとの関係を例示し
たものであり、実線が本発明方法によるものであると共
に破線か従来方法によるものである。 ［００２６１この場合、レーザ出力は１．８５０Ｗ、レ
ー【図２］本発明によるレーザ焼入れ方法および従来の
ｌ／−ザ焼入れ方法で焼入れを行−つだときのレーザ光
の入射角度と硬化層深さとの関係を示したグラフである
。 【図３】ブリュースタ効果を利用して鉄系材料にＩ／−
ザ焼入れを行っているようすを示した説明である。 【図４】図３の要部を示した従来の拡大図である。 ３θ 【図５】著しく平滑な平面をもつ鉄系材料に対す
る炭酸ガスレーザ光の吸収率の入射角度依存性を示した
説明図である。 【符号の説明】 １ 被加工物 ２ レーザ光 ３ 焼入れ硬化層 ４ 被加工物水平面に対して８〜１２度の傾斜角度で形
成された傾斜面、 ５ 被加工物水平向に対して３２〜３６度の傾斜角度で
４θ 形成された傾斜面 ６ 三角形の山 θ 被加工物水平面に対する１、・−ザ光の入射角度、
Ｓ 被加工物水平面 【図１】 【図３】 （４） 特開平４−２１
０４１．７【図２】 入射角度（度） 【図４】
示した説明図である。 形成された傾斜面であり、５は被加工物水平面Ｓに対し
て３０度の傾斜角度で形成された傾斜面である。 ［００２３Ｎこの実施例に示すように、被加工物水平面
Ｓに対してレーザ光２の入射角度θを７０度に設定し、
傾斜角度の大きい方の傾斜面５の方向からレーザ光２を
照射した場合、被加工物水平面Ｓに対して１０度の傾き
を持って形成された傾斜面４に対する実際の入射角度は
８０度になり、３０度の傾きをもって形成された傾斜面
５に対する実際の入射角度は４０度になる。 ［００２４］この結果、傾斜面５でのレーザ光２の吸収
率は低いものとなるが、傾斜面４ではレーザ光２の吸収
率が高い入射角度で照射することとなるので、合計では
従来方法と同等かそれ以−１−の吸収率をより低いレー
ザ光２の入射角度θで得ることができるようになる。 ［００２５３図２は、本発明によるレーザ焼入ｔ１方法
および従来からのレーザ焼入れ方法で低炭素鋼に焼入れ
を行ったときの入射角度と硬化層深さとの関係を例示し
たものであり、実線が本発明方法によるものであると共
に破線か従来方法によるものである。 ［００２６１この場合、レーザ出力は１．８５０Ｗ、レ
ー【図２］本発明によるレーザ焼入れ方法および従来の
ｌ／−ザ焼入れ方法で焼入れを行−つだときのレーザ光
の入射角度と硬化層深さとの関係を示したグラフである
。 【図３】ブリュースタ効果を利用して鉄系材料にＩ／−
ザ焼入れを行っているようすを示した説明である。 【図４】図３の要部を示した従来の拡大図である。 ３θ 【図５】著しく平滑な平面をもつ鉄系材料に対す
る炭酸ガスレーザ光の吸収率の入射角度依存性を示した
説明図である。 【符号の説明】 １ 被加工物 ２ レーザ光 ３ 焼入れ硬化層 ４ 被加工物水平面に対して８〜１２度の傾斜角度で形
成された傾斜面、 ５ 被加工物水平向に対して３２〜３６度の傾斜角度で
４θ 形成された傾斜面 ６ 三角形の山 θ 被加工物水平面に対する１、・−ザ光の入射角度、
Ｓ 被加工物水平面 【図１】 【図３】 （４） 特開平４−２１
０４１．７【図２】 入射角度（度） 【図４】
Claims (1)
- 【請求項１】直線偏光をもつレーザ光をＰ偏光の向きに
して入射角度が６０度以上となる角度で被加工物に照射
するレーザ焼入れ方法において、被加工物表面に、被加
工物水平面に対する傾斜角度が８〜１２度である傾斜面
と２８〜３６度である傾斜面を持ち且つ高さが８〜３０
μｍの三角形の山をピッチ５０〜２７０μｍで形成し、
レーザ光を傾斜角度の大きい方の傾斜面の方向から被加
工物水平面に対する入射角度が６５〜７０度となる角度
で被加工物に照射することを特徴とするレーザ焼入れ方
法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2401506A JPH04210417A (ja) | 1990-12-12 | 1990-12-12 | レーザ焼入れ方法 |
| US07/780,500 US5182433A (en) | 1990-12-12 | 1991-10-22 | Method of laser quenching |
| DE4139841A DE4139841A1 (de) | 1990-12-12 | 1991-12-03 | Verfahren zur laser-umwandlungshaertung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2401506A JPH04210417A (ja) | 1990-12-12 | 1990-12-12 | レーザ焼入れ方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04210417A true JPH04210417A (ja) | 1992-07-31 |
Family
ID=18511333
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2401506A Pending JPH04210417A (ja) | 1990-12-12 | 1990-12-12 | レーザ焼入れ方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5182433A (ja) |
| JP (1) | JPH04210417A (ja) |
| DE (1) | DE4139841A1 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10337962B4 (de) * | 2003-08-19 | 2012-04-26 | Mahle Gmbh | Verfahren zum Härten der Nutflächen, insbesondere der Nutflanken der Ringnuten eines Stahlkolbens |
| US7022765B2 (en) * | 2004-01-09 | 2006-04-04 | General Electric | Method for the preparation of a poly(arylene ether)-polyolefin composition, and composition prepared thereby |
| IN2013KO01411A (ja) | 2013-12-13 | 2015-07-10 | Tata Steel Ltd | |
| DE102018100549B3 (de) | 2017-11-14 | 2018-11-29 | Scansonic Mi Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Laserhärten von Werkstücken |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5763625A (en) * | 1980-09-30 | 1982-04-17 | Mitsubishi Electric Corp | Heat treatment device for surface using laser |
| JPH02122016A (ja) * | 1988-10-31 | 1990-05-09 | Brother Ind Ltd | レーザ光による溝部焼入装置 |
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- 1991-12-03 DE DE4139841A patent/DE4139841A1/de not_active Ceased
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Also Published As
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|---|---|
| US5182433A (en) | 1993-01-26 |
| DE4139841A1 (de) | 1992-06-17 |
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