JPH059558A - Method for modifying surface - Google Patents

Method for modifying surface

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JPH059558A
JPH059558A JP18809291A JP18809291A JPH059558A JP H059558 A JPH059558 A JP H059558A JP 18809291 A JP18809291 A JP 18809291A JP 18809291 A JP18809291 A JP 18809291A JP H059558 A JPH059558 A JP H059558A
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茂 岡庭
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秀樹 石井
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Abstract

PURPOSE:To improve the adhesion, surface lubricity and erosion resistance of a nitriding layer, in a method for irradiating the surface of a substrate after nitriding treatment with a laser beam, by regulating the strength of the laser beam to specified one. CONSTITUTION:A nitriding layer 40 formed on the surface of a substrate 10 such as a tool steel is irradiated with a laser beam by irradiation power by which the matrix does not transformed into martensite and nitrides dispersed in the nitriding layer are parted. In this way, slender acicular nitrides dispersed in the diffusion layer 20 are converted into thickly and shortly spheroidized nitrides 23, and the density gradient between the nirides 23 and the matrix 24 is also relaxed. Moreover, many fine cracks which have been generated on the nitriding layer 30 disappear, by which the nitriding layer improved in surface lubricity and having high resistance to wear, particularly to erosion caused by molten metal or high temp. materials can be obtd. Thus, dies for casting, dies for extruding, dies for forming, tools or the like having a long life can be obtd.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、鋳造用金型,成形用金
型,工具等として使用される鋼材の表面に形成された窒
化層を改質する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for modifying a nitride layer formed on the surface of a steel material used as a casting mold, a molding mold, a tool and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】ダイキャスト,押出し製品,射出成形品
等は、その表面が平滑であることにより商品価値が向上
する。この表面平滑性は、鋳造用金型,成形用金型とし
て使用されるダイスの表面状態に影響される。また、鋳
造用金型にあっては、表面の凹凸がオシレーションマー
ク発生の原因となり、鋳型の寿命を短くすることにもな
る。平滑性に劣る押出し用金型を使用すると、押出し材
の表面が劣化するばかりでなく、金型からの押出し材の
型離れも悪くなり、金型の研磨回数が多くなり、押出し
作業自体の効率も低下する。更に、平滑性の悪い射出成
形用金型にあっては、金型キャビティにおける被成形物
の流動性を阻害し、特に薄肉部で肉厚不良等の欠陥が発
生し易い。
2. Description of the Related Art The surface value of die cast, extruded products, injection molded products, etc. is improved by the smooth surface thereof. This surface smoothness is affected by the surface state of the die used as the casting die and the die for molding. Further, in the casting mold, the unevenness of the surface causes the generation of oscillation marks, which shortens the life of the mold. If an extrusion die with poor smoothness is used, not only will the surface of the extruded material deteriorate, but the separation of the extruded material from the die will also deteriorate, the number of times the die will be polished will increase, and the efficiency of the extrusion operation itself will increase. Also decreases. Furthermore, in the case of an injection molding die having poor smoothness, the fluidity of the molding object in the die cavity is obstructed, and defects such as defective thickness are likely to occur particularly in the thin portion.

【0003】これらの金型は、溶融金属や溶融樹脂に高
温で接触し、しかも高い圧力が加えられる。また、鍛造
用金型においても、素材を必要形状に成形する上から大
きな負荷が加えられる。このような過酷な雰囲気に晒さ
れる金型の加工面は、機械的衝撃,熱的衝撃,摩耗の
他、特に溶損を受け、平滑性が損なわれ易い。
These molds come into contact with molten metal or molten resin at high temperature, and high pressure is applied thereto. Also, in the forging die, a large load is applied to form the material into a required shape. The machined surface of the mold exposed to such a harsh atmosphere is subject to mechanical shock, thermal shock, wear, and especially melting damage, and its smoothness is likely to be impaired.

【0004】平滑性の劣化を避けるため、金型の加工面
に窒化処理,焼入れ等を施すことにより、耐摩耗性に優
れた硬化層を形成している。また、窒化処理後の表面に
レーザービームを照射し、照射による焼入れ効果を付加
した表面硬化層を形成することも、特開昭54−112
710号公報で紹介されている。すなわち、レーザービ
ーム照射によって、S45C等の特殊鋼の表面が窒化物
及びマルテンサイトの混合層となり、表面硬度が大幅に
上昇する。
In order to avoid deterioration of smoothness, a hardened layer having excellent wear resistance is formed by subjecting the worked surface of the mold to nitriding treatment, quenching, and the like. Further, it is also possible to irradiate the surface after nitriding with a laser beam to form a surface-hardened layer to which a hardening effect due to the irradiation is added to form a surface hardened layer.
No. 710 publication. That is, the surface of the special steel such as S45C becomes a mixed layer of nitride and martensite by the laser beam irradiation, and the surface hardness is significantly increased.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】特殊鋼ばかりでなく一
般に鉄鋼を焼入れ・焼戻しすると、機械的な摩耗に対し
て強い抵抗力を示す。しかし、溶湯に接する雰囲気或い
は高温に加熱される雰囲気に晒されると、焼入れ組織の
組織変化により表面層が軟質化する場合がある。特に、
溶湯との接触で表面層が溶損し、表面の平滑性が失われ
る。
When quenching and tempering not only special steel but also steel in general, strong resistance to mechanical wear is exhibited. However, when exposed to the atmosphere in contact with the molten metal or the atmosphere heated to a high temperature, the surface layer may soften due to the structural change of the quenched structure. In particular,
The contact with the molten metal causes the surface layer to melt and lose the smoothness of the surface.

【0006】他方、窒化処理等で形成された表面硬化層
には、微細な凹凸や空隙が存在する。この表面硬化層に
大きな荷重が加わると、凹凸,空隙等を起点とする微細
なクラックが表面硬化層に発生する。その結果、表面硬
化層が基材から剥離し、特殊鋼等の基材が露出して摩
耗,溶損等を受けることになる。この点、窒化物層を介
してレーザー焼入れを行う特開昭54−112710号
公報記載の表面硬化法においても、窒化物層の耐剥離性
は改善されていない。
On the other hand, the surface hardened layer formed by the nitriding treatment has fine irregularities and voids. When a large load is applied to this surface-hardened layer, fine cracks originating from irregularities, voids, etc. occur in the surface-hardened layer. As a result, the surface-hardened layer is peeled off from the base material, and the base material such as special steel is exposed and is subject to wear, melting damage, and the like. In this respect, the peeling resistance of the nitride layer is not improved even by the surface hardening method described in JP-A-54-112710, in which laser hardening is performed through the nitride layer.

【0007】本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、基材表面に形成された窒化層に照
射するレーザービームの強度を調整することにより、基
材に対する窒化層の密着性を改善すると共に、窒化層自
体の表面平滑性を向上し且つ耐溶損性を良好なものとし
て、各種金型として好適な表面硬化層を形成することを
目的とする。
The present invention has been devised in order to solve such a problem, and by adjusting the intensity of the laser beam with which the nitride layer formed on the surface of the base material is irradiated, the nitride layer on the base material is adjusted. The object of the present invention is to form a surface-hardened layer suitable for various molds by improving the adhesiveness of the above, improving the surface smoothness of the nitrided layer itself, and improving the corrosion resistance.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の表面改質方法
は、その目的を達成するため、窒化処理によって基材の
表面に形成された窒化層に、マトリックスがマルテンサ
イト変態してしまうような高いパワー密度で照射するこ
となく且つ前記窒化層に分散している窒化物を分断する
程度の低い照射パワー密度でレーザ−ビームを照射する
ことを特徴とする。
In order to achieve the object, the surface modification method of the present invention is such that the matrix undergoes martensitic transformation in the nitride layer formed on the surface of the substrate by the nitriding treatment. It is characterized in that the laser beam is irradiated without irradiation with a high power density and with an irradiation power density low enough to divide the nitride dispersed in the nitride layer.

【0009】[0009]

【作 用】本発明者等の調査,研究によると、基材表面
に形成された窒化層に照射されるレーザービームの強度
を調整することによって、微細な割れが発生し難く、溶
湯或いは高温材料による摩耗、特に溶損に対して強い抵
抗力をもつ窒化層に改質できることが判った。本発明
は、この知見を基にして完成されたものである。
[Operation] According to the investigations and studies by the present inventors, fine cracks are less likely to occur by adjusting the intensity of the laser beam with which the nitride layer formed on the surface of the substrate is adjusted. It has been found that the nitride layer can be modified to have a strong resistance to wear, especially to melting loss. The present invention has been completed based on this finding.

【0010】たとえば、窒化層が形成された特殊鋼の表
面を800倍の視野で観察すると、図1に示すような窒
化物が析出した組織となっている。すなわち、基材10
に拡散層20及び窒化物層30からなる窒化層40が形
成されている。拡散層20には、針状の窒化物21が分
散している。窒化物21は、細長く成長しており、特に
その先端部が尖鋭状になっている。そして、析出した窒
化物21とマトリックス22との間に明確な界面が観察
される。また、窒化物層30には、多数の微細な亀裂3
1が発生しており、表面自体にも大きな窪み32があ
る。
For example, when observing the surface of the special steel on which the nitrided layer is formed with a field of view of 800 times, the structure is such that nitrides are precipitated as shown in FIG. That is, the base material 10
Further, a nitride layer 40 including the diffusion layer 20 and the nitride layer 30 is formed. Needle-shaped nitrides 21 are dispersed in the diffusion layer 20. The nitride 21 grows in a slender shape, and its tip portion is sharp. Then, a clear interface is observed between the deposited nitride 21 and the matrix 22. In addition, the nitride layer 30 has many fine cracks 3
1 has occurred, and the surface itself has a large depression 32.

【0011】この窒化層40に、窒化物層30及び窒化
物21が溶融せず且つ窒化物21が分断される程度に強
度を調整したレーザービームを照射すると、図2に示す
ように窒化層40が改質される。この状態の窒化物23
は、太く短くなっており、尖鋭状の先端部が消失し、丸
みのある先端部をもっている。そして、窒化物23とマ
トリックス24との間は、不鮮明な界面25で仕切られ
ている。また、窒化物層30には、レーザービーム照射
前に見られた亀裂31がなくなっており、表面の平滑性
も向上している。
When the nitride layer 40 is irradiated with a laser beam whose intensity is adjusted so that the nitride layer 30 and the nitride 21 are not melted and the nitride 21 is divided, the nitride layer 40 is formed as shown in FIG. Is reformed. Nitride 23 in this state
Is thick and short, has a sharp tip disappearing and has a rounded tip. The nitride 23 and the matrix 24 are separated by an unclear interface 25. Further, the nitride layer 30 is free of the cracks 31 observed before the laser beam irradiation, and the surface smoothness is improved.

【0012】このような窒化物23及び窒化物層30の
変化は、次のように推察される。すなわち、窒化物21
がレーザービームの照射で拡散乃至分解が進行すること
によって凝集し、太く短い窒化物23になる。特に、窒
化物21の尖鋭状になった先端部では集中的に凝集が進
行し、丸みのある先端部になる。また、窒化物23とマ
トリックス24との間で拡散が進み、濃度勾配が緩やか
になり、境界が不鮮明な界面25が形成される。同様
に、窒化物層30についても、亀裂31近傍での凝集に
よって亀裂31が消失し、平滑性に優れた表面状態にな
る。
Such changes in the nitride 23 and the nitride layer 30 are presumed to be as follows. That is, the nitride 21
Are aggregated due to the progress of diffusion or decomposition by the irradiation of the laser beam, and become thick and short nitrides 23. In particular, the sharpened tip portion of the nitride 21 is concentratedly concentrated to form a rounded tip portion. In addition, diffusion progresses between the nitride 23 and the matrix 24, the concentration gradient becomes gentle, and an interface 25 with an unclear boundary is formed. Similarly, in the nitride layer 30 as well, the cracks 31 disappear due to agglomeration in the vicinity of the cracks 31, and the surface state is excellent in smoothness.

【0013】球状化した窒化物23及び平滑化した窒化
物層30は、応力集中の起点となる尖鋭部や亀裂等がな
いため、高温,高負荷等の条件下においてクラックを発
生する傾向が抑えられる。また、濃度勾配が緩やかにな
ることにより、窒化物23とマトリックス24との間に
ミクロ的な剥離が生ぜず、界面強度が向上する。その結
果、レーザービーム照射後の窒化層40は、溶湯や高温
材料等による溶損,摩耗等に対して大きな抵抗力を示
す。また、優れた平滑性のため、鋳造用金型,押出し用
金型,成形用金型等として使用したとき、平滑な表面を
持ち商品価値の高い製品が得られる。
Since the spheroidized nitride 23 and the smoothed nitride layer 30 do not have sharp points or cracks which are the starting points of stress concentration, the tendency to generate cracks under high temperature and high load conditions is suppressed. To be Further, since the concentration gradient becomes gentle, microscopic peeling does not occur between the nitride 23 and the matrix 24, and the interface strength is improved. As a result, the nitrided layer 40 after the laser beam irradiation exhibits a large resistance to melting loss, abrasion, etc. due to the molten metal or high temperature material. Further, due to its excellent smoothness, when used as a casting mold, an extrusion mold, a molding mold, etc., a product having a smooth surface and high commercial value can be obtained.

【0014】使用可能なレーザーとしては、CO2,C
O,YAG等のレーザーがある。レーザービームの照射
パワー密度は、ワークの移動速度,走査速度,ビーム照
射幅等に応じて変化するものであり一義的に定めること
ができないが、マトリックスにマルテンサイト変態が生
ぜず且つ拡散層20中の窒化物21が分断される範囲に
設定することが必要である。具体的には、照射出力10
0〜900W,走査速度10〜1000cm/分及び照
射幅デフォーカス0〜250mmの範囲から、ワークの
種類や窒化層の厚み等を考慮して適宜定めることが好ま
しい。
Usable lasers are CO 2 , C
There are lasers such as O and YAG. The irradiation power density of the laser beam varies depending on the moving speed of the work, the scanning speed, the beam irradiation width, etc. and cannot be uniquely determined. However, martensite transformation does not occur in the matrix and the diffusion layer 20 contains It is necessary to set the nitride 21 in such a range that it is divided. Specifically, the irradiation output 10
It is preferable to appropriately determine from the range of 0 to 900 W, the scanning speed of 10 to 1000 cm / min, and the irradiation width defocus of 0 to 250 mm in consideration of the type of work, the thickness of the nitride layer, and the like.

【0015】ここで、マルテンサイト変態に伴う体積変
化は表面硬化層のクラック発生,母材の脆化等の要因と
なるので、マトリックスのマルテンサイト変態を避ける
ことが必要である。また、マルテンサイト変態を生じさ
せるためには、マトリックスを高温度に保ってオーステ
ナイト相にする必要がある。そのためには、高いエネル
ギーパワーを照射する必要がある。マトリックスがマル
テンサイト相となる高いエネルギーパワーを照射する
と、窒化層中の窒化物がマトリックスに固溶してしま
い、溶湯に対する耐溶損性が失われる。しかも、表面の
窒化物層が一部残存するとしても、溶湯或いは高温金属
に対する耐溶損性が窒化物の固溶の程度に応じて低下す
るものと考えられる。
Here, the volume change associated with the martensitic transformation causes cracks in the surface hardened layer, embrittlement of the base material, etc., so it is necessary to avoid the martensitic transformation of the matrix. Further, in order to cause the martensitic transformation, it is necessary to maintain the matrix at a high temperature to form the austenite phase. For that purpose, it is necessary to irradiate with high energy power. When the matrix is irradiated with a high energy power that turns into a martensite phase, the nitride in the nitride layer is solid-solved in the matrix, so that the melting resistance against the molten metal is lost. Moreover, even if a part of the nitride layer on the surface remains, it is considered that the erosion resistance to the molten metal or the high temperature metal decreases depending on the degree of solid solution of the nitride.

【0016】[0016]

【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に説明
する。 実施例1:焼入れ・焼き戻しした熱間工具鋼(SKD6
1調質材)を、次の条件下で窒化処理した。先ず、57
0〜580℃の高温に保持したシアン塩+シアン酸塩か
らなる溶融塩浴中にSKD61調質材を浸漬し、2時間
処理した後、空冷或いは油冷した。常温近くになった時
点で、被処理材であるSKD61調質材を取り出して、
温水で洗浄した。次いで、乾燥後にラップみがき又は研
磨紙で仕上げた。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples. Example 1: Quenched and tempered hot work tool steel (SKD6
1 tempered material) was subjected to a nitriding treatment under the following conditions. First, 57
The SKD61 refining material was immersed in a molten salt bath composed of cyanate + cyanate maintained at a high temperature of 0 to 580 ° C., treated for 2 hours, and then air-cooled or oil-cooled. When the temperature reaches near room temperature, take out the SKD61 tempered material, which is the material to be treated,
It was washed with warm water. It was then dried and finished with lap polish or abrasive paper.

【0017】窒化処理された熱間工具鋼の表面には、図
1に示す厚み100μmの化合物層と拡散層とからなる
窒化層が形成されていた。この熱間工具鋼の表面を、出
力400W,ワーク移動速度150cm/分,照射幅デ
フォーカス50mm(照射パワー密度:2800w/c
2)のレーザービームで走査した。レーザービーム照射
後の表面にある窒化層は、図2に示すように窒化物が球
状化し且つ表面平滑度が向上したものとなった。
On the surface of the nitriding hot-work tool steel, a nitride layer consisting of a compound layer having a thickness of 100 μm and a diffusion layer shown in FIG. 1 was formed. The surface of this hot work tool steel is output 400 W, work moving speed 150 cm / min, irradiation width defocus 50 mm (irradiation power density: 2800 w / c
It was scanned with a laser beam of m 2 ). As shown in FIG. 2, the nitride layer on the surface after the laser beam irradiation was such that the nitride was spherical and the surface smoothness was improved.

【0018】窒化処理された熱間工具鋼及び窒化層にレ
ーザービーム照射した熱間工具鋼を押出し用金型とし
て、480℃に加熱されたアルミニウムビレットを熱間
押出しした。その結果、窒化層にレーザービーム照射し
た熱間工具鋼を使用した金型では、25トンのアルミニ
ウムビレットを押し出した後でも、高温のアルミニウム
ビレットに接触した面に何ら溶損,摩耗等の欠陥が検出
されず、窒化層の剥離も見られなかった。これに対し、
単に窒化処理された熱間工具鋼を使用した金型では、1
0トンのアルミニウムビレットを押し出した段階で、摩
損や微細な亀裂が多数発生し、それ以上の押出し作業で
の押出し材表面に肌荒れが生じ、表面品質に関する要求
が厳しいものには使用することができなかった。
An aluminum billet heated to 480 ° C. was hot-extruded using the hot-work tool steel subjected to nitriding and the hot-tool tool steel obtained by irradiating the nitrided layer with a laser beam as extrusion dies. As a result, in the mold using the hot tool steel whose nitride layer was irradiated with the laser beam, even after extruding 25 tons of aluminum billet, there were no defects such as melting loss and wear on the surface in contact with the high temperature aluminum billet. It was not detected, and no peeling of the nitride layer was observed. In contrast,
For molds using hot work tool steel that has been simply nitrided,
When 0 tons of aluminum billet is extruded, many abrasions and fine cracks occur, and the surface of the extruded material is roughened in the further extrusion work. It can be used for those with strict surface quality requirements. There wasn't.

【0019】実施例2:実施例1と同様に窒化処理した
熱間工具鋼性の金型及び窒化層にレーザービーム照射し
た熱間工具鋼を、ダイキャスト金型の射出溶湯が最も激
しく当る箇所に配置される分流子として使用した。そし
て、温度720℃に保持されたアルミニウム合金ADC
10の溶湯を、ダイキャスト金型に射出成形した。
Example 2: A hot die tool steel mold that was subjected to nitriding treatment in the same manner as in Example 1 and a hot die tool steel in which the nitride layer was irradiated with a laser beam, where the injection molten metal of the die cast die hits most intensely. It was used as a shunt placed at. Then, the aluminum alloy ADC held at the temperature of 720 ° C.
The molten metal of 10 was injection molded into a die cast mold.

【0020】窒化処理したままの熱間工具鋼でできた金
型を使用した場合には、1000ショットで分流子の溶
損が激しく、ダイキャスト鋳造を中止せざるをえなかっ
た。これに対し、窒化層にレーザービームを照射した熱
間工具鋼でできた金型を使用したとき、2500ショッ
ト後も分流子の表面にごく僅かの微細割れが観察される
程度に過ぎず、継続使用に十分耐えるものであった。
When a die made of hot tool steel as-nitrided was used, the shunt was severely melted after 1000 shots, and die casting had to be stopped. On the other hand, when using a die made of hot work tool steel whose nitrided layer was irradiated with a laser beam, even after 2500 shots, only slight microcracks were observed on the surface of the shunt and It was durable enough to use.

【0021】実施例3:窒化層の改質に与えるレーザー
ビーム照射量の影響を調べるため、実施例1と同様な条
件下で窒化処理した熱間工具鋼(SKD61調質材)の
表面に、ワーク移動速度及び照射パワー密度を変えなが
らレーザービームを照射した。そして、窒化層に変化が
現れる条件を調べたところ、ワーク移動速度と照射パワ
ー密度との間に図3に示す関係があることが判った。な
お、図3の横軸は、ワークの移動速度で、ビーム照射移
動速度に対応する。また、縦軸は、レーザービームの照
射出力をビームスポットの面積で除した値、すなわち照
射パワー密度である。
Example 3: In order to investigate the influence of the laser beam irradiation amount on the modification of the nitrided layer, the surface of the hot work tool steel (SKD61 tempered material) nitrided under the same conditions as in Example 1 was applied. The laser beam was irradiated while changing the work moving speed and the irradiation power density. Then, as a result of examining the condition in which the change occurs in the nitrided layer, it was found that there is the relationship shown in FIG. 3 between the work moving speed and the irradiation power density. The horizontal axis in FIG. 3 represents the moving speed of the work, which corresponds to the moving speed of the beam irradiation. The vertical axis represents the irradiation power of the laser beam divided by the area of the beam spot, that is, the irradiation power density.

【0022】照射パワー密度が低い領域Iでは、窒化層
に変化はみられず、図1と同様に細長い窒化物が分散し
た拡散層及び多数の微小な亀裂が発生した窒化物層から
なる窒化層のままであった。
In the region I where the irradiation power density is low, no change is observed in the nitride layer. As in FIG. 1, the nitride layer is composed of a diffusion layer in which elongated nitrides are dispersed and a nitride layer in which many minute cracks are generated. It remained.

【0023】これに対し、照射パワー密度を若干上げた
領域IIでは、凝集反応に起因するものと考えられる窒化
物の球状化がみられ、図2と同様な窒化物層となった。
領域Iと領域IIとは、拡散層中に分散されていた細長い
窒化物が分断されたか否かによって容易に判別できる。
また、領域Iと領域IIとの境界線Aは、ワークの移動速
度が大きくなるに従って若干の上向き勾配をもったもの
であった。
On the other hand, in the region II where the irradiation power density was slightly increased, spheroidization of the nitride, which is considered to be caused by the agglomeration reaction, was observed, and a nitride layer similar to that shown in FIG. 2 was obtained.
The region I and the region II can be easily discriminated by whether or not the elongated nitride dispersed in the diffusion layer is divided.
The boundary line A between the region I and the region II had a slight upward gradient as the moving speed of the work increased.

【0024】更に、照射パワー密度を上げると、窒化層
の溶融が生じ、大半の窒化物が表面から流れ去った表面
層となった。この領域III では、レーザービーム焼入れ
による表面硬化層が形成されているのみで、窒化層に由
来する表面硬度の上昇は期待できない。領域IIと領域II
I との境界線Bは、境界線Aに比較して大きな上向き勾
配でワークの移動速度に比例して上昇した。
Further, when the irradiation power density was increased, the nitride layer was melted and most of the nitride flowed from the surface to become a surface layer. In this region III, only the surface hardened layer is formed by laser beam quenching, and it is not possible to expect an increase in the surface hardness derived from the nitride layer. Region II and Region II
The boundary line B with I has a larger upward slope than the boundary line A and rises in proportion to the moving speed of the work.

【0025】そこで、ワーク移動速度及び放射パワー密
度が領域IIにある条件下で窒化層にレーザービームを照
射するとき、図1で示した細長い窒化物の分断が行われ
ることが判る。窒化物が分断されるとき、同時に窒化物
の球状化及び窒化物層の平滑化が生じ、応力集中によっ
て亀裂発生の起点となる尖鋭状の窒化物や窒化物層の微
細な亀裂が消失した。その結果、実施例1及び実施例2
で説明したような耐摩耗性,耐溶損性等に優れた表面硬
化層が得られた。
Therefore, it is understood that when the nitride layer is irradiated with the laser beam under the condition that the work moving speed and the radiation power density are in the region II, the elongated nitride shown in FIG. 1 is divided. When the nitride was divided, the spheroidization of the nitride and the smoothing of the nitride layer occurred at the same time, and the sharp nitride and the fine cracks of the nitride layer, which became the starting point of crack generation due to stress concentration, disappeared. As a result, Example 1 and Example 2
A surface-hardened layer having excellent wear resistance and melt resistance as described in Section 1 was obtained.

【0026】領域I〜III を仕切る境界線A及びBは、
前述した条件下で、ワーク移動速度及び照射パワー密度
をそれぞれV(cm/分)及びF (w/cm2)とすると
き、次式で表される。 境界線A: F=V+1500 境界線B: F=3.6V+2900 ただし、境界線A及びBは、レーザービームの照射条件
や窒化物層の厚み等に応じて変わるものであり、一義的
に定まるものではない。すなわち、前掲の式における定
数は一例を示したものに止まり、本発明を拘束するもの
ではない。
The boundary lines A and B that divide the regions I to III are
Under the conditions described above, when the work moving speed and the irradiation power density are V (cm / min) and F (w / cm 2 ), respectively, they are expressed by the following equations. Boundary line A: F = V + 1500 Boundary line B: F = 3.6V + 2900 However, the boundary lines A and B vary depending on the laser beam irradiation conditions, the thickness of the nitride layer, etc., and are uniquely determined. is not. That is, the constants in the above equations are merely examples and do not restrict the present invention.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、窒化処理で基材表面に形成されている窒化層がレー
ザービームの照射によって改質される。すなわち、窒化
層の拡散層に分散されている細長く尖鋭状の先端部をも
った針状窒化物が太く短く球状化された窒化物に分断さ
れると共に、窒化物層に発生していた多数の微細亀裂が
消失し表面の平滑性が格段に向上する。しかも、拡散層
に分散している窒化物とマトリックスとの間の濃度勾配
が緩やかなものとなる。このようにして、レーザービー
ム処理後の窒化層は、応力が集中して割れ発生の起点と
なる箇所がなくなり、窒化層本来の優れた耐摩耗性,耐
溶損性等を呈し、耐剥離性に優れたものとなる。したが
って、鋳造用金型,成形用金型,工具等として使用した
場合、長時間にわたって表面平滑性に優れた製品を得る
ことができる。
As described above, in the present invention, the nitrided layer formed on the surface of the base material by the nitriding treatment is modified by the irradiation of the laser beam. That is, needle-like nitride having a long and sharp tip end dispersed in the diffusion layer of the nitride layer is divided into thick and short spheroidized nitride, and at the same time, a large number of the nitride layers are generated. The microcracks disappear and the surface smoothness is remarkably improved. Moreover, the concentration gradient between the nitride and the matrix dispersed in the diffusion layer becomes gentle. In this way, the nitrided layer after the laser beam treatment has no place where the stress is concentrated and is the starting point of crack generation, and exhibits the original excellent abrasion resistance, melt resistance, etc. of the nitrided layer, and has excellent peeling resistance. It will be excellent. Therefore, when it is used as a casting mold, a molding mold, a tool, etc., it is possible to obtain a product having excellent surface smoothness for a long time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 工具鋼表面に形成された窒化層を示す組織図FIG. 1 is a structural diagram showing a nitride layer formed on the surface of a tool steel.

【図2】 レーザービーム照射によって改質された窒化
層を示す組織図
FIG. 2 is a structural diagram showing a nitride layer modified by laser beam irradiation.

【図3】 改質された窒化層が得られる領域をワーク移
動速度とレーザービーム照射パワー密度との関係で表し
たグラフ
FIG. 3 is a graph showing a region where a modified nitride layer is obtained, as a relation between a work moving speed and a laser beam irradiation power density.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 基材 20 拡散層 21
窒化物 22,24 マトリックス 23 球状化した窒化物 25 窒化物23とマトリックス24との界面 30 窒化物層 31 亀裂 32
窪み 40 窒化層
10 Base Material 20 Diffusion Layer 21
Nitride 22, 24 Matrix 23 Spheroidized nitride 25 Interface between nitride 23 and matrix 24 30 Nitride layer 31 Crack 32
Depression 40 nitrided layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三木 功 静岡県庵原郡蒲原町蒲原1丁目34番1号 株式会社日軽技研内   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Isao Miki             1-34-1 Kambara, Kambara-cho, Anbara-gun, Shizuoka Prefecture             Nikkei Giken Co., Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 窒化処理によって基材の表面に形成され
た窒化層に、マトリックスがマルテンサイト変態するこ
となく且つ前記窒化層に分散している窒化物を分断する
照射パワー密度でレーザ−ビームを照射することを特徴
とする表面改質方法。
1. A laser beam is applied to a nitride layer formed on the surface of a base material by a nitriding treatment at an irradiation power density that divides the nitride dispersed in the nitride layer without undergoing martensitic transformation. A surface modification method characterized by irradiation.
【請求項2】 請求項1記載の基材が工具鋼等の鋼材で
あって、高温の金属が接触する金型であることを特徴と
する表面改質方法。
2. A surface modification method, wherein the base material according to claim 1 is a steel material such as tool steel, and is a mold with which a high temperature metal comes into contact.
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