JPS58147516A - 鋳鉄製品の表面硬化処理法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鋳鉄製品の新規な表面硬化処理法に関する。

従来鋳鉄製品の所定表面層の硬化は鋳造時に行なわれて
いた。すなわち所定部位にチラー（冷し金）を塊込んだ
鋳型をつくり、これに注湯してチラーに接触する部位を
急冷せしめてチル〔七メンタイト（１・、Ｏ））化する
ものである。

しかし、ながら、この方法ではチラーを鋳造、加工によ
って件部する工程が必要であり、さらにこのチラーを所
定部位に埋込んだ鋳型をつくる必要があり、操作が煩雑
である。

しかるに本発明者らは、前記のごとく煩雑な操作を必要
とするチラーを用いるチル化方法にかわる新たな方法を
見出すべく鋭意研究を嵐ねた結果、鋳造により見られた
鋳鉄製品の表面にレーザビームを照射することにより表
面層をチル化しつるというまったく新たな事実を見出し
、。

本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、鋳鉄製品の表面にレーザビームを照
射することを特徴とする鋳鉄に品の表面硬化処理法に関
する。

本発明においては鋳造により見られる鋳鉄製品にレーザ
ビームを照射するという簡単な操作によりその表面層が
チル化されるので、従来の鋳造時にチラーを用いてチル
化する方法にくらべて操作がきわめて簡単であり、有利
である。

本発明において、鋳鉄製品の表面にレーザビームを照射
するとそのパワーの一部が吸収され、表面層の温度が上
昇し、この温度上昇に伴ないさらに吸収率が高くなり、
表面層の温度上昇は急激になる。このような急激な温度
上昇により表面層が溶融ないし半溶融状態（約１１００
〜１６００°０）になったのちレーザビームを取り除く
と自己冷却作用により表面層がチル化する。チル化する
！！面層の厚さは通常０．０５〜０．４ｗｍ程度である
。表面層よりやや内部に入った部分では表面層よりの熱
伝導により温度上昇し、温度が約７３０〜１１００°０
になった部分はレーザビームを取り除くと、いわゆる焼
入と同様な現象により組織がマルテンサイトに変態する
。この部分ノ厚さは通常０．４〜１．０ｍ程度である。

この部分よりさらに深部ではレーザビーム照射による影
響をはとんど受けず、もとの組織がそのまま保持される
。

しかしてレーザビーム照射によるチル化方法においては
、レーザビームの特性、たとえばその＾出力密度により
特定部位の表面層のみを急速に加熱することができ深部
は加熱されないのＣ１加熱時間が短くてすみ能率的であ
り、また深部まで加熱されないことにより冷却時にひず
みなどの発生する慣れが少ない。またレーザビームの非
拡散性のゆえにレーザ光源と被加工物との距離のいかん
を問わず所廖の出力密度で加熱することができる。

本発明の方法が適用できる鋳鉄はとくに制限されないが
、たとえばねずみ鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄、可鍛鋳鉄などが
あげられる。

レーザとしては短時間内に鋳鉄製品の表面層を溶融ない
し半溶融の状態になるまで加熱しうる程度の出力を有す
るものであればいずれも用いられるが、たとえば炭酸ガ
ス、ヘリウム、チッ素などを用いるガスレーザ、Ｙ３Ａ
Ｉ、Ｏ□２、Ａｊ、Ｏ，、ガラスなどを用いる固体レー
ザなどが使用できるＯ レーザビームの照射は被加工物のチル化を所望する部位
の面積に応じてレーザビームを走査して行なえばよく、
被加工物の方を移動または回転させてもよく、レーザビ
ームの方を１ｆｌｌ＆ｔラーなどで移動させてもよい。

被加工物にはレーザ光源から出たレーザビームを直接照
射してモヨイが、ス〆ットの大きさおよび出力密度を＃
節するためには凸レンズを通して一旦焦点を結ばせたの
ちデフォーカスさせて照射するのが便利である。

レーザビームを照射する鋳鉄製品の表面は、通常鋳放し
品を荒研磨まで仕上げて黒皮を除去したものが適当であ
゛る。レーザビームの吸収をよくするためにはこの表面
をリン酸マンガン、リン酸亜鉛などでリン酸塩皮膜処理
しておくかおよび（または）グラファイトを付着させて
おくのが好ましい。

前記のごとくしてレーザビームを鋳鉄製品の所望部位に
照射してその表面層を溶融ないし半溶融状部になるまで
加熱したのちレーザビームを取り除くと、表面層は加熱
されていない深部への熱伝導により急速に冷却されてチ
ル化する。

したがって冷却剤を用いるなどの必要はない。

チル化ののち仕上げ研磨を行なうことによってＪｌ終麺
製品えられる。

本発明の方法は耐摩耗性の要求される部位を有する鋳鉄
製品にはいずれも適用できるが、かかる製品を例示すれ
ばエンジンにおけるカムシャフト、す７ターバルプなど
、その他歯車類、軸受などがある。

つぎに実施例をあげて本発明の詳細な説明するＯ 実施例 ＰＯＤ４０相当の溶湯から直径２２■の丸棒状のテスト
ピースを鋳造した。えられたテストピースをシ習ットプ
テストしたのち、９００°ｏ　Ｘ　１２０　分の条件で
焼串処理して材質を：ＰＯＤ４０から１ｏＤ７０に変換
せしめ、再度シ翳ツシプラストしたのち荒研磨して黒皮
を除去し、ついでリン酸マンガンによるリン酸塩処理を
施したのちレーザビーム照射部位にグラフアイＦ粉末（
粒径２〜６μ）を！シン油に分散させたものを塗布して
厚さ２０μのグツファイト層を形成した。

かくして前処理したテストピースにレーザビームを照射
してチル化処理を行なった。レーザビームの照射は１ｌ
ｌｌ１図に示されるごとく行なつた。第１図において、
（１）は丸棒状のテストピースであり、（２）はレーザ
ビームである。レーザビーム（２）は焦点距＠　２５４
■の凸レンズ（８）を通して焦点を結ばせ、デフォーカ
スさせたのちテストピース（１）に照射した。（４）は
焦点であり、（６）はデフォーカス距離である。テスト
ピース（幻を中心軸のまわりに１回転４−・０（ＪｉＩ
Ｉ達約１１．５鴫４・Ｏ）の速度で回転させながらレー
ザビーム（２）を照射し、１回転せしめた゛のち照射を
停止し、そのまま放置した。斜Ｉｓ部（５）はレーザビ
ーム（２）の照射範囲である。

レーザ発振器としては７才トンソーセス社製の炭酸ガス
レーザ発振器を用いた。その概要はつぎのとおりである
。

波　　長：　　１０．６／Ａ 定格出力；　　１．０ｋｌＦ ビーム径：　１２ｍ モー　ド：　シングルキード デフォーカス距離億）を４０ｍ５　ｌ５ＱＩＩＩＩ、　
２０ｍとかえて前記の条件でレーザビーム照射してチル
化処理を施したテストピースについて断面の顕微鏡観察
および硬度測定を行なった。結果を第６〜１４図に示す
。なお各テストピースと第６〜１４図との関係を第１表
に示す。＃１１表における（］０−（７）線断面および
（１）−（Ｙ）ＩＩａ断面とは第２図に示される断面で
ある。

第　　　１　　　　表 第５ｗＪ、第９図および第１６図において、部分（Ａ）
はチル部、部分（Ｂ）はマルテンサイト組織にブルスア
イが存在する組織（焼入部）、部分（０）はパーライト
組織にプルスアイが存在する組織（芯部）である。

第６〜１４図から、デフォーカスの距離によりレーザビ
ームのエネルギー密度が異なり、チル部およびマルテン
サイト部の厚さが異なること、デフォーカス距離が３Ｑ
ｍのばあいチル部がもつとも厚くなること、表向のチル
部は硬度がＨｖ１００口程膚あり非常に硬い層かえられ
ることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図はレーザビームの照射方法の一実施例を示す概略
図、第２図は実施例においてチル化処理したテストピー
スのどの断面を観察したかを説明する図面、第６図、第
７図および第１１図はそれぞれレーザビームの照射条件
が異なるテストピースの１２図に示される（７）−（４
）線断面の顕微鏡写真、＃１４〜５図、第８〜９図およ
び第１２〜１３図はそれぞれレーザビームの照射条件が
異なるテストピースの第２図に示される（Ｙ）−（Ｙｌ
線断面のＪＩｉ徽鏡写真、１１６図、第１０図および＃
１１４図はそれぞれレーザビームの照射条件が異なるテ
ストピースの第２図に示される（３）−（Ｘ）ｍ断面に
おける硬度分布を示すグラフである。 （図面の主要符Ｖ） （１）　ｆテストピース （２）：レーザビーム 第１図゛ 第２図 第３図 才４図 表面う゛シ■塚ａ！（ｍｍ） オフ図 第１０図 ９９− ２１１図 オ図図 表面グらｆ＞亙さくｍｒｎ） ｉｏｏ−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　鋳鉄製品の表面にレーザビーふを照射することを特
   徴とする鋳鉄製品の表面硬化処理法。