JPS62112786A - 鋼製部材表面の耐摩耗性向上方法 - Google Patents

鋼製部材表面の耐摩耗性向上方法

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JPS62112786A
JPS62112786A JP60252951A JP25295185A JPS62112786A JP S62112786 A JPS62112786 A JP S62112786A JP 60252951 A JP60252951 A JP 60252951A JP 25295185 A JP25295185 A JP 25295185A JP S62112786 A JPS62112786 A JP S62112786A
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JP
Japan
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cast iron
base material
wear resistance
steel
chilled
Prior art date
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Pending
Application number
JP60252951A
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English (en)
Inventor
Tsugi Koyamabara
小山原 嗣
Joji Miyake
譲治 三宅
Takaaki Kanazawa
孝明 金沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04Steel or steel alloys
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K2103/02Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04Steel or steel alloys
    • B23K2103/05Stainless steel

Landscapes

  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)

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】 産業上の利用分野 この発明は、自動車エンジンのカムシャフト等の鋼材質
からなる部材の所要部位の表面の耐摩耗性を向上させる
方法に関するものである。
従来の技術 一般に鋼はその強度や靭性、特に耐衝撃性が優れ、特に
鍛造を施すことによりそれらの特性を、@造が不可能な
鋳鉄材料より格段に高めることができるため、自動車エ
ンジンカムシャフトなど、これらの特性が要求される部
材に広く使用されている。しかしながら用途によっては
通常の鋼表面のままでは耐摩耗性が不足することがあり
、そこで従来から鋼製部材表面の耐摩耗性を向上させる
ため、高周波焼入れ等の表面硬質化QA理を施すことも
行なわれているが、このような手段のみでは充分な耐摩
耗性を得ることが困難なことが多い。
また鋼表面を、メッキあるいは溶射などによりcr等の
硬質材で被覆することも行なわれているが、この場合は
被覆層と母材との密着性の不足により被覆層の耐剥離性
に問題があることが多く、そのため耐久性に欠ける問題
があった。
一方、鋳鉄材料においては、その表面の耐摩耗性を向上
させる方法として、表面層の凝固速度を高めることによ
り表面層の組織を白鋳鉄、すなわち所謂チル組織とする
チル化方法が知られており、そのチル化方法として最近
では例えば特開昭筒55−61378号公報おるいは米
国特許第3802927号明細占に開示されているよう
に、鋳造後の段階で鋳鉄表面をレーザ、TIGアーク、
電子ビーム、プラズマ等の高密度加熱エネルギ源で加熱
して表面層のみを再溶融させ、母材側への熱移動により
急速冷却凝固させることによって、表面層をチル鋳鉄組
織とする方法が採用されるに至っている。このようにし
てチル鋳鉄(白鋳鉄)となった表@層は耐摩耗性が著し
く優れており、特に前述のように鋳造後にレーザ等の高
密度加熱エネルギ源を用いてチル化処理を行なった場合
には、再溶融後の冷却凝固速度が著しく大きくなるため
チル化が充分に進行して、耐摩耗性が充分に高くなると
ともに、表面の任意の箇所のチル化が可能となる。しか
しながらチル化による耐摩耗性改善は炭素含有量が1.
7〜4.5%の鋳鉄材料ではじめて可能となるのであり
、炭素含有量が0.04〜1.7%の鋼材質では不可能
である。したがって母材材質として強度、靭性、耐衝撃
性などの点で鋳鉄材質では問題がおるような用途、すな
わち鋼を使用すべき用途では上述のようなチル化処理は
適用できなかったのである。
発明が解決すべき問題点 前述のように鋼は強度、靭性、耐衝撃性などの点で優れ
ているが、従来の一般的な耐摩耗性向上策では充分に耐
摩耗性を向上させることができなかったり、硬質被覆層
の剥離等の問題が生じ勝ちであった。−5鋳鉄材料では
レーザ簀の高密度加熱エネルギ源を用いたチル化処理に
より表面層の耐摩耗性を著しく向上させることができる
ものの、母材として要求される強度、靭性、耐衝撃性な
どの点から鋳鉄が望ましくない用途では適用できなかっ
たのである。
この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、強
度や靭性、耐衝撃性などが要求される用途に適した鋼材
質からなる部材の所要の部位の表面の耐摩耗性を、表面
層の剥離などの問題を招くことなく充分に向上させるこ
とができる方法を提供することを目的とするものである
問題点を解決するための手段 この発明の1ilI製部材表面の耐摩耗性向上方法は、
鋼からなる母材の耐摩耗性を向上させるべき部分の表面
に鋳鉄材料を配し、その鋳鉄材料の上から高密度加熱エ
ネルギ源により加熱して前記鋳鉄材料を溶融させかつ急
速冷却凝固させて、母材と一体化したチル鋳鉄層を形成
することを特徴とするものでおる。
作   用 この発明の方法では、鋼からなる母材の所要の部位、す
なわち耐摩耗性を向上させるべき部位の表面に鋳鉄材料
を配置し、その鋳鉄材料の上からレーザ、TIGアーク
、プラズマ、電子ビーム等の高密度加熱エネルギ源によ
り加熱して前記鋳鉄材料を再溶融・急速冷却凝固させる
。このようにレーザ等の高密度加熱エネルギ源により加
熱した場合、与えられるエネルギは高密度でしかも局所
的でおるから、そのエネルギが与えられた部分の鋳鉄材
料のみが短時間で溶融し、母材側の大部分はほとんど温
度上昇しない。したがってレーザ等のエネルギの照射位
置を連続的に移動させることなどによりその溶融した部
分の鋳鉄材料に対する加熱を直ちに停止させれば、その
部分の鋳鉄材料が母材側への熱移動により急速に冷却凝
固される。
このように再溶融した鋳鉄材料を急速冷却:疑固させる
ことにより、その部分は黒鉛がほとんど晶出せず、遊離
セメンタイトとパーライトからなる白鋳鉄、すなわち所
謂チル鋳鉄組織となる。このチル鋳鉄組織は著しく硬質
で耐摩耗性が極めて浸れ、したがって上述の処理により
鋼からなる母材の所要の部位の耐摩耗性が著しく改善さ
れたことになる。また上述のようなレーザ等の高密度エ
ネルギ源による加熱によって表面に配した鋳鉄材料に対
する下側の鋼母材表面も若干は溶融されるのが通常でお
り、しがってその境界部分は溶融一体化し、またその境
界部で溶融に至らない場合でも元素の拡散により一体化
し、いずれにしてもチル鋳鉄層は母材側と強固に一体化
され、剥離等の問題は生じない。このようにして得られ
た部材は表面の耐摩耗性が著しく優れると同時に母材側
は鋼で作られているため強度および靭性、特に耐衝撃性
にも優れている。
発明の実施のための具体的説明 この発明の方法において母材として使用する鋼は、所謂
通常の炭素鋼のほか、低合金鋼、高合金鋼、耐熱鋼、ス
テンレス鋼などがあり、特に限定されるものではない。
また鋳鉄材料としてはチル化が可能でおればネズミ鋳鉄
、合金鋳鉄など、任意のものが使用でき、特に限定され
るものではない。ざらに鋳鉄材料を鋼母材表面に配置す
る際の鋳鉄材料の形態としては、薄板状の溶製材や粉末
を用いることができ、また粉末の場合にはスラリー等と
して塗布する場合、あるいは溶射により被覆する場合な
どを含む。
鋼母材表面に配置する鋳鉄材料の厚みは、生成すべきチ
ル鋳鉄層の厚みや、鋳鉄材料の形態等に応じて定めれば
良い。また生成させるチル鋳鉄層の厚みは特に限定しな
いが、充分な耐摩耗性を得るためには0.2#程度以上
とすることが好ましい。
但し厚過ぎれば冷却凝固速度が遅くなって充分にチル化
が進行しないことがおるから、通常は0.2〜5#程度
の範囲内とすることが好ましい。なお実際の処理におっ
ては、鋼母材の耐摩耗性を向上させるべき部分の表面に
形成すべきチル鋳鉄層の厚みに相当する深さの溝部また
は凹部を形成しておき、その溝部または凹部に鋳鉄材料
を配置することができる。
高密度加熱エネルギ源によって実際に加熱するにあたっ
ては、高密度加熱エネルギ源を母材に対し相対的に移動
させながらエネルギ照射を行なうのが通常である。また
実際の処理ではある面積にわたって処理する必要がある
場合が多く、その場合には後述する実施例でも示すよう
にエネルギ照射位置をある直線に沿って移動させた後、
その直線に対しri履ピッチの平行線の位置を直線的に
移動させ、ざらにそれを適宜繰返しである面積にわたっ
て再溶融・急速冷却凝固させれば良く、またこの場合各
再溶融ビードは一部をオーバーラツプさせることが望ま
しい。おるいはまた、エネルギ照射位置を、その主移動
方向に対し横切る方向へ撮動させることによっておる面
積を確保することもできる。
実施例 JIS機械構造用炭素鋼545Cからなる焼入れ焼もど
し処理を施した厚さ10mの圧銅板の上面に、隅部を4
5°の角度で面取りした幅14m、深さ2.5m、長さ
20mの溝を切削加工によって形成した。
第1図にその状態を示す。第1図において1は厚鋼板か
らなる母材く本体材料)で釣り、2が溝である。
次いで第2図に示すように溝2に、アトマイズ法により
作成した鋳鉄粉末(材質JIS  FC25相当、粒度
−100メツシユ〜+300メツシユ)を用いてプラズ
マ溶射法により鋳鉄被覆層3を形成した。この鋳鉄被覆
層3の厚みは2.6〜2.7#である。
続いてTIGトーチを用いて鋳鉄被覆層3の表面から再
溶融・急速冷却凝固処理を行なった。その条件は次の通
りである。
トーチ運動:溝2の長さ方向に1 、5an / Se
Cの移動速度で直線移動させる過程を、溝2の幅方向の
片端から2#ピツチで繰返して、合計7本の直線状の再
溶融ビードを形成することにより鋳鉄被覆層全体を処理
した。このとき、各直線移動による再溶融ビードは幅方
向の一部がオーバーラッピングした。
電恒:直径3゜2mのタングステン電極を用いた。
電流:ピーク電流  150A ベース電流  120A パルス間隔  0.2秒 第3図に、3本のビードを形成させた状g(gBしトー
チの直線移動方向すなわちビード長さ方向に対し直交す
る方向の断面)を示し、第4図に処理が終了した状態、
すなわち7本のビードを形成した状態を示す。第3図、
第4図において、4はチル鋳鉄層、5は溶融した鋳鉄中
の黒鉛が母材へ拡散してチル層形成には至らず焼入組織
となった層を示す。
その後、最終的にチル鋳鉄層4の表面を研磨加工して第
5図に示すような表面平滑な状態に仕上げた。
以上のようにして処理された部材のチル鋳鉄層の硬さを
測定した結果、1−IV520〜630で、平均1−1
vが540であった。これは、通常の鋳鉄母材に対する
丁IGアークによる再溶融チルと同等な硬さであり、良
好な耐摩耗性が1昇られることが明らかである。
発明の効果 以上のようにこの発明の方法によれば、鋼からなる母材
の表面に、鋳鉄母材でのチル化層と同等のチル鋳鉄層が
形成され、したがって母材部分は鋼として強度、靭性に
優れる一方、表面には優れた耐摩耗性を与えることがで
きる顕著な効果が得られ、また表面のチル鋳鉄層は母材
と一体化するため剥離等の問題が生じるおそれもなく、
充分な耐久性を得ることができる。
したがってこの発明の方法は、母材自体は鋼としての特
性が要求されかつ表面には優れた耐摩耗性が要求される
部材に適用して好適なものであり、例えば小型、軽量が
要求される高出力エンジンのカムシャフト等に適してい
る。
【図面の簡単な説明】
第1図から第5図まではこの発明の方法の実施例を段階
的に示す断面図であり、第1図は鋳鉄材料を鋼母材に配
する前の鋼母材の状態、第2図は鋳鉄材料を配した状態
、第3図は3本の再溶融ビードを形成した状態、第4図
は鋳鉄材料に対する再溶融・急冷凝固処理を終了した状
態、第5図は最終的に仕上げ加工を施した状態を示すも
のである。 1・・・母材、 3・・・鋳鉄被覆層、 4・・・チル
鋳鉄層、5・・・焼入組織。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 鋼からなる母材の耐摩耗性を向上させるべき部分の表面
    に鋳鉄材料を配し、その鋳鉄材料の上から高密度加熱エ
    ネルギ源により加熱して前記鋳鉄材料を溶融させかつ急
    速冷却凝固させて、母材と一体化したチル鋳鉄層を形成
    することを特徴とする鋼製部材の表面の耐摩耗性向上方
    法。
JP60252951A 1985-11-13 1985-11-13 鋼製部材表面の耐摩耗性向上方法 Pending JPS62112786A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008004708A1 (en) * 2006-07-05 2008-01-10 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for manufacturing cast iron member, cast iron member, and engine for vehicle

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008004708A1 (en) * 2006-07-05 2008-01-10 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for manufacturing cast iron member, cast iron member, and engine for vehicle
JP2008012564A (ja) * 2006-07-05 2008-01-24 Toyota Motor Corp 鋳鉄部材の製造方法、鋳鉄部材、及び車両用エンジン
US8302305B2 (en) 2006-07-05 2012-11-06 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for manufacturing cast iron member

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