JPS6379980A - 鋳鉄表面の高合金化方法 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、Ｔ、１．Ｇ、やレーザビーム等の高エネル
ギ密度熱線を用いて鋳鉄表面に高合金化層を形成させる
ための、鋳鉄表面の高合金化方法に関する。

（従来の技術） 一般に、高エネルギ密度熱線により、鋳鉄表面を再溶融
し、同時に、他の元素を添加することにより、表面に母
材と異なる合金層を形成する技術は、例えば特開昭５９
−１６７８号公報から知られている。この公報において
は、鋼材の表面に合金粉末を載置しておき、レーザビー
ムをこの表面に照射して、表層部を溶融させ、高合金化
する技術が開示されている。

（発明が解決しようとする問題点） このような高合金化する技術において、合金層１素の添
加方法としては、合金元素を板状に形成したものや、粉
末状にしたものを母材の表面にのせ、母材と同時に溶融
することが考えられる。しかしながら、前者の板状の場
合には、複雑な形状に成型する事は不可能であるし、後
者の粉末の場合には、アシストガスにより粉末が飛散し
て合金層を形成できない問題がある。

また、他の合金元素の添加方法としては、メッキ、溶射
、蒸着等により母材上に合金元素のコーティング層を形
成し、このコーティング層と母材とを同時に溶融し高合
金化することが考えられる。しかしながら、この場合、
合金元素を局部的に母材表面にコーティングする事が困
難であり、また、コーティング不可能な合金元素がある
問題点がある。

更に、別の合金元素の添加方法としては、母材を溶融さ
せつつ、溶融プール中に粉末元素を供給し、合金化させ
ることが考えられる。しかしながら、この場合、アシス
トガスにより粉末元素が飛散してしまい、添加元素の添
加量を正確に制御できないという問題点がある。

この発明は、上述した問題点に鑑みなされたもので、こ
の発明の目的は、添加元素がアシストガスにより飛散さ
れることなく、いかなる形状及び範囲であっても、添加
量を正確に制御した上でアルミ表面を高合金化させるこ
とのできる鋳鉄表面の高合金化方法を提供することであ
る。

（問題点を解決するための手段及びその作用）上述した
問題点を解決し、目的を達成するため、この発明に係る
鋳鉄表面の高合金化方法は、鋳鉄を高温度：囲気におい
て、表面部のみを高エネルギ密度熱線により溶融させ、
この表面部にブローポールを生成する工程と、このブロ
ーホールに高合金化材料粉末を充填する工程と、この高
合金化材料粉末が充填された表面部を再溶融させて、表
面部を高合金化する工程とを具備する事を特徴としてい
る。

（実施例） 以下に、この発明に係る鋳鉄表面の高合金化方法の一実
施例を、添付図面を参照して、詳細に説明する。

まず、以下の第１表に示す組成を有する片状黒鉛鋳鉄製
のテストピース１０を用意し、これを１８０ｘ８０ｘｌ
Ｏ（ｍ、ｍ）の平板状に形成する。

（ｗｔ％） 第　　１　　表 このように形成した鋳鉄板１００表面を第１Ａ図に示す
ように、高エネルギ密度熱線を出力する熱源としてのレ
ーザ装置１２により、薄く再溶融する。

ここで、鋳鉄を再溶融すると、内部のグラファイトの酸
化により、Ｃ０２ガスが発生し、このＣＯ２ガスを原因
としてブローホールが生じる事になる。特に、レーザビ
ームのような高エネルギ密度熱線で短時間の内に急熱急
冷処理をすることにより、発生したＣ０２ガスが逃げ出
す時間がない為、母材と再溶融部どの境界付近に、ブロ
ーホールが多く発生ずる。このようにして、鋳鉄の表面
を薄く、短時間で再溶融することにより、ブローホール
の多く発生した表面層が生成されることになる。

また、このブローホールが生成工程におりる生成条件は
、以下の通りである。

加工装置・・・レーザ装置 加工条件・・・出力３．０（ＫＷ） 加工速度２．０　（ｍｍ／ｍｉｎ　） 溶融領域・・・幅３（ｍｍ）、深さ０．３　（ｍｍ）シ
ールドガス・・・Ａｒ 尚、上述の生成条件は、以下の第２表に示す条件でパラ
メータを変化させた上で決定した。

以　　下　　余　　白 即ち、条件＜１＞、＜２＞のように溶融深さを深くする
と、表面に生成されるブローホールの量は少なくなる。

ここで、表面層を同じ程度で薄く再溶融する場合におい
ては、条件〈５〉のように低出力・低速度にして溶融時
間を長くするより、条件〈３〉のように高出力・高速度
にして溶融時間を短くした方が、表面層に確実にブロー
ポールが生成されることになる。

換言すれば、との一実施例のように、強制的に鋳鉄の表
面に表面欠陥であるブローホールを生成させるためには
、上述したように高出力・高速度で表面を薄く再溶融さ
せれば良いことになる。

以上のようにブローホール生成工程を実行した後、ブロ
ーホールが生成された鋳鉄板１０の表面部分を、厚さ約
２０（μｍ）研削し、第１Ｂ図に示すように、この表面
部分に多数の微小な凹所１４を形成する。このように、
鋳鉄板１０上に微小な凹所１４が多数形成された表面状
態を、第２図において写真にて示す。この第２図の写真
から明らかなように、幅３　（ｍｍ）で溶融した表面領
域にのみ、微小な凹所１４が多数形成されている事が確
認される。

このようにして、鋳鉄板１０上に微小な凹所１４を多数
形成した後、第１Ｃ図に示すように、添加元素として用
いられる高合金化材料粉末、例えばＮｉ粉末を、これら
凹所１４内に充填する。

この充填工程が終了した後、ＮＬ粉末が凹所１４内に充
填された領域を含んて、この鋳鉄板１０の表面部分を、
第１Ｄ図に示すように、再びレーザ装冒１２を用いて、
乾燥雰囲気中で再溶融する。

この再溶融時において、母材となる鋳鉄と、凹所１４内
に充填されたＮｉ粉末とが同時に溶融され、第１Ｅ図に
示すように母材とは異なる高合金化層１６が表面部分に
形成される。　この高合金化工程における形成条件は、
以下の通りである。

加工製蓋・・・レーザ装置 加工条件・・・出力３．０　（ｋｗ） 加工速度０　、　２　（ｍｍ／ｍｉｎ　）レーザ焦点距
離５　（１ｎｃｈ） ｄｅｆｏｃｕｓ　　＋　２０　（ｍｍ）アシストガス・
・・Ａｒ シールドガスの流量・・・６０（ｉ／ｍ１ｎ）シールド
ガスの圧力・・・１　、　５　ｋｇ／　Ｃｍ”尚、上述
の形成条件の中で、加工条件に関しては、この高合金化
工程においては、ブローホールの生成は極力押えたいの
で、前述した第２表において説明した条件く１〉を採用
している。

以上のようにして、鋳鉄板１０の表面に形成された高合
金化層１６は、その表面の金属組織を第３図に写真にて
示すように、添加元素としてのＮｉにより緻密化され高
い硬度（Ｈｖニア５０）を定するようになされている。

この高合金化層１６の硬度は、添加元素を用いずに、単
に再溶融した鋳鉄板１０の表面部分の硬度がＨｖ　７２
．０である事と比較して、更に高硬度に変化しているも
のである。ここて、この単に再溶融した鋳鉄板１０の表
面部分の金属組織の状態を、第４図に写真にて示す。こ
の第４図の写真において、第３図の写真と比較して明白
なように、添加元素としてのＮｉが少ないので緻密化さ
れておらず、高合金化層１６の硬度よりも低い硬度にな
る事が裏付＆−１られる。

また、この高合金化層１６の組成分析結果を第３表に示
す。

（ｗｔ％） 第３表 この第３表と前述した第１表との比較から明白なように
、高合金化する前の鋳鉄の状態において、Ｎｉの含有率
は０．０２　（ｗｔ％）てあったものが、高合金化する
ことにより、４．　０　（ｗｔ％）に増えている事が確
認される。

尚、この一実施例における鋳鉄表面の高合金化方法を、
他の高合金化方法と比較するために、以下に述べるよう
な２種類の高合金化方法を行なってみた。

（１）鋳鉄板上に車にＮｉ粉末をのせただけのもの。

（２）鋳鉄板上に有機バインダによりＳｔ粒粉末接着し
たもの。

このような、（１）、（２）の比較例を、この一実施例
と同じ条件で再溶融した所、高合金化層は形成されなか
った。

この理由として、（１）の比較例においては、従来技術
の説明において述べたように、Ｎｉ粉末がアシストガス
により飛散されてしまうからであり、（２）の比較例に
おいては、レーザビームにより再溶融の際に、有機バイ
ンダの燃焼・気化により、Ｎｉ粉末及び溶融したＮｉが
飛散されてしまうからである。

以上詳述したように、この一実施例の高合金化方法を実
行することにより、添加元素としてのＮｉ粉末は凹所１
４内に充填されているので、アシストガスにより飛散さ
れることなく、良好に凹所１４内に、換言すれば鋳鉄板
１０の表面上に保持され、良好に鋳鉄板１０上に高合金
化層１６が形成されることになる。また、この凹所１４
は、鋳鉄表面がいかなる形状であっても、またいかなる
範囲であっても、高密度エネルギ熱線により再溶融され
ることにより形成されるので、この高合金化層１６はい
かなる形状及び範囲であっても、形成されることになる
。更に、凹所１４内に充填されるＮｉ粉末の量は正確に
規制されるので、高合金化に際してのＮｉ粉末の添加量
は正確に制御されることになる。

この発明は、上述した一実施例の方法に限定されること
なく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能
である。

例えは、上述した一実施例においては、添加元素として
Ｎｉ粉末を用いるように説明したが、他の高合金化粉末
であっても良い。

また、高密度エネルギ熱線として、レーザ装置によるレ
ーザビームを用いるように１ｙｌ明したが、Ｔ、１．Ｇ
、を用いるようにしても良い。

（発明の効果） 以上詳述したように、この発明に係る鋳鉄表面の高合金
化方法は、鋳鉄の表面部のみを高エネルギ密度熱線によ
り溶融させ、この表面部にブローホールを生成する工程
と、このブローホールに高合金化材料粉末を充填する工
程と、この高合金粉末が充填された表面部を再溶融させ
て、表面部を高合金化する工程とを具備する事を特徴と
している。

従って、この発明によれば、添加元素がアシストガスに
より飛散されることなく、いかなる形状及び範囲であっ
ても、添加量を正確に制御した上で鋳鉄表面を高合金化
させることのできる鋳鉄表面の高合金化方法が提供され
ることになる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図乃至第１Ｅ図は、この発明に係る鋳鉄表面の高
合金化方法の一実施例の手順を順次示す工程図、 第２図はブローポールの形成された状態の鋳鉄の表面の
金属組織を写真により示す上面図、第３図は、この一実
施例の方法により高合金化された鋳鉄表面の金属組織を
写真により示す上面図、そして 第４図は高合金化粉末を添加せずに、単に再溶融した鋳
鉄表面の金属組織を写真により示す上面図である。 図中、１０・・・鋳鉄板、１２・・・レーザ装置、１４
・・・凹所、１６・・・高合金化層である。 第１Ａ図 第１Ｂ図 第１Ｃ図 第１Ｄ図 第１１ｆｆ 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 鋳鉄の表面部のみを高エネルギ密度熱線により溶融させ
   、この表面部にブローホールを生成する工程と、 このブローホールに高合金化材料粉末を充填する工程と
   、 この高合金化材料粉末が充填された表面部を再溶融させ
   て、表面部を高合金化する工程とを具備する事を特徴と
   する鋳鉄表面の高合金化方法。