JPH01218A - 金属表面の再溶融処理方法 - 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 この発明はアルミニウム合金鋳物などの各種金属材料か
らなる自動車部品や各種機械部品などにおいて、その一
部の表面層を局部的に改質するための再溶融処理方法に
関するものである。

従来の技術 最近に至り、アルミニウム合金などの金属材料からなる
部品、特に鋳物部品の表面の一部の特性を局部的に向上
させるための再溶融処理が注目を浴びている。この再溶
融処理は、ＴＩＧアークやレーザビーム、あるいは電子
ビーム、プラズマアークなどの高密度加熱エネルギを金
属材料の表面に照射してその表面層を再溶融させ、引続
く急冷凝固によって引は巣やピンホール、ブローホール
などの鋳造欠陥を除去するとともに金属組織を微細化さ
せて、表面層の特性向上を図るものである。

このような再溶融処理を特にアルミニウム合金鋳物から
なる自動車用エンジンのシリンダヘッドに適用した例と
しては、本出願人の出願に係る特開昭６１−１９３７７
３号記載の方法がある。この方法は、アルミニウム合金
鋳物ではピンホールやブローホール、引は巣等の鋳造欠
陥が生じ易いこと、またシリンダヘッドは大型で？！ｌ
な形状を要するため鋳造時の冷却速度が遅くなって金属
組織が粗大化し易いこと、一方シリンダヘッドのうちで
も特に排気ボートと吸気ボートとによって挟まれるいわ
ゆる弁間部に大きな熱応力が加えられることから、その
弁間部に機械的特性が優れていることが要求されること
、等を背景としてなされたものであり、アルミニウム合
金鋳物からなるシリンダヘッドの弁間部にＴＩＧアーク
等の高密度エネルギを印加して再溶融・急冷再凝固させ
、弁間部の鋳造欠陥を除去するとともに弁間部の組織の
微細化を図り、弁間部の機械的特性、特に熱応力に対す
る特性を向上させている。

発明が解決すべき問題点 前述のような再溶融処理は、一般には第４図（Ａ＞、（
Ｂ）に示すように、処理すべき金属基材１の表面にＴＩ
Ｇアーク用トーチ２などによってＴＩＧアーク等の高密
度加熱エネルギ３を印加しつつ、その印加位置を処理す
べき領域４の一端４Ａから他端４Ｂへ向けて連続移動さ
せ、その移動線＠（処理終端＞４Ｂ付近において高密度
加熱エネルギ３の印加を停止させるのが通常である。

ところがこの場合、処理された部分、すなわち再溶融−
再凝固によって形成された再凝固層（ど−ド）９の終端
部では表面に凹部、すなわち所謂クレータ６が生じるの
が通常である。もちろん再溶Ｆａ処理後には、処理部位
の表面を平滑化するため、研削による仕上加工を行なう
のが通常であるが、仕上加工の削り代は工程上あるいは
経済的な制約を受けるから、クレータ６の深さが深い場
合には第４図（Ｃ）に示すように仕上加工後もその仕上
加工面１Ａにクレータ６が残り、外観不良をもたらすこ
とが多い。またこのようなりレータ６が残った状態では
、そのクレータ６の内部は凹凸が激しいため、単に外観
不良をもたらすのみならず、クレータ６の内部の凹凸に
よりその部分に応力集中が生じたりして、疲労特性や衝
撃特性等の特性低下をもたらすおそれもある。

なお一般の溶加棒を用いた溶接ビードでは、溶接終了間
際に溶加棒を若干多めに挿入して溶接ビード終端部での
クレータの発生を防いでいるが、再溶＠処理では溶加棒
を用いないためクレータの発生を防止することは困難で
あった。また再溶融処理において処理終了間際に徐々に
アーク電流を下げることによってクレータをある程度は
浅くすることができるが、完全に解消することはできず
、前述のような問題を招かざるを得なかったのが実情で
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、再
溶ａ！処理ビードの終端部のクレータによる前述のよう
な問題を招かないようにした再溶融処理方法を提供する
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 この発明は、金属基材表面に高密度加熱エネルギを印加
してその表面層を再溶融させ、引続く急冷凝固により表
面層を改質させる金属表面の再溶ａ！処理方法において
、高ｖ！ｉ度加熱エネルギの印加位置を金属基材表面の
ある領域にわたって連続的に移動させてその領域を処理
するにあたり＝ｆｆｉ理終端部となるべき部分の金属基
材表面に予め突起部を形成しておき、その突起部の位置
で処理を終了させることを特徴とするものである。

作　　　用 第１図（Ａ）〜（Ｄ）に高密度加熱エネルギとしてＴＩ
Ｇアークを用いてこの発明の再溶融処理方法を実施して
いる状況の一例を模式的に示し、これらの図に従ってこ
の発明の詳細な説明する。

この発明の方法を寅臆するにあたっては、再溶融処理を
行なうに先立って、第１図（Ａ＞に示すように金属基材
１の表面のうち、処理すべ′き領域４の終端部４Ｂに予
め台状の突起部７を形成しておく。そして第１図（Ｂ）
に示すようにＴＩＧアーク用トーチ２を前記領域４の一
端（始端部）４Ａの上方の位置から他端（終端部）４Ｂ
の上方の位置まで連続的に移動させることによって、ト
ーチ２と金属基材１の表面との間に発生しているアーク
３の位置、すなわち高密度加熱エネルギの印加位置を領
域４の一端４Ａから他端４Ｂまで連続的に移動させる。

この間、領域４内の金属基材表面層がアーク３によって
急速溶融され、かつその溶融プール８はアーク３の移動
によって逐次急速冷却され、再凝固！１９となる。この
とき、再凝固は母材側から表面へ向けて方向性をもって
なされ、その結果金属基材表面層に存在していた引は巣
や、ピンホール、ブローホール等の鋳造欠陥が表面側へ
押し出される状態で消滅し、これらの鋳造欠陥のない健
全な組織の再凝固層９が形成され、しかも急速凝固によ
って再凝固組織は箸しく微細化され、その結果再凝固層
９の機械的特性は処理前の状態よりも大幅に向上される
。

そして特にこの発明の方法では、領域４の一端４Ａから
開始させた高密度加熱エネルギの印加を領域４の他端４
Ｂ、すなわち突起部７の位置にて終了させる。この際第
１図（Ｃ）に示すように処理終了位置ではクレータ６が
生じるが、その部分は予め突起部７が形成されているか
ら、クレータ６の最も深い部分も、金属基材１の本来の
表面レベル１Ｂよりも浅いか、または仮に金属基材表面
レベル１Ｂよりも深いとしてもその基材表面レベル１Ｂ
からの深さはわずかに過ぎない。

上述のようにして再凝固層９が形成された段階では、そ
の再凝固層９の表面には凹凸が存在するから、その後第
１図（Ｄ）に示すように仕上加工を行なって再凝固＠９
の表面をその周囲の表面をも含めて削り取る。この際、
突起部７の部分も併せて削り取る。このような仕上加工
を行なうことによって、突起部７に存在していたクレー
タ６は容易に除去され、平坦な仕上加工面１Ａが得られ
る。すなわち既に述へたようにクレータ６の最も深い部
分も金属基材１の表面レベル１Ｂより浅いかまたはそれ
より深くても基材表面レベル１Ｂからの深さはわずかで
あるから、基材表面レベル１Ｂからの仕上加工深さ（削
り代）ｄを一般的な仕上加工の場合と同程度（通常は２
＃程度）としても、クレータ６を充分に除去することか
できる。

なおここで一般にクレータ６の深さは１．５ｍ±０．５
ｍＮ度であり、したがって突起部７の高さは２Ｍ程度と
することが望ましい。また突起部７を形成する部分の面
積は、要は形成されるクレータ６よりも大きければ良い
。

なお以上の説明では高密度加熱エネルギとしてＴＩＧア
ークを用いる場合について説明したが、レーザビームや
電子ビーム、プラズマア゛−り等を使用する場合も同様
である。

実施例 ＪＩＳ　　ＡＣ２Ｂ合金からなるアルミニウム合金製デ
ィーゼルエンジン機関用シリンダヘッド粗形材について
、次のようにこの発明の方法による再溶融処理を？１な
った。すなわち、第２図、第３図に示すようにシリンダ
ヘッド粗形材におけるインテークボート１１とエキゾー
ストボート１２との間の弁間部１３に、ＴＩＧアークに
よる再溶融処理を施すにあたって、ＴＩＧアークの移動
軌跡を矢印１４で示すように定めておき、処理終端部と
なるべき部分に、予め突起部７を形成しておいた。この
突起部７は、直径１８履、高さ２Ｍのものであり、シリ
ンダヘッド粗形材の鋳造時に鋳型に凹部を設けておくこ
とにより形成しておいた。そしてＴＩＧアークを前述の
軌跡１４にしたがって移動させることにより弁間部１３
の再溶融処理を行ない、突起部７の位置で処理を終了さ
せた。ここで、ＴＩＧアークによる再？ＷＦＩＡ処理の
条件は、３．２＃径のタングステン電極棒を用い、シー
ルドガスとしてアルゴンガスを２５１／ｍｌｎ？ｆｆｌ
し、アーク電流はピーク電流を２１０Ａ、ベース電流を
１８０Ａとし、トーチ移動速度を０．７５　ｒｒｒｔｒ
ｔ／　Ｓｅｃとして行なった。

このような再溶融処理によって形成された再凝固層にお
いては、処理終端部の突起部７内に１．５Ｍ±０．５闇
の深さのクレータが形成されたか、粗形材削り代２ｍ（
突起部７での削り代４Ｍ）にて仕上加工を行なうことに
よってクレータが存在しない仕上加工面を得ることがで
き、したがって外観不良が生じないとともに、クレータ
の残存によってその部分の機械的特性が低下することも
防止できた。

発明の効果 この発明の方法によれば、金属基材の表面層の改質のた
めに高密度加熱エネルギを用いた再溶融処理を行なうに
あたって、処理終端部となるべき部分に予め突起部を形
成しておくことによって、処理終端部に生じるクレータ
を通常の仕上ＦＪＯ工によって容易かつ充分に除去する
ことができ、したかってクレータの残存によって製品の
外観不良を招くことが防止されるとともに、クレータ内
の凹凸による疲労特性や衝撃特性の低下を招くことも防
止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｄ）はこの発明の再溶融処理方法の一
例を段階的に示す模式的な断面図、第２図はこの発明の
実施例で使用したシリンダヘッドの要部を示す底面図、
第３図は第２図の■−■線における断面図、第４図（Ａ
）〜（Ｃ）は従来の再溶融処理方法の一例を段階的に示
す模式的な断面図である。 １・・・金属基材、　２・・・ＴＩＧアーク用トーチ、
３・・・高密度加熱エネルギとしてのＴＩＧアーク、４
・・・処理すべき領域、　４Ｂ・・・処理終端部、　６
・・・クレータ、　７・・・突起部、　９・・・再凝固
層。 出願人　　トヨタ自動車株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 金属基材表面に高密度加熱エネルギを印加してその表面
   層を再溶融させ、引続く急冷凝固により表面層を改質さ
   せる金属表面の再溶融処理方法において、 高密度加熱エネルギの印加位置を金属基材表面のある領
   域にわたって連続的に移動させてその領域を処理するに
   あたり、処理終端部となるべき部分の金属基材表面に予
   め突起部を形成しておき、その突起部の位置で処理を終
   了させることを特徴とする金属表面の再溶融処理方法。