JPH0261524B2 - - Google Patents
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- JPH0261524B2 JPH0261524B2 JP59241949A JP24194984A JPH0261524B2 JP H0261524 B2 JPH0261524 B2 JP H0261524B2 JP 59241949 A JP59241949 A JP 59241949A JP 24194984 A JP24194984 A JP 24194984A JP H0261524 B2 JPH0261524 B2 JP H0261524B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal
- base metal
- melting
- metal surface
- locally
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
- Heat Treatments In General, Especially Conveying And Cooling (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Description
（産業上の利用分野）
本発明は金属表層を局部的に溶融することおよ
び成形するによつてその表層を改質する技術に関
するものである。 （従来の技術） 従来技術のうちいわゆる金属の熱処理は溶融点
を超えて加熱することはなく、成分偏析の改善や
結晶組織の微細化には自ら限界があり、新たな成
分の添加は表面から拡散できるわずかな量と深さ
に限定されていた。また、異種金属を表層に付着
させるメツキや溶射は母材との付着力が弱く、使
用性能向上には限界があつた。さらに、最近レー
ザビームにより金属表層を溶融する試みが知られ
ているが、この方法はブローホールや亀裂を生じ
また表面に著るしいおうとつを生じ実用化される
に至つていない。 （発明が解決しようとする問題点） 本発明は金属の表層を溶融し、その凝固組織を
改質すること、および異種金属を添加し合金化す
ること、さらにこれらの方法においてブローホー
ルや亀裂を生じさせず表面を平滑で緻密な組織と
する加工法を提供することを目的とする。 （問題点を解決するための手段） 本発明はつぎのように構成される。 (1) 母材金属の表面に、該母材金属よりも酸化さ
れ易い物質と前記母材よりも融点の低い金属に
よつて構成される添加剤を存在させて、前記母
材金属表面を不活性ガスによる保護下に局部的
に急速加熱して溶融せしめ、該溶融部を凝固完
了前に押圧ローラによつて押圧成形するととも
に急冷することを特徴とする金属表面溶融加工
法。 (2) 母材金属表面を局部的に急速加熱する手段
が、レーザビーム或は電子ビームを適用するも
のである前記(1)項記載の金属表面溶融加工法。 (3) 母材金属の表面に、該母材金属よりも酸化さ
れ易い物質と前記母材よりも融点の低い金属に
よつて構成される添加剤を合金成分とともに存
在させて、前記母材金属表面を不活性ガスによ
る保護下に局部的に急速加熱して溶融せしめ、
該溶融部を凝固完了前に押圧ローラによつて押
圧成形するとともに急冷することを特徴とする
金属表面溶融加工法。 (4) 母材金属表面を局部的に急速加熱する手段
が、レーザビーム或は電子ビームを適用するも
のである前記(3)項記載の金属表面の溶融加工
法。 次に本発明を詳細に説明する。 母材金属の表層を局部的に急速加熱して溶解す
ると凝固組織は細かくなり、偏析も小さくなり、
耐熱亀裂性や耐摩耗性が向上する。しかしなが
ら、凝固過程でブローホールや内部割れが発生し
やすく、表面はおうとつを生じやすい。これらの
欠点は、表層溶解直後に該部を押圧成形すること
によつて、凝固過程で生ずる引張応力を圧縮応力
に変化せしめて防止することができる。特に押圧
成形が凝固完了前に始まつた時はその効果が大き
い。急速加熱溶解部をただちに押圧成形すること
によつて、該溶解部を押圧工具によつて急速冷却
し、凝固組織を一層小さくすること、また押圧工
具によつて成形し、平滑にすること、さらには加
工を加えることによつて凝固組織の再結晶を促進
させることができる。 多くの金属は溶融によつて酸化反応が急速に進
行し、ガスを発生し、ブローホールをつくりやす
い。本発明において母材金属より酸化されやすい
物質を含むいわゆる脱酸剤を共存せしめることに
よつて溶融金属の酸化反応およびリミングアクシ
ヨを鎮静せしめ、この時生ずる脱酸生成物を浮上
せしめて溶融金属から分離せしめることが望まし
い。母材金属が鋼または鋼合金の場合には脱酸物
質としては周知のアルミ、けい素、マンガン、チ
タン、ジルコニウム、バナジウムまたはその合金
の一種以上を含むものか適当である。これらの脱
酸物質を添加する方法としては、該脱酸物質を含
む添加剤を粉末とし樹脂と溶剤によつて母材金属
に塗布し乾燥したのち母材とともに溶融するか、
該脱酸物質を線状とし線材供給装置によつて母材
溶融部に連続的に供給するか、または脱酸物質を
薄板状とし母材表面を覆い母材とともに溶融する
のがよい。このようにして溶融金属中でのガスの
発生を防止し、脱酸生成物を密度の差によつて分
離浮上させるかまたは微小に分散して無害な状態
とする。合金成分を添加しようとする場合には添
加剤に脱酸剤とともに合金元素を混合し、同様に
して母材とともに溶融せしめるか、このほか添加
剤を溶融または半溶融の状態で母材金属の表面に
付着せしめ、該付着金属の凝固後あるいは凝固を
待たずに母材とともに溶融することもできる。以
上の脱酸剤および合金元素の添加に際し、添加剤
に母材金属より融点の低い金属を加えておくと脱
酸剤および合金元素の飛散を防止することができ
る。 本発明の熱源には母材金属および添加元素を溶
融できる熱源、例えば燃焼ガス、誘導加熱、電
弧、プラズマ、電子ビーム、あるいはレーザビー
ムなどを用いることができるが、エネルギ密度の
高い熱源、例えば電子ビームあるいはレーザビー
ムが局部加熱溶解と急速冷却効果による結晶微細
化が著るしいので材質特性向上の点から最も好ま
しい。また本発明法においては溶融金属の空気酸
化および空気巻込みをさけるために溶融部をアル
ゴン、ヘリウムなどの不活性気体あるいは窒素な
どの反応しにくい気体によつておおうことが好ま
しい。 本発明の押圧成形する方法を説明すると、第１
図に示すように、円柱状被加工物１の円柱面を加
工する場合には、該円柱状被加工物１を矢印２の
方向に回転せしめながらレーザビーム３を照射
し、その表層部４を局部的に急速加熱して溶融部
５を形成せしめ、その進行方向に押圧ローラ６を
配設して該溶融部５を押圧成形する。押圧力と押
圧量はシリンダ７によつて調節する。 （実施例） 表に実施例を従来法と比較して示す。 第１図に示すような装置を用い、直径200mmの
円柱状被加工物の表面にレーザビームを直径４mm
に絞つて照射し、表層を溶融し、進行方向に30mm
離れた位置に待機した直径50mm、幅10mmの押圧ロ
ーラーに２Kgの力を加えて該部を成形した。母材
金属は炭素0.31％、けい素0.41％、マンガン0.60
％、クロム2.88％、ニツケル1.17％の低合金鋼の
鋳造品である。従来法では脱酸剤と母材より低融
点の金属を含まない場合であつて、モリブデンの
粉末をシリコン樹脂をビヒクルとし、シンナーに
より粘度調整、刷毛で塗膜厚さ0.7mmに塗布した
のち、該塗膜面に10kWのレーザビームを相対速
度40mm／秒で照射し、ビーム幅の２分の１が重な
るように隣接部を溶融しつづけたものである。比
較法では脱酸剤としてチタンを用いたほかは従来
法に同じである。比較法によつてブローホールが
改善されている。比較法は公知ではないが、熱亀
裂が発生しているためこのままでは技術としては
未完成である。本発明法ではすべて溶解部をロー
ラーによつて押圧成形し凝固せしめている。本発
明法１では脱酸剤としてチタンを、母材より低融
点の金属としてアルミを用いており、その他の条
件は従来法と同じである。本発明法２ではアルミ
が脱酸剤と母材より低融点の金属を兼ねている場
合で、その他の条件は従来法と同じである。本発
明法３では脱酸剤としてけい素、母材より低融点
の金属にすずを用いた場合である。これらの本発
明法においてはブローホールと熱亀裂は皆無又
は、実用的に無害な程度に小さく、すなわち0.5
mm以下であり良好といえる。また表層の溶融され
た部分のデンドライト間隔はいずれも約5μであ
り母材の50〜100μに比して著るしく微細化され
良好といえる。脱酸剤の効果は脱酸反応として良
く知られているとうりであり、鋼中のブローホー
ル発生を防止する。低融点金属の効果は温度上昇
にともなつて樹脂による塗膜密着性が劣るので、
これに代る高温での塗膜密着剤となること、およ
び高密度エネルギの熱シヨツクをやわらげること
さらには母材と添加合金の酸化を防止することで
ある。添加剤には低融点金属の広がりを良くする
物質を加えることができる。 （実施例）
び成形するによつてその表層を改質する技術に関
するものである。 （従来の技術） 従来技術のうちいわゆる金属の熱処理は溶融点
を超えて加熱することはなく、成分偏析の改善や
結晶組織の微細化には自ら限界があり、新たな成
分の添加は表面から拡散できるわずかな量と深さ
に限定されていた。また、異種金属を表層に付着
させるメツキや溶射は母材との付着力が弱く、使
用性能向上には限界があつた。さらに、最近レー
ザビームにより金属表層を溶融する試みが知られ
ているが、この方法はブローホールや亀裂を生じ
また表面に著るしいおうとつを生じ実用化される
に至つていない。 （発明が解決しようとする問題点） 本発明は金属の表層を溶融し、その凝固組織を
改質すること、および異種金属を添加し合金化す
ること、さらにこれらの方法においてブローホー
ルや亀裂を生じさせず表面を平滑で緻密な組織と
する加工法を提供することを目的とする。 （問題点を解決するための手段） 本発明はつぎのように構成される。 (1) 母材金属の表面に、該母材金属よりも酸化さ
れ易い物質と前記母材よりも融点の低い金属に
よつて構成される添加剤を存在させて、前記母
材金属表面を不活性ガスによる保護下に局部的
に急速加熱して溶融せしめ、該溶融部を凝固完
了前に押圧ローラによつて押圧成形するととも
に急冷することを特徴とする金属表面溶融加工
法。 (2) 母材金属表面を局部的に急速加熱する手段
が、レーザビーム或は電子ビームを適用するも
のである前記(1)項記載の金属表面溶融加工法。 (3) 母材金属の表面に、該母材金属よりも酸化さ
れ易い物質と前記母材よりも融点の低い金属に
よつて構成される添加剤を合金成分とともに存
在させて、前記母材金属表面を不活性ガスによ
る保護下に局部的に急速加熱して溶融せしめ、
該溶融部を凝固完了前に押圧ローラによつて押
圧成形するとともに急冷することを特徴とする
金属表面溶融加工法。 (4) 母材金属表面を局部的に急速加熱する手段
が、レーザビーム或は電子ビームを適用するも
のである前記(3)項記載の金属表面の溶融加工
法。 次に本発明を詳細に説明する。 母材金属の表層を局部的に急速加熱して溶解す
ると凝固組織は細かくなり、偏析も小さくなり、
耐熱亀裂性や耐摩耗性が向上する。しかしなが
ら、凝固過程でブローホールや内部割れが発生し
やすく、表面はおうとつを生じやすい。これらの
欠点は、表層溶解直後に該部を押圧成形すること
によつて、凝固過程で生ずる引張応力を圧縮応力
に変化せしめて防止することができる。特に押圧
成形が凝固完了前に始まつた時はその効果が大き
い。急速加熱溶解部をただちに押圧成形すること
によつて、該溶解部を押圧工具によつて急速冷却
し、凝固組織を一層小さくすること、また押圧工
具によつて成形し、平滑にすること、さらには加
工を加えることによつて凝固組織の再結晶を促進
させることができる。 多くの金属は溶融によつて酸化反応が急速に進
行し、ガスを発生し、ブローホールをつくりやす
い。本発明において母材金属より酸化されやすい
物質を含むいわゆる脱酸剤を共存せしめることに
よつて溶融金属の酸化反応およびリミングアクシ
ヨを鎮静せしめ、この時生ずる脱酸生成物を浮上
せしめて溶融金属から分離せしめることが望まし
い。母材金属が鋼または鋼合金の場合には脱酸物
質としては周知のアルミ、けい素、マンガン、チ
タン、ジルコニウム、バナジウムまたはその合金
の一種以上を含むものか適当である。これらの脱
酸物質を添加する方法としては、該脱酸物質を含
む添加剤を粉末とし樹脂と溶剤によつて母材金属
に塗布し乾燥したのち母材とともに溶融するか、
該脱酸物質を線状とし線材供給装置によつて母材
溶融部に連続的に供給するか、または脱酸物質を
薄板状とし母材表面を覆い母材とともに溶融する
のがよい。このようにして溶融金属中でのガスの
発生を防止し、脱酸生成物を密度の差によつて分
離浮上させるかまたは微小に分散して無害な状態
とする。合金成分を添加しようとする場合には添
加剤に脱酸剤とともに合金元素を混合し、同様に
して母材とともに溶融せしめるか、このほか添加
剤を溶融または半溶融の状態で母材金属の表面に
付着せしめ、該付着金属の凝固後あるいは凝固を
待たずに母材とともに溶融することもできる。以
上の脱酸剤および合金元素の添加に際し、添加剤
に母材金属より融点の低い金属を加えておくと脱
酸剤および合金元素の飛散を防止することができ
る。 本発明の熱源には母材金属および添加元素を溶
融できる熱源、例えば燃焼ガス、誘導加熱、電
弧、プラズマ、電子ビーム、あるいはレーザビー
ムなどを用いることができるが、エネルギ密度の
高い熱源、例えば電子ビームあるいはレーザビー
ムが局部加熱溶解と急速冷却効果による結晶微細
化が著るしいので材質特性向上の点から最も好ま
しい。また本発明法においては溶融金属の空気酸
化および空気巻込みをさけるために溶融部をアル
ゴン、ヘリウムなどの不活性気体あるいは窒素な
どの反応しにくい気体によつておおうことが好ま
しい。 本発明の押圧成形する方法を説明すると、第１
図に示すように、円柱状被加工物１の円柱面を加
工する場合には、該円柱状被加工物１を矢印２の
方向に回転せしめながらレーザビーム３を照射
し、その表層部４を局部的に急速加熱して溶融部
５を形成せしめ、その進行方向に押圧ローラ６を
配設して該溶融部５を押圧成形する。押圧力と押
圧量はシリンダ７によつて調節する。 （実施例） 表に実施例を従来法と比較して示す。 第１図に示すような装置を用い、直径200mmの
円柱状被加工物の表面にレーザビームを直径４mm
に絞つて照射し、表層を溶融し、進行方向に30mm
離れた位置に待機した直径50mm、幅10mmの押圧ロ
ーラーに２Kgの力を加えて該部を成形した。母材
金属は炭素0.31％、けい素0.41％、マンガン0.60
％、クロム2.88％、ニツケル1.17％の低合金鋼の
鋳造品である。従来法では脱酸剤と母材より低融
点の金属を含まない場合であつて、モリブデンの
粉末をシリコン樹脂をビヒクルとし、シンナーに
より粘度調整、刷毛で塗膜厚さ0.7mmに塗布した
のち、該塗膜面に10kWのレーザビームを相対速
度40mm／秒で照射し、ビーム幅の２分の１が重な
るように隣接部を溶融しつづけたものである。比
較法では脱酸剤としてチタンを用いたほかは従来
法に同じである。比較法によつてブローホールが
改善されている。比較法は公知ではないが、熱亀
裂が発生しているためこのままでは技術としては
未完成である。本発明法ではすべて溶解部をロー
ラーによつて押圧成形し凝固せしめている。本発
明法１では脱酸剤としてチタンを、母材より低融
点の金属としてアルミを用いており、その他の条
件は従来法と同じである。本発明法２ではアルミ
が脱酸剤と母材より低融点の金属を兼ねている場
合で、その他の条件は従来法と同じである。本発
明法３では脱酸剤としてけい素、母材より低融点
の金属にすずを用いた場合である。これらの本発
明法においてはブローホールと熱亀裂は皆無又
は、実用的に無害な程度に小さく、すなわち0.5
mm以下であり良好といえる。また表層の溶融され
た部分のデンドライト間隔はいずれも約5μであ
り母材の50〜100μに比して著るしく微細化され
良好といえる。脱酸剤の効果は脱酸反応として良
く知られているとうりであり、鋼中のブローホー
ル発生を防止する。低融点金属の効果は温度上昇
にともなつて樹脂による塗膜密着性が劣るので、
これに代る高温での塗膜密着剤となること、およ
び高密度エネルギの熱シヨツクをやわらげること
さらには母材と添加合金の酸化を防止することで
ある。添加剤には低融点金属の広がりを良くする
物質を加えることができる。 （実施例）
【表】
【表】
本発明法の実施例として電子ビームを用いて表
と全く同じ条件で比較実験し、全く同一の結果を
得た。ただしこのときの電子ビームの出力は
10kW、被加工物の移動速度は60mm／秒、溶込深
さは７mmであつた。また本発明法の他の実施例と
して直径2.3mmのアルミ管内にモリブデン粉末を
封入し、これを10kWのレーザビームを照射する
溶融部に送り込み、深さ６mmのモリブデン含有量
５％の合金層を得、ブローホールと熱亀裂は良好
であつた。また700℃の溶融アルミ内にモリブデ
ン粉末を混入し、これを被加工物表面に薄層上に
流し、10kWのレーザビームによつて表層の６mm
を溶融しモリブデン含有量５％の合金層を得、ブ
ローホールと熱亀裂は良好であつた。なお以上の
比較はモリブデンのほか、ニツケル、クロム、タ
ングステン、コバルトについても行なつたがブロ
ーホールと熱亀裂に対する改善効果は同様に認め
られた。 以上の結果はレーザビームと電子ビームに基づ
くものであり、局部加熱溶解と急速冷却効果によ
る結晶の微細化効果が最も優れている。その他の
エネルギ密度の高い熱源、例えば燃焼ガス、誘導
加熱、電弧、プラズマなどでも、発明の効果はレ
ーザビームと電子ビームに劣るが、従来の溶射法
よりははるかに優れた性能を得ることができる。 （発明の効果） 以上のように本発明は母材金属にブローホール
や熱亀裂を生じさせずに金属表層部の凝固組織を
微細化し、あるいは合金成分を添加でき、産業上
裨益するところが極めて大である。
と全く同じ条件で比較実験し、全く同一の結果を
得た。ただしこのときの電子ビームの出力は
10kW、被加工物の移動速度は60mm／秒、溶込深
さは７mmであつた。また本発明法の他の実施例と
して直径2.3mmのアルミ管内にモリブデン粉末を
封入し、これを10kWのレーザビームを照射する
溶融部に送り込み、深さ６mmのモリブデン含有量
５％の合金層を得、ブローホールと熱亀裂は良好
であつた。また700℃の溶融アルミ内にモリブデ
ン粉末を混入し、これを被加工物表面に薄層上に
流し、10kWのレーザビームによつて表層の６mm
を溶融しモリブデン含有量５％の合金層を得、ブ
ローホールと熱亀裂は良好であつた。なお以上の
比較はモリブデンのほか、ニツケル、クロム、タ
ングステン、コバルトについても行なつたがブロ
ーホールと熱亀裂に対する改善効果は同様に認め
られた。 以上の結果はレーザビームと電子ビームに基づ
くものであり、局部加熱溶解と急速冷却効果によ
る結晶の微細化効果が最も優れている。その他の
エネルギ密度の高い熱源、例えば燃焼ガス、誘導
加熱、電弧、プラズマなどでも、発明の効果はレ
ーザビームと電子ビームに劣るが、従来の溶射法
よりははるかに優れた性能を得ることができる。 （発明の効果） 以上のように本発明は母材金属にブローホール
や熱亀裂を生じさせずに金属表層部の凝固組織を
微細化し、あるいは合金成分を添加でき、産業上
裨益するところが極めて大である。
第１図は本発明実施例法の説明図である。
１：円柱状被加工物、２：回転方向矢印、３：
レーザビーム、４：レーザビーム照射表層部、
５：溶融部、６：押圧ローラ、７：押圧シリン
ダ。
レーザビーム、４：レーザビーム照射表層部、
５：溶融部、６：押圧ローラ、７：押圧シリン
ダ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 母材金属の表面に、該母材金属よりも酸化さ
れ易い物質と前記母材よりも融点の低い金属によ
つて構成される添加剤を存在させて、前記母材金
属表面を不活性ガスによる保護下に局部的に急速
加熱して溶融せしめ、該溶融部を凝固完了前に押
圧ローラによつて押圧成形するとともに急冷する
ことを特徴とする金属表面溶融加工法。 ２ 母材金属表面を局部的に急速加熱する手段
が、レーザビーム或は電子ビームを適用するもの
である特許請求の範囲第１項記載の金属表面溶融
加工法。 ３ 母材金属の表面に、該母材金属よりも酸化さ
れ易い物質と前記母材よりも融点の低い金属によ
つて構成される添加剤を合金成分とともに存在さ
せて、前記母材金属表面を不活性ガスによる保護
下に局部的に急速加熱して溶融せしめ、該溶融部
を凝固完了前に押圧ローラによつて押圧成形する
とともに急冷することを特徴とする金属表面溶融
加工法。 ４ 母材金属表面を局部的に急速加熱する手段
が、レーザビーム或は電子ビームを適用するもの
である特許請求の範囲第３項記載の金属表面の溶
融加工法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59241949A JPS61119615A (ja) | 1984-11-16 | 1984-11-16 | 金属表面溶融加工法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59241949A JPS61119615A (ja) | 1984-11-16 | 1984-11-16 | 金属表面溶融加工法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61119615A JPS61119615A (ja) | 1986-06-06 |
| JPH0261524B2 true JPH0261524B2 (ja) | 1990-12-20 |
Family
ID=17081964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59241949A Granted JPS61119615A (ja) | 1984-11-16 | 1984-11-16 | 金属表面溶融加工法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61119615A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61296973A (ja) * | 1985-06-24 | 1986-12-27 | Toyota Motor Corp | セラミツク粒子分散金属複合層の形成方法 |
| JPS63216979A (ja) * | 1987-03-04 | 1988-09-09 | Inoue Japax Res Inc | 表面処理方法 |
| JP2001179349A (ja) * | 1999-10-12 | 2001-07-03 | Hitachi Ltd | プレス成形絞り加工方法及びその加工品 |
| AT500561B1 (de) * | 2004-05-26 | 2006-12-15 | Miba Sinter Austria Gmbh | Verfahren zum schweissen eines gesinterten formkörpers |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52148752A (en) * | 1976-06-07 | 1977-12-10 | Hitachi Ltd | Fluid static pressure bearing |
| JPS55148752A (en) * | 1979-05-11 | 1980-11-19 | Nippon Steel Corp | Formation method of coating on metal surface |
| JPS5980727A (ja) * | 1982-10-27 | 1984-05-10 | Kawasaki Steel Corp | 連続焼鈍による絞り性の良好な冷延鋼板の製造方法 |
| JPS5980728A (ja) * | 1982-10-29 | 1984-05-10 | Toshiba Corp | 薄板の熱処理方法 |
| JPS59121008A (ja) * | 1982-12-27 | 1984-07-12 | Tokyo Inst Of Technol | 三次元光集積回路 |
-
1984
- 1984-11-16 JP JP59241949A patent/JPS61119615A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61119615A (ja) | 1986-06-06 |
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