JP6558602B2 - Carburized parts and manufacturing method thereof - Google Patents
Carburized parts and manufacturing method thereofInfo
- Publication number
- JP6558602B2 JP6558602B2 JP2017234529A JP2017234529A JP6558602B2 JP 6558602 B2 JP6558602 B2 JP 6558602B2 JP 2017234529 A JP2017234529 A JP 2017234529A JP 2017234529 A JP2017234529 A JP 2017234529A JP 6558602 B2 JP6558602 B2 JP 6558602B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- graphite
- martensite
- containing material
- workpiece
- 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.)
- Active
Links
Description
本発明は、レーザビームを照射することによって焼入層が形成された浸炭部品およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a carburized component in which a hardened layer is formed by irradiating a laser beam and a method for manufacturing the same.
従来より、鋼材の耐摩耗性を向上させるため、鋼材の表面に焼入層が形成された浸炭部品が提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、この浸炭部品は、鋼材の表面に浸炭ガスを吹き付けた状態でレーザビームを照射することによって製造される。 Conventionally, in order to improve the wear resistance of a steel material, a carburized component in which a hardened layer is formed on the surface of the steel material has been proposed (for example, see Patent Document 1). Specifically, this carburized component is manufactured by irradiating a laser beam with a carburizing gas sprayed on the surface of the steel material.
このように、レーザビームを照射することによって浸炭部品を形成することにより、鋼材の形状によらずに焼入層を形成することができ、さらに局所的に焼入層を形成することもできる。 Thus, by forming a carburized part by irradiating a laser beam, a hardened layer can be formed regardless of the shape of the steel material, and a hardened layer can also be locally formed.
しかしながら、上記浸炭部品の製造方法では、浸炭ガスを所定の条件で吹き続けながらレーザビームを照射する必要があるため、製造工程が複雑になり易い。また、現状では、さらなる耐摩耗性の向上が求められている。 However, in the above carburized component manufacturing method, it is necessary to irradiate the laser beam while continuously blowing the carburizing gas under a predetermined condition, so that the manufacturing process tends to be complicated. Further, at present, further improvement in wear resistance is required.
本発明は上記点に鑑み、製造工程の簡略化を図ることができ、さらに耐摩耗性を向上できる浸炭部品およびその製造方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the carburized component which can simplify a manufacturing process, and can improve abrasion resistance further, and its manufacturing method in view of the said point.
上記目的を達成するための請求項１では、炭素鋼または鋳鉄で構成される被加工部材（１０）を用意することと、被加工部材（１０）の表面（１０ａ）に、黒鉛の粉末に有機溶剤を加えた黒鉛含有材料（２０）を塗布することと、被加工部材（１０）の表面（１０ａ）における黒鉛含有材料（２０）が塗布されている部分にレーザビームを照射することにより、表面（１０ａ）側に、硬化被膜層（１１ａ）と、硬化被膜層（１１ａ）を挟んで表面（１０ａ）側と反対側に位置するマルテンサイト含有層（１１ｂ）とを有し、硬化被膜層（１１ａ）がマルテンサイト含有層（１１ｂ）より硬度が高くされた焼入層（１１）を形成することと、を行うようにしている。 In order to achieve the above object, in claim 1, a workpiece (10) made of carbon steel or cast iron is prepared, and the surface (10a) of the workpiece (10) is provided with graphite powder . By applying a graphite-containing material (20) to which a mechanical solvent has been added and irradiating a portion of the surface (10a) of the workpiece (10) where the graphite-containing material (20) is applied with a laser beam, On the surface (10a) side, there is a cured coating layer (11a) and a martensite-containing layer (11b) located on the opposite side of the surface (10a) across the cured coating layer (11a). (11a) forms a hardened layer (11) whose hardness is higher than that of the martensite-containing layer (11b).
これによれば、黒鉛含有材料（２０）を塗布した後にレーザビームを照射するため、レーザビームを照射する際に他の制御を実行する必要がない。このため、製造工程の簡略化を図ることできる。また、黒鉛含有材料（２０）を塗布した状態でレーザビームを照射することにより、被加工部材（１０）に、硬化被膜層（１１ａ）とマルテンサイト含有層（１１ｂ）とを含み、硬化被膜層（１１ａ）がマルテンサイト含有層（１１ｂ）より硬度が高くされて表面（１０ａ）側に位置する焼入層（１１）を形成する。したがって、耐摩耗性を向上できる。 According to this, since the laser beam is irradiated after the graphite-containing material (20) is applied, it is not necessary to execute another control when the laser beam is irradiated. For this reason, the manufacturing process can be simplified. Moreover, by irradiating a laser beam in the state which apply | coated the graphite containing material (20), the to-be-processed member (10) contains a hardened film layer (11a) and a martensite containing layer (11b), and a hardened film layer (11a) has a higher hardness than the martensite-containing layer (11b) and forms a hardened layer (11) located on the surface (10a) side. Therefore, wear resistance can be improved.
また、請求項７は、炭素鋼または鋳鉄で構成される被加工部材（１０）を備え、被加工部材（１０）の表面（１０ａ）側には、焼入層（１１）が形成されており、焼入層（１１）は、表面側に位置する硬化被膜層（１１ａ）と、硬化被膜層を挟んで表面側と反対側に位置するマルテンサイト含有層（１１ｂ）とを有し、硬化被膜層（１１ａ）は、マルテンサイト含有層（１１ｂ）より硬度が高くされており、焼入層は、０．５ｍｍ以上１．１ｍｍ以下の深さとされている。 Moreover, Claim 7 is provided with the workpiece (10) comprised by carbon steel or cast iron, and the hardening layer (11) is formed in the surface (10a) side of the workpiece (10). The hardened layer (11) has a cured coating layer (11a) located on the surface side and a martensite-containing layer (11b) located on the opposite side of the surface side with the cured coating layer sandwiched therebetween. The layer (11a) has a higher hardness than the martensite-containing layer (11b), and the quenching layer has a depth of 0.5 mm to 1.1 mm .
これによれば、被加工部材（１０）には、硬化被膜層（１１ａ）とマルテンサイト含有層（１１ｂ）とを含み、硬化被膜層（１１ａ）がマルテンサイト含有層（１１ｂ）より硬度が高くされて表面（１０ａ）側に位置する焼入層（１１）が形成されている。したがって、耐摩耗性を向上できる。また、このような硬化被膜層は、黒鉛含有材料を塗布した後にレーザビームを照射することによって形成されるため、レーザビームを照射する際に他の制御を実行する必要がない。したがって、製造工程の簡略化が図られる。 According to this, the workpiece (10) includes the cured coating layer (11a) and the martensite-containing layer (11b), and the cured coating layer (11a) has a higher hardness than the martensite-containing layer (11b). Thus, a hardened layer (11) located on the surface (10a) side is formed. Therefore, wear resistance can be improved. Moreover, since such a hardened coating layer is formed by irradiating a laser beam after applying a graphite-containing material, it is not necessary to execute other controls when irradiating the laser beam. Therefore, the manufacturing process can be simplified.
なお、上記および特許請求の範囲における括弧内の符号は、特許請求の範囲に記載された用語と後述の実施形態に記載される当該用語を例示する具体物等との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis in the said and the claim shows the correspondence of the term described in the claim, and the concrete thing etc. which illustrate the said term described in embodiment mentioned later. .
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.
（第１実施形態）
第１実施形態における浸炭部品について、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の浸炭部品は、耐摩耗性および耐疲労強度が要求される全ての部品に対して採用可能であり、例えば、各種ギヤ、各種シャフト、ロッカーム、精密プレス部品等に適用されると好適である。
(First embodiment)
The carburized component in the first embodiment will be described with reference to the drawings. Note that the carburized parts of the present embodiment can be used for all parts that require wear resistance and fatigue strength, and are applied to, for example, various gears, various shafts, lockers, precision press parts, and the like. It is preferable.
本実施形態の浸炭部品は、図１に示されるように、被加工部材１０を備え、被加工部材１０の表面１０ａ側に焼入層１１が形成された構成とされている。焼入層１１は、表面１０ａに位置する硬化被膜層１１ａと、硬化被膜層１１ａを挟んで表面１０ａ側と反対側に位置するマルテンサイト含有層１１ｂとを有する構成とされている。つまり、焼入層１１は、異なる２つの層を有する構成とされている。 As shown in FIG. 1, the carburized component according to the present embodiment includes a workpiece 10 and has a hardened layer 11 formed on the surface 10 a side of the workpiece 10. The quenching layer 11 is configured to include a cured coating layer 11a located on the surface 10a and a martensite-containing layer 11b located on the opposite side of the surface 10a with the cured coating layer 11a interposed therebetween. That is, the hardened layer 11 is configured to have two different layers.
被加工部材１０は、炭素鋼または鋳鉄が採用される。本実施形態では、炭素鋼として低炭素鋼または中炭素鋼を例に挙げて説明し、鋳鉄としてフェライト率が高いものを例として説明する。なお、フェライト率が高いとは、具体的には後述するが、フェライト率が６５％以上のことである。 The workpiece 10 is made of carbon steel or cast iron. In this embodiment, a low carbon steel or a medium carbon steel will be described as an example of carbon steel, and a cast iron having a high ferrite ratio will be described as an example. The high ferrite ratio means that the ferrite ratio is 65% or more, as will be described in detail later.
また、具体的には後述するが、硬化被膜層１１ａは、セメンタイト（Ｆｅ３Ｃ）、マルテンサイト、フェライト、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）、ヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）等を含んで構成されている。マルテンサイト含有層１１ｂは、マルテンサイト、フェライト、オーステナイト等を含んで構成されている。そして、硬化被膜層１１ａは、硬度が高いセメンタイトを有する構成とされていることにより、マルテンサイト含有層１１ｂよりも硬度が高くなっている。 Although specifically described later, the cured coating layer 11a includes cementite (Fe 3 C), martensite, ferrite, magnetite (Fe 3 O 4 ), hematite (Fe 2 O 3 ), and the like. Yes. The martensite-containing layer 11b includes martensite, ferrite, austenite, and the like. The cured coating layer 11a has a higher hardness than the martensite-containing layer 11b because it has a cementite with a high hardness.
次に、上記浸炭部品の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the carburized part will be described.
まず、図２（ａ）に示されるように、表面１０ａを有する被加工部材１０を用意する。本実施形態では、被加工部材１０として、低炭素鋼、中炭素鋼、鋳鉄のうちのフェライト率が高いものが用意される。次に、被加工部材１０の表面１０ａを研磨紙やレーザクリーニング等で適宜研磨する。 First, as shown in FIG. 2A, a workpiece 10 having a surface 10a is prepared. In the present embodiment, as the workpiece 10, one having a high ferrite ratio among low carbon steel, medium carbon steel, and cast iron is prepared. Next, the surface 10a of the workpiece 10 is appropriately polished by polishing paper, laser cleaning, or the like.
そして、図２（ｂ）に示されるように、被加工部材１０の表面１０ａのうちの上記焼入層１１を形成する部分に、黒鉛の粉末に有機溶剤を加えて撹拌した黒鉛含有材料（すなわち、黒鉛ペースト）２０を塗布する。なお、有機溶剤は、黒鉛含有材料２０が塗布された後に短時間で揮発するものを用いることが好ましく、本実施形態では、エタノールが採用される。 Then, as shown in FIG. 2 (b), a graphite-containing material (that is, an organic solvent added to graphite powder and stirred in a portion of the surface 10a of the workpiece 10 where the hardened layer 11 is formed) , Graphite paste) 20 is applied. In addition, it is preferable to use what the organic solvent volatilizes in a short time after the graphite containing material 20 is apply | coated, and ethanol is employ | adopted in this embodiment.
黒鉛含有材料２０は、本実施形態では、エタノールと黒鉛の比率が５：１（含有量ｗｔ％）となるように、黒鉛の粉末にエタノールが加えられて構成されている。また、本実施形態では、黒鉛含有材料２０は、さらにブタン、プロパン等のガスが混入された状態で密封保存されている。そして、黒鉛含有材料２０は、スプレー噴霧されることによって被加工部材１０の表面１０ａに塗布される。 In the present embodiment, the graphite-containing material 20 is configured by adding ethanol to graphite powder so that the ratio of ethanol to graphite is 5: 1 (content wt%). In the present embodiment, the graphite-containing material 20 is hermetically stored in a state in which gas such as butane and propane is further mixed. And the graphite containing material 20 is apply | coated to the surface 10a of the to-be-processed member 10 by spraying.
ここで、黒鉛の粉末は、粒子が２μｍ未満になると、飛散し易くなって取り扱い難くなる。したがって、本実施形態では、黒鉛の粉末は、粒子が２μｍ以上とされている。また、本実施形態では、後述するように、黒鉛含有材料２０にレーザビームを照射することにより、黒鉛を分解して被加工部材１０に吸収させることで焼入層１１を形成する。この際、黒鉛の粉末は、粒子が大きすぎると、短時間のレーザビームの照射で分解され難くなり、被加工部材１０の表面１０ａに吸収され難くなる可能性がある。例えば、本実施形態では、後述するように、波長を９００〜１０７０ｎｍ、レーザ出力を１．８〜３．５ＫＷ、走査速度を２〜６ｍｍ／ｓｅｃ、レーザ系を５×５〜１０×３０ｍｍとしてレーザビームを照射する。この際、黒鉛の粉末の粒子が１０μｍより大きくなると、黒鉛が分解され難くなって被加工部材１０の表面１０ａに吸収され難くなる可能性がある。したがって、本実施形態では、黒鉛の粉末は、粒子が１０μｍ以下とされている。つまり、本実施形態では、黒鉛の粉末は、粒子が２〜１０μｍとされている。 Here, when the particle | grains of graphite powder will be less than 2 micrometers, they will be scattered easily and will become difficult to handle. Therefore, in this embodiment, the graphite powder has a particle size of 2 μm or more. In the present embodiment, as will be described later, the hardened layer 11 is formed by irradiating the graphite-containing material 20 with a laser beam so that the graphite is decomposed and absorbed by the workpiece 10. At this time, if the graphite powder is too large, it may be difficult to be decomposed by irradiation with a laser beam for a short time, and it may be difficult to be absorbed by the surface 10 a of the workpiece 10. For example, in this embodiment, as will be described later, the laser has a wavelength of 900 to 1070 nm, a laser output of 1.8 to 3.5 kW, a scanning speed of 2 to 6 mm / sec, and a laser system of 5 × 5 to 10 × 30 mm. Irradiate the beam. At this time, if the graphite powder particles are larger than 10 μm, the graphite is not easily decomposed and may be hardly absorbed by the surface 10 a of the workpiece 10. Therefore, in this embodiment, the graphite powder has a particle size of 10 μm or less. That is, in this embodiment, the graphite powder has a particle size of 2 to 10 μm.
また、黒鉛含有材料２０は、塗布された際に０．００２ｇ／ｃｍ２未満になると、レーザビームを照射しても黒鉛（すなわち、炭素）が少なすぎて浸炭され難くなり、焼入層１１の深さが浅くなる。このため、本実施形態では、黒鉛含有材料２０を０．００２ｇ／ｃｍ２以上となるように塗布する。また、本実施形態では、後述するように、波長を９００〜１０７０ｎｍ、出力を１．８〜３．５ＫＷ、走査速度を２〜６ｍｍ／ｓｅｃ、レーザ系を５×５〜１０×３０ｍｍとしてレーザビームを照射する。この際、黒鉛含有材料２０が０．０１ｇ／ｃｍ２より大きくなると、黒鉛の粉末が厚すぎるために障壁となってしまい、焼入層１１の深さが浅くなる可能性がある。このため、本実施形態では、黒鉛含有材料２０を０．０１ｇ／ｃｍ２以下となるように塗布する。つまり、本実施形態では、黒鉛含有材料２０を０．００２〜０．０１ｇ／ｃｍ２となるように塗布する。 Further, when the graphite-containing material 20 is less than 0.002 g / cm 2 when applied, the graphite (that is, carbon) is too small to be carburized even when irradiated with a laser beam, and the hardened layer 11 is not easily carburized. The depth becomes shallower. For this reason, in this embodiment, the graphite containing material 20 is apply | coated so that it may become 0.002 g / cm < 2 > or more. In this embodiment, as will be described later, the laser beam has a wavelength of 900 to 1070 nm, an output of 1.8 to 3.5 kW, a scanning speed of 2 to 6 mm / sec, and a laser system of 5 × 5 to 10 × 30 mm. Irradiate. At this time, if the graphite-containing material 20 is larger than 0.01 g / cm 2 , the graphite powder is too thick, which becomes a barrier and the depth of the hardened layer 11 may become shallow. For this reason, in this embodiment, the graphite containing material 20 is apply | coated so that it may become 0.01 g / cm < 2 > or less. That is, in this embodiment, the graphite-containing material 20 is applied so as to be 0.002 to 0.01 g / cm 2 .
その後、図２（ｃ）に示されるように、被加工部材１０の表面１０ａにおける黒鉛含有材料２０が塗布されている部分にレーザビームを照射しながら走査させる。本実施形態では、大気圧雰囲気の条件下において、レーザビームを一度のみ照射する。これにより、図２（ｄ）に示されるように、被加工部材１０の表面１０ａ側に、硬化被膜層１１ａおよびマルテンサイト含有層１１ｂを有する焼入層１１が形成される。 Thereafter, as shown in FIG. 2C, the portion of the surface 10a of the workpiece 10 to which the graphite-containing material 20 is applied is scanned while being irradiated with a laser beam. In this embodiment, the laser beam is irradiated only once under the atmospheric pressure condition. Thereby, as FIG.2 (d) shows, the hardening layer 11 which has the cured film layer 11a and the martensite content layer 11b in the surface 10a side of the to-be-processed member 10 is formed.
なお、本発明者らの検討によれば、黒鉛含有材料２０を塗布したとしても、レーザ出力が低すぎたり、走査速度が速すぎると、レーザビームを照射しても硬化被膜層１１ａを有する焼入層１１が形成されない場合があることが確認されている。具体的には、本発明者らは、焼入層（すなわち、マルテンサイト含有層１１ｂ）は、被加工部材１０の表面温度が１１００〜１２００℃程度の黒鉛が拡散し易い温度であれば形成されることを確認している。しかしながら、硬化被膜層１１ａは、被加工部材１０の表面温度が１２００〜１３００℃程度まで上昇されないと形成されないことを確認している。このため、本実施形態では、波長を９００〜１０７０ｎｍ、レーザ出力を１．８〜３．５ＫＷ、走査速度を２〜６ｍｍ／ｓｅｃ、レーザ系を５×５〜１０×３０ｍｍとしてレーザビームを照射する。これにより、被加工部材１０の表面温度が１２００〜１３００℃程度まで上昇し、硬化被膜層１１ａとマルテンサイト含有層１１ｂとを有する焼入層１１が形成される。 According to the study by the present inventors, even if the graphite-containing material 20 is applied, if the laser output is too low or the scanning speed is too high, the sintered coating layer 11a having the cured coating layer 11a is irradiated even if the laser beam is irradiated. It has been confirmed that the inlay layer 11 may not be formed. Specifically, the inventors of the present invention form the hardened layer (that is, the martensite-containing layer 11b) if the surface temperature of the workpiece 10 is a temperature at which graphite having a surface temperature of about 1100 to 1200 ° C. is likely to diffuse. I have confirmed that. However, it has been confirmed that the cured coating layer 11a is not formed unless the surface temperature of the workpiece 10 is increased to about 1200 to 1300 ° C. Therefore, in this embodiment, the laser beam is irradiated with a wavelength of 900 to 1070 nm, a laser output of 1.8 to 3.5 kW, a scanning speed of 2 to 6 mm / sec, and a laser system of 5 × 5 to 10 × 30 mm. . Thereby, the surface temperature of the workpiece 10 rises to about 1200 to 1300 ° C., and the quenching layer 11 having the cured coating layer 11a and the martensite-containing layer 11b is formed.
（実施例および比較例）
次に、詳細な実施例および比較例について説明する。なお、各実施例および比較例にて参照する図３Ａ〜図３Ｄ、図４Ａ〜図４Ｄ、図５Ａ〜図５Ｄ、図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ、図８Ｂは、ナイタール液で５秒間の腐食を行った後のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真に基づくものである。
(Examples and Comparative Examples)
Next, detailed examples and comparative examples will be described. 3A to 3D, 4A to 4D, 5A to 5D, 6A, 6B, 7A, 7B, 8A, and 8B referred to in each example and comparative example are This is based on an SEM (scanning electron microscope) photograph after 5 seconds of corrosion with the liquid.
まず、鋼材は、主にパーライトとフェライトの２種類の分子から構成されている。そして、鋼材は、パーライト率が高くなると焼入層が形成され易く、フェライト率が高くなると焼入層が形成され難いことが知られている。つまり、鋼材における焼入層の形成され易さは、炭素量ではなく、パーライトの割合が優先される。例えば、安定的に焼入れ可能な炭素鋼は、Ｓ２８Ｃ（ＪＩＳ）以上であることが知られており、フェライト率が６５％未満であることが知られている。このため、高炭素鋼および中炭素鋼は、パーライト率が高いために焼入層が形成され易く、フェライト率が６５％以上となる低炭素鋼は、フェライト率が高いために焼入層１１が形成され難くなる。 First, steel materials are mainly composed of two types of molecules, pearlite and ferrite. It is known that a hardened layer is easily formed when the pearlite ratio is high in steel, and that a hardened layer is difficult to be formed when the ferrite ratio is high. That is, priority is given not to the amount of carbon but to the proportion of pearlite in the ease of forming a hardened layer in steel. For example, carbon steel that can be stably quenched is known to be S28C (JIS) or higher, and the ferrite ratio is known to be less than 65%. For this reason, a high carbon steel and a medium carbon steel have a high pearlite ratio, so that a hardened layer is easily formed. A low carbon steel having a ferrite ratio of 65% or more has a high ferrite ratio, and thus the hardened layer 11 has a high hardened layer. It becomes difficult to form.
また、鋳鉄は、全て高炭素鋼であるが、フェライト率が６５％以上であるために焼入層が形成され難い種類が存在する。例えば、鋳鉄のうちのＦＣ１００、ＦＣＤ４００（ＪＩＳ）等は、フェライト率が高いために焼入層が形成され難い材料として認識されている。 Moreover, although cast iron is all high carbon steel, since a ferrite rate is 65% or more, there exists a kind with which a hardened layer is hard to be formed. For example, among cast irons, FC100, FCD400 (JIS) and the like are recognized as materials in which a hardened layer is difficult to be formed due to a high ferrite ratio.
このため、以下では、焼入層が形成され難い低炭素鋼および鋳鉄のうちのフェライト率が６５％以上であるものを例に挙げて説明し、さらに焼入層が形成され易い中炭素鋼についても例に挙げて説明する。 For this reason, below, a low carbon steel in which a hardened layer is hard to be formed and a cast iron having a ferrite ratio of 65% or more will be described as an example, and further, a medium carbon steel in which a hardened layer is easily formed. Is also described as an example.
（実施例）
各実施例について説明する。以下の各実施例は、上記図２を参照して説明した製造工程を行って得られた浸炭部品である。各実施例のさらに詳細な工程について説明すると、図２（ａ）の工程では、被加工部材１０の表面１０ａをエメリー紙＃４００等で研磨した後、表面に付着した異物や、表面の濡れ性を変化させて黒鉛含有材料２０を塗布し易くするためにレーザクリーニングを行う。なお、レーザクリーニングは、例えば、レーザ出力を０．９〜１．１Ｋｗ、走査速度を４ｍｍ／ｓｅｃとして行われる。
(Example)
Each example will be described. Each of the following examples is a carburized part obtained by performing the manufacturing process described with reference to FIG. The more detailed process of each embodiment will be described. In the process of FIG. 2A, after the surface 10a of the workpiece 10 is polished with emery paper # 400 or the like, foreign matter adhering to the surface or wettability of the surface In order to make it easy to apply the graphite-containing material 20 by changing the above, laser cleaning is performed. Laser cleaning is performed, for example, with a laser output of 0.9 to 1.1 Kw and a scanning speed of 4 mm / sec.
続いて、図２（ｂ）の工程として、２〜１０μｍである黒鉛の粉末にエタノールで構成される有機材料を加えて黒鉛含有材料２０を構成する。そして、黒鉛含有材料２０を０．００５ｇ／ｃｍ２となるように塗布する。 Subsequently, as a process of FIG. 2B, an organic material composed of ethanol is added to graphite powder of 2 to 10 μm to constitute the graphite-containing material 20. And the graphite containing material 20 is apply | coated so that it may become 0.005 g / cm < 2 >.
その後、図２（ｃ）の工程として、波長を９８０ｎｍ、レーザ出力を２．２ＫＷ、走査速度を２ｍｍ／ｓｅｃ、レーザ系を７×２０ｍｍとしてレーザビームを照射する。なお、以下の各実施例では、レーザライン社製、型式：ＬＤＦ４０００−１００、ズームホモジナイザ２軸可変タイプである半導体レーザを用いてレーザビームを照射している。また、以下の各実施例では、この条件でレーザビームを照射することにより、被加工部材１０の実質表面温度が１２００℃前後となる。 Thereafter, as a process of FIG. 2C, the laser beam is irradiated with a wavelength of 980 nm, a laser output of 2.2 kW, a scanning speed of 2 mm / sec, and a laser system of 7 × 20 mm. In each of the following embodiments, the laser beam is irradiated using a semiconductor laser manufactured by Laser Line, model: LDF4000-100, zoom homogenizer biaxial variable type. In each of the following examples, the actual surface temperature of the workpiece 10 is about 1200 ° C. by irradiating the laser beam under these conditions.
（実施例１）
実施例１では、被加工部材１０として、低炭素鋼であるＳ２５Ｃを用いた。なお、Ｓ２５Ｃは、パーライト率が約３２％、フェライト率が約６８％であるフェライト率が高い部材であり、後述するように、単にレーザビームを照射したのみでは焼入層１１が形成されない部材である。
(Example 1)
In Example 1, S25C, which is low carbon steel, was used as the workpiece 10. S25C is a member having a high ferrite ratio with a pearlite ratio of about 32% and a ferrite ratio of about 68%. As will be described later, the hardened layer 11 is not formed by simply irradiating a laser beam. is there.
図３Ａに示されるように、レーザビームを照射する前には焼入層１１が形成されていないが、図３Ｂ〜図３Ｄに示されるように、レーザビームを照射した後には、表面１０ａから約０．５ｍｍの深さまで焼入層１１が形成されている。また、図３Ｃおよび図３Ｄに示されるように、焼入層１１は、表面１０ａ側に層状の層が形成され、層状の層を挟んで表面１０ａ側と反対側に針状の層が形成されている。つまり、焼入層１１には、異なる２つの層が形成されている。本実施形態では、層状の層を硬化被膜層１１ａとし、針状の層をマルテンサイト含有層１１ｂとしている。そして、硬化被膜層１１ａは、表面１０ａから約０．１ｍｍの深さまで形成されている。 As shown in FIG. 3A, the hardened layer 11 is not formed before irradiation with the laser beam. However, after irradiation with the laser beam, as shown in FIGS. The quenching layer 11 is formed to a depth of 0.5 mm. 3C and 3D, the hardened layer 11 has a layered layer formed on the surface 10a side, and a needle-shaped layer is formed on the opposite side of the surface 10a side with the layered layer interposed therebetween. ing. That is, two different layers are formed in the quenching layer 11. In this embodiment, the layered layer is the cured coating layer 11a, and the needle-shaped layer is the martensite-containing layer 11b. The cured coating layer 11a is formed to a depth of about 0.1 mm from the surface 10a.
硬化被膜層１１ａおよびマルテンサイト含有層１１ｂのロックウェル硬さ（以下では、単にＨＲＣという）は、硬化被膜層１１ａが表面１０ａ側から６６〜６４であり、マルテンサイト含有層１１ｂが５０〜４６であった。つまり、硬化被膜層１１ａは、マルテンサイト含有層１１ｂよりも硬度が高い層である。 The Rockwell hardness (hereinafter simply referred to as HRC) of the cured coating layer 11a and the martensite-containing layer 11b is 66 to 64 from the surface 10a side of the cured coating layer 11a, and 50 to 46 for the martensite-containing layer 11b. there were. That is, the cured coating layer 11a is a layer having a higher hardness than the martensite-containing layer 11b.
（実施例２）
実施例２では、被加工部材１０として、鋳鉄であるＦＣＤ４００を用いた。なお、ＦＣＤ４００は、パーライト率が約２０％、フェライト率が約８０％であるフェライト率が高い部材であり、後述するように、単にレーザビームを照射したのみでは焼入層１１が形成されない部材である。
(Example 2)
In Example 2, FCD400, which is cast iron, was used as the workpiece 10. The FCD 400 is a member having a high ferrite ratio with a pearlite ratio of about 20% and a ferrite ratio of about 80%. As will be described later, the hardened layer 11 is not formed by simply irradiating a laser beam. is there.
図４Ａに示されるように、レーザビームを照射する前には焼入層１１が形成されていないが、図４Ｂ〜図４Ｄに示されるように、レーザビームを照射した後には、表面１０ａから約０．５ｍｍの深さまで焼入層１１が形成されている。また、図４Ｃおよび図４Ｄに示されるように、焼入層１１は、実施例１と同様に、表面１０ａ側に硬化被膜層１１ａが形成され、硬化被膜層１１ａを挟んで表面１０ａ側と反対側にマルテンサイト含有層１１ｂが形成されている。そして、硬化被膜層１１ａは、表面１０ａから約０．１ｍｍの深さまで形成されている。 As shown in FIG. 4A, the hardened layer 11 is not formed before the laser beam irradiation. However, as shown in FIGS. The quenching layer 11 is formed to a depth of 0.5 mm. Further, as shown in FIGS. 4C and 4D, the hardened layer 11 has a cured coating layer 11a formed on the surface 10a side as in Example 1, and is opposite to the surface 10a side with the cured coating layer 11a interposed therebetween. A martensite-containing layer 11b is formed on the side. The cured coating layer 11a is formed to a depth of about 0.1 mm from the surface 10a.
硬化被膜層１１ａおよびマルテンサイト含有層１１ｂのＨＲＣは、硬化被膜層１１ａが表面１０ａ側から６６〜６４であり、マルテンサイト含有層１１ｂが表面１０ａ側から６２〜５２であった。つまり、硬化被膜層１１ａは、マルテンサイト含有層１１ｂよりも硬度が高い層である。 As for the HRC of the cured coating layer 11a and the martensite-containing layer 11b, the cured coating layer 11a was 66 to 64 from the surface 10a side, and the martensite containing layer 11b was 62 to 52 from the surface 10a side. That is, the cured coating layer 11a is a layer having a higher hardness than the martensite-containing layer 11b.
なお、ＦＣＤ４００におけるマルテンサイト含有層１１ｂの方がＳ２５Ｃにおけるマルテンサイト含有層１１ｂよりも硬度が高くなるのは、Ｓ２５Ｃよりもマルテンサイト含有層１１ｂにおけるマルテンサイトの割合が高くなるためである。すなわち、後述するように、マルテンサイト含有層１１ｂは、マルテンサイト、フェライト、オーステナイト等を主に含んで構成されるが、これらの中ではマルテンサイトが最も硬度が高い。そして、ＦＣＤ４００は、元々の炭素の含有率がＳ２５Ｃよりも高いため、マルテンサイト含有層１１ｂが形成される際、Ｓ２５Ｃよりもマルテンサイトが形成され易くなる。つまり、ＦＣＤ４００のマルテンサイト含有層１１ｂは、Ｓ２５Ｃのマルテンサイト含有層１１ｂよりもマルテンサイト率が高くなる。したがって、ＦＣＤ４００におけるマルテンサイト含有層１１ｂの方がＳ２５Ｃにおけるマルテンサイト含有層１１ｂよりも硬度が高くなる。 The reason why the martensite-containing layer 11b in the FCD 400 is higher in hardness than the martensite-containing layer 11b in S25C is that the ratio of martensite in the martensite-containing layer 11b is higher than that in S25C. That is, as will be described later, the martensite-containing layer 11b mainly includes martensite, ferrite, austenite, and the like. Among these, martensite has the highest hardness. And since FCD400 has the original carbon content rate higher than S25C, when the martensite content layer 11b is formed, a martensite becomes easier to form than S25C. That is, the martensite content layer 11b of FCD400 has a higher martensite ratio than the martensite content layer 11b of S25C. Accordingly, the martensite-containing layer 11b in the FCD 400 has a higher hardness than the martensite-containing layer 11b in S25C.
（実施例３）
実施例３では、被加工部材１０として、中炭素鋼であるＳ５０Ｃを用いた。なお、Ｓ５０Ｃは、パーライト率が約６５％、フェライト率が約３５％であるフェライト率が低い部材である。このため、後述の比較例３のように、Ｓ５０Ｃは、黒鉛含有材料２０を塗布せずにレーザビームを照射しても焼入層Ｊ１１が形成される。
Example 3
In Example 3, S50C, which is medium carbon steel, was used as the workpiece 10. Note that S50C is a member having a low ferrite rate, in which the pearlite rate is about 65% and the ferrite rate is about 35%. For this reason, as in Comparative Example 3 to be described later, in S50C, the quenching layer J11 is formed even if the laser beam is irradiated without applying the graphite-containing material 20.
図５Ａに示されるように、レーザビームを照射する前には焼入層１１が形成されていないが、図５Ｂ〜図５Ｄに示されるように、レーザビームを照射した後には、表面１０ａから約１．１ｍｍの深さまで焼入層１１が形成されている。また、図５Ｃおよび図５Ｄに示されるように、焼入層１１は、実施例１と同様に、表面１０ａ側に硬化被膜層１１ａが形成され、硬化被膜層１１ａを挟んで表面１０ａ側と反対側にマルテンサイト含有層１１ｂが形成されている。そして、硬化被膜層１１ａは、表面１０ａから約０．１ｍｍの深さまで形成されている。 As shown in FIG. 5A, the hardened layer 11 is not formed before the laser beam irradiation. However, as shown in FIGS. The hardened layer 11 is formed to a depth of 1.1 mm. Further, as shown in FIGS. 5C and 5D, the hardened layer 11 has a cured coating layer 11a formed on the surface 10a side as in Example 1, and is opposite to the surface 10a side across the cured coating layer 11a. A martensite-containing layer 11b is formed on the side. The cured coating layer 11a is formed to a depth of about 0.1 mm from the surface 10a.
硬化被膜層１１ａおよびマルテンサイト含有層１１ｂのＨＲＣは、硬化被膜層１１ａが表面１０ａ側から６６〜６４であり、マルテンサイト含有層１１ｂが表面１０ａ側から６２〜５２であった。つまり、硬化被膜層１１ａは、マルテンサイト含有層１１ｂよりも硬度が高い層である。 As for the HRC of the cured coating layer 11a and the martensite-containing layer 11b, the cured coating layer 11a was 66 to 64 from the surface 10a side, and the martensite containing layer 11b was 62 to 52 from the surface 10a side. That is, the cured coating layer 11a is a layer having a higher hardness than the martensite-containing layer 11b.
なお、Ｓ５０Ｃにおけるマルテンサイト含有層１１ｂの方がＳ２５Ｃにおけるマルテンサイト含有層１１ｂよりも硬度が高くなるのは、実施例２と同様に、Ｓ５０Ｃの方がＳ２５Ｃよりも元々の炭素の含有率が高いためである。 The martensite-containing layer 11b in S50C has a higher hardness than the martensite-containing layer 11b in S25C. Similarly to Example 2, S50C has a higher carbon content than S25C. Because.
（比較例）
上記実施例における比較例として、黒鉛含有材料２０を塗布せずにレーザビームを照射した結果について説明する。なお、以下の比較例では、黒鉛含有材料２０を塗布しないため、図２（ａ）の工程における研磨では、被加工部材１０の表面１０ａをエメリー紙＃４００等でのみ研磨し、レーザクリーニングは行っていない。また、以下の比較例は、波長を９８０ｎｍ、レーザ出力を１．７ＫＷ、走査速度を２ｍｍ／ｓｅｃ、レーザ系を７×２０ｍｍとしてレーザビームを照射した結果である。そして、以下の比較例では、この条件でレーザビームを照射することにより、被加工部材Ｊ１０の実質表面温度が溶解寸前の温度まで上昇する。
(Comparative example)
As a comparative example in the above embodiment, the result of irradiation with a laser beam without applying the graphite-containing material 20 will be described. In the following comparative example, since the graphite-containing material 20 is not applied, the surface 10a of the workpiece 10 is polished only with emery paper # 400 or the like in the polishing in the step of FIG. Not. The following comparative example is the result of irradiation with a laser beam with a wavelength of 980 nm, a laser output of 1.7 kW, a scanning speed of 2 mm / sec, and a laser system of 7 × 20 mm. And in the following comparative examples, by irradiating the laser beam under these conditions, the substantial surface temperature of the workpiece J10 rises to a temperature just before melting.
（比較例１）
比較例１は、実施例１に対応する比較例であり、被加工部材Ｊ１０として２５Ｃを用いた結果である。図６Ａおよび図６Ｂに示されるように、黒鉛含有材料２０を塗布せずにレーザビームを照射したのみでは、焼入層が形成されない。
(Comparative Example 1)
Comparative Example 1 is a comparative example corresponding to Example 1, and is a result of using 25C as the workpiece J10. As shown in FIGS. 6A and 6B, the quenching layer is not formed only by irradiating the laser beam without applying the graphite-containing material 20.
（比較例２）
比較例２は、実施例２に対応する比較例であり、被加工部材Ｊ１０としてＦＣＤ４００を用いた結果である。図７Ａおよび図７Ｂに示されるように、ＦＣＤ４００では、黒鉛含有材料２０を塗布せずにレーザビームを照射したのみでは、焼入層が形成されない。
(Comparative Example 2)
Comparative Example 2 is a comparative example corresponding to Example 2, and is a result of using FCD400 as the workpiece J10. As shown in FIG. 7A and FIG. 7B, in the FCD 400, the quenching layer is not formed only by irradiating the laser beam without applying the graphite-containing material 20.
（比較例３）
比較例３は、実施例３に対応する比較例であり、被加工部材Ｊ１０としてＳ５０Ｃを用いた結果である。図８Ａおよび図８Ｂに示されるように、Ｓ５０Ｃでは、黒鉛含有材料２０を塗布せずにレーザビームを照射したのみであっても、フェライト率が低いために焼入層Ｊ１１が形成されることが確認される。
(Comparative Example 3)
Comparative Example 3 is a comparative example corresponding to Example 3, and is a result of using S50C as the workpiece J10. As shown in FIGS. 8A and 8B, in S50C, even if the laser beam is irradiated without applying the graphite-containing material 20, the quenching layer J11 may be formed due to the low ferrite ratio. It is confirmed.
しかしながら、比較例３では、焼入層Ｊ１１は形成されるものの、焼入層Ｊ１１は単一の層で形成されている。また、比較例３では、焼入層Ｊ１１が０．９ｍｍの深さまで形成されるが、実施例３より焼入層Ｊ１１の深さが浅くなる。 However, in Comparative Example 3, although the quenching layer J11 is formed, the quenching layer J11 is formed of a single layer. In Comparative Example 3, the hardened layer J11 is formed to a depth of 0.9 mm, but the depth of the hardened layer J11 is shallower than in Example 3.
そして、焼入層Ｊ１１のＨＲＣは、表面１０ａ側から６２〜５２であった。つまり、比較例３の焼入層Ｊ１１は、実施例３よりも表面硬度が低くなっている。 And HRC of hardened layer J11 was 62-52 from the surface 10a side. That is, the hardened layer J11 of Comparative Example 3 has a lower surface hardness than that of Example 3.
以上が実施例および比較例の結果であり、図９Ａおよび図９Ｂのように纏められる。そして、本実施例では、フェライト率が高いＳ２５ＣやＦＣＤ４００にも十分な焼入層１１が形成されていることが確認される。また、Ｓ５０Ｃのように、レーザビームを照射するのみで焼入層Ｊ１１が形成されるものに対しては、焼入層１１をさらに深くまで形成できていることが確認される。 The above is a result of an Example and a comparative example, and is summarized like FIG. 9A and FIG. 9B. In this example, it is confirmed that a sufficient hardened layer 11 is also formed in S25C and FCD400 having a high ferrite ratio. Further, it is confirmed that the hardened layer 11 can be formed deeper than the case where the hardened layer J11 is formed only by irradiating the laser beam as in S50C.
そして、黒鉛含有材料２０を塗布してレーザビームを照射した場合には、黒鉛含有材料２０を塗布せずにレーザビームを照射するのみでは形成されない新たな層として、硬化被膜層１１ａが形成されていることが確認される。 When the graphite-containing material 20 is applied and irradiated with a laser beam, the cured coating layer 11a is formed as a new layer that cannot be formed only by irradiating the laser beam without applying the graphite-containing material 20. It is confirmed that
次に、本発明者らは、焼入層１１の構成について更なる鋭意検討を行い、以下の結果を得た。なお、以下の結果は、Ｓ２５Ｃにおける焼入層１１を形成していない部分と、Ｓ２５Ｃにおける焼入層１１を形成した部分とに対し、波長分散型ｘ線分析を行った結果である。 Next, the inventors conducted further earnest studies on the configuration of the hardened layer 11 and obtained the following results. The following results are the results of wavelength dispersion x-ray analysis performed on the portion where the hardened layer 11 is not formed in S25C and the portion where the hardened layer 11 is formed in S25C.
まず、焼入層１１を形成していない部分では、体積積は、Ｆｅ：Ｏ：Ｃ＝８８．６：３．９：５．１（Ｍｏｌ％）であった。また、重量比は、Ｆｅ：Ｏ：Ｃ＝９５．９：１．２：１．２（Ｗｔ％）であった。なお、体積比および重量比における残りの部分は、Ｍｎ、Ｓｉ等の元素である。 First, in a portion where the hardened layer 11 was not formed, the volume product was Fe: O: C = 88.6: 3.9: 5.1 (Mol%). The weight ratio was Fe: O: C = 95.9: 1.2: 1.2 (Wt%). The remaining portions in the volume ratio and the weight ratio are elements such as Mn and Si.
一方、焼入層１１を形成した部分では、体積比は、Ｆｅ：Ｏ：Ｃ＝２５．２：３８．１：３２．４（Ｍｏｌ％）であった。また、重量比は、Ｆｅ：Ｏ：Ｃ＝５５．２：２３．９：１５．３（Ｗｔ％）であった。なお、体積比および重量比における残りの部分は、Ｍｎ、Ｓｉ等の元素である。 On the other hand, in the portion where the hardened layer 11 was formed, the volume ratio was Fe: O: C = 25.2: 38.1: 32.4 (Mol%). The weight ratio was Fe: O: C = 55.2: 23.9: 15.3 (Wt%). The remaining portions in the volume ratio and the weight ratio are elements such as Mn and Si.
すなわち、この結果より、焼入層１１では、炭素と酸素が多く検出されていることが確認される。特に、体積比においては、炭素および酸素が鉄よりも多く検出され、十分に炭素が供給されていることが確認される。 That is, from this result, it is confirmed that a large amount of carbon and oxygen is detected in the hardened layer 11. In particular, in the volume ratio, more carbon and oxygen are detected than iron, and it is confirmed that the carbon is sufficiently supplied.
続いて、本発明者らは、Ｓ２５Ｃの焼入層１１における硬化被膜層１１ａおよびマルテンサイト含有層１１ｂの組成について検討を行い、図１０に示す結果を得た。 Subsequently, the inventors examined the composition of the cured coating layer 11a and the martensite-containing layer 11b in the quenching layer 11 of S25C, and obtained the results shown in FIG.
図１０に示されるように、硬化被膜層１１ａは、主にセメンタイト、マルテンサイト、フェライト、マグネタイト、ヘマタイト等で構成されていることが確認される。また、マルテンサイト含有層１１ｂは、主にマルテンサイト、フェライト、オーステナイト等で構成されていることが確認される。つまり、硬化被膜層１１ａは、マルテンサイト含有層１１ｂよりもセメンタイトの割合が高くなっている。このため、硬化被膜層１１ａは、硬度の高いセメンタイトの割合が高くなる構成となっていることにより、マルテンサイト含有層１１ｂよりも硬度が高くなる。なお、特に図示しないが、ＦＣＤ４００およびＳ５０Ｃにおいても、同様の構成となる。 As shown in FIG. 10, it is confirmed that the cured coating layer 11a is mainly composed of cementite, martensite, ferrite, magnetite, hematite and the like. Further, it is confirmed that the martensite-containing layer 11b is mainly composed of martensite, ferrite, austenite and the like. That is, the cured coating layer 11a has a higher cementite ratio than the martensite-containing layer 11b. For this reason, the hardened film layer 11a has a higher hardness than the martensite-containing layer 11b because the hardened cementite layer has a higher proportion of cementite. Although not specifically shown, the FCD 400 and S50C have the same configuration.
さらに、本発明者らは、硬化被膜層１１ａの特性について検討を行い、図１１Ａおよび図１１Ｂに示す結果を得た。なお、図１１Ａは、Ｓ５０Ｃを用い、黒鉛含有材料２０を塗布せずにレーザビームを照射して形成した焼入部品（以下では、従来の焼入部品という）におけるスクラッチ試験の結果である。図１１Ｂは、黒鉛含有材料２０を塗布した後にレーザビームを照射して形成した浸炭部品（以下では、本実施形態の浸炭部品という）におけるスクラッチ試験の結果である。つまり、図１１Ａは、図８Ａおよび図８Ｂのように単一の焼入層Ｊ１１が形成されている従来の焼入部品に対する結果である。図１１Ｂは、図５Ｂ〜図５Ｄのように硬化被膜層１１ａを有する焼入層１１が形成されている本実施形態の浸炭部品に対する結果である。また、図１１Ａおよび図１１Ｂは、垂直荷重を１００Ｎまで上げ、テーブル移動速度を１０ｍｍ／ｍｉｎ、漸増荷重を１０Ｎ／ｍｉｎとしたスクラッチ試験を３回行った結果を示している。 Furthermore, the present inventors examined the characteristics of the cured coating layer 11a and obtained the results shown in FIGS. 11A and 11B. FIG. 11A shows the result of a scratch test on a quenched part (hereinafter referred to as a conventional quenched part) formed by irradiating a laser beam without applying the graphite-containing material 20 using S50C. FIG. 11B shows the result of a scratch test on a carburized part (hereinafter referred to as a carburized part of the present embodiment) formed by applying a laser beam after applying the graphite-containing material 20. That is, FIG. 11A is a result for a conventional hardened part in which a single hardened layer J11 is formed as shown in FIGS. 8A and 8B. FIG. 11B is a result for the carburized component of the present embodiment in which the quenching layer 11 having the cured coating layer 11a is formed as in FIGS. 5B to 5D. 11A and 11B show the results of performing a scratch test three times with the vertical load increased to 100 N, the table moving speed 10 mm / min, and the incremental load 10 N / min.
図１１Ａに示されるように、従来の焼入部品では、垂直荷重が７５Ｎ時の摩擦力は平均１４．３Ｎであり、垂直荷重が８５Ｎ時の摩擦力は平均１９．２Ｎであり、垂直荷重が９５Ｎ時の摩擦力は平均２４．７Ｎであった。 As shown in FIG. 11A, in the conventional hardened part, the frictional force when the vertical load is 75N is 14.3N on average, the frictional force when the vertical load is 85N is 19.2N on average, and the vertical load is The average friction force at 95N was 24.7N.
一方、図１１Ｂに示されるように、本実施形態の浸炭部品では、垂直荷重が７５Ｎ時の摩擦力は平均１２．５Ｎであり、荷重８５Ｎ時の摩擦力は平均１６．０Ｎであり、垂直荷重が９５Ｎ時の摩擦力は、平均１８．５Ｎであった。 On the other hand, as shown in FIG. 11B, in the carburized part of the present embodiment, the frictional force when the vertical load is 75N is 12.5N on average, the frictional force when the load is 85N is 16.0N on average, The average frictional force at 95N was 18.5N.
すなわち、本実施形態の浸炭部品の方が従来の焼入部品より摩擦力を低減できることが確認される。つまり、硬化被膜層１１ａが形成されることにより、摩擦力を低減できることが確認される。そして、垂直荷重が大きいほど、硬化被膜層１１ａによって摩擦量を大きく低減できることが確認される。なお、従来の焼入部品および本実施形態の浸炭部品において、外観に割れ、剥がれ、クラック等は見受けられなかった。 That is, it is confirmed that the carburized part of the present embodiment can reduce the frictional force as compared with the conventional hardened part. That is, it is confirmed that the frictional force can be reduced by forming the cured coating layer 11a. And it is confirmed that the amount of friction can be greatly reduced by the cured coating layer 11a as the vertical load increases. In addition, in the conventional hardened parts and the carburized parts of the present embodiment, no cracks, peeling, cracks, etc. were seen in the appearance.
また、本発明者らは、硬化被膜層１１ａの別の特性についても検討を行い、図１２の結果を得た。なお、図１２は、摺動方向を往復方向、使用ボールをタングステンカーバイド、ボールサイズを直径６ｍｍ、摺動幅を片道１０ｍｍ、荷重を２Ｎ、速度を１００ｍｍ／ｓｅｃ、摺動距離を７５０ｍとしてボールオンディスク試験を行った結果を示している。また、図１２は、図１１と同様に、従来の焼入部品と本実施形態の浸炭部品との結果を示す図である。 In addition, the present inventors also examined other characteristics of the cured coating layer 11a and obtained the results of FIG. In addition, FIG. 12 shows a ball-on state where the sliding direction is the reciprocating direction, the ball used is tungsten carbide, the ball size is 6 mm in diameter, the sliding width is 10 mm one way, the load is 2 N, the speed is 100 mm / sec, and the sliding distance is 750 m. The result of the disk test is shown. Moreover, FIG. 12 is a figure which shows the result of the conventional hardening component and the carburized component of this embodiment similarly to FIG.
図１２に示されるように、従来の焼入部品では、動摩擦係数は、最少で０．０５５μ、最大で０．８１３μ、平均で０．６７６μとなった。一方、本実施形態の浸炭部品では、動摩擦係数は、最少で０．１３３μ、最大で０．７１３μ、平均で０．６２０μとなった。 As shown in FIG. 12, in the conventional hardened parts, the dynamic friction coefficient is 0.055 μ at the minimum, 0.813 μ at the maximum, and 0.676 μ on the average. On the other hand, in the carburized part of this embodiment, the coefficient of dynamic friction was a minimum of 0.133 μ, a maximum of 0.713 μ, and an average of 0.620 μ.
すなわち、本実施形態の浸炭部品の方が従来の焼入部品より動摩擦係数の平均が低い結果となることが確認される。また、動摩擦係数は、摺動距離が長くなるにつれて大きくなるが、本実施形態の浸炭部品の方が従来の焼入部品よりも動摩擦係数の変動（すなわち、ブレ）が小さい状態で摺動距離に応じて大きくなることが確認される。 That is, it is confirmed that the carburized component of this embodiment has a lower average dynamic friction coefficient than the conventional quenched component. In addition, the dynamic friction coefficient increases as the sliding distance increases, but the carburized part of this embodiment has a smaller fluctuation (that is, vibration) of the dynamic friction coefficient than the conventional hardened part. It is confirmed that it grows accordingly.
以上説明したように、本実施形態では、被加工部材１０の表面１０ａ側に焼入層１１が形成されており、焼入層１１は、硬化被膜層１１ａとマルテンサイト含有層１１ｂとを有している。そして、硬化被膜層１１ａは、マルテンサイト含有層１１ｂよりも硬度が高くされている。したがって、浸炭部品における表面硬度を高くでき、耐摩耗性および耐疲労強度の向上を図ることができる。 As described above, in this embodiment, the hardened layer 11 is formed on the surface 10a side of the workpiece 10 and the hardened layer 11 includes the cured coating layer 11a and the martensite-containing layer 11b. ing. The cured coating layer 11a has a higher hardness than the martensite-containing layer 11b. Therefore, the surface hardness of the carburized component can be increased, and the wear resistance and fatigue strength can be improved.
また、本実施形態では、被加工部材１０の表面１０ａに黒鉛含有材料２０を塗布し、レーザビームを照射することで焼入層１１を形成している。このため、低炭素鋼やフェライト率が高い鋳鉄においても、０．５ｍｍという十分な深さまで焼入層１１を形成することができる。また、中炭素鋼のように黒鉛含有材料２０を塗布せずにレーザビームを照射しても焼入層Ｊ１１が形成されるものを用いた場合には、さらに深くまで焼入層１１を形成することができる。そして、黒鉛含有材料２０を塗布してレーザビームを照射することにより、マルテンサイト含有層１１ｂよりも硬度が高い硬化被膜層１１ａを形成することができる。したがって、耐摩耗性および耐疲労強度を向上させた浸炭部品を製造できる。また、レーザビームを照射する際に他の制御を実行する必要がないため、製造工程の簡略化を図ることができる。 In the present embodiment, the hardened layer 11 is formed by applying the graphite-containing material 20 to the surface 10a of the workpiece 10 and irradiating it with a laser beam. For this reason, the quenching layer 11 can be formed to a sufficient depth of 0.5 mm even in cast iron having a low carbon steel or a high ferrite ratio. Further, when a material such as medium carbon steel in which the hardened layer J11 is formed even if the laser beam is irradiated without applying the graphite-containing material 20, the hardened layer 11 is formed deeper. be able to. And the cured coating layer 11a whose hardness is higher than the martensite content layer 11b can be formed by apply | coating the graphite containing material 20 and irradiating a laser beam. Therefore, a carburized part with improved wear resistance and fatigue strength can be produced. In addition, since it is not necessary to execute another control when irradiating the laser beam, the manufacturing process can be simplified.
さらに、本実施形態では、被加工部材１０の表面１０ａに黒鉛含有材料２０を塗布した後、１回のレーザビームを照射するのみで硬化被膜層１１ａを含む焼入層１１を形成するようにしている。つまり、１回のレーザビームを照射するのみで硬化被膜層１１ａを含む焼入層１１が形成されるように、レーザビームの照射条件を調整している。このため、硬化被膜層１１ａを有する焼入層１１を形成するための製造時間の短縮を図ることができる。 Furthermore, in this embodiment, after applying the graphite-containing material 20 to the surface 10a of the workpiece 10, the quenching layer 11 including the hardened coating layer 11a is formed only by irradiating the laser beam once. Yes. That is, the irradiation conditions of the laser beam are adjusted so that the quenching layer 11 including the cured coating layer 11a is formed only by irradiating the laser beam once. For this reason, the manufacturing time for forming the quenching layer 11 having the cured coating layer 11a can be shortened.
そして、黒鉛含有材料２０を構成する黒鉛の粉末は、粒径が２〜１０μｍのものを用いている。したがって、黒鉛の粉末の取り扱いが困難になることを抑制でき、また、レーザビームを照射した際に黒鉛が分解し難くなるということを抑制できる。 The graphite powder constituting the graphite-containing material 20 has a particle size of 2 to 10 μm. Therefore, it is possible to suppress the handling of the graphite powder from being difficult, and it is possible to suppress the graphite from being easily decomposed when irradiated with the laser beam.
また、黒鉛含有材料２０は、０．００２〜０．０１ｇ／ｃｍ２となるように被加工部材１０の表面１０ａに塗布される。このため、十分な深さの焼入層１１を形成できる。 Moreover, the graphite containing material 20 is apply | coated to the surface 10a of the to-be-processed member 10 so that it may become 0.002-0.01 g / cm < 2 >. For this reason, the quenching layer 11 of sufficient depth can be formed.
（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be appropriately changed within the scope described in the claims.
例えば、上記第１実施形態では、被加工部材１０として、炭素鋼のうちの低炭素鋼および中炭素鋼を例に挙げたが、高炭素鋼を用いてもよい。また、上記第１実施形態では、被加工部材１０として、鋳鉄のうちのフェライト率が高いものを例に挙げたが、鋳鉄のうちのフェライト率が６５％未満のような低いものを用いてもよい。被加工部材１０をこのような構成としても、黒鉛含有材料２０を塗布してレーザビームを照射することにより、硬化被膜層１１ａを有する焼入層１１を形成することができる。 For example, in the said 1st Embodiment, although the low carbon steel and medium carbon steel of carbon steel were mentioned as an example as the workpiece 10, high carbon steel may be used. Moreover, in the said 1st Embodiment, although the thing with a high ferrite rate of cast iron was mentioned as an example as the to-be-processed member 10, even if it uses a low thing like the ferrite rate of less than 65% among cast irons. Good. Even if the workpiece 10 has such a configuration, the hardened layer 11 having the cured coating layer 11a can be formed by applying the graphite-containing material 20 and irradiating the laser beam.
そして、上記第１実施形態では、被加工部材１０の表面１０ａに黒鉛含有材料２０をスプレー噴霧する例について説明したが、黒鉛含有材料２０の塗布方法は適宜変更可能である。例えば、被加工部材１０の表面１０ａに黒鉛含有材料２０を印刷法等で塗布するようにしてもよい。 In the first embodiment, the example in which the graphite-containing material 20 is sprayed on the surface 10a of the workpiece 10 has been described. However, the method of applying the graphite-containing material 20 can be changed as appropriate. For example, the graphite-containing material 20 may be applied to the surface 10a of the workpiece 10 by a printing method or the like.
さらに、上記第１実施形態において、黒鉛含有材料２０を構成する有機溶剤は、エタノールではなく、例えば、アセトン、ガソリン等を用いてもよい。但し、好ましくは、取り扱いが容易であるエタノールを採用するのがよい。 Furthermore, in the said 1st Embodiment, the organic solvent which comprises the graphite containing material 20 may use acetone, gasoline, etc. instead of ethanol, for example. However, it is preferable to employ ethanol that is easy to handle.
また、黒鉛含有材料２０を構成する黒鉛の粉末は、２μｍ未満とされていてもよく、１０μｍ以上とされていてもよい。なお、黒鉛含有材料２０を構成する黒鉛の粉末を１０μｍ以上とする場合には、適宜レーザ出力や走査速度等を調整し、黒鉛の粉末が確実に分解されて被加工部材１０に吸収されるようにすることが好ましい。 Further, the graphite powder constituting the graphite-containing material 20 may be less than 2 μm, or may be 10 μm or more. When the graphite powder constituting the graphite-containing material 20 is 10 μm or more, the laser output, the scanning speed, etc. are adjusted as appropriate so that the graphite powder is reliably decomposed and absorbed by the workpiece 10. It is preferable to make it.
さらに、黒鉛含有材料２０は、０．００２ｇ／ｃｍ２未満となるように塗布されていてもよい。このように黒鉛含有材料２０を塗布しても、深さは浅くなるものの、低炭素鋼や鋳鉄のうちのフェライト率が高いものに対しても硬化被膜層１１ａを有する焼入層１１を形成することができる。また、黒鉛含有材料２０は、０．０１ｇ／ｃｍ２より大きくなるように塗布されていてもよい。なお、このように黒鉛含有材料２０をする場合には、適宜レーザ出力や走査速度等を調整し、黒鉛の粉末が確実に分解されて被加工部材１０に吸収されるようにすることが好ましい。 Furthermore, the graphite-containing material 20 may be applied so as to be less than 0.002 g / cm 2 . Even if the graphite-containing material 20 is applied as described above, the quenching layer 11 having the hardened coating layer 11a is formed even on the low carbon steel or cast iron having a high ferrite ratio, although the depth is reduced. be able to. Moreover, the graphite containing material 20 may be apply | coated so that it may become larger than 0.01 g / cm < 2 >. When the graphite-containing material 20 is used in this way, it is preferable to adjust the laser output, scanning speed, etc. as appropriate so that the graphite powder is reliably decomposed and absorbed by the workpiece 10.
１０ 被加工部材
１０ａ 表面
１１ 焼入層
１１ａ 硬化被膜層
１１ｂ マルテンサイト含有層
２０ 黒鉛含有材料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Workpiece member 10a Surface 11 Hardened layer 11a Hardened coating layer 11b Martensite containing layer 20 Graphite containing material
Claims (8)
方法であって、
炭素鋼または鋳鉄で構成される前記被加工部材（１０）を用意することと、
前記被加工部材（１０）の表面（１０ａ）に、黒鉛の粉末に有機溶剤を加えた黒鉛含有材料（２０）を塗布することと、
前記被加工部材（１０）の表面（１０ａ）における前記黒鉛含有材料（２０）が塗布されている部分にレーザビームを照射することにより、前記表面（１０ａ）側に、硬化被膜層（１１ａ）と、前記硬化被膜層（１１ａ）を挟んで前記表面（１０ａ）側と反対側に位置するマルテンサイト含有層（１１ｂ）とを有し、前記硬化被膜層（１１ａ）が前記マルテンサイト含有層（１１ｂ）より硬度が高くされた前記焼入層（１１）を形成することと、を行う浸炭部品の製造方法。 A method for manufacturing a carburized component in which a hardened layer (11) is formed on a surface (10a) side of a workpiece (10),
Preparing the workpiece (10) made of carbon steel or cast iron;
And applying the the surface (10a) of the workpiece (10), the graphite-containing material by adding organic solvent to the powder of the graphite (20),
By irradiating the surface (10a) of the workpiece (10) where the graphite-containing material (20) is applied with a laser beam, a cured coating layer (11a) is formed on the surface (10a) side. And a martensite-containing layer (11b) located on the opposite side of the surface (10a) across the cured coating layer (11a), and the cured coating layer (11a) is the martensite-containing layer (11b). ) Forming a hardened layer (11) having a higher hardness, and a method for manufacturing a carburized component.
炭素鋼または鋳鉄で構成される前記被加工部材（１０）を備え、
前記被加工部材（１０）の表面（１０ａ）側には、前記焼入層（１１）が形成されており、
前記焼入層（１１）は、前記表面側に位置する硬化被膜層（１１ａ）と、前記硬化被膜層を挟んで前記表面側と反対側に位置するマルテンサイト含有層（１１ｂ）とを有し、
前記硬化被膜層（１１ａ）は、前記マルテンサイト含有層（１１ｂ）より硬度が高くされており、
前記焼入層は、前記表面から０．５ｍｍ以上１．１ｍｍ以下の深さまで形成されている浸炭部品。 A carburized component in which a hardened layer (11) is formed on the surface (10a) side of the workpiece (10),
Comprising the workpiece (10) made of carbon steel or cast iron,
The hardened layer (11) is formed on the surface (10a) side of the workpiece (10),
The quenching layer (11) has a cured coating layer (11a) located on the surface side and a martensite-containing layer (11b) located on the opposite side of the surface side with the cured coating layer sandwiched therebetween. ,
The cured coating layer (11a) has a higher hardness than the martensite-containing layer (11b),
The hardened layer is a carburized part formed to a depth of 0.5 mm to 1.1 mm from the surface.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017234529A JP6558602B2 (en) | 2017-12-06 | 2017-12-06 | Carburized parts and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017234529A JP6558602B2 (en) | 2017-12-06 | 2017-12-06 | Carburized parts and manufacturing method thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2019099889A JP2019099889A (en) | 2019-06-24 |
| JP6558602B2 true JP6558602B2 (en) | 2019-08-14 |
Family
ID=66976140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2017234529A Active JP6558602B2 (en) | 2017-12-06 | 2017-12-06 | Carburized parts and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6558602B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102019209650A1 (en) * | 2019-07-02 | 2020-06-04 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method for forming a fusion welded joint on components made of a steel |
| CN112575283A (en) * | 2020-11-12 | 2021-03-30 | 中国兵器装备研究院 | Method for local carburization of a metal workpiece and metal workpiece |
-
2017
- 2017-12-06 JP JP2017234529A patent/JP6558602B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2019099889A (en) | 2019-06-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6558602B2 (en) | Carburized parts and manufacturing method thereof | |
| DE102009008114A1 (en) | Method for producing a brake disk | |
| JP5487376B2 (en) | Laser cladding method and tool material | |
| JP2015510040A (en) | Local hardening of metal surfaces | |
| Taheri et al. | Nanocrystalline structure produced by complex surface treatments: plasma electrolytic nitrocarburizing, boronitriding, borocarburizing, and borocarbonitriding | |
| Kumar et al. | Mechanical and scratch behaviour of TiAlN coated and 3D printed H13 tool steel | |
| Rastkar et al. | Surface modification and wear test of carbon steel by plasma electrolytic nitrocarburizing | |
| WO2019156169A1 (en) | Tool material manufacturing method and tool material | |
| JP6026777B2 (en) | Sliding member and manufacturing method thereof | |
| JP6774235B2 (en) | Sliding member | |
| JP2010209388A (en) | Surface treatment method of tool steel and tool steel subjected to surface treatment by the method | |
| Yaghmazadeh et al. | Surface hardening of AISI H13 steel using pulsed plasma electrolytic carburizing (PPEC) | |
| Wenz et al. | Processing of High‐Carbon Steel by Selective Electron Beam Melting | |
| JP2008163363A (en) | Surface hardening method and hydraulic component | |
| KR20220115576A (en) | Method for processing parts made of ferrous metal, and parts made of ferrous metal | |
| Stetsko | Composite coatings formed by complex methods of surface hardening | |
| Martin Vinoth et al. | Laser cladding of nickel powder on AISI 202 stainless steel and optimization of the process parameters | |
| JP2002275526A (en) | Method for producing steel material | |
| Stetsko et al. | Formation of composite reinforced coating by chemical deposition and chemical-thermal treatment of boron and carbon | |
| JP6998265B2 (en) | Sliding member and its manufacturing method and power steering device and its manufacturing method | |
| Yilbas et al. | Laser surface treatment of high‐speed tool steel (AISI M2) | |
| Catana | INFLUENCE OF HEAT TREATMENTS WITH CONCENTRATED ENERGY SOURCES ON THE CAST IRONS MECHANICAL PROPERTIES. | |
| JP7015181B2 (en) | Sliding member | |
| Hosmani et al. | Chromizing, carburizing, and duplex Surface Treatment | |
| Yoshikawa et al. | Surface Treatment of Tool Steel in Controlled Plasma Nitriding Environment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180222 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20180222 |
|
| A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20180619 |
|
| A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20180627 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20181022 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20181030 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181213 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190305 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190410 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190625 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190703 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6558602 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |