JPH0552585A - 磁気目盛りの製造方法 - Google Patents

磁気目盛りの製造方法

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JPH0552585A
JPH0552585A JP3217355A JP21735591A JPH0552585A JP H0552585 A JPH0552585 A JP H0552585A JP 3217355 A JP3217355 A JP 3217355A JP 21735591 A JP21735591 A JP 21735591A JP H0552585 A JPH0552585 A JP H0552585A
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JP
Japan
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scale
magnetic
powder
phase
austenite
Prior art date
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Pending
Application number
JP3217355A
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English (en)
Inventor
Masashi Takaso
正志 高祖
Takashi Tsukamoto
孝 塚本
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】安価な炭素鋼や合金鋼を基体として、しかも簡
易な工程で製造することの可能な磁気目盛りの製造方法
を提供する。 【構成】主にパーライト相からなる強磁性の基体5の表
面の所定局部にレーザービーム1などの高エネルギー密
度のビームを照射して溶融し、溶融部(この部分が目盛
り部6になる)にオーステナイト相生成元素を多量に含
む粉末を供給し、溶融した後冷却させて、20体積%以上
のオーステナイト相を含む目盛り部を形成する。目盛り
部6は基体5のもつ強磁性よりも弱い強磁性を示す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、メカトロニクスの分
野で位置決め用等に用いる磁気目盛りの製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】数値制御工作機械および産業用ロボット
の位置決め用検出器に代表されるように、磁気目盛りが
メカトロニクスの分野で用いられている。磁気目盛りは
金属材料等の基体表面に、基体自身の磁気的性質とは異
なる磁気的性質を有する目盛り部を所定位置に形成した
ものである。その用途は、基体表面に磁気センサーを近
接対峙させることによって、基体表面と磁気センサーと
の間で相対的な移動があったとき、その移動量を検出
し、最終的には機械、機器等の位置決め、あるいは移動
速度、移動加速度の算出に用いるものである。
【0003】従来の磁気目盛りとして、例えば特開昭57
−16309 号公報には、レーザー光線等の高エネルギービ
ームを金属表面に照射して局部的に高温とする熱処理を
施してその部分に磁気変質部を形成したものが開示され
ている。また、本出願人は、鋼材に浸炭処理を施して表
層部の炭素濃度を高めた後連続冷却変態させて主にパー
ライト相からなる基体を作製し、この基体表面の局部を
溶融し、冷却させてオーステナイト相を含む相からなる
目盛り部を形成する方法を提案した(特開平2−338527
号公報)。
【0004】しかし、特開昭57−16309 号公報に開示さ
れているものでは、基体の材質として多量のNiを含む高
価な合金(Fe:25%、Ni:75%)を使用しなければなら
ず、また、目盛り部の形成に際しても、基体を 900℃の
温度で熱処理しただけであり、基体を溶融処理していな
いので、目盛り部と基体とは磁気的性質に大きな差がな
い。さらにまた、高エネルギービームの照射による 900
℃の温度管理が困難なため、均質な磁気特性をもつ目盛
り部の形成が困難であり、従って、位置決めの精度が低
く、あるいは位置決めの精度向上のために特別な工夫を
必要とする。また、特開平2−338527号公報で開示され
た方法では、基体として安価な炭素鋼や低合金鋼を利用
することができるが、浸炭処理工程を必要とするという
難点がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、安価な炭素
鋼や合金鋼を基体として、簡易な工程で製造することの
可能な磁気目盛りの製造方法を提供することを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、『主に
パーライト相からなる基体の表面の所定局部を溶融し、
溶融部にオーステナイト相生成元素を多量に含む粉末を
供給して溶融し、冷却させて20体積%以上のオーステナ
イト相を含む目盛り部を形成することを特徴とする磁気
目盛りの製造方法』にある。
【0007】磁気目盛りは、その構成として強磁性体と
非磁性体との組合せが最も有効である。磁気目盛りの基
体を強磁性とし、目盛り部を非磁性とする方法が一般的
であるが、基体と目盛り部とが共に強磁性体であっても
磁化の程度に相当量の差があれば(すなわち、一方が他
方に比較して極端に弱い強磁性であれば)磁気目盛りと
して十分使用できる。本発明方法は、基体の素材として
安価な炭素鋼または合金鋼を使用し、目盛り部を他の部
分に対して弱い強磁性(以下、これを「弱磁性」と記
す)とした磁気目盛りを製造する方法である。
【0008】
【作用】炭素鋼をオーステナイト域から徐々に冷却する
と、共析鋼(炭素含有量が0.77重量%の炭素鋼)の場合
にはフェライトとセメンタイトが細かい層状になったパ
ーライト組織が生じ、亜共析鋼(炭素含有量が共析鋼よ
り少ない炭素鋼)の場合には初析フェライトとパーライ
トが生じ、過共析鋼(炭素含有量が共析鋼より多い炭素
鋼)の場合には初析セメンタイトとパーライトが生じ
る。このとき生じるパーライト相は強磁性である。一
方、炭素鋼をオーステナイト域から急冷すると、通常は
強磁性のマルテンサイト組織になるが、炭素含有量およ
び冷却速度によっては、相当量のオーステナイトが残る
(これを残留オーステナイトという)。
【0009】このオーステナイトは非磁性であるから、
これとマルテンサイト組織との混合相は弱磁性となる。
【0010】本発明方法では、上記の金属学的原理を応
用して、基体をパーライト組織、あるいはパーライト組
織と少量のフェライトまたはセメンタイトとの混合組織
の強磁性体とし、一方目盛り部はオーステナイトとマル
テンサイトの混合相の弱磁性体とする。
【0011】基体としては、安価で高強度の JIS G 405
1 に規定された機械構造用炭素鋼(S××C)や、 JIS G 4
102 に規定されたニッケルクロム鋼(SNC) 、 JIS G 410
3 に規定されたニッケルクロムモリブデン鋼(SNCM)、 J
ISG 4104 に規定されたクロム鋼(SCr) 、 JIS G 4105
に規定されたクロムモリブデン鋼(SCM) 等を用いる。
【0012】これらの鋼は熱処理条件により異なるが、
フェライトとパーライト、または焼き戻しマルテンサイ
ト等の組織を有し強磁性体である。
【0013】目盛り部は次のようにして形成する。
【0014】図1は目盛り部を形成するための装置の概
略断面図で、5は基体、1は基体5の表層部の微小領域
(図中の6の目盛り部)を加熱するレーザービーム、3
はレーザービームを覆うノズルである。目盛り部を形成
するには、基体5の表層部の所定位置にレンズ2により
集光した高エネルギー密度のレーザービーム1を照射
し、局部的に溶融する。この溶融部(目盛り部6)にオ
ーステナイト相生成元素を多量に含む粉末を粉末供給口
4から供給し、粉末を完全に溶融する。溶融部分は基体
5によって冷却(自己冷却)されて凝固するが、冷却速
度が早いので常温まで冷却された後に過冷却のオーステ
ナイト相が残留する。オーステナイト相が20体積%以上
生成すると前述の弱磁性体となり、基体との磁性の差異
を十分検出することができ、目盛り部として利用するこ
とができる。
【0015】微小領域の加熱が可能な高エネルギー密度
のビームとしては、前記のレーザービームの他に電子ビ
ーム、プラズマ流があるが、集光性に優れ、大気中での
使用が可能なレーザービームが好適である。
【0016】オーステナイト相生成元素を多量に含む粉
末としては、C、Ni、Mn、Coの単体粉末もしくはそれら
の合金、またはそれらを多量に含む合金(例えば、Ni基
合金など)の粉末を用いるのが好ましい。
【0017】オーステナイト相生成元素としてCを単独
で添加する場合は、Fe−C状態図から明らかなように、
いかなるC量においても常温ではオーステナイト相は安
定には存在し得ない。但し、共析点(C=0.77重量%)
に近いC量(0.7〜0.9 重量%)では、上記の目盛り部の
ように溶融が微小領域で行われ、自己冷却により急冷さ
れる場合、高温で生成したオーステナイト相がマルテン
サイト変態する際に、一部のオーステナイトは変態せず
約20体積%のオーステナイト相が残留する。
【0018】Ni、MnおよびCoを添加する場合は、図5に
示したシェフラーの組織図に見られるように、組成によ
っては常温でオーステナイト相が生成する。目盛り部を
上記のように溶融して合金化する場合、特にフェライト
相生成元素を添加する必要はないが、フェライト相生成
元素を含むNi基合金等の粉末を用いる場合、Cr当量が18
重量%までは、Cr当量が増加するにつれ、オーステナイ
ト化するために必要なNi当量は低下する。
【0019】更に、シェフラーの組織図は通常冷却の凝
固組織に関するものであって、目盛り部のように急冷凝
固する場合は、オーステナイト生成領域は低Ni当量側に
拡大する。そこで、急冷の効果およびシェフラーの組織
図にはないCo、Niの影響も考慮し、 Nibal =22−Ni当量− 0.8×Cr当量(但しCr当量は0〜
18重量%) 但し、重量%で、 Ni当量= Ni(%)+Co(%) + 0.5×Mn(%) +30×( C(%)
+N(%) ) Cr当量= Cr(%)+Mo(%) + 1.5×Si(%) + 0.5×Nb(%) とすると、Nibal >0において、オーステナイト相は上
記の目盛り部のように急冷凝固する部分で20体積%以上
となることを見出した。従って、この式を満足するよう
に、粉末の組成を決定すればよい。
【0020】粉末の微小溶融部への供給は、小出力によ
る溶融においても粉末が完全に溶融するように、直接溶
融部へ供給せず、エネルギービーム内へ供給し(図1参
照)、その中を通過する間に加熱を受け溶融部に落下す
るようにする。
【0021】
【実施例】基体として、外径30mmφの JIS G 4051 に規
定された S45C(C:0.45重量%)の鋼棒を用い、焼入れ
焼き戻し処理を行って組織を焼入れマルテンサイト組織
とした後、局部溶融→粉末添加→自己冷却の工程で磁気
目盛り鋼棒を試作した。
【0022】局部溶融工程では、出力2kWの CO2レーザ
ービームを用い、図2に示す照射条件で基体5の表層の
所定位置にレーザービーム1を照射し、鋼棒を回転して
円周方向に溶融した。溶融速度は1m/分で、溶融部(目
盛り部)の断面形状は、図3に示すように、幅1mm、最
大深さ0.4mm、ピッチを2mmとし、全周にわたって溶融
した。溶融部の断面積は 0.3mm2 であり、従って、 0.3
(mm2) × 1(m/分) ×7.9(g/cm3) =2.4(g/分)で基体
が溶融される。
【0023】粉末添加工程では、C粉末および80Ni−20
Cr合金の粉末を用い、Arガスをキャリアガスとして図1
に示したようにレーザービーム内へ供給した。溶融部へ
の歩留りはC粉末、80Ni−20Cr合金の粉末のいずれにつ
いても10重量%であった。供給量は下記により求めた。
【0024】(1) C粉末の場合 溶融部の目標C量を 0.8重量%として下記 (1)式により
供給量を求め、0.85g/分とした。
【0025】
【数1】
【0026】(2) 80Ni−20Cr合金粉末の場合 基体のCr当量およびNi当量はそれぞれ 0.4重量%および
14重量%であるから、図4に示すように、基体はA点で
表され、また、80Ni−20Cr合金粉末はB点で表される。
従って、粉末の添加割合に応じて溶融部の組成はA、B
を結ぶ直線の間の点で表されることになる。一方、Ni
bal =22−Ni当量− 0.8×Cr当量において、Nibal =0
とおくと、Ni当量=22−0.8×Cr当量 となり、これ
は図中の右下がりの直線を表す。この直線とA、Bを結
ぶ直線の交点をMとすると、粉末添加後の溶融部の組成
がMB上にあれば常温でオーステナイト相が生成する。
図からAM/AB=10%となるので、粉末の割合が10重
量%以上であることが必要となる。一方、粉末の割合が
50重量%以上になると、本実施例のレーザービームの照
射条件では未溶融部分が発生した。従って、粉末の供給
量は50重量%未満としなければならない。
【0027】そこで、粉末の目標割合を20重量%として
下記(2) 式により供給量を求め、6g/分とした。
【0028】
【数2】
【0029】自己冷却工程では、溶融部は急速に凝固冷
却した。なお、C粉末を用いた場合はそれほど顕著では
ないが、Ni−Cr合金を用いた場合は余盛りが生成したの
で、冷却後表面を研磨した。
【0030】上記のようにして得られた磁気目盛り鋼棒
は、C粉末を用いた場合は、基体は焼き戻しマルテンサ
イト組織であるのに対し、目盛り部は20%の残留オース
テナイトとマルテンサイトとの混合組織であった。ま
た、80Ni−20Cr合金粉末を用いた場合は、目盛り部は80
%がオーステナイト組織であった。なお、粉末の未溶融
は認められなかった。
【0031】これらの磁気目盛り鋼棒について、基体お
よび目盛り部の飽和磁束密度を測定した。
【0032】測定結果を表1に示す。比較例は、粉末を
供給せず、溶融のみを行った場合である。この結果か
ら、本発明例では、飽和磁束密度は基体の10×103 ガウ
ス(G)に対して目盛り部では1×103 G以下で、磁気
特性の異なる目盛り部を形成できることがわかる。
【0033】
【表1】
【0034】
【発明の効果】本発明方法により、安価な炭素鋼や機械
的性質の優れる合金鋼を基体として、しかも簡易な工程
で、基体に対する磁性変化を十分検出することができる
磁気目盛りを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法により目盛り部を形成するための装
置の一例を示す概略断面図である。
【図2】実施例で用いたレーザーの照射条件を示す図で
ある。
【図3】実施例で作製した磁気目盛り鋼棒の目盛り部の
断面形状を示す模式図である。
【図4】実施例で80Ni−20Cr合金粉末の供給量を求める
ために使用した図である。
【図5】シェフラーの組織図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主にパーライト相からなる基体の表面の所
    定局部を溶融し、溶融部にオーステナイト相生成元素を
    多量に含む粉末を供給して溶融し、冷却させて、20体積
    %以上のオーステナイト相を含む目盛り部を形成するこ
    とを特徴とする磁気目盛りの製造方法。
JP3217355A 1991-08-28 1991-08-28 磁気目盛りの製造方法 Pending JPH0552585A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005066649A (ja) * 2003-08-25 2005-03-17 Toyota Motor Corp 高張力鋼のレーザ溶接方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005066649A (ja) * 2003-08-25 2005-03-17 Toyota Motor Corp 高張力鋼のレーザ溶接方法

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