JPS5950726B2 - 焼入れ装置 - Google Patents
焼入れ装置Info
- Publication number
- JPS5950726B2 JPS5950726B2 JP52071234A JP7123477A JPS5950726B2 JP S5950726 B2 JPS5950726 B2 JP S5950726B2 JP 52071234 A JP52071234 A JP 52071234A JP 7123477 A JP7123477 A JP 7123477A JP S5950726 B2 JPS5950726 B2 JP S5950726B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser beam
- hardened
- temperature
- changing
- steel object
- 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
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/06—Surface hardening
- C21D1/09—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Organic Chemistry (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明はレーザを用いて、被焼入れ物の表面層を均一
に焼入れする焼入れ装置に関するものである。
に焼入れする焼入れ装置に関するものである。
従来の焼入れ装置を第１図に示す。
図において１はＣＯ２レーザ発振器、２はレーザビーム
、３はレーザビーム集光器で、平面鏡３ａ、レンズ３ｂ
で構成される。４は焼入れされる鉄鋼物、４ａはレーザ
ビーム吸収皮膜である。
、３はレーザビーム集光器で、平面鏡３ａ、レンズ３ｂ
で構成される。４は焼入れされる鉄鋼物、４ａはレーザ
ビーム吸収皮膜である。
ＣＯ。レーザ発振器１から放出されるレーザビーム２は
、集光器３によつて被焼入れ鉄鋼物４に集光される。被
焼入れ鉄鋼物４はレーザビーム吸収皮膜４ａが塗布され
ているので、集光されたレーザビーム２ｂはこのレーザ
ビーム吸収皮膜４ａで吸収され、光エネルギーは熱エネ
ルギーに変換される。レーザビーム吸収皮膜４ａで発生
した熱エネルギーは被焼入れ鉄鋼物４に伝導され、さら
に金属表面層へ拡散され、被焼入れ鉄鋼物４の表面層（
深さ０．３〜０．７ｍｍフまで）が加熱されることによ
り、その金属組織はオーステナイトに変態する。鉄鋼物
４は所定の速度で送られており、加熱されてオーステナ
イトに変態した表面層は、レーザビーム照射面から離れ
ると急速に冷却される。この急速冷却によつて、丁オー
ステナイト組織はマルテンサイト組織に変態し、表面層
は焼入れされる。ＣＯ。レーザビーム２のパワーは極め
て高いので、被焼入れ鉄鋼物４の表面層を急速加熱およ
び急速冷却することができ不必要な熱エネルギーを被焼
入れ鉄鋼物４に与えフないため、熱歪が微小な表面焼入
れが高速でできる。ＣＯ。
、集光器３によつて被焼入れ鉄鋼物４に集光される。被
焼入れ鉄鋼物４はレーザビーム吸収皮膜４ａが塗布され
ているので、集光されたレーザビーム２ｂはこのレーザ
ビーム吸収皮膜４ａで吸収され、光エネルギーは熱エネ
ルギーに変換される。レーザビーム吸収皮膜４ａで発生
した熱エネルギーは被焼入れ鉄鋼物４に伝導され、さら
に金属表面層へ拡散され、被焼入れ鉄鋼物４の表面層（
深さ０．３〜０．７ｍｍフまで）が加熱されることによ
り、その金属組織はオーステナイトに変態する。鉄鋼物
４は所定の速度で送られており、加熱されてオーステナ
イトに変態した表面層は、レーザビーム照射面から離れ
ると急速に冷却される。この急速冷却によつて、丁オー
ステナイト組織はマルテンサイト組織に変態し、表面層
は焼入れされる。ＣＯ。レーザビーム２のパワーは極め
て高いので、被焼入れ鉄鋼物４の表面層を急速加熱およ
び急速冷却することができ不必要な熱エネルギーを被焼
入れ鉄鋼物４に与えフないため、熱歪が微小な表面焼入
れが高速でできる。ＣＯ。
レーザ発振器１から放出された拡がり角の小さいレーザ
ビーム２をレンズ３ｂで集光したとき集光レーザビーム
２の直径はレンズ３ｂからの丁距離ｌの増加とともに小
さくなり、そのパワー密度は徐々に高くなる。距離ｌが
Ｌ・ンズ３ｂの焦点距離ｆと等しいとき、レーザビーム
２ｂの直径は最小になり、そのパワー密度は最大になる
。さて、酸化鉄を被覆した鉄鋼材料Ｓ４５Ｃに出フカ３
３０Ｗ（７）ＣＯ。レーザビームを集光すると、ビーム
照射面のスポット直径が２．５ｍｍとき、最大焼入れ深
さは０．５０用型であり、ビーム照射面のスポット直径
が３．５ｍ■のとき、最大焼入れ深さは０．２６ｍｍで
ある。ただし、試料送り速度は３０Ｃｍ／ｍｉｎであＪ
る。以上の実験結果により、レーザビーム照射面のレー
ザビーム特性（スポット径、パワー密度）が最大焼入れ
深さを支配することが分かる。そのため、被焼人れ鉄鋼
物４の形状に凹凸がある場合、レンズ３ｂと被焼入れ鉄
鋼物４のレーザビーム照射面との距離ＩＷが変動するこ
とになり、照射面のレーザビーム特性（スポツト径、パ
ワー密度）が変動するため、表面層の温度分布が変動し
均一で安定な表面焼入れができない。この発明は上記の
ような欠点を除去するためになされたもので、被焼入れ
物に照射されるレーザの集光面積を変えて照射部の温度
を設定値に保つことにより、均一な表面焼入れができる
焼入れ装置を提供することを目的としている。以下この
発明の一実施例を図に基づいて説明する。
ビーム２をレンズ３ｂで集光したとき集光レーザビーム
２の直径はレンズ３ｂからの丁距離ｌの増加とともに小
さくなり、そのパワー密度は徐々に高くなる。距離ｌが
Ｌ・ンズ３ｂの焦点距離ｆと等しいとき、レーザビーム
２ｂの直径は最小になり、そのパワー密度は最大になる
。さて、酸化鉄を被覆した鉄鋼材料Ｓ４５Ｃに出フカ３
３０Ｗ（７）ＣＯ。レーザビームを集光すると、ビーム
照射面のスポット直径が２．５ｍｍとき、最大焼入れ深
さは０．５０用型であり、ビーム照射面のスポット直径
が３．５ｍ■のとき、最大焼入れ深さは０．２６ｍｍで
ある。ただし、試料送り速度は３０Ｃｍ／ｍｉｎであＪ
る。以上の実験結果により、レーザビーム照射面のレー
ザビーム特性（スポット径、パワー密度）が最大焼入れ
深さを支配することが分かる。そのため、被焼人れ鉄鋼
物４の形状に凹凸がある場合、レンズ３ｂと被焼入れ鉄
鋼物４のレーザビーム照射面との距離ＩＷが変動するこ
とになり、照射面のレーザビーム特性（スポツト径、パ
ワー密度）が変動するため、表面層の温度分布が変動し
均一で安定な表面焼入れができない。この発明は上記の
ような欠点を除去するためになされたもので、被焼入れ
物に照射されるレーザの集光面積を変えて照射部の温度
を設定値に保つことにより、均一な表面焼入れができる
焼入れ装置を提供することを目的としている。以下この
発明の一実施例を図に基づいて説明する。
第２図において、１はＣＯ２レーザ発振器、３はレーザ
ビームを被焼入れ鉄鋼物４に集光する集光器、１１はレ
ーザビーム２の照射された鉄鋼物４の温度を検出する放
射温度計、１２は放射温度計１１および集光レンズ３ｂ
を支持する支持構造物、１３は支持構造物１２を移動さ
せる移動装置であり、鉄鋼物４上に集光されるレーザビ
ーム２ｂの集光面積を変える装置を構成している。この
移動装置１３は、モータ１３ａ伝導装置１３ｂ及び移動
部１３Ｃから成つている。１４は温度制御装置で放射温
度計１１からのフイードバツク信号と所定の温度基準入
力信号とを処理し、動作信号を移動装置１３の駆動モー
タ１３ａに送信する。
ビームを被焼入れ鉄鋼物４に集光する集光器、１１はレ
ーザビーム２の照射された鉄鋼物４の温度を検出する放
射温度計、１２は放射温度計１１および集光レンズ３ｂ
を支持する支持構造物、１３は支持構造物１２を移動さ
せる移動装置であり、鉄鋼物４上に集光されるレーザビ
ーム２ｂの集光面積を変える装置を構成している。この
移動装置１３は、モータ１３ａ伝導装置１３ｂ及び移動
部１３Ｃから成つている。１４は温度制御装置で放射温
度計１１からのフイードバツク信号と所定の温度基準入
力信号とを処理し、動作信号を移動装置１３の駆動モー
タ１３ａに送信する。
第３図は第２図の温度制御系のプロツク線図であり、１
５は差引き点、１６はレーザビーム集光面積である。鉄
鋼物４の照射面の状態にかかわらず照射面の温度を一定
にするため．にはレーザビームの照射面での集光面積を
変え、微視的にみて一定の単位面積当りの熱エネルギー
が鉄鋼物表面に達すればよい。
５は差引き点、１６はレーザビーム集光面積である。鉄
鋼物４の照射面の状態にかかわらず照射面の温度を一定
にするため．にはレーザビームの照射面での集光面積を
変え、微視的にみて一定の単位面積当りの熱エネルギー
が鉄鋼物表面に達すればよい。
第２，３図においてレーザビームが照射されている鉄鋼
物４表面の温度Ｔは放射温度計１１により検出され、こ
の放射温度計１１を構成する放射発振器（図示せず）に
は起電力Ｅ＝ＫＴｎが発生する。 （Ｋは放射発信器に
よつて定まる定数、ｎは４〜５の定数）この電圧Ｅは温
度制御装置１４内に取入れられ、変換器１４ａにより温
度制御装置１４に適した信号ｔに変換され差引点１５に
送・出される。一方、温度制御装置１４には焼入れに適
した鉄鋼物４の設定された表面温度Ｔ。が取入れられ、
変換器１４ｂにより温度制御装置１４に適した信号レに
変換された差引点１５に送出され、差引点１５から動作
信号Ｔ。＝ｔが増幅器１４ｃに送出される。そして、移
動装置１３のモータ１３ａにはＴ。−ｔの大きさに応じ
た駆動電流が流れる。モータ１３ａは、ウオームギヤな
どから成する伝動装置１３ｂを介して、移動部１３Ｃを
上記信号Ｔ。−ｔが零になる方向に△ＩＷ移動させる。
このようにしてレンズ３ｂと鉄鋼物４表面との距離は変
化し、レーザビームの鉄鋼物４表面上での集光面積が変
化する。ク 例えば、移動により鉄鋼物４の製品の表面
の平坦部４１から溝部４２にレーザビームが照射される
ようになり、ビームの集光面積が小さくなつて表面温度
が上がり過ぎるようになると、温度制御装置１４により
移動部１３ｃを鉄鋼物４表面に近ｉづくように制御し、
集光面積が一定になるようにする。
物４表面の温度Ｔは放射温度計１１により検出され、こ
の放射温度計１１を構成する放射発振器（図示せず）に
は起電力Ｅ＝ＫＴｎが発生する。 （Ｋは放射発信器に
よつて定まる定数、ｎは４〜５の定数）この電圧Ｅは温
度制御装置１４内に取入れられ、変換器１４ａにより温
度制御装置１４に適した信号ｔに変換され差引点１５に
送・出される。一方、温度制御装置１４には焼入れに適
した鉄鋼物４の設定された表面温度Ｔ。が取入れられ、
変換器１４ｂにより温度制御装置１４に適した信号レに
変換された差引点１５に送出され、差引点１５から動作
信号Ｔ。＝ｔが増幅器１４ｃに送出される。そして、移
動装置１３のモータ１３ａにはＴ。−ｔの大きさに応じ
た駆動電流が流れる。モータ１３ａは、ウオームギヤな
どから成する伝動装置１３ｂを介して、移動部１３Ｃを
上記信号Ｔ。−ｔが零になる方向に△ＩＷ移動させる。
このようにしてレンズ３ｂと鉄鋼物４表面との距離は変
化し、レーザビームの鉄鋼物４表面上での集光面積が変
化する。ク 例えば、移動により鉄鋼物４の製品の表面
の平坦部４１から溝部４２にレーザビームが照射される
ようになり、ビームの集光面積が小さくなつて表面温度
が上がり過ぎるようになると、温度制御装置１４により
移動部１３ｃを鉄鋼物４表面に近ｉづくように制御し、
集光面積が一定になるようにする。
これは鉄鋼物４の微視的な表面状態が同一である場合で
あり、本質的には上述のように温度制御装置１４は照射
部の温度が一定になるように移動部１３ｃを移動させて
いることになる。ノ また、鉄鋼物４表面が部分的に光
に対する反射・吸収が加工状態により異なる場合、例え
ば、照射部が吸収率が大きな部分から小さな部分に移動
した場合、温度は低くなるので、温度制御装置１４は移
動部１３Ｃを鉄鋼物４側に移動させ、集・光面積を小さ
＜することになる。このようにして照射部の温度は設定
値に保たれることになる。
あり、本質的には上述のように温度制御装置１４は照射
部の温度が一定になるように移動部１３ｃを移動させて
いることになる。ノ また、鉄鋼物４表面が部分的に光
に対する反射・吸収が加工状態により異なる場合、例え
ば、照射部が吸収率が大きな部分から小さな部分に移動
した場合、温度は低くなるので、温度制御装置１４は移
動部１３Ｃを鉄鋼物４側に移動させ、集・光面積を小さ
＜することになる。このようにして照射部の温度は設定
値に保たれることになる。
なお、上述の実施例における集光面積を変える装置では
、レンズ３ｂを移動装置１３により移動’させて鉄鋼物
４とレンズ３ｂとの距離を変化させるものを示したが、
この発明はこれに限られるものではなく、集光面積を変
える装置が鉄鋼物４を移動させるものであつてもよい。
、レンズ３ｂを移動装置１３により移動’させて鉄鋼物
４とレンズ３ｂとの距離を変化させるものを示したが、
この発明はこれに限られるものではなく、集光面積を変
える装置が鉄鋼物４を移動させるものであつてもよい。
また、集光面積を変える装置は、レンズ３ｂと鉄鋼物４
の距離を一定にしておき、レンズ３ｂとしてズームレン
ズを用い、ズームレンズの焦点距離を変化させるもので
もよい。また、この実施例では、被焼入れ物として鉄鋼
物を示したが、ジュラルミン等であつてもよい。
の距離を一定にしておき、レンズ３ｂとしてズームレン
ズを用い、ズームレンズの焦点距離を変化させるもので
もよい。また、この実施例では、被焼入れ物として鉄鋼
物を示したが、ジュラルミン等であつてもよい。
さらに、集光器としてレンズを用いたものを示したが、
この発明はこれに限られず、球面鏡、放物面鏡を用いて
もよい。以上のように、この発明によれば、被焼入れ物
に照射される集光面積を変えることにより照射されてい
る被焼入れ物の表面の状態にかかわらず照射部の温度を
一定にすることができるため、均一な表面焼入れを行な
うことができる。
この発明はこれに限られず、球面鏡、放物面鏡を用いて
もよい。以上のように、この発明によれば、被焼入れ物
に照射される集光面積を変えることにより照射されてい
る被焼入れ物の表面の状態にかかわらず照射部の温度を
一定にすることができるため、均一な表面焼入れを行な
うことができる。
第１図は従来の焼入れ装置を示す構成図、第２図はこの
発明の焼入れ装置の一実施例を示す説明図、第３図は第
２図の温度制御系のプロツク線図である。 図において、］はレーザ発振器、３は集光器、４は被焼
入れ鉄鋼物、１１は放射温度計、１２は支持構造物、１
３は集光面積を変える装置、１４は温度制御装置である
。
発明の焼入れ装置の一実施例を示す説明図、第３図は第
２図の温度制御系のプロツク線図である。 図において、］はレーザ発振器、３は集光器、４は被焼
入れ鉄鋼物、１１は放射温度計、１２は支持構造物、１
３は集光面積を変える装置、１４は温度制御装置である
。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ レーザ発生装置、このレーザ発生装置からのレーザ
を被焼入れ物に集光する集光器、集光された上記レーザ
が当つている上記被焼入れ物の温度を検出する温度検出
器、この温度検出器から検出された温度が設定温度にな
るように上記集光器によつて集光される上記被焼入れ物
上の上記レーザの集光面積を変える装置を備えた焼入れ
装置。 ２ 集光面積を変える装置を集光器と被焼入れ物との距
離を変える装置としたことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の焼入れ装置。 ３ 集光面積を変える装置を集光器の焦点距離を変える
装置としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の焼入れ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52071234A JPS5950726B2 (ja) | 1977-06-15 | 1977-06-15 | 焼入れ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52071234A JPS5950726B2 (ja) | 1977-06-15 | 1977-06-15 | 焼入れ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS545809A JPS545809A (en) | 1979-01-17 |
| JPS5950726B2 true JPS5950726B2 (ja) | 1984-12-10 |
Family
ID=13454789
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52071234A Expired JPS5950726B2 (ja) | 1977-06-15 | 1977-06-15 | 焼入れ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5950726B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0379336A (ja) * | 1989-08-22 | 1991-04-04 | Toray Ind Inc | 不織布の立体構造物 |
-
1977
- 1977-06-15 JP JP52071234A patent/JPS5950726B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0379336A (ja) * | 1989-08-22 | 1991-04-04 | Toray Ind Inc | 不織布の立体構造物 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS545809A (en) | 1979-01-17 |
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