第一鋼業株式会社~熱処理用語

レーザー熱処理        [r09]

レーザーを利用して加熱する熱処理をレーザー熱処理とよんでいます。

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1~5KW以上の高出力レーザー光を照射して加熱し、表面だけが急速に加熱された後に、レーザー光を移動させると、レーザー光が当たらなくなった部分は、品物の伝導によって急速に冷却されることで焼入れができます。

これは表面熱処理の一種で、比較的新しい技術です。

広範囲に行われている表面焼入れ方法は、高周波焼入れですが、衝撃焼入れと呼ばれるものも、同様の「急加熱→自己冷却」で表面焼入れをする方法のひとつですが、レーザービームが届けば焼入れが可能なことや、高周波焼入れに必要なコイルなどがいらない利点があります。

高周波焼入れは、周波数によって硬化深度は1~5mm程度を得られ、ポリマー水溶液で冷却しながら焼入れします。
加熱深さも大きいので、冷却材を用いて冷却することで焼き入れます。

これに対してレーザー焼入れは、硬化深度は1mm程度以下(通常はミクロン単位で示される深さ)なので、焼入れ部分に対して品物が十分大きい場合は熱伝導により自己冷却されるので、ほとんどの場合は特別の冷却はしません。

また、レーザー焼入れの場合の焼戻しはほとんどされていません。

なぜ焼戻しをしないのか、ということについては、あまり詳しい資料を見たことがありません。

高周波を用いる衝撃焼入れや電子ビームなどの高エネルギーを利用した微小部分の焼入れなどでも同様に、焼戻しをしないで製品化されているものも少なくありません。

この「焼戻しなし」についての考えられる理由としては、焼入れ層がごく薄く、それを均一に焼戻しす方法がないか、または、特に、焼戻しの効果がないか、かえって、変質や変形などのデメリットが有るために行わない・・・などが考えられますが、ごく表面だけの加熱の場合は、しばしば、焼戻ししない工程で製品化されているものでも、一応の焼入れの効果が得られているために焼戻ししていなくても問題が起きていない・・・というのが現状のようです。

これは変な考え方のように思われるかもしれませんが、全体焼入れや高周波焼入れなどに実施される「焼戻し」は、それをするほうが、いろいろな面で特性にすぐれているために「焼戻しは必要」とされるだけですので、そうでなければ、それも一つの熱処理法と考えていいでしょう。

これらの焼戻しの可否については、これが比較的新しい加工技術ですので、いろいろなことがわかってくるのには時間がかかるでしょう。

得られる硬さについては高周波焼入れなどの表面熱処理と同様で、炭素鋼や低合金鋼では炭素量に依存した硬さが得られます。   

例えばS45Cでは(本来は硬化厚さが薄いので、微小硬さ計で測定しなければならないのですが、わかりやすいようにロックウェル硬さに換算すると)58~62HRC、程度の硬さに、また、SCM435では58~60HRC、SUJ2で62~65HRC程度の硬さがえられます。

そして、焼入れ性の良い材料や高炭素の材料は、高周波焼入れと同様に短時間の高エネルギー加熱であるので、加熱条件によって十分な硬さが入らないものもあります。

また、硬さ測定は焼入れ部分が微小であるのでロックウェル硬さなどの通常の硬さ試験機を用いた測定をすることはできません。

例えば、マイクロビッカースなどで、品物を切断して、その断面を測定することになるために、実体検査が大変なことから、測定による評価も大変で、熱処理結果の確認も難しいといえます。

これらのレーザー熱処理の考え方や問題点については、レーザー焼入れ自体が発展途上であり、これからいろいろ検討されて向上する段階にあるので、現段階では、焼入れの効果は、製品を使ってみて判断されている段階であるといえるでしょう。


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