【レーザ焼入れ】低歪みで冷却が不要な熱処理技術

【レーザ焼入れ】低歪みで冷却が不要な熱処理技術

レーザ焼入れは、窒化処理や浸炭焼入れ、高周波焼入れと同じく、熱処理技術の一つです。他工法と比べて、局所的な焼入れができ、低歪みが特長です。
レーザ焼入れの原理や特長、メリット等を詳しく紹介いたします。


レーザを熱源に使うメリットや他工法との比較、様々な業界への適用事例を音声入り資料でご紹介します。

レーザ焼入れの原理

レーザ焼入れとは、レーザの光を当てるだけで焼きが入る工法です。レーザが金属にあたると金属表面が急激に加熱され、表面温度が一気に1000℃近くまで加熱されます。その後、金属の自己冷却で急激に温度が下がり、焼入れができます。そのため、基本的には水や油での冷却は不要となります。

他工法との比較

表面熱処理は大きく分けて、図のように浸炭焼入れ・窒化・表面焼入れの3種類に分類されます。
レーザ焼入れはその中で、高周波焼入れと同様に表面焼入れの分類に属しています。
また、他工法との焼入れ深さ、硬度、面積、歪みは比較表のとおりとなります。レーザ焼入れは他工法と比較すると、自己冷却が可能で極小の焼入れができ、歪みが小さいという特長があります。

  レーザ焼入れ 高周波焼入れ 浸炭焼き入れ 窒化処理
加工プロセス 加熱方法 焼き幅に合わせたビームを使用した部分加熱 形状に合わせたコイルを使用した部分加熱 炉による全体加熱 炉による全体加熱
冷却方法 自己冷却 水・油など 水・油など 不要
品質特性 焼入れ深さ ~1.5mm ~10mm ~5.0mm ~0.3mm
焼入れ硬度 炭素量により決まる 炭素量により決まる 浸炭条件と材質により決まる 窒化条件と材質により決まる
焼入れ面積 極小範囲の焼入れが得意 大面積の部分焼入れが可能 表面全体が硬化 表面全体が硬化
歪み 局所的に加熱し熱影響が少ないため、歪は少ない。 レーザに比べ熱影響が大きいため歪は出るが、他工法に比べると少ない。 炉による全体加熱のため、他工法に比べて歪は大きい。 処理温度が低いため、他工法に比べて歪は少ない。

高周波焼入れとの比較

全体焼入れ
部分焼入れ
高周波焼入れとレーザ焼入れの比較

硬度の比較表
  高周波焼入れ レーザ焼入れ
S45C HRC50~60 HRC55~60
S55C HRC55~65 HRC60~65
SCM440 HRC55~62 HRC57~62
SK5 HRC55~65 HRC60~65
SUJ2 HRC58~65 HRC60~65
FCD600 HRC45~52 HRC50~60
SUS420J2 HRC45~55 HRC45~55

レーザ焼入れのメリット

①硬化が必要な部分のみ狙える
②複雑形状ワークの焼入れができる
③奥まった部位に焼入れができる
④熱処理後の歪みが小さい
⑤自己冷却のため熱処理割れが起こりにくい
⑥ランニングコストの低減⇒富士高周波工業㈱様ではレーザ焼入れの電気代が高周波焼入れと比較して1/3に減少

レーザ焼入れのメリットは、下記5点があります。
①硬化が必要な部分のみ狙える
②複雑形状ワークの焼入れができる
③奥まった部位に焼入れができる
④熱処理後のひずみが小さい
⑤自己冷却のため熱処理割れが起こりにくい
⑥ランニングコストの低減

適用事例のご紹介

【クランクシャフトのレーザ焼入れ】

エンジン部品のクランクシャフトへのレーザ焼入れです。 これまでは、高周波焼入れが主流でしたが、レーザ焼入れの特長である歪みの小ささや1ラインで異なる型の部品を流せるというメリットから、レーザ焼入れを適用するための研究が進んでいます。

【タービンブレードへのレーザ焼入れ】

発電関連で使用するタービンブレードへのレーザ焼入れの適用です。 これまでは火炎焼入れが主流でしたが、レーザ焼入れの特長である歪みの小ささや自動化を目的として、量産で使用されています。

その他事例

【工作機械分野】工作機械部品
【自動車分野】エンジン部品、駆動部品、金型
【ギヤ関連】ラックギヤ


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