[发明专利]激光淬火方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用半导体激光器的淬火方法。

背景技术

例如，在专利文献1(JP特开2003-138314号公报)中公开了本申请人提出的激光淬火装置。另外，在专利文献2(JP特开2005-238253号公报)中公开了装备在机床主轴上的能拆装自如的激光淬火工具。

这些激光淬火工具，把从激光发生源的半导体激光棒或半导体激光塔(stack)发出的激光，通过光纤、导波路，传送到工具前端的光矩上。

图1是被使用在本发明的激光淬火方法中的激光淬火工具的斜视图，图2是表示激光淬火工具的整体构成的侧剖视图，图3是图2的俯视图。用标号100表示整体的激光淬火工具具有被载置在基座110上的半导体激光塔120。半导体激光塔120具有电源连接端子122，被连接在未图示的电源上。

半导体激光塔120的输出被投入到有光通路132的保持架130内。在保持架130的光通路132内装备聚光光学系统(透镜)134，将半导体激光塔120的输出光束聚光。

被聚光的激光束向保持架140内的散光光学系统透镜142输入，进行发散使光束的轴线平行。发散的激光向安装在方形光导波路150的一端部的第1反射镜160输送。被反射镜160反射在方形光导波路150轴线方向上的激光一边被方形光导波路150内面上的反射面152反射一边前进，被投射在保持架172内的再聚光光学系统透镜170上。

在通过该方形光导波路150的期间，与以往的圆形剖面的光导波路相比，反射次数降低了，衰减也少了。

被再聚光光学系统透镜170再次聚光的激光束，被第2反射镜180将轴线改变90°，从光导波路喷嘴190射出，在未图示的工件表面上实施淬火处理。

图6是表示利用上述的激光淬火工具100的激光淬火工艺的说明图。

在工件W上激光淬火工具100的喷嘴190一边照射激光束LB一边沿箭头F₁方向前进，在工件W表面上形成沿着中心线L₁的淬火部Y₁。在接受来自当前的喷嘴190的激光束LB的照射的部分形成激光加热部H₀。

在比激光加热部H₀稍微靠后的区域R₁，由激光产生的热量扩散到工件W的母材内被迅速冷却。

图7是表示激光淬火原理的说明图。

图7中的a图表示接受来自喷嘴190的激光束LB的照射的状态，形成高温的激光加热部H₀。

图7中的b图表示喷嘴通过后的冷却部的加热部H₁的状态。因激光而接受的热能量E₁扩散到工件W的母材内被迅速冷却。通过该作用形成图7中的c图所示的淬火部H₂。

图8表示使喷嘴190沿着中心线L₁通过的状态，表示形成了宽度尺寸D₁的激光加热部H₀和淬火部的状态。

因为通过一次进程的激光淬火的宽度尺寸D₁比较狭窄，所以为了形成宽度尺寸较大的淬火部，需要之后进行多次进程的激光淬火。

图9表示在宽度尺寸D₁₀的较大区域内进行激光淬火的状态。

将喷嘴190移动间距P₁达到与中心线L₁、L₂、L₃对应的位置，形成淬火层H₁₁、H₁₂、H₁₃。

图10表示淬火层H₁₃处理完成，进行相邻层H₁₄的淬火的状态。在对层H₁₄进行淬火时，被激光束LB加热的层H₁₄的能量E₁向通过淬火被硬化的层H₁₃侧传导，通过该热，被硬化的淬火层H₁₃被再次加热。

通过该再次加热，跟已经通过淬火硬化的淬火层H₃的层H₁₄相邻的部分变成退火状态，形成软化层S₁₃。

也就是说，为了得到淬火宽度D₁₀，通过多次进程，进行所谓的重叠烧制，在淬火层之间形成软化层。

通过该现象，淬火层表面硬度高的表面HS和硬度低的表面SS形成以带状相邻的结构。