阅读说明：本技术 工具材料的制造方法及工具材料 (Method for producing tool material and tool material ) 是由 石川毅 萨田寿隆 高桥和仁 横田知宏 吉田健太郎 中村纪夫 本泉佑 于 2019-02-07 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种不会大幅损害利用激光熔覆法而形成的堆焊层的耐磨损性和抗高温软化性等却能够有效地改善其他机械性能(弯曲应力、韧性、耐冲击性等)的方法。而且,本发明还提供一种在比较廉价的金属基材的最表面形成有具备优异的弯曲应力、韧性、耐冲击性、耐磨损性等的高速工具钢的堆焊层的工具材料。为了解决上述课题,本发明提供一种工具材料的制造方法,其特征在于,具有：激光熔覆工序,向金属基材的表面供给高速工具钢粉末并且照射激光束来形成堆焊层；球化退火工序,以750～880℃的温度对该堆焊层进行热处理；淬火工序,对实施了球化退火工序后的堆焊层进行淬火；及回火工序,对实施了淬火工序后的堆焊层进行回火。(The present invention provides a method for effectively improving other mechanical properties (such as bending stress, toughness, and impact resistance) without significantly impairing the wear resistance and high-temperature softening resistance of a build-up layer formed by a laser cladding method. The present invention also provides a tool material in which a build-up layer of high-speed tool steel having excellent bending stress, toughness, impact resistance, wear resistance, and the like is formed on the outermost surface of a relatively inexpensive metal base. In order to solve the above problem, the present invention provides a method for manufacturing a tool material, comprising: a laser cladding step of supplying high-speed tool steel powder to the surface of the metal base material and irradiating the surface with a laser beam to form a build-up layer; a spheroidizing annealing process, wherein the surfacing layer is subjected to heat treatment at the temperature of 750-880 ℃; a quenching step of quenching the overlay layer subjected to the spheroidizing annealing step; and a tempering step of tempering the build-up layer after the quenching step.)

工具材料的制造方法及工具材料

技术领域

本发明涉及一种利用激光熔覆法在金属基材的表面形成高速工具钢的堆焊层的工具材料的制造方法及利用该制造方法制造出的工具材料。

背景技术

以往，作为表面处理技术之一，已知有在金属基材的表面堆焊与该金属基材不同的高硬度材料，从而提高最表面的耐磨损性等的技术。在利用该技术时，即使使用高硬度材料而形成的表面的堆焊层被磨损，基材也能够保持原来的形状，因此通过对该基材再次进行相同的堆焊，能够实现反复使用。例如，在专利文献1(日本特开2013-176778号公报)中，作为进行堆焊的方法，公开了利用激光在金属基材表面形成高硬度的堆焊层的激光熔覆(laser cladding)法。

在此，作为用于堆焊的代表性的高硬度材料，可以举出在金属部件的高速切削等中使用的高速工具钢。例如，在专利文献2(日本特开2016-155155号公报)中公开了利用激光熔覆法在金属基材的表面堆焊多层高速工具钢的技术，所形成的堆焊层获得了与HIP(热等静压法)材料同等以上的硬度及耐磨损性。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-176778号公报

专利文献2：日本特开2016-155155号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

然而，在利用激光熔覆法的以往的堆焊中，堆焊层成为急冷凝固组织，析出碳化物在母材晶界处偏析导致弯曲应力下降，因此其用途受限。而且，作为高硬度的权衡取舍其韧性会下降，因此还很难适应于要求耐冲击性的用途。

鉴于上述现有技术中存在的问题点，本发明的目的是提供一种不会大幅损害利用激光熔覆法而形成的堆焊层的耐磨损性和抗高温软化性等却能够有效地改善其他机械性能(弯曲应力、韧性、耐冲击性等)的方法。而且，本发明的目的在于，还提供一种在比较廉价的金属基材的最表面形成有兼具优异的弯曲应力、韧性、耐冲击性、耐磨损性等的高速工具钢的堆焊层的工具材料。

用于解决技术课题的手段

本发明人等为了实现上述目的，对利用激光熔覆法形成的高速工具钢堆焊层的组织控制方法等反复进行了苦心研究，其结果发现，以适当的温度范围实施热处理等是极其有效的，由此完成了本发明。

即，本发明提供一种工具材料的制造方法，其特征在于，具有：

激光熔覆工序，向金属基材的表面供给高速工具钢粉末并且照射激光束来形成堆焊层；

球化退火工序，以750～880℃的温度对所述堆焊层进行热处理；

淬火工序，对实施了所述球化退火工序后的所述堆焊层进行淬火；及

回火工序，对实施了所述淬火工序后的所述堆焊层进行回火。

通过激光熔覆法而形成的堆焊层的金属组织成为急冷凝固组织，在使用高速工具钢粉末作为原料的情况下，碳化钨、碳化铬、碳化钒及碳化钼等析出碳化物在母材晶界处呈网状偏析。该析出碳化物的偏析会使堆焊层的弯曲应力、韧性及耐冲击性等下降，但是，通过以750～880℃的温度范围实施热处理，能够使析出碳化物球状化，并且能够使网状分布***。

并且，在本发明的工具材料的制造方法中，优选地，在所述球化退火工序中，将所述堆焊层保持在820～880℃，然后以10～50℃/小时的冷却速度冷却至大致750℃，之后以50～150℃/小时的冷却速度进行冷却。在球化退火工序中，从促进析出碳化物的球状化及网状分布的***的观点出发，优选将所述堆焊层的温度设为775～825℃。

并且，通过将堆焊层保持在820～880℃之后以50～150℃/小时的冷却速度缓慢冷却至大致750℃，能够使基体组织整体成为珠光体组织。在此，优选在750℃下保持一个小时左右。在用炉温管理热处理温度时，有时存在即使炉温显示750℃而物温(堆焊层的温度)却无法达到该温度的情况，但是，通过在750℃下保持一个小时左右，能够将堆焊层的温度准确地设为750℃。另外，最终要以50～150℃/小时的冷却速度进行冷却，但是，例如可以通过进行炉冷能够简单地实现该冷却速度。

并且，在本发明的工具材料的制造方法中，优选地，将所述淬火工序的淬火温度设为1120～1190℃。通过将淬火温度设为该温度范围，能够对高速工具钢激光堆焊层赋予充分的硬度并且能够确保韧性。

并且，在本发明的工具材料的制造方法中，优选地，将所述回火工序的回火温度设为540～570℃，更优选设为大致560℃。在将回火温度设为低于堆焊层的回火硬度成为最高的温度(峰值温度)的情况下，所获得的组织会成为不稳定的状态，但是，通过以高于该峰值温度的温度进行回火，能够获得稳定的组织。并且，通过重复进行三次以上所述回火工序，能够更加可靠地获得稳定的组织。

而且，在本发明的工具材料的制造方法中，优选地，在所述激光熔覆工序中，沿厚度方向形成两层以上的所述堆焊层，并且使相邻的下部堆焊层与上部堆焊层的端部不在相同的位置。通过在厚度方向上形成两层以上的堆焊层，能够任意地设定堆焊层的合计厚度，通过使相邻的下部堆焊层与上部堆焊层的端部不在相同的位置，能够抑制该堆焊层的剥离。

并且，本发明还提供一种工具材料，其特征在于，

在金属基材的表面，沿厚度方向形成有两层以上的高速工具钢的激光堆焊层，

所述激光堆焊层的析出碳化物呈大致球状且未在母材晶界处偏析。

在本发明的工具材料中，最表面成为具有优异的抗高温软化性及耐磨损性的高速工具钢激光堆焊层，该激光堆焊层的析出碳化物呈大致球状且并未在母材晶界处偏析，因此具有高弯曲应力及耐冲击性。即，本发明的工具材料能够用于各种工具和耐磨损部件等，并且，由于能够在宽广的区域形成激光堆焊层，因此还能够很好地用作大型部件。并且，通过采用廉价的材料作为金属基材从而能够降低工具材料的材料成本，例如，通过使用具有比激光堆焊层更优异的韧性等的金属基材，还能够提高整个工具材料的可靠性等。

在此，“析出碳化物呈大致球状”意味着，与具有急冷凝固组织的通常的高速工具钢堆焊层的在晶界处偏析的析出碳化物相比，其球状化更发展。并且，“析出碳化物未在母材晶界处偏析”意味着，在通常的急冷凝固组织中会在晶界处偏析的析出碳化物不仅存在于晶界处还存在与晶粒内，并且析出碳化物彼此之间的排列***。其结果，能够抑制龟裂沿着析出碳化物扩散。

只要无损本发明的效果，金属基材并不受特别限定，可以使用以往公知的各种金属基材，但是，从与形成于表面的高速工具钢激光堆焊层之间的密合性、稀释的抑制、机械性能等观点出发，优选使用钢材，例如，可以适当地使用工具钢或轴承钢等。

并且，形成高速工具钢激光堆焊层的区域及高速工具钢激光堆焊层的厚度并不受特别限定，只要仅在金属基材表面的必要的区域形成有厚度适当的高速工具钢激光堆焊层即可。

并且，在本发明的工具材料中，优选地，在所述激光堆焊层中，相邻的下部激光堆焊层与上部激光堆焊层的端部在不同的位置。通过使下部激光堆焊层与上部激光堆焊层的端部的位置不同，能够抑制各种应力的施加或热冲击等所引起的堆焊层的剥离。

并且，在本发明的工具材料中，优选地，所述激光堆焊层的弯曲应力为2500MPa以上。通过使本质上抗高温软化性和耐磨特性优异的高速工具钢激光堆焊层具有2500MPa以上的弯曲应力，能够将本发明的工具材料很好地适用于堆焊层受到大应力的用途。

而且，在本发明的工具材料中，优选地，所述金属基材呈圆柱状。通过将圆柱状的金属基材的最表面设为高速工具钢激光堆焊层，例如，能够将本发明的工具材料用作轧辊。

并且，在本发明的工具材料中，优选地，所述堆焊层的硬度为850HV以上。通过使堆焊层的硬度成为850HV以上，能够将工具材料用于各种切削工具和耐磨损部件等。

另外，通过本发明的工具材料的制造方法能够很好地制作出本发明的工具材料。

发明效果

根据本发明，能够提供一种不会大幅损害利用激光熔覆法而形成的堆焊层的耐磨损性和抗高温软化性等却能够有效地改善其他机械性能(弯曲应力、韧性、耐冲击性等)的方法。而且，本发明还能够提供一种在比较廉价的金属基材的最表面形成有具有优异的弯曲应力、韧性、耐冲击性、耐磨损性等的高速工具钢的堆焊层的工具材料。

附图说明

图1是本发明的工具材料的制造方法的工序图。

图2是热处理工序之前的堆焊层的金属组织的示意图。

图3是热处理工序之后的堆焊层的金属组织的示意图。

图4是表示本发明的工具材料的一例的概略剖视图。

图5是本发明的工具材料(热轧用辊)的概略剖视图。

图6是本发明的工具材料(棒钢、线材用辊)的概略剖视图。

图7是本发明的工具材料(钢坯、钢片用辊)的概略剖视图。

图8是实施工具材料的截面低倍照片。

图9是表示在实施例及比较例中获得的堆焊层及烧结体的维氏硬度的曲线图。

图10是实施工具材料的热处理之前的堆焊层的组织照片。

图11是实施工具材料的热处理之后的堆焊层的组织照片。

图12是表示堆焊层及烧结体的弯曲应力(抗弯强度)的曲线图。

图13是表示堆焊层及烧结体的耐磨损性的曲线图。

具体实施方式

以下，参考图1至图4，对本发明的工具材料的制造方法及工具材料的代表性实施方式进行详细说明。但是，本发明并不只限于图示，各附图仅用于概念性地说明本发明，因此为了便于理解，根据需要有时会夸张或简化表示比例及数量。而且，在以下说明中，对相同或相当的部分标注相同的符号，并省略重复说明。

1.工具材料的制造方法

图1中示出了本发明的工具材料的制造方法的工序图。本发明的工具材料的制造方法具有激光熔覆工序(S01)、球化退火工序(S02)、淬火工序(S03)及回火工序(S04)。

(1)激光熔覆工序(S01)

激光熔覆工序(S01)是向金属基材的表面供给高速工具钢粉末并且照射激光束来形成堆焊层的工序。另外，高速工具钢粉末存在其一部分组成互不相同的多种粉末，但是，只要根据耐磨损性或韧性等所要求的特性适当地选择即可。

只要无损本发明的效果，本发明的工具材料的制造方法中使用的激光熔覆并不受特别限定，可以利用以往公知的各种激光熔覆法。激光熔覆法是对金属基材的表面的激光照射区域供给粒径统一的微细的金属粉末从而在该金属基材之上一体地形成堆焊层的表面处理法，其还被利用于切割工具或轧制工具等的制作阶段的中间体(即，工具材料)的制作中。

在该激光熔覆法中，由于使从激光光源射出的激光束聚光以进行局部的热量输入从而使金属粉末熔融，因此，堆焊层是通过急速溶融及急冷凝固而形成的。并且，能够减少对基材的热应变和热影响部，从而能够降低基材与所形成的堆焊层中的稀释率。而且，射出激光束及金属粉末的吹管部(torch)可以进行基于程序的机器人控制，因而能够比较准确地控制堆焊层的形成部位及形状，因此还能够很好地用于对出现在金属部件的一部分上的龟裂等进行修补。

在激光熔覆中，只要使用具有适当的组成及粒度分布等的高速工具钢粉末作为原料并根据要形成的堆焊层的尺寸及特性等适当地将工艺条件调整为最佳即可，但是，优选使用直径为50～150μm的高速工具钢粉末。并且，只要无损本发明的效果，金属基材也并不受特别限定，可以使用以往公知的各种金属基材，但是，从与形成于表面的高速工具钢堆焊层之间的密合性、稀释的抑制、机械性能等观点出发，优选使用钢材，可以适当地使用工具钢或轴承钢等。更具体而言，例如可以使用中碳钢材(S45C等)、铬钼钢钢材、合金工具钢钢材、高碳铬轴承钢钢材等。

在此，在激光熔覆工序(S01)中，基本上通过激光束的直线移动及隔着规定间隔的平行移动进而使整体往返多次，从而形成大致面状的多层堆焊层，但并不只限于此，例如，也可以仅反复规定次数的直线移动来形成堆焊部，也可以组合直线移动和曲线移动，进而反复进行该组合规定次数。

而且，在激光熔覆工序(S01)中，优选地，在厚度方向上形成两层以上的堆焊层，并且使相邻的下部堆焊层与上部堆焊层的端部不在相同的位置。通过在厚度方向上形成两层以上的堆焊层，能够任意地设定堆焊层的合计厚度，通过使相邻的下部堆焊层与上部堆焊层的端部不在相同的位置，能够抑制该堆焊层的剥离。

(2)球化退火工序(S02)

球化退火工序(S02)是对在激光熔覆工序(S01)中形成的堆焊层实施用于使析出碳化物球状化及均匀分散的热处理的工序。

通过激光熔覆工序(S01)而形成的堆焊层的金属组织成为急冷凝固组织，在使用高速工具钢粉末作为原料的情况下，碳化钨、碳化铬、碳化钒及碳化钼等析出碳化物在母材晶界处呈网状偏析。该析出碳化物的偏析会使堆焊层的弯曲应力、韧性及耐冲击性等下降，但是，通过以750～880℃的温度范围实施热处理，能够使析出碳化物球状化，并且能够使网状分布***。

并且，在本发明的工具材料的制造方法中，优选地，在所述球化退火工序中，将所述堆焊层保持在820～880℃，然后以10～50℃/小时的冷却速度冷却至大致750℃，之后以50～150℃/小时的冷却速度进行冷却。在球化退火工序中，从促进析出碳化物的球状化及网状分布的***的观点出发，优选将所述堆焊层的温度设为775～825℃。

图2及图3中示出了球化退火工序(S02)前后的堆焊层的金属组织的示意图。在球化退火工序(S02)之前，堆焊层处于析出碳化物4在母材晶粒2的晶粒边界处呈网状偏析的状态。并且，大部分析出碳化物4呈扁平形状。相对于此，通过实施球化退火工序(S02)，析出碳化物4还分散于母材晶粒2的晶粒之内，明显的网状的网络结构消失。而且，通过热处理，析出碳化物4的形状朝向球状化发展。

通过775～825℃的温度范围的热处理，有效地获得析出碳化物4的分布情况及形状的变化，尤其在大致800℃的热处理中尤为显著。通过将热处理的温度设为超过775℃且低于825℃，在成为了急冷凝固组织的高速工具钢基材的金属组织中，能够使在母材晶界处呈网状偏析的析出碳化物球状化，并且能够使网状分布***。通过该析出碳化物的变化，能够改善韧性及耐冲击性等。另外，本发明人等对具有急冷凝固组织的高速工具钢激光堆焊层的热处理条件进行了详细探讨的结果发现了该温度范围。

球化退火工序(S02)中的热处理时间优选设为30分钟以上。通过将热处理的保持时间设为30分钟以上，能够使呈网状偏析的析出碳化物4的充分***。其结果，能够改善高速工具钢激光堆焊层的弯曲应力、韧性及耐冲击性等。另外，更优选保持时间为一个小时以上，最优选保持时间为三个小时以上。

并且，优选地，将高速工具钢激光堆焊层保持在820～880℃，然后以10～50℃/小时的冷却速度冷却至大致750℃，之后以50～150℃/小时的冷却速度进行冷却。在球化退火工序中，从促进析出碳化物4的球状化及网状分布的***的观点出发，优选将所述堆焊层的温度设为775～825℃。

并且，通过将堆焊层保持在820～880℃之后以50～150℃/小时的冷却速度缓慢冷却至大致750℃，能够使基体组织整体成为珠光体(pearlite)组织。在此，优选在750℃下保持一个小时左右。在用炉温管理热处理温度时，有时存在即使炉温显示750℃而物温(堆焊层的温度)却无法达到该温度的情况，但是，通过在750℃下保持一个小时左右，能够将堆焊层的温度准确地设为750℃。另外，最终要以50～150℃/小时的冷却速度进行冷却，但是可以通过进行炉冷能够简单地实现该冷却速度。

作为热处理的加热机构，可以使用热处理炉或热处理槽等，但是，从防止氧化的观点出发，优选在惰性气体气氛或减压/真空环境下进行热处理。并且，并非必需对整个高速工具钢激光堆焊层实施球化退火目的的热处理，例如局部实施热处理时，可以利用激光照射或高频感应加热等。通过利用这些方法进行加热，无需另外准备热处理炉等大型设备，可以使用激光熔覆用的激光照射装置。并且，能够仅对所希望的区域实施热处理，从而能够减少热处理所需的能量消耗量。而且，能够容易控制激光照射或高频感应加热的位置，因而对轧辊等大型部件也能够容易实施热处理。

作为利用激光照射进行热处理的具体方法，以使堆焊层的要实施热处理的区域能够保持上述规定温度的方式将激光的功率及焦点等参数调整为最佳，然后对对象区域照射规定时间的激光，从而进行加热。

另外，在对象区域的面积宽广导致将照射范围调整为最广的焦点设定下也无法对表面的整个区域进行激光照射时，将激光的扫描速度调整为最佳之后移动激光照射范围或反复进行该移动从而扫描作为对象的整个区域。此时，在激光照射区域与非激光照射区域之间，输入热量存在差异，但是，通过采用使对象区域的整个区域能够保持上述规定温度的扫描速度及焦点设定，可以满足热处理条件。

(3)淬火工序(S03)

淬火工序(S03)是对通过球化退火工序(S02)改善了析出碳化物4的形状及分散状况后的高速工具钢激光堆焊层实施淬火的工序。

只要无损本发明的效果，淬火温度并不受特别限定，可以对高速工具钢使用以往公知的适当的温度，但是优选设为1120～1190℃。通过将淬火温度设为该温度范围，能够充分提高高速工具钢激光堆焊层的硬度，并且能够确保韧性。

(4)回火工序(S04)

回火工序(S04)是用于调整实施了淬火工序(S03)后的高速工具钢激光堆焊层的硬度并且实现组织的稳定化的工序。

在此，只要无损本发明的效果，回火温度并不受特别限定，可以对高速工具钢使用以往公知的适当的温度，但是优选设为540～570℃，更优选设为大致560℃。在将回火温度设定为低于堆焊层的回火硬度成为最高的温度(峰值温度)的情况下，所获得的组织会成为不稳定的状态，但是，通过以高于该峰值温度的温度进行回火，能够获得稳定的组织。并且，通过重复进行三次以上的所述回火工序，能够更加可靠地获得稳定的组织。

2.工具材料

图4中示出了本发明的工具材料的概略剖视图。本发明的工具材料10的特征在于，在金属基材12的表面形成有高速工具钢激光堆焊层14，高速工具钢激光堆焊层14的析出碳化物4呈大致球状，且其并未在母材结晶2的晶粒边界处偏析。

高速工具钢激光堆焊层14的金属组织如图3所示，析出碳化物4还分散于母材晶粒2的晶粒之内，析出碳化物4的明显的网状的网络结构消失。而且，析出碳化物4朝向球状化发展，包含有大致球状的析出碳化物4。

若析出碳化物4在母材晶粒2的晶粒边界处偏析，则弯曲应力会下降而且相邻的母材晶粒之间的内聚力会下降，因此在产生龟裂时，龟裂会沿着母材晶界而发展，但是，通过析出碳化物4的分散，相邻的母材晶粒2之间的内聚力得到改善，因此能够抑制龟裂及剥离等的发展。

并且，高速工具钢激光堆焊层14的弯曲应力优选为2500MPa以上。通过使本质上抗高温软化性和耐磨特性优异的高速工具钢激光堆焊层14具有2500MPa以上的弯曲应力，本发明的工具材料还能够很好的利用于堆焊层受到大应力的用途。

高速工具钢激光堆焊层14的硬度优选为850HV以上。通过使堆焊层的硬度成为850HV以上，能够将工具材料适用于各种切削工具和耐磨损部件等。

并且，高速工具钢激光堆焊层14优选为多层堆焊层。多层堆焊层例如可以利用激光熔覆法来形成，例如，可以使通过1次激光熔覆形成的堆焊层沿水平方向和/或垂直方向连续形成来获得。通过将高速工具钢激光堆焊层14设为多层堆焊层，能够容易控制形成面积和厚度。

并且，在本发明的工具材料中，优选地，在所述激光堆焊层中，相邻的下部激光堆焊层与上部激光堆焊层的端部在不同的位置。通过使下部激光堆焊层与上部激光堆焊层的端部的位置不同，能够抑制各种应力的施加或热冲击等所引起的堆焊层的剥离。

而且，金属基材12优选为圆柱状。通过在圆柱状的金属基材12的表面上形成高速工具钢激光堆焊层14，能够将工具材料10很好地用作轧辊。并且，在高速工具钢激光堆焊层14产生了破损等时，还能够利用激光熔覆进行再生修补。

作为高速工具钢激光堆焊层14的原料，使用高速工具钢粉末。该高速工具钢粉存在其一部分组成互不相同的多种粉末，但是，只要根据耐磨损性或韧性等所要求的特性适当地选择即可。并且，只要无损本发明的效果，金属基材12也并不受特别限定，可以使用以往公知的各种金属基材，但是，从与形成于表面的高速工具钢激光堆焊层14之间的密合性、稀释的抑制、机械性能等的观点出发，优选使用钢材，可以适当地使用工具钢或轴承钢等。更具体而言，例如可以使用中碳钢材(S45C等)、铬钼钢钢材、合金工具钢钢材、高碳铬轴承钢钢材等。

本发明的工具材料可以适用于在以往的HIP(热等静压法)中尺寸过大或经济上不划算的情况。而且，例如，通过将具有高速工具钢激光堆焊层14的圆柱状的工具材料适用于大型的轧辊等，能够构筑极其经济的商业模式。

将使用了工具材料10的代表性的辊的剖视图示于图5至图7。图5表示热轧用辊，图6表示棒钢、线材用辊，图7表示钢坯、钢片用辊。在各辊中，在与被加工材料抵接的金属基材12的表面形成有高速工具钢激光堆焊层14，从而确保充分的弯曲应力、韧性、耐冲击性及耐磨损性。

并且，这些辊仅在表面的所需区域形成有高速工具钢激光堆焊层14，因此比较廉价，而且随着使用而产生破损、磨损等的部位是高速工具钢激光堆焊层14，因而通过对出现破损、磨损等的区域的高速工具钢激光堆焊层14进行再生修补，能够实现重新使用。其结果，与使用通过铸造制造出的辊的情况相比，能够实现大幅的节能、节省资源及低环境负荷。

在此，在本发明的工具材料中，可以在任意区域形成高速工具钢激光堆焊层14，因此通过对高速工具钢激光堆焊层的原料粉末的选定等，能够适当地调整高速工具钢激光堆焊层14的硬度及硬度分布。例如，就图6所示的棒钢、线材用辊的高速工具钢激光堆焊层14而言，可以根据与被加工材料的相互作用所导致的磨损的程度，按照每个区域调整硬度。通常，底面与侧面之间的边界区域的磨损会变得显著，因此优选将该区域设为更高的硬度。

并且，例如，在图7所示的钢坯、钢片用辊中，还可以针对每个高速工具钢激光堆焊层14使用不同的原料粉末从而对各高速工具钢激光堆焊层赋予适当的机械性能。具体而言，例如，可以沿辊轴的延伸方向依次增加或降低高速工具钢激光堆焊层14的硬度。

以下，通过实施例对本发明的工具材料的制造方法及工具材料进行进一步说明，但是，本发明并不受这些实施例的任何限定。

实施例

＜实施例1＞

使用粒径为50～150μm的高速工具钢(JIS-SKH40)粉末并实施激光熔覆而在SCM440的基材上形成堆焊层之后，对该堆焊层进行了热处理(球化退火、淬火及回火)。激光器使用盘形激光器(DiskLaser)，激光熔覆条件设为如下：激光功率为2kW、激光点径(焦点直径)为4.3mm、激光移动速度为0.01m/s。

在真空炉中(真空)进行球化热处理，而在球化热处理中，在860℃下保持三个小时之后，以20℃/小时的冷却速度降温至750℃，并在750℃下保持一个小时之后进行了炉冷。接着，将真空炉中设为130Pa的氮气气氛，并在1130℃下保持20分钟之后，然后进一步导入氮气的同时进行风扇冷却，从而进行了淬火。之后，将真空炉中设为真空，并在560℃下保持两个小时之后，将导入氮气并进行风扇冷却的回火反复进行三次，从而获得了实施工具材料。

将所获得的实施工具材料的截面低倍照片示于图8。在基材的表面形成有高速工具钢的堆焊层，并未发现剥离或龟裂等缺陷。并且，测量了图8所示的截面中的离表面1mm及2mm处的堆焊层的维氏硬度，并将所获得的结果示于图9。另外，在硬度测定中，荷重设为100gf、荷重负荷时间设为10s，图9所示的值是在各深度处沿水平测定50个点的平均值。

将热处理(球化退火、淬火及回火)前后的堆焊层的组织照片(光学显微镜照片)分别示于图10及图11。由图可知，在热处理之前，析出碳化物在母材晶界处呈网状偏析，但在热处理之后，该网状结构***，析出碳化物比较均匀地分布。并且，析出碳化物变得微细，并且朝向球状化发展。

＜比较例1＞

除了完全未实施热处理以外，与实施例1同样地获得了比较工具材料1。并且，以与实施例1同样的方式测定了堆焊层的维氏硬度，并将所获得的结果示于图9。

＜比较例2＞

除了未实施球化退火及淬火以外，与实施例1同样地获得了比较工具材料2。并且，以与实施例1同样的方式测定了堆焊层的维氏硬度，并将所获得的结果示于图9。

＜比较例3＞

除了未实施球化退火及淬火并将回火温度设为520℃以外，与实施例1同样地获得了比较工具材料3。并且，以与实施例1同样的方式测定了堆焊层的维氏硬度，并将所获得的结果示于图9。

＜比较例4＞

除了未实施球化退火及淬火并将回火温度设为600℃以外，与实施例1同样地获得了比较工具材料4。并且，以与实施例1同样的方式测定了堆焊层的维氏硬度，并将所获得的结果示于图9。

＜比较例5＞

利用HIP(热等静压法)对粒径为250μm的高速工具钢(JIS-SKH40)粉末进行了焼结，从而获得了比较工具材料5。另外，作为焼结条件，以1240℃、1000kgf/cm²保持了三个小时，从而获得了圆柱状的烧结体。并且，以与实施例1同样的方式测定了烧结体的维氏硬度，并将所获得的结果示于图9。

根据图9所示的维氏硬度可知，实施工具材料具有与HIP烧结体(比较工具材料5)相同程度的850HV以上的充分高的硬度，能够适用于各种工具或耐磨损部件。

利用四点弯曲试验对实施工具材料及比较工具材料1～4的堆焊层及比较工具材料5测定了弯曲应力(抗弯强度)。将所获得的结果示于图12。由图可知，实施工具材料的堆焊层具有比未实施球化退火的比较工具材料1～4的堆焊层的弯曲应力高的弯曲应力，并且具有与HIP烧结体(比较工具材料5)的弯曲应力同等程度的弯曲应力。该结果表示，通过利用本发明的工具材料的制造方法，不管形状及尺寸如何均能够在任意区域形成与HIP烧结材料同等程度的高速工具钢堆焊层。

利用环块(block-on-ring)磨损试验对实施工具材料及比较工具材料1～4的堆焊层及比较工具材料5耐磨损性进行了评价。具体而言，使SUJ2制的环分别以10N、20N及40N的荷重抵接于堆焊层或烧结体，并测量了所形成的磨损痕的宽度。另外，将环的转速设为了1000rpm，将试验时间设为了600秒，并在无润滑条件下进行了评价。将所获得的结果示于图13。

根据图13所示的结果可知，实施工具材料的堆焊层具有与未实施球化退火的比较工具材料1～4的堆焊层及HIP烧结体(比较工具材料5)的耐磨损性同等程度的耐磨损性。该结果表示，实施工具材料的堆焊层虽然通过组织控制及硬度的调整而改善了韧性等但仍然维持良好的耐磨损性。

符号说明

2-母材晶粒，4-析出碳化物，10-工具材料，12-金属基材，14-高速工具钢激光堆焊层。