CN106148861A - 一种采用激光局部处理提高t5状态6n01铝合金弯曲性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用高能激光进行局部处理提高T5状态6N01铝合金弯曲性能的方法。包括如下步骤：找到材料塑性弯曲变形部位，确定激光扫描部位；然后使用高能激光对上述部位进行扫描处理，激光功率为200-500W，扫描速度10-20mm/s，离焦量10-20mm；将处理后的材料进行塑性弯曲加工；最后进行人工时效，温度为170-190℃，保温2-4小时。经本发明方法处理后，T5状态6N01铝合金的整体热处理状态不变，弯曲性能提高，材料整体强度不降低，且该工艺具有生产效率高、加工时间短和制造成本低等显著优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用高能激光提高T5状态6N01铝合金弯曲性能的方法，属于金属材料加工领域。
背景技术
铝合金材料具有中等强度、高耐蚀性，良好的塑性、焊接性能、工艺性能等优点，广泛用于制造车辆外壳、大型结构件以及装饰配件，在交通工具的轻量化领域中起着重要作用。目前动车和地铁车辆车身主要使用的是6N01铝合金型材，热处理状态为T5和T6，强度能够达到250MPa。高速运行的车辆对加工精度的要求很高，人工时效状态(T5)的6000系铝合金第二相强化相已经充分析出，导致弯曲成形性能不高。
铝合金板材弯曲过程中，板材中性面的内侧主要受到压应力作用，外侧主要受到拉应力作用，是弯曲失效最开始发生的地方。常温弯曲工艺，型材弯曲后容易产生回弹、起皱、横截面的变形和外层破裂等缺陷；而传统的热弯曲工艺需要使用大型设备对型材整体进行回归热处理，即将已经时效强化的铝合金，重新加热到一定温度，使低温时析出的GP区重新溶解于基体。这时铝合金性能恢复到接近于淬火状态，塑性加工能力增强。此时的型材与新淬火的铝合金一样，仍能进行正常的自然时效或人工时效。当材料回复到T4状态后再进行塑性加工，虽然可以提高弯曲性能，但存在生产效率低、加工时间长和制造成本高等缺点。
在文献(“铝合金弯曲开裂的问题讨论”第九届全国典型零件热处理学术及技术交流会暨第六届全国热处理学会物理冶金学术交流会)中采用的退火工艺虽然提高了铝合金的塑性和弯曲性能，但是降低了铝合金的整体强度，同时改变了铝合金的热处理状态。在文献(“热处理加热温度对6063-T6铝型材弯曲性能的影响”《轻合金加工技术》)中是将长度为250～1000mm的铝合金型材整体热处理改善弯曲性能，这无疑对加工设备要求较高，提高了成本。
发明内容
本发明的目的在于：在不改变铝合金材料整体热处理状态的基础上，为了提高铝合金的弯曲性能，提供一种采用激光局部处理提高T5状态6N01铝合金弯曲性能的方法。
本发明的技术解决方案为：利用高能激光对材料弯曲过程中主要受拉应力的位置进行局部加热处理，然后进行弯曲，最后再对材料进行人工时效，使激光处理部位恢复到T5状态，其具体步骤如下：
第一步，确定板材弯曲变形的最大受拉部位，选取以该部位为对称轴的矩形区域为工作面，设矩形区域的宽与对称轴垂直，该宽度为3个板材厚度长；
第二步，使用高能激光对上述工作面进行全区域激光扫描；
第三步，将扫描处理后的板材进行塑性弯曲加工；
第四步，加工后对板材的整体或局部进行人工时效。
第一步中，板材为T5状态6N01铝合金。
第二步中，激光扫描的功率为200～500W，扫描速度为10～20mm/s，离焦量10～20mm，其中最佳工艺参数为激光扫描的功率350W，扫描速度15mm/s，离焦量15mm。
第四步中，时效温度为179～190℃，保温2～4小时，其中最佳工艺参数为时效温度180℃，保温3小时。
本发明的原理是：利用高能激光对铝合金进行局部加热，使析出的第二相重新溶解，转变为完全的固溶体状态，提高其弯曲变形能力，变形后再通过局部或整体的时效恢复T5状态，从而提高铝合金整体的性能。
本发明的优点在于：T5状态6N01铝合金在弯曲过程中极易产生裂纹，而经过本发明处理后，T5状态6N01铝合金的整体热处理状态不变，弯曲性能提高，材料整体强度不降低，且该工艺具有生产效率高、加工时间短和制造成本低等显著优点。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业技术人员更全面地理解本发明。实施例仅对本发明作进一步详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
各实施例中的铝合金材料先按本发明处理，随后进行弯曲性能测试。弯曲实验按照GB/T14452-1993金属成型性能与试验方法要求测量。最后按照国标GB/T228-2010进行拉伸实验。本发明各实施例的铝合金初始态为T5状态6N01铝合金。相对弯曲半径为弯曲半径与板厚的比值。
对比例
T5状态的6mm厚板材，不进行本发明处理，直接进行力学性能和弯曲测试，其强度为275MPa，延伸率为10.5％。弯曲半径为16.9mm，相对弯曲半径为2.82，超过该弯曲半径，板材出现的外侧即受拉应力的部位出现裂纹。
实施例1
6mm厚板材，用200W的高能激光对材料受拉应力部位进行扫描，扫描速度15mm/s，离焦量15mm，冷却后进行弯曲，其弯曲半径为11.4mm，相对弯曲半径为1.90，弯曲性能相对未处理样品提高。经过180℃×3h局部时效处理后，在激光处理部位取样进行力学性能测试，抗拉强度为277MPa，延伸率为10.2％。经过180℃×3h整体时效处理后，在激光处理部位取样进行力学性能测试，抗拉强度为279MPa，延伸率为10.1％。
实施例2
6mm厚板材，用200W的高能激光对材料受拉应力部位进行扫描，扫描速度15mm/s，离焦量15mm，冷却后进行弯曲，其弯曲半径为11.4mm，相对弯曲半径为1.90，弯曲性能相对未处理样品提高。经过180℃×3h整体时效处理后，在激光处理部位取样进行力学性能测试，抗拉强度为281MPa，延伸率为10.2％。
实施例3
6mm厚板材，用350W的高能激光对材料受拉应力部位进行扫描，扫描速度15mm/s，离焦量15mm，冷却后进行弯曲，其弯曲半径为12.1mm，相对弯曲半径为2.02，弯曲性能相对未处理样品提高。经过180℃×3h局部时效处理后，在激光处理部位取样进行力学性能测试，抗拉强度为269MPa，延伸率为11.0％。
实施例4
6mm厚板材，用500W的高能激光对材料受拉应力部位进行扫描，扫描速度15mm/s，离焦量15mm，冷却后进行弯曲，其弯曲半径为12.2mm，相对弯曲半径为2.03，弯曲性能相对未处理样品提高。经过180℃×3h局部时效处理后，在激光处理部位取样进行力学性能测试，抗拉强度为268MPa，延伸率为10.9％。
实施例5
6mm厚板材，用350W的高能激光对材料受拉应力部位进行扫描，扫描速度10mm/s，离焦量15mm，冷却后进行弯曲，其弯曲半径为11.4mm，相对弯曲半径为1.90，弯曲性能相对未处理样品提高。经过180℃×3h局部时效处理后，在激光处理部位取样进行力学性能测试，抗拉强度为264MPa，延伸率为10.2％。
实施例6
6mm厚板材，用350W的高能激光对材料受拉应力部位进行扫描，扫描速度20mm/s，离焦量15mm，冷却后进行弯曲，其弯曲半径为9.2mm，相对弯曲半径为1.63，弯曲性能相对未处理样品提高。经过180℃×3h局部时效处理后，在激光处理部位取样进行力学性能测试，抗拉强度为274MPa，延伸率为10.1％。
实施例7
6mm厚板材，用350W的高能激光对材料受拉应力部位进行扫描，扫描速度15mm/s，离焦量10mm，冷却后进行弯曲，其弯曲半径为12.4mm，相对弯曲半径为2.07，弯曲性能相对未处理样品提高。经过180℃×3h局部时效处理后，在激光处理部位取样进行力学性能测试，抗拉强度为271MPa，延伸率为10.5％。
实施例8
6mm厚板材，用350W的高能激光对材料受拉应力部位进行扫描，扫描速度15mm/s，离焦量20mm，冷却后进行弯曲，其弯曲半径为11.9mm，相对弯曲半径为1.98，弯曲性能相对未处理样品提高。经过180℃×3h局部时效处理后，在激光处理部位取样进行力学性能测试，抗拉强度为269MPa，延伸率为10.4％。
实施例9
6mm厚板材，用350W的高能激光对材料受拉应力部位进行扫描，扫描速度15mm/s，离焦量15mm，冷却后进行弯曲，其弯曲半径为10.0mm，相对弯曲半径为1.67，弯曲性能相对未处理样品提高。经过180℃×3h局部时效处理后，在激光处理部位取样进行力学性能测试，抗拉强度为268MPa，延伸率为10.2％。
实施例10
6mm厚板材，用350W的高能激光对材料受拉应力部位进行扫描，扫描速度15mm/s，离焦量15mm，冷却后进行弯曲，其弯曲半径为12.3mm，相对弯曲半径为2.05，弯曲性能相对未处理样品提高。经过170℃×3h局部时效处理后，在激光处理部位取样进行力学性能测试，抗拉强度为259MPa，延伸率为10.8％。
实施例11
6mm厚板材，用350W的高能激光对材料受拉应力部位进行扫描，扫描速度15mm/s，离焦量15mm，冷却后进行弯曲，其弯曲半径为12.1mm，相对弯曲半径为2.02，弯曲性能相对未处理样品提高。经过190℃×3h局部时效处理后，在激光处理部位取样进行力学性能测试，抗拉强度为287MPa，延伸率为10.2％。
实施例12
6mm厚板材，用350W的高能激光对材料受拉应变部位进行扫描，扫描速度15mm/s，离焦量15mm，冷却后进行弯曲，其弯曲半径为12.5mm，相对弯曲半径为2.08，弯曲性能相对未处理样品提高。经过180℃×2h局部时效处理后，在激光处理部位取样进行力学性能测试，抗拉强度为278MPa，延伸率为10.2％。
实施例13
6mm厚板材，用350W的高能激光对材料受拉应变部位进行扫描，扫描速度15mm/s，离焦量15mm，冷却后进行弯曲，其弯曲半径为11.0mm，相对弯曲半径为1.83，弯曲性能相对未处理样品提高。经过180℃×4h局部时效处理后，在激光处理部位取样进行力学性能测试，抗拉强度为284MPa，延伸率为10.2％。
实施例14
10mm厚板材，不进行本发明处理，直接进行力学性能和弯曲测试，其强度为285MPa，延伸率为8.4％。弯曲半径为28.0mm，相对弯曲半径为2.80。用350W的高能激光对材料受拉应力部位进行扫描，扫描速度15mm/s，离焦量15mm，冷却后进行弯曲，其弯曲半径为15.0mm，相对弯曲半径为1.50，弯曲性能相对未处理样品提高。经过180℃×4h局部时效处理后，在激光处理部位取样进行力学性能测试，抗拉强度为284MPa，延伸率为8.2％。
从以上实施例和对比例的结果可以看出，采用本发明所提供的处理方法，时效处理后强度没有降低，而材料的弯曲成形性能得到极大提高。
Claims (6)
1.一种采用激光局部处理提高T5状态6N01铝合金弯曲性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，确定板材弯曲变形的最大受拉部位，选取以该部位为对称轴的矩形区域为工作面，设矩形区域的宽与对称轴垂直，该宽度为3个板材厚度长；
第二步，使用高能激光对上述工作面进行全区域激光扫描；
第三步，将扫描处理后的板材进行塑性弯曲加工；
第四步，加工后对板材的整体或局部进行人工时效。
2.如权利要求1所述的采用激光局部处理提高T5状态6N01铝合金弯曲性能的方法，其特征在于，第一步中，板材为T5状态6N01铝合金。
3.如权利要求1所述的采用激光局部处理提高T5状态6N01铝合金弯曲性能的方法，其特征在于，第二步中，激光扫描的功率为200～500W，扫描速度为10～20mm/s，离焦量10～20mm。
4.如权利要求1所述的采用激光局部处理提高T5状态6N01铝合金弯曲性能的方法，其特征在于，激光扫描的功率350W，扫描速度为15mm/s，离焦量为15mm。
5.如权利要求1所述的采用激光局部处理提高T5状态6N01铝合金弯曲性能的方法，其特征在于，第四步中，时效温度为179～190℃，保温时间为2～4小时。
6.如权利要求1所述的采用激光局部处理提高T5状态6N01铝合金弯曲性能的方法，其特征在于，时效温度为180℃，保温时间为3小时。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161123 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |