CN107243696A - 一种铝合金液氮浴激光热处理强化工艺 - Google Patents

一种铝合金液氮浴激光热处理强化工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN107243696A
CN107243696A CN201710416519.1A CN201710416519A CN107243696A CN 107243696 A CN107243696 A CN 107243696A CN 201710416519 A CN201710416519 A CN 201710416519A CN 107243696 A CN107243696 A CN 107243696A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
liquid nitrogen
heat treatment
aluminium alloy
strengthening process
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710416519.1A
Other languages
English (en)
Inventor
苏睿明
苏建灏
曲迎东
尤俊华
刘桐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenyang University of Technology
Original Assignee
Shenyang University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenyang University of Technology filed Critical Shenyang University of Technology
Priority to CN201710416519.1A priority Critical patent/CN107243696A/zh
Publication of CN107243696A publication Critical patent/CN107243696A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06—Surface hardening
    • C21D1/09—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/10—Aluminium or alloys thereof

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

本发明提供一种铝合金液氮浴激光热处理强化工艺，可以大大提高冷却速率，获得更好的热处理效果，使得工件具备更高的性能。本发明采用激光对工件表面进行淬火的同时进行快速冷却，采用的激光功率800～1200瓦，激光束扫描速度2～5毫米/秒，离焦量为45mm，热处理时间为5～15秒。本发明利用激光对7075铝合金进行热处理，激光被材料吸收变为热能，表层材料受热升温。由于激光加热具有极高的功率密度，在很短的时间几秒内即把材料加热到材料的回归温度，使材料的析出相溶解到固溶体内，当激光束被切断或移开后，由于材料浸泡在液氮溶液中，相比于空冷有极大的冷却速度，实现表面强化。材料的表面硬度HBW≥190。

Description

一种铝合金液氮浴激光热处理强化工艺
技术领域
本发明属于激光应用领域，具体为一种铝合金液氮浴激光热处理强化工艺。
背景技术
激光表面热处理技术在激光加工应用中占有较大的比重,它是激光发明以来的重要应用领域。当激光照射金属表面时,部分光被反射,部分光透入金属被吸收,主要是被金属中的电子吸收,吸收光子能量的电子上升到较高的激发态,并与品格或电子碰撞从而把吸收的能量转移给晶格,晶格得到能量产生振荡,使激光辐射区的金属表面和光对金属穿透深度之间形成很薄的“热层”,激光照射期间只对这一“热层”加热,这一“热层”相当于热处理的热源,然后通过扩散相内部传递能量,进行快速冷却,实现表面淬火过程。激光表面热处理包括多种工艺。激光功率密度为103～105W/cm2的激光束照射金属材料表面,使其表面以很高的升温速度(103～l05℃/s)当激光束移开后,热量通过材料基体的热传导讯速向内部发散,冷速可达103～105℃/s,在这种急冷急热的作用下,实现快速自冷淬火,所以相变硬化也称激光淬火。与传统淬火相比,激光淬火是在急冷急热下进行的,可以得到传统方法无法得到的组织特性,如晶粒细化、高位错密度等,从而得到更高的表面硬度。
但是传统激光热处理都是依据材料本身进行空冷或激光热处理后放置于较低温度下的环境中进行冷却，过程繁琐。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种直接在液氮浴的环境中进行激光热处理的工艺，可以大大提高冷却速率，获得更好的热处理效果，使得工件具备更高的性能。
技术方案：
一种铝合金液氮浴激光热处理强化工艺，其特征在于：采用激光对工件表面进行淬火的同时进行快速冷却，采用的激光功率800～1200瓦，激光束扫描速度2～5毫米/秒，离焦量为45mm，热处理时间为5～15秒。
所述的铝合金液氮浴激光热处理强化工艺，优选地：所述的激光功率为1000瓦。
所述的铝合金液氮浴激光热处理强化工艺，优选地：所述激光束扫描速度2毫米/秒。
所述的铝合金液氮浴激光热处理强化工艺，优选地：所述离焦量45毫米，热处理时间为10秒。
所述的铝合金液氮浴激光热处理强化工艺，优选地：所述快速冷却具体为通过液氮进行冷却。
所述的铝合金液氮浴激光热处理强化工艺，优选地：该工艺适用的铝合金为7075铝合金或2648铝合金。
所述的铝合金液氮浴激光热处理强化工艺，优选地：在所述快速冷却步骤中，将待处理件浸泡于液氮中，液氮液面低于待处理件顶端；激光束扫描的部分为待处理件露出液氮液面的部分。
附图说明：
图1为本工艺示意图；
图中标注：
1液氮；2待加工件；3激光光束；4抽气管；5光学玻璃。
优点与效果：用本发明激光淬火快速冷却的方法具有操作简单，处理质量好，处理效率高和节约生产成本等优点。
采用本发明方法得到的7075铝合金，经测试硬度得到提高，耐磨性好。
本发明利用激光对7075铝合金进行热处理，激光被材料吸收变为热能，表层材料受热升温。由于激光加热具有极高的功率密度，在很短的时间几秒内即把材料加热到材料的回归温度，使材料的析出相溶解到固溶体内，当激光束被切断或移开后，由于材料浸泡在液氮溶液中，相比于空冷有极大的冷却速度，实现表面强化。材料的表面硬度HBW≥190。
具体实施方式：
本发明激光热处理技术的原理是利用激光功率密度高，加热速度，通过激光透过光学玻璃扫描工件快对工件表面实现表面热处理,在淬火的同时金属材料浸泡在液氮中以获得极大的冷却速度，并通过导气管将汽化的氮气排除密闭容器。采用的激光参数如下，激光功率为800~1200瓦，激光束扫描速度2~5毫米/秒，离焦量为45mm，待金属经过淬火及快速冷却后，晶粒变得十分细小并且有一定回溶效果，金属性能得到大幅提高。
具体技术方案包括：
采用激光对工件表面进行淬火的同时进行快速冷却，采用的激光功率800～1200瓦，激光束扫描速度2～5毫米/秒，离焦量为45mm，热处理时间为5～15秒。
所述的铝合金液氮浴激光热处理强化工艺，优选地：所述的激光功率为1000瓦。
所述的铝合金液氮浴激光热处理强化工艺，优选地：所述激光束扫描速度2毫米/秒。
所述的铝合金液氮浴激光热处理强化工艺，优选地：所述离焦量45毫米，热处理时间为10秒。
所述的铝合金液氮浴激光热处理强化工艺，优选地：所述快速冷却具体为通过液氮进行冷却。
所述的铝合金液氮浴激光热处理强化工艺，优选地：该工艺适用的铝合金为7075铝合金或2648铝合金。
所述的铝合金液氮浴激光热处理强化工艺，优选地：在所述快速冷却步骤中，将待处理件浸泡于液氮中，液氮液面低于待处理件顶端；激光束扫描的部分为待处理件露出液氮液面的部分。
通过实施例对本发明进行说明：
实施例1
对铸出的20毫米7075铝合金试样，通过激光处理淬火，自身空冷，表面硬度HBW=186。
实施例2
对铸出的20毫米7075铝合金试样，通过激光淬火，激光功率800瓦，扫描速度5毫米/秒，处理时间为5秒，并在淬火同时依靠液氮进行快速冷却，表面硬度HBW=195。
实施例3
对铸出的20毫米2648铝合金试样，通过激光淬火，激光功率1200瓦，扫描速度3毫米/秒，处理时间为15秒，并在淬火同时依靠液氮进行快速冷却，表面硬度HBW=193。
实施例4
对铸出的20毫米7075铝合金试样，激光功率采用1000瓦激光束扫描速度2毫米/秒，离焦量为45mm，淬火时间为10秒，达到晶粒细小且有一定回溶效果。
对处理后的试样进行硬度测试，表面硬度HBW=197。与未经激光处理的试样相比，硬度提高了20%。与单纯激光淬火后的试样相比硬度提高4.9%。

Claims (7)

1.一种铝合金液氮浴激光热处理强化工艺，其特征在于：采用激光对工件表面进行淬火的同时进行快速冷却，采用的激光功率800～1200瓦，激光束扫描速度2～5毫米/秒，离焦量为45mm，热处理时间为5～15秒。
2.根据权利要求1所述的铝合金液氮浴激光热处理强化工艺，其特征在于：所述的激光功率为1000瓦。
3.根据权利要求1所述的铝合金液氮浴激光热处理强化工艺，其特征在于：所述激光束扫描速度2毫米/秒。
4.根据权利要求1所述的铝合金液氮浴激光热处理强化工艺，其特征在于：所述离焦量45毫米，热处理时间为10秒。
5.根据权利要求1所述的铝合金液氮浴激光热处理强化工艺，其特征在于：所述快速冷却具体为通过液氮进行冷却。
6.根据权利要求1所述的铝合金液氮浴激光热处理强化工艺，其特征在于：该工艺适用的铝合金为7075铝合金或2648铝合金。
7.根据权利要求5所述的铝合金液氮浴激光热处理强化工艺，其特征在于：在所述快速冷却步骤中，将待处理件浸泡于液氮中，液氮液面低于待处理件顶端；激光束扫描的部分为待处理件露出液氮液面的部分。
CN201710416519.1A 2017-06-06 2017-06-06 一种铝合金液氮浴激光热处理强化工艺 Pending CN107243696A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710416519.1A CN107243696A (zh) 2017-06-06 2017-06-06 一种铝合金液氮浴激光热处理强化工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710416519.1A CN107243696A (zh) 2017-06-06 2017-06-06 一种铝合金液氮浴激光热处理强化工艺

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107243696A true CN107243696A (zh) 2017-10-13

Family

ID=60017695

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710416519.1A Pending CN107243696A (zh) 2017-06-06 2017-06-06 一种铝合金液氮浴激光热处理强化工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107243696A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109136802B (zh) * 2018-08-15 2020-05-29 沈阳工业大学 一种铝合金的激光预处理耐蚀强化工艺
CN112647031A (zh) * 2020-09-24 2021-04-13 沈阳工业大学 一种铝合金激光循环深冷处理的强化方法及设备

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6369953A (ja) * 1986-09-11 1988-03-30 Kobe Steel Ltd 方向性の優れたアルミニウム合金の製造法
CN103572180A (zh) * 2013-11-27 2014-02-12 葛鹏 一种6xxx铝合金焊接接头的强化新工艺
CN103628007A (zh) * 2013-12-03 2014-03-12 葛鹏 一种消除铝合金工件残余应力的新方法
CN104805450A (zh) * 2015-03-20 2015-07-29 南京航空航天大学 三相铝钛铜微米颗粒增强型铝合金防护涂层及制备方法
CN106350755A (zh) * 2016-11-28 2017-01-25 沈阳工业大学 一种铝合金的激光热处理强化工艺
CN106695268A (zh) * 2017-01-22 2017-05-24 莆田市恒达机电实业有限公司 一种双金属带锯的加工工艺

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6369953A (ja) * 1986-09-11 1988-03-30 Kobe Steel Ltd 方向性の優れたアルミニウム合金の製造法
CN103572180A (zh) * 2013-11-27 2014-02-12 葛鹏 一种6xxx铝合金焊接接头的强化新工艺
CN103628007A (zh) * 2013-12-03 2014-03-12 葛鹏 一种消除铝合金工件残余应力的新方法
CN104805450A (zh) * 2015-03-20 2015-07-29 南京航空航天大学 三相铝钛铜微米颗粒增强型铝合金防护涂层及制备方法
CN106350755A (zh) * 2016-11-28 2017-01-25 沈阳工业大学 一种铝合金的激光热处理强化工艺
CN106695268A (zh) * 2017-01-22 2017-05-24 莆田市恒达机电实业有限公司 一种双金属带锯的加工工艺

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张亚雄: ""深冷处理对6061铝合金冷金属过渡焊接接头的影响"", 《江苏大学硕士学位论文》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109136802B (zh) * 2018-08-15 2020-05-29 沈阳工业大学 一种铝合金的激光预处理耐蚀强化工艺
CN112647031A (zh) * 2020-09-24 2021-04-13 沈阳工业大学 一种铝合金激光循环深冷处理的强化方法及设备

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Progress in applications of shockwave induced by short pulsed laser on surface processing
CN105331778B (zh) 一种激光淬火处理方法及淬火工件
CN107243696A (zh) 一种铝合金液氮浴激光热处理强化工艺
CN105755215B (zh) 一种发动机曲轴的制造方法及其激光冲击强化装置
CN106350755B (zh) 一种铝合金的激光热处理强化工艺
CN112658446B (zh) 一种激光诱导等离子体微细加工装置及方法
CN107199402B (zh) 激光复合诱导球墨铸铁构件表面原位自生石墨烯的方法
JP2007301566A (ja) レーザピーニング処理方法
CN107699681A (zh) 一种高强韧灰铸铁表面组织形态的热力重构方法
Lautre et al. Distortions in hole and tool during microwave drilling of perspex in a customized applicator
CN106346127A (zh) 扫描电子束微熔抛光碳素钢的方法
CN106337111B (zh) 一种基于热辐射和激光冲击强化结合的表面强化方法
CN108441624A (zh) 一种提高风电齿轮气体渗碳效率的激光冲击工艺
CN103276330B (zh) 一种愈合铜薄膜件疲劳损伤的脉冲激光辐照处理方法
JP2007021518A (ja) レーザ加工方法，レーザ加工装置，およびレーザ加工方法にて製造された構造部材
CN109694943A (zh) 一种用于齿轮表面强化的复合表面处理方法
CN106755891B (zh) 一种高纯金属溅射靶材的表面处理方法
CN112662864B (zh) 一种薄钢板的水下淬火方法
Li et al. Laser surface treatment of high‐phosphorus cast iron
CN108130402A (zh) 一种齿条的激光淬火方法
JP2012153977A (ja) レーザピーニング処理方法
JP2008248270A (ja) レーザ衝撃硬化処理方法およびレーザ衝撃硬化処理装置
CN103255267B (zh) 激光淬火方法及设备
CN106271047A (zh) 一种采用飞秒激光焊接钛‑铝异种金属的方法
Fauzun et al. Design of laser melting of tool steel for surface integrity enhancement

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20171013