CN107641776B - 一种激光局部热处理提高铝合金板成形性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铝合金板成形领域，具体来说是一种铝合金的激光局部软化或强化热处理进而提高铝合金板材成形性方法。利用激光局部热处理对铝合金板材局部改性，通过激光的短时局部热处理工艺，大大提高局部改性后的铝合金板材的成形性，从而为形变量大、几何形状复杂的铝合金板材类零件的室温成形提供一种新方案。该方法的核心思想是通过激光局部热处理提高铝合金板的成形性，基于激光热处理对铝合金板材局部改性最终提高铝合金板成形性能，主要包括T6态铝合金的局部软化和T4态铝合金的局部硬化两种方式，通过合理制定铝合金板的激光处理路径及激光工艺参数可显著提高铝合金板室温下的成形极限。
Description
技术领域
本发明属于铝合金板成形领域，具体来说是一种铝合金的激光局部软化或强化热处理进而提高铝合金板材成形性方法。
背景技术
现代汽车正朝着轻量化、高速、安全舒适、低成本、低排放与节能的方向发展，而铝合金基于密度小、比强度高、耐蚀性好、可重复回收利用、节能及环保等自身优点,在汽车工业中越来越受重视。铝合金板材在汽车上主要用于制造车门、行李箱等车身面板、保险杠、发动机罩、轮外饰罩、制动器总成的保护罩、消声罩、热交换器、车身构架、座位、车箱底板等结构件以及仪表板等装饰件。对于深冲或几何外形复杂铝合金钣金件，目前的主要成形工艺是将坯料加热到低于再结晶温度后冲压成形(温成形)或将坯料加热到高于再结晶温度后冲压成形(热成形)。
发明内容
基于此类温热成形工艺较复杂等问题，本发明的目的在于提供一种激光局部热处理提高铝合金板成形性的方法，通过激光局部热处理提高铝合金板成形性，进而可在室温环境下即可成形深拉件或几何形状复杂的铝合金板材。
本发明的技术方案是：
一种激光局部热处理提高铝合金板成形性的方法，对铝合金板材目标区域采用激光处理，使目标区域改性进而提高成形性。
所述的激光局部热处理提高铝合金板成形性的方法，该方法适用于铝合金薄板类冲压成形件，要求原始板材厚度小于或等于5mm。
所述的激光局部热处理提高铝合金板成形性的方法，根据成形件成形过程中不同区域的应力应变变化趋势确定激光热处理的目标区域。
所述的激光局部热处理提高铝合金板成形性的方法，激光热处理区域涂覆吸光涂层，以确保在较低的激光器功率下，使板材热处理区域达到预定热处理温度。
所述的激光局部热处理提高铝合金板成形性的方法，局部热处理分为局部强化处理和局部软化处理，根据实际需要采用其中一种或两种局部热处理工艺。
所述的激光局部热处理提高铝合金板成形性的方法，局部热处理包括T6态铝合金的局部软化和T4态铝合金的局部硬化两种方式。
所述的激光局部热处理提高铝合金板成形性的方法，T6态铝合金的局部软化是指：T6态完全人工时效的铝合金板材的局部软化激光热处理，采用的激光器功率100～800瓦，波长1.08μm；激光束扫描速度2～8mm/s，离焦量8～30mm，原始板材厚度小于等于5mm；激光扫描区域温度达到400℃～520℃范围内，空气冷却。
所述的激光局部热处理提高铝合金板成形性的方法，T4态铝合金的局部硬化是指：T4态固溶处理后自然时效的铝合金板材的局部激光强化热处理，采用的激光器功率50～200瓦，波长1.08μm；激光束扫描速度2～8mm/s，离焦量8～30mm，原始板材厚度小于等于5mm；激光扫描区域温度达到200℃～350℃范围内，空气冷却。
所述的激光局部热处理提高铝合金板成形性的方法，铝合金适用于可热处理强化的铝合金。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明利用激光局部热处理对铝合金板材局部改性，通过激光的短时局部热处理工艺，大大提高局部改性后的铝合金板材的成形性，从而为形变量大、几何形状复杂的铝合金板材类零件的室温成形提供一种新方案。
2、本发明方法的核心思想是通过激光局部热处理提高铝合金板的成形性，基于激光热处理对铝合金板材局部改性最终提高铝合金板成形性能，主要包括T6态铝合金的局部软化和T4态铝合金的局部硬化两种方式，通过合理制定铝合金板的激光处理路径及激光工艺参数可显著提高铝合金板室温下的成形极限。
附图说明
图1为激光局部热处理示意图。图中，1激光器；2铝合金板材。
图2为激光局部热处理前后铝合金板材的拉伸力学曲线。图中，横坐标Elongation代表延伸率；纵坐标engineering stress代表抗拉强度(MPa)。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明激光局部热处理提高铝合金板成形性的方法，包括如下步骤：
1.确定激光局部热处理的目标区域。根据铝合金板材成形形状的需要，确定板材成形过程中的应力集中区(易出现裂纹区域)及材料的大变形区，此区域即为激光局部热处理的目标区域，针对目标区域形状对激光器的扫描路径进行数控编程。
2.对激光局部热处理的目标区域涂覆吸光涂层。
3.根据原始板材的热处理状态及成形件的性能需求选择局部软化处理或强化处理。
4.如图1所示，选用激光局部软化处理或强化处理所对应的激光器参数(激光器功率、光斑直径扫描速度)对目标区域用激光扫描加热，并靠材料自身冷却。从而，通过激光器1以实现对铝合金板材2的局部改性。
5.采用局部热处理后的铝合金板材进行板成形，结果表明可显著提高板材的成形极限。
本发明激光局部热处理提高铝合金板成形性原理是利用激光功率密度高，加热速度快，程序控制激光器灵活对铝合金板材做特定位置的局部热处理，主要包括局部强化热处理和局部软化热处理，具体使用的技术方案为：
1.T6态完全人工时效的铝合金板材的局部软化激光热处理
采用的激光器功率100～800瓦，波长1.08μm(高频率小波长激光穿透性好更有利于提高铝合金板材吸光率)。
激光束扫描速度2～8mm/s，离焦量8～30mm，原始板材厚度小于等于5mm；
激光扫描区域温度达到400℃～520℃范围内，空气冷却。
在本发明方法中，激光束对铝合金板材特定区域局部瞬时加热至回归热处理温度以上，将人工时效后的铝合金通过退火将时效强化现象消除。
2.T4态固溶处理后自然时效的铝合金板材的局部激光强化热处理
采用的激光器功率50～200瓦，波长1.08μm；
激光束扫描速度2～8mm/s，离焦量8～30mm，原始板材厚度小于等于5mm；
激光扫描区域温度达到200℃～350℃范围内，空气冷却。
在本发明方法中，激光束对铝合金板材特定区域局部瞬时加热至人工时效温度，使平衡的Al-Mg-Si合金(Mg、Si原子比为2：1)时效析出，析出过程为：α过饱和固溶体→GP(Ⅰ)区→GP(Ⅱ)区(β″针)→β′杆→β片(平衡Mg_2Si相)，同时细化晶粒最终实现局部强化。
下面，通过具体实施例对本发明进一步详细说明。
实施例
原始板材为T6态6061铝合金板材；
原始板材厚度1mm；
吸光涂层为油性墨水；
激光器功率250瓦；
激光束扫描速度6毫米/秒；
离焦量为8mm；
光斑直径3mm；
激光热处理区域温度500℃；
空气冷却。
如图2所示，拉伸实验对比结果表明，在此优选的激光尺寸参数下，经激光局部软化热处理后板材屈服强度为69MPa，断后延伸率为28.0％，抗拉强度为193MPa。与原始板材相比，屈服强度可降低60％，断后延伸率提高80％，大大提高板材的成形性。
Claims (5)
1.一种激光局部热处理提高铝合金板成形性的方法，其特征在于，对铝合金板材目标区域采用激光处理，使目标区域改性进而提高成形性；
局部热处理包括T6态铝合金的局部软化和T4态铝合金的局部硬化两种方式之一种或两种，其中：
T6态铝合金的局部软化是指：T6态完全人工时效的铝合金板材的局部软化激光热处理，采用的激光器功率100～800瓦，波长1.08μm；激光束扫描速度2～8mm/s，离焦量8～30mm，原始板材厚度小于等于5mm；激光扫描区域温度达到400℃～520℃范围内，空气冷却；
T4态铝合金的局部硬化是指：T4态固溶处理后自然时效的铝合金板材的局部激光强化热处理，采用的激光器功率50～200瓦，波长1.08μm；激光束扫描速度2～8mm/s，离焦量8～30mm，原始板材厚度小于等于5mm；激光扫描区域温度达到200℃～350℃范围内，空气冷却。
2.根据权利要求1所述的激光局部热处理提高铝合金板成形性的方法，其特征在于，该方法适用于铝合金薄板类冲压成形件，要求原始板材厚度小于或等于5mm。
3.根据权利要求1所述的激光局部热处理提高铝合金板成形性的方法，其特征在于，根据成形件成形过程中不同区域的应力应变变化趋势确定激光热处理的目标区域。
4.根据权利要求1所述的激光局部热处理提高铝合金板成形性的方法，其特征在于，激光热处理区域涂覆吸光涂层，以确保在较低的激光器功率下，使板材热处理区域达到预定热处理温度。
5.根据权利要求1所述的激光局部热处理提高铝合金板成形性的方法，其特征在于，铝合金适用于可热处理强化的铝合金。
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