CN109182679B - 一种激光瞬时退火软化方法 - Google Patents

一种激光瞬时退火软化方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109182679B
CN109182679B CN201811101876.XA CN201811101876A CN109182679B CN 109182679 B CN109182679 B CN 109182679B CN 201811101876 A CN201811101876 A CN 201811101876A CN 109182679 B CN109182679 B CN 109182679B
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
processed
metal workpiece
spot
treated
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.)
Active
Application number
CN201811101876.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN109182679A (zh
Inventor
姚建华
蒋可静
王梁
张群莉
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.)
Zhejiang University of Technology ZJUT
Original Assignee
Zhejiang University of Technology ZJUT
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 Zhejiang University of Technology ZJUT filed Critical Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority to CN201811101876.XA priority Critical patent/CN109182679B/zh
Publication of CN109182679A publication Critical patent/CN109182679A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109182679B publication Critical patent/CN109182679B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • C21D1/26—Methods of annealing
    • C21D1/32—Soft annealing, e.g. spheroidising
    • 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
    • C21D1/34—Methods of heating
    • 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
    • C21D2221/00—Treating localised areas of an article
    • C21D2221/10—Differential treatment of inner with respect to outer regions, e.g. core and periphery, respectively

Abstract

一种激光瞬时退火软化方法，包括以下步骤：将待处理金属工件的外表面进行清洗、干燥预处理，然后将所述待处理金属工件固定在工作台上；所述待处理金属工件的熔点为T0℃，所述待处理金属工件的待处理区域的宽度为L0mm；所述矩形光斑的宽度为L mm，长度为d mm；激光温控温度为T＝(T0‑100)°，则设定所述激光器的激光扫描速度v，v＝0.04639×e0.003795Tmm/s，且d/v≥0.8s；为确保所述激光光斑的轨迹覆盖待处理金属工件的待处理区域，设置激光光斑的扫描轨迹为多道平行直线扫描；开启所述激光器，使所述激光光斑按设定扫描速度v沿所述待处理金属工件的待处理区域进行扫描；停止所述激光器，冷却待处理金属工件。

Description

一种激光瞬时退火软化方法
技术领域
本发明属于激光加工技术领域，具体涉及一种激光瞬时退火软化方法。
背景技术
在金属冲压成形工艺中，对成形工艺的要求极其严格，尤其在强度较高或要求形变量较大的场合，金属在变形过程中会发生明显的加工硬化现象，使其塑性和韧性急剧下降，导致工件在变形过程中或变形一段时间后容易发生开裂现象，从而降低产品成品率造成大量资源浪费，甚至造成的延时开裂会在实际使用中存在重大安全隐患。虽然上述开裂风险可以通过冲压工艺的优化得以下降，但对于接近材料变形极限的冲压过程，则必须辅以配套的退火软化工艺。
国内外研究学者和生产企业现在一般采用整体退火、局部火焰退火、局部感应退火等软化方法以解决冲压制品由于加工硬化而造成的直接开裂和延时开裂。然而，采用整体退火，则需要将冲压制品整体纳入有保护气氛的热处理炉中，且该类处理方法加热速度慢，能耗高，工件易变形；如采用局部火焰退火，则加热均匀性难以控制，试样表面易出现氧化现象；如采用局部感应退火，则对试样形状有一定要求，加热温度亦难以控制。因此，上述各方法均存在能耗高、工件易变性、退火程度的稳定性较差等缺点。
发明内容
为了解决现有的金属冲压成形工艺中的软化方法存在的能耗高、工件易变性、退火程度的稳定性较差的缺点，本发明提供了一种激光瞬时退火软化方法。
本发明采用的技术方案是：
本申请实施例提供一种激光瞬时退火软化方法，包括以下步骤：
(1)将待处理金属工件的外表面进行清洗、干燥预处理，然后将所述待处理金属工件固定在工作台上；
(2)所述待处理金属工件的熔点为T0℃，所述待处理金属工件的待处理区域的宽度为L0mm；
位于所述工作台上方的激光器的激光光斑是矩形光斑，且所述矩形光斑的宽度为L mm，长度为d mm；激光温控温度T＝(T0-100)°；
则设定所述激光器的激光扫描速度v，v＝0.04639× e0.003795Tmm/s，且d/v≥0.8s；
(3)为确保所述激光光斑的轨迹覆盖待处理金属工件的待处理区域，设置激光光斑的扫描轨迹为多道平行直线扫描，
Figure BDA0001806880530000021
激光扫描趟数m为正整数，且0≤m-n≤1；
(4)开启所述激光器，使所述激光光斑按设定扫描速度v沿所述待处理金属工件的待处理区域进行扫描，扫描区域瞬时升温且快速降温，则待处理金属工件的待处理区域表面瞬时退火软化；
(5)停止所述激光器，待处理金属工件冷却后，即完成待处理金属工件的激光瞬时退火软化。
进一步的，所述激光器的激光功率为0KW～5KW。
进一步的，所述激光器的激光光斑的长度d为10～50mm、宽度 L为2～20mm。
进一步的，激光扫描速度v为1mm/s～50mm/s。本发明的有益效果体现在：
(1)本发明将激光技术应用于金属材料的软化，利用激光加热效率高，能量损耗少，升降温速度极快，可以实现激光瞬时退火软化处理。该方法热影响小，工艺过程简单，相对现有感应加热等软化工艺具有逐步替代的潜力。
(2)本发明可实现选区软化，可避免工件的整体变形，同时适用于大型及具有复杂结构的冲压制品。实现选区软化可保证仅软化规定区域，保存其余区域原有的良好性能。
(3)本发明采用控温控制，直观准确得体现软化过程的工艺参数，从而直观准确地得到预期的软化效果。
(4)通过激光退火工艺的调节，使得软化区域宽度的实时控制，易实现退火软化程度的差异化控制。
(5)通过激光退火工艺的调节，使得软化层的深度和软化程度 (硬度)可根据要求灵活调节，易实现退火软化程度的差异化控制。
(6)激光加工生产线的自动化程度高，软化品质稳定。
附图说明
图1是一实施例中预期冲压成品的结构示意图。
图2是一实施例中所需软化区域的结构示意图。
图3是预拉伸试样、原始材料试样和激光处理试样的维氏硬度分布图，其中：
原始材料试样为未做冲压处理且未按照本发明所述方法处理过的金属试样；
预拉伸试样为做过冲压处理但未按照本发明所述方法处理过的金属试样；
激光处理试样为做过冲压处理后且按照本发明所述方法处理过的金属试样；
到表面距离指的是金属工件距离金属工件上表面的距离，即深度。
图4是预拉伸试样的组织金相图。
图5是激光处理试样的组织金相图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照附图，本发明提供一种激光瞬时退火软化方法，包括以下步骤：
(1)将待处理金属工件的外表面进行清洗、干燥预处理，然后将所述待处理金属工件固定在工作台上；
(2)所述待处理金属工件的熔点为T0℃，所述待处理金属工件的待处理区域的宽度为L0mm；
位于所述工作台上方的激光器的激光光斑是矩形光斑，且所述矩形光斑的宽度为L mm，长度为d mm；激光温控温度T＝(T0-100)°；
则设定所述激光器的激光扫描速度v，v＝0.04639× e0.003795Tmm/s，且d/v≥0.8s；
(3)为确保所述激光光斑的轨迹覆盖待处理金属工件的待处理区域，设置激光光斑的扫描轨迹为多道平行直线扫描，
Figure BDA0001806880530000051
激光扫描趟数m为正整数，且0≤m-n≤1；
(4)开启所述激光器，使所述激光光斑按设定扫描速度v沿所述待处理金属工件的待处理区域进行扫描，扫描区域瞬时升温且快速降温，则待处理金属工件的待处理区域表面瞬时退火软化；
(5)停止所述激光器，待处理金属工件冷却后，即完成待处理金属工件的激光瞬时退火软化。
进一步的，所述激光器的激光功率为0KW～5KW。
进一步的，所述激光器的激光光斑的长度d为10～50mm、宽度 L为2～20mm。
进一步的，激光扫描速度v为1mm/s～50mm/s。
具体的，所述待处理金属工件的材质为金属，且该金属材料可利用激光进行软化，如高强度的马氏体不锈钢，可利用激光处理实现马氏体的回火来达到软化效果；再如奥氏体不锈钢深拉时存在晶粒变形，这时激光瞬时退火软化可实现快速的回复和再结晶，达到软化效果。
具体的，本发明采用激光加热的加热方式为非平衡加热，最高温度高于平衡退火温度的非平衡退火，升温降温速度极快，体现为瞬时性。
具体的，激光光斑尺寸可调，通过实时变化激光功率和扫描速度，获得软化效果及深度的实时调控。同时软化区域宽度和软化程度可实时耦合。
具体的，软化区域的形状可通过设计扫描策略来实现以覆盖所有待软化区域，实现选区软化。
针对现有技术中传统平衡(或近平衡)态退火软化工艺中存在的问题，本发明提出利用激光对工件的局部进行非平衡退火，以达到选区软化的目的。此方法将激光作为热源，对冲压变形区域进行选区加热，使材料组织发生再结晶现象，消除残余应力，同时恢复材料的大变形能力。本发明可实现选区软化，避免工件的整体变形；激光加热效率高，是一种绿色节能且输出稳定的高品质热源；激光非平衡退火软化可根据要求灵活调节，易实现退火软化程度的差异化控制。
本发明具有以下优势：
(1)本发明将激光技术应用于金属材料的软化，利用激光加热效率高，能量损耗少，升降温速度极快，可以实现激光瞬时退火软化处理。该方法热影响小，工艺过程简单，相对现有感应加热等软化工艺具有逐步替代的潜力。
(2)本发明可实现选区软化，可避免工件的整体变形，同时适用于大型及具有复杂结构的冲压制品。实现选区软化可保证仅软化规定区域，保存其余区域原有的良好性能。
(3)本发明采用控温控制，直观准确得体现软化过程的工艺参数，从而直观准确地得到预期的软化效果。
(4)通过激光退火工艺的调节，使得软化区域(即待处理区域) 宽度的实时控制，易实现退火软化程度的差异化控制。
以单道软化(即激光器在所述待处理金属工件的待处理区域上照射一次，m＝1)处理为例，如图1所示为预期的冲压成品1(即待处理金属工件经本发明处理后欲要形成的产品)，所述预期的冲压成品有两个宽度不一的冲压凸起11、12。图2为对应图1的待处理金属工件2，所述待处理金属工件2具有所需的软化区域A、B，即待处理区域。传统工艺需要分两段分别处理，如感应加热需设计两部分感应加热线圈，而本发明可实现光斑大小的实时控制，并通过控温控制实现光斑改变而软化效果不变。故本发明技术可一步处理到位而不需要额外的装置设备。
(5)通过激光退火工艺的调节，使得软化层的深度和软化程度 (硬度)可根据要求灵活调节，易实现退火软化程度的差异化控制。以单道软化处理为例，图2中的面积较大的软化区域A需要比面积较小的软化区域B更大的软化程度。
本发明只需调整控制激光温控温度大小和扫描速度即可。在合理范围内，控制温度越高，扫描速度越慢，软化效果越大。同时整合上一条优势，本发明可实现软化宽度和软化程度的耦合，针对软化对象实时调控，而无需额外的设备。
(6)激光加工生产线的自动化程度高，软化品质稳定。
实验验证：
选取316L奥氏体不锈钢，机械加工成125mm×25mm×3mm的金属试样(即待处理金属工件)做预拉伸实验(即冲压)，使试样发生加工硬化现象。
将预拉伸后的试样加工成平行长度为50mm，平行段宽度为 15mm的标准拉伸试样(即待处理区域宽度L0＝15mm)。将标准拉伸试样的表面做清洗、干燥等预处理，并固定于工作台上。
设置激光光斑为15mm×8mm的矩形光斑，激光功率为1350W，扫描速度为7.8mm/s。
开启激光器，由上述方法可知，L0＝L＝15mm，故激光扫描趟数 m＝1，所以使激光束沿平行段区域平行方向扫描一次，且使扫描区域覆盖整个待软化区域。
扫描结束后，激光瞬时退火软化的表面无熔化现象，表面形貌良好。对其进行取样分析，其硬度下降明显如图3所示，加工硬化后约为310HV0.3，激光瞬时退火软化后硬度下降到了约160HV0.3。
预拉伸后试样的组织金相如图4所示，晶粒在拉伸方向有明显的变形，激光退火软化后试样的组织金相图如图5所示，呈现均匀的奥氏体组织，金属试样经过冲压处理后会变硬，但是经过本发明所述方法软化处理后硬度可以恢复到冲压处理前，说明按照本发明所述的方法在激光处理过程中材料组织发生了快速的回复和再结晶现象，验证了本发明所述方法达到了软化的效果。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的例举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (4)

1.一种激光瞬时退火软化方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将待处理金属工件的外表面进行清洗、干燥预处理，然后将所述待处理金属工件固定在工作台上；所述的待处理金属工件的材质是316L奥氏体不锈钢；
(2)所述待处理金属工件的熔点为T0℃，所述待处理金属工件的待处理区域的宽度为L0mm；
位于所述工作台上方的激光器的激光光斑是矩形光斑，且所述矩形光斑的宽度为Lmm，长度为d mm；激光温控温度T＝(T0-100)°；
则设定所述激光器的激光扫描速度v，v＝0.04639×e0.003795Tmm/s，且d/v≥0.8s；
(3)为确保所述激光光斑的轨迹覆盖待处理金属工件的待处理区域，设置激光光斑的扫描轨迹为多道平行直线扫描，
Figure RE-FDF0000009246700000011
激光扫描趟数m为正整数，且0≤m-n≤1；
(4)开启所述激光器，使所述激光光斑按设定扫描速度v沿所述待处理金属工件的待处理区域进行扫描，扫描区域瞬时升温且快速降温，则待处理金属工件的待处理区域表面瞬时退火软化；
(5)停止所述激光器，待处理金属工件冷却后，即完成待处理金属工件的激光瞬时退火软化。
2.如权利要求1所述的一种激光瞬时退火软化方法，其特征在于：所述激光器的激光功率为0kW ～5kW 。
3.如权利要求2所述的一种激光瞬时退火软化方法，其特征在于：所述激光器的激光光斑的长度d为10～50mm、宽度L为2～20mm。
4.如权利要求3所述的一种激光瞬时退火软化方法，其特征在于：激光扫描速度v为1mm/s～50mm/s。
CN201811101876.XA 2018-09-20 2018-09-20 一种激光瞬时退火软化方法 Active CN109182679B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811101876.XA CN109182679B (zh) 2018-09-20 2018-09-20 一种激光瞬时退火软化方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811101876.XA CN109182679B (zh) 2018-09-20 2018-09-20 一种激光瞬时退火软化方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109182679A CN109182679A (zh) 2019-01-11
CN109182679B true CN109182679B (zh) 2020-10-09

Family

ID=64909059

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811101876.XA Active CN109182679B (zh) 2018-09-20 2018-09-20 一种激光瞬时退火软化方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109182679B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020209357A1 (ja) * 2019-04-10 2020-10-15 日本製鉄株式会社 ブランクおよび構造部材
CN111394544B (zh) * 2020-04-30 2021-08-20 燕山大学 一种镀锌带钢基材的快速退火方法
CN114250341A (zh) * 2021-12-24 2022-03-29 浙江工业大学 一种激光调质热处理方法
CN114525383A (zh) * 2022-01-26 2022-05-24 南华大学 一种冷轧板材激光在线退火设备及工艺

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3728041A1 (de) * 1987-08-22 1989-03-02 Messer Griesheim Gmbh Verfahren zur herstellung von biegeteilen aus vorverfestigten metallen durch kaltumformung
JPH0987737A (ja) * 1995-09-29 1997-03-31 Sumitomo Metal Ind Ltd 鋼材の局部軟化方法
EP3173504A1 (en) * 2015-11-09 2017-05-31 Outokumpu Oyj Method for manufacturing an austenitic steel component and use of the component
CN107641776B (zh) * 2017-09-26 2019-02-19 中国科学院金属研究所 一种激光局部热处理提高铝合金板成形性的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109182679A (zh) 2019-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109182679B (zh) 一种激光瞬时退火软化方法
ES2345029A1 (es) Componente estructural de un vehiculo y procedimiento de fabricacion.
CN114807797A (zh) 一种钛合金的激光热处理方法
CN1316530A (zh) 控制双相钢组织的方法
CN106350755B (zh) 一种铝合金的激光热处理强化工艺
CN103447701A (zh) 激光高频复合焊装置及其焊接方法
CN102808077A (zh) 一种保持精度等级的薄壁齿圈类零件淬火方法
CN101435010A (zh) 顶梁中频感应淬火热处理工艺及中频淬火机床
CN105714027A (zh) 一种45钢调质的热处理工艺
CN107245551A (zh) 提升汽车钢板强度的激光淬火工艺
RU2405841C1 (ru) Способ производства листовой анизотропной электротехнической стали
CN110773630B (zh) 一种解决不规则坯料导电加热温度不均匀的方法
CN203227925U (zh) 抽芯铆钉杆部激光退火装置
RU2689265C2 (ru) Способ отжига проволоки
CN108130402A (zh) 一种齿条的激光淬火方法
CN101665864A (zh) 一种高速钢预硬材生产方法
JP5123345B2 (ja) 鋼板の焼き入れ方法及び鋼板の焼き入れ装置
KR20100001310A (ko) 마그네슘 합금 판재의 연속가공 금형장치 및 이를 이용한연속가공 방법
KR101149732B1 (ko) 금형의 열처리방법
JP6367058B2 (ja) レーザフォーミング加工方法およびレーザフォーミング加工装置
CN111286596A (zh) 薄刀片刃口的淬火强化工艺
CN103255267B (zh) 激光淬火方法及设备
CN106181238B (zh) 在匀质材料构件的不同部位构筑不同粗细晶粒组织的方法
Yu et al. A preliminary investigation of surface hardening of steel and iron by solar energy
US11904373B2 (en) Modification of a deep-drawing sheet blank for electric resistance heating

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20190111

Assignee: Huzhou jinyuanlai metal products Co.,Ltd.

Assignor: JIANG University OF TECHNOLOGY

Contract record no.: X2023980040515

Denomination of invention: A Laser Instantaneous Annealing Softening Method

Granted publication date: 20201009

License type: Common License

Record date: 20230828