CN112647031A - 一种铝合金激光循环深冷处理的强化方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铝合金激光循环深冷处理的强化方法及设备，方法步骤如下：步骤一、将铝合金工件表面清洗、打磨和抛光后置于工作台上；步骤二、将铝合金工件预热并保持环境温度；步骤三、激光束对工件进行扫描；步骤四、将铝合金工件在液氮内浸没；步骤五、从液氮内取出，将铝合金工件预热并保持环境温度，进行步骤三的处理；步骤六、重复步骤四和步骤五3‑5次后，将铝合金工件室温放置冷却后清洗干净。设备包括底座、支撑架、激光器、工作箱、工作台和液氮存储罐。通过本专利方法及设备得到的铝合金表面硬度高。
Description
技术领域
本发明属于铝合金激光处理领域，涉及一种铝合金激光循环深冷处理的强化方法及设备。
背景技术
深冷处理在一百多年前就应用于钟表制造中了，一百多年前瑞士人就采用了低温来提高钟表零件的硬度。美国人在70多年前也开始进行了深冷处理的研究，并研究了这种工艺方法对材料性能的影响。至今深冷处理在金属材料热处理方面的广泛应用已有50多年。目前深冷处理在国外已广泛应用并实现了工业化生产，但大部分的研究方向为工具钢。深冷处理作为一种对材料内部进行改性的冷处理工艺，成为目前金属材料的研究热点。近几年，循环深冷处理作为新型热处理工艺被广泛使用。循环深冷处理是使材料多次加热和冷却引起的点阵收缩和膨胀，各相的晶粒发生少许位移，第二相质点处于更加稳定的状态，从而提高材料的力学性能。但由于循环温度梯度的存在，使得加热不均匀，使用常规加热方式处理时间长，处理成本大大提高。而激光功率密度高，即热速度快，缩短处理时间，节省成本，并能够获得更好硬度。然而并没有成熟的铝合金激光循环深冷处理工艺。
发明内容
发明目的
为解决现有技术缺乏铝合金深冷处理工艺的问题，本发明提供一种铝合金激光循环深冷处理的强化方法及设备。旨在代替循环深冷处理中的时效加热过程，通过激光的短时加热提高铝合金的硬度。
技术方案
一种铝合金激光循环深冷处理的强化方法，包括步骤如下：
步骤一、将铝合金工件表面清洗干净，对铝合金工件表面进行打磨和抛光后置于工作台上；
步骤二、将铝合金工件预热到60-80℃，并保持环境温度在60-80℃；
步骤三、激光束对工件进行扫描，使工件表面达到循环深冷中的时效温度，时效温度为120-160℃；激光束扫描速度为2-5毫米/秒，离焦量为30-65mm，激光功率为600-2000W；
步骤四、将铝合金工件在液氮内浸没，进行液氮深冷处理，浸没的时间为30s-45s；
步骤五、深冷处理结束后的铝合金工件从液氮内取出，将铝合金工件预热到90-100℃，并保持环境温度在90-100℃，进行步骤三的处理；
步骤六、重复步骤四和步骤五3-5次后，将铝合金工件室温放置冷却后清洗干净，铝合金工件即处理完毕。
进一步的，所述步骤一中，使用砂纸进行打磨，砂纸为240～2000目，抛光使用的是抛光膏，抛光膏为1000-8000目。
进一步的，所述步骤一中，工件抛光之后需进行一次超声波清洗，超声波清洗使用的溶液为95％无水乙醇，接下来用能够擦拭掉的黑色记号笔将工件需要激光照射的表面涂黑。
进一步的，所述铝合金工件的厚度为0.5mm-28mm，液氮的温度为-196℃。
进一步的，所述铝合金工件为7系列铝合金，其合金质量成分为：硅0.2-0.4％、铁0.1-0.5％、铜1.2-2.0％、锰0.2-0.3％、镁2.5-3.5％、铬0.18-0.25％、锌5.8-7.5％、钛0.16-0.20％、余量为铝。
一种铝合金激光循环深冷处理的强化设备，包括底座、支撑架、激光器、工作箱、工作台和液氮存储罐，所述底座的上端固定设有支撑架，支撑架的上端呈弯折向下的形状并滑动连接有连接件，连接件上连接有激光器，激光器的激光点位朝向下方的工作台，工作台的下端连接有支撑柱，工作台外侧设有一个上部开口的工作箱，工作箱通过工作箱下端的托架固定在底座的上侧，所述支撑柱的下端穿过了工作箱和支撑柱并连接在旋转电机的电机轴上，旋转电机的下端连接在伸缩气缸的气缸伸出端上，工作箱的外侧一侧探出有托台，热风枪设置在托台上并且出风口正对着工作台的上方，工作箱的一侧设有液氮存储罐，工作箱的一侧连接有气管，气管的另一端连接在液氮存储罐的出气口上，支撑架上固定有一个支撑架电机，支撑架电机的电机轴上设置有齿轮，连接件上设置有与齿轮啮合的齿条。
进一步的，所述激光器的数量有多个。
进一步的，所述热风枪内设有电阻丝。
进一步的，所述支撑柱与工作箱的底端以及托架的上端之间设有一个轴承套，轴承套的外周上端和外周下端皆固定有外套，上和下的两个外套将工作箱和托架夹紧。
进一步的，所述工作台竖向均匀设有多个通气孔，工作台的上端面设有多条交叉并均布的凸棱，所有的凸棱之间的腔体都是连通的。
优点及效果
本发明激光热处理的方法和设备具有操作简单，处理质量好，处理效率高和节省成本的优点。激光被材料吸收变为热能，表层材料受热升温，在很短的时间几秒内即把材料加热到材料的时效温度，使材料的析出相长大，实现表面强化。通过本专利方法得到的铝合金，经测试硬度得到提高，材料的表面硬度HBW≥190。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。
图1为经过激光循环深冷处理的强化方法处理后形成的位错以及堆垛层错现象的晶界状态示意图；
图2为经过传统热处理工艺下的晶界状态示意图；
图3为经过激光循环深冷处理的强化方法处理后晶界的析出状态；
图4为铝合金激光循环深冷处理的强化设备整体结构示意图；
图5为图4内B处的结构放大示意图；
图6为工作台俯视结构示意图；
图7为图4内A处的结构放大示意图。
附图标记说明：1.底座、2.支撑架、3.连接件、4.激光器、5.工作箱、6.支撑柱、7.旋转电机、8.伸缩气缸、9.工作台、10.托架、11.液氮存储罐、12.气管、13.阀门、14.铝合金工件、15.托台、16.热风枪、17.轴承套、18.外套、19.支撑架电机、20.齿轮、21.齿条、22.电热丝、91.通气孔、92.凸棱。
具体实施方式
如图4、图5、图6和图7所示，一种铝合金激光循环深冷处理的强化设备，包括底座1、支撑架2、激光器4、工作箱5、工作台9和液氮存储罐11，所述底座1的上端固定设有支撑架2，支撑架2的上端呈弯折向下的形状并滑动连接有连接件3，连接件3上连接有激光器4，优选激光器4的数量有多个，本实施例内为三个，三个激光器4的激光点位不同角度朝向下方的工作台9，多激光器4的设置可以处理非常规形状的工件，同时使用时候确保铝合金工件14整体受热均匀，工作台9竖向均匀设有多个通气孔91，工作台9的上端面设有多条交叉并均布的凸棱92，所有的凸棱92之间的腔体都是连通的，铝合金工件14是置于凸棱92上激光深冷处理的。工作台9的下端螺纹连接有支撑柱6，工作台9外侧设有一个上部开口的工作箱5，工作箱5通过工作箱5下端的托架10固定在底座1的上侧，所述支撑柱6的下端穿过了工作箱5和支撑柱6并螺纹连接在旋转电机7的电机轴上，旋转电机7的下端连接在伸缩气缸8的气缸伸出端上，工作箱5的外侧一侧探出有托台15，热风枪16设置在托台15上并且出风口正对着工作台9的上方，热风枪16为电阻式加热的形式，其内部设有电阻丝22，通过风扇把热量传递到铝合金工件14上，并能够快速吹走工件表面的水分或其他附着物。工作箱5的一侧设有液氮存储罐11，工作箱5的一侧连接有气管12，气管12的另一端连接在液氮存储罐11的出气口上，气管12上设有阀门13，支撑架2上固定有一个支撑架电机19，支撑架电机19的电机轴上设置有齿轮20，连接件3上设置有与齿轮20啮合的齿条21。支撑柱6与工作箱5的底端以及托架10的上端之间设有一个轴承套17，轴承套17的外周上端和外周下端皆螺纹固定有外套18，上和下的两个外套18将工作箱5和托架10夹紧。激光器4的冷却水系统的冷却离子浓度优选为0.4％。
使用上述设备铝合金激光循环深冷处理的强化方法，包括步骤如下：
步骤一、将厚度为0.5mm-28mm的铝合金工件表面清洗干净，将铝合金工件表面在机加工时产生的油污与标记洗去，避免在激光扫描时，合金表面存在的油污会导致温度骤然升高，导致工件整体失效。对铝合金工件表面使用240～2000目砂纸(砂轮机也可)进行打磨，使用1000-8000目的抛光膏抛光后置于工作台上，打磨能够避免在激光扫描过程中出现热量集中在无需加热的地区，导致整体工件出现不可避免的误差。优选的，工件抛光之后进行一次超声波清洗，超声波清洗使用的溶液为95％无水乙醇，清洗的时间一般为10-15分钟，接下来用能够擦拭掉的黑色记号笔将工件需要激光照射的表面涂黑，确保热能能够被更多的吸收，避免因折射导致的能量散失。
步骤二、将热风枪12打开，并对着铝合金工件14加热，在吹干表面水分的同时将铝合金工件预热到60-80℃，并一直保持环境温度在60-80℃。
步骤三、支撑架电机19带动连接件3移动，进而带动激光器4的移动，激光器4发射的激光束对工件进行扫描，使工件表面达到循环深冷中的时效温度，时效温度为120-160℃；激光束扫描速度为2-5毫米/秒，离焦量为30-65mm，激光功率为600-2000W；在需要铝合金工件14旋转扫描的时候，通过旋转电机7的旋转，带动工作台9旋转。
步骤四、将伸缩气缸8的伸缩端缩回，进而带动工作台9向下移动并进入工作箱5的内部，液氮存储罐11内-196℃的液氮进入工作项5内，铝合金工件在液氮内浸没，进行液氮深冷处理，浸没的时间为30s-45s。
步骤五、将伸缩气缸8的伸缩端伸出，深冷处理结束后的铝合金工件即可从液氮内出来；再通过热风枪12将铝合金工件预热到90-100℃，并保持环境温度在90-100℃，进行步骤三的处理。
步骤六、重复步骤四和步骤五3-5次后，将铝合金工件室温放置冷却后超声波清洗15分钟-20分钟，清洗干净，铝合金工件即处理完毕。
优选强化的铝合金工件为7系列铝合金，经过本处理方法后硬度提升明显，7系列铝合金质量成分为：硅0.2-0.4％、铁0.1-0.5％、铜1.2-2.0％、锰0.2-0.3％、镁2.5-3.5％、铬0.18-0.25％、锌5.8-7.5％、钛0.16-0.20％、余量为铝。
实施例1
步骤一、将厚度为0.5mm的铝合金工件表面清洗干净，对铝合金工件表面使用240～2000目砂纸进行打磨，使用1000-8000目的抛光膏抛光后置于工作台上；优选的，工件抛光之后进行一次超声波清洗，超声波清洗使用的溶液为95％无水乙醇，接下来用能够擦拭掉的黑色记号笔将工件需要激光照射的表面涂黑。
步骤二、将铝合金工件预热到60℃，并保持环境温度在60℃。
步骤三、激光束对工件进行扫描，使工件表面达到循环深冷中的时效温度，时效温度为120℃；激光束扫描速度为5毫米/秒，离焦量为65mm，激光功率为600W。
步骤四、将铝合金工件在-196℃的液氮内浸没，进行液氮深冷处理，浸没的时间为30s。
步骤五、深冷处理结束后的铝合金工件从液氮内取出，将铝合金工件预热到90℃，并保持环境温度在90℃，进行步骤三的处理。
步骤六、重复步骤四和步骤五3次后，将铝合金工件室温放置冷却后超声波清洗15分钟，清洗干净，铝合金工件即处理完毕。
优选的，铝合金工件为7系列铝合金，经过本处理方法后硬度提升明显，7系列铝合金质量成分为：硅0.2％、铁0.5％、铜2.0％、锰0.2％、镁3.5％、铬0.25％、锌7.5％、钛0.16％、余量为铝。
实施例2
步骤一、将厚度为28mm的铝合金工件表面清洗干净，对铝合金工件表面使用240～2000目砂纸进行打磨，使用1000-8000目的抛光膏抛光后置于工作台上；优选的，工件抛光之后进行一次超声波清洗，超声波清洗使用的溶液为95％无水乙醇，接下来用能够擦拭掉的黑色记号笔将工件需要激光照射的表面涂黑。
步骤二、将铝合金工件预热到80℃，并保持环境温度在80℃。
步骤三、激光束对工件进行扫描，使工件表面达到循环深冷中的时效温度，时效温度为160℃；激光束扫描速度为2毫米/秒，离焦量为30mm，激光功率为2000W。
步骤四、将铝合金工件在-196℃的液氮内浸没，进行液氮深冷处理，浸没的时间为45s。
步骤五、深冷处理结束后的铝合金工件从液氮内取出，将铝合金工件预热到100℃，并保持环境温度在100℃，进行步骤三的处理。
步骤六、重复步骤四和步骤五5次后，将铝合金工件室温放置冷却后超声波清洗20分钟，清洗干净，铝合金工件即处理完毕。
优选的，铝合金工件为7系列铝合金，经过本处理方法后硬度提升明显，7系列铝合金质量成分为：硅0.4％、铁0.1％、铜1.2％、锰0.3％、镁2.5％、铬0.18％、锌5.8％、钛0.20％、余量为铝。
实施例3
步骤一、将厚度为10mm的铝合金工件表面清洗干净，对铝合金工件表面使用240～2000目砂纸进行打磨，使用1000-8000目的抛光膏抛光后置于工作台上；
优选的，工件抛光之后进行一次超声波清洗，超声波清洗使用的溶液为95％无水乙醇，接下来用能够擦拭掉的黑色记号笔将工件需要激光照射的表面涂黑。
步骤二、将铝合金工件预热到70℃，并保持环境温度在70℃。
步骤三、激光束对工件进行扫描，使工件表面达到循环深冷中的时效温度，时效温度为140℃；激光束扫描速度为4毫米/秒，离焦量为45mm，激光功率为1300W。
步骤四、将铝合金工件在-196℃的液氮内浸没，进行液氮深冷处理，浸没的时间为38s。
步骤五、深冷处理结束后的铝合金工件从液氮内取出，将铝合金工件预热到95℃，并保持环境温度在95℃，进行步骤三的处理。
步骤六、重复步骤四和步骤五4次后，将铝合金工件室温放置冷却后超声波清洗18分钟，清洗干净，铝合金工件即处理完毕。
优选的，铝合金工件为7系列铝合金，经过本处理方法后硬度提升明显，7系列铝合金质量成分为：硅0.3％、铁0.3％、铜1.6％、锰0.25％、镁3％、铬0.21％、锌6.2％、钛0.18％、余量为铝。
如图1所示，通过本专利技术处理后，工件内部的位错出现的较多，均匀的分布在晶内与晶界，图中的黑色点物质为合金的第二相，出现的位错使第二相之间相互连接，增强了合金的强化性，进一步增加了工件的硬度。且在图1中可看到出现了层状结构的堆垛层错现象，这种现象的形成后，也进一步增加了合金的内应力，使性能增强。对比图2和图3，图2为未受本技术处理的工件晶界的情况，对比图3，图3的晶界由连续转化为断续结构，这种由连续转为链状的结构也进一步的增强了合金的性能，在晶界处得以强化。析出相η'增加明显，金属得到大幅强化。
在本方法中，采用激光束对工件表面瞬时加热至时效温度，与常规炉温加热相比，激光处理速度更快，效率更高，而且，热效率转换高，对于工件而言，温度升高速度极快，可以避免在升温时出现过多的析出相。然后靠液氮溶液进行深冷处理，温度下降极快，与传统水冷或油冷相比，下降的温度梯度更大，下降速度更快，使合金瞬间降温，在形成合理的析出相后，不产生其他的杂质相。激光扫描使材料激光辐照表层析出相发生变化，晶界上连续链状析出相并和聚集大量析出，使原本的链状析出相不再连续，在工件内形成一些位错，这些位错会使合金内的内应力增加，而当工件使用时，会产生压应力，这些应力会与本身的内应力相互抵消。从而增加强度。合金性能整体增加。
显然，本发明的上述实施方式仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种铝合金激光循环深冷处理的强化方法，其特征在于：包括步骤如下：
步骤一、将铝合金工件表面清洗干净，对铝合金工件表面进行打磨和抛光后置于工作台上；
步骤二、将铝合金工件预热到60-80℃，并保持环境温度在60-80℃；
步骤三、激光束对工件进行扫描，使工件表面达到循环深冷中的时效温度，时效温度为120-160℃；激光束扫描速度为2-5毫米/秒，离焦量为30-65mm，激光功率为600-2000W；
步骤四、将铝合金工件在液氮内浸没，进行液氮深冷处理，浸没的时间为30s-45s；
步骤五、深冷处理结束后的铝合金工件从液氮内取出，将铝合金工件预热到90-100℃，并保持环境温度在90-100℃，进行步骤三的处理；
步骤六、重复步骤四和步骤五3-5次后，将铝合金工件室温放置冷却后清洗干净，铝合金工件即处理完毕。
2.根据权利要求1所述的铝合金激光循环深冷处理的强化方法，其特征在于：所述步骤一中，使用砂纸进行打磨，砂纸为240～2000目，抛光使用的是抛光膏，抛光膏为1000-8000目。
3.根据权利要求1所述的铝合金激光循环深冷处理的强化方法，其特征在于：所述步骤一中，工件抛光之后需进行一次超声波清洗，超声波清洗使用的溶液为95％无水乙醇，接下来用能够擦拭掉的黑色记号笔将工件需要激光照射的表面涂黑。
4.根据权利要求1所述的铝合金激光循环深冷处理的强化方法，其特征在于：所述铝合金工件的厚度为0.5mm-28mm，液氮的温度为-196℃。
5.根据权利要求1所述的铝合金激光循环深冷处理的强化方法，其特征在于：所述铝合金工件为7系列铝合金，其合金质量成分为：硅0.2-0.4％、铁0.1-0.5％、铜1.2-2.0％、锰0.2-0.3％、镁2.5-3.5％、铬0.18-0.25％、锌5.8-7.5％、钛0.16-0.20％、余量为铝。
6.一种铝合金激光循环深冷处理的强化设备，其特征在于：包括底座、支撑架、激光器、工作箱、工作台和液氮存储罐，所述底座的上端固定设有支撑架，支撑架的上端呈弯折向下的形状并滑动连接有连接件，连接件上连接有激光器，激光器的激光点位朝向下方的工作台，工作台的下端连接有支撑柱，工作台外侧设有一个上部开口的工作箱，工作箱通过工作箱下端的托架固定在底座的上侧，所述支撑柱的下端穿过了工作箱和支撑柱并连接在旋转电机的电机轴上，旋转电机的下端连接在伸缩气缸的气缸伸出端上，工作箱的外侧一侧探出有托台，热风枪设置在托台上并且出风口正对着工作台的上方，工作箱的一侧设有液氮存储罐，工作箱的一侧连接有气管，气管的另一端连接在液氮存储罐的出气口上，支撑架上固定有一个支撑架电机，支撑架电机的电机轴上设置有齿轮，连接件上设置有与齿轮啮合的齿条。
7.根据权利要求6所述的铝合金激光循环深冷处理的强化设备，其特征在于：所述激光器的数量有多个。
8.根据权利要求6所述的铝合金激光循环深冷处理的强化设备，其特征在于：所述热风枪内设有电阻丝。
9.根据权利要求6所述的铝合金激光循环深冷处理的强化设备，其特征在于：所述支撑柱与工作箱的底端以及托架的上端之间设有一个轴承套，轴承套的外周上端和外周下端皆固定有外套，上和下的两个外套将工作箱和托架夹紧。
10.根据权利要求6所述的铝合金激光循环深冷处理的强化设备，其特征在于：所述工作台竖向均匀设有多个通气孔，工作台的上端面设有多条交叉并均布的凸棱，所有的凸棱之间的腔体都是连通的。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06240422A (ja) * | 1993-02-19 | 1994-08-30 | Suzuki Motor Corp | 金属基複合材料の熱処理方法 |
| CN102492805A (zh) * | 2011-12-16 | 2012-06-13 | 江苏大学 | 一种采用深冷激光冲击强化金属材料的方法与装置 |
| CN106840818A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-06-13 | 河南理工大学 | 液氮冷浸自动旋转升降装置及使用方法 |
| CN107243696A (zh) * | 2017-06-06 | 2017-10-13 | 沈阳工业大学 | 一种铝合金液氮浴激光热处理强化工艺 |
| CN107267743A (zh) * | 2017-05-18 | 2017-10-20 | 江苏大学 | 一种温度可控的深冷激光冲击强化系统 |
-
2020
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06240422A (ja) * | 1993-02-19 | 1994-08-30 | Suzuki Motor Corp | 金属基複合材料の熱処理方法 |
| CN102492805A (zh) * | 2011-12-16 | 2012-06-13 | 江苏大学 | 一种采用深冷激光冲击强化金属材料的方法与装置 |
| CN106840818A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-06-13 | 河南理工大学 | 液氮冷浸自动旋转升降装置及使用方法 |
| CN107267743A (zh) * | 2017-05-18 | 2017-10-20 | 江苏大学 | 一种温度可控的深冷激光冲击强化系统 |
| CN107243696A (zh) * | 2017-06-06 | 2017-10-13 | 沈阳工业大学 | 一种铝合金液氮浴激光热处理强化工艺 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 黄书海等: "冷热循环对铝合金锥形件淬火残余应力和加工变形的影响", 《机械工程学报》 * |
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