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CN116219332A - 一种激光局部热处理提高铝合金管材弯曲性能的方法 - Google Patents

一种激光局部热处理提高铝合金管材弯曲性能的方法 Download PDF

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CN116219332A
CN116219332A CN202211610355.3A CN202211610355A CN116219332A CN 116219332 A CN116219332 A CN 116219332A CN 202211610355 A CN202211610355 A CN 202211610355A CN 116219332 A CN116219332 A CN 116219332A
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China
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aluminum alloy
laser
heat treatment
local
alloy pipe
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CN202211610355.3A
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宋鸿武
马彦
张晓嵩
张士宏
王琪童
贾娈娈
董其娟
牌君君
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Binzhou Weiqiao National Institute Of Advanced Technology
Institute of Metal Research of CAS
Original Assignee
Binzhou Weiqiao National Institute Of Advanced Technology
Institute of Metal Research of CAS
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    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • 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
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    • C21D9/08—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

本发明公开了一种激光局部热处理提高铝合金管材弯曲性能的方法，属于铝合金管材弯曲成形技术领域。该利用激光局部热处理对铝合金管材局部改性，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管材的弯曲性能，从而为铝合金管材大变形量弯曲提供一种新方案。该方法的核心思想是通过激光局部热处理提高铝合金管材的弯曲性能，基于激光热处理对铝合金管材局部改性最终提高铝合金管材弯曲性能，主要包括H态、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，通过合理制定铝合管材的激光热处理路径及激光工艺参数可显著提高铝合金管材室温下的弯曲成形能力。

Description

一种激光局部热处理提高铝合金管材弯曲性能的方法
技术领域
本发明涉及铝合金管材弯曲成形技术领域，具体涉及一种激光局部热处理提高铝合金管材弯曲性能的方法。
背景技术
铝合金管材具有密度低、耐蚀性好的优点，易于通过挤压等方式制造，在汽车、机械制造、船舶及化学工业中被大量应用，是汽车轻量化以及提高航空燃油经济性的理想材料，主要应用于汽车车门、卡车、船舶等需要有强度、可焊接、抗腐蚀等构件。铝合金管材在弯曲成形过程中材料会产生流动进而产生塑性变形，弯曲内侧壁厚容易增加，弯曲外侧壁厚容易减薄，因此需要对工艺进行精确控制，进而避免产生起皱和破裂等缺陷。对于大变形量和小弯曲半径弯管，进一步增加了弯曲成形和工艺开发的难度。采用温热成形方法能够解决此类问题，但同时增加了一道工序并降低了制造效率。
近年来，梯度性能材料的开发极大的降低了对制造设备和工艺的要求，其中局部热处理技术是通过利用铝合金不同热处理状态的性能差别构筑差性材料，专利(申请号201710882183.8)“一种激光局部热处理提高铝合金板成形性的方法”提出了使用激光局部热处理技术提高铝合金板材成形性能的方法，该方法能够提高板材冲压成形性能，但是该技术无法直接用于具有多个侧面的管材，因此也无法直接用于提高管材的弯曲性能。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足之处，本发明的目的在于提供一种激光局部热处理提高铝合金管材弯曲性能的方法，通过激光局部热处理提高铝合金管材弯曲性能，进而可在不增加工艺制定难度及室温条件下即可弯曲成形大变形量和小弯曲半径的弯管，避免管材在大变形量和小弯曲半径弯管过程中发生起皱和破裂等缺陷。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种激光局部热处理提高铝合金管材弯曲性能的方法，该方法对铝合金管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。
该方法既适用于可热处理强化的铝合金，也适用于不可热处理强化的铝合金。
所述铝合金管材为等截面或变截面(沿管材轴线方向)管材，截面形状为方形、圆形或者其他形状。
该方法适用于铝合金薄壁管材弯曲成形，要求初始管材壁厚小于或等于5mm。
该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。目标区域可以位于管材的单个侧面，也可以位于管材多个侧面。
该方法中，激光热处理区域需涂覆吸光涂层，以确保激光吸收效率，提高能源利用率。
该方法中，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。
所述局部软化处理是指H态、T6态铝合金的局部软化，所述局部强化处理是指T4态铝合金的局部硬化。
所述H态、T6态铝合金的局部软化是指：对于非热处理强化铝合金的H态及可热处理强化铝合金T6态完全人工时效的铝合金管材的局部软化激光热处理，采用的激光器功率100～1500瓦，激光束扫描速度10～30mm/s，离焦量8～30mm，激光扫描区域温度达到300℃～550℃范围内，空气冷却。
所述T4态铝合金的局部硬化是指：可热处理强化铝合金的T4态固溶处理后自然时效的铝合金管材的局部激光强化热处理，采用的激光器功率100～600瓦，激光束扫描速度10～30mm/s，离焦量8～30mm，激光扫描区域温度达到200℃～350℃范围内，空气冷却。
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管材局部改性，通过激光的短时局部热处理工艺，获得具有梯度性能的管材，大大提高局部改性后的铝合金管材的弯曲性能，从而为大变形量室温弯管提供一种新方案。
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管材的弯曲性能，基于激光热处理对铝合金管材局部改性最终提高铝合金管材弯曲性能，主要包括H态、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管材的激光处理路径及激光工艺参数可显著提高铝合金管材室温下的弯曲成形能力。
附图说明
图1为激光局部热处理示意图；图中：1-激光器，2-铝合金管材。
图2为激光局部热处理前后铝合金管材压弯压力位移曲线。
图3为激光局部热处理前后铝合金管材压弯中轴线的变形程度。图中：α1为激光热处前后铝合金管材弯曲结果，α2为激光热处后铝合金管材弯曲结果。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，以下结合实例对本发明进行描述，但实例仅为对本发明的特点和优点做进一步阐述，而不是对本发明权利要求的限制。
在具体实施过程中，本发明激光局部热处理提高铝合金管材弯曲性能的方法，包括如下步骤：
1.确定激光局部热处理的目标区域。根据铝合金管材弯曲成形的需要，确定管材弯曲过程中的应力集中区(易出现起皱区域)及材料的大变形区(易出现裂纹区域)，此区域即为激光局部热处理的目标区域，目标区域可以位于管材的单个侧面，也可以位于管材多个侧面。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.根据初始管材的加工硬化状态或者热处理状态及成形件的性能需求选择局部软化处理或硬化处理。
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)对目标区域进行激光扫描加热，并靠材料自身冷却。从而，通过激光器1以实现对铝合金管材2的局部改性。
5.采用局部热处理后的铝合金管材进行弯曲成形，结果表明可显著提高管材的弯曲成形能力，如图2和图3所示。
本发明激光局部热处理提高铝合金管材弯曲性能的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。对铝合金管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.加工硬化H态、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100～1500瓦，激光束扫描速度10～30mm/s，离焦量8～30mm，激光扫描区域温度达到300℃～550℃范围内，空气冷却。
在本发明方法中，激光束对铝合金管材特定区域局部瞬时加热至回归热处理温度以上，将加工硬化的或人工时效后的铝合金通过退火将强化现象消除。
2.T4态固溶处理后自然时效的铝合金管材的局部激光强化热处理
采用的激光器功率100～600瓦，激光束扫描速度10～30mm/s，离焦量8～30mm，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，激光束对铝合金管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合金时效析出，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1：
初始板材为T6态6061铝合金方管，截面尺寸30mm×30mm；
管材壁厚2mm；
吸光涂层为油性墨水；
激光器功率715瓦；
激光束扫描速度20毫米/秒；
离焦量为80mm；
光斑直径8mm；
激光热处理区域温度300～350℃；
空气冷却。
如图2和图3所示，压弯对比结果表明，在此优选的激光参数下，经激光局部软化热处理后，破裂前最大力值13.93kN，压弯推头最大位移4.36mm。与初始板材相比，力值可降低37.26％，压弯推头最大位移提高33.74％，最小弯曲角度能够提高60％，大大提高了管材的弯曲能力。

Claims (10)

1.一种激光局部热处理提高铝合金管材弯曲性能的方法，其特征在于：该方法对铝合金管材目标区域采用激光处理，使目标区域改性进而提高其成形性。
2.根据权利要求1所述的激光局部热处理提高铝合金管材弯曲性能的方法，其特征在于：该方法既适用于可热处理强化的铝合金，也适用于不可热处理强化的铝合金。
3.根据权利要求1所述的激光局部热处理提高铝合金管材弯曲性能的方法，其特征在于：所述铝合金管材为等截面或变截面(沿管材轴线方向)管材，截面形状为方形、圆形或者其他形状。
4.根据权利要求1所述的激光局部热处理提高铝合金管材弯曲性能的方法，其特征在于：所述铝合金管材为薄壁管材，进行弯曲成形前的初始管材壁厚小于等于5mm。
5.根据权利要求1所述的激光局部热处理提高铝合金管材弯曲性能的方法，其特征在于：根据成形件弯曲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；目标区域可以位于管材的单个侧面，也可以位于管材多个侧面。
6.根据权利要求1所述的激光局部热处理提高铝合金管材弯曲性能的方法，其特征在于：激光热处理区域涂覆吸光涂层，以确保激光吸收效率，提高能源利用率。
7.根据权利要求1所述的激光局部热处理提高铝合金管材弯曲性能的方法，其特征在于：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。
8.根据权利要求1或7所述的激光局部热处理提高铝合金管材弯曲性能的方法，其特征在于：所述局部软化处理是指H态、T6态铝合金的局部软化，所述局部强化处理是指T4态铝合金的局部硬化。
9.根据权利要求8所述的激光局部热处理提高铝合金管材弯曲性能的方法，其特征在于：所述H态、T6态铝合金的局部软化是指：对于非热处理强化铝合金的H态及可热处理强化铝合金T6态完全人工时效的铝合金管材的局部软化激光热处理，采用的激光器功率100～1500W，激光束扫描速度10～30mm/s，离焦量8～30mm，激光扫描区域温度达到300℃～550℃范围内，空气冷却。
10.根据权利要求8所述的激光局部热处理提高铝合金管材弯曲性能的方法，其特征在于：T4态铝合金的局部硬化是指：可热处理强化铝合金的T4态固溶处理后自然时效的铝合金管材的局部激光强化热处理，采用的激光器功率100～600W，激光束扫描速度10～30mm/s，离焦量8～30mm，激光扫描区域温度达到200℃～350℃范围内，空气冷却。
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