本發(fā)明涉及一種利用高能激光提高T5狀態(tài)6N01鋁合金彎曲性能的方法，屬于金屬材料加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鋁合金材料具有中等強(qiáng)度、高耐蝕性，良好的塑性、焊接性能、工藝性能等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于制造車(chē)輛外殼、大型結(jié)構(gòu)件以及裝飾配件，在交通工具的輕量化領(lǐng)域中起著重要作用。目前動(dòng)車(chē)和地鐵車(chē)輛車(chē)身主要使用的是6N01鋁合金型材，熱處理狀態(tài)為T(mén)5和T6，強(qiáng)度能夠達(dá)到250MPa。高速運(yùn)行的車(chē)輛對(duì)加工精度的要求很高，人工時(shí)效狀態(tài)(T5)的6000系鋁合金第二相強(qiáng)化相已經(jīng)充分析出，導(dǎo)致彎曲成形性能不高。

鋁合金板材彎曲過(guò)程中，板材中性面的內(nèi)側(cè)主要受到壓應(yīng)力作用，外側(cè)主要受到拉應(yīng)力作用，是彎曲失效最開(kāi)始發(fā)生的地方。常溫彎曲工藝，型材彎曲后容易產(chǎn)生回彈、起皺、橫截面的變形和外層破裂等缺陷；而傳統(tǒng)的熱彎曲工藝需要使用大型設(shè)備對(duì)型材整體進(jìn)行回歸熱處理，即將已經(jīng)時(shí)效強(qiáng)化的鋁合金，重新加熱到一定溫度，使低溫時(shí)析出的GP區(qū)重新溶解于基體。這時(shí)鋁合金性能恢復(fù)到接近于淬火狀態(tài)，塑性加工能力增強(qiáng)。此時(shí)的型材與新淬火的鋁合金一樣，仍能進(jìn)行正常的自然時(shí)效或人工時(shí)效。當(dāng)材料回復(fù)到T4狀態(tài)后再進(jìn)行塑性加工，雖然可以提高彎曲性能，但存在生產(chǎn)效率低、加工時(shí)間長(zhǎng)和制造成本高等缺點(diǎn)。

在文獻(xiàn)(“鋁合金彎曲開(kāi)裂的問(wèn)題討論”第九屆全國(guó)典型零件熱處理學(xué)術(shù)及技術(shù)交流會(huì)暨第六屆全國(guó)熱處理學(xué)會(huì)物理冶金學(xué)術(shù)交流會(huì))中采用的退火工藝雖然提高了鋁合金的塑性和彎曲性能，但是降低了鋁合金的整體強(qiáng)度，同時(shí)改變了鋁合金的熱處理狀態(tài)。在文獻(xiàn)(“熱處理加熱溫度對(duì)6063-T6鋁型材彎曲性能的影響”《輕合金加工技術(shù)》)中是將長(zhǎng)度為250～1000mm的鋁合金型材整體熱處理改善彎曲性能，這無(wú)疑對(duì)加工設(shè)備要求較高，提高了成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：在不改變鋁合金材料整體熱處理狀態(tài)的基礎(chǔ)上，為了提高鋁合金的彎曲性能，提供一種采用激光局部處理提高T5狀態(tài)6N01鋁合金彎曲性能的方法。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：利用高能激光對(duì)材料彎曲過(guò)程中主要受拉應(yīng)力的位置進(jìn)行局部加熱處理，然后進(jìn)行彎曲，最后再對(duì)材料進(jìn)行人工時(shí)效，使激光處理部位恢復(fù)到T5狀態(tài)，其具體步驟如下：

第一步，確定板材彎曲變形的最大受拉部位，選取以該部位為對(duì)稱(chēng)軸的矩形區(qū)域?yàn)楣ぷ髅?，設(shè)矩形區(qū)域的寬與對(duì)稱(chēng)軸垂直，該寬度為3個(gè)板材厚度長(zhǎng)；

第二步，使用高能激光對(duì)上述工作面進(jìn)行全區(qū)域激光掃描；

第三步，將掃描處理后的板材進(jìn)行塑性彎曲加工；

第四步，加工后對(duì)板材的整體或局部進(jìn)行人工時(shí)效。

第一步中，板材為T(mén)5狀態(tài)6N01鋁合金。

第二步中，激光掃描的功率為200～500W，掃描速度為10～20mm/s，離焦量10～20mm，其中最佳工藝參數(shù)為激光掃描的功率350W，掃描速度15mm/s，離焦量15mm。

第四步中，時(shí)效溫度為179～190℃，保溫2～4小時(shí)，其中最佳工藝參數(shù)為時(shí)效溫度180℃，保溫3小時(shí)。

本發(fā)明的原理是：利用高能激光對(duì)鋁合金進(jìn)行局部加熱，使析出的第二相重新溶解，轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆墓倘荏w狀態(tài)，提高其彎曲變形能力，變形后再通過(guò)局部或整體的時(shí)效恢復(fù)T5狀態(tài)，從而提高鋁合金整體的性能。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：T5狀態(tài)6N01鋁合金在彎曲過(guò)程中極易產(chǎn)生裂紋，而經(jīng)過(guò)本發(fā)明處理后，T5狀態(tài)6N01鋁合金的整體熱處理狀態(tài)不變，彎曲性能提高，材料整體強(qiáng)度不降低，且該工藝具有生產(chǎn)效率高、加工時(shí)間短和制造成本低等顯著優(yōu)點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

下面的實(shí)施例可以使本專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明。實(shí)施例僅對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制。

各實(shí)施例中的鋁合金材料先按本發(fā)明處理，隨后進(jìn)行彎曲性能測(cè)試。彎曲實(shí)驗(yàn)按照GB/T14452-1993金屬成型性能與試驗(yàn)方法要求測(cè)量。最后按照國(guó)標(biāo)GB/T228-2010進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)。本發(fā)明各實(shí)施例的鋁合金初始態(tài)為T(mén)5狀態(tài)6N01鋁合金。相對(duì)彎曲半徑為彎曲半徑與板厚的比值。

對(duì)比例

T5狀態(tài)的6mm厚板材，不進(jìn)行本發(fā)明處理，直接進(jìn)行力學(xué)性能和彎曲測(cè)試，其強(qiáng)度為275MPa，延伸率為10.5％。彎曲半徑為16.9mm，相對(duì)彎曲半徑為2.82，超過(guò) 該彎曲半徑，板材出現(xiàn)的外側(cè)即受拉應(yīng)力的部位出現(xiàn)裂紋。

實(shí)施例1

6mm厚板材，用200W的高能激光對(duì)材料受拉應(yīng)力部位進(jìn)行掃描，掃描速度15mm/s，離焦量15mm，冷卻后進(jìn)行彎曲，其彎曲半徑為11.4mm，相對(duì)彎曲半徑為1.90，彎曲性能相對(duì)未處理樣品提高。經(jīng)過(guò)180℃×3h局部時(shí)效處理后，在激光處理部位取樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，抗拉強(qiáng)度為277MPa，延伸率為10.2％。經(jīng)過(guò)180℃×3h整體時(shí)效處理后，在激光處理部位取樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，抗拉強(qiáng)度為279MPa，延伸率為10.1％。

實(shí)施例2

6mm厚板材，用200W的高能激光對(duì)材料受拉應(yīng)力部位進(jìn)行掃描，掃描速度15mm/s，離焦量15mm，冷卻后進(jìn)行彎曲，其彎曲半徑為11.4mm，相對(duì)彎曲半徑為1.90，彎曲性能相對(duì)未處理樣品提高。經(jīng)過(guò)180℃×3h整體時(shí)效處理后，在激光處理部位取樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，抗拉強(qiáng)度為281MPa，延伸率為10.2％。

實(shí)施例3

6mm厚板材，用350W的高能激光對(duì)材料受拉應(yīng)力部位進(jìn)行掃描，掃描速度15mm/s，離焦量15mm，冷卻后進(jìn)行彎曲，其彎曲半徑為12.1mm，相對(duì)彎曲半徑為2.02，彎曲性能相對(duì)未處理樣品提高。經(jīng)過(guò)180℃×3h局部時(shí)效處理后，在激光處理部位取樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，抗拉強(qiáng)度為269MPa，延伸率為11.0％。

實(shí)施例4

6mm厚板材，用500W的高能激光對(duì)材料受拉應(yīng)力部位進(jìn)行掃描，掃描速度15mm/s，離焦量15mm，冷卻后進(jìn)行彎曲，其彎曲半徑為12.2mm，相對(duì)彎曲半徑為2.03，彎曲性能相對(duì)未處理樣品提高。經(jīng)過(guò)180℃×3h局部時(shí)效處理后，在激光處理部位取樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，抗拉強(qiáng)度為268MPa，延伸率為10.9％。

實(shí)施例5

6mm厚板材，用350W的高能激光對(duì)材料受拉應(yīng)力部位進(jìn)行掃描，掃描速度10mm/s，離焦量15mm，冷卻后進(jìn)行彎曲，其彎曲半徑為11.4mm，相對(duì)彎曲半徑為1.90，彎曲性能相對(duì)未處理樣品提高。經(jīng)過(guò)180℃×3h局部時(shí)效處理后，在激光處理部位取樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，抗拉強(qiáng)度為264MPa，延伸率為10.2％。

實(shí)施例6

6mm厚板材，用350W的高能激光對(duì)材料受拉應(yīng)力部位進(jìn)行掃描，掃描速度20mm/s，離焦量15mm，冷卻后進(jìn)行彎曲，其彎曲半徑為9.2mm，相對(duì)彎曲半徑為1.63， 彎曲性能相對(duì)未處理樣品提高。經(jīng)過(guò)180℃×3h局部時(shí)效處理后，在激光處理部位取樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，抗拉強(qiáng)度為274MPa，延伸率為10.1％。

實(shí)施例7

6mm厚板材，用350W的高能激光對(duì)材料受拉應(yīng)力部位進(jìn)行掃描，掃描速度15mm/s，離焦量10mm，冷卻后進(jìn)行彎曲，其彎曲半徑為12.4mm，相對(duì)彎曲半徑為2.07，彎曲性能相對(duì)未處理樣品提高。經(jīng)過(guò)180℃×3h局部時(shí)效處理后，在激光處理部位取樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，抗拉強(qiáng)度為271MPa，延伸率為10.5％。

實(shí)施例8

6mm厚板材，用350W的高能激光對(duì)材料受拉應(yīng)力部位進(jìn)行掃描，掃描速度15mm/s，離焦量20mm，冷卻后進(jìn)行彎曲，其彎曲半徑為11.9mm，相對(duì)彎曲半徑為1.98，彎曲性能相對(duì)未處理樣品提高。經(jīng)過(guò)180℃×3h局部時(shí)效處理后，在激光處理部位取樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，抗拉強(qiáng)度為269MPa，延伸率為10.4％。

實(shí)施例9

6mm厚板材，用350W的高能激光對(duì)材料受拉應(yīng)力部位進(jìn)行掃描，掃描速度15mm/s，離焦量15mm，冷卻后進(jìn)行彎曲，其彎曲半徑為10.0mm，相對(duì)彎曲半徑為1.67，彎曲性能相對(duì)未處理樣品提高。經(jīng)過(guò)180℃×3h局部時(shí)效處理后，在激光處理部位取樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，抗拉強(qiáng)度為268MPa，延伸率為10.2％。

實(shí)施例10

6mm厚板材，用350W的高能激光對(duì)材料受拉應(yīng)力部位進(jìn)行掃描，掃描速度15mm/s，離焦量15mm，冷卻后進(jìn)行彎曲，其彎曲半徑為12.3mm，相對(duì)彎曲半徑為2.05，彎曲性能相對(duì)未處理樣品提高。經(jīng)過(guò)170℃×3h局部時(shí)效處理后，在激光處理部位取樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，抗拉強(qiáng)度為259MPa，延伸率為10.8％。

實(shí)施例11

6mm厚板材，用350W的高能激光對(duì)材料受拉應(yīng)力部位進(jìn)行掃描，掃描速度15mm/s，離焦量15mm，冷卻后進(jìn)行彎曲，其彎曲半徑為12.1mm，相對(duì)彎曲半徑為2.02，彎曲性能相對(duì)未處理樣品提高。經(jīng)過(guò)190℃×3h局部時(shí)效處理后，在激光處理部位取樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，抗拉強(qiáng)度為287MPa，延伸率為10.2％。

實(shí)施例12

6mm厚板材，用350W的高能激光對(duì)材料受拉應(yīng)變部位進(jìn)行掃描，掃描速度15mm/s，離焦量15mm，冷卻后進(jìn)行彎曲，其彎曲半徑為12.5mm，相對(duì)彎曲半徑為2.08，彎曲性能相對(duì)未處理樣品提高。經(jīng)過(guò)180℃×2h局部時(shí)效處理后，在激光處理部位取 樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，抗拉強(qiáng)度為278MPa，延伸率為10.2％。

實(shí)施例13

6mm厚板材，用350W的高能激光對(duì)材料受拉應(yīng)變部位進(jìn)行掃描，掃描速度15mm/s，離焦量15mm，冷卻后進(jìn)行彎曲，其彎曲半徑為11.0mm，相對(duì)彎曲半徑為1.83，彎曲性能相對(duì)未處理樣品提高。經(jīng)過(guò)180℃×4h局部時(shí)效處理后，在激光處理部位取樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，抗拉強(qiáng)度為284MPa，延伸率為10.2％。

實(shí)施例14

10mm厚板材，不進(jìn)行本發(fā)明處理，直接進(jìn)行力學(xué)性能和彎曲測(cè)試，其強(qiáng)度為285MPa，延伸率為8.4％。彎曲半徑為28.0mm，相對(duì)彎曲半徑為2.80。用350W的高能激光對(duì)材料受拉應(yīng)力部位進(jìn)行掃描，掃描速度15mm/s，離焦量15mm，冷卻后進(jìn)行彎曲，其彎曲半徑為15.0mm，相對(duì)彎曲半徑為1.50，彎曲性能相對(duì)未處理樣品提高。經(jīng)過(guò)180℃×4h局部時(shí)效處理后，在激光處理部位取樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，抗拉強(qiáng)度為284MPa，延伸率為8.2％。

從以上實(shí)施例和對(duì)比例的結(jié)果可以看出，采用本發(fā)明所提供的處理方法，時(shí)效處理后強(qiáng)度沒(méi)有降低，而材料的彎曲成形性能得到極大提高。