s,抗拉強(qiáng)度〇b和 延伸率的變化如表5所示。
[0091] 表5.TC4鐵合金選區(qū)激光澤火強(qiáng)化的性能變化
[0092]
[009引由表5可W看出,激光選區(qū)澤火強(qiáng)化后,TC4鐵板的屈服強(qiáng)度σS、抗拉強(qiáng)度σb明 顯提高,但延伸率δ相應(yīng)降低。1.5mm厚的TC4鐵板經(jīng)過70%激光選區(qū)強(qiáng)化后,其屈服強(qiáng) 度0 ,為998MPa,是原始鐵板的1. 55倍;抗拉強(qiáng)度σb為1179MPa,是原始鐵板的1. 21倍; 延伸率δ為17%,是原始鐵板的0.68倍。5mm厚的TC4鐵板經(jīng)過70%激光選區(qū)強(qiáng)化后, 其屈服強(qiáng)度0 ,為974MPa,是原始鐵板的1. 13倍;抗拉強(qiáng)度σb為1140MPa,是原始鐵板的 1. 17倍;延伸率δ為19%,是原始鐵板的0. 73倍。
[0094] 實(shí)施例8 :侶合金選區(qū)激光澤火制備金屬基復(fù)合材料
[0095] 為了節(jié)能減排,歐、美等發(fā)達(dá)國家擬定從2010年到2015年車輛C〇2排放量減少 29%,到2020年法規(guī)油耗標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到化(100km)W下,因此,未來一段時(shí)間,侶合金等輕質(zhì)材 料取代鋼鐵必然是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的研究重點(diǎn),并最終成為有效途徑之一。
[0096]用于汽車車身板的侶合金主要有Al-Cu-Mg系(2xxx系)、Al-Mg系(5xxx系)、 Al-Mg-Si系(6xxx系)和Al-Mg-ai-Cu系(7xxx系),其中系和6xxx系是可熱處理 強(qiáng)化的侶合金,5XXX系是不可熱處理強(qiáng)化的侶合金。其中Al-Mg-Si系化XXX系)侶合金 由于成形性及綜合性能優(yōu)良,是最受重視的汽車用板,可W用于形狀復(fù)雜的汽車部件。由于 侶合金板普遍存在的沖壓成形性不盡如人意的問題,如何改善侶合金板的顯微組織、力學(xué) 性能和熱處理工藝,w生產(chǎn)出具有較好沖壓性能的侶合金板材是國內(nèi)外研究人員關(guān)屯、的問 題。
[0097] 通常,Al-Mg-Si系(6xxx系)合金進(jìn)行固溶+澤火后,再進(jìn)行自然時(shí)效或者人工 時(shí)效,W便在基體中形成穩(wěn)定、彌散分布的沉淀硬化相β" (MgzSi)。
[0098] 本發(fā)明采用的方法是通過選區(qū)激光澤火制備侶合金的金屬預(yù)制材料,侶合金的激 光固溶澤火過程具有特殊的優(yōu)勢(shì),具體表現(xiàn)在W下幾個(gè)方面:第一,激光的功率密度很高, 對(duì)侶板的加熱過程非常快,快速的加熱過程有利于后續(xù)的冷卻;第二,本發(fā)明采用選區(qū)固溶 處理的方式,激光只對(duì)局部的小區(qū)域進(jìn)行加熱并澤火,周圍的基體仍然保持室溫的溫度;第 Ξ,侶合金基體的導(dǎo)熱系數(shù)大約是鋼的3倍,是水的440倍,是空氣的9800倍,而選區(qū)激光 固溶澤火的冷卻過程是通過侶基體的自身冷卻作用實(shí)現(xiàn)的,因此,侶合金選區(qū)激光固溶澤 火后的冷卻速度比常規(guī)澤火方法快得多。總之,本發(fā)明的侶合金選區(qū)激光固溶澤火方法充 分發(fā)揮了激光澤火和侶板的導(dǎo)熱優(yōu)勢(shì),有利于獲得更好的固溶澤火效果,進(jìn)而提高時(shí)效后 侶合金板的強(qiáng)度和塑性。
[0099] 本實(shí)施例采用經(jīng)過T4處理的厚度1. 6mm的6016侶合金板作為原材料,用高功率 光纖激光器作熱源,選區(qū)激光固溶澤火的功率密度較高,達(dá)到3. 5X104W/cm2~4. 2X10 4W/ cm2,光斑直徑為5mm,單面澤火深度0. 8mm,對(duì)侶板的雙面分別進(jìn)行選區(qū)激光固溶澤火處理, 形成圖2貫穿線條的強(qiáng)化圖樣,強(qiáng)化區(qū)域面密度分別為50%、70%和90%的增強(qiáng)相陣列。由 于侶合金激光加熱和冷卻的速度都很快,該工藝參數(shù)條件下,激光快速固溶澤火區(qū)域的過 飽和固溶體中合金元素的含量更高,在隨后的人工預(yù)時(shí)效和烘烤時(shí)效過程中彌散析出的強(qiáng) 化相β"更多,對(duì)侶板形成的第二相彌散強(qiáng)化作用更大。
[0100] 本實(shí)施例是對(duì)6016侶合金進(jìn)行選區(qū)激光澤火,然后在連續(xù)處理爐或連續(xù)感應(yīng)爐 內(nèi)進(jìn)行人工時(shí)效,時(shí)效溫度180°C,時(shí)效時(shí)間30min。選區(qū)激光澤火+人工時(shí)效強(qiáng)化處理后 侶板的其性能變化如表6所示,可W看出,50%選區(qū)澤火強(qiáng)初化處理的6016侶板,其屈服強(qiáng) 度0S和抗拉強(qiáng)度0b分別是T4處理+人工時(shí)效(180Γ+30min)的1. 32倍和1. 17倍,而 延伸率相同;90%選區(qū)澤火強(qiáng)初化處理的6016侶板,其屈服強(qiáng)度〇s和抗拉強(qiáng)度σb分別是 常規(guī)澤火+人工時(shí)效(180Γ+30min)的高1. 11倍和1. 08倍,而延伸率δ為1. 04倍。 [010。 表6. 6016侶合金選區(qū)激光澤火(18(rC,30min時(shí)效)強(qiáng)化的性能變化
[0102]
[0103] 本發(fā)明采用選區(qū)激光強(qiáng)初化處理技術(shù)制造金屬預(yù)制材料,具體包括選區(qū)激光澤 火、選區(qū)激光烙凝澤火、激光選區(qū)固溶澤火-時(shí)效強(qiáng)化Ξ種方法,其目的是提高材料的強(qiáng)初 性,在保證同等強(qiáng)度的情況下,減輕構(gòu)件的重量。
[0104] 本發(fā)明可W對(duì)如下材料進(jìn)行上述選區(qū)激光強(qiáng)初化處理,如:乘用車用覆蓋件用深 沖成型DC鋼,超低碳IF鋼,烘烤硬化ΒΗ鋼,高強(qiáng)度DP雙相鋼,TR相變誘導(dǎo)塑性鋼,碳鋼、 低合金高強(qiáng)度鋼、侶合金和鐵合金等;具體包括DO1~DC04鋼、肥220鋼板,780TR鋼板,20 鋼板、45鋼板、65Mn板,6XXX系侶合金板及6016侶合金板,α+β型TC系鐵合金板及TC4 鐵合金板等。
[0105] 采用選區(qū)激光強(qiáng)初化處理技術(shù)制造金屬預(yù)制材料時(shí),所采用的激光加工工藝參數(shù) 為:金屬板厚為0. 3~0. 7mm時(shí),激光功率密度范圍為1. 0Χ103W/cm2~1. 5Χ10 5W/cm2,澤 火層的深度為0. 01~0. 5mm;金屬板厚為0. 7~1. 5mm時(shí),激光功率密度范圍為2. 0X104W/ cm2~3.OX10 5胖/畑12,澤火層的深度為0. 05~0. 7mm;金屬板厚為1.0~2. 5mm時(shí),激光 功率密度范圍為3. 0X104W/cm2~3. 5X10 5W/cm2,澤火層的深度為0. 5~1. 5mm;金屬板 厚為2. 5~4. 0mm時(shí),激光功率密度范圍為1. 0X105W/cm2~4. 0X10 5W/cm2,澤火層的深 度為0. 5~2. 0mm;金屬板厚為4. 0~10. 0mm時(shí),激光功率密度范圍為8. 0X104W/cm2~ 5. 0X1〇5胖/畑12,澤火層的深度為0. 5~5. (torn。
[0106] 本發(fā)明采用選區(qū)激光強(qiáng)初化處理技術(shù)制造金屬預(yù)制材料可W采用圖1點(diǎn)陣、圖2 貫穿線條、圖3短桿狀線條、圖4垂直交錯(cuò)短桿陣列;硬化相采用的比例可W是5%~95% 中的任何比例。
[0107] W上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已,但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所 公開的內(nèi)容。所W凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改,都落入本發(fā)明保 護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種金屬預(yù)制材料,其特征在于,該材料的基體為金屬或合金,在基體上分布有由選 區(qū)強(qiáng)韌化處理所獲得的同素異構(gòu)型增強(qiáng)相,該材料在保持基體重量基本不變的情況下,既 有金屬平衡態(tài)組織延展性和可焊性,又兼具金屬亞穩(wěn)態(tài)組織的強(qiáng)度和耐磨性能。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬預(yù)制材料,其特征在于,所述基體具有相變硬化特性,或 者所述基體通過先固溶再時(shí)效強(qiáng)化獲得。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬預(yù)制材料,其特征在于,所述增強(qiáng)相在基體上成線條狀, 顆粒狀或者其它狀態(tài),其分布區(qū)域根據(jù)性能要求和加工要求預(yù)先規(guī)劃得到。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬預(yù)制材料,其特征在于,所述材料為板材或型材,所述基 體為等厚或不等厚。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一所述的金屬預(yù)制材料,其特征在于,所述基體是鋼鐵材 料,或者為包括鋁合金、鈦合金在內(nèi)的有色金屬材料。6. -種金屬預(yù)制材料的制備方法,其特征在于,該方法采用包括高功率激光束或電子 束、離子束以及感應(yīng)熱源在內(nèi)的能量束/場(chǎng),利用所述能量束/場(chǎng)對(duì)金屬或合金材料進(jìn)行選 區(qū)強(qiáng)韌化處理,在其基體上獲得同素異構(gòu)型增強(qiáng)相,能夠在保持基體重量基本不變的情況 下,既有金屬平衡態(tài)組織的延展性和可焊性,又兼具金屬亞穩(wěn)態(tài)組織的強(qiáng)度和耐磨性能。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法,其特征在于,所述選區(qū)強(qiáng)韌化處理是指選區(qū)改變 組織結(jié)構(gòu)、性能,具體為基于固態(tài)相變?yōu)橹鞯倪x區(qū)強(qiáng)韌化處理,或者為基于激光快速熔凝淬 火為主的選區(qū)強(qiáng)韌化處理。8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的制備方法,其特征在于,該方法所采用的基體具有相變硬 化特性,或者所述基體通過先固溶再時(shí)效強(qiáng)化獲得。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法,其特征在于,該方法通過調(diào)整增強(qiáng)相的成分、尺寸 大小、數(shù)量和/或分布方式,使得所形成的金屬基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能上滿足不同的零件 需求。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種金屬預(yù)制材料及其制備方法,該材料的基體為金屬或合金,在基體上分布有由選區(qū)強(qiáng)韌化處理所獲得的同素異構(gòu)型增強(qiáng)相,該材料在保持基體重量基本不變的情況下,既有金屬平衡態(tài)組織高延性、可焊性特點(diǎn),又兼具金屬亞穩(wěn)態(tài)組織的高強(qiáng)度、高耐磨性能。該方法采用包括高功率激光束或電子束、離子束以及感應(yīng)熱源在內(nèi)的能量束/場(chǎng),利用所述能量束/場(chǎng)對(duì)金屬或合金材料的基體進(jìn)行對(duì)材料進(jìn)行選區(qū)強(qiáng)韌化處理,在基體獲得同素異構(gòu)型增強(qiáng)相。所述基體具有相變硬化特性,或者通過先固溶再時(shí)效強(qiáng)化獲得。該預(yù)制材料尤其適用于制造運(yùn)載工具。
【IPC分類】C22F1/00, C21D1/09, C21D10/00
【公開號(hào)】CN105369167
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510076983
【發(fā)明人】曾曉雁, 胡乾午
【申請(qǐng)人】華中科技大學(xué)
【公開日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2015年2月12日