[发明专利]提升汽车钢板强度的激光淬火工艺

说明书

技术领域

本发明涉及淬火工艺，尤其涉及一种提升汽车钢板强度的激光淬火工艺。

背景技术

激光淬火是激光加工领域中的重要组成部分，它是以高能量激光束迅速扫描工件，在其表面极薄的一层小区域内快速吸收能量而使温度上升，达到相变温度，利用工件基体的热传导实现自冷淬火，使工件表面相变硬化。激光淬火较常规淬火具有加工速度快、工艺周期短、生产效率高、无需淬火介质等特点。

激光淬火技术与传统的表面淬火技术相比，得到的硬化层组织较细，硬度高于常规淬火的硬度。激光淬火得到的马氏体是由针状马氏体和板条状马氏体混合组成的，位错密度比传统的表面淬火要高，位错强化作用也会增强。

中国专利公告号：CN 205528896 U公开的一种板类工件激光淬火装置中提到了对于板类加工的装置，从该装置的介绍中得知，其改进之处是：利用冷却气体管道，在板类工件安装平台上方对待淬火板类工件进行吹气。实践证明，冷却效果差，且风冷对于激光器的功率提高有限制，从而影响了对不同钢板和不同厚度的淬火效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：设计一种能够对不同厚度钢板进行高效淬火，实现钢板激光淬火后得到局部完全马氏体组织的一种提升汽车钢板强度的激光淬火工艺。

本发明的工艺包括以下步骤：

（1)将钢板放置于水槽支架上，使钢板下表面与冷却水面接触，并使钢板维持在水平面以上的厚度为钢板总厚度的50%至70%，冷却水的冷却速度≥30℃/s；

（2)氧化碳激光加工器加工功率：设置为(钢板厚度/1.6mm)*1200W；

（3)扫描振镜与钢板表面距离：130mm，激光辐照方向：垂直于钢板；

（4)扫描振镜采用水平扫描一次行程，扫描速度：200mm/min，激光扫描宽度：0到15mm；

所述的钢板的四周边缘被夹持装置或磁铁吸附装置固定。

所述的水槽中有喷水头，喷涌出的冷却水流正对于扫描振镜行走路径所在的钢板下表面。

本发明有益效果：

工艺整体上采用钢板下表面与水面接触的高效水冷的方式，充分利用钢板热传导特性，提高淬火效果，只需要扫描1次，从而可以提高激光加工器加工效率，实现对钢板局部激光淬火得到马氏体组织的有效性，兼顾激光能耗和淬火效果。

附图说明

附图1：本发明的淬透深度为0.4mm的硬度测试结果曲线。

附图2：本发明完全淬透的硬度测试结果曲线。

附图3：激光淬火前后单向拉伸应力-应变曲线对比图（单位GPa，延伸率x100%）。

具体实施方式

以淬火对象：汽车钢板之一的冷轧硼钢板母材（22MnB5），厚度在0.8-2.5mm之间选取1.6mm的钢板，抗拉强度为490MPa左右，硬度为180-200Hv（维氏硬度）。

①将钢板水平放置于水槽支架上，将冷却水注入冷却水槽中，使钢板下表面与水面接触，并使维持在水平面以上的厚度为钢板总厚度的50%至70%；

②设置二氧化碳激光加工器加工功率：设置为(钢板厚度/1.6mm)*1200W，扫描振镜扫描速度：200mm/min，激光扫描宽度：0到15mm；

③扫描振镜行走路径采用水平行走，冷却水的冷却速度≥30℃/s，激光扫描次数：1次，振镜与工件表面距离：130mm，激光辐照方向：垂直于钢板。

钢板上表面进行激光淬火，下表面时刻与冷却水部保持相接触，确保淬火热量快速传导扩散，控制激光加工器根据指定路径对钢板上表面进行选择性激光淬火来实现母材强度提升目的，淬火后可在钢板局部获得完全马氏体组织，对线切割获得标准拉伸试件进行单向拉伸试验，制作金相试块进行维氏硬度测试可知，如图1淬透深度仅为0.4mm的硬度测试结果中，被激光淬透的部分硬度可达到530Hv左右，没有淬透的部分依旧是钢板原有的硬度。

图2所示：完全淬透后的钢板抗拉强度可提高至原始母材铁素体组织的3倍甚至以上（1500-1650MPa左右），硬度可达到500-530Hv（维氏硬度）。此外，图3的拉伸试验曲线对比进一步表明，利用本实验方法，激光淬火后钢板单向拉伸应力-应变曲线明显比激光淬火前的母材更好。

实验证明，在激光淬火中，若加热量充足的情况，并且钢板冷却速度达到30甚至40℃/s以上才能得到完全马氏体组织，而空冷速度较低，只有10℃/s，无法获得马氏体组织，只能获得贝氏体组织。