本發(fā)明屬于激光應(yīng)用領(lǐng)域，具體為一種鋁合金液氮浴激光熱處理強(qiáng)化工藝。
背景技術(shù)：
激光表面熱處理技術(shù)在激光加工應(yīng)用中占有較大的比重,它是激光發(fā)明以來的重要應(yīng)用領(lǐng)域。當(dāng)激光照射金屬表面時(shí),部分光被反射,部分光透入金屬被吸收,主要是被金屬中的電子吸收,吸收光子能量的電子上升到較高的激發(fā)態(tài),并與品格或電子碰撞從而把吸收的能量轉(zhuǎn)移給晶格,晶格得到能量產(chǎn)生振蕩,使激光輻射區(qū)的金屬表面和光對金屬穿透深度之間形成很薄的“熱層”,激光照射期間只對這一“熱層”加熱,這一“熱層”相當(dāng)于熱處理的熱源,然后通過擴(kuò)散相內(nèi)部傳遞能量,進(jìn)行快速冷卻,實(shí)現(xiàn)表面淬火過程。激光表面熱處理包括多種工藝。激光功率密度為103～105w/cm2的激光束照射金屬材料表面,使其表面以很高的升溫速度(103～l05℃/s)當(dāng)激光束移開后,熱量通過材料基體的熱傳導(dǎo)訊速向內(nèi)部發(fā)散,冷速可達(dá)103～105℃/s,在這種急冷急熱的作用下,實(shí)現(xiàn)快速自冷淬火,所以相變硬化也稱激光淬火。與傳統(tǒng)淬火相比,激光淬火是在急冷急熱下進(jìn)行的,可以得到傳統(tǒng)方法無法得到的組織特性,如晶粒細(xì)化、高位錯密度等,從而得到更高的表面硬度。
但是傳統(tǒng)激光熱處理都是依據(jù)材料本身進(jìn)行空冷或激光熱處理后放置于較低溫度下的環(huán)境中進(jìn)行冷卻，過程繁瑣。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于提供一種直接在液氮浴的環(huán)境中進(jìn)行激光熱處理的工藝，可以大大提高冷卻速率，獲得更好的熱處理效果，使得工件具備更高的性能。
技術(shù)方案：
一種鋁合金液氮浴激光熱處理強(qiáng)化工藝，其特征在于：采用激光對工件表面進(jìn)行淬火的同時(shí)進(jìn)行快速冷卻，采用的激光功率800～1200瓦，激光束掃描速度2～5毫米/秒，離焦量為45mm，熱處理時(shí)間為5～15秒。
所述的鋁合金液氮浴激光熱處理強(qiáng)化工藝，優(yōu)選地：所述的激光功率為1000瓦。
所述的鋁合金液氮浴激光熱處理強(qiáng)化工藝，優(yōu)選地：所述激光束掃描速度2毫米/秒。
所述的鋁合金液氮浴激光熱處理強(qiáng)化工藝，優(yōu)選地：所述離焦量45毫米，熱處理時(shí)間為10秒。
所述的鋁合金液氮浴激光熱處理強(qiáng)化工藝，優(yōu)選地：所述快速冷卻具體為通過液氮進(jìn)行冷卻。
所述的鋁合金液氮浴激光熱處理強(qiáng)化工藝，優(yōu)選地：該工藝適用的鋁合金為7075鋁合金或2648鋁合金。
所述的鋁合金液氮浴激光熱處理強(qiáng)化工藝，優(yōu)選地：在所述快速冷卻步驟中，將待處理件浸泡于液氮中，液氮液面低于待處理件頂端；激光束掃描的部分為待處理件露出液氮液面的部分。
附圖說明：
圖1為本工藝示意圖；
圖中標(biāo)注：
1液氮；2待加工件；3激光光束；4抽氣管；5光學(xué)玻璃。
優(yōu)點(diǎn)與效果：用本發(fā)明激光淬火快速冷卻的方法具有操作簡單，處理質(zhì)量好，處理效率高和節(jié)約生產(chǎn)成本等優(yōu)點(diǎn)。
采用本發(fā)明方法得到的7075鋁合金，經(jīng)測試硬度得到提高，耐磨性好。
本發(fā)明利用激光對7075鋁合金進(jìn)行熱處理，激光被材料吸收變?yōu)闊崮埽韺硬牧鲜軣嵘郎?。由于激光加熱具有極高的功率密度，在很短的時(shí)間幾秒內(nèi)即把材料加熱到材料的回歸溫度，使材料的析出相溶解到固溶體內(nèi)，當(dāng)激光束被切斷或移開后，由于材料浸泡在液氮溶液中，相比于空冷有極大的冷卻速度，實(shí)現(xiàn)表面強(qiáng)化。材料的表面硬度hbw≥190。
具體實(shí)施方式：
本發(fā)明激光熱處理技術(shù)的原理是利用激光功率密度高，加熱速度，通過激光透過光學(xué)玻璃掃描工件快對工件表面實(shí)現(xiàn)表面熱處理,在淬火的同時(shí)金屬材料浸泡在液氮中以獲得極大的冷卻速度，并通過導(dǎo)氣管將汽化的氮?dú)馀懦荛]容器。采用的激光參數(shù)如下，激光功率為800~1200瓦，激光束掃描速度2~5毫米/秒，離焦量為45mm，待金屬經(jīng)過淬火及快速冷卻后，晶粒變得十分細(xì)小并且有一定回溶效果，金屬性能得到大幅提高。
具體技術(shù)方案包括：
采用激光對工件表面進(jìn)行淬火的同時(shí)進(jìn)行快速冷卻，采用的激光功率800～1200瓦，激光束掃描速度2～5毫米/秒，離焦量為45mm，熱處理時(shí)間為5～15秒。
所述的鋁合金液氮浴激光熱處理強(qiáng)化工藝，優(yōu)選地：所述的激光功率為1000瓦。
所述的鋁合金液氮浴激光熱處理強(qiáng)化工藝，優(yōu)選地：所述激光束掃描速度2毫米/秒。
所述的鋁合金液氮浴激光熱處理強(qiáng)化工藝，優(yōu)選地：所述離焦量45毫米，熱處理時(shí)間為10秒。
所述的鋁合金液氮浴激光熱處理強(qiáng)化工藝，優(yōu)選地：所述快速冷卻具體為通過液氮進(jìn)行冷卻。
所述的鋁合金液氮浴激光熱處理強(qiáng)化工藝，優(yōu)選地：該工藝適用的鋁合金為7075鋁合金或2648鋁合金。
所述的鋁合金液氮浴激光熱處理強(qiáng)化工藝，優(yōu)選地：在所述快速冷卻步驟中，將待處理件浸泡于液氮中，液氮液面低于待處理件頂端；激光束掃描的部分為待處理件露出液氮液面的部分。
通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行說明：
實(shí)施例1
對鑄出的20毫米7075鋁合金試樣，通過激光處理淬火，自身空冷，表面硬度hbw=186。
實(shí)施例2
對鑄出的20毫米7075鋁合金試樣，通過激光淬火，激光功率800瓦，掃描速度5毫米/秒，處理時(shí)間為5秒，并在淬火同時(shí)依靠液氮進(jìn)行快速冷卻，表面硬度hbw=195。
實(shí)施例3
對鑄出的20毫米2648鋁合金試樣，通過激光淬火，激光功率1200瓦，掃描速度3毫米/秒，處理時(shí)間為15秒，并在淬火同時(shí)依靠液氮進(jìn)行快速冷卻，表面硬度hbw=193。
實(shí)施例4
對鑄出的20毫米7075鋁合金試樣，激光功率采用1000瓦激光束掃描速度2毫米/秒，離焦量為45mm，淬火時(shí)間為10秒，達(dá)到晶粒細(xì)小且有一定回溶效果。
對處理后的試樣進(jìn)行硬度測試，表面硬度hbw=197。與未經(jīng)激光處理的試樣相比，硬度提高了20%。與單純激光淬火后的試樣相比硬度提高4.9%。