Способ лазерной термической обработки металлического листа



Способ лазерной термической обработки металлического листа
Способ лазерной термической обработки металлического листа
C21D1/09 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

Владельцы патента RU 2653738:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) (RU)

Изобретение относится к области машиностроения, а в частности к обработке металлических листов с целью обеспечения их жесткости. В способе обеспечения жесткости металлического листа посредством локального переплава механической и химической обработкой подготавливают металлический лист необходимых размеров в диапазоне (Д×Ш×Т) 300×100×2 мм до 3000×1500×12 мм из перлитных, бейнитных или мартенситных закаливающихся сталей марок 30ХГСА, 35ХГСА и прочих. Металлический лист фиксируют на сварочном столе или на полете портальной установки. Лазерным лучом локальный участок металлического листа переплавляется на полную или неполную толщину по прямой или криволинейной траектории вдоль или поперек металлического листа. Режимы переплава зависят от требуемой глубины переплавленного слоя (полного или неполного переплава), толщины листа, требуемой микроструктуры в результате обработки. Основными параметрами режима локального переплава являются линейная скорость переплава и мощность лазерного излучения. Стратегия обработки и режимы локального переплава задаются программой роботизированного комплекса. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к области термической обработки заготовки лазерным лучом на большую глубину. Известен способ получения ребра жесткости (патент №2247619, МПК B21D 22/24(2000.01), опубл. 10.03.2005) при штамповке деталей с ребрами жесткости. Изобретение относится к листовой штамповке и может быть использовано в машиностроении для получения точных деталей, имеющих ребра жесткости. Способ штамповки деталей с ребрами жесткости из листовой заготовки включает вырубку заготовки и рельефную формовку ребер жесткости. При этом сначала формуют ребра жесткости в направлении, противоположном требуемому, а затем переформовывают полученные ребра в обратном направлении в соответствии с конструкцией получаемого изделия. Достигается повышение жесткости, геометрической точности, исключение потери устойчивости в виде "хлопунов" детали.

Однако известный способ может быть использован только для повышения жесткости тонкостенных заготовок (толщина стенки до 2 мм), а также после использования данного способа изменяется геометрия заготовки, появляются остаточные напряжения и применяется энергозатратное и изнашиваемое оборудование.

Известен способ упрочнения разделительного штампа (патент №2566224, опубл. 20.10.2015, МПК C21D 9/22 (2006.01), C21D 1/09 (2006.01), B23K 26/00 (2014.01), C21D 6/04 (2006.01)), включающий упрочнение разделительного штампа лазерной закалкой боковых рабочих поверхностей путем оплавления припусков за один проход при перемещении луча лазера по стыку припусков и последующий лазерный отпуск. Техническим результатом изобретения является оптимизация структурного состояния закаленной лазером высоколегированной инструментальной стали (мартенсит отпуска + карбиды) и улучшение ее эксплуатационных характеристик.

Однако известный способ позволяет обрабатывать штамп на ограниченную глубину упрочненного слоя, определяемую пороговой величиной подводимой энергии.

Известен способ увеличения жесткости стального листа толщиной 0.5-4 мм (патент JP 2002275527 A, C21D 1/09, 25.09.2002), имеющего удлинение при разрыве >=30%, включающий нагрев стального листа или пластины излучением лазерного луча, перекристаллизацию областей металла шириной от 0.5 до 2 мм, наиболее близкий к заявляемому изобретению и принятый за прототип. Техническим результатом изобретения является увеличение жесткости металлического листа толщиной 0.5-4 мм с сохранением его пластичности.

Однако известный способ позволяет обрабатывать металлический лист толщиной 0.5-4 мм на полную или неполную толщину, что связано с применением луча СО2 лазера небольшой мощности, также ввиду конструктивных особенностей лазерную головку СО2 лазера невозможно перемещать над обрабатываемой заготовкой, то есть металлические листы толщиной 0.5-4 мм приходится перемещать под лазерной головкой, что ограничивает возможность выбора траектории обработки и связано с высоким уровнем энергозатрат. Данный метод основан на нагреве обрабатываемой заготовки до температур перекристаллизации (фазовых превращений 850-900 С°) в сталях, а не на переплаве (1350-1500 С°) локальных зон заготовки на полную глубину. Изобретением по патенту JP 2002275527 A, C21D 1/09, 25.09.2002 невозможно обрабатывать массивные металлические листы размерами до 3000×1500×12 мм, масса которых может достигать 500 кг, так как их трудоемко или невозможно перемещать под лазерной головкой с требуемой высокой точностью.

Техническая проблема, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в увеличении жесткости металлического листа.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в увеличении жесткости исходной листовой заготовки за счет получения упрочненных локальных зон металлического листа с измененной микроструктурой на всю глубину заготовки посредством локального полного переплава металлического листа лазерным лучом.

Технический результат достигается тем, что в способе термической обработки стального листа, включающем нагрев поверхности листа лучом лазера с созданием локальных упрочненных зон с заданным шагом, их переплав на полную или неполную толщину листа и охлаждение, причем при нагреве отступают на заданный шаг относительно первого переплава и осуществляют следующий переплав до получения необходимого количества переплавленных локальных зон, обеспечивающих требуемую жесткость листа, отличающемся тем что, обработке подвергают лист толщиной от 2 до 12 мм, а переплав локальных зон осуществляют лазерным лучом мощностью 1-15 кВт при его перемещении относительно листа со скоростью 15-40 мм/с и плавным нарастанием мощности лазерного луча в начале зоны переплава до 10 кВт за 200 миллисекунд и плавным убыванием мощности лазерного луча с 10 кВт за 400 миллисекунд в конце зоны локального переплава.

Переплав локальных зон осуществляют вдоль и/или поперек листа по прямой или криволинейной траектории.

После локального переплава проводят снятие напряжений стального листа.

На фигуре 1 представлена принципиальная схема осуществления переплава.

На фигуре 2 представлен металлический лист с зонами локального переплава.

Позиции на фигурах: 1 - обрабатываемый металлический лист, 2 - сфокусированный лазерный луч, 3 - зона локального переплава, 4 - трубки для подачи защитного газа.

Устройство для осуществления способа состоит из роботизированного комплекса лазерной сварки, сварочной головы, системы подачи защитного газа, сварочного стола, прижимных устройств, обрабатываемого металлического листа 1.

Сущность способа заключается в следующем.

Механической и химической обработкой подготавливают металлический лист 1 необходимых размеров в диапазоне (Д×Ш×Т) 300×100×2 мм до 3000×1500×12 мм из перлитных, бейнитных или мартенситных закаливающихся сталей марок 30ХГСА, 35ХГСА и прочие. Металлический лист 1 фиксируют на сварочном столе или на полете портальной установки (на фигуре не показано). Лазерным лучом 2 локальный участок 3 металлического листа 1 переплавляется по прямой или криволинейной траектории вдоль и/или поперек металлического листа. Режимы переплава зависят от толщины листа, требуемой микроструктуры в результате обработки. Основными параметрами режима локального переплава являются линейная скорость переплава и мощность лазерного излучения. Стратегия обработки и режимы локального переплава задаются программой роботизированного комплекса.

При осуществлении процесса локального переплава используется плавное нарастание и убывание мощности лазерного луча 2, с целью обеспечения стабильности процесса переплава, т.е. спокойного поведения расплавленного металла и улучшения косметических характеристик переплавляемой заготовки.

После первого прохода локального переплава лазерный луч перемещается на определенное расстояние относительно первого переплава и осуществляется второй проход переплава на соответствующих первому проходу режимах.

Между проходами локального переплава может выдерживаться время для естественного охлаждения заготовки или применяться принудительное охлаждение потоком воды или воздуха.

Режимы локального переплава зависят от: толщины листа, требуемой микроструктуры в результате обработки. Основными параметрами режима локального переплава являются линейная скорость переплава и мощность лазерного излучения. Стратегия обработки и режимы локального переплава задаются программой роботизированного комплекса.

Операции продолжаются до конца осуществления необходимого количества проходов локального переплава, которые будут зависеть от геометрических размеров обрабатываемого листа и шага проходов переплава.

Используют материалы, закаливающиеся при высоких скоростях охлаждения (среднеуглеродистые и высокоуглеродистые стали, низколегированные и легированные стали, титановые сплавы).

При обработке некоторых марок сталей и титановых сплавов за счет высоких скоростей локального переплава и соответственно высоких скоростей охлаждения возможно появление горячих и холодных трещин, во избежание которых необходимо снизить скорости обработки или применить предварительный, сопутствующий и последующий подогрев.

Режимы локального переплава зависят от природы материала, толщины металлического листа 1, требуемой глубины переплава, находятся в диапазоне: скорость перемещения лазерного луча 15-40 мм/сек, мощность лазерного луча 1-15 кВт, также для заготовок толщиной свыше 8 мм может применяться заглубление фокуса в диапазоне 1-4 мм.

Режимы нарастания в начале локального переплава и убывания в конце мощности лазерного луча 2 влияют на качество поверхности обрабатываемого металлического листа 1 и минимизацию механической обработки после операций лазерным лучом 2, так как положительно влияют на поведение металла в расплавленном состоянии, т.е. не происходит ударного взаимодействия лазерного излучения большой мощности с металлическим листом. Оптимальный режим нарастания мощности лазерного луча с 2 до 10 кВт за 200 миллисекунд, убывания с 10 кВт за 400 миллисекунд.

Таким образом, за счет локального изменения микроструктурного состава (перлит + феррит в мартенсит (участок полного переплава) + бейнит (зона термического влияния)) обрабатываемого металлического листа в месте переплава лазерным лучом, в результате обеспечения высоких скоростей лазерного локального переплава и, следовательно, высоких скоростей охлаждения достигается эффект увеличения жесткости металлического листа.

1. Способ термической обработки стального листа, включающий нагрев поверхности листа лучом лазера с созданием локальных упрочненных зон с заданным шагом, их переплав на полную или неполную толщину листа и охлаждение, причем при нагреве отступают на заданный шаг относительно первого переплава и осуществляют следующий переплав до получения необходимого количества переплавленных локальных зон, обеспечивающих требуемую жесткость листа, отличающийся тем, что обработке подвергают лист толщиной от 2 до 12 мм, а переплав локальных зон осуществляют лазерным лучом мощностью 1-15 кВт при его перемещении относительно листа со скоростью 15-40 мм/с и плавным нарастанием мощности лазерного луча в начале зоны переплава до 10 кВт за 200 миллисекунд и плавным убыванием мощности лазерного луча с 10 кВт за 400 миллисекунд в конце зоны локального переплава.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что переплав локальных зон осуществляют вдоль и/или поперек листа по прямой или криволинейной траектории.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после локального переплава проводят снятие напряжений стального листа.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области металлургии, а именно к термически обработанному стальному листу, используемому для изготовления деталей автомобилей, подавляющих пластическую деформацию при столкновениях.

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к термической обработке горячекатаного рулонного проката из легированных доэвтектоидных сталей типа 50ХГФА, предназначенного для изготовления нажимных пружин сцепления.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к горячепрессованному стальному листовому изделию. Изделие имеет химический состав, включающий, мас.%: C: от 0,10 до 0,24, Si: от 0,001 до 2,0, Mn: от 1,2 до 2,3, растворимый Al: от 0,001 до 1,0, Ti: от 0,060 до 0,20, P: 0,05 или менее, S: 0,01 или менее, N: 0,01 или менее, Nb: от 0 до 0,20, V: от 0 до 0,20, Cr: от 0 до 1,0, Mo: от 0 до 0,15, Cu: от 0 до 1,0, Ni: от 0 до 1,0, Ca: от 0 до 0,01, Mg: от 0 до 0,01, РЗМ: от 0 до 0,01, Zr: от 0 до 0,01, B: от 0 до 0,005, Bi: от 0 до 0,01, остаток: Fe и примеси.
Изобретение относится к формированию создающего растягивающее напряжение бесхромового покрытия на листе текстурованной электротехнической стали, позволяющего достичь одновременно превосходного сопротивления влагопоглощению и высокого эффекта снижения потерь в железе, получаемого за счет создания достаточного напряжения, при использовании недорогого источника Ti вместо дорогостоящего хелата Ti.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству толстого листа из низколегированной дисперсионно-твердеющей стали. Для обеспечения комплекса свойств, соответствующих классам прочности К60-К65, получают лист толщиной до 52 мм с уровнем прочности не менее 590 МПа, выполненный из стали, содержащей, мас.%: углерод 0,04-0,07, кремний 0,20-0,35, марганец 0,70-1,30, алюминий 0,02-0,05, сера не более 0,005, фосфор не более 0,012, хром 0,20-0,45, никель 0,40-0,65, медь 0,90-1,35, титан 0,015-0,030, ниобий 0,02-0,05, ванадий 0,02-0,06, суммарное содержание элементов ванадий, ниобий, титан не более 0,16; азот не более 0,01, железо и примеси остальное с углеродным эквивалентом (CEIIW) не более 0,45%.

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения прочности на растяжение и ударной вязкости при низких температурах горячештампованная деталь имеет химический состав, мас.%: С 0,120-0,400, Si 0,005-2,000, Mn, или Cr, или оба из них: в совокупности 1,00-3,00, Al 0,005-0,100, B 0,0003-0,0020, P не более 0,030, S не более 0,0100, О не более 0,0070, N не более 0,0070, Ti 0-0,100, Nb 0-0,100, V 0-0,100, Ni 0%-2,00, Cu 0-2,00, Mo 0-0,50, Ca, или редкоземельный металл (REM), или оба из них: в совокупности 0-0,0300, Fe и примеси - остальное и структуру, представленную: долей участков мартенсита, или бейнита, или обоих из них: в совокупности не менее 95%, коэффициентом покрытия границы бывших аустенитных зерен карбидами на основе железа: не более 80%, и численной плотностью карбидов на основе железа в бывших аустенитных зернах: не менее 45/мкм2.

Настоящее изобретение относится к точечному сварному соединению, сборке двух стальных листов, способу изготовления точечного сварного соединения, детали кузова автомобиля и кузову автомобиля.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к гальванизированному горячим погружением и легированному стальному листу, используемому в автомобилестроении.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изготовлению листа, который используют в автомобильной промышленности. Для обеспечения необходимого уровня ВН-эффекта и способности к раздаче отверстия при сохранении механических свойств, присущего классу прочности 780 МПа феррито-мартенситной стали способ включает выплавку стали, содержащей, мас.%: С 0,10-0,15, Si 0,10-0,40, Mn 1,8-2,4, Cr 0,20-0,40, Mo 0,10-0,40, Al 0,02-0,08, P не более 0,02, S не более 0,02, Fe и неизбежные примеси, горячую прокатку при температуре начала от 1050 до 1200°C и конца 800-890°C, смотку листа в рулон при 580-650°C, холодную прокатку с суммарным обжатием 45-70% на толщину 0,9-1,5 мм и термическую обработку в агрегате непрерывного действия путем нагрева до температуры отжига 730-790°C, выдержки, замедленного охлаждения до температур ниже Ar1, ускоренного охлаждения до 250-330°C и перестаривания при упомянутой температуре.

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения прочности и пластичности листовую заготовку получают из стали, содержащей в мас.%: С от 0,15 до 0,5, Si от 0,2 до 3, Mn от 0,5 до 3, Р 0,05 или менее, S 0,05 или менее, Al от 0,01 до 1,В от 0,0002 до 0,01,N от 0,001 до 0,01 Ti в количестве, равном или более 3,4[N]+0,01 и равном или менее 3,4[N]+0,1, где [N] - содержание (мас.%) N в стали, железо и неизбежные примеси – остальное, причем средний диаметр эквивалентной окружности Ti-содержащих выделившихся включений, имеющих диаметр эквивалентной окружности 30 нм или менее, составляет 6 нм или менее, а количество Ti во включениях и общее количество Ti в стали удовлетворяет предписанному соотношению, нагревают заготовку до температуры от 900 до 1100°С, штампуют в пресс-форме, при этом в процессе формования её охлаждают со средней скоростью охлаждения 20ºС/с или более до температуры, равной или ниже на 100ºС температуры Bs начала бейнитного превращения и равной или большей, чем температура Ms начала мартенситного превращения, а после завершения формования полученное изделие охлаждают со средней скоростью охлаждения менее 20°С/с до температуры 200°С или менее.

Изобретение относится к области металлургии. Для улучшения эксплуатационных свойства режущего инструмента и деталей проводят химико-термическую обработку деталей в условиях акустического резонансного воздействия потоком сжатого воздуха путем нагрева до температуры от 150 до 450 С° и охлаждения деталей в газовой смеси, состоящей из воздуха и газообразных химических реагентов, при этом нагрев и охлаждение деталей осуществляют в резонаторной камере при давлении 1.5-4.5 атм и воздействии на детали циркулирующим потоком сжатого воздуха на резонансной частоте в диапазоне 500-5000 Гц, а концентрация газовых компонент по отношению к воздушной среде в камере составляет: по водороду: от 2 до 2.5%, по метану: от 10 до 25%, по азоту: от 15 до 25%, по аммиаку: от 15 до 45%.

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к термической обработке горячекатаного рулонного проката из легированных доэвтектоидных сталей типа 50ХГФА, предназначенного для изготовления нажимных пружин сцепления.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству бесшовного трубного изделия, и может быть использовано в нефтяных и газовых скважинах. Бесшовное трубное изделие нефтегазопромыслового сортамента в виде трубки или трубы из высокопрочной нержавеющей стали имеет состав, мас.%: С 0,05 или менее, Si 0,5 или менее, Mn от 0,15 до 1,0, P 0,030 или менее, S 0,005 или менее, Сr от 15,5 до 17,5, Ni от 3,0 до 6,0, Мо от 1,5 до 5,0, Cu 4,0 или менее, W от 0,1 до 2,5, N 0,15 или менее, и остальное состоит из Fe и случайных примесей.

Изобретение относится к области металлургии. Для обеспечения высокой твердости в сочетании с высокой пластичностью предложен способ формирования и обработки стального изделия из высокопрочного и высокопластичного сплава, в частности, предназначенного для использования в качестве броневой плиты.
Изобретение относится к металлургии и машиностроению и может быть использовано для термической обработки сталей. Для повышения срока службы деталей машин и инструмента, изготовленных из легированных, низколегированных и углеродистых сталей, выполняют по меньшей мере два цикла нагрева под закалку до температуры гомогенизации аустенита и охлаждения со скоростью, обеспечивающей мартенситное превращение, и отпуск с нагревом со скоростью выше 50°С/сек до температуры не выше Ac1, причем в первом цикле нагрев осуществляется до температуры аустенизации с выдержкой до полной гомогенизации аустенита, во втором и последующих циклах осуществляется высокоскоростной нагрев под закалку со скоростью 50°С/сек без выдержки до температуры, обеспечивающей гомогенизацию аустенита, температура отпуска в каждом последующем цикле ниже, чем предыдущем.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при термообработке ответственных деталей верхнего строения пути: рельсов, остряковых и рамных рельсов.

Изобретение относится к области сварочного производства и может быть использовано при получении износостойких покрытий на деталях из углеродистых и низколегированных сталях, работающих в условиях абразивного износа.

Изобретение относится к способу лазерного упрочнения полой металлической заготовки. Посредством локального переплава, механической и химической обработкой подготавливают заготовку необходимых размеров в диапазоне (длина×радиус×толщина) от 100×10×2 мм до 1000×1000×12 мм из перлитных, бейнитных или мартенситных закаливающихся сталей марок 30ХГСА, 35ХГСА и пр.

Изобретение относится к устройству ввода газа в тяжелый жидкий металл. Устройство состоит из электродвигателя (12), магнитной муфты (6), вала (1), заборной и рабочей частей устройства, корпуса (5) с отверстиями (9), нижнего вращающегося (2) и верхнего неподвижного (7) диска, кожуха (4), побудителя расхода (10) тяжелого жидкого металла, опорного узла вала (8) с, по меньшей мере, одним каналом (3).

Изобретение относится к многокамерной печи для вакуумной цементации и закалки отдельных обрабатываемых деталей, таких как зубчатые колеса, валы и кольца. Печь содержит три технологические камеры, выполненные в виде камеры нагрева, камеры цементации и диффузионной камеры, которые расположены одна поверх другой с образованием вертикальной компоновки.

Изобретение относится к области металлургии, в частности для производства толстолистового проката. Для повышения деформационной способности проката, хладостойкости за счет создания феррито-мартенсито/бейнитной структуры способ включает получение непрерывнолитой заготовки из стали, содержащей, мас. %: углерод 0,05÷0,08, марганец 1,5÷2,5, кремний 0,10÷0,50, алюминий 0,01÷0,05, титан 0,005÷0,03, ниобий 0,01÷0,15, ванадий 0,01÷0,10, молибден 0,01÷0,5, никель 0,01÷0,5, медь 0,01÷0,3, хром 0,01÷0,3, азот 0,002÷0,008, сера 0,003 или меньше, фосфор 0,003÷0,015, железо - остальное, при этом суммарное содержание молибдена, никеля, меди, хрома не превышает 1%, коэффициент трещиностойкости не превышает 0,24%, аустенитизацию заготовки при 1150÷1200°C, охлаждение подката водой или на воздухе, окончательную деформацию на 60÷85% в диапазоне 880÷820°C в однофазной аустенитной области, при этом деформацию завершают при температуре, определяемой химическим составом стали: Ткп=910-200С-60Mn+25Si-36Ni-20Cr-20Cu±20°C, а затем осуществляют многостадийное охлаждение раската сначала на воздухе до температуры Тно=880-75Mn-25Si-65Cr-33Ni-75Мо-270(1-ехр(-1,33С)±20°C путем перемещения по рольгангу в сторону установки ускоренного охлаждения со скоростью, которую определяют по формуле в зависимости от конечной толщины проката (Н, мм) и разности температур конца прокатки (Ткп) и начала ускоренного охлаждения (Тно): , далее ускоренное водой со скоростью 20÷50°С/с до температуры завершения ускоренного охлаждения (Тзо), определяемой формулой: Тзо=400-420С-30Mn-15(Si+Cr+Ni+Mo)±20°C. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил., 4 табл.

Изобретение относится к области машиностроения, а в частности к обработке металлических листов с целью обеспечения их жесткости. В способе обеспечения жесткости металлического листа посредством локального переплава механической и химической обработкой подготавливают металлический лист необходимых размеров в диапазоне 300×100×2 мм до 3000×1500×12 мм из перлитных, бейнитных или мартенситных закаливающихся сталей марок 30ХГСА, 35ХГСА и прочих. Металлический лист фиксируют на сварочном столе или на полете портальной установки. Лазерным лучом локальный участок металлического листа переплавляется на полную или неполную толщину по прямой или криволинейной траектории вдоль или поперек металлического листа. Режимы переплава зависят от требуемой глубины переплавленного слоя, толщины листа, требуемой микроструктуры в результате обработки. Основными параметрами режима локального переплава являются линейная скорость переплава и мощность лазерного излучения. Стратегия обработки и режимы локального переплава задаются программой роботизированного комплекса. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх