AZ31鎂合金板料激光沖擊成形及其數(shù)值模擬.pdf

1、鎂合金是一種儲(chǔ)量豐富的輕質(zhì)金屬，具有高的比強(qiáng)度和比剛度、良好的減震性能和較強(qiáng)的電磁屏蔽能力等特點(diǎn)，在很多領(lǐng)域擁有廣闊的發(fā)展空間，但是鎂合金的塑性較差、加工變形困難以及耐腐蝕性差等問(wèn)題都限制了其廣泛應(yīng)用。
　　激光沖擊成形（Laser Shock Forming）是利用激光誘導(dǎo)的沖擊波所形成的壓力作為板料塑性成形的變形力，從而實(shí)現(xiàn)金屬板材宏觀塑性變形的一種新型加工成形技術(shù)。與傳統(tǒng)的塑性加工方式相比，激光沖擊成形具有應(yīng)變率高、加工柔性

2、大、可控程度高等優(yōu)勢(shì)，可以為變形鎂合金的塑性成形提供一個(gè)全新的思路。本文以AZ31變形鎂合金為研究對(duì)象，著重研究了不同脈沖能量、光斑直徑以及沖擊次數(shù)條件下激光沖擊鎂合金板料的成形性能和微觀組織，探討鎂合金激光沖擊成形件表面的腐蝕性能，同時(shí)利用有限元軟件對(duì)激光沖擊成形板料壁厚和殘余應(yīng)力進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。主要研究的內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　激光沖擊成形實(shí)驗(yàn)證明，AZ31鎂合金板料可實(shí)現(xiàn)高應(yīng)變率激光沖擊成形。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，引入減薄率的概念

3、來(lái)表征板料厚度變化，隨著激光能量和沖擊次數(shù)的增加，板料減薄率也相應(yīng)增加;而隨著光斑直徑的增加，其減薄率卻相應(yīng)減小。試件在激光沖擊過(guò)程中的斷裂方式具有韌性斷裂和脆性斷裂混合特征，屬于典型的準(zhǔn)解理斷裂，這主要與變形區(qū)應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)，裂紋擴(kuò)展呈多方向性。通過(guò)對(duì)成形件表面的殘余應(yīng)力和截面的顯微硬度進(jìn)行測(cè)試和分析，發(fā)現(xiàn)變形后的鎂合金板材表面產(chǎn)生了殘余壓應(yīng)力，其最大值可以達(dá)到-161MPa，同時(shí)成形區(qū)域硬度有所增加，其硬度最大值可達(dá)到78HV。

4、>　　在激光沖擊成形過(guò)程中鎂合金的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化。不僅在激光沖擊內(nèi)凹面的次表層發(fā)現(xiàn)周期性納米波紋結(jié)構(gòu)，其波紋間距和清晰度與激光能量有關(guān)，而且晶粒得到細(xì)化，晶粒尺寸達(dá)到3～10μm，同時(shí)形成高密度的位錯(cuò)和孿晶。
　　電化學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，激光沖擊提高了鎂合金成形件表面的耐腐蝕性能。經(jīng)分析，其主要原因有以下兩點(diǎn):LSF后鎂合金板材發(fā)生晶粒細(xì)化以及在沖擊區(qū)域產(chǎn)生了殘余壓應(yīng)力，這些都可以有效阻礙Cl-的侵入，從而提高鎂合金的耐腐蝕性能。<