【摘要】：傳統(tǒng)金屬板料成形技術(shù)逐漸不能滿足現(xiàn)今產(chǎn)品快速更新的需求,開發(fā)新的金屬板料塑性成形技術(shù)意義重大。激光沖擊成形(LSF)技術(shù)是一種集成形與強化于一體的新型塑性成形技術(shù),具有高壓、高速、精確成形的特點,用于小批量、多品種、形狀復(fù)雜的新產(chǎn)品的生產(chǎn)有一定優(yōu)勢,具有長遠的發(fā)展前景。純鈦因密度小、比強度高、耐腐蝕、良好的生物相容性等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域,將激光沖擊成形技術(shù)應(yīng)用于純鈦的塑性成形,對于研究純鈦的新型塑性成形技術(shù)、促進純鈦的應(yīng)用具有重要意義。本文以交叉軋制純鈦帶TA1為研究對象,對其進行不同激光功率密度下多次沖擊成形研究。通過實驗與數(shù)值模擬技術(shù)相結(jié)合,研究了鈦帶成形性能,分析了鈦帶微觀結(jié)構(gòu)變化。主要工作與結(jié)論如下:鈦帶表面在激光沖擊后形成圓形凹坑,沖擊中心減薄量和成形深度最大,且減薄量和成形深度隨激光功率密度和沖擊次數(shù)的增加而增加。受激光熱影響,表面發(fā)生不同程度燒蝕,表面粗糙度增加。多次激光沖擊致使鈦帶表層硬度增加和強化。鈦帶經(jīng)十多次連續(xù)沖擊后發(fā)生破裂,其位于沖擊中心處,斷口內(nèi)部分布有韌窩、撕裂棱和層裂,表現(xiàn)為韌性斷裂。鈦帶激光沖擊破裂機制為減薄機制和層裂機制,減薄引起縮頸,從而在斷口處形成大量韌窩,層裂是激光以脈沖形式作用的結(jié)果。激光沖擊鈦帶塑性變形是以滑移與孿生兩種方式共同作用的結(jié)果,形成了大量平行形變孿晶、高密度位錯以及滑移帶,硬度提高是發(fā)生加工硬化的結(jié)果。沖擊表面還發(fā)現(xiàn)了周期性波紋結(jié)構(gòu)。數(shù)值模擬結(jié)果表明,激光沖擊在鈦帶表面引入高幅值的殘余壓應(yīng)力,呈“W”形分布,且殘余壓應(yīng)力值隨功率密度的增加而增加,隨沖擊次數(shù)增加而先增加后減小,沖擊中心處在多次沖擊后逐漸形成殘余拉應(yīng)力;成形深度與壁厚減薄量均隨功率密度和沖擊次數(shù)的增加而增加;鈦帶在6.11GW/cm2的功率密度下沖擊15次后達到成形極限而破裂,破裂位置位于中心處;比較了實驗與模擬結(jié)果中的最大成形深度、最大減薄率和破裂位置,模擬結(jié)果與實驗結(jié)果基本一致。
[Abstract]:The traditional sheet metal forming technology can not meet the needs of rapid product renewal gradually. It is of great significance to develop new sheet metal plastic forming technology. Pure titanium is widely used in aerospace, automotive industry, medical and other fields because of its low density, high specific strength, corrosion resistance and good biocompatibility. Laser shock forming technology is applied to the plastic forming of pure titanium, which is helpful to the research of new pure titanium. In this paper, Cross-rolled pure titanium strip TA1 was studied by multiple impact forming under different laser power densities. The forming properties of titanium strip were studied by combining experimental and numerical simulation techniques, and the microstructure changes of titanium strip were analyzed. The conclusions are as follows: the surface of titanium strip forms circular pit after laser shock, the thinning of impact center and the forming depth are the biggest, and the thinning and forming depth increase with the increase of laser power density and impact times. Titanium band ruptures after more than ten consecutive shocks. There are dimples, tearing edges and spallation in the fracture surface, which are ductile fracture. The mechanism of laser shock rupture of titanium band is thinning mechanism and spallation mechanism. The necking is caused by thinning, and a large number of dimples are formed at the fracture surface. The plastic deformation of the laser-impacted titanium strip is the result of the interaction of slip and twin, resulting in a large number of parallel deformation twins, high density dislocations and slip bands. The hardness of the laser-impacted titanium strip is increased as a result of work hardening. The high amplitude residual compressive stress was introduced on the surface of the titanium strip, and the residual compressive stress increased with the increase of power density, first increased and then decreased with the increase of impact times. The residual tensile stress gradually formed at the impact center after repeated impact. At 6.11GW/cm2 power density, the titanium band reaches the forming limit and breaks after 15 times of impact, and the fracture location is located at the center. The maximum forming depth, the maximum thinning rate and the fracture location are compared between the experimental and simulation results, and the simulation results are basically consistent with the experimental results.
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG146.23;TG665

【參考文獻】

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1 劉曉婉;;激光加工技術(shù)的研究發(fā)展現(xiàn)狀[J];中國新技術(shù)新產(chǎn)品;2016年18期

2 張迪;劉立華;郭華;陳志瀾;;激光間接沖擊直接制造微零件的實驗及模擬[J];激光與光電子學(xué)進展;2016年08期

3 丁沛仁;;淺談鈦金屬的應(yīng)用及其前景[J];現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化;2016年11期

4 陳亞洲;周留成;何衛(wèi)鋒;羅思海;焦陽;龐澄清;劉鵬;;沖擊加載下純鈦微觀塑性變形的分子動力學(xué)模擬[J];中國激光;2016年08期

5 楊立軍;;激光加工技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與未來發(fā)展[J];金屬加工(熱加工);2016年04期

6 焦陽;何衛(wèi)鋒;羅思海;周留成;李應(yīng)紅;;無保護層激光沖擊提高K24合金高周疲勞性能研究[J];中國激光;2015年10期

7 馬俊;楊合;李恒;王丹;李光俊;;加熱成形中純鈦板與模具間的摩擦行為（英文）[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2015年09期

8 張青來;吳鐵丹;張冰昕;李興成;邵偉;;AZ31鎂合金激光沖擊溫成形實驗研究[J];中國激光;2015年09期

9 楊楓;申昱;曹常印;于滬平;董湘懷;胡俊;;基于超聲振動的純鈦TA1板材的成形性能[J];塑性工程學(xué)報;2014年04期

10 王瑞琴;黃先明;付文杰;黨鵬;吳曉東;高維娜;李輝;;TA1鈦板材的組織和性能改進[J];金屬熱處理;2014年08期

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1 張永康;周明;周建忠;許友誼;;激光沖擊成形新概念[A];2001年中國機械工程學(xué)會年會暨第九屆全國特種加工學(xué)術(shù)年會論文集[C];2001年

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1 秦洪;多晶純鈦室溫下不同應(yīng)變速率塑性變形的孿生形變機制研究[D];重慶大學(xué);2014年

2 鄧希光;純鈦及Ti-xAl(x=2,4,6)合金動態(tài)變形行為研究[D];北京有色金屬研究總院;2014年

3 寶磊;純鈦的變形孿晶演變規(guī)律及相關(guān)晶體學(xué)問題的研究[D];東北大學(xué);2013年

4 胡永祥;激光沖擊處理工藝過程數(shù)值建模與沖擊效應(yīng)研究[D];上海交通大學(xué);2008年

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1 劉勇達;電流輔助TA2純鈦微塑性變形行為研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

2 丁冰;Ti/CFRP/Ti夾層結(jié)構(gòu)高速沖擊損傷研究[D];南京航空航天大學(xué);2015年

3 曹常印;純鈦微針塑性成形及數(shù)值模擬研究[D];上海交通大學(xué);2013年

4 張春雨;板材激光沖擊成形研究[D];沈陽航空航天大學(xué);2013年

5 李穎超;金屬板料單點漸進成形數(shù)值模擬與工藝研究[D];江蘇科技大學(xué);2012年

6 王飛;金屬板料激光沖擊成形性能及破裂研究[D];江蘇大學(xué);2010年

7 石朝陽;金屬薄板激光沖擊成形斷裂準則研究與探索[D];江蘇大學(xué);2009年

8 張明浩;超薄板材脈沖激光微沖擊成形過程數(shù)值模擬[D];山東大學(xué);2008年

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本文編號：2189487