本文關(guān)鍵詞：AZ31鎂合金薄板激光沖擊溫成形實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鎂在地球的儲(chǔ)量豐富,鎂合金具有密度小、比剛度和比強(qiáng)度高、散熱性能好、易回收等優(yōu)點(diǎn),在航空航天及汽車等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但鎂合金強(qiáng)度小、塑性加工困難等缺點(diǎn)限制了其發(fā)展及應(yīng)用。因此,采用激光沖擊成形(LSF)及激光沖擊溫成形(WLSF)技術(shù)改善鎂合金的塑性變形能力及相關(guān)機(jī)械性能,對(duì)促進(jìn)鎂合金的推廣及應(yīng)用具有重要意義。本文以AZ31鎂合金為研究對(duì)象,對(duì)其進(jìn)行室溫激光沖擊成形和激光沖擊溫成形實(shí)驗(yàn),從功率密度及加熱溫度兩方面系統(tǒng)地分析了激光沖擊板料變形區(qū)表面的殘余應(yīng)力大小及分布、表面形貌特征、微觀組織變化及顯微硬度等,最后利用ABAQUS有限元分析軟件建立激光沖擊溫成形模型,對(duì)板料表面殘余應(yīng)力及板料變形進(jìn)行有限元模擬,并與相關(guān)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果比較。本文主要研究工作及結(jié)論如下:(1)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,AZ31鎂合金薄板具有良好的高溫高應(yīng)變率激光沖擊成形能力。LSF及WLSF后試樣表面產(chǎn)生高幅值殘余壓應(yīng)力,隨著加熱溫度的增加,殘余壓應(yīng)力分布趨向均勻。但是,高溫容易使殘余應(yīng)力松弛,導(dǎo)致殘余壓應(yīng)力降低。同時(shí)功率密度也對(duì)殘余應(yīng)力產(chǎn)生較大影響,較低功率密度下,150℃-WLSF后獲得最大殘余壓應(yīng)力值143MPa;功率密度較大時(shí),WLSF試樣最大殘余壓應(yīng)力值小于LSF試樣。因此,在實(shí)際應(yīng)用中需要綜合考慮加熱溫度及激光功率密度的影響。(2)成形后試樣發(fā)生大塑性變形,使成形區(qū)的表面粗糙度高于靶材基體。和LSF相比,WLSF后試樣具有更低的表面粗糙度。但溫度過高(250℃~300℃)時(shí),試樣沖擊區(qū)表面容易被燒蝕。(3)在激光沖擊過程中,鎂合金的微觀組織發(fā)生明顯改變。LSF及WLSF后晶內(nèi)及晶界處形成高密度位錯(cuò)。較低溫度下沖擊時(shí)產(chǎn)生大量孿晶,隨著溫度的升高,鎂合金動(dòng)態(tài)再結(jié)晶變形機(jī)制逐漸啟動(dòng),孿晶逐漸消失,生成再結(jié)晶晶粒。激光沖擊溫成形后晶粒明顯細(xì)化,晶粒尺寸隨溫度升高先減小后增大。在100℃-WLSF后試樣沖擊區(qū)內(nèi)觀察到納米晶現(xiàn)象。激光沖擊能有效提高靶材沖擊區(qū)硬度,WLSF后試樣硬度大小分布更為均勻。(4)模擬結(jié)果表明,試樣經(jīng)WLSF后,整個(gè)光斑區(qū)均獲得高幅值殘余壓應(yīng)力。溫度相同時(shí),板料最大成形深度隨功率密度增加而增大。功率密度相同時(shí),成形溫度的升高并不能明顯增加板料的成形深度。200℃~300℃范圍內(nèi)激光沖擊溫成形時(shí),板料減薄量急劇增加,容易導(dǎo)致破裂。(5)實(shí)驗(yàn)與模擬綜合考慮,得出當(dāng)實(shí)驗(yàn)溫度為100℃或150℃,激光功率密度為1.28GW/cm2時(shí),鎂合金激光沖擊溫成形效果較好。
【關(guān)鍵詞】：AZ31鎂合金 激光沖擊溫成形 殘余應(yīng)力 微觀組織 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG665;TG146.22
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 變形鎂合金概述12-14
• 1.2.1 變形鎂合金的特性12
• 1.2.2 變形鎂合金的應(yīng)用12-13
• 1.2.3 變形鎂合金溫成形研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 激光沖擊成形技術(shù)14-16
• 1.3.1 激光沖擊成形技術(shù)概述14-15
• 1.3.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀15-16
• 1.3.3 激光沖擊成形技術(shù)的應(yīng)用前景16
• 1.4 激光沖擊成形理論16-18
• 1.4.1 激光沖擊物理模型16-17
• 1.4.2 激光誘導(dǎo)沖擊波形成機(jī)理17
• 1.4.3 激光沖擊波加載特征17-18
• 1.5 數(shù)值模擬技術(shù)18-20
• 1.5.1 有限元概述18
• 1.5.2 有限元技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀18-19
• 1.5.3 激光沖擊成形模擬技術(shù)的研究現(xiàn)狀19-20
• 1.6 本論文的研究目的、意義及內(nèi)容20-21
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料及測(cè)試方法21-26
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料21
• 2.1.1 靶材材料21
• 2.1.2 約束層與吸收層選擇21
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與技術(shù)路線21-23
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備21-22
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線22-23
• 2.3 測(cè)試儀器及方法23-26
• 2.3.1 殘余應(yīng)力測(cè)量23-24
• 2.3.2 表面形貌24
• 2.3.3 微觀組織24-25
• 2.3.4 顯微硬度25
• 2.3.5 拉伸實(shí)驗(yàn)25-26
• 第三章 AZ31鎂合金激光沖擊溫成形的實(shí)驗(yàn)研究26-45
• 3.1 板料激光沖擊溫成形原理26
• 3.2 激光沖擊溫成形實(shí)驗(yàn)方案26-28
• 3.3 表面殘余應(yīng)力測(cè)試結(jié)果與分析28-31
• 3.4 表面形貌分析31-37
• 3.4.1 宏觀形貌特征31-33
• 3.4.2 光斑中心形貌分析33-34
• 3.4.3 微區(qū)表面線粗糙度34-37
• 3.5 AZ31激光沖擊溫成形微觀組織分析37-44
• 3.5.1 金相組織37-40
• 3.5.2 TEM結(jié)構(gòu)40-42
• 3.5.3 顯微硬度42-44
• 3.6 小結(jié)44-45
• 第四章 激光沖擊溫成形有限元模擬45-60
• 4.1 ABAQUS軟件簡(jiǎn)介45
• 4.2 有限元模擬分析過程的關(guān)鍵問題45-48
• 4.2.1 有限元分析模塊選擇45
• 4.2.2 激光沖擊溫成形模擬模型的建立45-46
• 4.2.3 本構(gòu)模型46-47
• 4.2.4 網(wǎng)格劃分及邊界條件47-48
• 4.2.5 壓力載荷設(shè)置48
• 4.3 模擬結(jié)果與分析48-57
• 4.3.1 成形溫度與殘余應(yīng)力的關(guān)系49-50
• 4.3.2 功率密度與殘余應(yīng)力的關(guān)系50-53
• 4.3.3 成形溫度、功率密度與板料變形的關(guān)系53-57
• 4.4 最大殘余壓應(yīng)力值模擬與實(shí)驗(yàn)值比較57-58
• 4.5 小結(jié)58-60
• 第五章 總結(jié)和展望60-62
• 5.1 結(jié)論60-61
• 5.2 展望61-62
• 參考文獻(xiàn)62-68
• 致謝68-69
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文69

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