AZ31鎂合金薄板激光沖擊溫成形實驗及數(shù)值模擬.pdf

1、鎂在地球的儲量豐富，鎂合金具有密度小、比剛度和比強度高、散熱性能好、易回收等優(yōu)點，在航空航天及汽車等領域得到了廣泛應用。但鎂合金強度小、塑性加工困難等缺點限制了其發(fā)展及應用。因此，采用激光沖擊成形（LSF）及激光沖擊溫成形（WLSF）技術改善鎂合金的塑性變形能力及相關機械性能，對促進鎂合金的推廣及應用具有重要意義。本文以AZ31鎂合金為研究對象，對其進行室溫激光沖擊成形和激光沖擊溫成形實驗，從功率密度及加熱溫度兩方面系統(tǒng)地分析了激光沖擊

2、板料變形區(qū)表面的殘余應力大小及分布、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，對板料表面殘余應力及板料變形進行有限元模擬，并與相關實驗測試結果比較。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴實驗結果表明，AZ31鎂合金薄板具有良好的高溫高應變率激光沖擊成形能力。LSF及WLSF后試樣表面產(chǎn)生高幅值殘余壓應力，隨著加熱溫度的增加，殘余壓應力分布趨向均勻。但是，高溫容易使殘余應力松弛，導致殘

3、余壓應力降低。同時功率密度也對殘余應力產(chǎn)生較大影響，較低功率密度下，150℃-WLSF后獲得最大殘余壓應力值143MPa；功率密度較大時，WLSF試樣最大殘余壓應力值小于LSF試樣。因此，在實際應用中需要綜合考慮加熱溫度及激光功率密度的影響。⑵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，試樣沖擊區(qū)表面容易被燒蝕。⑶在激光沖擊過程中，鎂

4、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。較低溫度下沖擊時產(chǎn)生大量孿晶，隨著溫度的升高，鎂合金動態(tài)再結晶變形機制逐漸啟動，孿晶逐漸消失，生成再結晶晶粒。激光沖擊溫成形后晶粒明顯細化，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。⑷模擬結果表明，試樣經(jīng) WLSF后，整個光斑區(qū)均獲得高幅值殘余壓應力。