AZ31鎂合金板料激光沖擊成形及其數(shù)值模擬.pdf

1、鎂合金是一種儲量豐富的輕質金屬，具有高的比強度和比剛度、良好的減震性能和較強的電磁屏蔽能力等特點，在很多領域擁有廣闊的發(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題都限制了其廣泛應用。
　　激光沖擊成形（Laser Shock Forming）是利用激光誘導的沖擊波所形成的壓力作為板料塑性成形的變形力，從而實現(xiàn)金屬板材宏觀塑性變形的一種新型加工成形技術。與傳統(tǒng)的塑性加工方式相比，激光沖擊成形具有應變率高、加工柔性

2、大、可控程度高等優(yōu)勢，可以為變形鎂合金的塑性成形提供一個全新的思路。本文以AZ31變形鎂合金為研究對象，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，同時利用有限元軟件對激光沖擊成形板料壁厚和殘余應力進行了數(shù)值模擬分析。主要研究的內容和結論如下:
　　激光沖擊成形實驗證明，AZ31鎂合金板料可實現(xiàn)高應變率激光沖擊成形。在實驗過程中，引入減薄率的概念

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

4、>　　在激光沖擊成形過程中鎂合金的微觀結構發(fā)生明顯變化。不僅在激光沖擊內凹面的次表層發(fā)現(xiàn)周期性納米波紋結構，其波紋間距和清晰度與激光能量有關，而且晶粒得到細化，晶粒尺寸達到3～10μm，同時形成高密度的位錯和孿晶。
　　電化學實驗表明，激光沖擊提高了鎂合金成形件表面的耐腐蝕性能。經分析，其主要原因有以下兩點:LSF后鎂合金板材發(fā)生晶粒細化以及在沖擊區(qū)域產生了殘余壓應力，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。<