雙面激光同時(shí)沖擊條件下板料厚度對(duì)鎂合金拉伸性能的影響.pdf

1、鎂合金因其密度小(1.8g/cm3左右)，比強(qiáng)度高、剛性高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天、化工、汽車等工業(yè)領(lǐng)域，通過(guò)優(yōu)化鎂合金表面組織結(jié)構(gòu)和性能可以有效提高鎂合金表層綜合力學(xué)性能，表面處理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)和性能提高的有效途徑。激光沖擊強(qiáng)化(LSP: Laser ShockProcessing)是一種新型的表面強(qiáng)化技術(shù)，能夠在金屬表面形成較深的殘余壓應(yīng)力層，從而提高金屬材料的表層機(jī)械性能。對(duì)于有一定厚度的金屬薄板，一方面需要提高激光沖擊強(qiáng)化效果

2、，同時(shí)還需避免沖擊所產(chǎn)生的試樣宏觀變形。針對(duì)以上問(wèn)題，本文采用有限元軟件模擬了雙面激光同時(shí)沖擊過(guò)程中板料厚度對(duì)鎂合金殘余應(yīng)力場(chǎng)的影響規(guī)律，并獲得對(duì)應(yīng)的拉伸曲線。然后采用不同沖擊方式對(duì)不同厚度的AM50鎂合金平板拉伸試樣進(jìn)行沖擊實(shí)驗(yàn)，分析和表征其拉伸曲線及微觀斷口形貌，獲得了以下主要結(jié)論和創(chuàng)新性成果:
　　(1)利用有限元軟件ABAQUS模擬雙面激光同時(shí)沖擊過(guò)程中板料厚度對(duì)鎂合金殘余應(yīng)力場(chǎng)的影響規(guī)律。系統(tǒng)研究了板料厚度對(duì)雙面激光同時(shí)

3、沖擊強(qiáng)化效果的影響機(jī)理，對(duì)比分析了不同模型沿表面徑向和軸向的殘余應(yīng)力分布，得出雙面同時(shí)沖擊時(shí)的最佳理想厚度。結(jié)果表明:在激光光斑直徑，脈沖寬度，峰值壓力不變的情況下，隨著板料厚度增大，模型內(nèi)部的殘余壓應(yīng)力分布漸趨均勻和有規(guī)律，殘余壓應(yīng)力影響深度逐漸變深，當(dāng)板料厚度達(dá)到某一閾值后，兩者都達(dá)到飽和。在1600MPa激光峰值壓力、3mm光斑半徑和57ns壓力脈沖寬度工藝參數(shù)下，雙面激光同時(shí)沖擊AM50鎂合金薄板的理想厚度為4mm及以上。

4、>　　(2)采用高能納秒激光對(duì)不同厚度AM50鎂合金試樣進(jìn)行單面單次沖擊和雙面同時(shí)沖擊，再依次對(duì)沖擊后的試樣分別進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，得到拉伸（應(yīng)力-應(yīng)變）曲線。對(duì)比分析激光單次沖擊與雙面同時(shí)沖擊后試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，系統(tǒng)研究了試樣厚度及沖擊方式對(duì)試樣拉伸性能的影響機(jī)理，得出雙面同時(shí)沖擊時(shí)鎂合金平板試樣的理想厚度并與模擬所得結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證。結(jié)果表明:隨著試樣厚度的變厚，雙面激光同時(shí)沖擊在材料內(nèi)部產(chǎn)生的殘余拉應(yīng)力層在逐步縮小，表面殘余壓應(yīng)力逐步變

5、大。當(dāng)厚度達(dá)到4mm后，其內(nèi)部殘余應(yīng)力場(chǎng)達(dá)到飽和，表面殘余壓應(yīng)力起主導(dǎo)作用，極限拉伸應(yīng)力達(dá)到最佳，值為179.6MPa，此時(shí)雙面同時(shí)沖擊試樣后的拉伸性能優(yōu)于單次沖擊試樣的拉伸性能，與模擬所得結(jié)果相吻合。經(jīng)雙面同時(shí)沖擊后4mm厚AM50鎂合金試樣的最大拉力(強(qiáng)度極限*截面積=7.185KN)更與5mm單面單次沖擊試樣的最大拉力(7.175KN)相當(dāng)。
　　(3)采用相同工藝參數(shù)的脈沖激光束對(duì)4mm厚AM50拉伸試樣分別進(jìn)行未沖擊、單

6、面沖擊、雙面同時(shí)沖擊處理，再對(duì)其進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，并利用掃描電鏡(SEM)觀察斷口的微觀形貌。獲得了三種不同方式處理后試樣的拉伸（應(yīng)力-應(yīng)變）曲線，研究其微觀結(jié)構(gòu)對(duì)試樣拉伸性能的影響機(jī)理;測(cè)量雙面同時(shí)沖擊試樣沖擊區(qū)域的顯微硬度及表面殘余壓應(yīng)力，分析并得出最佳的沖擊方式。結(jié)果表明:在激光工藝參數(shù)不變的情況下，采用雙面激光同時(shí)沖擊方式?jīng)_擊處理AM50拉伸試樣，強(qiáng)化效果最佳。未沖擊試樣，單面沖擊試樣的拉伸斷裂形式主要為準(zhǔn)理解斷裂，雙面同時(shí)沖擊試樣