AZ31镁合金激光冲击温成形实验研究

为了研究超高应变速率激光冲击对AZ31镁合金温成形性能的影响,采用钕玻璃脉冲激光器(脉冲宽度为20 ns,激光功率密度为1.53 GW/cm2)进行AZ31镁合金薄板室温激光冲击成形(LSF)和200℃时激光冲击温成形(WLSF)实验研究及模拟分析。结果表明:AZ31交叉轧制薄板具有良好的超高应变速率WLSF能力,可实现温成形和改性双重效应,表层形成高幅残余压应力和高密度位错,WLSF表面比LSF具有更稳定的残余压应力,超高应变速率激光冲击和动态再结晶可能是纳米晶形成的主要原因,并分析LSF和WLSF试样表面形貌和粗糙度以及表面残余应力分布。     

激光冲击强化对AZ31镁合金力学性能和组织结构的影响

为了研究激光冲击强化(LSP)对镁合金力学性能的影响,采用电子万能高温拉伸机和钕玻璃脉冲激光(波长1064 nm,脉冲宽度20 ns)研究AZ31镁合金薄板室温和300℃时拉伸应力-应变曲线和力学性能。结果表明,LSP提高了AZ31镁合金室温和高温抗拉强度,而冲击试样的最大热流变应力明显高于未冲击的试样,双面单次LSP导致室温力学性能降低,在激光冲击试样断口发现了沿次表层扩展的层裂现象。讨论和分析了残余压应力、细微结构、表面形貌和粗糙度对激光冲击镁合金力学性能的影响。     

激光冲击AZ31镁合金抗腐蚀性能研究

利用钕玻璃脉冲激光对AZ31镁合金表面进行激光冲击处理,金相显微镜(OM)和透射电子显微镜(TEM)微观组织表明激光冲击波导致镁合金表面层(强化层约0.8mm)产生超高应变速率的塑性变形,晶粒内部存在大量位错和孪晶,高密度位错相互缠结,并与孪晶相互交叉导致晶粒细化。镁合金冲击表层硬度比基体提高约58%,表面残余压应力达120MPa。在质量分数为3.5%NaCl溶液中,采用动电位扫描技术和慢应变速率拉伸应力腐蚀试验研究其冲击后的腐蚀行为,结果表明激光冲击后自腐蚀电位提高,腐蚀电流增大,抗腐蚀性有所降低,但激光冲击后镁合金抗应力腐蚀性能提高。     

激光冲击次数对镁合金电化学特性的影响

为了研究激光冲击对镁合金表面抗腐蚀性能的影响,利用钕玻璃脉冲激光对AZ31镁合金表面进行不同次数的激光冲击处理,用透射电子显微镜观察镁合金表层的微观组织,并采用电化学测量技术在氯化钠溶液(质量分数为0.035)中测试其极化曲线和电化学交流阻抗谱的影响。结果表明,激光冲击波导致镁合金表面层产生超高应变速率的塑性变形;晶粒内部存在与孪晶相互交叉、相互缠结的高密度位错而导致晶粒细化;极化曲线和交流阻抗谱表明1次激光冲击后AZ31的自腐蚀电位提高约267mV;腐蚀电流稍有增大,反应电阻增大,抗腐蚀性明显提高;随着冲击次数的增多,腐蚀抗力未明显提高。其相应的交流阻抗谱也得出与极化曲线相同的结论。该研究对于激光冲击处理镁合金提高耐腐蚀性具有一定的参考价值。     

AZ31B镁合金激光冲击强化及抗应力腐蚀研究

为了研究激光冲击强化对镁合金性能的影响,根据优化后的工艺参数,采用钕玻璃脉冲激光,对轧制态AZ31B镁合金薄板试样表面进行冲击强化实验。实验结果表明,晶粒得到明显细化,晶粒大小由20μm左右细化到10μm左右,试样表面激光诱导的残余压应力高达-126 MPa。室温下通过三点加载的方法,对激光冲击、局部区域激光冲击以及未激光冲击的试样在去离子水中进行了应力腐蚀试验,对其断口进行了宏观和微观分析,表明激光冲击能够抑制应力腐蚀裂纹的产生和扩展。     

激光冲击强化AZ31镁合金摩擦磨损性能的研究

采用高能脉冲激光束对AZ31镁合金进行激光冲击强化(LSP)处理,利用UMT-2摩擦磨损试验机对试样进行磨损实验,通过分析磨痕表面和磨屑形貌及磨屑能谱,得出LSP技术可提高AZ31镁合金的耐磨性能。在相同条件下,LSP AZ31镁合金摩擦系数和磨损量均比未冲击试样小,且磨屑更为细小,表明LSP对AZ31镁合金摩擦磨损性能有一定的改善效果。另外,AZ31镁合金经过LSP后,磨损机理由以剥落磨损为主转变为以磨粒磨损为主。     

平面应变压缩过程中初始取向对AZ31镁合金变形行为的影响(英文)

在室温和150℃下对AZ31镁合金进行平面应变压缩试验,应变速率为0.01s-1,形变量为0.1。试样（切割于强织构的热轧板）的压缩轴c与其基面法向成不同的角度,从而研究初始织构对AZ31镁合金塑性变形行为的影响。利用电子背散射衍射花样（EBSD）采集变形试样的微观结构和织构信息,分析孪生和滑移行为。实验发现AZ31镁合金塑性变形由{1012} 〈011〉拉伸孪生和基面滑移共同控制,并确定了各种变形模式比例与晶体初始取向的关系,其中拉伸孪生在压缩轴垂直于c轴方向时占主导作用。     

平面应变压缩过程中初始取向对AZ31镁合金变形行为的影响

在室温和150℃下对AZ31镁合金进行平面应变压缩试验,应变速率为0.01 s-1,形变量为0.1.试样(切割于强织构的热轧板)的压缩轴c与其基面法向成不同的角度,从而研究初始织构对AZ31镁合金塑性变形行为的影响.利用电子背散射衍射花样(EBSD)采集变形试样的微观结构和织构信息,分析孪生和滑移行为.实验发现AZ31镁合金塑性变形由{10(-12)}<(-10)11>拉伸孪生和基面滑移共同控制,并确定了各种变形模式比例与晶体初始取向的关系,其中拉伸孪生在压缩轴垂直于c轴方向时占主导作用.     

遮光法测量铝薄板高压加载下的动态特征量

为了检测强脉冲激光冲击加载材料发生的动态变化,采用遮光原理设计了一种新的检测仪器,能较为准确地检测出在冲击过程中试样的动态特征量。结果表明,铝薄板（L2）在激光冲击成形过程中弹性变形和塑性变形同时存在,塑性变形的时间远远大于弹性变形。试样中心区域在弹性变形阶段的平均变形速率为3.2103m/s,试样的平均应变率为8.9 104s-1。该结果为相关激光冲击成形技术发展提供了实验依据。     

激光冲击处理对AZ31B镁合金焊接件抗应力腐蚀的影响

为了研究激光冲击处理对镁合金焊接件应力腐蚀性能的影响,采用激光波长1064nm,脉冲宽度15ns,脉冲能量4J,光斑直径3mm的钕玻璃脉冲激光器,对AZ31B镁合金交流氩弧焊接件表面进行冲击处理。室温下采用三点加载的方式,在去离子水中对试样进行应力腐蚀实验。利用光学显微镜和透射电镜观测激光冲击试样微观结构,利用扫描电镜观测应力腐蚀断口。实验结果表明:根据优化的激光参数,能在试样表面制得纳米结构表层,样品表面纳米晶粒大小为35nm左右;激光冲击处理改变了试样表面的应力状态,由残余拉应力60MPa转变为残余压应力-125MPa;激光冲击处理后自腐蚀电位增大88mV,腐蚀电流减小了73.4%,从而降低试样腐蚀倾向;未激光冲击的试样在浸没了192h后出现应力腐蚀开裂,而激光冲击的试样在浸没了10个月后未出现裂纹,这表明激光冲击处理能够提高AZ31B镁合金焊接件抗应力腐蚀的能力。     

AZ80-T6挤压镁合金激光冲击温强化和低周疲劳行为

为了研究激光冲击对AZ80-T6挤压镁合金低周疲劳性能的影响,采用钕玻璃脉冲激光器对疲劳试样进行激光冲击强化(LSP)和激光冲击温强化(WLSP)处理,并进行拉-拉疲劳实验。结果表明:LSP和300℃时WLSP处理后镁合金表面产生的残余压应力分别为-125 MPa和-158 MPa,而其疲劳寿命分别比原始试样提高11.42%和75.74%。WLSP明显地延迟裂纹萌生时间,提高AZ80-T6镁合金的疲劳寿命。另外对激光冲击诱导的镁合金微观结构及其低周疲劳行为进行了分析和讨论。     

基于激光冲击的镁合金在NaCl溶液中电化学腐蚀的研究

为了研究激光冲击强化对镁合金耐腐蚀性的影响,采用电化学方法和钕玻璃脉冲激光(波长1064nm,脉冲宽度20ns)研究AZ31、AZ61和AZ91三种镁合金在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的电化学腐蚀行为,并对合金表面形貌、微观组织、显微硬度、自腐蚀电位和电化学阻抗谱进行实验测试与分析。结果表明:激光冲击强化改善了镁合金的耐腐蚀性。随着激光功率密度的增加镁合金自腐蚀电位正向移动,腐蚀电流密度降低,阻抗弧变大。当功率密度为0.7GW/cm2时电流密度开始增加,阻抗弧减小。讨论和分析了Al含量、固溶和时效处理对激光冲击镁合金自腐蚀电位和阻抗谱的影响。     

AZ91D-T6铸造镁合金激光冲击强化和高周疲劳性能研究

为了研究激光冲击对AZ91D-T6铸造镁合金高周疲劳性能的影响,采用钕玻璃脉冲激光器(波长1064nm,脉冲宽度20ns),对中心缺口试样进行激光冲击强化(LSP)处理,并进行了拉-拉疲劳试验,分析了表面形貌、表面显微硬度、微观组织、疲劳断口特征和残余应力分布,结果表明:以1.5GW/cm2功率密度和光斑50%搭接的激光冲击强化后,中心缺口疲劳试样上下表面形成高残余压应力,显微硬度提高24%左右,晶粒明显细化,冲击试样循环周次比未冲击的提高33.7%,疲劳断口呈解理断裂特征,主要表现为大量解理台阶和河流花样,β-Mg17Al12相的存在改变了疲劳裂纹扩展路径。激光冲击延迟了裂纹萌生时间,提高了AZ91D-T6铸造镁合金的疲劳寿命。     

激光冲击处理对AZ31镁合金力学性能的影响

为了分析高速应变条件下镁(Mg)合金的动态力学行为及组织结构变化,使用激光冲击处理(LSP)技术对AZ31 Mg合金进行了强化处理,并通过透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)等手段对LSP试样的微观结构进行了表征。结果表明:LSP后AZ31 Mg合金试样的表层晶粒得到细化,其主要亚结构以大角度晶界为主;表面硬度比未冲击试样提高了127%;试样的抗拉强度提高了21%;断裂延伸率提高了16%;AZ31 Mg合金的断裂方式有向韧性断裂转变的趋势,材料的韧性明显提高。     

AM50镁合金激光冲击强化实验研究

为了研究激光冲击强化对镁合金性能的影响,采用钕玻璃脉冲激光(波长1054 nm,脉冲宽度23 ns)对AM50镁合金试样表面进行冲击强化处理,并对其表面形貌、微观组织、显微硬度、残余应力进行实验测试与分析。结果表明,在激光功率密度为3.1 GW/cm2的强脉冲激光作用下,试样表面留下光亮致密的微凹坑,凹坑深约27μm;表层材料发生高应变速率的塑性变形,材料内产生大量位错与孪晶,强化层深度约0.8 mm;冲击区的显微硬度明显增加,表层材料的显微硬度比基体约提高58%;冲击区表面存在残余压应力,数值高达-146 MPa。实验结果表明,激光冲击镁合金的强化效果明显。     

强短脉冲激光冲击薄板高速变形的实验研究

强短脉冲激光冲击材料成形是一种高应变率的过程。很多已有测试手段由于响应带宽不够而无法进行有效测量。常用的任意面速度干涉仪(VISAR)价格昂贵、测试方法复杂,且存在条纹缺失。采用一种简单的光电测试系统探测出铝薄板在强短脉冲激光冲击下的高速变形过程。通过标定输出电压与变形量的关系,分析出薄板被冲击中心点的位移和速度,与文献仿真结果规律一致,计算出在8 J激光能量冲击时间内平均变形速度为8.49×104m/s。并由阻尼振动和弹性形变叠加的模型拟合出激光冲击薄板的形变过程,根据拟合系数计算出薄板的振动速度和塑性变形值,为分析和控制激光冲击变形工艺提供了依据。     

正方形薄板激光弯曲三维成形球冠面的技术分析

激光弯曲成形是利用激光束的能量修整板材曲率的一种新型柔性无模成形加工方法。为探索激光弯曲三维成形的机制以及成形过程中的物理现象,对1Cr18Ni9Ti正方形薄板采用交叉线扫描策略激光弯曲三维成形制备了球冠面,利用显式动态有限元方法分析了正方形薄板在激光扫描过程中的温度、应力、应变、节点加速度与速度以及形变的变化情况,在二维激光成形温度梯度机制基础上探讨了激光弯曲三维成形中存在的物理现象。在扫描过程中,薄板整体的温度随着激光扫描逐渐增加,在任意时刻任意位置的加热都会造成整体薄板应力作用方向和大小的改变,应力变化是形成圆周线的趋势,由于扫描路径时空的变化导致正方形薄板四角的变形量有所不同。     

SLM成形316L不锈钢热变形行为研究

利用Gleeble-3800热模拟压缩试验机研究激光选区熔化(SLM)成形316L不锈钢在变形温度为900～1 100℃、应变速率为0.001～1 s^-1时的热变形行为。结果表明，在变形过程中，流变应力会随着变形温度的升高或应变速率的降低而显著降低；建立了适用于变形全过程的应变修正双曲正弦本构模型，并利用统计学参数评估模型精度，其R值高达0.988 63,平均相对误差绝对值为5.45%;绘制激光选区熔化成形316L不锈钢在应变为0.9时的热加工图，结合不同加工区域内微观组织分析，表明失稳机制为绝热剪切带的形成和流动局部化，SLM成形316L不锈钢适合在低应变速率和高温高应变速率条件下进行加工。     

激光冲击强化对AZ91镁合金的电化学腐蚀行为的影响

采用电化学测量技术和透射电镜,研究了激光冲击强化(LSP)后的AZ91镁合金在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的耐蚀性能。结果表明:经过激光冲击后,AZ91镁合金内产生大量位错,大量的位错发展为位错缠结。在3.5%NaCl溶液中,激光冲击后的镁合金阻抗值显著增加,腐蚀电流密度显著降低。随着激光冲击次数的增加,AZ91镁合金的自腐蚀电位正移,腐蚀电流密度降低,耐腐蚀性能提高。     

激光冲击7050铝合金薄板试样形成残余应力洞的机制

为研究激光冲击7050铝合金薄板试样形成残余应力洞的机制,分别使用功率密度为1.98 GW/cm~2和2.77GW/cm~2的激光冲击7050铝合金试样。采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件模拟分析了在功率密度为1.98GW/cm~2的激光束冲击下的薄板试样。实验中利用X射线应力分析仪测量薄板试样和厚板试样的残余应力分布,利用压电薄膜传感器测量激光冲击时试样的动态应变,并利用三维显微系统观察激光冲击区域的表面微结构。实验结果表明,功率密度为1.98GW/cm~2和2.77GW/cm~2的激光束冲击7050铝合金薄板试样后均产生了残余应力洞现象。反射边界条件下的模拟结果与实验数据具有较好的一致性,表明稀疏波在光斑中心的会聚是产生残余应力洞现象的主要原因。由残余应力分布和动态应变可知,在试样内来回反射的冲击波对残余应力洞的影响不容忽视;功率密度为2.77GW/cm~2的激光束冲击加载后,薄板、厚板试样冲击区域中心的厚度分别比临近区域的厚度大10.800μm和8.150μm;在表面稀疏波与冲击波的共同作用下,试样表面均产生了残余应力洞现象。