鎂合金薄板雷射衝擊高應變率溫成形及改性基礎研究

《鎂合金薄板雷射衝擊高應變率溫成形及改性基礎研究》是依託江蘇大學，由張青來擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：鎂合金薄板雷射衝擊高應變率溫成形及改性基礎研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張青來
• 依託單位：江蘇大學

項目摘要

針對鎂合金室溫變形困難、應力腐蝕嚴重、疲勞裂紋擴展速度快，本項目提出利用雷射衝擊波力效應實現鎂合金薄板溫成形新方法。鎂合金適合採用溫成形技術，溫雷射衝擊的動態應變時效作用比冷雷射衝擊有較高的殘餘壓應力的熱穩定性，賦予鎂合金板料雷射衝擊溫成形方法研究的重要意義和套用前景。項目研究雷射衝擊溫成形中應力場、溫度場和速度場及影響規律；研究薄板各向異性對溫成形影響；研究鎂合金薄板溫成形極限及其極限判據理論和極限圖FLD；研究雷射衝擊鎂合金變形機理和溫成形與強化協調理論；研究雷射衝擊後微觀組織演變規律、材料改性原理以及溫度和表面殘餘應力的內在關聯。本項目在雷射誘導衝擊波的溫成形方法、雷射衝擊溫成形與強化協調理論、雷射衝擊溫成形機制、變形機理和溫成形極限理論方面有明顯的創新。本項目為實現成形和材料改性雙重效果，完善塑性技術與理論，獲得高表面性能要求的成形結構件提供理論依據和技術支持。

結題摘要

雷射衝擊溫成形（WLSF）是集材料改性和成形於一體的複合成形技術。本項目選取具有良好溫深沖性能的AZ31鎂合金薄板為研究對象，系統研究了室溫~300℃區間合金超高應變速率雷射衝擊成形性能、變形機理、結構演變和沖裂機制以及試件表層殘餘應力，其中室溫和300℃時殘餘壓應力值分別高達150MPa和232MPa，WLSF提供更穩定的高幅值殘餘壓應力。同時結合鉬帶和鈦帶兩種材料，探討了不同晶體結構材料雷射衝擊成形機理和沖裂機制，鎂合金屬於厚度減薄機制和層裂機制。以AZ31和AZ80鎂合金及馬氏體不鏽鋼為研究對象，在室溫~300℃區間進行了雷射衝擊溫強化(WLSP)，對比研究了殘餘應力、疲勞性能、力學性能及表面結構，探討了溫強化機理和疲勞機制。性能測試結果表明，溫強化效果好於室溫強化，溫強化可使AZ80合金疲勞壽命提高到64%，殘餘壓應力、析出相或強化相是溫強化提高的主要誘因。對比測試和數值模擬結果，分析了WLSF和WLSP試件表層和厚向殘餘應力場。系統地研究了AZ系列鎂合金織構、析出相和晶粒尺寸對合金的雷射衝擊強化（LSP）及應力腐蝕和電化學腐蝕的影響，包括WLSF表層和次表層的耐腐蝕性，討論了腐蝕機理及其影響因素。在WLSP過程中合金髮生動/靜態再結晶，析出不同位相和不同形狀的β相，產生大量高密度的孿晶和位錯纏結以及納米級相。通過預時效+LSP+後時效方法，研究了材料殘餘壓應力、孿晶和位錯的熱穩定性及其對性能的影響。設計了雷射衝擊溫強化或溫成形用加熱裝置。約束層是雷射衝擊溫強化的核心問題，光學玻璃約束層無法實施衝擊連續性，而高溫矽油是最具有開發價值的約束層，需要專用矽油過濾循環裝置，這是本項目可持續的未來研究方向。