脉冲激光诱导铁基非晶合金成形工艺研究

论文摘要

激光冲击成形是在激光冲击强化基础上发展而来的,利用高能短脉冲激光诱导等离了体冲击波产生的力效应,使板料产生塑性变形的新技术。目前已被广泛应用于铝、铜等金属薄板的成形中,而对于室温下塑性差、易产生脆性断裂的非晶合金材料却很少涉及。本文以0.03mm厚的Fe78Si9B13非晶合金带材、Fe73.5Nb3Cu1Si13.5B9纳米晶合金带材为研究对象,开展了多钟激光冲击成形实验,揭示了不同工艺参数对成形角度的影响规律。实验选用Nd:YAG激光器,采用带垫板的单边夹持方式,试样不添加任何吸收层与约束层。对Fe78Si9B13非晶合金带材进行重复冲击实验,发现激光冲击可以使非晶带材产生非常大的塑性弯曲变形,且经激光冲击后的成形件仍为非晶结构。分析成形角度发现,成形件的弯曲角度随冲击次数的增加而逐渐增大,但是角度的增长率逐渐减小,并对产生这一规律的原因进行了深入的分析探讨。在对铁基非晶、纳米晶合金单曲率面成形的实验研究中,从渐进式板料成形的思想出发,根据激光冲击非晶合金带材成形的特点,设计了一种简单可行的单曲率面成形冲击扫描策略,对Fe78Si9B13非晶合金带材(?)Fe73.5Nb3Cu1Si13.5B9纳米晶合金带材分别进行了多道次扫描实验,实验所得扫描件弯曲圆弧处过渡圆滑,忽略实验误差,成形件的弯曲角度与扫描道次之间均呈线性关系。在对铁基非晶、纳米晶合金带材在不同激光能量下的单道次扫描实验中,分析实验结果发现,随着激光能量的增加,两者的弯曲角度和角度增长率都逐渐增大,且Fe73.5Nb3Cu1Si13.5B9合金带材的成形角度要明显大于相同宽度、相同厚度的Fe78Si9B13合金带材。对黄铜、紫铜、工业纯钛、Fe78Si9B13非晶合金、Fe73.5Nb3Cu1Si13.5B9纳米晶合金五种不同材料带材相同实验条件下的成形角度进行对比分析,发现成形结果的差异是由材料本身的特性和试样对激光的吸收率不同共同引起的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 激光冲击成形技术简介
• 1.2.1 激光冲击成形
• 1.2.2 激光冲击成形国内外研究现状
• 1.3 非晶合金概述
• 1.4 铁基非晶合金概述
• 1.5 本课题研究目标与章节内容安排
• 第二章 材料准备及实验方法
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料
• 78Si₉B₁₃非晶合金'>2.2.1 Fe₇₈Si₉B₁₃非晶合金
• 73.5Nb₃Cu₁Si_13.5B₉纳米晶合金'>2.2.2 Fe_73.5Nb₃Cu₁Si_13.5B₉纳米晶合金
• 2.3 脉冲激光冲击成形实验装置
• 2.3.1 激光器的选择
• 2.3.2 约束层的选择
• 2.3.3 吸收层的选择
• 2.3.4 工件夹持方式
• 2.3.5 激光冲击成形系统
• 2.4 X射线衍射分析
• 2.5 弯曲角度测量
• 2.6 本章小结
• 78Si₉B₁₃非晶合金带材成形研究'>第三章 激光重复冲击Fe₇₈Si₉B₁₃非晶合金带材成形研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料及预处理
• 78Si₉B₁₃非晶合金成形的影响'>3.3 冲击次数对Fe₇₈Si₉B₁₃非晶合金成形的影响
• 3.3.1 实验方案
• 3.3.2 X射线衍射结果与分析
• 3.3.3 成形结果与讨论
• 78Si₉B₁₃非晶合金成形的影响'>3.4 扫描次数对Fe₇₈Si₉B₁₃非晶合金成形的影响
• 3.4.1 实验方案
• 3.4.2 成形结果与讨论
• 78Si₉B₁₃非晶合金成形的影响'>3.5 冲击重叠率对Fe₇₈Si₉B₁₃非晶合金成形的影响
• 3.5.1 实验方案
• 3.5.2 成形结果与讨论
• 3.6 弯曲角度增长率分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 铁基非晶、纳米晶合金单曲率面成形研究
• 4.1 引言
• 78Si₉B₁₃非晶合金多道次扫描实验研究'>4.2 Fe₇₈Si₉B₁₃非晶合金多道次扫描实验研究
• 4.2.1 实验方案
• 4.2.2 成形结果与讨论
• 73.5Nb₃Cu₁Si_13.5B₉纳米晶合金多道次扫描实验研究'>4.3 Fe_73.5Nb₃Cu₁Si_13.5B₉纳米晶合金多道次扫描实验研究
• 4.3.1 实验方案
• 4.3.2 成形结果与讨论
• 4.4 扫描道次对弯曲半径的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 激光冲击不同材料带材成形对比
• 5.1 引言
• 5.2 激光能量对Fe基非晶、纳米晶合金成形的影响
• 5.3 材料类型对弯曲角度的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 主要创新点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要论著和成果
• 学位论文评阅及答辩情况表