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脉冲激光诱导铁基非晶合金成形工艺研究

林乐嘉  
【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。


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