層合板激光彎曲試驗(yàn)與彎折區(qū)過渡層材料特性研究.pdf

1、不銹鋼-碳鋼層合板是一種層狀金屬?gòu)?fù)合材料，它以碳鋼為基層，不銹鋼為覆層，通過在結(jié)合界面處形成牢固的冶金結(jié)合制備而成，兼具覆層和基層的優(yōu)點(diǎn)，在滿足了綜合性能的情況下又節(jié)約了稀貴金屬，降低了成本。激光彎曲成形技術(shù)是一種較為新穎的熱柔性成形技術(shù)，通過熱應(yīng)力的作用實(shí)現(xiàn)板材塑性變形，整個(gè)成形過程非接觸，不需模具即可成形出各種預(yù)期復(fù)雜形狀。本文以爆炸+軋制工藝制備而成的304/Q235A不銹鋼-碳鋼層合板（本文簡(jiǎn)稱層合板）為研究對(duì)象，利用Nd:YA

2、G固體脈沖激光器進(jìn)行激光彎曲試驗(yàn);利用掃描電鏡、電子探針、納米壓痕儀等設(shè)備分析其彎曲成形規(guī)律以及激光彎折區(qū)過渡層處的材料性能。主要完成工作如下:
　　(1)不同規(guī)格層合板的激光彎曲試驗(yàn)。以三種厚度(1mm/1.5mm/2mm)、三種寬度(30mm/50mm/70mm)共9種不同規(guī)格的不銹鋼-碳鋼層合板為研究對(duì)象進(jìn)行激光彎曲試驗(yàn)。研究表明:在其他參數(shù)一定的情況下，隨著層合板寬度的增加，彎曲角度先增大后逐漸趨于穩(wěn)定;而隨著板材厚度的增

3、加，層合板的彎曲角度呈明顯下降趨勢(shì)，且角度變化量逐漸變小。同時(shí)發(fā)現(xiàn)1mm、1.5ram、2mm板的掃描次數(shù)與彎曲角度的曲線規(guī)律并不相同。接著對(duì)“翹曲現(xiàn)象”原因進(jìn)行解釋，并提出了局部掃描校正的抑制措施，最后在此基礎(chǔ)上優(yōu)化參數(shù)，完成了兩周期典型件-槽型艙壁件的試制，且針對(duì)1mm層合板通過兩次裝夾獲得了101°20′的極限角度，成型件質(zhì)量良好。
　　(2)彎折區(qū)微觀組織分析。對(duì)不同厚度層合板的原始狀態(tài)組織及彎曲后彎折區(qū)的金相組織進(jìn)行分析

4、，發(fā)現(xiàn)層合板沿軋制方向的結(jié)合界面形貌整體近似為直線，碳鋼層晶?？拷Y(jié)合面處存在一定范圍的晶粒生長(zhǎng)區(qū);不銹鋼層組織主要為奧氏體晶粒，整體尺寸偏小。激光彎曲后，界面結(jié)合依然良好，層合板性能優(yōu)良;激光多次掃描后層合板組織晶粒整體細(xì)化，彎折區(qū)組織受熱膨脹與擠壓應(yīng)力共同作用，彎折區(qū)出現(xiàn)堆積增厚。
　　(3)彎折區(qū)過渡層元素?cái)U(kuò)散與材料性能研究。對(duì)原始板材待彎區(qū)及激光彎曲后彎折區(qū)樣件進(jìn)行電子探針分析及納米壓痕試驗(yàn)。結(jié)果表明:激光彎曲后各組成元素

5、沿板厚方向進(jìn)一步發(fā)生了擴(kuò)散，過渡層厚度均有所增加:其中1mm板過渡層厚度增加了2μm，1.5mm板過渡層寬度增加了3.5μm，2mm板過渡層厚度增加了3μm。由于塑性變形及特殊碳化物形成，彎折區(qū)過渡層處納米硬度較高，比不銹鋼層平均硬度增大11％，屈服強(qiáng)度相應(yīng)增大，彎曲后過渡層處平均彈性模量整體變化不大。
　　本文以不銹鋼層合板的激光彎曲試驗(yàn)為基礎(chǔ)，進(jìn)而研究了不同尺寸層合板的成形規(guī)律以及過渡層的元素?cái)U(kuò)散與材料性能，彎曲試驗(yàn)結(jié)果對(duì)激光