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镁在地球的储量丰富,镁合金具有密度小、比刚度和比强度高、散热性能好、易回收等优点,在航空航天及汽车等领域得到了广泛应用。但镁合金强度小、塑性加工困难等缺点限制了其发展及应用。因此,采用激光冲击成形(LSF)及激光冲击温成形(WLSF)技术改善镁合金的塑性变形能力及相关机械性能,对促进镁合金的推广及应用具有重要意义。本文以AZ31镁合金为研究对象,对其进行室温激光冲击成形和激光冲击温成形实验,从功率密度及加热温度两方面系统地分析了激光冲击板料变形区表面的残余应力大小及分布、表面形貌特征、微观组织变化及显微硬度等,最后利用ABAQUS有限元分析软件建立激光冲击温成形模型,对板料表面残余应力及板料变形进行有限元模拟,并与相关实验测试结果比较。本文主要研究工作及结论如下:(1)实验结果表明,AZ31镁合金薄板具有良好的高温高应变率激光冲击成形能力。LSF及WLSF后试样表面产生高幅值残余压应力,随着加热温度的增加,残余压应力分布趋向均匀。但是,高温容易使残余应力松弛,导致残余压应力降低。同时功率密度也对残余应力产生较大影响,较低功率密度下,150℃-WLSF后获得最大残余压应力值143MPa;功率密度较大时,WLSF试样最大残余压应力值小于LSF试样。因此,在实际应用中需要综合考虑加热温度及激光功率密度的影响。(2)成形后试样发生大塑性变形,使成形区的表面粗糙度高于靶材基体。和LSF相比,WLSF后试样具有更低的表面粗糙度。但温度过高(250℃~300℃)时,试样冲击区表面容易被烧蚀。(3)在激光冲击过程中,镁合金的微观组织发生明显改变。LSF及WLSF后晶内及晶界处形成高密度位错。较低温度下冲击时产生大量孪晶,随着温度的升高,镁合金动态再结晶变形机制逐渐启动,孪晶逐渐消失,生成再结晶晶粒。激光冲击温成形后晶粒明显细化,晶粒尺寸随温度升高先减小后增大。在100℃-WLSF后试样冲击区内观察到纳米晶现象。激光冲击能有效提高靶材冲击区硬度,WLSF后试样硬度大小分布更为均匀。(4)模拟结果表明,试样经WLSF后,整个光斑区均获得高幅值残余压应力。温度相同时,板料最大成形深度随功率密度增加而增大。功率密度相同时,成形温度的升高并不能明显增加板料的成形深度。200℃~300℃范围内激光冲击温成形时,板料减薄量急剧增加,容易导致破裂。(5)实验与模拟综合考虑,得出当实验温度为100℃或150℃,激光功率密度为1.28GW/cm2时,镁合金激光冲击温成形效果较好。