层合板激光弯曲试验与弯折区过渡层材料特性研究

发布时间：2017-03-25 21:11

  本文关键词：层合板激光弯曲试验与弯折区过渡层材料特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：不锈钢-碳钢层合板是一种层状金属复合材料,它以碳钢为基层,不锈钢为覆层,通过在结合界面处形成牢固的冶金结合制备而成,兼具覆层和基层的优点,在满足了综合性能的情况下又节约了稀贵金属,降低了成本。激光弯曲成形技术是一种较为新颖的热柔性成形技术,通过热应力的作用实现板材塑性变形,整个成形过程非接触,不需模具即可成形出各种预期复杂形状。本文以爆炸+轧制工艺制备而成的304/Q235A不锈钢-碳钢层合板(本文简称层合板)为研究对象,利用Nd:YAG固体脉冲激光器进行激光弯曲试验；利用扫描电镜、电子探针、纳米压痕仪等设备分析其弯曲成形规律以及激光弯折区过渡层处的材料性能。主要完成工作如下：(1)不同规格层合板的激光弯曲试验。以三种厚度(1mm/1.5mm/2mm)、三种宽度(30mm/50mm/70mm)共9种不同规格的不锈钢-碳钢层合板为研究对象进行激光弯曲试验。研究表明：在其他参数一定的情况下,随着层合板宽度的增加,弯曲角度先增大后逐渐趋于稳定；而随着板材厚度的增加,层合板的弯曲角度呈明显下降趋势,且角度变化量逐渐变小。同时发现1mm、1.5mm、2mm板的扫描次数与弯曲角度的曲线规律并不相同。接着对“翘曲现象”原因进行解释,并提出了局部扫描校正的抑制措施,最后在此基础上优化参数,完成了两周期典型件-槽型舱壁件的试制,且针对1mm层合板通过两次装夹获得了101。20'的极限角度,成型件质量良好。(2)弯折区微观组织分析。对不同厚度层合板的原始状态组织及弯曲后弯折区的金相组织进行分析,发现层合板沿轧制方向的结合界面形貌整体近似为直线,碳钢层晶粒靠近结合面处存在一定范围的晶粒生长区；不锈钢层组织主要为奥氏体晶粒,整体尺寸偏小。激光弯曲后,界面结合依然良好,层合板性能优良；激光多次扫描后层合板组织晶粒整体细化,弯折区组织受热膨胀与挤压应力共同作用,弯折区出现堆积增厚。(3)弯折区过渡层元素扩散与材料性能研究。对原始板材待弯区及激光弯曲后弯折区样件进行电子探针分析及纳米压痕试验。结果表明：激光弯曲后各组成元素沿板厚方向进一步发生了扩散,过渡层厚度均有所增加：其中1mm板过渡层厚度增加了2μm,1.5mm板过渡层宽度增加了3.5μm,2mm板过渡层厚度增加了3μm。由于塑性变形及特殊碳化物形成,弯折区过渡层处纳米硬度较高,比不锈钢层平均硬度增大11%,屈服强度相应增大,弯曲后过渡层处平均弹性模量整体变化不大。本文以不锈钢层合板的激光弯曲试验为基础,进而研究了不同尺寸层合板的成形规律以及过渡层的元素扩散与材料性能,弯曲试验结果对激光精密成形具有一定指导意义；同时过渡层的材料特性研究为层合板的有限元建模分析提供了一定的试验依据。
【关键词】：不锈钢层合板 激光弯曲 过渡层 元素扩散 材料性能
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB331;TG115.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-21
• 1.1 不锈钢-碳钢层合板概述9-12
• 1.1.1 不锈钢层合板特点与制备9-10
• 1.1.2 不锈钢层合板的应用10-12
• 1.1.3 不锈钢层合板的成形技术12
• 1.2 激光弯曲成形技术简介12-15
• 1.2.1 激光弯曲成形工艺介绍12-13
• 1.2.2 激光弯曲成形机理13-15
• 1.3 激光弯曲成形国内外研究现状15-18
• 1.3.1 激光弯曲成形材料分类15
• 1.3.2 激光弯曲成形影响因素15-17
• 1.3.3 激光弯曲成形对材料性能的影响17-18
• 1.3.4 层合板激光弯曲成形现状18
• 1.4 层合板过渡层的研究现状18-19
• 1.5 存在的问题及课题的提出19-21
• 1.5.1 存在的问题19-20
• 1.5.2 课题的提出20
• 1.5.3 论文主要工作20-21
• 2 不锈钢层合板激光弯曲试验21-39
• 2.1 试验设备、材料以及方案21-26
• 2.1.1 实验设备简介21-22
• 2.1.2 试验材料22-24
• 2.1.3 弯曲角度测量工具24-25
• 2.1.4 试验方案25-26
• 2.2 激光弯曲成形试验参数26-28
• 2.3 激光弯曲试验结果分析28-32
• 2.3.1 层合板宽度对弯曲角度的影响29
• 2.3.2 层合板厚度对弯曲角度的影响29-30
• 2.3.3 弯曲角度增加与扫描次数的关系30-32
• 2.4 翘曲现象及其抑制32-36
• 2.5 两周期典型件-槽型舱壁件试制36-38
• 2.6 本章小结38-39
• 3 不锈钢层合板弯折区微观组织与界面特性39-48
• 3.1 不锈钢层合板弯折区金相组织分析40-43
• 3.1.1 金相试样制备与处理40
• 3.1.2 层合板激光弯曲前后微观组织分析40-43
• 3.2 不锈钢层合板界面特性分析43-46
• 3.2.1 过渡层及其结合机制43-44
• 3.2.2 过渡层组织元素分布特性44-46
• 3.3 本章小结46-48
• 4 弯折区过渡层元素扩散与材料性能48-58
• 4.1 过渡层元素扩散现象分析48-53
• 4.1.1 检测设备与试样制备48-49
• 4.1.2 电子探针线扫描分析49-50
• 4.1.3 电子探针面扫描分析50-53
• 4.2 弯折区过渡层材料性能分析53-56
• 4.2.1 过渡层元素成分与含量分析53-55
• 4.2.2 过渡层硬度及弹性模量分析55-56
• 4.3 本章小结56-58
• 结论58-60
• 参考文献60-65
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况65-66
• 致谢66-67

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