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传统金属板料成形技术逐渐不能满足现今产品快速更新的需求,开发新的金属板料塑性成形技术意义重大。激光冲击成形(LSF)技术是一种集成形与强化于一体的新型塑性成形技术,具有高压、高速、精确成形的特点,用于小批量、多品种、形状复杂的新产品的生产有一定优势,具有长远的发展前景。纯钛因密度小、比强度高、耐腐蚀、良好的生物相容性等优点而被广泛应用于航空航天、汽车工业、医疗等领域,将激光冲击成形技术应用于纯钛的塑性成形,对于研究纯钛的新型塑性成形技术、促进纯钛的应用具有重要意义。本文以交叉轧制纯钛带TA1为研究对象,对其进行不同激光功率密度下多次冲击成形研究。通过实验与数值模拟技术相结合,研究了钛带成形性能,分析了钛带微观结构变化。 本研究主要内容包括:⑴钛带表面在激光冲击后形成圆形凹坑,冲击中心减薄量和成形深度最大,且减薄量和成形深度随激光功率密度和冲击次数的增加而增加。受激光热影响,表面发生不同程度烧蚀,表面粗糙度增加。多次激光冲击致使钛带表层硬度增加和强化。⑵钛带经十多次连续冲击后发生破裂,其位于冲击中心处,断口内部分布有韧窝、撕裂棱和层裂,表现为韧性断裂。钛带激光冲击破裂机制为减薄机制和层裂机制,减薄引起缩颈,从而在断口处形成大量韧窝,层裂是激光以脉冲形式作用的结果。⑶激光冲击钛带塑性变形是以滑移与孪生两种方式共同作用的结果,形成了大量平行形变孪晶、高密度位错以及滑移带,硬度提高是发生加工硬化的结果。冲击表面还发现了周期性波纹结构。⑷数值模拟结果表明,激光冲击在钛带表面引入高幅值的残余压应力,呈“W”形分布,且残余压应力值随功率密度的增加而增加,随冲击次数增加而先增加后减小,冲击中心处在多次冲击后逐渐形成残余拉应力;成形深度与壁厚减薄量均随功率密度和冲击次数的增加而增加;钛带在6.11GW/cm2的功率密度下冲击15次后达到成形极限而破裂,破裂位置位于中心处;比较了实验与模拟结果中的最大成形深度、最大减薄率和破裂位置,模拟结果与实验结果基本一致。