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摘要
目的 针对激光热应力成形弯折区增厚现象，揭示激光热输入、弯曲角度和成形机制在成形过程中的作用机理与弯折区域形貌演变规律，为提高激光热应力成形弯折区域的形貌可控性提供参考。方法 基于高速相机拍摄研究成形过程中热输入和弯曲角度对弯折区的宏/微观形貌的作用效果并采用共聚焦显微镜观察试样宏观形貌，采用光学显微镜分析微观组织，通过维氏显微硬度计测量弯折区附近材料的硬度分布情况，同时结合温度场数值模拟与表面张力理论分析，揭示弯折区形貌影响因素及形成机制。结果 低比能作用下，弯折区的熔融材料在激光扫描结束后快速凝固，并在扫描次数逐渐增加的过程中形成连续隆起形貌，宏观形貌表现为凸形增长，表面粗糙度随扫描次数的增加呈现上升趋势，由5.5μm增至37.6μm。高比能作用时，熔融材料的流动性提升并在表面张力的作用下充分铺展，宏观形貌由凸变平，最后呈现凹形形貌。表面粗糙度随扫描次数的增加呈现相反的变化趋势，由31.7μm减至5.8μm。此外，塑性成形过程中，熔池流动仍受成形角两侧壁面限制。硬度测试表明激光热应力成形弯折熔凝区域硬度略高于基体，热影响区硬度较基体降低40%。结论 激光热输入、弯曲角度和成形机制会影响弯折区材料表面的挤压、熔化、流动与凝固过程，材料内部的温度梯度和界面表面张力，这些影响导致了弯折区域的轮廓形貌、成形粗糙度以及显微组织和硬度分布的变化。
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单位浙江工业大学; 特种装备制造与先进加工技术教育部
