Моделирование процесса прокатки слоистого композита АМг3/Д16/АМг3

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. За последние десятилетия слоистые композиты на основе алюминиевых сплавов находят все большее применение в авиакосмической и автомобильной промышленности. Слоистые композиты обычно получают совместной прокаткой, в ходе которой происходит металлургическое соединение предварительно подготовленных листов. Основная задача совместной прокатки заключается в получении надежного соединения между материалами. На настоящий момент процесс соединения однородных и разнородных материалов пластической деформацией все еще остается малоизученным явлением. В связи с этим за последнее время большое развитие получили методы конечно-элементного моделирования процессов соединения материалов. Цель работы заключается в установлении связи между показателями напряженно-деформированного состояния и формированием устойчивого соединения между алюминиевыми сплавами разных составов. Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи работы: 1) моделирование процесса прокатки слоистого композита АМг3/Д16/АМг3 с данными, которые соответствуют физическим экспериментам, выполненным в ИМАШ УрО РАН; 2) выбор и анализ наиболее важных показателей напряженно-деформированного состояния при прокатке слоистого композита АМг3/Д16/АМг3. Методика исследований. В качестве основного инструмента для выполнения исследований выбран пакет КЭ-моделирования Deform-3D. Результаты и обсуждение. С помощью анализа искажения координатной сетки слоев композита и векторов скоростей течения материала слоев было выявлено, что в процессе прокатки деформация распределяется неоднородно по материалам слоев: наружные слои текут интенсивнее по сравнению со средним слоем. Максимальный разброс интенсивности деформации ei в поперечном сечении, наблюдаемый при максимальном обжатии 75 %, составляет 12 %, что позволяет принять для аналитических расчетов в первом приближении допущение об однородности деформации. Установлена связь начала формирования соединения между слоями композита с пороговым расширением контактной поверхности и нормальным давлением на межслойной границе. Предложены дальнейшие направления совершенствования подходов моделирования процессов прокатки слоистых композитов.

Об авторах

Д. Р. Салихянов

Email: d.r.salikhianov@urfu.ru
канд. техн. наук, доцент, 1. Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002, Россия; 2.Институт машиноведения имени Э.С. Горкунова Уральского отделения Российской академии наук, ул. Комсомольская, 34, г. Екатеринбург, 620049, Россия; d.r.salikhianov@urfu.ru

Н. С. Мичуров

Email: n.michurov@ya.ru
1. Институт машиноведения имени Э.С. Горкунова Уральского отделения Российской академии наук, ул. Комсомольская, 34, г. Екатеринбург, 620049, Россия; 2. Уральский институт Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий, ул. Мира, 22, г. Екатеринбург, 620062, Россия, n.michurov@ya.ru

Список литературы

  1. Williams J.C., Starke E.A. Progress in structural materials for aerospace systems // Acta Materialia. – 2003. – Vol. 51. – P. 5775–5799. – doi: 10.1016/j.actamat.2003.08.023.
  2. Ghalehbandi S.M., Malaki M., Gupta M. Accumulative roll bonding – A Review // Applied Sciences. – 2019. – Vol. 9. – P. 3627. – doi: 10.3390/app9173627.
  3. Salikhyanov D. Contact mechanism between dissimilar materials under plastic deformation // Comptes Rendus Mecanique. – 2019. – Vol. 347. – P. 588–600. – doi: 10.1016/j.crme.2019.07.002.
  4. Jamaati R., Toroghinejad M.R. Cold roll bonding bond strengths: review // Materials Science and Technology. – 2011. – Vol. 27, iss. 7. – P. 1101–1108. – doi: 10.1179/026708310X12815992418256.
  5. Li L., Nagai K., Yin F. Progress in cold roll bonding of metals // Science and Technology of Advanced Materials. – 2008. – Vol. 9. – P. 023001. – doi: 10.1088/1468-6996/9/2/023001.
  6. Jamaati R., Toroghinejad M.R. The role of surface preparation parameters on cold roll bonding of aluminum strips // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2011. – Vol. 20. – P. 191–197. – doi: 10.1007/s11665-010-9664-7.
  7. Madaah-Hosseini H.R., Kokabi A.H. Cold roll bonding of 5754-aluminum strips // Materials Science and Engineering A. – 2002. – Vol. 335. – P. 186–190. – doi: 10.1016/S0921-5093(01)01925-6.
  8. Heydari Vini M., Sedighi M., Mondali M. Investigation of bonding behavior of AA1050/AA5083 bimetallic laminates by roll bonding technique // Transactions of the Indian Institute of Metals. – 2018. – Vol. 71, iss. 9. – P. 2089–2094. – doi: 10.1007/s12666-017-1058-1.
  9. Heydari Vini M., Daneshmand S., Forooghi M. Roll bonding properties of Al/Cu bimetallic laminates fabricated by the roll bonding technique // Technologies. – 2017. – Vol. 5 (2). – P. 32. – doi: 10.3390/technologies5020032.
  10. Govindaraj N.V., Lauvdal S., Holmedal B. Tensile bond strength of cold roll bonded aluminium sheets // Journal of Materials Processing Technology. – 2013. – Vol. 213. – P. 955–960. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2013.01.007.
  11. Huang M.N., Tzou G.Y., Syu S.W. Investigation on comparisons between two analytical models of sandwich sheet rolling bonded before rolling // Journal of Materials Processing Technology. – 2003. – Vol. 140. – P. 598–603. – doi: 10.1016/S0924-0136(03)00799-4.
  12. Danesh Manesh H., Karimi Taheri A. Theoretical and experimental investigation of cold rolling of tri-layer strip // Journal of Materials Processing Technology. – 2005. – Vol. 166. – P. 163–172. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2004.08.010.
  13. An investigation of interface bonding of bimetallic foils by combined accumulative roll bonding and asymmetric rolling techniques / H. Yu, A. Kiet Tieu, Ch. Lu, A. Godbole // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2014. – Vol. 45A. – P. 4038–4045. – doi: 10.1007/s11661-014-2311-4.
  14. Joining by plastic deformation / K.-I. Mori, N. Bay, L. Fratini, F. Micari, A.E. Tekkaya // CIRP Annals – Manufacturing Technology. – 2013. – Vol. 62. – P. 673–694. – doi: 10.1016/j.cirp.2013.05.004.
  15. A finite element framework for the evolution of bond strength in joining-by-forming processes / M. Bambach, M. Pietryga, A. Mikloweit, G. Hirt // Journal of Materials Processing Technology. – 2014. – Vol. 214. – P. 2156–2168. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2014.03.015.
  16. Kebriaei R., Vladimirov I.N., Reese S. Joining of the alloys AA1050 and AA5754 – Experimental characterization and multiscale modeling based on a cohesive zone element technique // Journal of Materials Processing Technology. – 2014. – Vol. 214. – P. 2146–2155. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2014.03.014.
  17. Modeling of joining by plastic deformation using a bonding interface finite element / K. Khaledi, Sh. Rezaei, S. Wulfinghoff, S. Reese // International Journal of Solids and Structures. – 2019. – Vol. 160. – P. 68–79. – doi: 10.1016/j.ijsolstr.2018.10.014.
  18. Khaledi K., Brepols T., Reese S. A multiscale description of bond formation in cold roll bonding considering periodic cracking of thin surface films // Mechanics of Materials. – 2019. – Vol. 137. – P. 103142. – doi: 10.1016/j.mechmat.2019.103142.
  19. Salikhyanov D., Kamantsev I., Michurov N. Technological shells in rolling processes of thin sheets from hard-to-deform materials // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2023. – doi: 10.1007/s11665-023-07834-4.
  20. Буркин С.П., Бабайлов Н.А., Овсянников Б.В. Сопротивление деформации сплавов Al и Mg: справочное пособие. – Екатеринбург: УрФУ, 2010. – 344 с. – ISBN 978-5-321-01755-5.
  21. Bay N. Mechanisms producing metallic bonds in cold welding // Welding Research Supplement. – 1983. – N 5. – P. 137–142.
  22. A microscale finite element model for joining of metals by large plastic deformations / K. Khaledi, Sh. Rezaei, S. Wulfinghoff, S. Reese // Comptes Rendus Mecanique. – 2018. – Vol. 346. – P. 743–755. – doi: 10.1016/j.crme.2018.05.005.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).