Influence of Technology of Hot Forming of Plates from Aluminum Alloys Al-Cu-Li-Zn and Al-Zn-Mg-Cu on Resistance to Fatigue Fracture

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 22 № 4 2020 100 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ центрации напряжения протекает с процессами окисления . Фокус излома 2 , как оказалось , мож - но проследить по наличию черных точек – они располагаются в той зоне металла , где наиболее интенсивно протекает его деформация и где рас - крывается трещина , в которую неизбежно попада - ет кислород из атмосферы ( рис . 4, б ). 3 – участок ускоренного развития излома . На удалении от зоны старта трещины с одной стороны от концен - тратора с поверхности и с другой стороны от кон - центратора происходит квазихрупкое разрушение материала – зона долома 4 . Влияние воздействия окружающей среды на поведение материалов ши - роко освещено в научной литературе [16–18]. Металлографические исследования поверх - ности излома образца марки В -1461 ( рис . 4, в – увеличенный фрагмент , обозначенный черным квадратом на рис . 4, б ), выполненные в завод - ской лаборатории , показывают , что в местах ску - ченности черных точек ( каверн ) проходит тре - щина . Аналогичные наблюдения отсутствуют на сплаве марки В 95 – возможно , по причине иного химического состава . Для выяснения причин разрушения было не - обходимо определить химический состав точек черного цвета на поверхности излома в сплаве В -1461 ( место выделено черным квадратом ). Был выполнен микрорентгеноспектральный анализ с использованием микроанализатора EDS X-Act ( фирма Oxford Instruments). Показано , что эти места содержат большое количество кислорода ( рис . 5, б , г ). В остальных зонах излома кисло - род отсутствует ( рис . 5, в , д ). Элементный состав близок к составу высокопрочного сплава . Сравнение отформованной и целевой поверхностей С помощью лазерного радара MV 224 на по - верхности отформованной плиты определены пространственные координаты характерных то - чек , что позволило вычислить отклонения ко - ординат этих точек от целевой ( номинальной ) формы объекта . Анализ полученных данных по - сле формообразования плиты показал хорошее соответствие ; максимальные отклонения в кон - трольных точках находятся в диапазоне от –9,27 до +5,37 мм ( рис . 3). Не более 2,5 % площади плиты деформировано с отклонением от теории менее 9,27 мм . Более 80 % площади плиты де - формировано с отклонением менее 1 мм . Было проведено конечноэлементное модели - рование процессов формообразования плит из сплавов В 95 (Al-Cu-Mg-Zn) и В -1461 (Al-Cu-Li- Zn) в расчетном пакете MSC.Marc 2012 с гранич - ными условиями формовки , аналогичными тем , которые были в эксперименте . Материалы зада - вались изотропно упругими , а закон установив - шейся ползучести принимался в виде степенной зависимости Бойла – Нортона . Параметры упру - гости и ползучести исследуемых материалов приведены в работе [9]. Параметры модели для материала В 95 выбирались соответствующими температуре T , равной 420 °C, а для плиты из В -1461 – 470 °C, как оптимальные для дефор - мирования плиты 50 мм . Пуансоны как твердые тела , с помощью которых совершалось дефор - мирование , размещались относительно панели согласно их положению при натурном испыта - нии . Возле плиты располагались две группы пу - ансонов с обеих сторон от плиты оппозитно друг другу на расстоянии 180 мм и на расстоянии 65 мм от плиты , которая находилась в плоскости симметрии пространства печи . Процесс дискре - тизации определяющих уравнений для решения при помощи метода конечных элементов ( МКЭ ) приведен в работе [19]. Сравнение форм целевой поверхности плиты с результатами моделирования для материла В 95 приведено на рис . 6. Алгоритм работы . Для того чтобы сравнить две поверхности или меру отличия двух тел по - сле деформирования прямой плиты в условиях ползучести , необходимо иметь mesh- модели , т . е . сетки целевой плиты и плиты , полученной в результате моделирования , в виде файла тек - стовых данных с координатами узлов конечных элементов . Это можно сделать , переведя сетки в программу конечноэлементного моделирова - ния MSC.Marc и выгрузив их либо в виде фай - ла input MCS.Marc data (*.dat файл ), либо в виде файла результатов (*.rpt, текстовый файл Marc report), либо в виде файла для дальнейшей рабо - ты в пакете Patran (*.pbn). Для работы с данными в первом случае необходимо подготовить дан - ные координат узлов . Файлы должны содержать только координаты узлов , разделенные пробелом и отступом строки . Далее в программу MeshLab импортируются оба множества точек ( для целе - вой формы и для формы , полученной в резуль - тате моделирования ). Затем , используя функцию