OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 3 2023 7 TECHNOLOGY Введение В последние десятилетия слоистые композиты на осн ове алюминиевых сплавов находят все большее применение в авиакосмической и автомобильной промышленности [1]. Благодаря использованию разных материалов в одном изделии удается объединить такие свойства, как прочность, коррозионную стойкость, важный для авиации удельный вес, теплопроводность и др. Слоистые композиты обычно получают совместной прокаткой, в ходе которой происходит металлургическое соединение предварительно подготовленных листов [2]. Технология совместной прокатки включает в себя следующие основные этапы: подготовку соединяемых поверхностей листов посредством химической и механической обработки; сборку листов в пакет и их фиксацию сваркой или клепками; прокатку пакета по заданному режиму; термообработку; отрезку фиксированных краев листа. Далее могут идти операции листовой штамповки, например вырубка и вытяжка [2]. Основная задача совместной прокатки заключается в получении надежного соединения между материалами, характеризуемого прочностью и оцениваемого через специальные испытания [3]. На настоящий момент процесс соединения однородных и разнородных материалов пластической деформацией все еще остается малоизученным явлением. Это подтверждают многочисленные работы, посвященные изучению влияния отдельных технологических факторов совместной прокатки на прочность соединения слоев материала [1–10]. Анализ обзорных [2, 4, 5], экспериментальных [4–10] и теоретических [11, 12] работ показал, что наиболее значимыми факторами совместной прокатки являются следующие: величина обжатий и давлений при прокатке, технология подготовки поверхностей к соединению и соотношение прочностных свойств соединяемых материалов. Ввиду отсутствия надежных моделей прогнозирования условий, при которых начинается соединение материалов, разработка технологий производства новых слоистых композитов сопровождается большим объемом предварительных экспериментальных исследований. Как показано в предыдущей работе автора [3], дополнительные сложности вызывает неодинаковое влияние одних и тех же факторов на процесс соединения материалов, зависящее от сочетания материалов в конкретном технологическом процессе. Например, в одних случаях увеличение шероховатости контактных поверхностей способствует соединению, а в других – наоборот, препятствует. Для описания механизма соединения однородных и разнородных материалов существует около шести теоретических моделей, описанных в [13], однако наиболее часто ссылаются на теоретическую модель соединения материалов Бэя [14], который описал соединение материалов как процесс, протекающий в четыре стадии: 1) растрескивание оксидных пленок на соединяемых поверхностях материалов слоев; 2) выдавливание чистых металлов в трещины между оксидами; 3) сближение чистых металлов на величину межатомного взаимодействия; 4) образование участков соединения. Ограничениями теоретической модели Бэя являются типичные для механики сплошных сред допущения: двумерная постановка, однородность течения материалов слоев и давлений в очаге деформации и др. Кроме того, модель Бэя не позволяет аналитически определить уровень деформаций и давлений при совместной прокатке, необходимый для начала формирования соединения материалов. В связи с этим за последнее время большое развитие получили методы конечно-элементного (КЭ) моделирования процессов соединения материалов [15–19]. С опорой на натурные эксперименты возможно воспроизведение условий, при которых происходит формирование соединения материалов. В частности, для анализа процесса соединения материалов интерес представляют такие характеристики, как нормальные давления, сдвиговые напряжения, относительное среднее нормальное напряжение, интенсивность деформации и др. Наиболее подробный КЭ-анализ прокатки алюминиевого композита предоставили Халеди и др. [17, 18], однако ими выполнялось моделирование процесса соединения однородных листов из алюминия, хорошо изученного в экспериментальных работах Бэя [14]. Исследование механизма соединения разнородных материалов представляет собой более сложную задачу, в связи с чем в настоящей работе была поставлена цель: установление связи между показателями напряженно-деформиро-
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1