ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

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 e_i 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.

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.