Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королёва, Самара, Россия:

Е. В. Арышенский, доцент кафедры технологии металлов и авиационного материаловедения, научный руководитель отраслевой научно-исследовательской лаборатории № 4, докт. техн. наук, эл. почта: arishenskiy.ev@ssau.ru

Сибирский государственный индустриальный университет, Новокузнецк, Россия:
С. В. Коновалов, проректор по научной и инновационной деятельности, профессор, докт. техн. наук, эл. почта: konovalov@sibsiu.ru

АО «Самарский металлургический завод», Самара, Россия:
В. Ю. Арышенский, главный прокатчик, профессор, докт. техн. наук эл. почта: Vladimir.Aryshensky@samara-metallurg.ru
Э. Д. Беглов, менеджер, канд. техн. наук, эл. почта: Erkin.Beglov@samara-metallurg.ru

Предложен новый подход к разбиению области решения при моделировании формиро вания текстуры деформации в алюминиевых сплавах. Метод основан на нахождении напряженно-деформированного состояния и поля скоростей на макроуровне при помощи метода конечных элементов. Далее область решения разделяют на домены, которые, в свою очередь, разбивают на конечные элементы. Одному или нескольким из этих элементов соответствует зерно, обладающее своей кристаллографической ориентацией. Затем, исходя из рассчитанного на макроуровне поля скоростей для каждого домена, задают граничные условия, после чего решают задачу о деформации домена и формировании в нем кристаллографической текстуры. В ходе решения для каждого принадлежавшего домену кристаллита определяют плоскость скольжения. Адекватность разработанного способа проверяли в ходе лабораторного эксперимента. Сравнение экспериментальных и расчетных данных показало, что новый подход моделирования позволяет эффективно рассчитать особенности формирования текстуры в разных сечениях, отличающихся характером протекания в них деформации. Кроме того, новый подход позволяет значительно сократить время вычислений по сравнению с другими методами конечно-элементного моделирования кристаллической пластичности, применяемыми для расчетов формирования текстуры при деформации алюминиевых сплавов.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда, проект 18-79-10099-П, https://rscf.ru/project/21-79-03041/.

1. Voronin S. V., Chaplygin K. K. Determining the crystallographic orientation by scanning probe microscopy and polarizing microscopy with use of the FCC lattice of aluminum as an example. Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2022. Vol. 16, Iss. 6. pp. 1297–1300.
2. Savchenkov S. et al. Microstructural master alloys features of aluminum–erbium system. Crystals. 2021. Vol. 11, Iss. 11. 1353.
3. Belov N. A., Akopyan T. K., Korotkova N. O., Shurkin P. K. et al. Structure and heat resistance of high strength Al – 3,3 % Cu – 2,5 % Mn – 0,5 % Zr (wt%) conductive wire alloy manufactured by electromagnetic casting. Journal of Alloys and Compounds. 2022. Vol. 891. 161948.
4. Timofeev A. V., Piirainen V. Y., Bazhin V. Y., Titov A. B. Operational analysis and medium-term forecasting of the greenhouse gas generation intensity in the cryolithozone. Atmosphere. 2021. Vol. 12, Iss. 11. 1466.
5. Belov N. A., Cherkasov S. O., Korotkova N. O., Yakovleva A. O., Tsydenov K. A. Effect of iron and silicon on the phase composition and microstructure of the Al – 2 % Cu – 2 % Mn (wt %) cold rolled alloy. Physics of Metals and Metallography. 2021. Vol. 122. pp. 1095–1102.
6. Hirsch J. Hot formability and texture formation in Al alloys. Materials Science Forum. 2009. Vol. 604. pp. 259–266.
7. Engler O., Knarbakk K. Temper rolling to control texture and earing in aluminium alloy AA 5050A. Journal of Materials Processing Technology. 2021. Vol. 288. 116910.
8. Erisov Y. A., Grechnikov F. V., Oglodkov M. S. The influence of fabrication modes of sheets of V-1461 alloy on the structure crystallography and anisotropy of properties. Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2016. Vol. 57, Iss. 1. pp. 19–24.
9. Erisov Y. A., Grechnikov F. V., Surudin S. V. Yield function of the orthotropic material considering the crystallographic texture. Structural Engineering and Mechanics. 2016. Vol. 58, Iss. 4. pp. 677–687.
10. Hirsch J. Through process modelling. Materials Science Forum. 2006. Vol. 519. pp. 15–24.
11. Engler O., Lоchte L., Hirsch J. Through-process simulation of texture and properties during the thermomechanical processing of aluminium sheets. Acta Materialia. 2007. Vol. 55, Iss. 16. pp. 5449–5463.
12. Trusov P., Shveykin A., Kondratev N. Some issues on crystal plasticity models formulation: motion decomposition and constitutive law variants. Crystals. 2021. Vol. 11, Iss. 11. p. 1392.
13. Trusov P. V., Shveykin A. I., Nechaeva E. S., Volegov P. S. Multilevel models of inelastic deformation of materials and their application for description of internal structure evolution. Physical Mesomechanics. 2012. Vol. 15. pp. 155–175.
14. Trusov P. V., Shveykin A. I. Multilevel models of mono- and polycrystalline materials: Theory, algorithms, case studies. Novosibirsk : Izdatelstvo Sibirskogo otdeleniya RAN, 2019. 605 p.
15. Engler O., Crumbach M., Li S. Alloy-dependent rolling texture simulation of aluminium alloys with a grain-interaction model. Acta Materialia. 2005. Vol. 53, Iss. 8. pp. 2241–2257.
16. Van Houtte P., Delannay L., Kalidindi S. R. Comparison of two grain interaction models for polycrystal plasticity and deformation texture prediction. International Journal of Plasticity. 2002. Vol. 18, Iss. 3. pp. 359–377.
17. Van Houtte P., Li S., Seefeldt M., Delannay L. Deformation texture prediction: from the Taylor model to the advanced Lamel model. International Journal of Plasticity. 2005. Vol. 21, Iss. 3. pp. 589–624.
18. Bate P. Modelling deformation microstructure with the crystal plasticity finite-element method. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 1999. Vol. 357, No. 1756. pp. 1589–1601.
19. Robert W., Piot D., Driver J. H. A rapid deformation texture model incorporating grain interactions. Scripta Materialia. 2004. Vol. 50, Iss. 9. pp. 1215–1219.
20. Engler O., Tomé C. N., Huh M. Y. A study of through-thickness texture gradients in rolled sheets. Metallurgical and Materials Transactions A. 2000. Vol. 31, Iss. 9. pp. 2299–2315.
21. Panin V. E. Fundamentals of physical mesomechanics. Fizicheskaya mezomekhanika. 1998. Vol. 1, No. 1. pp. 5–22.
22. Totten G. E., MacKenzie D. S. Handbook of aluminum: Vol. 1: Physical metallurgy and processes. CRC press, 2003. 1310 p.
23. Dixit P. M., Dixit U. S. Modeling of metal forming and machining processes: by finite element and soft computing methods. Springer Science & Business Media, 2008. 590 p.
24. Khan A. S., Huang S. Continuum theory of plasticity. John Wiley & Sons, 1995. 448 p.
25. Van Houtte P. A comprehensive mathematical formulation of an extended Taylor–Bishop–Hill model featuring relaxed constraints, the Renouard–Wintenberger theory and a strain rate sensitivity model. Textures and Microstructures. 1988. Vol. 8. pp. 313–350.
26. Mathur K. K., Dawson P. R. On modeling the development of crystallographic texture in bulk forming processes. International Journal of Plasticity. 1989. Vol. 5, Iss. 1. pp. 67–94.
27. Shveykin A. I., Ashikhmin V. N., Trusov P. V. On the models of lattice rotation during metal forming. PNRPU Mechanics Bulletin. 2010. No. 1. pp. 111–127.
28. Aryshenskiy E. V., Beglov E. D., Aryshenskiy V. Yu., Konovalov S. V. Face-centered cubic lattice polycrystalline materials: Deformation process simulation. Computer programme registration certificate 2022660872. Application No. 2022660102 dated 01.06.2022.
29. Aryshenskiy V. Yu. Developing a mechanism for producing a given anisotropy of properties when rolling aluminium strips for deep drawing and ironing: Doctoral dissertation. Samara, 2002. 312 p.
30. Engler O., Tomé C. N., Huh M. Y. A study of through-thickness texture gradients in rolled sheets. Metallurgical and Materials Transactions A. 2000. Vol. 31, Iss. 9. pp. 2299–2315.
31. Puchi E. S., Staia M. H. High-temperature deformation of commercialpurity aluminum. Metallurgical and Materials Transactions. 1998. Vol. 29, Iss. 9. pp. 2345–2359.