Вьетнамский государственный технический университет им. Ле Куй Дона, Ханой, Вьетнам

С. З. Нгуен, преподаватель кафедры обработки металлов давлением, эл. почта: xuandiep0307@gmail.com

Национальный исследовательский технологический университет МИСИС, Москва, Россия

Ю. В. Гамин, доцент кафедры обработки металлов давлением, канд. техн. наук

Национальный исследовательский технологический университет МИСИС, Москва, Россия¹ ; Московский политехнический университет, Москва, Россия²

Т. К. Акопян, старший научный сотрудник кафедры обработки металлов давлением¹, доцент кафедры материаловедения², канд. техн. наук

Исследован процесс горячей радиально-сдвиговой прокатки алюминиевого сплава 01570 с использованием программы моделирования QForm. Процесс прокатки осуществляли при температурах 250, 300 и 400 oC в четыре прохода из исходной заготовки диаметром 42 мм с коэффициентами вытяжки за проход 1,92; 1,67; 1,99 и 1,47 соответственно. Анализ температуры в очаге деформации в процессе прокатки показал, что интенсивность теплового эффекта деформации неравномерна, что приводит к градиенту температуры по поперечному сечению заготовки. Ближе к поверхности заготовки температура материала выше, чем в центральной зоне. Самая высокая температура в этой зоне в соответствующих проходах прокатки составляет 427, 405, 381 и 364 oC. В результате тепловой эффект при прокатке приводит к более высокой температуре заготовки на выходе, чем исходная. Изучение скорости деформации и накопленной деформации также показало, что процесс деформации у поверхности заготовки происходит более интенсивно, чем в центральной зоне. При расчете уровня сжимающих напряжений (stress triaxiality) получено, что в каждом проходе в зоне поверхности минимальные значения составляют –3,17; –2,76; –2,76; –2,82, а максимальные значения в центральной зоне — 0,56; 0,64; 0,74; 0,94. Экспериментально установлено, что такие режимы деформации обеспечивают получение прутков из сплава 01570 без дефектов. Результаты эксперимен тов показали, что деформация методом радиально-сдвиговой прокатки приводит к упрочнению материала и градиентному формированию твердости по сечению. Твердость в поперечном сечении заготовки постепенно увеличивается от 98 ± 3 до 116 ± 3 HV в направлении от центральной зоны до поверхности. 

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 21-79-00144).

1. Белецкий В. М., Кривов Г. А. Алюминиевые сплавы (состав, свойства, технология, применение). Справочник / под общ. ред. академика И. Н. Фриндляндера. — Киев : КОМИНТЕХ, 2005. — 365 с.
2. Филатов Ю. А., Елагин В. И., Захаров В. В. Алюминиевые сплавы, легированные скандием // Металлургия машиностроения. 2005. № 4. С. 10–15.
3. Han X., Wang S., Wei B., Pan S. et al. Influence of Sc addition on precipitation behavior and properties of Al – Cu – Mg alloy // Acta Metallurgica Sinica (English Letters). 2022. Vol. 35, Iss. 6. P. 948–960.
4. Williams J. C., Starke E. A. Progress in structural materials for aerospace systems // Acta Materialia. 2003. Vol. 51, Iss. 19. P. 5775–5799. DOI: 10.1016/J.ACTAMAT.2003.08.023
5. Филатов Ю. А. Алюминиевые сплавы Al – Mg – Sc для космической техники // Технология легких сплавов. 2013. № 4. С. 61–65.
6. Gamin Yu. V., Galkin S. P., Nguyen X. D., Akopyan T. K. Analysis of temperature-deformation conditions for rolling aluminum alloy Al – Mg – Sc based on FEM modeling // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2022. Vol. 63. P. 417–425. DOI: 10.3103/S1067821222040071
7. Jingyu Jianga, Feng Jiang, Menghan Zhang. Dynamic recrystallization and precipitation in an Al – Mg – Sc alloy: effect of strain rate // Journal of Materials Research and Technology. 2022. Vol. 19. P. 1444–1456. DOI: 10.1016/j.jmrt.2022.05.132
8. Xie J., Chen X. P., Cao Y., Huang G. J., Liu Q. Microstructure and mechanical properties in Al – Mg – Sc alloy induced by hetero-deformation // Materials Characterization. 2022. Vol. 183. 111622. DOI: 10.1016/j.matchar.2021.111622
9. Добаткин С. В., Захаров В. В., Перевезенцев В. Н., Ростова Т. Д. и др. Механические свойства субмикрокристаллических сплавов Al – Mg (АМГ6) и Al – Mg – Sc (01570) // Технология легких сплавов. 2010. № 1. С. 74–84.
10. Gamin Yu. V., Muñoz Bolañosab J. A., Aleschenko A. S., Komissarov A. A. et al. Influence of the radial-shear rolling (RSR) process on the microstructure, electrical conductivity and mechanical properties of a Cu – Ni – Cr – Si alloy // Materials Science and Engineering: A. 2021. Vol. 822. 141676. DOI: 10.1016/j.msea.2021.141676
11. Бронз А. В., Ефремов В. И., Плотников А. Д., Чернявский А. Г. Сплав 1570С — материал для герметичных конструкций перспективных многоразовых изделий РКК «Энергия» // Космическая техника и технологии. 2014. № 4 (7). С. 62–67.
12. Gamin Yu. V., Koshmin A. N., Kin T. Yu., Aleshchenko A. S. Comparative analysis of stress-strain state of bars from aluminum alloys A2024 and A7075 processed by RSR based on FEM modeling // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 46, Part 17. P. 8138–8142. DOI: 10.1016/j.matpr.2021.03.106
13. Dema R. R., Shapovalov A. N., Alontsev V. V., Kalugina O. B. Computer simulation and research of the hot rolling process in DEFORM-3D // Materials Today: Proceedings. 2019. Vol. 19, Part 5. P. 2312–2315. DOI: 10.1016/j.matpr.2019.07.677
14. Arjun R. Jagadish, Amram Pereira, Alisha Thorat, Pankaj Kumar. Finite element simulation of liquid nitrogen temperature rolling of marine grade aluminium alloy 5754 // Materials Today: Proceedings. 2022. Vol. 62 (10). P. 5861–5866. DOI: 10.1016/j.matpr.2022.04.618
15. Akopyan T. K., Gamin Y. V., Galkin S. P., Prosviryakov A. S. et al. Radial-shear rolling of high-strength aluminum alloys: Finite element simulation and analysis of microstructure and mechanical properties // Materials Science and Engineering: A. 2020. Vol. 786. 139424. DOI: 10.1016/j.msea.2020.139424
16. Rui Zhao, Weitao Jia, Lifeng Ma, Fangkun Ning et al. Transverse microstructural evolution and its cellular automata simulation during hot rolling of AZ31 alloy wide-width plate // Materials Today: Communications. 2022. Vol. 32. 104097. DOI: 10.1016/j.mtcomm.2022.104097
17. Власов А. В., Стебунов С. А., Евсюков С. А., Биба Н. В., Шитиков А. А. Конечно-элементное моделирование технологических процессов ковки и объемной штамповки : учебное пособие. — М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019. — 384 с.
18. Yamane K., Shimoda K., Kuroda K., Kajikawa S., Kuboki T. A new ductile fracture criterion for skew rolling and its application to evaluate the effect of number of rolls // Journal of Materials Processing Technology. 2020. Vol. 291. 116989. DOI: 10.1016/j.imatprotec.2020.116989
19. Zbigniew Pater, Janusz Tomczak, Tomasz Bulzak, Łukasz Wójcik, Skripalenko M. M. Prediction of ductile fracture in skew rolling processes // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2021. Vol. 163. 103706. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2021.103706
20. Galkin S. P., Stebunov S. A., Aleschenko A. S. et al. Simulation and Experimental Evaluation of Circumferential Fracture Conditions in Hot Radial–Shear Rolling // Metallurgist. 2020 Vol. 64. P. 233–241. DOI: 10.1007/s11015-020-00988-9
21. Booth-Morrison C., Dunand D. C., Seidman D. N. Coarsening resistance at 400 оC of precipitation-strengthened Al – Zr – Sc – Er alloys // Acta Materialia. 2011. Т. 59, № 18. Р. 7029–7042. DOI: 10.1016/j.actamat.2011.07.057