Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, Екатеринбург, Россия

Н. И. Бушуева, инженер-исследователь научной лаборатории кафедры обработки металлов давлением (ОМД), эл. почта: n.i.bushueva@urfu.ru
Г. В. Шимов, доцент кафедры ОМД, канд. техн. наук, эл. почта: g.v.shimov@urfu.ru

Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, Екатеринбург, Россия¹ ; Институт физики металлов имени М. Н. Михеева Уральского отделения РАН, Екатеринбург, Россия²

Ю. Н. Логинов, профессор кафедры ОМД¹, докт. техн. наук, ведущий научный сотрудник², эл. почта: j.n.loginov@urfu.ru

Изучена возможность получения биметаллического прутка из алюминиевого сплава методом прессования. На первом этапе исследования проведено численное моделирование в специализированном программном комплексе с использованием метода конечных элементов. Выполнена постановка задачи прессования крупногабаритного прутка из алюминиевого сплава 6061 с применением дополнительной заготовки из более мягкого в состоянии обработки алюминиевого сплава для вариантов прямого и обратного прессования. Изучены особенности напряженно-деформированного состояния материалов в ходе процесса прессования. С помощью функции трассирующих точек проведено сравнение скоростей течения материалов основной и дополнительной заготовок в ходе пластической деформации. Построены графики зависимости толщины плакирующего слоя от длины отпрессованной части прутка для варианта прямого и обратного прессования. Также построены графики распределения скорости течения материалов основной и дополнительной заготовок для вариантов прямого и обратного прессования. Установлено, что для реализации поставленной задачи получения биметаллического прутка предпочтительнее использовать метод прямого прессования. По результатам численного моделирования выявлен дефектный участок, где наблюдается отслоение металла плакирующей заготовки. Проведено экспериментальное моделирование процесса прессования биметаллического прутка в целях подтверждения корректности результатов численного моделирования. В ходе экспериментального прессования выявлен дефект на поверхности биметаллического изделия, что соответствует данным численного моделирования. Сделаны выводы о возможных причинах возникновения дефекта.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках Программы развития Уральского федерального университета имени первого Президента России Б. Н. Ельцина в соответствии с программой стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».

1. Сизяков В. М., Поляков П. В., Бажин В. Ю. Современные тенденции и стратегические задачи в области производства алюминия и его сплавов в России // Цветные металлы. 2022. № 7. С. 16–23.
2. Каргин В. Р., Дерябин А. Ю. О конечно-элементном анализе напряженно-деформированного состояния при прессовании крупногабаритных прутков с малыми вытяжками // Технология легких сплавов. 2016. № 3. С. 62–68.
3. Данилин А. В., Данилин В. Н., Романцев Б. А. Прогнозирование вида структуры после прессования в изделиях из труднодеформируемых алюминиевых сплавов на основании результатов математического моделирования // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2019. № 1. С. 26–38.
4. Sano H., Ishikawa T., Yukawa N., Yoshida Y. et al. Effect of extrusion mode and die shape on billet skin behavior in aluminum extrusion // Journal of Japan Institute of Light Metals. 2008. Vol. 58, No. 5. P. 183–188. DOI: 10.2464/jilm.58.183
5. Wojtaszek M., Zyguła K. Manufacturing and properties оf Al-Al alloy bimetallic composites obtained from powders by hot extrusion // Composites Theory and Practice. 2022. Vol. 22. P. 211–218.
6. Салихянов Д. Р., Мичуров Н. С. Моделирование процесса прокатки слоистого композита АМг3/Д16/АМг3 // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2023. Т. 25, № 3. С. 6–18. DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.3-6-18.25
7. Kazanowski P., Epler M.-E., Misolek W.-Z. Bi-metal rod extrusion – process and product optimization // Materials Science and Engineering: A. 2004. Vol. 369, Iss. 1-2. P. 170–180. DOI: 10.1016/j.msea.2003.11.002
8. Sapanathan T., Khoddam S., Zahiri S.-H. Spiral extrusion of aluminum/copper composite for future manufacturing of hybrid rods: A study of bond strength and interfacial characteristics // Journal of Alloys and Compounds. 2013. Vol. 571. P. 85–92. DOI: 10.1016/j.jallcom.2013.03.210
9. Huang P. H. FEM simulation and optimization on rotating extrusion of bi-metal rod with constant shear friction // Journal of Physics: Conference Series. 2023. Vol. 2631. 012005. DOI: 10.1088/1742-6596/2631/1/012005
10. Bandar A. R., Misiolek W. Z., Kloske K. E., Jeong T. H. Improving flow in soft-core bi-material billets // Proceedings of the Seventh International Aluminum Technology Seminar ET2000, Aluminum Extruders Council and Aluminum Association. Chicago, Illinois. 16–19 May 2000. Vol. 2. P. 223.
11. Kuhnke S. Gensch F., Nitschkle R. et al. Influence of die surface topography and lubrication on the product quality during indirect extrusion of copper-clad aluminum rods // Metals. 2020. Vol. 10. 888. DOI: 10.3390/met10070888
12. Chen H., Giannopoulou D., Greb T. et al. Co-extrusion of compound-cast AA7075/6060 bilayer billets at various temperatures // The Minerals, Metals & Materials Series. 2021. P. 993–1001. DOI: 10.1007/978-3-030-75381-8_83
13. Priel E., Ungarish Z., Navi N. U. Co-extrusion of a Mg/Al composite billet: a computational study validated by experiment // Journal of Materials Processing Technology. 2016. Vol. 236. P. 103–113. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2016.05.007
14. Kuhnke S., Sanabria V., Gensch F. et al. Numerical investigations on material flow during indirect extrusion of copperclad aluminum rods // Frontiers in Materials. 2020. Vol. 7, No. 157. DOI: 10.3389/fmats.2020.0015
15. Greβ T., Mittler T., Chen H. et al. Production of aluminum AA7075/6060 compounds by die casting and hot extrusion // Journal of Materials Processing Technology. 2020. Vol. 280. 116594. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2020.116594
16. Логинов Ю. Н., Разинкин А. В., Шимов Г. В. и др. Структурное состояние и деформации заготовки из алюминиевого сплава в начальной стадии прессования // Известия вузов. Цветная металлургия. 2023. Т. 29, № 2. С. 29–37. DOI: 10.17073/0021-3438-2023-2-29-37
17. Логинов Ю. Н., Шимов Г. В., Бушуева Н. И. Деформации в нестационарной стадии прессования прутка из алюминиевого сплава с малым коэффициентом вытяжки // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2022. Т. 24, № 2. С. 39–49. DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.2-39-49
18. Фаизов С. Р., Радионова Л. В. Причины формирования и способы устранения воздушных пузырей на поверхности пруткового припоя, полученного прямой экструзией // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». 2023. Т. 23, № 1. С. 38–46. DOI: 10.14529/met230105
19. Soares G. C. The Taylor–Quinney coefficients and strain hardening of commerciallypure titanium, iron, copper, and tin in high rate compression // International Journal of Impact Engineering. 2021. Vol. 156. 103940. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2021.103940
20. Mohamed M. S., Foster A. D., Lin J. L. et al. Investigation of deformation and failure features in hot stamping of AA6082: Experimentation and modelling // International Journal of Machine Tools & Manufacture. 2012. Vol. 53. P. 27–38. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2011.07.005
21. Zhao Y., Song B., Jia C., Li B., Linlin G. Effect of deformation speed on the microstructure and mechanical properties of AA6063 during continuous extrusion process // Journal of Materials Processing Technology. 2013. Vol. 213. P. 1855–1863. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2013.05.006