Systems. Methods. Technologies 1 (37) 2018

Системы Методы Технологии. С.А. Машеков и др. Структура и свойства … 2018 № 1 (37) с. 36-44 37 method of the rolling process in helical rolls and a longitudinal-wedge mill, taking into account the heterogeneity of the structure, showed that, depending on the values of the mechanical properties of the inclusions, the maximum or minimum stress intensity or strain values are concentrated in nearby zones from inclusions. The results of the influence of the number of rolling passes in the helical rolls, as well as influence of the draft during rolling of strips in a longitudinal-wedge mill, on the parameters of the microstructure of alumi- num alloy AD31 are presented. A comparative estimation of grain sizes of ultrafine-grained structures after rolling strips in helical rolls and a longitudinal-wedge mill is carried out. The characteristic parameters of the grain and defect structure are presented. It is shown that the sheet material of the aluminum alloy AD31 ensures the formation of a uniform ultrafine-grained structure, which leads to an increase in the strength properties of the alloy and to the preservation of good plasticity. Key words: aluminum alloy AD31; rolling; helical rolls; intensive plastic deformation; longitudinal-wedge mill; stress-strain state; numerical modeling; intensity of stresses and deformation; draft. Введение К алюминиевым сплавам, широко применяемым в самолето- и ракетостроении, предъявляется комплекс требований, определяющих их работоспособность в конструкции [1]. Немаловажную роль играют также технологические свойства сплавов, обеспечивающие дешевое и массовое производство полуфабрикатов и деталей нужной геометрии. В связи с расширением применения алюминиевых сплавов в различных облас- тях машиностроения требования к технологичности значительно возрастают ввиду массовости производст- ва, необходимости обеспечения его дешевизны и полу- чения высококачественных деталей. В последнее время интенсивно разрабатываются технологии, позволяющие получать высококачествен- ные металлические изделия с субмикрокристалличе- ской и ультрамелкозернистой структурой [2, 3]. Для получения данного класса материалов широко исполь- зуют технологии интенсивной пластической деформа- ции (ИПД), такие как кручение под высоким квазигид- ростатическим давлением, равноканальное угловое прессование, всесторонняя изотермическая ковка и радиально-сдвиговая прокатка и т. д. [4–8]. Методы ИПД позволяют без значительных изменений размеров исходной заготовки преимущественно развивать мак- росдвиговые деформации с суммарной степенью более 2–3. Макросдвиговые деформации вызывают измене- ния в структуре металла за счет трансзеренного сколь- жения, не зависящего от кристаллической ориентации зерен. Результатом этих изменений являются повыше- ние уровня и однородности механических свойств ме- талла, а также снижение их анизотропии. Материалы, полученные с использованием технологий ИПД, при- влекают внимание специалистов благодаря ряду уни- кальных свойств, многие из которых имеют непосред- ственное практическое применение. Интенсивные макросдвиги в процессе листовой прокатки могут быть обеспечены разными технологи- ческими и конструктивными способами [9]: примене- нием заготовок и валков с волнистой или рифленой поверхностью, асимметричной прокаткой, неравно- мерным подстуживанием раската по его толщине и ширине, применением скрещенных валков, а также валков с выступом на поверхности и т. д. Авторы работы [9] отмечают, что во всех этих случаях интен- сивные макросдвиги достигаются в результате локаль- ного деформационного воздействия на прокатываемый металл. Однако многие способы ИПД листовой про- катки не нашли широкого применения в производстве по следующим причинам: сложность изготовления валков; трудность их установки на прокатные станы и т. д. Известно [3], что многие исследователи для прогно- зирования структурообразования определяют напря- женно-деформированное состояние ( НДС) исследуемо- го процесса. Применение аналитических методов для расчета НДС листовых материалов при прокатке в вал- ках различной конструкции имеет свои ограничения. В первую очередь к ним можно отнести сложность гео- метрии взаимодействующих объектов, нелинейность свойств используемых материалов, а также необходи- мость учета особенностей контактного взаимодействия поверхностей. Поэтому для решения задач обработки металлов давлением (ОМД) получили широкое распро- странение численные методы, в частности метод ко- нечных элементов. Следует отметить, что классическим концептуаль- ным подходом к моделированию процессов ОМД явля- ется представление обрабатываемого металла изотроп- ным материалом [10]. Подобный подход позволяет снизить трудозатраты процесса подготовки модели, ее расчетное время, необходимые исходные данные и расчетные ресурсы. С развитием новых современных материалов и методов ОМД требования к точности прогнозирования компьютерных моделей существенно выросли. Появилась объективная необходимость ис- следования распределения НДС в процессе обработки с учетом микроструктуры обрабатываемого материала. Это, в свою очередь, привело к появлению концеп- ции многоуровневого протекания пластической дефор- мации [11, 12], а позже — к появлению идеи двухуров- невой концепции [13] исследования процессов ОМД. Данные концептуальные подходы стали систематиза- цией сформированных на тот момент представлений об осуществлении и локализации деформации на различ- ных уровнях и доказали тот факт, что изучение микро- уровня НДС не может осуществляться без оценки мак- роуровня и наоборот. Как следствие, на данный момент появляется все больше работ [11–13], в которых на- глядно демонстрируется относительно низкая прогно- зирующая способность моделей с исключительно изо- тропным представлением деформируемого материала. Более того, применить к ряду современных мате- риалов подход механики сплошной среды при модели- ровании попросту не представляется возможным [11– 13]. Это связано с тем, что в случае «усреднения»