Systems. Methods. Technologies 1 (37) 2018

Systems Methods Technologies. S.A. Mashekov et al. Structure and properties … 2018 № 1 (37) p. 36-44 38 свойств сталей и сплавов не будут учитываться глав- ные технологические особенности микроструктурного поведения этих материалов. Двухуровневая концепция исследования процессов ОМД легла в основу создания мультимасштабных моделей, расчет которых основан на парном взаимодействии макромодели (традицион- ная модель изотропного материала) и модели репрезен- тативного объема (модель участка микроструктуры). Первая модель позволяет получить общую информа- цию о макронагрузках и макродеформациях, которые испытывает деформируемый объем, а вторая модель отражает поведение отдельного микрообъема в кон- кретной точке макромодели под воздействием этих нагрузок. Известно [14–21], что анализ микроструктуры лю- бого сплава позволяет выделить определенные состав- ляющие. При этом чем большее увеличение использу- ется для анализа структуры, тем больше можно вы- явить структурных составляющих. Целью настоящей работы является поиск рацио- нальной технологии прокатки полос из алюминиевых сплавов путем исследования НДС с учетом структур- ных составляющих и равномерного его распределения по объему металла заготовки. Оборудование, инструменты, материалы и мето- дика эксперимента. Для деформирования алюминие- вых сплавов в условиях ИПД использовались волни- стые валки (ВВ) (на рисунке) [15], а также непрерыв- ный продольно-клиновый стан (ПКС) для прокатки полос из стали и сплавов [16]. Рис. Схема волнистых валков: 1 — заготовка; 2 — верхний валок; 3 — нижний валок ВВ имеют располагающие выступы и впадины по лево- и правовинтовой линии. При прокатке заготовки в данных валках выступы рабочей поверхности с одной стороны валков располагаются противоположно впа- динам рабочей поверхности с другой стороны валков. Непрерывный ПКС содержит рабочие клети, элек- тродвигатель, муфту, опорные неприводные валки, рабочие приводные валки, станину, опорную плиту. Клети, имеющие привод от двигателя переменного то- ка, содержат рабочие и опорные валки постоянного диаметра, а в последовательно расположенных клетях диаметры рабочих валков уменьшаются в направлении прокатки. Для прогнозирования структурообразования алю- миниевых сплавов при прокатке в ВВ и ПКС было не- обходимо исследовать НДС заготовки при прокатке в данных валках и стане. Для определения НДС исполь- зовались широко распространенные численные мето- ды, в частности метод конечных элементов. Течение металла при прокатке в ВВ, в связи с по- стоянно меняющимися условиями трения, не является стационарным процессом, что не позволяет свести за- дачу к двумерной деформации и требует трехмерной математической модели. Поэтому для расчета НДС использовалась специализированная стандартная про- грамма MSC.SuperForge. Разработанная на основе MSC.SuperForge модель при прокатке в ВВ учитывает большие пластические деформации в объеме, ограни- ченном инструментом весьма сложной формы (см. рисунок). На первоначальном этапе моделирования с исполь- зованием программного комплекса «Inventor» создава- лись виртуальные объемные модели винтообразных валков, ПКС и заготовки, которые в последующем бы- ли импортированы в CAE-программу MSC.SuperForge и размещены соответствующим образом. Расчет НДС заготовки при прокатке в ВВ и ПКС с применением MSC.SuperForge состоял из следующих основных этапов [17]: 1. Построение геометрии заготовки, ВВ и ПКС. 2. Задание исходных данных (выбор типа и свойств используемых конечных элементов, задание свойств материалов). 3. Создание конечно-элементной модели объекта исследования (представление геометрической модели в виде сетки конечных элементов). 4. Задание граничных условий нагружения и закре- пления модели (приложение нагрузок и ограничений перемещений по заданным степеням свободы к узлам модели, описание уравнений связей контактного и дру- гих видов взаимодействия между элементами модели). 5. Выполнение расчета НДС (задание типа исполь- зуемого решателя, его свойств и других настроек, оп- ределяющих ход решения задачи). Влияние структурных элементов на НДС заготовки рассматривалось на мезоуровне, определяемом невоо- руженным глазом или с помощью оптического микро- скопа. При этом использовалась известная методика мультимасштабного моделирования процессов де- формирования, включающая в себя следующие шаги [11–13]: 1) Создание традиционной макромодели с пред- ставлением обрабатываемой заготовки как изотропного материала. Для обеспечения более точной передачи данных об НДС между уровнями мультимасштабной модели увеличена плотность конечно-элементной сет- ки в местах будущего расчета микроуровневой модели. 2) Для создания репрезентативного объема микро- структуры использовано предельно четкое фотоизо- бражение микроструктуры, полученное в ходе лабора- торных металлографических исследований. Размер фотоизображения подвергался корректировке под не- обходимые размеры репрезентативного объема. Затем, посредством использования графических редакторов,