Systems. Methods. Technologies 1 (37) 2018

Системы Методы Технологии. С.А. Машеков и др. Структура и свойства … 2018 № 1 (37) с. 36-44 39 данное фото было преобразовано в бинарное растровое черно-белое изображение. 3) Полученное изображение микроструктуры кон- вертировалось в используемый программный комплекс как геометрический объект и покрывалось расчетной конечно-элементной сеткой, а отдельным микрострук- турным составляющим присваивались механические свойства. 4) С помощью MSC.SuperForge производился рас- чет полученной модели. Для исследования процесса прокатки в ВВ и ПКС использовалась прямоугольная заготовка размером 6×100×200 мм. Прокатка полос моделировалась в трехмерной среде с разбиением заготовки на четырех- узловые элементы (CTETRA). Материал заготовки — алюминиевый сплав АД31. В отличие от традиционной последовательности выполнения этапов моделирова- ния, в модуле построения модели присвоение свойств материалов осуществлялось после разбиения на сетку отдельных конечных элементов, что позволяет обеспе- чить учет неоднородности структуры. Для моделирования пластичности материала заго- товки выбрана упругопластическая модель Джонсона – Кука. Из базы данных программного комплекса MSC.SuperForge задавались реологические свойства. Следует отметить, что при разбиении модели на сетку конечных элементов выбиралось минимальное количество элементов, которое обеспечивало сходи- мость результатов расчета и отсутствие несплошностей и пустот в местах криволинейной геометрии. Прокатка осуществлялась по следующему режиму: нагрев до температуры 320 ° С, прокатка четырьмя проходами в ВВ до толщины 5,9 мм, охлаждение и прокатка при комнатной температуре на ПКС до тол- щины 1,5 мм. Для расчета НДС использовались технические ха- рактеристики рабочих клетей предлагаемого ПКС. В MSC.SuperForge инструменты принимаются абсолютно жесткими и обеспечивают только свойства теплопро- водности и теплопередачи, т. е. удельная теплопровод- ность, удельная теплоемкость и плотность приняты во внимание, а механические свойства игнорируются. Из базы данных материалов назначен материал инстру- мента — ШХ15. Для этого материала плотность и теп- ловые свойства назначены программой по умолчанию. Контакт между валком и листом смоделирован трением по Кулону, коэффициент трения принят равным 0,3. Температурный режим при прокатке состоит из те- плообмена между валком, листом и окружающей сре- дой, а также из теплового эффекта за счет деформации металла. Процесс прокатки проходит при комнатной температуре, поэтому начальная температура валка принята равной 20 ° С. Запускается приложение MSC.SuperForge. Шаговым методом рассчитываются перемещения U , компоненты тензора деформации ε , компоненты тензора скорости деформации ξ , компоненты тензора напряжения σ , ин- тенсивность деформаций, интенсивность напряжений, сила нормального давления, распределение температур по объему заготовки. Условие разрушения алюминиевого сплава АД31 при прокатке в ВВ и ПКС оценивалось по формуле [18]: ( ) [ ] ε Λ Λ = τ Λ ττ =ψ ∫ жр t жp k k dH 0 )] ( [ )( , (1) где Λ р — предельная пластичность металла, зависящая от напряженного состояния; ( ) ∫ Η=Λ    0 d — степень деформации сдвига; Н — интенсивность скоростей деформации сдвига. Степень деформации сдвига за весь этап деформи- рования рассчитывалась по формуле: i Г Σ=Λ . Для построения кривой предельной пластичности Λ р – k ξ алюминиевого сплава АД31 использовалась предлагаемая нами методика [3]. Из деформированной заготовки вырезались образцы конической, цилиндри- ческой и бочкообразной формы. Образцы осаживались до появления первой трещины, и строилась зависи- мость Λ р – k ξ . Полученные значения предельной пла- стичности использовались для расчета степени исполь- зования ресурса пластичности (СИРП). В лабораторных условиях проведена серия экспери- ментов по прокатке полос в ВВ и ПКС. В качестве мате- риала заготовки был выбран алюминиевый сплав АД31 размером 6×150×400 мм. Химический состав сплава приведен в таблице. Химический состав алюминиевого сплава АД31 Содержание легирующих элементов, масс. % Mg Si Cu Mn Cr Fe 0,45 – 0,50 0,41- 0,48 0,001 – 0,015 0,001 – 0,01 0,001 – 0,003 0,18 – 0,21 Прокатка на стане с ВВ осуществлялась по сле- дующим режимам: – нагрев до температуры 320 ° С, выдержка 2 ч, про- катка двумя проходами в ВВ до толщины 5,8 мм, по- догрев при температуре 320 ° С, выдержка 30 мин, про- катка двумя проходами в ВВ до толщины 5,0 мм, охла- ждение до комнатной температуры и прокатка на пяти- клетевом ПКС до толщины 1,5 мм; – нагрев до температуры 320 ° С, выдержка 2 ч, про- катка четырьмя проходами в ВВ до толщины 5,6 мм, подогрев при температуре 320 ° С, выдержка 30 мин, прокатка четырьмя проходами в ВВ до толщины 5,0 мм, охлаждение до комнатной температуры и прокатка на пятиклетевом ПКС до толщины 1,5 мм; – нагрев до температуры 320 ° С, выдержка 2 ч, про- катка шестью проходами в ВВ до толщины 5,4 мм, по- догрев при температуре 320 ° С, выдержка 30 мин, про- катка шестью проходами в ВВ до толщины 5,0 мм, ох-