cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ "МИСИС"10.17073/0021-3438-2020-6-32-44-51cvmet-1200Research ArticleОбработка металлов давлениемPressure Treatment of MetalsРазработка реологической модели горячей деформации на примере алюминий-литиевых сплавов 1424 и В-1461Development of hot deformation rheological model as exemplified by 1424 and V-1461 aluminum-lithium alloysГречниковФ. В.GrechnikovF. V.

докт. техн. наук, акад. РАН, зав. кафедрой обработки металлов давлением (ОМД); гл. науч. сотрудник

443086, г. Самара, ул. Лукачева, 47

443001, г. Самара, Студенческий пер., 3А

Dr. Sci. (Eng.), Acad. of the Russian Academy of Sciences, Head of the Department of metal forming; Сhief researcher

443086, Russia, Samara, Lukacheva str. 47

443001, Russia, Samara, Studencheskij per., 3A

gretch@ssau.ruЕрисовЯ. А.ErisovYa. A.

докт. техн. наук, доцент кафедры ОМД

443086, г. Самара, ул. Лукачева, 47

Sci. (Eng.), Associate prof., Department of metal forming

443086, Russia, Samara, Lukacheva str. 47

yaroslav.erisov@mail.ruСурудинС. В.SurudinS. V.

канд. техн. наук, инженер кафедры ОМД

443086, г. Самара, ул. Лукачева, 47

Cand. Sci. (Eng.), Engineer, Department of metal forming

443086, Russia, Samara, Lukacheva str. 47

innosam63@gmail.comРазживинВ. А.RazzhivinV. A.

аспирант, инженер кафедры ОМД

443086, г. Самара, ул. Лукачева, 47

Graduate student, Engineer, Department of metal forming

443086, Russia, Samara, Lukacheva str. 47

vasia.razzhivin@yandex.ruСамарский национальный исследовательский университет (СНИУ) им. акад. С.П. Королева; Самарский федеральный исследовательский центр Российской академии наук (СамНЦ РАН)РоссияSamara National Research University named after acad. S.P. Koroleva (SNRU); Samara Federal Center of Russian Academy of ScienceRussian FederationСамарский национальный исследовательский университет (СНИУ) им. акад. С.П. КоролевРоссияSamara National Research University named after acad. S.P. Koroleva (SNRU)Russian Federation202015122020064451Copyright © Гречников Ф.В., Ерисов Я.А., Сурудин С.В., Разживин В.А., 20202020Гречников Ф.В., Ерисов Я.А., Сурудин С.В., Разживин В.А.Grechnikov F.V., Erisov Y.A., Surudin S.V., Razzhivin V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/1200

Предложен вариант реологической модели горячей деформации – закона гиперболического синуса, учитывающий в отличие от стандартного не только скорость деформации и температуру процесса, но и степень деформации. Входящие в закон гиперболического синуса константы материала заменены полиноминальными функциями степени деформации, для расчета коэффициентов которых разработана соответствующая методика. Показано применение предложенной реологической модели для алюминий-литиевых сплавов пониженной плотности марки 1424 системы Al–Mg–Li–Zn и В-1461 системы Al–Cu–Li–Zn, для которых методом физического моделирования на установке Gleeble-3800 экспериментально определены кривые течения в диапазонах температур 400–480 °С и скоростей деформации 1–60 с–1 до степени деформации 0,6. Исследовалось также влияние исходного состояния материала – образцы отбирались как от слитка, так и от горячекатаных плит. Определены константы реологической модели горячего деформирования, включающей параметр Зинера–Холломона и закон гиперболического синуса для всего диапазона напряжений и деформаций. После аппроксимации зависимостей параметров данной модели от истинных де- формаций полиноминальным законом 4-го порядка создана реологическая модель, описывающая поведение сплава в исследуемом температурно-скоростном диапазоне. Установлены особенности изменения параметров закона гиперболического синуса от степени деформации. Показано, что параметры для литого материала выше, чем для катаного. Сравнение стандартной и предложенной моделей показало, что использование стандартной модели во всем интервале деформаций приводит к завышенным значениям напряжений течения (до 12 %).

The article proposes a variant of the rheological model of hot deformation – the law of hyperbolic sine, which, in contrast to the standard one, takes into account not only the strain rate and process temperature, but also the strain ratio. Material constants included in the law of hyperbolic sine are replaced by polynomial functions of the strain ratio with coefficients calculated using the corresponding method developed. The paper describes applications of the rheological model proposed in low-density aluminum-lithium alloys 1424 of the Al–Mg–Li–Zn system and V-1461 of the Al–Cu–Li–Zn system, for which flow curves in the temperature range 400–480 °C and strain rate range 1–60 s–1 up to a strain ratio of 0.6 are defined by physical simulation at the Gleeble 3800 unit. The influence of the initial material state was also investigated – samples were taken from both the ingot and hot-rolled plates. Constants were determined for the rheological model of hot deformation including the Zener–Hollomon parameter and the law of hyperbolic sine for the entire range of stresses and strains. After approximating the dependences of the model parameters on true strains with a 4th degree polynomial law, a rheological model was created that describes the alloy behavior in the temperature-rate range under study. The features of changes in hyperbolic sine law parameters depending on the strain ratio were established. It was shown that, in general, parameters for the cast material are higher than for the rolled one. A comparison between the standard and proposed models showed that the use of the standard model over the entire strain interval leads to too high flow stress values (up to 12 %).

реологическая модельфизическое моделированиесплав 1424сплав В-1461напряжения течениягорячая деформациястепень деформациискорость деформациитемпературапараметр Зинера–Холомонаrheological modelphysical modeling1424 alloyV-1461 alloyflow stresseshot deformationstrain ratiostrain ratetemperatureZener–Holomon parameterReferencesКаблов Е.Н. Материалы и химические технологии для авиационной техники. Вестник РАН. 2012. Т. 82. No. 6. С. 158—167.Kablov E.N. Materials and chemical technologies for aircraft engineering. Vestnik RAN. 2012. Vol. 82. No. 6. P. 158—167 (In Russ.).Хохлатова Л.В., Колобнев Н.И., Оглодков М.С., Михайлов Е.Д. Алюминий-литиевые сплавы для самолетостроения. Металлург. 2012. No. 56(5-6). С. 31—35.Khokhlatova L.V., Kolobnev N.I., Oglodkov M.S., Mikhaylov E.D. Aluminum-lithium alloys for the aircraft. Metallurg. 2012. No. 56 (5-6). P. 31—35 (In Russ.).Гуреева М.А., Грушко О.Е., Овчинников В.В. Свариваемые алюминиевые сплавы в конструкциях транспортных средств. Заготовит. пр-ва в машиностроении. 2009. No. 3. С. 27—41.Gureeva M.A., Grushko O.E., Ovchinnikov V.V. Welded aluminium alloys in the construction of vehicles. Zagotovitel’nye proizvodstva v mashinostroenii. 2009. No. 3. P. 27—41 (In Russ.).Rioja R., Liu J. The evolution of Al—Li base products for aerospace and space applications. Met. Mater. Trans. A. 2012. Vol. 43. P. 3325—3337.Rioja R., Liu J. The evolution of Al—Li base products for aerospace and space applications. Met. Mater. Trans. A. 2012. Vol. 43. P. 3325—3337.Елагин В.И., Захаров В.В. Современные Al—Li-сплавы и перспективы их развития. МиТОМ. 2013. No. 4. С. 17—23.Elagin V.I., Zakharov V.V. Modern Al—Li alloys and prospects of their development. Metal Sci. Heat Treat. 2013. Vol. 55. P. 184—190.Колобнев Н.И., Хохлатова Л.В., Антипов В.В. Перспективные алюминиевые сплавы для самолетных конструкций. Технология легких сплавов. 2007. No. 2. С. 35—38.Kolobnev N.I., Khokhlatova L.V., Antipov V.V. Promising aluminum alloys for aircraft structures. Tekhnologiya legkikh splavov. 2007. No. 2. P. 35—38 (In Russ.).Фридляндер И.Н. Алюминиевые сплавы в летатель- ных аппаратах в периоды 1970—2000 и 2001—2015 гг. МиТОМ. 2001. No. 1. С. 5—9.Fridlyander I.N. Aluminum alloys in aircraft in the periods of 1970—2000 and 2001—2015. Met. Sci. Heat Treat. 2001. Vol. 43. P. 6—10.Фридляндер И.Н., Хохлатова Л.Б., Колобнев Н.И., Рендикс К., Темпус Г. Развитие термически стабильно- го алюминиево-литиевого сплава 1424 для применения в сварном фюзеляже. МиТОМ. 2002. No. 1. С. 3—7.Fridlyander I.N., Hohlatova L.B., Kolobnev N.I., Rendiks K., Tempus G. Thermally stable aluminum-lithium alloy 1424 for application in welded fuselage. Met. Sci. Heat Treat. 2002. Vol. 44. P. 3—8.Сетюков О.А., Колобнев Н.И., Хохлатова Л.Б., Оглодков М.С. Влияние кристаллографических ориентировок на свойства плит из Al—Li сплавов В-1461 и 1424. Технология легких сплавов. 2010. No. 1. С. 100—106.Setyukov O.A., Kolobnev N.I., Khokhlatova L.B., Oglodkov M.S. Influence of crystallographic orientations on the properties of plates of Al—Li alloys V-1461 and 1424. Tekhnologiya legkikh splavov. 2010. No. 1. P. 100—106 (In Russ.).Милевская Т.В., Рушиц С.В., Ткаченко Е.А., Антонов С.М. Деформационное поведение высокопрочных алюминиевых сплавов в условиях горячей деформации. Авиационные материалы и технологии. 2015. No. 2 (35). С. 3—9.Milevskaya T.V., Rushits S.V., Tkachenko E.A., Antonov S.M. Deformation behavior of high-strength aluminum alloys under conditions of hot deformation. Aviatsionnye materialy i tekhnologii. 2015. No. 2 (35). P. 3—9 (In Russ.).Хохлатова Л.Б., Колобнев Н.И., Лукина Е.А., Бер Л.Б. Снижение анизотропии в листах Al—Mg—Li—Zn-сплава 1424. Цветные металлы. 2013. No. 3 (843). С. 78—81.Khohlatova L.V., Kolobnev N.I., Lukina E.A., Ber L.B. Reduction of anisotropy in the sheets, made of the Al—Mg—Li—Zn-alloy 1424. Tsvetnyye metally. 2013. No. 3. P. 78—81 (In Russ.).Фридляндер И.Н., Хохлатова Л.Б., Колобнев Н.И., Алексеев А.А., Лукина Е.А., Колесникова О.К. Конструкционный сплав 1424 пониженной плотности системы Al—Mg—Li—Zr—Sc для сварных и клепаных конструкций авиакосмической техники. Технология легких сплавов. 2002. No. 4. С. 20—23.Fridlyander I.N., Khokhlatova L.B., Kolobnev N.I., Alekseev A.A., Lukina E.A., Kolesnikova O.K. Constructional alloy 1424 of reduced density of the Al—Mg—Li—Zr—Sc system for welded and riveted structures of aerospace engineering. Tekhnologiya legkikh splavov. 2002. No. 4. P. 20—23 (In Russ.).Хохлатова Л.Б., Лукин В.И., Колобнев Н.И., Иода Е.Н., Базескин А.В., Лавpенчук В.П., Кошкин В.В., Мезенцева Е.А. Перспективный алюминий-литиевый сплав 1424 для сварных конструкций изделий авиакосмической техники. Сварочное пр-во. 2009. No. 3. С. 7—10.Khokhlatova L.B., Lukin V.I., Kolobnev N.I., Ioda E.N., Bazeskin A.V., Lavpenchuk V.P., Koshkin V.V., Mezentseva E.A. Prospective aluminum-lithium alloy 1424 for welded structures of aerospace products. Svarochnoe proizvodstvo. 2009. No. 3. P. 7—10 (In Russ.).Ерисов Я.А., Гречников Ф.В., Оглодков М.С. Влияние режимов изготовления листов из сплава В-1461 на кристаллографию структуры и анизотропию свойств. Известия вузов. Цветная металлургия. 2015. No. 6. С. 36—42.Erisov Ya.A., Grechnikov F.V., Oglodkov M.S. The influence of fabrication modes of sheets of V-1461 alloy on the structure crystallography and anisotropy of properties. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2016. Vol. 57. P. 19—24.Ерисов Я.А., Гречников Ф.В. Физическое моделирование горячей прокатки сплава пониженной плотности системы Al—Mg—Li—Zr—Zn—Sc. Металлург. 2017. No. 9. C. 103—108.Erisov Ya.A., Grechnikov F.V. Physical modelling of hot rolling for low-density alloy of the Al—Mg—Li—Zr—Zn—Sc system. Metallurgist. 2018. Vol. 61. Iss. 9-10. P. 822—829.Longzhou M., Jianzhong C., Xiaobo Z.A. Study on improving the cold-forming property of Al—Mg—Li alloy 01420. Adv. Perf. Mater. 1997. Vol. 4. P. 105—114.Longzhou M., Jianzhong C., Xiaobo Z.A. Study on improving the cold-forming property of Al—Mg—Li alloy 01420. Adv. Perf. Mater. 1997. Vol. 4. P. 105—114.Chen Y., Li J., Lu H., Li S., Zheng Z., Zhang Y., Zhang X. Hot deformation behavior of Al—Cu—Li—Mg—Zr alloy containing Zn and Mn. Trans. Nonferr. Met. Soc. China. 2007. Vol. 17. P. s271—s275.Chen Y., Li J., Lu H., Li S., Zheng Z., Zhang Y., Zhang X. Hot deformation behavior of Al—Cu—Li—Mg—Zr alloy containing Zn and Mn. Trans. Nonferr. Met. Soc. China. 2007. Vol. 17. P. s271—s275.Ou, L., Nie Y., Zheng Z. Strain compensation of the constitutive equation for high temperature flow stress of Al—Cu—Li alloy. J. Mater. Eng. Perform. 2014. Vol. 23(1). P. 25—30.Ou, L., Nie Y., Zheng Z. Strain compensation of the constitutive equation for high temperature flow stress of Al—Cu—Li alloy. J. Mater. Eng. Perform. 2014. Vol. 23(1). P. 25—30.Yu X., Zhang Y., Yin D., Yu Z., Li S. Characterization of hot deformation behavior of a novel Al—Cu—Li alloy using processing maps. Acta Metal. Sin. (Eng. Lett.). 2015. Vol. 28(7). P. 817—825.Yu X., Zhang Y., Yin D., Yu Z., Li S. Characterization of hot deformation behavior of a novel Al—Cu—Li alloy using processing maps. Acta Metal. Sin. (Eng. Lett.). 2015. Vol. 28(7). P. 817—825.Erisov Ya., Surudin S., Grechnikov F. Hot deformation behavior of Al—Cu—Li—Mg—Zn—Zr—Sc alloy in ascast and hot-rolled condition. Mater. Sci. Forum. 2018. Vol. 920. P. 244—249.Erisov Ya., Surudin S., Grechnikov F. Hot deformation behavior of Al—Cu—Li—Mg—Zn—Zr—Sc alloy in ascast and hot-rolled condition. Mater. Sci. Forum. 2018. Vol. 920. P. 244—249.Mirzadeh H., Cabrera J.C., Najafizadeh A. Constitutive relationships for hot deformation of austenite. Acta Mater. 2011. Vol. 59. P. 6441—6448.Mirzadeh H., Cabrera J.C., Najafizadeh A. Constitutive relationships for hot deformation of austenite. Acta Mater. 2011. Vol. 59. P. 6441—6448.McQueen H.J., Ryan N.D. Constitutive analysis in hot working. Mater. Sci. Eng. A. 2002. Vol. 322. P. 43—63.McQueen H.J., Ryan N.D. Constitutive analysis in hot working. Mater. Sci. Eng. A. 2002. Vol. 322. P. 43—63.Колобнев Н.И., Сетюков О.А., Хохлатова Л.Б., Оглодков М.С. Влияние кристаллографических ориентировок на свойства плит из Al—Li сплавов В-1461 и 1424. Технология легких сплавов. 2010. No. 1. С. 100—106.Kolobnev N.I., Setyukov O.A., Khokhlatova L.B., Oglodkov M.S. The influence of crystallographic orientations on the properties of plates of Al—Li alloys B-1461 and 1424. Tekhnologiya legkikh splavov. 2010. No.1. Р. 100—106 (In Russ.).Лукина Е.А., Алексеев А.А., Хохлатова Л.Б., Оглодков М.С. Закономерности формирования основных упрочняющих фаз в сплавах 1424 cистемы Al—Mg—Li—Zn и В-1461 системы Al—Cu—Li—Zn—Mg. МиТОМ. 2013. No. 9. C. 12—17.Lukina E.A., Alekseev A.A., Khokhlatova L.B., Oglodkov M.S. Regular features of formation of main hardening phases in alloys 1424 of the Al—Mg—Li—Zn system and V-1461 of the Al—Cu—Li—Zn—Mg system. Met. Sci. Heat Treat. 2014. Vol. 55(9-10). P. 466—471.Колобнев Н.И., Антипов В.В., Махсидов В.В., Рябов Д.К., Хохлатова Л.Б., Попов В.И., Оглодков М.С. Способ из- готовления листов из алюминиевых сплавов Пат. 2486274 (РФ). Заявл. 17.10.2011. Опубл. 27.06.2013. Бюл. No.18.Kolobnev N.I., Antipov V.V., Makhsidov V.V., Ryabov D.K., Khokhlatova L.B., Popov V.I., Oglodkov M.S. A method of manufacturing sheets of aluminum alloys: Pat. 2486274 (RF). Declared 10/17/2011. Publ. 06/27/2013. Bull. No. 18 (In Russ.).Антипов В.В., Колобнев Н.И., Хохлатова Л.Б. Развитие Al—Li сплавов и многоступенчатых режимов термической обработки. МиТОМ. 2013. No. 9. C. 5—11.Antipov V.V., Kolobnev N.I., Khokhlatova L.B. Advancement of Al—Li alloys and of multistage modes of their heat treatment. Met. Sci. Heat Treat. 2014. Vol. 55(9-10). P. 459—465.Колобнев Н.И., Хохлатова Л.Б., Оглодков М.С., Клочко- ва Ю.Ю. высокопрочные сплавы системы Al—Cu— Li с повышенной вязкостью разрушения для само- летных конструкций. Цветные металлы. 2013. No. 9. С. 66—71.Kolobnev N.I., Khokhlatova L.B., Oglodkov M.S. Klochkova Yu.Yu. High-strength Al—Cu—Li alloys with increased fracture toughness intended for aircraft structures. Tsvetnye Metally. 2013. Iss. 9. P. 66—71 (In Russ.).Тарасов Ю.М., Вахромов Р.О. применение алюминиевых сплавов, разработанных под руководством академика И.Н. Фридляндера, в отечественной авиационной технике. Цветные металлы. 2013. No. 9. C. 37—39.Tarasov Yu.M., Vakhromov R.O. Application of aluminium alloys, developed under the guidance of academician I.N. Friedlander, in Russian aviation engineering, in Russian aviation engineering. Tsvetnye Metally. 2013. No. 9. P. 37—39 (In Russ.).Хохлатова Л.Б., Колобнев Н.И., Оглодков М.С., Луки на Е.А., Сбитнева С.В. Изменение фазового состава в зависимости от режимов старения и структуры полуфабрикатов сплава В-1461. МиТОМ. 2012. No. 6. C. 20—24.Khokhlatova, L.B., Kolobnev N.I., Oglodkov M.S., Lukina E.A., Sbitneva S.V. Change in phase composition in relation to aging regimes and alloy V-1461 semifinished product structure. Met. Sci. Heat Treat. 2012. Vol. 54(5-6). P. 285—289.Семенов Е.И. Ковка и штамповка: Справочник. Т. 2. Горячая штамповка. М.: Машиностроение, 1986.Semenov Е.I. Forging and stamping: Reference. Vol. 2. Hot stamping. Moscow: Mashinostroyeniye, 1986 (In Russ.).Семенов Е.И. Ковка и штамповка: Справочник. Т. 1. Материалы и нагрев. Оборудование. Ковка. М: Машиностроение, 1985.Semenov E.I. Forging and stamping: Reference. Vol. 1. Materials and heating. Equipment. Forging. Moscow: Mashinostroyeniye, 1985 (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.