cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ МИСИС10.17073/0021-3438-2018-1-43-52cvmet-714Research ArticleМеталловедение и термическая обработкаPhysical Metallurgy and Heat TreatmentРЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПЛАВА ЭП742-ИД В КОНТЕКСТЕ ИНТЕГРИРОВАННОГО ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ИНЖИНИРИНГА (IСМЕ) Часть II. Моделирование процесса сжатия образцов и виртуальных заготовокRheological properties of EP742-ID alloy in the context of Integrated Computational Materials Engineering (ICME). Part 2. Modeling the compression process for samples and virtual workpiecesНосовВ. К.NosovV. K.

докт. техн. наук, профессор кафедры технологии и автоматизации обработки материалов

(142800, Московская обл., г. Ступино, ул. Пристанционная, 4)

Dr. Sci. (Tech.), prof., Department of technology and automation of material handling

(142800, Russia, Moscow region, Stupino, Pristantsionnaya str., 4)

nosovvk@mail.ruКононовС. А.KononovS. A.

канд. техн. наук, зам. ген. директора

(144002, Московская обл., г. Электросталь, ул. Железнодорожная, 1)

Cand. Sci. (Tech.), deputy managing director

(142800, Russia, Moscow region, Elektrostal, Zheleznodorozhnaya str., 1)

s.kononov@elsteel.ruПеревозовА. C.PerevozovA. S.

техн. директор

(142800, Московская обл., г. Ступино, ул. Пристанционная, вл. 2)

technical director

(142800, Russia, Moscow region, Stupino, Pristantsionnaya str., 2)

perevozov@smk.ruНестеровП. А.NesterovP. A.

канд. техн. наук, доцент кафедры технологии и автоматизации обработки материалов

(142800, Московская обл., г. Ступино, ул. Пристанционная, 4)

Cand. Sci. (Tech.), associate prof., Department of technology and automation of material handling

(142800, Russia, Moscow region, Stupino, Pristantsionnaya str., 4)

pankrug32@ya.ruЩугоревЮ. Ю.ShchugorevYu. Yu.

канд. техн. наук, доцент кафедры технологии и автоматизации обработки материалов

(142800, Московская обл., г. Ступино, ул. Пристанционная, 4)

Cand. Sci. (Tech.), associate prof., Department of technology and automation of material handling

(142800, Russia, Moscow region, Stupino, Pristantsionnaya str., 4)

yuraszl@mail.ruГладковЮ. А.GladkovYu. A.

канд. техн. наук, доцент, рук-ль отдела продаж и сопровождения

(115088, г. Москва, 2-й Южнопортовый проезд, 16, стр. 2)

Cand. Sci. (Tech.), associate prof., head of sales and support

(115088, Russia, Moscow, 2-nd Yuzhnoportovyi proezd, 16, build. 2)

gladyuri@qform3d.ruМосковский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ (НИУ)), Ступинский филиалРоссияMoscow Aviation Institute (National Research University) (MAI (NRU)), Stupino branchRussian FederationАО «Металлургический завод “Электросталь”»РоссияJSC «Metallurgical plant “Electrostal”»Russian FederationАО «СМК»РоссияJSC «SMK»Russian FederationOOO «Квантор Форм»РоссияLTD «Quantifier Forms»Russian Federation201805032018014352Copyright © Носов В.К., Кононов С.А., Перевозов А.C., Нестеров П.А., Щугорев Ю.Ю., Гладков Ю.А., 20182018Носов В.К., Кононов С.А., Перевозов А.C., Нестеров П.А., Щугорев Ю.Ю., Гладков Ю.А.Nosov V.K., Kononov S.A., Perevozov A.S., Nesterov P.A., Shchugorev Y.Y., Gladkov Y.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/714

В части II данной работы сопоставляются результаты моделирования и эксперимента теоретическому условию пластичности Губера–Мизеса в процессе осесимметричной осадки образцов сплава ЭП742-ИД с различным отношением начальных размеров d0/h0. Оценивается влияние начальных размеров на напряженно-деформированное состояние модельных экспериментальных образцов и виртуальных заготовок. Приводятся результаты моделирования процесса осадки цилиндрических образцов (∅15 мм) и заготовок (∅300 мм) жаропрочного никелевого сплава ЭП742-ИД с различным отношением начальных сходственных размеров, обосновывается выбор среднего напряжения и эквивалентной деформации в качестве внутренних факторов, определяющих формирование микроструктуры. Показано, что значения сжимающей осевой компоненты напряжения в центре образцов в условиях начальной пластической деформации 0,2 % более чем в 1,5 раза возрастают с повышением отношения d0/h0. Получены экспериментальные и расчетные значения условного предела текучести, осевого и радиального напряжений при температуре сжатия 1050 °C в зависимости от d0/h0. Проанализировано влияние степени деформации и отношения начальных размеров на распределение среднего напряжения и эквивалентной деформации по радиусу середины высоты меридиального сечения осаживаемых (экспериментальных) образцов (∅15 мм) и виртуальных заготовок (∅300 мм). Изложены общие принципы прогнозирования микроструктуры для решения задач с использованием программных комплексов технологического моделирования при разработке режимов осадки заготовок дисков из жаропрочных никелевых сплавов. Акцентируется внимание на том, что методы моделирования должны быть теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены.

The second part of this paper compares modeling and experimental results with the Huber–Mises plasticity theory during the axisymmetric settlement of EP742-ID alloy samples with various ratios of initial d0/h0 sizes. The influence of initial sizes on the strain-stress state of model experimental samples and virtual workpieces is estimated. Settlement modeling results are given for ∅15 mm cylindrical samples and ∅300 mm workpieces made of EP742-ID heat-resistant nickel alloy with various ratios of initial similar sizes with the substantiation of choosing average stress and equivalent deformation as internal factors that determine microstructure formation. It is shown that compression axial tension component values in the center of samples under initial plastic deformation of 0,2 % are increased by more than 1,5 times with the higher d0/h0 ratio. Experimental and calculated values of offset yield strength, axial and radial stresses are obtained at a compression temperature of 1050 °C depending on d0/h0. The paper reviews the influence of the degree of deformation and the ratio of initial sizes on the distribution of average stress and equivalent deformation along the radius of the mid-height of meridian sections of the ∅15 mm settled (experimental) samples and ∅300 mm virtual workpieces. The paper describes general microstructure forecasting principles for applications that use process modeling software packages when developing settlement modes for disk workpieces made of heat-resistant nickel alloys. Special attention is paid to the fact that modeling methods must be theoretically proved and experimentally confirmed.

сплав ЭП742-ИДмоделирование процесса сжатияEP742-ID alloycompression process modelingReferencesBolcavage A., Brown P.D., Cedoz R., Cooper N., Deatok C., Hartman D.R., Keskin A., Matlik J.F., Modgil G., Stillinger J.D. Integrated computational materials engineering from a gas turbine engine perspective // Integr. Mater. Manuf. Innov. 2014. Vol. 3. Iss. 1. Art. 13.Bolcavage A., Brown P.D., Cedoz R., Cooper N., Deatok C., Hartman D.R., Keskin A., Matlik J.F., Modgil G., Stillinger J.D. Integrated computational materials engineering from a gas turbine engine perspective. Integr. Mater. Manuf. Innov. 2014. Vol. 3. Iss. 1. Art. 13.Panchal J.H., Kalidindi S.R., McDonell D.L. Key computational modeling in integrated computational materials engineering // Comp.-Aided Design. 2013. Vol. 45. P. 4 —2 5 .Panchal J.H., Kalidindi S.R., McDonell D.L. Key computational modeling in integrated computational materials engineering. Comp.-Aided Design. 2013. Vol. 45. P. 4—25.Allison J., Backman D., Christodoulou L. Integrated computational materials engineering: A new paradigm for the global materials profession // JOM. 2006. Vol. 58. Iss. 11. P. 2 5 —2 7.Allison J., Backman D., Christodoulou L. Integrated computational materials engineering: A new paradigm for the global materials profession. JOM. 2006. Vol. 58. Iss. 11. P. 25—27.Allison J. Integrated computational materials engineering: A perspective on progress and future steps // JOM. 2011. Vol. 63. Iss. 4. P. 15—18.Allison J. Integrated computational materials engineering: A perspective on progress and future steps. JOM. 2011. Vol. 63. Iss. 4. P. 15—18.Horstemeyer M.F. Integrated computational materials engineering (ICME) for metals. Warrendale: The Minerals, Metals & Materials Society; Hoboken: John Wiley & Sons, 2012.Horstemeyer M.F. Integrated computational materials engineering (ICME) for metals. Warrendale: The Minerals, Metals & Materials Society; Hoboken: John Wiley & Sons, 2012.Schmitz G.J., Prahl U. Introduction, in integrative computational materials engineering: Concepts and applications of a modular simulation platform. Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2012.Schmitz G.J., Prahl U. Introduction, in integrative computational materials engineering: Concepts and applications of a modular simulation platform. Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH and Co. KGaA, 2012.QForm — Quantor Form. URL: http://www.qform3d.ru/ products (дата обращения: 01.02.2017).QForm — Quantor Form. URL: http://www.qform3d.ru/products (accessed: 01.02.2017).Cowles B.A., Backman D.G., Dutton R.E. Verification and validation of ICME methods and models for aerospace applications // Integr. Mater. Manuf. Innov. 2012. Vol. 1. Iss.1. Art.2.Cowles B.A., Backman D.G., Dutton R.E. Verification and validation of ICME methods and models for aerospace applications. Integr. Mater. Manuf. Innov. 2012. Vol. 1. Iss.1. Art.2.Cowles B.A., Backman D.G., Dutton R.E. Update to recommended best practice for verification and validation of ICME methods and models for aerospace applications // Integr. Mater. Manuf. Innov. 2015. Vol. 4. Iss. 1. Art. 2.Cowles B.A., Backman D.G., Dutton R.E. Update to recommended best practice for verification and validation of ICME methods and models for aerospace applications. Integr. Mater. Manuf. Innov. 2015. Vol. 4. Iss. 1. Art. 2.The American Society of Mechanical Engineers: Guide for verification and validation in computational solid mechanics. ASME, V&V, 10-2006.The American Society of Mechanical Engineers: Guide for verification and validation in computational solid mechanics. ASME, V&V, 10-2006.Носов В.К., Кононов С.А., Перевозов А.C., Нестеров П.А., Щугорев Ю.Ю., Гладков Ю.А. Реологические свойства сплава ЭП742-ИД в контексте интегрированного вычислительного материаловедения и инжиниринга (IСМЕ). Ч. I. Результаты экспериментальных исследований // Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2018. No. 1. С. 30—42.Nosov V.K., Kononov S.A., Perevozov A.S., Nesterov P.A., Shchugorev Yu.Yu., Gladkov Yu.A. Reologicheskie svoistva splava EP742-ID v kontekste integrirovannogo vychislitel’nogo materialovedeniya i inzhiniringa (ICME). Chast’ I. Rezul’taty eksperimental’nykh issledovanii [Rheological properties of alloy EP742-ID in the context of Integrated Computing Materials Science and Engineering (ICME). Part 1. Results of experimental research]. Izvestiya vuzov. Tsvetnaya matallurgiya. 2018. No. 1. P. 30—42.Смирнов-Аляев Г.А. Сопротивление материалов пластическому деформированию. 3-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1978.Smirnov-Alyaev G.A. Soprotivlenie materialov plasticheskomu deformirovaniyu [The resistance of materials to plastic deformation]. Leningrad: Mashinostroenie, 1978.Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977.Storozhev M.V., Popov E.A. Teoriya obrabotki metallov davleniem [The theory of processing of metals pressure]. Mosсow: Mashinostroenie, 1977.Масленков С.Б., Кабанов И.В., Масленкова Е.А., Абрамов О.В., Мелькумов И.Н. Влияние температуры и скорости деформирования на пластичность сплава ХН62БМКТЮ // Металловедение и терм. обраб. металлов. 1999. No. 10. C. 21—23.Maslenkov S.B., Kabanov I.V., Maslenkova E.A., Abramov O.V., Mel’kumov I.N. Vliyanie temperatury i skorosti deformirovaniya na plastichnost’ splava KhN62BMKTYu [Influence of temperature and speed of deformation on plasticity of KhN62BMKTYu alloy]. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov. 1999. Vol. 10. P. 21—23.Логунов А.В., Шмотин Ю.Н. Современные жаропрочные никелевые сплавы для дисков газовых турбин (материалы и технологии). М.: Наука и технологии, 2013.Logunov A.V., Shmotin Yu.N. Sovremennye zharoprochnye nikelevye splavy dlya diskov gazovykh turbin (materialy i tekhnologii) [Modern heat-resistant Nickel right disks for gas turbines (materials and technology)]. Mosсow: Nauka i tekhnologii, 2013.Охрименко Я.М., Тюрин В.А. Теория процессов ковки: Учеб. пос. для вузов. М.: Высш. шк., 1977.Okhrimenko Ya.M., Tyurin V.A. Teoriya protsessov kovki [Theory of forging processes]. Mosсow: Vysshaya shkola, 1977.Бяков Л.И., Владимиров С.А., Шадский А.А. Исследование неравномерности пластической деформации при осадке в области малых степеней деформации // Технол. легких сплавов. 1982. No. 1. C. 25—29.Byakov L.I., Vladimirov S.A., Shadskii A.A. Issledovanie neravnomernosti plasticheskoi deformatsii pri osadke v oblasti malykh stepenei deformatsii [Research of unevenness of plastic deformation at draft in the field of small extents of deformation]. Tekhnologiya legkikh splavov. 1982. Vol. 1. P. 25—29.Полухин П.И., Гун Г.Я., Галкин A.M. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов: Справочник. М.: Металлургия, 1983.Polukhin P.I., Gun G.Ya., Galkin A.M. Soprotivlenie plasticheskoi deformatsii metallov i splavov: Spravochnik [The resistance to plastic deformation of metals and alloys: Reference]. Mosсow: Metallurgiya, 1983.Золоторевский В.С. Механические свойства металлов: Учебник для вузов. 2-е изд. М.: Металлургия, 1983.Zolotorevskii V.S. Mekhanicheskie svoistva metallov [Mechanical properties of metals]. Mosсow: Metallurgiya, 1983.Бердин В.К., Бердин Н.В., Лукьянов В.В. Упруго-вязкопластическое поведение материала в задачах численного моделирования одноосного сжатия, растяжения и чистого сдвига // Кузнеч.-штамп. пр-во. Обраб. материалов давлением. 2015. No. 3. С. 33—42.Berdin V.K., Berdin N.V., Luk’yanov V.V. Uprugo-vyazkoplasticheskoe povedenie materiala v zadachakh chislennogo modelirovaniya odnoosnogo szhatiya, rastyazheniya i chistogo sdviga [Elastic and visco-plastic behavior of material in problems of numerical modeling of monoaxial compression, stretching and clean shift]. Kuznechno-shtampovochnoe proizvodstvo. Obrabotka materialov davleniem. 2015. Vol. 3. P. 33—42.Горелик С.С., Добаткин С.В., Капуткина Л.М. Рекристаллизация металлов и сплавов. 3-е изд. М.: МИСИС, 2005.Gorelik S.S., Dobatkin S.V., Kaputkina L.M. Rekristallizatsiya metallov i splavov [Recrystallization of metals and alloys]. Mosсow: MISIS, 2005.Полухин П.И., Горелик С.С., Воронцов В.К. Физические основы пластической деформации. М.: Металлургия, 1982.Polukhin P.I., Gorelik S.S., Vorontsov V.K. Fizicheskie osnovy plasticheskoi deformatsii [The physical bases of plastic deformation]. Mosсow: Metallurgiya, 1982.Мекинг Х., Готштейн Г. Возврат и рекристаллизация в процессе деформации. Рекристаллизация металлических материалов. М.: Металлургия, 1982.Meking Kh., Gotshtein G. Vozvrat i rekristallizatsiya v protsesse deformatsii. Rekristallizatsiya metallicheskikh materialov [The recovery and recrystallization during deformation. Recrystallization of metallic materials]. Mosсow: Metallurgiya, 1982.Subramanian K., Cherukuri H.P. Prediction of microstructure evolution during multi-stand shape rolling of nickelbase superalloys // Integr. Mater. Manuf. Innov. 2014. Vol. 3. Iss. 1. Art. 27.Subramanian K., Cherukuri H.P. Prediction of microstructure evolution during multi-stand shape rolling of nickelbase superalloys. Integr. Mater. Manuf. Innov. 2014. Vol. 3. Iss. 1. Art. 27.Liu Y.X., Lin Y.C., Li H.B., Wen D.X., Chen X.M., Chen M.S. Study of dynamic recrystallization in Ni-based superalloy by experiments and cellular automation model // Mater. Sci. Eng. 2015. Vol. 626. P. 432—440.Liu Y.X., Lin Y.C., Li H.B., Wen D.X., Chen X.M., Chen M.S. Study of dynamic recrystallization in Ni-based superalloy by experiments and cellular automation model. Mater. Sci. Eng. 2015. Vol. 626. P. 432—440.Mignanelli P.M., Jones N.G., Perkins K.M., Hardy M.C., Stone H.J. Microstructural evolution of a delta containing nickel-base superalloy during heat treatment and isotherma l forg i n g // Mater. Sci. En g. 2014. Vol. 621. P. 265 —271.Mignanelli P.M., Jones N.G., Perkins K.M., Hardy M.C., Stone H.J. Microstructural evolution of a delta containing nickel-base superalloy during heat treatment and isothermal forging. Mater. Sci. Eng. 2014. Vol. 621. P. 265—271.Bombac D., Fazaring M., Kugler G., Spajic S. Microstructure development of Nimonic 80A superalloy during hot deformation // Mater. Geoenvironment. 2008. Vol. 55. No. 3. P. 319—328.Bombac D., Fazaring M., Kugler G., Spajic S. Microstructure development of Nimonic 80A superalloy during hot deformation. Mater. Geoenvironment. 2008. Vol. 55. No. 3. P. 319—328.Gabb T.P., Kantzos P.T., Palsa B., Telesman J., Gayda J., Sudbrack C. Fatigue failure modes of the grain size transition zone in a dual microstructure disk // Superalloys 2012: 12th Intern. symp. (Champion, Pennsylvania, USA, 9—13 Sept. 2012). Pittsburgh, PA: TMS, 2012. P. 6 3 —7 2 .Gabb T.P., Kantzos P.T., Palsa B., Telesman J., Gayda J., Sudbrack C. Fatigue failure modes of the grain size transition zone in a dual microstructure disk. In: Superalloys 2012: 12th Intern. symp. (Champion, Pennsylvania, USA, 9—13 Sept. 2012). Pittsburgh, PA: TMS, 2012. P. 63—72.Mitchell R.J., Lemsky J.A., Ramanathan R., Li H.Y., Perkins K.M., Connor L.D. Process development & microstructure & mechanical property evaluation of a dual microstructure heat treated advanced nickel disc alloy // Superalloys 2008: 11th Intern. symp. (Champion, PennsylvMitchell R.J., Lemsky J.A., Ramanathan R., Li H.Y., Perkins K.M., Connor L.D. Process development & microstructure & mechanical property evaluation of a dual microstructure heat treated advanced nickel disc alloy. In: Superalloys 2008: 11th Intern. symp. (Champion, Pennsylvania, USA, 14—18 Sept. 2008). Pittsburgh, PA: TMS, 2008. P. 347—356.

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