Конечно-элементное моделирование и анализ технологической возможности применения новой схемы плакирования слитков из алюминий-литиевого сплава 1441

С использованием программы «QForm» проведен конечно-элементный анализ технологической возможности применения новой схемы плакирования слитков толщиной 360 мм из алюминий-литиевого сплава 1441 в условиях ПАО «КУМЗ». Взамен традиционной схемы плакирования, предусматривающей приварку планшетов к слитку за 4 прохода с абсолютными обжатиями по 6 мм, предложено укладывать планшеты в специальные углубления, предварительно выполненные фрезерованием на верхней и нижней поверхностях слитка, а приварку осуществлять за 1 проход с абсолютным обжатием 24 мм. Показано, что новая схема плакирования позволяет предотвратить выдавливание планшетов с поверхности слитка при высоких абсолютных обжатиях. Это дает возможность использовать более тонкие планшеты (толщиной 10 мм) взамен традиционных (15 мм). Установлено, что по новой схеме плакирования существенно сокращается общее количество проходов и междеформационных пауз при черновой прокатке и за счет этого улучшается тепловое состояние раската перед чистовой прокаткой. При сокращении 3 проходов и 3 междеформационных пауз среднее повышение температуры составляет 23 °С. Исследовано деформированное состояние основного металла (сплав 1441) и плакирующего слоя (сплав АЦпл). Показано, что средняя накопленная деформация в слитке (математическое ожидание) после прокатки по новой схеме в 2 раза выше в сравнении с традиционной схемой. При этом характер деформации плакирующего слоя при прокатке по новой схеме более равномерный. Результаты могут быть использованы для совершенствования и оптимизации технологических режимов горячей прокатки плакированных листов и полос из алюминий-литиевого сплава 1441 в условиях ПАО «КУМЗ».

1. Betsofen S.Ya., Antipov V.V., Knyazev M.I. Al—Cu—Li and Al—Mg—Li alloys: Phase composition, texture, and anisotropy of mechanical properties (Review). Russian Metallurgy (Metally). 2016;2016:326—341. https://doi.org/10.1134/S0036029516040042

2. Rioja R.J., Liu J. The evolution of Al—Li base products for aerospace and space applications. Metallurgical and Materials Transactions A. 2012;43:3325—3337. https://doi.org/10.1007/s11661-012-1155-z

3. El-Aty A.A., Xu Y., Guo X., Zhang S.-H., Ma Y., Chen D. Strengthening mechanisms, deformation behavior, and anisotropic mechanical properties of Al— Li alloys: A review. Journal of Advanced Research. 2018;10:49—67. https://doi.org/10.1016/j.jare.2017.12.004

4. Антипов В.В., Ткаченко Е.А., Зайцев Д.В., Селиванов А.А., Овсянников Б.В. Влияние режимов гомогенизационного отжига на структурно-фазовое состояние и механические свойства слитков из алюминий-литиевого сплава 1441. Труды ВИАМ. 2019;3(75):44—52. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2019-0-3-44-52

5. Li H., Zou Z., Li J., Xu G., Zheng Z. Correlation between grain structures and tensile properties of Al—Li alloys. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2023;33(12):3597—3611. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(23)66357-5

6. Овсянников Б.В. Новый алюминиево-литиевый сплав системы A—Cu—Mg—Li(Ag,Sc), предназначенный для изготовления тонких листов и профилей. Цветные металлы. 2014;(11):90—94.

7. Коковин П.Л., Мальцева Т.В., Овсянников Б.В. Освоение технологии литья крупногабаритных плоских слитков из алюминиево-литиевого сплава нового поколения. Литейщик России. 2023;(1):21—24.

8. Овсянников Б.В., Комаров С.Б. Развитие производства деформированных полуфабрикатов из алюминиево-литиевых сплавов в ОАО «КУМЗ». Технология легких сплавов. 2014;(1):97—103.

9. Hajjioui E.A., Bouchaala K., Faqir M., Essadiqi E. A review of manufacturing processes, mechanical properties and precipitations for aluminum lithium alloys used in aeronautic applications. Heliyon. 2023;9(3):e12565. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e12565

10. Duan S.Y., Huang L.K., Yang S.H., Zhou Z., Song S.J., Yang X.B., Chen Y.Z., Li Y.J., Liu G., Liu F. Uncovering the origin of enhanced strengthening in Li-added Al—Cu—Mg alloys. Materials Science and Engineering: A. 2021;827:142079. https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.142079

11. Rioja R.J., Liu J. The evolution of Al—Li base products for aerospace and space applications. Metallurgical and Materials Transactions A. 2012;43(9):3325—3337. https://doi.org/10.1007/s11661-012-1155-z

12. First-principles insights into solute partition among various nano-phases in Al—Cu—Li—Mg alloys. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2024:34(6): 1734—1744. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(24)66503-9

13. Колобнев Н.И., Хохлатова Л.Б., Антипов В.В. Перспективные алюминий-литиевые сплавы для самолетных конструкций. Технология легких сплавов. 2007;(2):35—38.

14. Pantelakis S.G., Chamos A.N., Setsika D. Tolerable corrosion damage on aircraft aluminum structures: Local cladding patterns. Theoretical and Applied Fracture Mechanics. 2012;58(1):55—64. https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2012.02.008

15. Коррозия алюминия и алюминиевых сплавов. Под ред. Д.Р. Дэйвиса. Пер. с англ. Ю.И. Кузнецова, М.З. Локшина. М.: НП «АПРАЛ», 2016. 333 с.

16. Разинкин А.В., Мальцева Т.В., Овсянников Б.В., Левина А.В. Типовые дефекты в слитках и полуфабрикатах из алюминиевых деформируемых сплавов. Екатеринбург: Уральский рабочий, 2023. 144 с.

17. Дегтярев А.В., Мальцева Т.В., Глинских П.И., Яковлев С.И. Технологические особенности производства плакированных листов из твердых алюминиевых сплавов в ОАО «КУМЗ». Технология легких сплавов. 2024;(2):40—46. https://doi.org/10.24412/0321-4664-2024-2-40-46

18. Орлов В.К., Дрозд В.Г., Сарафанов М.А. Особенности прокатки плит из алюминиевых сплавов. Производство проката. 2016;(4):11—16.

19. Яшин В.В., Беглов Э.Д., Арышенский Е.В., Латушкин И.А. Влияние толщины плакирующего слоя на распределение деформации по сечению слитка. В сб.: IХ Международный конгресс «Цветные металлы и минералы-2017» (Красноярск, 11—15 сент. 2017). Красноярск, 2017. С. 735—744.

20. Torikai G., Yoshida Y., Asano M., Niikura A. Visualization of metal flow and adhering of aluminum alloy in threelayer clad rolling. Procedia Manufacturing. 2018;15: 144—151. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2018.07.188

21. Пучкова Л.М. Особенности совместной прокатки высоких слоистых полос разнопрочных металлов. Производство проката. 2014;(9):3—10.

22. Khan H.A., Asim K., Akram F., Hameed A., Khan A., Mansoor B. Roll bonding processes: State-of-the-аrt and future perspectives. Metals. 2021;11(9):1344. https://doi.org/10.3390/met11091344

23. Zixuan L., Shahed R., Tao W., Han J., Shu X., Pater Z., Huang Q. Recent advances and trends in roll bonding process and bonding model: A review. Chinese Journal of Aeronautics. 2023;36(4):36—74. https://doi.org/10.1016/j.cja.2022.07.004

24. Kebriaei R., Vladimirov I.N., Reese S. Joining of the alloys AA1050 and AA5754 — Experimental characterization and multiscale modeling based on a cohesive zone element technique. Journal of Materials Processing Technology. 2014;214(10):2146—2155. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2014.03.014

25. Салихянов Д.Р. Исследование напряженно-деформированного состояния на границе между материалами при прокатке слоистого композита. Черные металлы. 2023;(9):34—39.

26. Koshmin A., Zinoviev A., Cherkasov S., Ali Alhaj A.M., Tsydenov K., Churyumov A. Finite element modeling and experimental verification of a new aluminum Al— 2%Cu—2%Mn alloy hot cladding by flat rolling. Metals. 2024;14(8):852. https://doi.org/10.3390/met14080852

27. Zinyagin A.G., Borisenko N.R., Muntin A.V., Kryuchkova M.O. Features of finite element modeling for hot rolling process of clad sheets and strips. CIS Iron and Steel Review. 2023;26(2):51—57. https://doi.org/10.17580/cisisr.2023.02.08

28. Власов А.В., Стебунов С.А., Евсюков С.А., Биба Н.В., Шитиков А.А. Конечно-элементное моделирование технологических процессов ковки и объемной штамповки: Учеб. пос. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019. 384 с.