Концептуальный подход к управлению технологическими особенностями производства алюминиевого тонколистового проката с помощью кинематической асимметрии

Большинство способов интенсивной пластической деформации (ИПД) не имеют перспективы широкого промышленного применения в отличие от такого процесса, как асимметричная прокатка, которая при определенных условиях может сопровождаться эффектом ИПД. Она предназначена для получения длинномерных изделий необходимой формы с требуемым качеством поверхности. Более того, асимметричная прокатка зарекомендовала себя как способ повышения технологической пластичности, благодаря которому снижается количество дефектов алюминиевого металлопроката. Для подтверждения вышеописанного эффекта проводились исследования асимметричной деформации алюминиевых сплавов Д16, АМг6 и АД33. Симметричная и асимметричная прокатки осуществлялись на уникальной научной установке – лабораторно-промышленном стане асимметричной прокатки 400 лаборатории механики градиентных наноматериалов им. А.П. Жиляева МГТУ им. Г.И. Носова. В работе показано, что для всех рассматриваемых сплавов характерно повышение комплекса механических и технологических свойств при изменении коэффициента асимметрии от 1 до 5. Также при полученном уровне технологической пластичности во время асимметричной прокатки возможно рекомендовать корректировки стандартного способа обработки рассматриваемых сплавов путем сокращения технологических циклов «прокатка–отжиг». Кроме того, это приведет к снижению расходных коэффициентов и, следовательно, к увеличению производительности. Одновременное повышение механических свойств (как прочностных, так и пластических) наблюдалось при переходе от симметричного режима к асимметричному. Также возможно управлять уровнем свойств, повышая или снижая установленное значение отношения скоростей рабочих валков. На примере сплава Д16 показано, что при V₁/V₂ = 4 прочность увеличивается на 13 %, при V₁/V₂ = 5 – на 11 % по сравнению с полученной при стандартном режиме. Удлинение возрастает значительно: в 2 раза по сравнению с исходным состоянием, в 34 раза – при V₁/V₂ = 4, в 41 раз – при V₁/V₂ = 5 по сравнению с полученными значениями по стандартной схеме.

1. Никитин В.И., Никитин К.В., Тимошкин И.Ю., Биктимиров Р.М. Синтезирование алюминиевых сплавов из дисперсных отходов на основе алюминия. Известия вузов. Цветная металлургия. 2020;(5):53—62.

2. Тимошкин И.Ю., Никитин К.В., Никитин В.И. Основные проблемы и направления в производстве качественных алюминиевых сплавов из рециклируемых металлических отходов. Литейщик России. 2010;(8):24—26.

3. Nannan Shi, Xinyao Peng, Haitao Gao, Zhengyu Wang, Huijie Cui, Chunhua (Charlie) Kong, Hailiang Yu. Investigation on reduced aging time and enhanced tensile properties of Al—Mg—Si sheets by asymmetric cryorolling. JOM: The Journal of the Minerals, Metals & Materials Society. 2025;77:1161—1170. https://doi.org/10.1007/s11837-024-06940-5

4. Utyashev F.Z., Botkin A.V., Volkova E.P., Valiev R.Z. Rational methods of plastic deformation providing formation of ultrafine-grained structure in large-sized products. Reviews on Advanced Materials and Technologies. 2024;6(1):12—23. https://doi.org/10.17586/2687-0568-2024-6-1-12-23

5. Lu C., Yu H.L., Tieu A.K., Li H.J., Godbole A., Zhang S.H. Special rolling techniques for improvement of mechanical properties of ultrafine-grained metal sheets: A review. Advanced Engineering Materials. 2016;18(5):754—769. https://doi.org/10.1002/adem.201500369

6. Kumar Y., Singh H., Tandon P., Basheed G.A., Barik A., Vishwakarma P.N. Enhanced polishing characteristics of Al-6061 via composite magnetic abrasives (EIP—Al2O3) assisted hybrid CMMRF process. Wear. 2024;556— 557:205528. https://doi.org/10.1016/j.wear.2024.205528

7. McPhillimy M., Yakushina E., Blackwell P. Tailoring titanium sheet metal using laser metal deposition to improve room temperature single-point incremental forming. Materials. 2022;15(17):5985. https://doi.org/10.3390/ma15175985

8. Xie Z., Li Z., Tang D., Wang Z., Cui H., Kong C., Yu H. Effects of cryorolling, room temperature rolling, and aging treatment on the mechanical, electrical, and wear properties of a Cu—6Ni—6Sn alloy. Metallurgical and Materials Transactions A. 2024;55:3155—3163. https://doi.org/10.1007/s11661-024-07466-w

9. Zhao S.T., Zhang R.P., Yu Q., Ell J., Ritchie R.O., Minor A.M. Cryoforged nanotwinned titanium with ultrahigh strength and ductility. Science. 2021;373(6561): 1363—1368. https://doi.org/10.1126/science.abe7252

10. Gao C., Wang Y.C., Chen X.W., Li Z., Cai H.N., Langdon T.G. Achieving an excellent combination of strength and plasticity in a low carbon steel through dynamic plastic deformation and subsequent annealing. Materials Science Engineering: A. 2022;842:143051. https://doi.org/10.1016/j.msea.2022.143051

11. Ban Y., Zhou M., Zhang Y., Jia Y., Pang Y., Li Y., Tang S., Li X., Volinsky A.A., Marchenko E.S. Abnormally high work hardening ability and excellent comprehensive properties of copper alloys due to multiple twins and precipitates. Materials & Design. 2023;228:111819. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2023.111819

12. Wang Z.J., Ma M., Qiu Z.X., Zhang J.X., Liu W.C. Microstructure, texture and mechanical properties of AA 1060 aluminum alloy processed by cryogenic accumulative roll bonding. Materials Characterization. 2018;139:269—278. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2018.03.016

13. Raab G., Utyashev F., Asfandiyarov R., Raab A., Aksenov D., Kodirov I., Janeček M., Krajňák T. Physical and technical foundations of the use of alternating free bending for producing long-length semi-products from metals and alloys with improved mechanical properties. Metals. 2020;10(7):879. https://doi.org/10.3390/met10070879

14. Hajizadeh K., Farhad H., Kurzydlowski K.J. Effect of ECAP processing routes on the microstructural characteristics of commercial purity titanium. Applied Physics A. 2023;129:583. https://doi.org/10.1007/s00339-023-06868-8

15. Wongvaranon K., Rojananan S., Thipprakmas S. Characterization of microstructural evolution and mechanical properties of Cu—Ni—Cr alloys deformed by ECAP. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part E: Journal of Process Mechanical Engineering. 2024. https://doi.org/10.1177/09544089241296616

16. Tolcha M.A., Gebrehiwot M., Lemu G.H. Enhancing mechanical properties of cast ingot Al6061 alloy using ECAP process. Journal of Materials Engineering and Performance. 2024;33:13553—13566. https://doi.org/10.1007/s11665-024-09978-3

17. Сергеев С.Н., Сафаров И.М., Корзников А.В., Галеев Р.М., Гладковский С.В., Бородин Е.М. Влияние всесторонней изотермической ковки на структуру и свойства низкоуглеродистой стали 12ГБА. Письма о материалах. 2012;2(3):117—120.

18. Классман Е.Ю., Галиева Э.В., Валитов В.А., Лутфуллин Р.Я. Всесторонняя изотермическая ковка сплавов на основе никеля и титана. Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2022;19(4):532—538.

19. Al-Zubaydi A.S., Gao N., Džugan J., Podaný P., Chen Y., Reed P.A. Fracture behaviour assessment of the additively manufactured and HPT-processed Al—Si—Cu alloy. Materials Science and Technology. 2024;41(8):592—613. https://doi.org/10.1177/02670836241262477

20. Lee D.H., Choi I.C., Seok M.Y., He J., Lu Z., Suh J.Y., Kawasaki M., Langdon T.G. Nanomechanical behavior and structural stability of a nanocrystalline CoCrFeNiMn high-entropy alloy processed by high-pressure torsion. Journal of Materials Research. 2015;30:2804—2815. https://doi.org/10.1557/jmr.2015.239

21. Son K.T., Cho C.H., Kim M.G., Lee J.W. Two-stage dynamic recrystallization and texture evolution in Al—7Mg alloy during hot torsion. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2024;31: 1900—1911. https://doi.org/10.1007/s12613-024-2877-9

22. Amegadzie M.Y., Bishop D.P. Effect of asymmetric rolling on the microstructure and mechanical properties of wrought 6061 aluminum. Materials Today. 2020;25:101283. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2020.101283

23. Zhao Q., Hu X., Liu X. Analysis of mechanical parameters in multi-pass asymmetrical rolling of strip by slab method. Materials. 2023;16(18):6286. https://doi.org/10.3390/ma16186286

24. Кожевников А.В., Смирнов А.С., Платонов Ю.В., Кожевникова И.А., Жиленко С.В. Имитационное моделирование устойчивости асимметричной прокатки стальной полосы. Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2022;78(10):865—871.

25. Песин А.М., Пустовойтов Д.О., Сверчков А.И., Корнилов Г.П. Экспериментальное опробование технологии асимметричной холодной прокатки ленты из высокоуглеродистых марок сталей для исключения операций промежуточного отжига. Черные металлы. 2022;1091(11):28—35.

26. Pesin A., Raab G., Sverchkov A., Pustovoytov D., Kornilov G., Bochkarev A., Pesin I., Nosov L. Development of asymmetric cold rolling technology of highstrength steel grades in order to exclude intermediate annealing operations. Materials Research Proceedings. 2023;32:355—361. https://doi.org/10.21741/9781644902615-40

27. 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.

28. Kozhemyakina A., Pesin A., Pustovoytov D., Nosov L., Baryshnikova A., Lokotunina N., Grachev D. Experimental study of the effect of increasing technological plasticity during asymmetric rolling of aluminum alloys. Materials Research Proceedings. 2023;32:309—316. https://doi.org/10.21741/9781644902615-36

29. Песин А.М., Пустовойтов Д.О., Песин И.А., Кожемякина А.Е., Носов Л.В., Сверчков А.И. Разработка технологических схем асимметричной прокатки алюминиевых лент, обладающих повышенной прочностью и пластичностью. Теория и технология металлургического производства. 2022;41(2):32—40.

30. Biryukova O.D., Pesin A.M., Pustovoitov D.O. Experience in obtaining laminated aluminum composites by asymmetric accumulative roll bonding. Letters on Materials. 2022;12(4):373—378. https://doi.org/10.22226/2410-3535-2022-4-373-378