Simulation of the rolling process of a laminated composite AMg3/D16/AMg3

Cover Page

Cite item

Abstract

Introduction. Over the past decades, laminated composites based on aluminum alloys have been increasingly used in the aerospace and automotive industries. Laminated composites are usually produced by accumulative roll bonding, which results in the metallurgical bonding of initially prepared sheets. Hence, the main task of accumulative roll bonding is to obtain a reliable bond between materials. However, at present, the process of joining similar or dissimilar materials by plastic deformation is still a poorly understood phenomenon. In this regard, in recent years, methods of finite element modeling of the processes of joining materials have begun to develop intensively. The purpose of the work is to establish a relationship between stress-strain state parameters and the formation of a stable bond between aluminum alloys of different compositions. To achieve this goal, the following tasks are formulated: 1. Simulation of the laminated composite “AMg3/D16/AMg3” rolling process using data corresponding to physical experiments carried out at the Institute of Engineering Science of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences; 2. Selection and analysis of the most important stress-strain state parameters of the laminated composite “AMg3/D16/AMg3” rolling process. Research methods. Process simulation system Deform-3D was chosen as the main research tool. Results and Discussion. An analysis of the coordinate grid distortion and velocity vectors of material flow of layers revealed that the deformation is distributed inhomogeneously in the cross section after rolling: the outer layers flow more intensively compared to the middle layer. The maximum scatter of strain intensity ei in the cross section, observed at a maximum reduction ratio of 75%, is 12%. This allows one to accept for analytical calculations in the first approximation the assumption of deformation uniformity. A relationship is established between the beginning of the formation of a bond between composite layers and the threshold expansion of the contact surface and normal pressure at the interlayer boundary. In the final part of the study, future directions for improving the approaches of simulation the laminated composites rolling processes are proposed.

About the authors

D. R. Salikhyanov

Email: d.r.salikhianov@urfu.ru
Ph.D. (Engineering), Associate Professor, 1. Institute of New Materials and Technologies, Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin, 19 Mira Str., Ekaterinburg, 620002, Russian Federation; 2.Institute of Engineering Science, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 34 Komsomolskaya Str., Ekaterinburg, 620049, Russian Federation; d.r.salikhianov@urfu.ru

N. S. Michurov

Email: n.michurov@ya.ru
1. Institute of Engineering Science, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 34 Komsomolskaya Str., Ekaterinburg, 620049, Russian Federation; 2. Ural Institute of State Fire Service of EMERCOM of Russia, 22 Mira Str., Ekaterinburg, 620062, Russian Federation; n.michurov@ya.ru

References

  1. Williams J.C., Starke E.A. Progress in structural materials for aerospace systems // Acta Materialia. – 2003. – Vol. 51. – P. 5775–5799. – doi: 10.1016/j.actamat.2003.08.023.
  2. Ghalehbandi S.M., Malaki M., Gupta M. Accumulative roll bonding – A Review // Applied Sciences. – 2019. – Vol. 9. – P. 3627. – doi: 10.3390/app9173627.
  3. Salikhyanov D. Contact mechanism between dissimilar materials under plastic deformation // Comptes Rendus Mecanique. – 2019. – Vol. 347. – P. 588–600. – doi: 10.1016/j.crme.2019.07.002.
  4. Jamaati R., Toroghinejad M.R. Cold roll bonding bond strengths: review // Materials Science and Technology. – 2011. – Vol. 27, iss. 7. – P. 1101–1108. – doi: 10.1179/026708310X12815992418256.
  5. Li L., Nagai K., Yin F. Progress in cold roll bonding of metals // Science and Technology of Advanced Materials. – 2008. – Vol. 9. – P. 023001. – doi: 10.1088/1468-6996/9/2/023001.
  6. Jamaati R., Toroghinejad M.R. The role of surface preparation parameters on cold roll bonding of aluminum strips // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2011. – Vol. 20. – P. 191–197. – doi: 10.1007/s11665-010-9664-7.
  7. Madaah-Hosseini H.R., Kokabi A.H. Cold roll bonding of 5754-aluminum strips // Materials Science and Engineering A. – 2002. – Vol. 335. – P. 186–190. – doi: 10.1016/S0921-5093(01)01925-6.
  8. Heydari Vini M., Sedighi M., Mondali M. Investigation of bonding behavior of AA1050/AA5083 bimetallic laminates by roll bonding technique // Transactions of the Indian Institute of Metals. – 2018. – Vol. 71, iss. 9. – P. 2089–2094. – doi: 10.1007/s12666-017-1058-1.
  9. Heydari Vini M., Daneshmand S., Forooghi M. Roll bonding properties of Al/Cu bimetallic laminates fabricated by the roll bonding technique // Technologies. – 2017. – Vol. 5 (2). – P. 32. – doi: 10.3390/technologies5020032.
  10. Govindaraj N.V., Lauvdal S., Holmedal B. Tensile bond strength of cold roll bonded aluminium sheets // Journal of Materials Processing Technology. – 2013. – Vol. 213. – P. 955–960. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2013.01.007.
  11. Huang M.N., Tzou G.Y., Syu S.W. Investigation on comparisons between two analytical models of sandwich sheet rolling bonded before rolling // Journal of Materials Processing Technology. – 2003. – Vol. 140. – P. 598–603. – doi: 10.1016/S0924-0136(03)00799-4.
  12. Danesh Manesh H., Karimi Taheri A. Theoretical and experimental investigation of cold rolling of tri-layer strip // Journal of Materials Processing Technology. – 2005. – Vol. 166. – P. 163–172. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2004.08.010.
  13. An investigation of interface bonding of bimetallic foils by combined accumulative roll bonding and asymmetric rolling techniques / H. Yu, A. Kiet Tieu, Ch. Lu, A. Godbole // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2014. – Vol. 45A. – P. 4038–4045. – doi: 10.1007/s11661-014-2311-4.
  14. Joining by plastic deformation / K.-I. Mori, N. Bay, L. Fratini, F. Micari, A.E. Tekkaya // CIRP Annals – Manufacturing Technology. – 2013. – Vol. 62. – P. 673–694. – doi: 10.1016/j.cirp.2013.05.004.
  15. A finite element framework for the evolution of bond strength in joining-by-forming processes / M. Bambach, M. Pietryga, A. Mikloweit, G. Hirt // Journal of Materials Processing Technology. – 2014. – Vol. 214. – P. 2156–2168. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2014.03.015.
  16. 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. – Vol. 214. – P. 2146–2155. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2014.03.014.
  17. Modeling of joining by plastic deformation using a bonding interface finite element / K. Khaledi, Sh. Rezaei, S. Wulfinghoff, S. Reese // International Journal of Solids and Structures. – 2019. – Vol. 160. – P. 68–79. – doi: 10.1016/j.ijsolstr.2018.10.014.
  18. Khaledi K., Brepols T., Reese S. A multiscale description of bond formation in cold roll bonding considering periodic cracking of thin surface films // Mechanics of Materials. – 2019. – Vol. 137. – P. 103142. – doi: 10.1016/j.mechmat.2019.103142.
  19. Salikhyanov D., Kamantsev I., Michurov N. Technological shells in rolling processes of thin sheets from hard-to-deform materials // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2023. – doi: 10.1007/s11665-023-07834-4.
  20. Буркин С.П., Бабайлов Н.А., Овсянников Б.В. Сопротивление деформации сплавов Al и Mg: справочное пособие. – Екатеринбург: УрФУ, 2010. – 344 с. – ISBN 978-5-321-01755-5.
  21. Bay N. Mechanisms producing metallic bonds in cold welding // Welding Research Supplement. – 1983. – N 5. – P. 137–142.
  22. A microscale finite element model for joining of metals by large plastic deformations / K. Khaledi, Sh. Rezaei, S. Wulfinghoff, S. Reese // Comptes Rendus Mecanique. – 2018. – Vol. 346. – P. 743–755. – doi: 10.1016/j.crme.2018.05.005.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».