Инвариантные показатели напряженного состояния при кузнечной осадке магния в оболочке

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Для обработки давлением малопластичных металлов приходится разрабатывать специальные приемы повышения пластичности. В холодном состоянии повышение пластических свойств возможно за счет повышения уровня сжимающих напряжений в процессе деформации. В процессах кузнечной осадки это достигается применением оболочек или обойм различного вида. При этом конфигурация инструмента для осадки тоже имеет значение. Для создания дополнительных напряжений сжатия и повышения пластичности металла рабочую поверхность инструмента можно конфигурировать иначе, чем при обычной свободной осадке, где она заведомо больше площади контактной поверхности заготовки, чтобы могло происходить уширение металла. Напряженное состояние оказывает большое влияние на пластичность обрабатываемого материала. Это состояние описывается методами тензорного представления, но для оценки ситуации принято применять инварианты тензоров в том или ином виде, что устраняет влияние координат на результаты анализа. В разделах механики деформируемого тела, касающихся влияния напряженного состояния на пластичность, используют первый, но иногда и другие инварианты тензора напряжений, сами инварианты трансформированы в показатель напряженного состояния и коэффициент Лоде. Цель работы: математическая оценка инвариантных показателей напряженного состояния процесса осадки магния при комнатной температуре, по результатам которых удалось получить положительный результат в условиях реальных экспериментов. Методы исследования: конечно-элементное моделирование с помощью программного модуля DEFORM. Результаты и обсуждение. Выполнено теоретическое обоснование повышения пластичности магниевой заготовки в процессе осадки в обойме без ее обжатия. Выявлено повышение показателя напряженного состояния по модулю в 2…5 раз, что способствует повышению пластичности металла. В то же время выявлена зона с коэффициентом Лоде, близким к нулю. Она прилегает к середине высоты заготовки в месте контакта с обоймой и может являться опасным сечением с позиции возникновения трещинообразования.

Об авторах

Ю. Н. Логинов

Email: j.n.loginov@urfu.ru
доктор техн. наук, профессор, 1. Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, ул. Мира, 19, г. Екатеринбург, 620002, Россия; 2. Институт физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН, ул. Софьи Ковалевской, 18, г. Екатеринбург, 620137, Россия, j.n.loginov@urfu.ru

Ю. В. Замараева

Email: zamaraevajulia@yandex.ru
Институт физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН, zamaraevajulia@yandex.ru

Список литературы

  1. Kudiiarov V.N., Lider А.М., Harchenko S.Y. Hydrogen accumulation in technically pure titanium alloy at saturation from gas atmosphere // Advanced Materials Research. – 2014. – Vol. 880. – P. 68–73. – doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/AMR.880.68' target='_blank'>www.scientific.net/AMR.880.68.
  2. Fundamentals and advances in magnesium alloy corrosion / M. Esmaily, J.E. Svensson, S. Fajardo, N. Birbilis, G.S. Frankel, S. Virtanen, R. Arrabal, S. Thomas, L.G. Johansson // Progress in Materials Science. – 2017. – Vol. 89. – P. 92–193. – doi: 10.1016/j.pmatsci.2017.04.011.
  3. Proust G. Processing magnesium at room temperature // Science. – 2019. – Vol. 364 (6448). – P. 30–31. – doi: 10.1126/science.aax9732.
  4. Microstructure and mechanical properties in an AZ31 magnesium alloy sheet fabricated by asymmetric hot extrusion / L.L. Chang, Y.N. Wang, X. Zhao, J.C. Huang // Materials Science and Engineering: A. – 2008. – Vol. 496, iss. 1–2. – P. 512–516. – doi: 10.1016/j.msea.2008.06.015.
  5. Логинов Ю.Н., Каменецкий Б.И., Замараева Ю.В. Межслойное взаимодействие при осадке биметаллической заготовки // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. – 2019. – № 7. – С. 41–45.
  6. An effective approach called the composite extrusion to improve the mechanical properties of AZ31 magnesium alloy sheets / F. Pan, Q. Wang, B. Jiang, J. He, Y. Chai, J. Xu // Materials Science and Engineering: A. – 2016. – Vol. 655. – P. 339–345. – doi: 10.1016/j.msea.2015.12.098.
  7. Khanawapee U., Butdee S. A study of barreling and DEFORM 3D simulation in cold upsetting of bi-material // Materials Today: Proceedings. – 2020. – Vol. 26, pt. 2. – P. 1262–1270. – doi: 10.1016/j.matpr.2020.02.252.
  8. Malcher L., Mamiya E.N. An improved damage evolution law based on continuum damage mechanics and its dependence on both stress triaxiality and the third invariant // International Journal of Plasticity. – 2014. – Vol. 56. – P. 232–261. – doi: 10.1016/j.ijplas.2014.01.002.
  9. Asymmetric yield function based on the stress invariants for pressure sensitive metals / J.W. Yoon, Y. Lou, J. Yoon, M.V. Glazoff // International Journal of Plasticity. – 2014. – Vol. 56. – P. 184–202. – doi: 10.1016/j.ijplas.2013.11.008.
  10. Experiments on stress-triaxiality dependence of material behavior of aluminum alloys / L. Driemeier, G. Micheli, M. Alves, M. Brünig // Mechanics of Materials. – 2010. – Vol. 42, iss. 2. – P. 207–217. – doi: 10.1016/j.mechmat.2009.11.012.
  11. Effect of the lode parameter in predicting shear cracking of 2024-t351 aluminum alloy Taylor rods / X. Xiao, Z. Mu, H. Pan, Y. Lou // International Journal of Impact Engineering. – 2018. – Vol. 120. – P. 185–201. – doi: 10.1016/j.ijimpeng.2018.06.008.
  12. Mirone G., Corallo D. A local viewpoint for evaluating the influence of stress triaxiality and lode angle on ductile failure and hardening // International Journal of Plasticity. – 2010. – Vol. 26, iss. 3. – P. 348–371. – doi: 10.1016/j.ijplas.2009.07.006.
  13. Каменецкий Б.И., Логинов Ю.Н., Волков А.Ю. Методы и устройства для повышения пластичности хрупких материалов при холодной осадке с боковым подпором // Заготовительные производства в машиностроении. – 2013. – № 9. – С. 15–22.
  14. Получение, структура, текстура и механические свойства сильно деформированных образцов магния / А.Ю. Волков, О.В. Антонова, Б.И. Каменецкий, И.В. Клюкин, Д.А. Комкова, Б.Д. Антонов // Физика металлов и металловедение. – 2016. – Т. 117, № 5. – С. 538–548. – doi: 10.1134/S0031918X16050161.
  15. Каменецкий Б.И., Логинов Ю.Н., Кругликов Н.А. Влияние условий бокового подпора на пластичность магния при холодной осадке // Технология легких сплавов. – 2012. – № 1. – С. 86–92.
  16. Design Environment for forming: website. – 2021. – URL: http://www.DEFORM.com (accessed: 08.02.2021).
  17. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. – Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. техн. ун-та, 2001. – 834 с.
  18. Логинов Ю.Н., Замараева Ю.В., Каменецкий Б.И. Осадка цилиндрической магниевой заготовки в медной оболочке без ее обжатия // Цветные металлы. – 2020. – № 4. – С. 77–82. – doi: 10.17580/tsm.2020.04.09.
  19. Комкова Д.А., Волков А.Ю. Структура и текстура магния после низкотемпературной мегапластической деформации // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. – 2017. – № 3 (41). – С. 70–75.
  20. Narayanasamy R., Pandey K.S. Phenomenon of barrelling in aluminium solid cylinders during cold upset-forming // Journal of Materials Processing Technology. – 1997. – Vol. 70, iss. 1–3. – P. 17–21. – doi: 10.1016/S0924-0136(97)00035-6.
  21. Ganjiani M. A damage model for predicting ductile fracture with considering the dependency on stress triaxiality and Lode angle // European Journal of Mechanics – A/Solids. – 2020. – Vol. 84. – P. 104048. – doi: 10.1016/j.euromechsol.2020.104048.
  22. Смирнов С.В., Вичужанин Д.И., Нестеренко А.В. Комплекс испытаний для исследования влияния напряженного состояния на предельную пластичность металла при повышенной температуре // Вестник ПНИПУ. Механика. – 2015. – № 3. – С. 146–164. – doi: 10.15593/perm.mech/2015.3.11.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии 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».