Сибирский государственный индустриальный университет, Новокузнецк, Россия

Е. В. Арышенский, заведующий кафедрой обработки металлов давлением и материаловедения ЕВРАЗ ЗСМК, главный научный сотрудник управления научных исследований, докт. техн. наук, доцент, эл. почта: ar-evgenii@yandex.ru
С. В. Коновалов, проректор по научной и инновационной деятельности, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: konovalov@sibsiu.ru

АО «Самарский металлургический завод», Самара, Россия
Э. Д. Беглов, менеджер, канд. техн. наук, эл. почта: Erkin.Beglov@samara-metallurg.ru

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королева, Самара, Россия
В. Ю. Арышенский, главный научный сотрудник ОНИЛ-43, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: Arysh54@mail.ru

Предложен новый подход к моделированию формирования текстуры в алюминиевых сплавах в процессе их рекристаллизации. В его основе лежит разработанный ранее метод расчета формирования текстуры в ходе деформации, п редполагающий решение задачи о деформации твердого тела на макроуровне методом конечных элементов. В каждом слое с однородным напряженно-деформируемым состоянием задают домен, который разбивают на конечные элементы. Каждому элементу соответствует кристаллит, имеющий определенную кристаллографическую ориентацию. Далее решают задачу о деформации домена на основе граничных условий, полученных из решения на макроуровне. Новый подход к расчету зародышей при рекристаллизации предполагает использование конечных элементов с высоким порядком аппроксимации или разбиением одного кристаллита на несколько конечных элементов. Такой подход позволяет находить области с неоднородностью по деформации и в результате этого более точно определять число и тип зародышей рекристаллизованной структуры. Модель способна прогнозировать число зародышей, образующихся на границах новых зерен, сдвиговых и кубических полосах, а также в областях с искажениями кристаллической решетки из-за присутствия в структуре интерметаллидов. Для проверки адекватности модели решили задачу о формировании текстуры при самоотжиге в рулоне сплава АА8011 после его горячей прокатки в непрерывной группе клетей. Сплав АА8011 относится к деформируемым сплавам системы Al – Fe, которые склонны к образованию острой текстуры куба, поэтому правильный расчет зародышей данной ориентировки для сплава АА8011 является актуальной задачей. Результаты показали, что без учета неоднородности деформации модель предсказывает меньшее число кубических текстур и большее число текстур β-волокна по сравнению с экспериментальными данными. Учет неоднородности деформации позволяет точнее прогнозировать долю текстур куба и β-волокна. При этом для расчета количества текстуры Госса, предложенный метод требует доработки.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда, проект 24-19-00590, https://rscf.ru/project/24-19-00590/.

1. Alattar A. L., Nikitina L. N., Bazhin V. Y. Increase in the physicomechanical properties of aluminum alloys reinforced with boron carbide particles // Russian Metallurgy (Metally). 2023. Vol. 2023. No. 6. P. 688–694.
2. Лебедев А. Б., Бажин В. Ю., Жадовский И. Т. Физико-химический процесс саморассыпания спека с получением оксида алюминия и γ-ортосиликата кальция // Цветные металлы. 2024. № 2. С. 80–86.
3. Bazhin V. Y., Savchenkov S. A., Gordevnin N. A. Investigation of the ytterbium reduction process in the synthesis of Al – Yb master alloys for the modification of aluminum alloys // Non-Ferrous Metals. 2022. No. 2. P. 65–72.

4. Деев В. Б., Прусов Е. С., Ри Э. Х., Шабалдин И. В. Модифицирование литых алюмоматричных композиционных материалов барием // Цветные металлы. 2024. № 4. С. 15–20.
5. Дударева Н. Ю., Коломейченко А. В., Деев В. Б. Коррозионная стойкость керамических покрытий, формируемых микродуговым оксидированием на алюминиевом сплаве АК4-1 // Цветные металлы. 2024. № 3. С. 26–33.
6. Deev V., Prusov E., Ri E., Prihodko O. et al. Effect of melt overheating on structure and mechanical properties of Al – Mg – Si cast alloy // Metals. 2021. Vol. 11, Iss. 9. 1353.
7. Цыденов К. А., Белов Н. А., Щербакова О. О., Муравьева Т. И. Совместное влияние Fe, Si, Mg и Zn на структуру и механические свойства листового проката сплава Al – 2 % Cu – 1,5 % Mn // Цветные металлы. 2024. № 3. С. 57–65.
8. Akopyan T. K., Belov N. A., Letyagin N. V., Sviridova T. A. et al. New quaternary eutectic Al – Cu – Ca – Si system for designing precipitation hardening alloys // Journal of Alloys and Compounds. 2024. Vol. 993. 174695.
9. Belov N., Akopyan T., Naumova E., Doroshenko V. et al. Formation and characterization of Al10CaFe2 compound in Al – Ca – Fe alloys // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2024. Vol. 34, Iss. 2. P. 361–377.
10. Гречников Ф. В., Ерисов Я. А. Научные основы создания листовых материалов для аэрокосмической техники с заданной кристаллографией структуры // Металловедение и термическая обработка металлов. 2018. № 1. С. 15–19.
11. Гречников Ф. В. Деформирование анизотропных материалов: Резервы интенсификации. — М. : Машиностроение, 1998. — 445 с.
12. Engler O. Effect of precipitation state on pla stic anisotropy in sheets of the age-hardenable aluminium alloys AA 6016 and AA 7021 // Materials Science and Engineering: A. 2022. Vol. 830. 142324.
13. Engler O., Knarbakk K. Temper rolling to control texture and earing in aluminium alloy AA 5050A // Journal of Materials Processing Technology. 2021. Vol. 288. 116910.
14. Engler O., Hirsch J. Polycrystal-plasticity simulation of six and eight ears in deep-drawn aluminum cups // Materials Science and Engineering: A. 2007. Vol. 452. P. 640–651.
15. Engler O. Control of texture and earing in aluminium alloy AA 3105 sheet for packaging applications // Materials Science and Engineering: A. 2012. Vol. 538. P. 69–80.
16. Хирш Ю., Гречникова А. Ф., Арышенский Е. В., Дриц А. М. Особенности эволюции микроструктуры и кристалло графической текстуры при изготовлении алюминиевых лент для производства пищевых контейнеров. Часть 2 // Цветные металлы. 2018. № 11. С. 62–69.
17. Grechnikov F. V., Erisov Y. A. Scientific foundations for creation of sheet materials with specified crystallography of structure for aerospace applications // Metal Science and Heat Treatment. 2018. Vol. 60. P. 13–17.
18. Engler O., Hirsch J. Control of recrystallisation texture and texture-related properties in industrial production of aluminium sheet // International Journal of Materials Research. 2009. Vol. 100, Iss. 4. P. 564–575.
19. Арышенский Е. В. Механизмы и закономерности формирования текстуры и свойств в деформируемых алюминиевых сплавах при рекристаллизации в процессах термомеханической обработки : дис. … докт. техн. наук. — Самара, 2021. — 327 с.
20. Hu Y., Miodownik M. A., Randle V. Experimental and computer model investigations of microtexture evolution of non-oriented silicon steel // Materials Science and Technology. 2008. Vol. 24, Iss. 6. P. 705–710.
21. Anderson M. P., Grest G. S., Srolovitz D. J. Computer simulation of normal grain growth in three dimensions // Philosophical Magazine B. 1989. Vol. 59, Iss. 3. P. 293–329.
22. Raabe D. Cellular automata in materials science with particular reference to recrystallization simulation //Annual Review of Materials Research. 2002. Vol. 32, Iss. 1. P. 53–76.
23. Rajmohan N., Szpunar J. A. A new model for recrystallization of heavily cold-rolled aluminum using orientation-dependent stored energy // Acta Materialia. 2000. Vol. 48, Iss. 13. P. 3327–3340.
24. Brahme A. et al. Modeling texture evolution during recrystallization in aluminum // Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering. 2008. Vol. 17, Iss. 1. 015005.
25. Adam K. F., Long Z., Field D. P. Analysis of particle-stimulated nucleation (PSN)-dominated recrystallization for hot-rolled 7050 aluminum alloy // Metallurgical and Materials Transactions A. 2017. Vol. 48. P. 2062–2076.
26. Aryshenskii E., Hirsch J., Yashin V., Konovalov S. et al. Influence of local inhomogeneity of thermomechanical treatment conditions on microstructure evolution in aluminum alloys // Journal of Materials Engineering and Performance. 2018. Vol. 27. P. 6780–6799.
27. Crumbach M., Goerdeler M., Gottstein G. Modelling of recrystallisation textures in aluminium alloys: I. Model set-up and integration // Acta Materialia. 2006. Vol. 54, Iss. 12. P. 3275–3289.
28. Sebald R., Gottstein G. Modeling of recrystallization textures: interaction of nucleation and growth // Acta Materialia. 2002. Vol. 50, Iss. 6. P. 1587–1598.
29. Adam K., Zöllner D., Field D. P. 3D microstructural evolution of primary recrystallization and grain growth in cold rolled singlephase aluminum alloys // Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 26, Iss. 3. 035011.
30. Adam K. F., Field D. P. Analyzing recrystallization behavior of heterogeneous structures single-phase Al alloys // Acta Materialia. 2021. Vol. 19. 101190.
31. Vatne H. E., Furu T., Ørsund R., Nes E. Modelling recrystallization after hot deformation of aluminium // Acta Materialia. 1996. Vol. 44, Iss. 11. P. 4463–4473.
32. Арышенский Е. В., Коновалов С. В., Арышенский В. Ю., Беглов Э. Д. Разработка метода математического моделирования текстурных составляющих при прокатке // Цветные металлы. 2023. № 6. С. 65–72.
33. Vatne H. E., Nes E., Daaland O. On the formation of cube texture in aluminium // Materials Science Forum. 1994. Vol. 157. P. 1087–1094.
34. Aryshenskii E., Hirsch J., Bazhin V., Kawalla R. et al. Impact of Zener-Hollomon parameter on substructure and texture evolution during thermomechanical treatment of iron-containing wrought aluminium alloys // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2019. Vol. 29, Iss. 5. P. 893–906.
35. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2023619644. Программа def_domen_rx для моделирования формирования текстуры и размера рекристаллизованого зерна при горячей прокатке алюминиевых сплавов / Арышенский Е. В., Беглов Э. Д., Арышенский В. Ю., Коновалов С. В. ; заявл. 18.04.2023 ; опубл. 12.05.2023.
36. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2020618308, Программа rx_tx_fro для расчета температурного режима и преимущественных кристаллографических ориен тировок с представлением в виде функции распределения ориентировок (ФРО) при горячей, много проходной прокатке алюминиевых сплавов / Арышенский В. Ю., Арышенский Е. В., Беглов Э. Д., Кауров А. Ю., Осинцев К. А. ; заявл. 07.07.2020; опубл. 23.07.2020
37. Engler O. On the influence of dispersoids on the particle stimulated nucleation of recrystallization in an Al – Fe – Si model alloy // Materials Science Forum. 1998. Vol. 273. P. 483–488.