Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова, Магнитогорск, Россия

А. М. Песин, профессор кафедры технологий обработки материалов, заместитель заведующего лабораторией «Механика градиентных наноматериалов им. А. П. Жиляева», докт. техн. наук, профессор, эл. адрес: pesin@bk.ru

Д. О. Пустовойтов, доцент кафедры технологий обработки материалов, старший научный сотрудник лаборатории «Механика градиентных наноматериалов им. А. П. Жиляева», канд. техн. наук, доцент, эл. почта: pustovoitov_den@mail.ru

Каменск-Уральский металлургический завод, Каменск-Уральский, Россия.
А. В. Разинкин, директор по производству, канд. техн. наук, эл. почта: RazinkinAV@kumz.ru
В. А. Замараев, инженер-технолог, эл. почта: zamaraevva@kumw.ru

Методом горячего кручения с использованием симулятора термомеханических процессов Gleeble 3800 и модуля Torsion выполнено экспериментальное исследование сопротивления деформации алюминий-литиевого сплава 1441 системы Al – Cu – Mg – Li в широком диапазоне эквивалентных (истинных) деформаций (в интервале 0,01–1,0), температур (250–450 ^оС) и скоростей деформации (0,01–50 с^–1), соответствующих условиям горячей прокатки на двухклетевом стане компании DANIELI в АО «Каменск Уральский металлургический завод». Для аппроксимации экспериментальных кривых сопротивления деформации использована табличная зависимость (по точкам), которая может быть применена в специализированных инженерных программах компьютерного моделирования, основанных на методе конечных элементов, например, в программе QForm. Оценка точности аппроксимации экспериментальных кривых выполнена путем сравнения расчетных и экспериментальных значений скручивающего момента М в зависимости от угла скручивания θ при различных температурах (250–450 ^оС) и скоростях деформации (0,01–50 с^–1). Относительная ошибка аппроксимации находилась в пределах ±5 %. Для различных температурно-скоростных условий экспериментально определены значения эквивалентных деформаций, соответствующих началу разрушения материала образца. Показано, что при низкой скорости деформации (0,01 с^–1 и высоких температурах (450–400 ^оС) эквивалентная деформация до разрушения имеет высокое значение и составляет 2,27–2,65. С увеличением скорости деформации до 50 с^–1 и понижением температуры до 250–300 ^оС эквивалентная деформация до разрушения существенно снижается до величины 0,17–0,40. Результаты исследований могут быть использованы для совершенствования и оптимизации технологических режимов горячей прокатки листов и полос из алюминий-литиевого сплава 1441 в условиях двухклетевого стана фирмы «DANIELI» в АО «КУМЗ».

Исследования выполнены за счет гранта Российского научного фонда (соглашение № 23-79-30015) и договора о софинансировании № KK0987F-2023.

1. Фридляндер И. Н., Садков В. В., Сандлер В. C., Федоренко Т. П. Свойства полуфабрикатов из высокотехнологичного Al – Li-сплава 1441 // Технология легких сплавов. 2002. № 4. С. 1–6.
2. Антипов В. В., Оглодкова Ю. С., Селиванов А. А., Лукина Е. А., Зайцев Д. В. Влияние температурно-временных параметров ступенчатого старения на структуру, фазовый состав, механические и коррозионные свойства листов сплава 1441 // Металлы. 2020. № 6. С. 12–22.
3. Каблов Е. Н., Антипов В. В., Сенаторова О. Г., Лукина Н. Ф. Новый класс слоистых алюмостеклопластиков на основе алюминий-литиевого сплава 1441 с пониженной плотностью // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Серия «Машиностроение». 2011. Спецвыпуск. С. 174–183.
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. С. 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. Vol. 33. P. 3597–3611.
6. El Arbi Hajjioui, Kenza Bouchaala, Mustapha Faqir, Elhachmi Essadiqi. A review of manufacturing processes, mecha nical properties and precipitations for aluminum lithium alloys used in aeronautic applications // Heliyon. 2023. Vol. 9. e12565.
7. Антипов В. В., Лавро Н. А., Сухоиваненко В. В., Сенаторова О. Г. Опыт применения Al – Li-сплава 1441 и слоистых материалов на его основе в гидросамолетах // Цветные металлы. 2013. № 9. С. 46–50.
8. Gloria A., Montanari R., Richetta M., Varone A. Alloys for aeronautic applications: state of the art and Perspectives // Metals. 2019. Vol. 9, Iss. 6. 662.
9. Bird R. К., Dicus D. L., Fridlyander J. N. Al – Li alloy 1441 for fuselage applications // Materials Science Forum. 2000. Vol. 331–337. P. 907–912. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.331-337.907
10. Rioja R. J., Liu J. The evolution of Al – Li base products for aerospace and space applications // Metallurgical and Materials Transactions A. 2012. Vol. 43, Iss. 9. P. 3325–3337.
11. Петров П. А., Фам В. Н., Бурлаков И. А., Матвеев А. Г., Сапрыкин Б. Ю., Петров М. А., Диксит У. Ш. Повышение надежности и эффективности измерений параметров деформации алюминиевых сплавов на универсальной испытательной машине // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2022. № 3. С. 102–112.
12. Петров П. А., Фам В. Н., Бурлаков И. А., Матвеев А. Г., Сапрыкин Б. Ю., Петров М. А. Построение кривых текучести алюминиевого сплава АМг5 на основе натурного и вычислительного экспериментов // Технология легких сплавов. 2022. № 2. С. 6–74.

13. Peterson L. A., Horstemeyer M. F., Lacy T. E., Moser R. D. Experimental characterization and constitutive modeling of an aluminum 7085-T711 alloy under large deformations at varying strain rates, stress states, and temperatures // Mechanics of Materials. 2020. Vol. 151. 103602.
14. Erpalov M. V., Kungurov E. A. Examination of hardening curves definition methods in torsion test // Solid State Phenomena. 2018. Vol. 284. P. 598–604.
15. Власов А. В., Стебунов С. А., Евсюков С. А., Биба Н. В., Шитиков А. А. Конечно-элементное моделирование технологических процессов ковки и объемной штамповки: учебное пособие. – Москва : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019. – 383 с.