vsgiuВестник Сибирского государственного индустриального университетаBulletin of the Siberian State Industrial University2304 - 44972307-1710Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет"vsgiu-632Research ArticleМеталлургия и материаловедениеMetallurgy and Materials ScienceИССЛЕДОВАНИЕ С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ КОНТАКТНОГО УПРОЧНЕНИЯ АЛЮМИНИЕВОЙ ПРОСЛОЙКИ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ МАГНИЕВО-АЛЮМИНИЕВЫХ КОМПОЗИТОВA COMPUTER SIMULATION STUDY OF CONTACT HARDENING OF ALUMINUM INTERLAYER DURING TENSILE STRESSING OF MAGNESIUM-ALUMINUM COMPOSITESГуревичЛ.М.GurevichL.M.vestnicsibgiu@sibsiu.ruТрыковЮ.П.TrykovYu.P.vestnicsibgiu@sibsiu.ruА.А. ГоликА.А.GolikA.A.vestnicsibgiu@sibsiu.ruПономареваИ.А.PonomarevaI.A.vestnicsibgiu@sibsiu.ruАрисоваВ.Н.ArisovaV.N.vestnicsibgiu@sibsiu.ruВолгоградский государственный технический университетРоссияVolgograd State Technical UniversityRussian Federation201402102025032328Copyright © Гуревич Л., Трыков Ю., А.А. Голик А., Пономарева И., Арисова В., 20252025Гуревич Л., Трыков Ю., А.А. Голик А., Пономарева И., Арисова В.Gurevich L., Trykov Y., Golik A., Ponomareva I., Arisova V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibsiu.ru/jour/article/view/632

При сварке плавлением магния с алюминием образуются хрупкие интерметаллиды, резко снижающие работоспособность конструкций, поэтому обычно используются сваренные взрывом магниево-алюминиевые переходники различных конструкций. Наиболее часто используют два типа соединений: 1) композиция МА2-1–АД1–АМг6, применяемая для эксплуатации при температурах от –196 до +100 °С, не допускающая при дуговой сварке перегрева границы АД1–МА2-1; 2) четырехслойная композиция МА2-1–ВТ1-0–АД1–АМг6, рассчитанная на эксплуатацию в диапазоне температур от –196 до +500 °С. Прочность таких соединений в направлении, нормальном границе раздела слоев, определяется свойствами наиболее слабого из составляющих материалов, которым обычно является прослойка алюминия, играющим роль буфера пластичности и диффузионного барьера. С уменьшением толщины прослойки (ее обычно характеризуют относительной толщиной χ = h/d, где h – толщина прослойки, d – диаметр испытываемого образца) начинает проявляться эффект контактного упрочнения. Для расчета прочности композитов с мягкими прослойками ранее разработан графоаналитический метод, обеспечивающий приемлемые для практики результаты. После разработки метода конечных элементов и создания на его основе пакетов компьютерных программ, например SIMULIA/ABAQUS, появилась возможность более точного моделирования поведения различных процессов – от гидродинамических потоков расплавов металлов и температурных полей в нагреваемых слябах под прокатку до деформации композиционных материалов с резко различающимися по прочностным характеристикам слоями.

Fusion welding of magnesium and aluminum results in the formation of brittle intermetallic compounds, which significantly reduce the performance of the structures. Therefore, explosion-welded magnesium-aluminum adapters of various designs are commonly used. Two types of joints are most commonly used: 1) the MA2-1–AD1–AMg6 composite, suitable for operation at temperatures ranging from –196 to +100 °C, preventing overheating of the AD1–MA2-1 interface during arc welding; 2) the four-layer MA2-1–VT1-0–AD1–AMg6 composite, designed for operation in the temperature range from –196 to +500 °C. The strength of such joints in the direction normal to the interface between the layers is determined by the properties of the weakest of the constituent materials, which is usually the aluminum interlayer, which acts as a ductility buffer and diffusion barrier. As the interlayer thickness decreases (usually characterized by the relative thickness χ = h/d, where h is the interlayer thickness and d is the diameter of the test specimen), the contact hardening effect begins to manifest itself. A graph-analytical method was previously developed for calculating the strength of composites with soft interlayers, providing results acceptable for practical use. The development of the finite element method and the creation of software packages based on it, such as SIMULIA/ABAQUS, has made it possible to more accurately model the behavior of various processes—from hydrodynamic flows of molten metals and temperature fields in heated slabs for rolling to the deformation of composite materials with layers that differ significantly in strength characteristics.

ReferencesТ р ы к о в Ю.П., Г у р е в и ч Л.М., Ш м о р г у н В.Г. Слоистые композиты на основе алюминия и его сплавов. – М.: Металлургия, 2004. – 230 c.Т р ы к о в Ю.П., Г у р е в и ч Л.М., Ш м о р г у н В.Г. Слоистые композиты на основе алюминия и его сплавов. – М.: Металлургия, 2004. – 230 c.Т р ы к о в Ю.П., Г у р е в и ч Л.М., П р о н и ч е в Д.В. Композиционные пе-реходники. – Волгоград: РПК «Политех-ник», 2007. – 328 с.Т р ы к о в Ю.П., Г у р е в и ч Л.М., П р о н и ч е в Д.В. Композиционные пе-реходники. – Волгоград: РПК «Политех-ник», 2007. – 328 с.Ф е й л е р С.В., П р о т о п о п о в Е.В., К о м ш у к о в В.П., Г а н з е р Л.А. Разработка математической модели и численные расчеты гидродинамических потоков стали в промежуточном ковше машины непрерывного литья заготовок // Изв. вуз. Черная металлургия. 2008. № 12. С. 15 – 21.Ф е й л е р С.В., П р о т о п о п о в Е.В., К о м ш у к о в В.П., Г а н з е р Л.А. Разработка математической модели и численные расчеты гидродинамических потоков стали в промежуточном ковше машины непрерывного литья заготовок // Изв. вуз. Черная металлургия. 2008. № 12. С. 15 – 21.П е р е т я т ь к о В.Н., Т е м л я н ц е в Н.В., Т е м л я н ц е в М.В., М и х а й л е н- к о Ю.Е. Нагрев стальных слябов: учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 150100 – Металлургия. – М.: Теплотехник, 2008. – 178 с.П е р е т я т ь к о В.Н., Т е м л я н ц е в Н.В., Т е м л я н ц е в М.В., М и х а й л е н- к о Ю.Е. Нагрев стальных слябов: учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 150100 – Металлургия. – М.: Теплотехник, 2008. – 178 с.Г у р е в и ч Л. М., Т р ы к о в Ю.П., А р и с о в а В.Н., П о н о м а р е в а И.А., Г о л и к А.А. Моделирование контактного упрочнения в магниево-алюминиевых композитах // Известия ВолгГТУ. Серия Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении. Вып. 9. № 9 (136). 2014. С. 72 – 76.Г у р е в и ч Л. М., Т р ы к о в Ю.П., А р и с о в а В.Н., П о н о м а р е в а И.А., Г о л и к А.А. Моделирование контактного упрочнения в магниево-алюминиевых композитах // Известия ВолгГТУ. Серия Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении. Вып. 9. № 9 (136). 2014. С. 72 – 76.J o h n s o n G.R., C o o k W.H. Aconstitu-tivemodelanddataformetalssubjectedtolarg-estrains, highstrainratesandhightemperatures // Proc. of 7th Symposium on Ballistics, Hague, Netherlands, 1983. P. 541 – 547.J o h n s o n G.R., C o o k W.H. Aconstitu-tivemodelanddataformetalssubjectedtolarg-estrains, highstrainratesandhightemperatures // Proc. of 7th Symposium on Ballistics, Hague, Netherlands, 1983. P. 541 – 547.J o h n s o n G.R., C o o k W.H. Fracture characteristics of three metals subjected to various strains, strain rates, temperatures, and pressures // Engineering Fracture Me-chanics. 1985. Vol. 21. P. 31 – 48.J o h n s o n G.R., C o o k W.H. Fracture characteristics of three metals subjected to various strains, strain rates, temperatures, and pressures // Engineering Fracture Me-chanics. 1985. Vol. 21. P. 31 – 48.К у з ь к и н В.А., М и х а л ю к Д.С. Применение численного моделирования для идентификации параметров модели Джонсона–Кука при высокоскоростном деформировании алюминия // Вычислительная механика сплошных сред. 2010. Т. 3. № 1. С. 32 – 43.К у з ь к и н В.А., М и х а л ю к Д.С. Применение численного моделирования для идентификации параметров модели Джонсона–Кука при высокоскоростном деформировании алюминия // Вычислительная механика сплошных сред. 2010. Т. 3. № 1. С. 32 – 43.G i r a u d E., R o s s i F., G e r m a i n G., O u t e i r o J.C. Constitutive Modelling of AZ31B-O Magnesium Alloy for Cryogenic Machining // 14th CIRP Conference on Modeling of Machining Operations (CIRP CMMO), (CIRP CMMO), Italy (2013). DOI : 10.1016/j.procir. 2013.06.144.G i r a u d E., R o s s i F., G e r m a i n G., O u t e i r o J.C. Constitutive Modelling of AZ31B-O Magnesium Alloy for Cryogenic Machining // 14th CIRP Conference on Modeling of Machining Operations (CIRP CMMO), (CIRP CMMO), Italy (2013). DOI : 10.1016/j.procir. 2013.06.144.Abaqus 6.12. Analysis User`s Manual. Vol. 1. Part 1. Introduction, spatial modeling and execution. DassaultSystиmesSimulia Corp., Providence, RI, USA, 2012. – 831 p.Abaqus 6.12. Analysis User`s Manual. Vol. 1. Part 1. Introduction, spatial modeling and execution. DassaultSystиmesSimulia Corp., Providence, RI, USA, 2012. – 831 p.Г у р е в и ч Л.М., Т р ы к о в Ю.П., Г о - л и к А.А. Моделирование контактного упрочнения титано-стального композита с мягкой прослойкой /// Известия ВолгГТУ. Серия Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении. Вып. 9. № 9 (136). 2014. С. 68 – 72.Г у р е в и ч Л.М., Т р ы к о в Ю.П., Г о - л и к А.А. Моделирование контактного упрочнения титано-стального композита с мягкой прослойкой /// Известия ВолгГТУ. Серия Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении. Вып. 9. № 9 (136). 2014. С. 68 – 72.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.