Создание модели расчета эволюции текстуры и структуры на ранних этапов термомеханической обработки алюминиевых сплавов в том числе добавками переходных металлов

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 18-79-10099

НазваниеСоздание модели расчета эволюции текстуры и структуры на ранних этапов термомеханической обработки алюминиевых сплавов в том числе добавками переходных металлов

Руководитель Арышенский Евгений Владимирович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" , Самарская обл

Конкурс №30 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-102 - Механика технологических процессов

Ключевые слова Алюминий, математическое моделирование, переходные металлы, кристаллографическая структура, субструкутура, термомехническая обработка, реккристаллизация

Код ГРНТИ53.43.39

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Алюминиевые сплавы незаменимы во многих отраслях современной промышленности. Для эффективного получения заданных механических свойств в алюминиевых полуфабрикатах необходимо контролировать формирования структуры и кристаллографической текстуры материала на всем протяжении процесса термомеханической обработки. Так как на процессы эволюции текстуры и структуры действует множество зачастую взаимосвязанных факторов решение такой задачи невозможно без создания современных математических моделей описанных выше процессов. Следует отметить, что Россия по-прежнему имеется передовой опыт в создании новых алюминиевых сплавов и процессов их термомеханической обработки. Широкую известность за рубежом имеют такие специалисты, занимающиеся данной проблематикой, как В.В. Захаров, Н.А. Белов, Л.Л. Рохлин, Т.Д. Ростова, М.А. Дриц, Н.А. Колобнев, Р.З. Валитов, Р.O. Кайбышев и многие другие. При этом к сожалению, в нашей стране практически отсутствуют ученые, основной профиль которых моделирование процессов, происходящих при термомеханической обработки алюминиевых сплавов. Эта проблема в скором времени может стать критической при освоении новых алюминиевых сплавов, так как современные требования к качеству продукции требуют применения цифровых технологий. Учитывая стратегический характер алюминия для российской промышленности не только в целях обороны, но и для освоения крайнего Севера и создания новых транспортных технологий зависимость от зарубежных партнеров крайне нежелательна и поддержка молодых специалистов занимающейся этой проблематикой очень важна для стратегических задач, стоящих перед нашей промышленностью. Те не многие модели, которые у нас есть либо предназначены только для процесса холодной штамповки с учетом уже существующей кристаллографической текстуры, либо пригодны только для расчетов монокристаллического тела. При этом в 90 хх - 00 хх годах Ахенской школой проф. Готштайна (Германия) а также Норвежской школой проф. Неса созданы несколько на сегодняшний день хорошо апробированных моделей формирования структуры и кристаллографической текстуры в алюминиевых сплавах. На сегодняшний день эти модели хорошо апробированы и используются при расчетах различных термомеханических процессов. Однако в тоже время они имеет несколько узких мест. Во-первых, процесс проработки текстуры и структуры на ранних этапах термомеханической обработки пока ещё недостаточно изучен, имеются лишь общее понимание основных закономерностей проработки текстуры и структуры в алюминиевых сплавах, в то время, как многие важные моменты остаются не понятными. Это происходит из-за того, что энергосиловые и геометрические параметры термомеханической обработки и сама структура (литая) существенно отличается от тех, что наблюдаются на последующих этапах. В результате очень часто этот этап не моделируется, а для последующих этапов берутся опытные данные, что снижает эффективность модели и повышает цену их использования. Во-вторых, основные модели были созданы для моделирования термомеханической обработки коммерческих алюминиевых сплавов серий 3ХХХ и 5ХХХ, в то же время, например, в сплавах с добавками переходных металлов Sc, Zr, Hf ... и т.д наблюдается совершенно иная картина эволюции структуры и текстуры. Это связано и с более мелким размерам зерна при литье, а, следовательно, другими особенностями его проработки, другой кинетикой рекристаллизации, и отличием типа зародышей (больше полос сдвига и частиц второй фазы). Поэтому учитывая стратегическую важность для многих отраслей промышленности, алюминиевых сплавов с переходными и редкоземельными металлами из-за их способности к измельчению зерна, а также к образованию упрочняющих наночастиц второй фазы (Al3Sc, Al3Zr), что значительно повышает целый ряд механических свойств. Задача по разработке математической модели эволюции структуры и кристаллографической текстуры при термомеханической обработки данной группы алюминиевых сплавов является актуальной на сегодняшний день. В ходе проекта будет изучена проработка литой структуры, отслеживание момента возникновения и изучения последующей эволюции структуры на уровне зерен и субзерен частиц и текстурных компонент. Особое внимание будет уделено вопросам появления зародышей тех или иных текстурных компонент в переходных металлах. Термомеханическая обработка будет изучаться на примере горячей прокатки, так как именно с ее помощью производится большинство изделий из алюминиевых сплавов микролегированных переходными и редкоземельными металлами, кроме того она имеет сложный процесс, состоящий из актов деформации и нагрева, что ведет к комплексному процессу формированию кристаллографической структуры. Однако полученные результаты при определенных дополнительных исследованиях (в частности использования других моделей для расчета текстур деформации) могут быть расширены на другие процессы термомеханической обработки. Первым сплавом для исследования будет 5182 (Al - основа, Mg ≈4,8 %). Выбор этого сплава, с одной стороны, связан с тем, что его основной легирующий элемент – магний, имея высокую растворимость в алюминиевой матрице, не создает мелких частиц, дисперсоидов, препятствующих рекристаллизации. Второй сплав 1565ч, этот сплав был лишь недавно разработан. Это сплав с еще более высоким содержанием магния (≈5,8 % Mg) и добавками цинка и циркония. Недавние исследования показывают, что рекристаллизация сплава после горячей деформации затруднена. Основной причиной заторможенной рекристаллизации являются мелкие дисперсоиды Al3Zr. Данный сплав разработан с целью обеспечения прочностных характеристик близких к характеристикам термоупрочняемых сплавов, за счет уже упомянутых когерентных наночастиц вторичной фазы. Стоит отметить, что в случае циркония данные частицы несколько крупнее алюминидов скандия. Третий сплав с добавками 1570 высокомагниевый (до 6,3 % Mg) сплав с добавками и циркония и скандия обладает мелкодисперсным распределением частиц Al3Sc, Al3Zr и Al3(Sc1-xZrx), которые в большинстве случаев полностью блокируют рекристаллизацию. В разных сплавах будут превалировать разные зародыши рекристаллизации, например, в сплаве 1565ч следует ожидать действия PSN механизма, а в 1570 активного формирование полос сдвига.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. В. В. Яшин., С. В. Рущиц., Е. В. Арышенский., И. А. Латушкин. Реологические свойства деформируемых алюминиевых сплавов 01570 и АА5182 алюминиевых сплавов 01570 и АА5182в условиях горячей деформации в условиях горячей деформации Цветный металлы Tsvetnye Metally, №3, 64 - 69 (год публикации - 2019)
10.17580/tsm.2019.03.09

2. Яшин В.В., Арышенский Е.В., Хирш Ю., Коновалов С.В., Латушкин И.А. Study of recrystallization kinetics in AA5182 aluminium alloy after deformation of the as-cast structure Materials Research Express, 6(6),066552 (год публикации - 2019)
10.1088/2053-1591/ab085f

3. Арышенский Е.В., Хирш Ю., Яшин В.В., Коновалов С.В., Читнаева Е.С. Study of the recrystallization behaviour of the aluminium 1565ch alloy during hot rolling of the as cast structures Materials Research Express, 6(6), 076524 (год публикации - 2019)
10.1088/2053-1591/ab13b6

4. В.В Яшин , Е.В. Арышенский, С.В. Коновалов, С.В. Воронин, Г.Р. Халимова Изучение особенностей гомогенизации перспективных высокомагниевых алюминиевых сплавов с добавками переходных элементов Сборник тезисов X ежегодной конференции Нанотехнологического общества России, Сборник тезисов X ежегодной конференции Нанотехнологического общества России, т 10, с 15 (год публикации - 2019)

5. Арышенский Е.В., Хирш Ю, Коновалов С.В., Праль У Specific Features of Microstructural Evolution During Hot Rolling of the As-Cast Magnesium-Rich Aluminum Alloys with Added Transition Metal Elements Specific Features of Microstructural Evolution During Hot Rolling of the As-Cast Magnesium-Rich Aluminum Alloys with Added Transition Metal Elements, Metallurgical and Materials Transactions A. – 2019. – V. 50. – №. 12. – С. 5782-5799. (год публикации - 2019)
10.1007/s11661-019-05480-x

6. Яшин В.В., Арышенский Е.В., Коновалов С.В., Воронин С.В., Халимова Г.Р. Study of the specific features, characterising homogenisation of the promising Al-Mg system aluminium alloys with transition elements addition International Journal of Nanotechnology, 16.6-10 (2019): 602-612. (год публикации - 2020)
10.1504/IJNT.2019.106631

7. Е.В. Арышенский, Э.Д. Беглов, Ю. Хирш, В.Ю. Арышенский, С.В. Коновалов Development of the new fast approach for calculation of texture evolution during hot deformation of aluminum alloys Procedia Manufacturing, 37 (2019): 492-499. (год публикации - 2019)
10.1016/j.promfg.2019.12.079

8. Е.В. Арышенский, В.Ю. Арышенский, Э.Д. Беглов, Е.С. Читнаева, С.В. Коновалов Investigation of subgrain and fine intermetallic participles size impact on grain boundary mobility in aluminum alloys with transitional metal addition Materials Today: Proceedings, Volume 19, Part 5, 2019, Pages 2183-2188 (год публикации - 2019)
10.1016/j.matpr.2019.07.370

9. Арышенский Е.В., Хирш Ю, Бажин В.Ю.,Кавалла Р., Прал У. 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, Issue 5. — P. 893-906 (год публикации - 2019)
10.1016/s1003-6326(19)64999-x

10. Яшин В.В., Дриц А.М., Арышенский Е.Ю., Латушкин И.А., Читнаева Е.С. Study of Recrystallization Kinetics of 1565ch Aluminum Alloy during hot deformation MATEC Web of Conferences, 326, 05001 (год публикации - 2020)
10.1051/matecconf/202032605001

11. Яшин В.В., Арышенский Е.В., Дриц А.М., Латушкин И.А. Effect of hafnium transition metal additives on the microstructure of 01570 aluminum alloy Tsvetnye Metally, No 11, 84 - 90 (год публикации - 2020)
10.17580/tsm.2020.11.12

12. Яшин В.В., Арышенский Е.В., Латушкин И.А., Стожаров Д.А. Study of kinetics of the supersaturated solid solution decomposition in alloys of the Al – Mg system with transition elements addition Tsvetnye Metally, No 11, с. 77 - 84 (год публикации - 2020)
10.17580/tsm.2020.11.11

13. Яшин В.В., Латушкин И.А., Кабанов А.С., Арышенский Е.В. How microalloying of the AlMg5 alloy with transition metals (Sc, Zr, Nb) impacts the structure of a cast billet Tsvetnye Metally, Issue 2. — P. 56-61 (год публикации - 2019)
10.17580/tsm.2019.02.09

14. Арышенский Е.В., Коновалов С.В., Тептерев М.С. Изучение влияние кристаллографической ориентации на плотность малоугловых границ и размер субзерна в алюминиевых сплавах с высоким содержанием магния на ранних стадиях термомеханической обработки Сборник трудов XIII ежегодного заседания Научного Совета по физике конденсированных сред при отделении физических наук РАН и научно-практического семинара "Актуальные проблемы физики конденсированных сред", с. 47 (год публикации - 2020)
10.26201/ISSP.2019.45.557/XIII_FKS.039

15. Арышенский Е.В., Коновалов С.В.,Хирш Ю. Investigation of the Intermetallic Compounds Fragmentation Impact on the Formation of Texture during the as Cast Structure Thermomechanical Treatment of Aluminum Alloys metals, vol. 11, issue 3, p.507 (год публикации - 2021)
10.3390/met11030507

16. Арышенский Е, Беглов Э., Коновалов С., Арышенский В., Халимова А. Approach to oriented grain growth accounting during aluminum alloys recrystallization simulation Materials Today: Proceedings (год публикации - 2021)
10.1016/j.matpr.2021.01.017

17. Арышенский Е.В., Коновалов С.В., Гречников Ф.В. ФОРМИРОВАНИЕ ТЕКСТУРЫ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ В ПРОЦЕССАХ ПРОКАТКИ Самара, издательство Самарского университета (год публикации - 2021)

18. Стожаров Д.А.,Яшин В.В.,Арышенский Е.В.,Халимова А.Ф.,Коновалов С.В. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭВОЛЮЦИИ МИКРОСТРУКТУРЫ ПРИ ПРОКАТКЕ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Al–Mg В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ DEFORM 2D Ползуновский вестник, 2020, №2, стр. 140-144 (год публикации - 2020)
10.25712/ASTU.2072-8921.2020.02.026

19. Тептерев М.С.,Арышенский Е.В.,Гук С.В., Баженов В.Е., Дриц А.М., Кавалла Р. Effect of Annealing Conditions on the Evolution of the Grain Structure and Intermetallic Phases in the Cold-Rolled Strip of Aluminum–Magnesium Alloy Physics of Metals and Metallography, 121, 906–913 (2020) (год публикации - 2020)
10.1134/S0031918X20080128

20. Арышенский Е.В. ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ЭВОЛЮЦИИ ТЕКСТУРЫ ПРИ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКЕ В НЕПРЕРЫВНОЙ ГРУППЕ АВИАЦИОННЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ. ЧАСТЬ I Фундаментальные проблемы современного материаловедения, том 17 №3 (2020), стр. 323-329 (год публикации - 2020)
10.25712/ASTU.1811-1416.2020.03.007

21. АРЫШЕНСКИЙ ЕВГЕНИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ЭВОЛЮЦИИ ТЕКСТУРЫ ПРИ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКЕ В НЕПРЕРЫВНОЙ ГРУППЕ АВИАЦИОННЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ. ЧАСТЬ II Фундаментальные проблемы современного материаловедения, ом 17 No3 (2020) (год публикации - 2020)
10.25712/ASTU.1811-1416.2020.03.011

22. Арышенский Е.В., Хирш Ю., Коновалов С.В., Арышенский В.Ю., Дриц А.М. Influence of Mg Content on Texture Development during Hot Plain-Strain Deformation of Aluminum Alloys Metals, 11, 865 (год публикации - 2021)
10.3390/met11060865

23. Яшин В. В., Латушкин И. А., Арышенский Е. В., Читнаева Е. С. Изучение кинетики рекристаллизации алюминиевого сплава 1565ч с низкой степенью проработки литой структуры Цветные металлы, №1, 58-64 (год публикации - 2021)
10.17580/tsm.2021.01.06

24. Арышенский Е.В., Хирш Ю., Беглов Э.Д., Коновалов С.В., Каргин В. Р. Specific of the Recrystallization Driving Force Calculation on the Early Stages of Thermomechanical Treatment of Aluminum Alloys Materials Science Forum (год публикации - 2021)
10.4028/www.scientific.net/MSF.1037.273

Публикации