Effect of process isothermy on a stress-strain state during rolling of bars from titanium alloy

Research output: Contribution to journalArticleResearchpeer-review

Abstract

Выполнено моделирование процесса прокатки заготовки из титанового сплава с использованием специализированного модуля Shape Rolling системы конечно-элементного анализа DEFORM в изотермической и неизотермической постановках. Первый вариант предполагает постоянство температуры заготовки, второй - расчет напряженно-деформированного состояния с учетом изменения температурного поля. Приведено распределение температур прокатываемой заготовки для стационарной стадии процесса. Температурное поле заготовки является неоднородным преимущественно по отношению к ее приповерхностным слоям, которые непрерывно охлаждаются в течение всего времени контакта с валками. Выявлены области деформационного разогрева на стыке контактной и свободной поверхностей. При этом зоны разогрева существуют рядом с зонами захолаживания, что должно создавать большие градиенты деформаций. Показано распределение степени деформации и скорости деформации в плоскости выхода заготовки из валков. Общая особенность поля деформации состоит в наличии менее проработанной центральной области заготовки, где степень деформации находится на уровне 0,26-0,35, и наличии периферийных локальных участков, где степень деформации составляет 0,44-0,53, т. е. на 50-70 % выше. Неизотермическая постановка приводит к большим значениям скорости деформации, чем изотермическая постановка. Приведены графики изменения интенсивности напряжений вдоль траекторий движения частиц металла. Вид графиков объяснен особенностями формирования круглого сечения из заготовки овального сечения. Практическая значимость выполненной работы заключается в выявлении близко расположенных зон локального нагрева и локального охлаждения металла на выходе из очага деформации, на стыке которых возможно появление трещин. Повышение коэффициента вытяжки в процессе прокатки может привести к перегреву в указанных областях с переводом металла из двух- в однофазное состояние с проявлением в последующем эффекта разнозернистости. Расчеты показали, что горячая прокатка титанового сплава по системе овал - круг при коэффициенте вытяжки 1,2 сопровождается появлением близко расположенных зон охлаждения от теплопередачи валкам и зон нагрева от тепла деформации. Выявлено, что повышение температуры от тепла деформации составляет всего 16 оC, и сделан прогноз о возможном значительном ее увеличении при повышении коэффициента вытяжки. При заданном коэффициенте вытяжки общая картина распределения степени деформации и характеристик напряженного состояния мало зависит от учета степени изотермичности процесса. Однако картина распределения скорости деформации показывает существенное различие в местах стыка зон подстуживания и деформационного нагрева, что может привести к появлению трещин.
Translated title of the contributionEffect of process isothermy on a stress-strain state during rolling of bars from titanium alloy
Original languageRussian
Pages (from-to)71-76
Number of pages6
JournalЦветные металлы
Issue number9
DOIs
Publication statusPublished - 1 Jan 2018

Fingerprint

titanium alloys
Titanium alloys
billets
Metals
Heating
heating
cracks
Cracks
nickel alloys
Hot rolling
Nickel alloys
systems analysis
metal particles
particle motion
forecasting
metals
Temperature
temperature
surface layers
inhomogeneity

Keywords

  • Deformation
  • Deformation rates
  • Finite element method
  • Isothermal process
  • Non-isothermal process
  • Section rolling
  • Temperature gradients
  • Titanium alloys

ASJC Scopus subject areas

  • Ceramics and Composites
  • Condensed Matter Physics
  • Physical and Theoretical Chemistry
  • Surfaces, Coatings and Films
  • Metals and Alloys
  • Materials Chemistry

GRNTI

  • 53.00.00 METALLURGY

Level of Research Output

  • VAK List

Cite this

@article{71e0c5c4d7bd4ad480018c6951fd58f6,
title = "ВЛИЯНИЕ ИЗОТЕРМИИ ПРОЦЕССА НА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИ СОРТОВОЙ ПРОКАТКЕ ЗАГОТОВКИ ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА",
abstract = "Выполнено моделирование процесса прокатки заготовки из титанового сплава с использованием специализированного модуля Shape Rolling системы конечно-элементного анализа DEFORM в изотермической и неизотермической постановках. Первый вариант предполагает постоянство температуры заготовки, второй - расчет напряженно-деформированного состояния с учетом изменения температурного поля. Приведено распределение температур прокатываемой заготовки для стационарной стадии процесса. Температурное поле заготовки является неоднородным преимущественно по отношению к ее приповерхностным слоям, которые непрерывно охлаждаются в течение всего времени контакта с валками. Выявлены области деформационного разогрева на стыке контактной и свободной поверхностей. При этом зоны разогрева существуют рядом с зонами захолаживания, что должно создавать большие градиенты деформаций. Показано распределение степени деформации и скорости деформации в плоскости выхода заготовки из валков. Общая особенность поля деформации состоит в наличии менее проработанной центральной области заготовки, где степень деформации находится на уровне 0,26-0,35, и наличии периферийных локальных участков, где степень деформации составляет 0,44-0,53, т. е. на 50-70 {\%} выше. Неизотермическая постановка приводит к большим значениям скорости деформации, чем изотермическая постановка. Приведены графики изменения интенсивности напряжений вдоль траекторий движения частиц металла. Вид графиков объяснен особенностями формирования круглого сечения из заготовки овального сечения. Практическая значимость выполненной работы заключается в выявлении близко расположенных зон локального нагрева и локального охлаждения металла на выходе из очага деформации, на стыке которых возможно появление трещин. Повышение коэффициента вытяжки в процессе прокатки может привести к перегреву в указанных областях с переводом металла из двух- в однофазное состояние с проявлением в последующем эффекта разнозернистости. Расчеты показали, что горячая прокатка титанового сплава по системе овал - круг при коэффициенте вытяжки 1,2 сопровождается появлением близко расположенных зон охлаждения от теплопередачи валкам и зон нагрева от тепла деформации. Выявлено, что повышение температуры от тепла деформации составляет всего 16 оC, и сделан прогноз о возможном значительном ее увеличении при повышении коэффициента вытяжки. При заданном коэффициенте вытяжки общая картина распределения степени деформации и характеристик напряженного состояния мало зависит от учета степени изотермичности процесса. Однако картина распределения скорости деформации показывает существенное различие в местах стыка зон подстуживания и деформационного нагрева, что может привести к появлению трещин.",
keywords = "Deformation, Deformation rates, Finite element method, Isothermal process, Non-isothermal process, Section rolling, Temperature gradients, Titanium alloys",
author = "Loginov, {Yu N.} and Postylyakov, {A. Yu} and Inatovich, {Yu V.}",
year = "2018",
month = "1",
day = "1",
doi = "10.17580/tsm.2018.09.11",
language = "Русский",
pages = "71--76",
journal = "Цветные металлы",
issn = "0372-2929",
publisher = "Издательский дом {"}Руда и Металлы{"}",
number = "9",

}

TY - JOUR

T1 - ВЛИЯНИЕ ИЗОТЕРМИИ ПРОЦЕССА НА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИ СОРТОВОЙ ПРОКАТКЕ ЗАГОТОВКИ ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА

AU - Loginov, Yu N.

AU - Postylyakov, A. Yu

AU - Inatovich, Yu V.

PY - 2018/1/1

Y1 - 2018/1/1

N2 - Выполнено моделирование процесса прокатки заготовки из титанового сплава с использованием специализированного модуля Shape Rolling системы конечно-элементного анализа DEFORM в изотермической и неизотермической постановках. Первый вариант предполагает постоянство температуры заготовки, второй - расчет напряженно-деформированного состояния с учетом изменения температурного поля. Приведено распределение температур прокатываемой заготовки для стационарной стадии процесса. Температурное поле заготовки является неоднородным преимущественно по отношению к ее приповерхностным слоям, которые непрерывно охлаждаются в течение всего времени контакта с валками. Выявлены области деформационного разогрева на стыке контактной и свободной поверхностей. При этом зоны разогрева существуют рядом с зонами захолаживания, что должно создавать большие градиенты деформаций. Показано распределение степени деформации и скорости деформации в плоскости выхода заготовки из валков. Общая особенность поля деформации состоит в наличии менее проработанной центральной области заготовки, где степень деформации находится на уровне 0,26-0,35, и наличии периферийных локальных участков, где степень деформации составляет 0,44-0,53, т. е. на 50-70 % выше. Неизотермическая постановка приводит к большим значениям скорости деформации, чем изотермическая постановка. Приведены графики изменения интенсивности напряжений вдоль траекторий движения частиц металла. Вид графиков объяснен особенностями формирования круглого сечения из заготовки овального сечения. Практическая значимость выполненной работы заключается в выявлении близко расположенных зон локального нагрева и локального охлаждения металла на выходе из очага деформации, на стыке которых возможно появление трещин. Повышение коэффициента вытяжки в процессе прокатки может привести к перегреву в указанных областях с переводом металла из двух- в однофазное состояние с проявлением в последующем эффекта разнозернистости. Расчеты показали, что горячая прокатка титанового сплава по системе овал - круг при коэффициенте вытяжки 1,2 сопровождается появлением близко расположенных зон охлаждения от теплопередачи валкам и зон нагрева от тепла деформации. Выявлено, что повышение температуры от тепла деформации составляет всего 16 оC, и сделан прогноз о возможном значительном ее увеличении при повышении коэффициента вытяжки. При заданном коэффициенте вытяжки общая картина распределения степени деформации и характеристик напряженного состояния мало зависит от учета степени изотермичности процесса. Однако картина распределения скорости деформации показывает существенное различие в местах стыка зон подстуживания и деформационного нагрева, что может привести к появлению трещин.

AB - Выполнено моделирование процесса прокатки заготовки из титанового сплава с использованием специализированного модуля Shape Rolling системы конечно-элементного анализа DEFORM в изотермической и неизотермической постановках. Первый вариант предполагает постоянство температуры заготовки, второй - расчет напряженно-деформированного состояния с учетом изменения температурного поля. Приведено распределение температур прокатываемой заготовки для стационарной стадии процесса. Температурное поле заготовки является неоднородным преимущественно по отношению к ее приповерхностным слоям, которые непрерывно охлаждаются в течение всего времени контакта с валками. Выявлены области деформационного разогрева на стыке контактной и свободной поверхностей. При этом зоны разогрева существуют рядом с зонами захолаживания, что должно создавать большие градиенты деформаций. Показано распределение степени деформации и скорости деформации в плоскости выхода заготовки из валков. Общая особенность поля деформации состоит в наличии менее проработанной центральной области заготовки, где степень деформации находится на уровне 0,26-0,35, и наличии периферийных локальных участков, где степень деформации составляет 0,44-0,53, т. е. на 50-70 % выше. Неизотермическая постановка приводит к большим значениям скорости деформации, чем изотермическая постановка. Приведены графики изменения интенсивности напряжений вдоль траекторий движения частиц металла. Вид графиков объяснен особенностями формирования круглого сечения из заготовки овального сечения. Практическая значимость выполненной работы заключается в выявлении близко расположенных зон локального нагрева и локального охлаждения металла на выходе из очага деформации, на стыке которых возможно появление трещин. Повышение коэффициента вытяжки в процессе прокатки может привести к перегреву в указанных областях с переводом металла из двух- в однофазное состояние с проявлением в последующем эффекта разнозернистости. Расчеты показали, что горячая прокатка титанового сплава по системе овал - круг при коэффициенте вытяжки 1,2 сопровождается появлением близко расположенных зон охлаждения от теплопередачи валкам и зон нагрева от тепла деформации. Выявлено, что повышение температуры от тепла деформации составляет всего 16 оC, и сделан прогноз о возможном значительном ее увеличении при повышении коэффициента вытяжки. При заданном коэффициенте вытяжки общая картина распределения степени деформации и характеристик напряженного состояния мало зависит от учета степени изотермичности процесса. Однако картина распределения скорости деформации показывает существенное различие в местах стыка зон подстуживания и деформационного нагрева, что может привести к появлению трещин.

KW - Deformation

KW - Deformation rates

KW - Finite element method

KW - Isothermal process

KW - Non-isothermal process

KW - Section rolling

KW - Temperature gradients

KW - Titanium alloys

UR - http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=85054757056&partnerID=8YFLogxK

UR - https://elibrary.ru/item.asp?id=35690718

U2 - 10.17580/tsm.2018.09.11

DO - 10.17580/tsm.2018.09.11

M3 - Статья

SP - 71

EP - 76

JO - Цветные металлы

JF - Цветные металлы

SN - 0372-2929

IS - 9

ER -