Асимметричная прокатка листов и лент: история и перспективы развития

Автор: Песин Александр Моисеевич, Пустовойтов Денис Олегович, Бирюкова Олеся Дмитриевна, Кожемякина Анна Евгеньевна

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy

Рубрика: Обработка металлов давлением. Технологии и машины обработки давлением

Статья в выпуске: 3 т.20, 2020 года.

Бесплатный доступ

Выполнен краткий исторический анализ известных российских научных школ асимметричной прокатки. В статье отмечается, что начиная с 2010-х гг. вновь появился интерес к асимметричной прокатке. На эти процессы взглянули под другим углом: с точки зрения получения требуемой структуры металла. Показано, что одним из наиболее перспективных высокопроизводительных методов интенсивной пластической деформации для производства ультрамелкозернистой структуры металлических материалов является процесс асимметричной тонколистовой прокатки, основанный на целенаправленно создаваемой асимметрии за счет рассогласования окружных скоростей валков. Изложены теоретические основы использования асимметричной тонколистовой прокатки металлов и сплавов как метода интенсивной пластической деформации. Выполнено сравнение сдвиговой деформации при равноканальном угловом прессовании, симметричной и асимметричной прокатке. Показано, что при асимметричной тонколистовой прокатке с обжатием 60 % при оптимальных параметрах процесса угол сдвига превышает 80°, а истинная деформация за один проход ≈ 3,8…4,8 по толщине листа. На основе компьютерного моделирования методом конечных элементов установлены закономерности создания сверхвысоких сдвиговых деформаций в обрабатываемых материалах, в том числе биметаллических слоистых композитах, при прокатке с рассогласованием окружных скоростей валков, а также при асимметричной криопрокатке. Выполнен анализ возможности прокатки биметаллических слоистых композитов в рабочих валках со специальным микрорельефом поверхности. Приведены характеристики спроектированного и изготовленного в Южной Корее уникального опытно-экспериментального лабораторного стана дуо с индивидуальным приводом рабочих валков для реализации процессов асимметричной и аккумулирующей прокатки в режиме ИПД. Стан будет установлен в лаборатории механики градиентных наноматериалов ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г.И. Носова».

Еще

Научные школы, асимметричная прокатка, интенсивная пластическая деформация, наноструктура, прокатный стан

Короткий адрес: https://sciup.org/147233963

IDR: 147233963   |   УДК: 621.721   |   DOI: 10.14529/met200309

Asymmetric rolling of sheets and strips: history and development prospects

A brief historical analysis of asymmetric rolling by well-known Russian scholarly traditions was carried out in this article. The article notes that there has been renewed interest in asymmetric rolling since the 2010s. These processes were considered from a different angle in terms of obtaining the required metal structure. It is shown that one of the most advanced high-performance methods of severe plastic deformation for the metal materials ultrafine-grained structure production of is the process of asymmetric fine-sheet rolling, based on purposefully created asymmetry due to the mismatch of the rolls peripheral speeds. The theoretical foundations of the metals and alloys asymmetric fine-sheet rolling as a method of severe plastic deformation are presented. A comparison of the shear deformation during equal-channel angular pressing for symmetric and asymmetric rolling is made. It is shown that in asymmetric fine-sheet rolling process with a reduction of 60% at optimal process parameters, the shear angle exceeds 80°, and the true strain in one pass is ≈ 3.8…4.8 in sheet thickness. The regularities of the ultra-high shear deformations creation in the processed materials are established based on computer modeling by the finite element method. It is include bimetallic layered composites, during rolling with a mismatch of the rolls peripheral speeds, as well as during asymmetric cryogenic rolling. The analysis of the rolling bimetallic-layered composites possibility in work rolls with a special surface microrelief is carried out. The characteristics of a unique experimental laboratory duo mill with an individual drive of the work rolls for the asymmetric and accumulating rolling processes implementation in the SPD mode, designed and manufactured in South Korea, are given. The mill will be installed in the laboratory of gradient nanomaterials mechanics of the Nosov Magnitogorsk State Technical University.

Еще

Список литературы Асимметричная прокатка листов и лент: история и перспективы развития

  • Целиков, А.И. Теория прокатки / А.И. Целиков, Г.С. Никитин, СВ. Рокотян. - М.: Металлургия, 1980. - 319 с.
  • Целиков, А.И. Теория прокатки / А.И. Целиков, А.И. Гришков. - М.: Металлургия, 1970. -358 с.
  • Королёв, А.А. О холодной прокатке с рассогласованием скоростей валков / А.А. Королёв // Сталь. - 1973. - № 10. - С. 906-910.
  • Выдрин, В.Н. Сдвоенная прокатка-волочение - новый технологический процесс прокатки / В.Н. Выдрин // Изв. вузов. Чёрная металлургия. - 1974. - № 11. - С. 64-66.
  • Выдрин, В.Н. Поведение концов и геометрия полосы: учеб. пособие по курсу «Теория прокатки». - Челябинск: ЧПИ, 1981. - Ч. IV. - 81 с.
  • Выдрин, В.Н. Принципиальные и теоретические основы нового процесса «прокатка-волочение» /В.Н. Выдрин, Л.М. Агеев // Теория и технология прокатки: сб. науч. тр. - Челябинск, 1971. - Вып. 76. - С. 3-21.
  • Выдрин, В.Н. Динамика прокатных станов /В.Н. Выдрин. - Свердловск: Металлургиздат, 1960. - 255 с.
  • Выдрин, В.Н. Исследование непрерывной прокатки в станах с одним приводным валком / В.Н. Выдрин, В.И. Крайнов // Теория и технология прокатки: сб. науч. тр. - Свердловск, 1967. -Вып. 162. - С. 31-38.
  • Потапкин, В.Ф. Клеть стана холодной прокатки лент / В.Ф. Потапкин, В.А. Федоринов, И.С. Стеценко // Оборудование для прокатного производства: реф. сб. ЦНИИТЭИтяжмаш. -1979. - № 1. - С. 10.
  • Потапкин, В.Ф. Нормальные контактные напряжения при прокатке с волочением и обычной прокатке / В.Ф. Потапкин, В.А. Федоринов, А.В. Сатонин // Оборудование для прокатного производства: реф. сб. ЦНИИТЭИтяжмаш. - 1977. - № 10. - С. 19-22.
  • Потапкин, В.Ф. Исследование напряжённо-деформированного состояния металла при прокатке-волочении /В.Ф. Потапкин, В.А. Федоринов, А.В. Сатонин //Изв. вузов. Чёрная металлургия. - 1983. - № 11. - С. 75-80.
  • Потапкин, В.Ф. Особенности деформации металла при асимметричной прокатке тонких полос / В.Ф. Потапкин, А.В. Сатонин, Ю.К. Доброносов // Изв. АН СССР. Сер. Металлы. -1987. - № 4. - С. 62-66.
  • Асимметричные процессы прокатки - анализ, способы и перспективы применения / А.Ф. Пименов, В.Н. Скороходов, А.И. Трайно и др. //Сталь. - 1982. - № 3. - С. 53-56.
  • Получение высокоточного холоднокатаного листа для офсетной печати способом несимметричной прокатки. Сообщение 1 /А.Ф. Пименов, В.П. Полухин, В.Н. Скороходов и др. // Изв. вузов. Чёрная металлургия. - 1980. - № 9. - С. 64-67.
  • Получение высокоточного холоднокатаного листа для офсетной печати способом несимметричной прокатки. Сообщение 2 / А.Ф. Пименов, В.П. Полухин, В.Н. Скороходов и др. // Изв. вузов. Чёрная металлургия. - 1980. - № 11. - С. 67-72.
  • Полухин В.П., Скороходов В.Н. Расчёт параметров несимметричного процесса прокатки тонких полос. Сообщение 1 // Изв. вузов. Чёрная металлургия. - 1977. - № 1. - С. 169-170.
  • Полухин, В.П. Контактное взаимодействие металла с валками при несимметричной прокатке тонких полос. Сообщение 1 / В.П. Полухин, В.Н. Скороходов // Изв. вузов. Чёрная металлургия. - 1976. - № 12. - С. 81-84.
  • Ефремов, Н.И. Разработка технологии асимметричной прокатки на основе результатов исследования особенностей напряжённо-деформированного состояния тонкого листа в очаге деформации: автореф. дис. ... канд. техн. наук /Н.И. Ефремов. -М., 1985. - 22 с.
  • Салганик, В.М. Асимметричная тонколистовая прокатка: развитие теории, технологии и новые решения /В.М. Салганик, А.М. Песин. - М. : МИСИС, 1997. - 192 с.
  • Песин, А.М. Моделирование и развитие процессов асимметричного деформирования для повышения эффективности листовой прокатки / А.М. Песин // Моделирование и развитие процессов ОМД. - 2002. - № 1. - С. 107-113.
  • Pesin A.M. Scientific school of asymmetric rolling in Magnitogorsk // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. - 2013. - № 5 (45). - С. 23-28.
  • Плющение ленты: теория, технология, новые решения / А.М. Песин, В.М. Салганик, К.Ю. Куранов и др. - Магнитогорск, 2002. - 144 с.
  • Процессы асимметричной прокатки: теория и технологические решения / В.М. Салганик, А.М. Песин, Д.Н. Чикишев и др. - Магнитогорск, 2013. - 128 с.
  • Салганик, В.М. Новые способы и устройства асимметричной прокатки полос / В.М. Салганик, А.М. Песин, Ю.А. Шабалин // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. - 1990. - № 9. - С. 61-63.
  • Песин, А.М. Моделирование и развитие процессов асимметричного деформирования для повышения эффективности листовой прокатки: дис. ... д-ра техн. наук / А.М. Песин. - Магнитогорск: Магнитогор. гос. техн. ун-т им. Г.И. Носова, 2003. - 395 с.
  • Valiev, R.Z. Bulk nanostructured materials from severe plastic deformation / R.Z. Valiev, R.K. Islamgaliev, I.V. Alexandrov // Progress in Materials Science. - 2000. - Vol. 45, no. 2. - P. 103-189.
  • Еникеев, Н.А. Границы зёрен и сверхпрочность наноструктурных материалов: дис. ... д-ра физ.-мат. наук: 01.02.04, 01.04.07 / Еникеев Нариман Айратович; [Место защиты: Ин-т проблем машиноведения РАН]. - Уфа, 2016. - 252 с.
  • Утяшев, Ф.З. Деформационные методы получения и обработки ультрамелкозернистых и наноструктурных материалов / Ф.З. Утяшев, Г.И. Рааб; Акад. наук Республики Башкортостан, Отд-ние физ.-мат. и техн. наук. - Уфа: Гилем, 2013. - 375 с.
  • Рааб, Г.И. Перспективы использования методов интенсивной пластической деформации для получения высокопрочных металлических материалов в промышленных масштабах / Г.И. Рааб // Сборник материалов IV международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов». - М. : ИМЕТ РАН, 2011. - С. 205-206.
  • Ji, Y.H. Development of Severe Plastic Deformation by Various Asymmetric Rolling Processes / Y.H. Ji, J.J. Park // Materials Science and Engineering: A. - 2009. - Vol. 499, no. 1. - P. 14-17.
  • Ji, Y.H. Finite Element Analysis of Severe Deformation in Mg-3Al-1Zn Sheets through Differential-Speed Rolling with a High Speed Ratio / Y.H. Ji, J.J. Park, W.J. Kim // Materials Science and Engineering: A. - 2007. - Vol. 454. - P. 570-574.
  • Математическое моделирование и сравнительный анализ деформированного состояния металла при асимметричной прокатке иравноканальном угловом прессовании /А.М. Песин, Д.О. Пустовойтов, С.А. Губанов, А.Э. Новоселов // Заготовительные производства в машиностроении. - 2018. - № 4. - С. 175-181.
  • Малыгин, Г.А. Прочность и пластичность нанометаллов с бимодальной зеренной структурой /Г.А. Малыгин // Физика твердого тела. - 2008. - Т. 50. - С. 990-996.
  • Lu, K. Making strong nanomaterials ductile with gradients / K. Lu // Science. - 2014. -Vol. 345. - P. 1455-1456.
  • Revealing Extraordinary Intrinsic Tensile Plasticity in Gradient Nano-Grained Copper / T.H. Fang, W.L. Li, N.R. Tao, K. Lu //Science. - 2011. - Vol. 331. - P. 1587-1590.
  • Strain heterogeneities in the rolling direction of steel sheets submitted to the skin pass: A finite element analysis / A. Giarola, P. Pereira, P. Stemler et al. // Journal of Materials Processing Technology: A. - 2015. - Vol. 216. - P. 234-247.
  • Песин, А.М. Моделирование напряженно-деформированного состояния при асимметричной тонколистовой прокатке алюминиевого сплава 5083 в условиях сверхвысоких сдвиговых деформаций / А.М. Песин, Д.О. Пустовойтов, Р.К. Вафин // Современные проблемы горнометаллургического комплекса. Наука и производство: материалы двенадцатой Всерос. науч.-практ. конф., с междунар. участием. - 2015. - Т. II. - С. 372.
  • Песин, А.М. Анализ силовых параметров процесса асимметричной листовой прокатки алюминиевого сплава 5083 в условиях сверхвысоких сдвиговых деформаций / А.М. Песин, Д.О. Пустовойтов, Р.К. Вафин //Металлургия: технологии, инновации, качество / под общ. ред. Е.В. Протопопова. - 2015. - С. 160-167.
Еще