Comparative Evaluation of Metal Damage on the Free Lateral Surface of Single-Layer and Three-Layer Strips under Rolling

S. V. Smirnov; I. A. Veretennikova

doi:10.17804/2410-9908.2015.4.006-017

S. V. Smirnov, I. A. Veretennikova

COMPARATIVE EVALUATION OF METAL DAMAGE ON THE FREE LATERAL SURFACE OF SINGLE-LAYER AND THREE-LAYER STRIPS UNDER ROLLING

DOI: 10.17804/2410-9908.2015.4.006-017

The paper compares the stress-strain state and damage accumulation in a steel constituting a “steel 20” single-layer strip and “12Cr18Ni10Ti – steel 20 – 12Cr18Ni10Ti” and “copper M1 – steel 20 – copper M1” three-layer strips under rolling. The areas in the middle of the free lateral surface that are the most dangerous in terms of cohesive destruction are discussed. The finite el-ement method is used to simulate the rolling process. Kolmogorov’s model of damage and the relation of peak plasticity to the stress state coefficient and the Lode coefficient are used for cal-culations. The analysis of the data shows a relationship between the configuration of the defor-mation zone and metal deformability. In particular, it is better to roll strips of steel 20 in large-diameter rolls and “copper M1 – steel 20 – copper M1” strips in small-diameter rolls. When “12Cr18Ni10Ti – steel 20 – 12Cr18Ni10Ti” strips ate rolled, the diameter of rolls has no essential effect on damage accumulation in the central layer. The proposed conclusions can be used only for the materials under study, since the mechanisms of damage accumulation for specific materials may vary depending on the peak plasticity diagram.

Keywords: multilayer metal, rolling, stress-strain state, damage

Bibliography:

Kobelev A.G., Lysak V.I., Chernyshev V.N. Proizvodstvo sloistykh kompozitsionnykh materialov [Production of Layered Composite Materials]. Moscow, Intermet Inzhiniring Publ., 2002, 496 p. (In Russian).
Trykov Ju.P., Shmorgun V.G., Gurevich L.M. Deformatsiya sloistykh kompozitov: Monografiya [Deformation of Layered Composites: Monograph]. Volgograd, VolGTU Publ., 2001, 242 p. (In Russian).
Smirnov S.V., Veretennikova I.A., Kamantsev I.S., Trushina E.B. Studying the destruction of the interface in an explosion-welded «Steel 08Х18Н10Т + Steel 10» bimetal strip under plastic deformation. Proizvodstvo prokata, 2014, no. 7, pp. 14–19. (In Russian).
Smirnov, S.V. Veretennikova, I.A. Vichuzhanin, D.I. Modeling of delamination in multilayer metals produced by explosive welding under plastic deformation. Computational Continuum Mechanics, 2014, vol. 7, no. 4, pp. 398–411. DOI: 10.7242/1999-6691/2014.7.4.38. (In Russian).
Kolmogorov V.L. Napryazheniya, deformatsii, razrushenie [Stresses, Strains, Fracture]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1970, 229 p. (In Russian).
Bogatov A.A., Mizhiritsky O.I., Smirnov S.V. Resurs plastichnosti metallov pri obrabotke davleniem [Metal Plasticity Margin under Plastic Deformation]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1984, 144 p. (In Russian).
Smirnov S.V., Golubkova I.A. Simulation of cold rolling by the finite element method. Zagotovitelnye proizvodstva v mashinostroenii, 2010, no. 5, pp. 27–30. (In Russian).
Grudev A.P. Teoriya prokatki [Theory of Rolling]. Moscow, Intermet Inzhiniring Publ., 2001, 280 p. (In Russian).
Sorokin V.G., Volosnikova A.V., Vyatkin S.A. et al. Marochnik staley i splavov, pod obshch. red. V.G. Sorokina [V.G. Sorokin, ed. Book of Steel and Alloy Grades]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1989, 640 p. (In Russian).
Smirnov S., Domilovskaya T. Damage accumulation upon plastic deformation under monotonic loading. Russian metallurgy (Metally), 2002, no. 5, pp. 470–476.
Smirnov S., Domilovskaya T. Definition of the kinetic equation form for damage under the plastic deformation. Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures, 2003, vol. 26 (4), pp. 373–379.
Smirnov S.V., Shveikin V.P. Plastichnost i deformiruemost uglerodistoy stali [Plasticity and Deformability of Carbon Steel]. Ekaterinburg, UrO RAN Publ., 2008, 256 p. (In Russian).
Vichuzhanin D.I. Khotinov V.A. Smirnov S.V. The Effect of the Stress State on the Ultimate Plasticity of Steel X80. Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures, 2015, iss. 1, pp. 73–89. URL: http://dream-journal.org/issues/2015-1/2015-1_21.html (accessed: 23.08.2015). http://dx.doi.org/10.17804/2410-9908.2015.1.073-089. (In Russian).
Smirnova S.V., Gladkovsky S.V. Mechanical properties and peculiarities of the fracture of layered metal composites after explosion welding and pack rolling. Aktualnye problemy sovremennoy nauki: Trudy 5-go Mezhdunarodnogo foruma. Yestestvennye nauki. Chasti 1–3: Matematika. Matematicheskoe modelirovanie. Mekhanika, 2010, pp. 214–218. (In Russian).

С. В. Смирнов, И. А. Веретенникова

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПОВРЕЖДЕННОСТИ МЕТАЛЛА НА СВОБОДНОЙ БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ПРОКАТКЕ ОДНОСЛОЙНЫХ И ТРЕХСЛОЙНЫХ ПОЛОС

Проведено сравнение напряженно-деформированного состояния и накопления поврежденности стали 20 в составе однослойной полосы и трехслойных полос «12Х18Н10Т–сталь 20–12Х18Н10Т», «медь М1–сталь 20–медь М1» при прокатке. Рассмотрены наиболее опасные для когезионного разрушения участки на середине высоты свободной боковой поверхности. Моделирование осуществлено методом конечных элементов. Для расчетов использованы модель поврежденности В.Л. Колмогорова и зависимость предельной пластичности от показателя напряженного состояния и показателя Лоде. Установлено, что форма очага деформации ℓ/Hср оказывает влияние на деформируемость металла. Расчеты показывают, что полосы из стали 20 целесообразно катать в валках большого диаметра, полосы «медь М1–сталь 20–медь М1» – в валках меньшего диаметра. Диаметр валков при прокатке полосы «12Х18Н10Т–сталь 20–12Х18Н10Т» не оказывает существенного влияния на накопление поврежденности в центральном слое. Данные выводы имеют частный характер, и закономерности накопления поврежденности для конкретных материалов могут изменяться в зависимости от диаграммы предельной пластичности.

Ключевые слова: слоистый листовой композиционный металл, прокатка, напряженно-деформированное состояние, поврежденность

Библиография:

Кобелев А. Г., Лысак В. И., Чернышев В. Н. Производство слоистых композиционных материалов. – М. : Интермет Инжиниринг, 2002. – 496 с.
Трыков Ю. П., Шморгун В. Г., Гуревич Л. М. Деформация слоистых композитов: монография. – Волгоград : ВолГТУ, 2001. – 242 с.
Исследование разрушения границы соединения слоев у полученной сваркой взрывом биметаллической полосы «08Х18Н10Т-сталь 10» при прокатке / С. В. Смирнов, И. А. Веретенникова, И. С. Каманцев, Е. Б. Трушина // Производство проката. – 2014. – № 7. – С. 14–19.
Смирнов С. В., Веретенникова И. А., Вичужанин Д. И. Моделирование расслоения при пластической деформации биметаллического материала, полученного сваркой взрывом // Вычислительная механика сплошных сред. – 2014. – № 4. – С. 398–411.
Колмогоров В. Л. Напряжения, деформации, разрушение. – М. : Металлургия, 1970. – 229 с.
Богатов А. А., Мижирицкий О. И., Смирнов С.В. Ресурс пластичности металлов при обработке давлением. – М. : Металлургия, 1984. – 144 с.
Смирнов С. В., Голубкова И. А. Моделирование процесса холодной прокатки тонких полос методом конечных элементов // Заготовительные производства в машиностроении. – 2010. – № 5. – С. 27–30.
Грудев А. П. Теория прокатки. – Изд. 2–е перераб. и доп. – М. : Интермет Инжиниринг, 2001. – 280 с.
Марочник сталей и сплавов / В. Г. Сорокин, А. В. Волосникова, С. А. Вяткин и др. / под общ. ред. В. Г. Сорокина. – М. : Машиностроение, 1989. – 640 с.
Smirnov S., Domilovskaya T. Damage accumulation upon plastic deformation under monotonic loading // Russian metallurgy (Metally). – 2002. – № 5. – P. 470–476.
Smirnov S., Domilovskaya T. Definition of the kinetic quationform for damage under the plastic deformation // Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures. – 2003. – Vol. 26. – P. 373–379.
Смирнов С. В., Швейкин В. П. Пластичность и деформируемость углеродистой стали. – Екатеринбург : УрО РАН, 2008. – 256 с.
Vichuzhanin D. I. Khotinov V. A. Smirnov S. V. The Effect of the Stress State on the Ultimate Plasticity of Steel X80 [Electronic resource] // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. – 2015. – Iss. 1. – P. 73–89. – URL: http://dream-journal.org/issues/2015-1/2015-1_21.html (accessed: 23.08.2015). http://dx.doi.org/10.17804/2410-9908.2015.1.073-089.
Смирнова С. В., Гладковский С. В. Механические свойства и особенности разрушения слоистых металлических композитов после сварки взрывом и пакетной прокатки // Актуальные проблемы современной науки: Труды 5–ого Международного форума. Естественные науки. Части 1–3: Математика. Математическое моделирование. Механика. – Самара: СамГТУ. – 2010. – С. 214–218.

Библиографическая ссылка на статью

Smirnov S. V., Veretennikova I. A. Comparative Evaluation of Metal Damage on the Free Lateral Surface of Single-Layer and Three-Layer Strips under Rolling // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. - 2015. - Iss. 4. - P. 6-17. -
DOI: 10.17804/2410-9908.2015.4.006-017. -
URL: http://dream-journal.org/issues/2015-4/2015-4_39.html
(accessed: 19.04.2024).