Determination of the Local Shear Strength of a Layered Metal Composite Material with a Ductile Interlayer after Thermocycling

S. V. Smirnov; M. V. Myasnikova; A. S. Igumnov

doi:10.17804/2410-9908.2016.4.046-056

S. V. Smirnov, M. V. Myasnikova, A. S. Igumnov

DETERMINATION OF THE LOCAL SHEAR STRENGTH OF A LAYERED METAL COMPOSITE MATERIAL WITH A DUCTILE INTERLAYER AFTER THERMOCYCLING

DOI: 10.17804/2410-9908.2016.4.046-056

Using a composition of AMg6 alloy and 12Kh18N10T steel sheets with an intermediate thin layer of the AD1 aluminum alloy as an example, an experimental and theoretical technique is developed for estimating the shear strength of a layered metal composite material with a plastic interlayer. By Vickers indentation results, vertical sides on the boundaries between the composite of layers formed due to interlayer shear have been detected. Dependences relating shear stresses in the interfaces to the indentation depth at different values of the height of the sides have been obtained. The technique has been applied to the examination of this composite after thermocycling and the decrease of the interlayer shear strength of the composite after 25 cycles of the shock change of temperature from -18 °C to +100 °C has been evaluated.

Keywords: layered metal composite, indentation, shear stress, interlayer shear strength

References:

Gladkovskii S.V., Trunina T.A., Kokovikhin E.A., Kutenyova S.V., Kamantsev I.S., Borodin E.M. Influence study of structural components and production method on formation of structure and properties of layered metal composites. Proizvodstvo prokata, 2014, no. 3, pp. 28–36. (In Russian).
Surikova N.S., Panin V.E., Derevyagina L.S., Lutfullin R.Ya., Manzhina E.V., Kruglov A.A., Sarkeeva A.A. Micromechanisms of deformation and fracture in a layered VT6-based material under impact loading. Physical Mesomechanics, 2014, vol. 17, no. 5, pp. 39–50. (In Russian).
Ganeeva A.A., Kruglov A.A., Lutfullin R.Ya. Properties of layered composite and prospects for its use. Deformatsiya i razrushenie materialov, 2011, no. 7, pp. 38–40. (In Russian).
Maltseva L.A., Tyushlyaeva D.S., Maltseva T.V., Pastukhov M.V., Lozhkin N.N., Inyakin D.V., Marshuk L.A. Metallic laminated composite materials produced by explosion welding: structure, properties, features of interface region structure. Deformatsiya i razrushenie materialov, 2013, no. 4, pp. 19–26. (In Russian).
Anoshkin A.N., Zuiko V.Yu., Osokin V.M., Tretyakov A.A., Pisarev P.V. Manufacturing defects in composite flanges: modelling and analysis of influence on static strength. Vestnik PNIPU, 2016, no. 2, pр. 5–21. (In Russian).
Grischenko S.V. Calculation and engineering structure an airplane made of laminated polymeric composite materials taking into account the effects interlaminar. Electronnyi zhurnal “Trudy MAI”, 2015, iss. 84. (In Russian). Available at: http://www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=63011 (accessed 27.11.2015).
Trykov Yu.P., Belousov V.P., Gurevich L.M., Rogozin V.D., Pisarev S.P., Petrov A.E. Investigating the kinetics of deformation and destruction of explosion-welded four-layer titanium-steel composite materials. Deformatsiya i razrushenie materialov, 2007, no. 8, pp. 31–37 (In Russian).
Charukhina K.E., Golovanenko S.A., Masterov V.A., Kazakov N.F. Bimetallicheskie soedineniya [Bimetallic Compounds]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1970, 288 p. (In Russian).
Kozlov I.A., Aleksyuk M.M., Gontarovskii V.P., Lychko I.I. Investigation of the strength of bimetal joints. Strength of Materials, 1975, vol. 7, iss. 2, pp. 178–181. DOI: 10.1007/BF01522143.
Patselov A.M, Gladkovskii S.V., Lavrikov R.D., Kamantsev I.S. Fracture strength of laminated composites with alternating of Ti—Al3Ti—Al—Al3Ti layers under static and cyclic loading. Deformatsiya i razrushenie materialov, 2014, no. 12, pp. 7–11 (In Russian).
Chepurko M.I., Ostrenko V.Ya., Kogadeev A.A. Proizvodstvo bimetallicheskikh trub i prutkov [Manufacture of Bimetallic Pipes and Bars]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1986, 240 p. (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).
Smirnov S.V., Veretennikova I.A., Kamantsev I.S., Trushina E.B. Fracture boundary study of layer joint of explosion welded bimetal strip “08Cr18Ni10T—steel 10” when rolling. Proizvodstvo prokata, 2014, no. 7, pp. 14–19. (In Russian).
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, pp. 6–15. DOI: 10.17804/2410-9908.2015.4.006-017. Available at: http://dream-journal.org
Bogatov A.A., Mizhiritskii O.I., Smirnov S.V. Resurs plastichnosti metallov pri obrabotke davleniem [Metal Plasticity Margin in Metal Forming]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1984, 144 p. (In Russian).
Dragunov Yu.G., Zubchenko A.S., Kashirsky Yu.V., Degtyaryov A.F., Zharov V.V., Koloskov M.M., Orlov A.S., Skorobogatykh V.N. Marochnik stalei i splavov [Steel and Alloy Grade Guide]. Moscow, 2014, 1216 p. (In Russian).
Koshkin N.N., Shirkevich M.G. Spravochnik po elementarnoy fizike [Reference Book on Elementary Physics]. Moscow, Nauka Publ., 1976, 256 p. (In Russian).

С. В. Смирнов, М. В. Мясникова, А. С. Игумнов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЛОКАЛЬНОЙ СДВИГОВОЙ ПРОЧНОСТИ СЛОИСТОГО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА С ПЛАСТИЧНОЙ ПРОСЛОЙКОЙ ПОСЛЕ ТЕРМОЦИКЛИРОВАНИЯ

На примере соединения листов сплава АМг6 и стали 12Х18Н10Т с промежуточным тонким слоем из алюминиевого сплава АД1 разработана экспериментально-теоретическая методика оценки локальной сдвиговой прочности слоистого металлического композиционного материала с пластичной прослойкой. По результатам вдавливания индентора Виккерса установлено образование ступенек сдвига прослойки на границах соединения слоев. Получены зависимости, связывающие величину напряжений сдвига в плоскостях соединения слоев с глубиной внедрения индентора при разных значениях величины ступеньки. Методика применена для исследования данного соединения после термоциклирования, что позволило сделать количественную оценку снижения межслойной сдвиговой прочности соединения после проведения 25 циклов шокового изменения температуры от -18 до +100 °С.

Ключевые слова: слоистый металлический композит, индентирование, напряжения сдвига, прочность соеди-нения

Библиография:

Исследование влияния конструктивных элементов и способа изготовления на формирование структуры и свойств слоистых металлокомпозитов / C. В. Гладковский, Т. А. Трунина, Е. А. Коковихин, С. В. Кутенёва, И. С. Каманцев, Е. М. Бородин // Производство проката. – 2014. – № 3. – С. 28–36.
Микромеханизмы деформации и разрушения слоистого материала из титанового сплава ВТ6 при ударном нагружении / Н. С. Сурикова, В. Е. Панин, Л. С. Деревягина, Р. Я. Лутфуллин, Э. В. Манжина, А. А. Круглов, А. А. Саркеева // Физическая мезомеханика. – 2014. – Т. 17. – № 5. – С. 39–50.
Ганеева А. А., Круглов А. А., Лутфуллин Р. Я. Свойства слоистого композиционного материала и перспективы его использования // Деформация и разрушение материалов. – 2011. – № 7. – С. 38–40.
Металлические слоистые композиционные материалы, получаемые сваркой взрывом: структура, свойства, особенности строения переходной зоны / Л. А. Мальцева, Д. С. Тюшляева, Т. В. Мальцева, М. В. Пастухов, Н. Н. Ложкин, Д. В. Инякин, Л. А. Маршук // Деформация и разрушение материалов. – 2013. – № 4. – С. 19–26.
Моделирование технологических дефектов и оценка их влияния на статическую прочность композитных фланцев / А. Н. Аношкин, В. Ю. Зуйков, В. М. Осокин, А. А. Третьяков, П. В. Писарев // Вестник ПНИПУ. – 2016. – № 2. – С. 5–21.
Грищенко С. В. Расчет и проектирование изделий конструкции самолета из слоистых композитов с учетом межслоевых дефектов [Электронный ресурс] // Электронный журнал «Труды МАИ». – 2015. – № 84. – URL: http://www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=63011 (дата обращения: 27.11.2015).
Исследование кинетики деформации и разрушения сваренных взрывом четырехслойных титаностальных композитов / Ю. П. Трыков, В. П. Белоусов, Л. М. Гуревич, В. Д. Рогозин, С. П. Писарев, А. Э. Петров // Деформация и разрушение материалов. – 2007. – № 8. – С. 31–37.
Биметаллические соединения / К. Е. Чарухина, С. А. Голованенко, В. А. Мастеров, Н. Ф. Казаков. – М. : Металлургия, 1970. – 288 c.
Investigation of the strength of bimetal joints / I. A. Kozlov, M. M. Aleksyuk, V. P. Gontarovskii, I. I. Lychko // Strength of Materials. – 1975. – Vol. 7, iss. 2. – P. 178–181. – DOI: 10.1007/BF01522143.
Трещиностойкость слоистых композитов с чередованием слоев Ti-Al3Ti-Al-Al3Ti в условиях статического и циклического нагружения / А. М. Пацелов, С. В. Гладковский, Р. Д. Лавриков, И. С. Каманцев // Деформация и разрушение материалов. – 2014. – № 12. – С. 7–11.
Чепурко М. И., Остренко В. Я., Когадеев А. А. Производство биметаллических труб и прутков. – М. : Металлургия, 1986. – 240 c.
Смирнов С. В., Веретенникова И. А., Вичужанин Д. И. Моделирование расслоения при пластической деформации биметаллического материала, полученного сваркой взрывом // Вычислительная механика сплошных сред. – 2014. – Т. 7, № 4. – С. 398–411. – DOI: 10.7242/1999-6691/2014.7.4.38.
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.
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. 6–15. – DOI: 10.17804/2410-9908.2015.4.006-017. – URL: http://dream-journal.org
Богатов А. А., Мижирицкий О. И., Смирнов С. В. Ресурс пластичности металлов при обработке давлением. – М. : Металлургия, 1984. – 144 c.
Марочник сталей и сплавов / Ю. Г. Драгунов, А. С. Зубченко, Ю. В. Каширский, А. Ф. Дегтярев, В. В. Жаров, М. М. Колосков, А. С. Орлов, В. Н. Скоробогатых / под общ. ред. Ю. Г. Драгунова и А. С. Зубченко. – 4-е изд., перераб. и доп. – М., 2014. – 1216 с. – ISBN 978-5-94275-528-9.
Кошкин Н. Н., Ширкевич М. Г. Справочник по элементарной физике. – М. : Наука, 1976. – 256 с.

Библиографическая ссылка на статью

Smirnov S. V., Myasnikova M. V., Igumnov A. S. Determination of the Local Shear Strength of a Layered Metal Composite Material with a Ductile Interlayer after Thermocycling // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. - 2016. - Iss. 4. - P. 46-56. -
DOI: 10.17804/2410-9908.2016.4.046-056. -
URL: http://dream-journal.org/issues/2016-4/2016-4_88.html
(accessed: 21.12.2024).