Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова (Магнитогорск, Россия)
О. Д. Бирюкова, старший научный сотрудник лаборатории «Механика градиентных наноматериалов им. А. П. Жиляева», старший преподаватель кафедры технологии, сертификации и сервиса автомобилей, канд. техн. наук, fimapatisonchik@inbox.ru
А. М. Песин, заместитель заведующего лаборатории «Механика градиентных наноматериалов им. А. П. Жиляева», профессор кафедры обработки материалов давлением им. М.И. Бояршинова, докт. техн. наук, pesin@bk.ru
Д. О. Пустовойтов, начальник отдела компьютерного моделирования, старший научный сотрудник лаборатории «Механика градиентных наноматериалов им. А. П. Жиляева», доцент кафедры обработки материалов давлением им. М. И. Бояршинова, докт. техн. наук, pustovoitov_den@mail.ru
М. А. Бирюков, инженер лаборатории «Механика градиентных наноматериалов им. А. П. Жиляева», аспирант кафедры обработки материалов давлением им. М. И. Бояршинова, bigmax174@gmail.co
Магний и его сплавы являются перспективным материалом для медицины, автомобилестроения и других отраслей промышленности. Однако они труднообрабатываемы из-за склонности к быстрому упрочнению при деформации, трещинообразованию, коррозионному растрескиванию под напряжением и разрушению. Одним из решений этой проблемы является производство листовых слоистых материалов, состоящих из сплавов алюминия и магния, методом асимметричной прокатки. В исследовании для прогнозирования градиента напряжений и температуры в слоистом композите 6061/AZ31B/6061 при асимметричной прокатке с учетом кинематического фактора использован метод конечных элементов. Проведено моделирование асимметричной прокатки в программном комплексе QForm при начальных темпер атурах материала от 300 °C до 400 °C, соотношении скоростей валков (V1/V2) от 1 до 2 и общей степени обжатия приблизительно 75 %. Толщина листового слоистого композита 6061/AZ31B/6061 составила 2 мм/3 мм/2 мм. Установлено, что после начального снижения температуры в очаге деформации наблюдается ее рост, что свидетельствует об интенсивном преобразовании механической энергии в тепловую, при этом центральный магниевый слой AZ31B нагревается сильнее наружных алюминиевых слоев 6061 вследствие ограниченного теплоотвода в инструмент. Выявлено, что повышение коэффициента асимметрии уменьшает уровень напряжений и усилие прокатки, а также способствует возрастанию относительного обжатия. Результаты моделирования апробированы в лаборатории механики градиентных наноматериалов им. А. П. Жиляева на стане 400 асимметричной прокатки с учетом энергетических и силовых параметров. Экспериментально подтверждено, что при увеличении отношения скоростей валков можно снизить усилия прокатки и повысить относительные обжатия в любом диапазоне температур. Исследование показало, что асимметричная прокатка представляет собой эффективный метод контроля температурного воздействия.
Исследование было поддержано грантом Российского научного фонда № 23-79-30015, https://rscf.ru/project/ 23-79-30015/.
1. Singh N., Agrawal M. K., Jiao, Elumalai P., Prabhakar S. Influence of Back Pressure on the Microstructure and Texture Characteristics of AA5083 During Equal Channel Angular Pressing Under Thermal Effect // Engineering Reports. 2026. Vol. 8, Iss. 5. DOI: 10.1002/eng2.70755
2. Sitdikov O., Avtokratova E., Ilyuasov R., Latypova O., Markushev M. Structure, strength and superplasticity of the bulk 1570C alloy subjected to high-temperature multidirectional isothermal forging // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 447. DOI: 10.1088/1757-899X/447/1/012026
3. Sun W., Xiang Z., Li J., Yang Z., Han Y., Chen Z. Effects of Cold Rolling on the Microstructure and Properties of Al/TiB2 Laminated Composites Fabricated by Accumulative Roll Bonding // Materials. 2026. Vol. 19, Iss. 5. DOI: 10.3390/ma19051031
4. Pustovoytov D., Pesin A., Tandon P. Asymmetric (Hot, Warm, Cold, Cryo) Rolling of Light Alloys: A Review // Metals. 2021. Vol. 11, Iss. 6. DOI: 10.3390/met11060956
5. Trajano A. A., Corrêa E. C. S., Aguilar M. T. P., Cetlin P. R. Accumulative roll bonding (ARB) and Cross accumulative roll bonding (CARB) in aluminum: A review // Materials Science and Technology. 2024. Vol. 42, Iss. 4. P. 333–352.
6. Pesin A., Pustovoytov D., Shveyova T., Vafin R. Finite element simulation and comparison of a shear strain and equivalent strain during ECAP and asymmetric rolling // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 293. DOI: 10.1088/1757-899X/293/1/012007
7. Могильных А. Е., Бирюкова О. Д., Пустовойтов Д. О., Песин А. М. Исследование возможности регулирования твердости алюминиевых сплавов при асимметричной прокатке // Теория и технология металлургического производства. 2023. № 47. C. 21–25.
8. Farahat A. I. Z. Accumulative Roll Bonding of 1050 Aluminium Alloy // World of Metallurgy – ERZMETALL. 2015. Vol. 68, Iss. 1. P. 5–12.
9. Yuan S., Zhou C., Xie H., Ren M., Lin F., Liang X. et al. Deformation and Fracture Behaviour of Heterostructure Mn8/SS400 Bimetal Composite // Materials. 2025. Vol. 18, Iss. 4. DOI: 10.3390/ma18040758
10. Li J., Feng B., Li D., Feng X. et al. Microstructure and mechanical behavior of Mg/Al composite plate with stainless steel mesh interlayer // Advanced Engineering Materials. 2025. Vol. 27. P. 12790–12798. DOI: 10.1002/adem.202501033
11. Kozhevnikov A. V., Skripalenko M. M., Rogachev S. O., Sundeev R. V., Kozhevnikova I. A. et al. Research of steel strips microstructure and properties after symmetric and asymmetric cold rolling // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2025. Vol. 136, Iss. 3. DOI: 10.1007/s00170-024-14962-1
12. Zhang M., Schulte C., Scharifi E., Stemmler S., Bailly D. Influence of asymmetric strip tension on surface roughness transfer in skin-pass rolling with small roll radius under dry conditions // International Journal of Material Forming. 2026. Vol. 19. DOI: 10.1007/s12289-026-01980-5
13. Vincze G., Pereira A. B., Lopes D. A. F., Yánez J. M. V., Butuc M. C. Study on Asymmetric Rolling Process Applied to Aluminum Alloy Sheets // Machines. 2022. Vol. 10, Iss. 8. DOI: 10.3390/machines10080641
14. Zhang T., An X., Wang Y., Bian G., Wang T. Coordinated Regulation of Bonding Interfacial Structure and Mechanical Properties of Al/Mg Alloy Composite Plates by Electrically Assisted Rolling // Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2025. Vol. 38, Iss. 22. DOI: 10.1186/s10033-024-01168-5
15. Zhao H., Du W., Liu Y., Wang Y. et al. Extrusion forming, microstructure evolution and mechanical properties of Al core reinforced Mg matrix composites // Advanced Engineering Materials. 2025. Vol. 27, Iss. 7. DOI: 10.1002/adem. 202401853
16. Lu Y., Li H., Liang X., Chen Z. et al. Insight on interfacial microstructure and corrosion characteristics of Mg/Al explosive welded composite plates // Advanced Engineering Materials. 2024. Vol. 26, Iss. 20. DOI: 10.1002/adem.202400754
17. Ai X., Dang Y., Jiang X., Feng X. et al. The effect of Ti particles addition on the microstructure and mechanical behavior of Mg AZ31/Al 6082 composite sheets // Materials. 2023. Vol. 16, Iss. 7. DOI: 10.3390/ma16072844
18. Yang N., Jiang X., Zhang R., Li J. et al. The effects of Cu powder on the interface microstructure evolution of hot-rolled Al 6061/Mg M21/Al 6061 composite plates during annealing // Materials. 2025. Vol. 18, Iss. 3. DOI: 10.3390/ma18030655
19. Данилов С. В., Резник П. Л., Лобанов М. Л., Головнин М. А., Логинов Ю. Н. Влияние горячей прокатки на анизотропию механических свойств алюминиевого сплава 6061 // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». 2017. Т. 17, № 1. С. 73–80.
20. Зиновьев А. В., Ионов С. М., Капуткина Л. М., Миронов П. В., Капуткин Е. Я., Сигалов Ю. М., Соломоник Я. Л. Исследование процесса горячей деформации магниевого сплава AZ31 // Металловедение и термическая обработка металлов. 2006. № 11. С. 26–30.
21. Оборудование лаборатории. – URL: www.lmgn.magtu.ru/ru/oborudovanie.html (дата обращения: 20.06.2026).