DOI: 10.52150/2522-9117-2025-39-23
Є. С. Клемешов1,*, к.т.н., с.н.с., ORCID 0000-0001-6486-5319
І. Ю. Приходько1, д.т.н., с.н.с., ORCID 0000-0001-5651-8106
1 Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України
* Автор для листування: klemeshov.evgen@gmail.com
РОЗРОБКА АНАЛІТИЧНИХ МЕТОДІВ ОЦІНКИ УМОВ З’ЄДНАННЯ ТА РОЗ’ЄДНАННЯ ШАРІВ МЕТАЛУ В БАГАТОШАРОВОМУ ПРОКАТІ
Анотація. Для забезпечення надійності та довговічності біметалічних та багатошарових стрічок або листів, отриманих методом прокатки, дуже важливо оцінювати міцність з’єднання на етапі їх створення. На сьогоднішній день існує безліч різних методів оцінки міцності з’єднання, а у сучасних дослідженнях часто використовують відразу кілька таких методів для контролю та оцінки міцності з’єднання отриманих зразків. Найбільш популярними методами оцінки є методи механічної перевірки міцності з’єднання, такі як випробування на зсув, випробування на відшаровування та в деяких випадках на згинання. Ці методи популярні, оскільки є простими, а в результаті випробувань, дослідники отримують певне кількісне значення, яке характеризує міцність з’єднання. Також існують методи мікроструктурної оцінки міцності з’єднання із застосуванням оптичної мікроскопії (ОМ), скануючої електронної мікроскопії (SEM) з ЕРС-аналізом, рентгенографії і вимірами твердості шарів на межі з’єднання. Практично всі перелічені методи оцінки стану поверхні з’єднання та міцності з’єднання належать до тих, що використовуються вже після проведення фізичних експериментів і таким чином збільшуються витрати часу та матеріалів на дослідження. У той же час FEM моделювання може бути використане як до, так і після проведення фізичних експериментів. Однак для цілей прогнозування можливості з’єднання та для оцінки міцності з’єднання шарів металу даний метод використовується вкрай рідко. Існуючі моделі розрахунку процесу з’єднання шарів металу враховують безліч змінних, які, як правило, отримані суто емпірично та адаптовані лише під певні параметри процесу прокатки для отримання досить точних результатів, однак, в той же час, вони є досить громіздкими та складними, не універсальними у застосуванні, що обмежує їх можливості для розрахунку різних комбінацій шарів та матеріалів при створенні технологій. Таким чином, актуальною задачею є розробка більш універсальних методів розрахунку для оцінки міцності з’єднання шарів у біметалічному та багатошаровому прокаті при застосуванні комп’ютерних програм FEM моделювання. На основі багатьох досліджень, в області з’єднання шарів металу при прокатці, розроблено критерій з’єднання шарів металу та методику розрахунку міцності з’єднання шарів металу під час холодної прокатки. Розроблену методику можливо реалізувати із застосуванням комп’ютерного моделювання в програмі QForm UK за допомогою вбудованого в програму інструменту, такого як “підпрограми користувача”.
Ключові слова: біметал, прокатка, міцність з’єднання, метод оцінки, комп’ютерне моделювання.
Посилання для цитування: Клемешов Є. С., Приходько І. Ю. Розробка аналітичних методів оцінки умов з’єднання та роз’єднання шарів металу в багатошаровому прокаті. Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2025. Вип. 39. С. 361-372. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2025-39-23
Перелік посилань
1. Koshmin, A., Zinoviev, A., Cherkasov, S., Mahmoud Alhaj Ali, A., Tsydenov, K., & Churyumov, A. (2024). Finite Element Modeling and Experimental Verification of a New Aluminum Al-2%Cu-2%Mn Alloy Hot Cladding by Flat Rolling. Metals, 14(8), 852. https://doi.org/10.3390/met14080852.
2. Zhuang, Zecheng & Zeng, Lei & Lu, Weiping & Qian, Xuehai & Li, Zhen & Tan, Jianping & Xiang, Yong. (2024). Manufacturing of high strength bimetallic section steel with hot-rolling process. Progress in Natural Science: Materials International. 34. 10.1016/j.pnsc.2024.10.003.
3. Lin, Zone-Ching & Huang, Tang-Guo. (2000). Different degree of reduction and sliding phenomenon study for three-dimensional hot rolling with sandwich flat strip. International Journal of Mechanical Sciences – INT J MECH SCI. 42. 1983-2012. 10.1016/S0020-7403(99)00067-3.
4. Li, Zixuan & Rezaei, Shahed & Wang, Tao & Han, Jianchao & Shu, Xue & Pater, Zbigniew & Huang, Qingxue. (2022). Recent advances and trends in roll bonding process and bonding model: A review. Chinese Journal of Aeronautics. 36. 10.1016/j.cja.2022.07.004.
5. Bay, N. (1983). Mechanisms producing metallic bonds in cold welding. Welding J., 137.
6. Conrad, H., & Rice, L. (1970). The cohesion of previously fractured Fcc metals in ultrahigh vacuum. Metallurgical Transactions, 1(11), 3019-3029.
7. Bambach, Markus & Pietryga, M. & Mikloweit, A. & Hirt, Gerhard. (2014). A finite element framework for the evolution of bond strength in joining-by-forming processes. Journal of Materials Processing Technology. 214. 2156–2168. 10.1016/j.jmatprotec.2014.03.015.
8. Cooper, D. R., & Allwood, J. M. (2014). The influence of deformation conditions in solid-state aluminium welding processes on the resulting weld strength. Journal of Materials Processing Technology, 214(11), 2576-2592.
9. Zhang, X. P., Yang, T. H., Castagne, S., Gu, C. F., & Wang, J. T. (2011). Proposal of bond criterion for hot roll bonding and its application. Materials & Design, 32(4), 2239-2245.
10. Abdullaeva, Barno & Kareem, A.K. & Rachchh, Nikunj & Koka, Nisar & Dehnavi, H.N.. (2024). Evolution of fracture toughness, forming and creep properties of Al/BN/Cu bimetal composite strips fabricated via ARB method. Structures. 69. 107483. 10.1016/j.istruc.2024.107483.
11. Wei, Z., Huang, P., Su, X., Gao, Q., Feng, Z., Peng, L., Li, J., & Zu, G. (2025). Effect of bell annealing on the interface microstructure and mechanical properties of titanium/steel composite plates prepared by hot rolling. Materials Science and Engineering: A, 919, 147485. https://doi.org/10.1016/j.msea.2024.147485.
12. Basem, Ali & Jasim, Dheyaa & Bansal, Pooja & Qasim, Maytham & Brisset, B. (2024). Creep properties of bimetal Al/SiC/Cu composites fabricated via accumulative roll bonding process Al/SiC/Cu. Journal of Central South University. 31. 3807-3818. 10.1007/s11771-024-5799-9.
13. Messler, R. W. (2004). Principles of Welding: Processes, Physics, Chemistry, and Metallurgy. Wiley-VCH.
14. Zhang, W., & Bay, N. (1996). A numerical model for cold welding of metals. C I R P Annals, 45(1), 215-220. https://doi.org/10.1016/S0007-8506(07)63050-9.
15. Shaparev, A. V., & Savin, I. (2016). Calculation of the Amount of the Reduction Required for the Formation of Compound Layers during Cold Rolling of Bimetals. In Materials Science Forum (Vol. 870, pp. 328–333). Trans Tech Publications, Ltd. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.870.328.
16. Kolmogorov V. L. (1977). The ductility and fracture. Moscow: Metallurgy.
Рукопис надійшов до редакції 30.06.2025
Рекомендовано до друку 21.10.2025
Опубліковано онлайн 01.12.2025
