Науковий вісник НГУ

Вплив параметрів деформування при прокатці-з’єднанні на механічні властивості алюмінієво-магнієвих композитів із кірігамі-вставками

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №5 2025

Останнє оновлення: 25 жовтня 2025

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 1805

Authors:

Я. В. Фролов, orcid.org/0000-0001-6910-6223, Український державний університет науки і технологій, м. Дніпро, Україна

Ф. Нюрнбергер, orcid.org/0000-0002-7824-0675, Ляйбниц Університет, м. Ганновер, Федеративна Республіка Німеччина

Д. В. Коноводов*, orcid.org/0000-0001-8282-4991, Український державний університет науки і технологій, м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

О. С. Бобух, orcid.org/0000-0001-7254-3854, Український державний університет науки і технологій, м. Дніпро, Україна

В. В. Бояркін, orcid.org/0009-0005-7582-9504, Український державний університет науки і технологій, м. Дніпро, Україна

* Автор-кореспондент e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2025, (5): 069 - 077

https://doi.org/10.33271/nvngu/2025-5/069

Abstract:

Мета. Оцінка залежності механічних властивостей композиційного матеріалу, що складається з алюмінію EN AW 1050, структури кірігамі зі сталі E235 і магнієвого сплаву AZ31, від початкової конфігурації його складових і обтиску при прокатці-з’єднанні.

Методика. Дослідження включало отримання методом прокатки-з’єднання п’ятишарових композитних листів такої конфігурації: два внутрішні шари складалися з кірігамі-структури, у якості якої використовували просічно-витяжну сітку з низьковуглецевої сталі; у якості зовнішніх матричних шарів використовували листи з алюмінієвого сплаву, а внутрішнього матричного шару – лист зі сплаву магнію. Стан кірігамі-структури оцінювали за допомогою рентгенівського аналізу. Механічні властивості отриманих композитів оцінювали трьома методами: випробування на ударний вигин; триточковий вигин; випробування на вдавлювання кульки.

Результати. За результатами експериментального дослідження були отримані дані про трансформацію кірігамі-структури в середині п’ятишарового композиту в залежності від величини відносного обтиску. Встановлено, що забезпечення ізотропії властивостей композиту можливо за умови дотримання деформації при прокатці на рівні 55 %. Результати механічних випробувань показали, що армування кірігамі-структурою на 60‒70 % підвищує здатність до поглинання енергії, у тому числі в умовах складного напружено-деформованого стану. Жорсткість таких композитів у декілька разів вища за жорсткість неармованого алюмінію.

Наукова новизна. У даному дослідженні вперше кількісно оцінено вплив конфігурації компонентів і відносного обтиску при прокатці на механічні властивості п’ятишарового алюмінієво-магнієвого композиту, армованого сталевою кірігамі-структурою. Встановлено, що параметри деформації забезпечують не тільки надійне з’єднання шарів магнію й алюмінію, а ще, за рахунок контрольованої трансформації кірігамі-структури, значне збільшення показників механічних властивостей.

Практична значимість. Результати дослідження розширюють уявлення про вплив обтиску й початкової конфігурації шарів багатошарового алюмінієво-магнієвого композиту на його деформацію під час прокатки-з’єднанні та можуть бути основою для розробки нових композитів, армованих кірігамі-структурами.

Ключові слова: прокатка-з’єднання, кірігамі-структура, композитний матеріал, питома міцність

References.

1. Simões, S. (2024). High-Performance Advanced Composites in Multifunctional Material Design: State of the Art, Challenges, and Future Directions. Materials, 17, 5997. https://doi.org/10.3390/ma17235997

2. Bai, J., Yang, Y., Wen, C., Chen, J., Zhou, G., Jiang, B., Peng, X., & Pan, F. (2023). Applications of magnesium alloys for aerospace: A review. Journal of Magnesium and Alloys, 11(10), 3609-3619.
https://doi.org/10.1016/j.jma.2023.09.015

3. Hou, J., Li, D., Liu, Z., Ji, Z., Guan, S., Li, C., Qiao, X., Golovin, I., & Zheng, M. (2023). Structure-function integrated magnesium alloys and their composites. Journal of Magnesium and Alloys, 11(10), 3511-3544. https://doi.org/10.1016/j.jma.2023.09.012

4. Wu, T., & Zhang, K. (2023). Corrosion and Protection of Magnesium Alloys: Recent Advances and Future Perspectives. Coatings, 13(9), 1533. https://doi.org/10.3390/coatings13091533

5. Li, Z., Rezaei, S., Wang, T., Han, J., Shu, X., Pater, Z., & Huang, Q. (2022). Recent advances and trends in roll bonding c bonding model: A review. Chinese Journal of Aeronautics, 36(4), 36-74. https://doi.org/10.1016/j.cja.2022.07.004

6. Szabó, G. (2017). Optimization of Roll Bonding by Hot Rolling in Experimental and Industrial Use. Archives of Metallurgy and Materials, 62, 1205-1208. https://doi.org/10.1515/AMM-2017-0178

7. Saleh, H., Schmidtchen, M., & Kawalla, R. (2018). Hot Roll Bonding of Aluminum to Twin-Roll Cast (TRC) Magnesium and Its Subsequent Deformation Behavior. Journal of Materials Engineering and Performance, 27, 5069-5078. https://doi.org/10.1007/s11665-018-3217-x

8. Abbasi, M., & Sajjadi, S. (2018). Mechanical Properties and Interface Evaluation of Al/AZ31 Multilayer Composites Produced by ARB at Different Rolling Temperatures. Journal of Materials Engineering and Performance, 27, 3508-3520. https://doi.org/10.1007/s11665-018-3423-6

9. Tiamiyu, A., Chen, X., Pangv, E., Sun, Y., Lienhard, J., ­Lebeau, J., Nelson, K., & Schuh, C. (2021). Oxide layer delamination: an energy dissipation mechanism during high-velocity microparticle impacts. Applied Surface Science, 574, 151673. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.151673

10.      Lienhard, J., Crook, C., Azar, M., Hassani, M., Mumm, D., Veysset, D., …, & Valdevit, L. (2020). Surface oxide and hydroxide effects on aluminum microparticle impact bonding. Acta Materialia, 197, 28-39. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.07.011

11.      Zhang, X., Luo, Z., Xie, G., Yu, H., Liu, Z., & Yang, J. (2022). Interface microstructure and bonding mechanisms of 7050 aluminum alloy thick plates produced by vacuum roll cladding. Materials Science and Engineering: A, 850, 143582. https://doi.org/10.1016/j.msea.2022.143582

12.      Yang, Y., Jiang, Z., Chen, Y., Liu, X., Sun, J., & Wang, W. (2022). Interfacial microstructure and strengthening mechanism of stainless steel/carbon steel laminated composite fabricated by liquid-solid bonding and hot rolling. Materials Characterization, 191, 112122. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2022.112122

13.      Demler, E., Rodman, D., Rodman, M., Gerstein, G., Grydin O., Briukhanov, A., …, & Maier, H. Y. (2018). The influence of alternating low-cycle bending loads on sheet properties having an HCP crystal lattice. Journal of Materials Engineering and Performance, 27(2), 541-549. https://doi.org/10.1007/s11665-018-3123-2

14.      Frolov, Y., Haranich, Y., Bobukh, O., Remez, O., Voswinkel, D., & Grydin, O. (2020). Deformation of expanded steel mesh inlay inside aluminum matrix during the roll bonding. Journal of Manufacturing Processes, 58, 857-867. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2020.08.049

15.      Frolov, Y., Nosko, M., Samsonenko, A., Bobukh, O., & Remez, O. (2021). Roll Bonding of Al-Based Composite Reinforced with C10 Steel Expanded Mesh Inlay. Metals, 11, 1044. https://doi.org/10.3390/met11071044

16.      Liu, T., Song, B., Huang, G., Jiang, X., Guo, S., Zheng, K., & Pan, F. (2022). Preparation, structure and properties of Mg/Al laminated metal composites fabricated by roll-bonding, a review. Journal of Magnesium and Alloys, 10(8), 2062-2093. https://doi.org/10.1016/j.jma.2022.08.001

17.      Tao, J., Khosravi, H., Deshpande, V., & Li, S. (2022). Engineering by Cuts: How Kirigami Principle Enables Unique Mechanical Properties and Functionalities. Advanced Science, 10, 2204733. https://doi.org/10.1002/advs.202204733

18.      Jin, L., Forte, A. E., Deng, B., Rafsanjani, A., & Bertoldi, K. (2020). Kirigami-Inspired Inflatables with Programmable Shapes. Advanced Materials, 32(33), 2001863. https://doi.org/10.1002/adma.202001863

19.      Frolov, Y., Konovodov, D., Bobukh, O., & Boiarkin, V. (2025). Transformation of the kirigami-type deformable inlay during roll bonding. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (1), 34-39. https://doi.org/10.33271/nvngu/2025-1/034

20.      Raisie, F., Sedighi, M., & Rouzbeh, A. (2023). An Experimental Study on the Creep Behavior of Al 1050/Mg AZ31B Bilayer Sheet Fabricated via Roll Bonding. Journal of Materials Engineering and Performance, 33, 12467-12479. https://doi.org/10.1007/s11665-023-08819-z

21.      Taniyama, H., & Iwase, E. (2021). Design of a Kirigami Structure with a Large Uniform Deformation Region. Micromachines, 12, 76. https://doi.org/10.3390/mi12010076

22.      Soleimani, H., Goudarzi, T., & Aghdam, M. (2021). Advanced structural modeling of a fold in Origami/Kirigami inspired structures. Thin-walled Structures, 161, 107406. https://doi.org/10.1016/J.TWS.2020.107406

23.      Rashidi, M., Tayebi, P., & Hashemi, R. (2025). Stress relief treatment of aluminum/magnesium laminates fabricated by roll bonding technique. Heliyon, 11(2), e41639. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2025.e41639

24.      Frolov, Y., Bobukh, O., Samsonenko, A., & Nurnberger, F. (2023). Patterning of Surfaces for Subsequent Roll Bonding in a Low-Oxygen Environment Using Deformable Mesh Inlays. Journal of Manufacturing Processes, 7(5), 158. https://doi.org/10.3390/jmmp7050158

25.      Liu, Z., Krämer, A., Lohmar, J., Aretz, H., Karhausen, K., Bailly, D., Hirt, G., & Teller, M. (2023) The adaption, evaluation and application of a semi-empirical bond strength model for the simulations of multi-pass hot roll bonding of aluminium alloys. International Journal of Material Forming, 16, 71. https://doi.org/10.1007/s12289-023-01795-8

• < Попередня
• Наступна >