vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2022-67-4-370-378vestift-764Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕ, МЕХАНИКАMECHANICAL ENGINEERING AND MECHANICSКритерии вскрытия осевой полости при поперечно-клиновой прокаткеCriteria for opening an axial cavity in cross-wedge rollingКожевниковаГ. В.KozhevnikovaG. V.

Кожевникова Гражина Валерьевна ‒ доктор технических наук, главный научный сотрудник лаборатории точной штамповки и поперечно-клиновой прокатки

ул. Академика Купревича, 10, 220141, Минск

Grazhina V. Kozhevnikova ‒ Dr. Sc. (Engineering), Chief Researcher of the Laboratory of Close Tolerance Forging and Cross-Wedge Rolling

10, Academician Kuprevich Str., 220141, Minsk

fti@tut.byЩукинВ. Я.ShchukinV. Ya.

Щукин Валерий Яковлевич ‒ кандидат технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник, Республиканское инновационное унитарное предприятие «Научно-технологический парк

ул. Я. Коласа, 24, 220131, Минск

Valery Ya. Shchukin ‒ Ph. D (Engineering), Associate Professor, Leading Researcher “Science and Technology Park BNTU “Polytechnic”

24, Ya. Kolas Str., 220131, Minsk

fti@tut.byДубенецС. С.DubianetsS. S.

Дубенец Станислав Сергеевич ‒ младший научный сотрудник лаборатории точной штамповки и поперечно-клиновой прокатки

ул. Академика Купревича, 10, 220141, Минск

Stanislav S. Dubianets ‒ Junior Researcher of the Laboratory of Close Tolerance Forging and Cross-Wedge Rolling

10, Academician Kuprevich Str., 220141, Minsk

dubenetsss@gmail.comФизико-технический институт Национальной академии наук БеларусиPhysical-Technical Institute of the National Academy of Sciences of BelarusБелорусский национальный технический университетBelarusian National Technical University202202012023674370378Copyright © Кожевникова Г.В., Щукин В.Я., Дубенец С.С., 20232023Кожевникова Г.В., Щукин В.Я., Дубенец С.С.Kozhevnikova G.V., Shchukin V.Y., Dubianets S.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/764

Рассмотрено применение эмпирической, феноменологической деформационной и энергетической теорий разрушения металла по отношению к процессу поперечно-клиновой прокатки. Отличительной особенностью поперечно-клиновой прокатки по сравнению с другими процессами обработки металлов давлением является сложное напряженно-деформированное состояние в очаге деформации и возможность вскрытия осевой полости. Приведены существующие эмпирические критерии разрушения. Рассмотрены схема нового калибровочного испытания на основе поперечно-клиновой прокатки и критерий разрушения, предложенные Збигневом Патером. Показано, что эмпирический критерий разрушения Збигнева Патера обеспечивает корректное определение момента вскрытия полости при поперечно-клиновой прокатке. Показано, что согласно феноменологической деформационной теории, разработанной В. Л. Колмогоровым, разрушение металла при пластической деформации наступает после достижения накопленными деформациями своего предельного значения, которое зависит от среднего напряжения. При этом зависимость предельного значения накопленных деформаций от напряжения носит более сложный характер. Предлагается оценивать пластичность металла в зависимости от напряженного состояния в виде двух независимых инвариантов тензора напряжений: среднего напряжения и параметра третьего инварианта тензора напряжений. Зависимость предельной величины накопленной деформации, при которой происходит разрушение, от напряженного состояния строится в виде поверхности пластичности. Феноменологический деформационный критерий разрушения металла при пластических деформациях позволяет определить момент вскрытия полости при поперечно-клиновой прокатке и ресурс пластичности металла.

The application of empirical, phenomenological deformation and energy theories of metal fracture in relation to the process of cross-wedge rolling is considered. A distinctive feature of cross-wedge rolling in comparison with other metal pressure treatment processes is the complex stress-strain state in the deformation focus and the possibility of opening the axial cavity. The existing empirical criteria of destruction are given. The scheme of a new calibration test based on crosswedge rolling and the fracture criterion proposed by Zbigniew Pater are considered. It is shown that the Zbigniew Pater’s empirical criterion for the destruction of Zbigniew Pater provides a correct determination of the moment of opening the cavity during cross-wedge rolling. The improved phenomenological deformation theory is based on the theory of fracture developed by V. L. Kolmogorov. It is proposed to evaluate the plasticity of the metal depending on the stress state in the form of two independent invariants of the stress tensor: the average stress and the parameter of the third invariant of the stress tensor. The dependence of the limit value of accumulated deformation, at which destruction occurs, on the stress state is constructed in the form of a plasticity surface. The phenomenological deformation criterion of metal destruction during plastic deformations allows us to determine the moment of opening the cavity during cross-wedge rolling and the plasticity resource of the metal.

пластическое деформированиекритерии разрушениянапряженно-деформированное состояниепластичностьресурс пластичностиplastic strainingfailure criteriastress-strain stateplasticityplasticity resourceReferencesЩукин, В. Я. Белорусская школа поперечно-клиновой прокатки / В. Я. Щукин, Г. В. Кожевникова // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. фiз.-тэхн. навук. – 2016. – № 1. – С. 43–50.Shchukin V. Ya., Kozhevnikova G. V. Belarusian cross-wedge rolling school of thought. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-technichnych navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, 2016, no. 1, pp. 43–50 (in Russian).A study on central crack formation in cross wedge rolling / Xianyan Zhoua [et al.] // J. Mater. Process. Tech. – 2020. – Vol. 279. – Art. ID 116449. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2019.116549Xianyan Zhoua, Zhutao Shaoa, Pruncua C. I., Lin Huab, Balinta D., Jianguo Lina, Jun Jianga. A study on central crack formation in cross wedge rolling. Journal of Materials Processing Technology, 2020, vol. 279, art. ID 116449. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2019.116549Cuiping Yang. Micro-mechanism of central damage formation during cross wedge rolling / Cuiping Yang, H. Dong, Zhenghuan Hu // J. Mater. Process. Technol. ‒ 2018. ‒ Vol. 252. ‒ P. 322–332. http://dx.doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2017.09.041Cuiping Yang, Dong H., Zhenghuan Hu. Micro-mechanism of central damage formation during cross wedge rolling. Journal of Materials Processing Technology, 2018, vol. 252, pp. 322–332. http://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2017.09.041Pater, Z. Establishment of a new hybrid fracture criterion for cross wedge rolling / Z. Pater, J. Tomczak, T. Bulzak // Int. J. Mech. Sci. ‒ 2020. – Vol. 167. – Art. ID e105274. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2019.105274Pater Z., Tomczak J., Bulzak T. Establishment of a new hybrid fracture criterion for cross wedge rolling. International Journal of Mechanical Sciences, 2020, vol. 167, art. ID e105274. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2019.105274Кожевникова, Г. В. Развитие энергетической теории разрушения при пластической деформации металла / Г. В. Кожевникова, С. С. Дубенец // Актуальные проблемы прочности / А. В. Алифанов [и др.]; под ред. В. В. Рубаника. – Минск: УП «ИВЦ Минфина», 2022. ‒ Гл. 13. ‒ С. 160–172.Kozhevnikova G. V., Dubenets S. S. Development of the energy theory of fracture during plastic deformation of a metal. Rubanik V. V. (ed.) Actual Problems of Strength. Minsk, UE “ECM of the Ministry of Finance”, 2022, сh. 13, pp. 160–172.Cross wedge rolling of a Ti6Al4V (ELI) alloy: the experimental studies and the finite element simulation of the deformation and failure / M. Çakırcalı [et al.] // Int. J. Adv. Manuf. Technol. – 2013. – Vol. 65, iss. 9–12. – P. 1273–1287. https://doi.org/10.1007/s00170-012-4256-3Çakırcalı M., Kılıçaslan C., Güden M., Kıranlı E., Shchukin V. Y., Petronko V. V. Cross wedge rolling of a Ti6Al4V (ELI) alloy: the experimental studies and the finite element simulation of the deformation and failure. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2013, vol. 65, iss. 9–12, pp. 1273–1287. https://doi.org/10.1007/s00170-012-4256-3Кожевникова, Г. В. Деформационный критерий разрушения при пластическом течении / Г. В. Кожевникова // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. фiз.-тэхн. навук. – 2010. – № 2. – С. 61–68.Kozhevnikova G. V. Deformation criterion of fracture in plastic flow. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-technichnych navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, 2010, no. 2, pp. 61–68 (in Russian).Rice, J. R. On the ductile enlargement of voids in triaxial stress fields / J. R. Rice, D. M. Tracey // J. Mech. Phys. Solids. ‒ 1969. – Vol. 17, iss. 3. ‒ P. 201–217. https://doi.org/10.1016/0022-5096(69)90033-7Rice J. R., Tracey D. M. On the ductile enlargement of voids in triaxial stress fields. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 1969, vol. 17, iss. 3, pp. 201–217. https://doi.org/10.1016/0022-5096(69)90033-7Prediction of fracture in hub-hole expanding process using a new ductile fracture criterion / Y. K. Ko [et al.] // J. Mater. Process. TechnOL. ‒ 2007. – Vol. 187–188. ‒ P. 358–362. http://dx.doi.org/10.1016%2Fj.jmatprotec.2006.11.071Ko Y. K., Lee J. S., Huh H., Kim K. K., Park S. H. Prediction of fracture in hub-hole expanding process using a new ductile fracture criterion. Journal of Materials Processing Technology, 2007, vol. 187–188, pp. 358–362. http://doi.org/10.1016%2Fj.jmatprotec.2006.11.071Oyane, M. Criteria of Ductile Fracture Strain / M. Oyane // Bull. of JSME. ‒ 1972. – Vol. 15, iss. 90. ‒ P. 1507–1513. https://doi.org/10.1299/jsme1958.15.1507Oyane M. Criteria of Ductile Fracture Strain. Bulletin of JSME, 1972, vol. 15, iss. 90, pp. 1507–1513. https://doi.org/10.1299/jsme1958.15.1507Oh, S. I. Ductile fracture in axisymmetric extrusion and drawing. Part II. Workability in extrusion and drawing / S. I. Oh, C. C. Chen, S. Kobayashi // J. Eng. Ind. ‒ 1979. – Vol. 101, iss. 1. ‒ P. 36–44. https://doi.org/10.1115/1.3439471Oh S. I., Chen C. C., Kobayashi S. Ductile fracture in axisymmetric extrusion and drawing. Part II. Workability in extrusion and drawing. Journal of Engineering for Industry, 1979, vol. 101, iss. 1, pp. 36–44. https://doi.org/10.1115/1.3439471Brozzo, P. A new method for the prediction of formability limits in metal sheets / P. Brozzo, B. Deluca, R. Rendina // Sheet metal forming and formability: 7th Biennial Congress of the International Deep Drawing Research Group’ 72: [Proceedings] : Amsterdam, October 9–13, 1972. – [Amsterdam, 1972].Brozzo P., Deluca B., Rendina R. A new method for the prediction of formability limits in metal sheets. Sheet metal forming and formability: 7th Biennial Congress of the International Deep Drawing Research Group’ 72: [Proceedings]: Amsterdam, October 9–13, 1972. Amsterdam, 1972.Application of ductile fracture criteria in spin-forming and tube-bending processes / M. Zhan [et al.] // Comp. Mater. Sci. ‒ 2009. – Vol. 47, iss. 2. ‒ P. 353–365. http://dx.doi.org/10.1016%2Fj.commatsci.2009.08.011Zhan M., Gu C., Jiang Z., Hu L., Yang H. Application of ductile fracture criteria in spin-forming and tube-bending processes. Computational Materials Science, 2009, vol. 47, iss. 2, pp. 353–365. http://doi.org/10.1016%2Fj.commatsci.2009.08.011Ayada, M. Central bursting in extrusion of inhomogeneous materials / M. Ayada, T. Higashino, K. Mori // Proc. of the First Intern. Conf. on Technology of Plasticity, Tokyo, Japan, 3–7 September 1984. ‒ P. 553–558.Ayada M., Higashino T., Mori K. Central bursting in extrusion of inhomogeneous materials. Proceedings of the First International Conference on Technology of Plasticity, Tokyo, Japan, 3–7 September 1984, pp. 553–558.Determination of the Critical Value of Material Damage in a Cross Wedge Rolling Test / Z. Pater [et al.] // Materials. ‒ 2021. – Vol 14, № e1586. ‒ P. 1‒18. http://dx.doi.org/10.3390/ma14071586Pater Z., Gontarz A., Tomczak J., Bulzak T. Determination of the Critical Value of Material Damage in a Cross Wedge Rolling Test. Materials, 2021, vol. 14, no. e1586, pp. 1‒18. http://doi.org/10.3390/ma14071586Кожевникова, Г. В. Пластические свойства металлов и сплавов: феноменологическая деформационная теория разрушения при пластическом течении / Г. В. Кожевникова, В. Я. Щукин. – Минск: Беларус. навука, 2021. – 277 с.Kozhevnikova G., Shchukin V. Plastic Properties of Metals and Alloys: Phenomenological Deformation Theory of Destruction in Plastic Flow. Minsk, Belaruskaya navuka Publ., 2021. 277 p. (in Russian).Пластичность и разрушение / под общ. ред. В. Л. Колмогорова. – М.: Металлургия, 1977. – 336 с.Kolmogorov V. L. (ed.) Plasticity and Destruction. Moscow, Metallurgia Publ., 1977. 336 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.