Modelling of formation of stock surface and subsurface layers in breakdown rolling of aluminium alloy

• Autorzy: Krzyzanowski M. , Frolish M. , Rainforth W.

Warianty tytułu

PL

Symulacja kształtowania się warstwy powierzchniowej wyrobu podczas walcowania wstępnego stopu aluminiowego

• Konferencja: 14th KomPlasTech Conference, Zakopane, January 14-17, 2007
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The model of the stock/roll interface during rolling is usually a micro-part of a more complex macro-finite-element model. Corresponding linking of modelling scales is a necessary stage for numerical analysis of fine mechanisms of the interface formation. These, for example, can include behaviour of thin oxide scales and formation of a few micron thick stock surface layers during hot rolling. The micro scale model has the capacity to include very fine features of the interface such as roll asperities, multi-layer scales, voids or a complicated profile of the scale/metal interface. Simulations of the reheating and breakdown rolling of the Al-Mg-Mn aluminium alloy AA3104 carried out at the University of Sheffield using a two-high laboratory mill were supported by detailed numerical modelling of the stock surface layer formation. To link ‘macro-’ and ‘micro-’ scales of the modelling, the micro-model was reduced to a small segment of the stock-roll interface. The boundary conditions for the small segment were taken from the macro-model. The FE mesh near the interface was then refined as required; the origin of coordinates was changed by tying it to one of the segment nodes and, finally, asperities and grinding defects on the roll surface were introduced onto the roll surface. This procedure allowed for consideration of the fine mechanisms responsible for formation of the scale/metal interface while, at the same time, reducing the number of elements under consideration. Examination of the specimens using glow discharge optical emission spectrometry revealed that the reheating induced significant Mg enrichment in the surface and near surface regions and that Mg diffusion and oxidation continued throughout the reheating. The results of the experimental examinations obtained for the laboratory samples indicated that the level of Mg in the near surface regions of the rolled specimen was of an order of magnitude less than that observed in the reheated specimens. Further analysis including the multi-scale numerical modelling indicated that, under the rolling conditions used, the fall in Mg content arose mainly due to the removal of some of the thin oxide layer by abrasion and adhesion to the work roll surface. In addition a small amount of Mg (as oxides) was intermixed into the subsurface layer of a few microns depth by deformation during rolling. It is thought that the mechanisms which led to the deformation and mixing of the oxide particles into the subsurface layer arose from slip at the roll/stock interface and the action of roll surface asperities on the stock surface.

PL

Symulacja ponownego nagrzewania oraz walcowania wstępnego stopu aluminium AA3104, zawierającego Al, Mg oraz Mn, została wykonana w oparciu o badania doświadczalne, stosując laboratoryjną walcarkę duo (dwuwalcową). Badania doświadczalne były ściśle połączone z modelowaniem numerycznym kształtowania się warstwy powierzchniowej wyrobu. Model powierzchni rozdziału pomiędzy walcem i wsadem zazwyczaj rozpatruje się jako część "mikro-" bardziej skomplikowanego modelu "makro-" opartego o metodę elementów skończonych. W tym przypadku odpowiednie połączenie skal modelowania jest procedurą niezbędną dla dokładnej analizy numerycznej mechanizmów kształtowania powierzchni rozdziału. Taka procedura pozwala na rozpatrywanie dokładnych mechanizmów odpowiadających za kształtowanie powierzchni rozdziału walec/wsad, obniżając jednocześnie liczbę rozpatrywanych elementów. W pracy wykazano, że podczas walcowania mała ilość tlenków magnezu wtrąca się w warstwę powierzchniową wsadu na głębokość około kilku mikronów. Mechanizm odpowiadający za kształtowanie oraz mechaniczne wtrącenie się cząstek tlenkowych w warstwę powierzchniową wsadu łączy się z oddziaływaniem chropowatej powierzchni walca na powierzchnię wyrobu oraz z poślizgiem wzdłuż powierzchni rozdziału: walec/wsad.

Słowa kluczowe

EN

simulation; rolling; stock surface; subsurface layers; multiscale modelling

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 7, No. 1
• Strony: 88--93
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys.

Twórcy

autor

Krzyzanowski M.

autor

Frolish M.

autor

Rainforth W.

• Institute for Microstructural and Mechanical Process Engineering, The University of Sheffield S l 3JD, UK,

Bibliografia

• Afseth, A., Nordlien, J.H., Scamans, G.M., Nisancioglu, K., 2002, Effect of thermo-mechanical processing on fili-form corrosion of aluminum alloy AA3005, Corros. Sci., 44, 2491-2506.
• Scamans, G.M., Afseth, A., Thompson, G.E., Zhou, X., 2002, Ultra-fine grain sized mechanically alloyed surface layers on aluminium alloys, Mater. Sci. Forum, 396, 461-1466.
• Fishkis, M., Lin, J.C., 1997, Formation and evolution of a subsurface layer in a metal working process, Wear, 206, 156-170.
• Frolish, M.F., Walker, J.C., Jiao, C., Rainforth, W.M., Beynon, J.H., 2005, Formation and structure of a subsurface layer in hot rolled aluminium alloy AA3104 transfer bar, Tribology International, 38, 1050-1058.
• Bowden, F.P., Tabor, D., 1964, The Friction and Lubrication in Solids, Part II, Clarendon Press, Oxford, 1964.
• Kopalińsky, E.M., Oxley, P.L.B., 1995, Explaining the mechanics of metallic sliding friction and wear in terms of slipline fleld models of asperity deformation, Wear, 190, 145-154.
• Krzyżanowski, M., Sellars, C.M., Beynon, J.H., 2002, Characterisation of oxide scale in thermomechanical processing of steel, Int. Conf. on Thermomech. Processing: Mechanics, Microstructure and Control, 23-26 June, Shef-field, The University of Sheffield, UK, 94-102.