Analysis of Deformation and Microstructural Evolution in the Hot Forging of the Ti-6Al-4V Alloy

The paper presents the analysis of the three-dimensional strain state for the cogging process of the Ti-6Al-4V alloy using the finite element method, assuming the rigid-plastic model of the deformed body. It reports the results of simulation studies on the metal flow pattern and thermal phenomena occurring in the hot cogging process conducted on three tool types. The computation results enable the determination of the distribution of effective strain, effective stress, mean stress and temperature within the volume of the blank. This solution has been complemented by adding the model of microstructure evolution during the cogging process. The numerical analysis was made using the DEFORM-3D consisting of a mechanical, a thermal and a microstructural parts. The comparison of the theoretical study and experimental test results indicates a potential for the developed model to be employed for predicting deformations and microstructure parameters.

W pracy przedstawiono analizę przestrzennego stanu odkształcenia dla procesu kucia wydłużającego stopu tytanu Ti-6Al-4V z wykorzystaniem metody elementów skończonych z założeniem sztywnoplastycznego modelu odkształcanego ciała. Przedstawiono wyniki prac związanych z symulacją schematu płynięcia metalu i zjawisk cieplnych w procesie kucia na gorąco w trzech rodzajach narzędzi kuźniczych. Rezultaty obliczeń umożliwiają określenie rozkładu intensywności odkształcenia, intensywności naprężeń, naprężeń średnich i temperatury w objętości odkuwki. Rozwiązanie uzupełniono o model rozwoju mikrostruktury podczas kucia. Analizę numeryczną wykonano z wykorzystaniem programu DEFORM-3D, składającego się z części mechanicznej, termicznej i mikrostrukturalnej. Porównanie teoretycznych i eksperymentalnych rezultatów badań wskazuje na możliwość zastosowania opracowanego modelu do prognozowania odkształceń i parametrów mikrostruktury.