The modelling of ring tests at elevated temperatures for the determination of friction in Ti-6A1-4V forgings

Ring compression tests and finite element modelling were used to explore the friction conditions present in high temperature Ti-6A1-4V forgings where glass is used as the lubricant. The work explored the use of isothermal and non-isothermal simulations as a means of modelling non-isothermal test conditions. The friction factor is determined by comparison of the deformation of the internal diameter of the experimental compression rings and the simulated compression rings. It was determined that the heat transfer coefficients (HTCs) used in the simulations have a significant result on the friction factor predicted by the simulation results. It was found that it is possible to predict similar deformations through combinations of low HTC/high friction factor and high HTC/low friction factor. Consequently, it is considered critical that the heat transfer conditions for non-isothermal work where there is a high temperature gradient between workpiece and its surroundings be correctly modelled in order to determine the correct friction factor to be used in later simulations.

---

W pracy badano warunki tarcia w wysokich temperaturach pomiędzy odkuwkami ze stopu Ti-6A1-4V i szkłem, będącym smarem, w próbie spęczania pierścieni przy wykorzystaniu modelowania metodą elementów skończonych. Sprawdzono możliwość zastosowania symulacji zarówno przy zachowaniu warunków izotermicznych, jak i nieizotermicznych, do modelowania nieizotermicznych warunków prób doświadczalnych. Czynnik tarcia oszacowano porównując zmiany wewnętrznej średnicy pierścienia w eksperymencie i symulacji numerycznej. W trakcie badań zaobserwowano, że wartość współczynnika wymiany ciepła (HTCs) przyjęta w modelowaniu ma istotny wpływ na wyznaczony w oparciu o symulacje czynnik tarcia. Zauważono, że możliwe jest otrzymanie zbliżonych wyników dla kombinacji: mały HTCs/duża wartość czynnika tarcia oraz duża wartość HTCs/mały czynnik tarcia. W związku z powyszym stwierdzono, że warunki wymiany ciepła w procesie nieizotermicznym, charakteryzującym się znacznym gradientem temperatury pomiędzy próbką a otoczeniem, powinny być prawidłowo uwzględnione dla poprawnego wyznaczenia czynnika tarcia stosowanego w kolejnych symulacjach.