真空自耗熔炼的数值模拟在TC11钛合金产品中的应用

采用真空电弧重熔过程模型软件(BMPS-VAR)通过数值模拟研究了∅760 mm TC11钛合金铸锭真空自耗熔炼过程中不同阶段的熔池形状、温度场及元素成分分布,并采用与熔炼模拟相同的工艺进行试验验证。结果表明,实测铸锭缩孔深度为112 mm,与模拟结果基本一致。VAR过程的数值模拟为建立TC11钛合金真空自耗熔炼模型及解决冶炼实际问题提供了有效的结果预测和技术支撑。

内置前驱粉体真空自耗熔炼法制备ODS钢锭的组织演变

目的探究内置前驱粉体真空自耗熔炼法制备ODS钢的可行性。方法采用内置前驱粉体真空自耗熔炼法制备10 kg的ODS钢铸锭,对铸锭进行轧制及热处理,使用扫描电子显微镜和透射电子显微镜等手段研究铸锭组织特别是析出物的演变情况。结果通过内置前驱粉体真空自耗熔炼法成功引入了过饱和氧化物粉体,热轧薄板中含有微米级的富Y氧化物和富Ti氧化物,且颗粒分布均匀,没有任何宏观或微观聚集现象。常规固溶热处理(1200℃)和电流固溶热处理(1000℃)均可减小热轧薄板中氧化物的尺寸,且经冷轧(压下量为80%)+1000℃-10min电流固溶热处理后,热轧薄板中的氧化物颗粒尺寸最小,富Ti和富Y的Y-Ti-O颗粒平均尺寸分别降至0.75μm和0.17μm。对薄板进行800℃-3h的时效处理后,观察到纳米量级的Y-Ti-O复合氧化物析出,尺寸为20-200nm。结论内置前驱粉体真空自耗熔炼法成功将粉体引入铸锭中,轧制及热处理工艺能够显著细化氧化物颗粒并析出纳米量级的氧化物。

真空自耗熔炼对钨锆合金显微组织与力学性能的影响

采用真空自耗熔炼工艺对粉末冶金态钨锆合金进行熔炼,得到高密度、高强韧的熔炼态钨锆合金。通过金相显微镜、SEM、EDS等对粉末冶金态和熔炼态钨锆合金的显微组织、力学性能和断口形貌进行分析与表征。结果表明:自耗熔炼可以消除烧结态存在的气孔,得到组织均匀的熔炼态钨锆合金;熔炼态合金显微组织主要由Zr-Ti相和W-Ti相组成,其中钨组元在熔炼中没有熔化,主要发生随机团聚现象;熔炼态钨锆合金断口形貌表现出韧性和脆性两种断裂方式共存特征,且密度与强度较粉末冶金态有明显提高。

真空自耗熔炼制备Ti-22V-10Cr-2Zn-xY合金的组织和力学性能分析

采用真空自耗熔炼制备Ti-22V-10Cr-2Zn-xY合金,并对其进行挤压和热处理。通过实验测试的手段研究不同Y元素添加量下钛合金的组织,力学性能,热稳定及蠕变性能。研究结果表明:加入Y后合金再结晶过程中在条型Y元素边缘形成了数量众多的细小晶粒,晶粒组织均匀性也获得较大改善。相对于室温,合金在600℃高温条件下发生了拉伸强度减小,获得更优塑性。增大Y元素加入量后,热稳定性能试样发生拉伸强度先提高后降低,屈服强度不断减小,获得了更优塑性。对试样进行热暴露处理,晶界区域出现了较多的α相,引起脆性沿晶断裂,塑性也明显降低。Y比例在0.1%与0.2%条件下的合金热稳定保持基本一致。经过600℃高温作用后,合金组织内形成了空洞结构,引起蠕变性与持久性的下降。含有0.1%Y元素的试样具备最优的蠕变性能,并且持久性也达到最佳状态。

钛及钛合金真空自耗熔炼过程中关键参数控制分析

真空自耗熔炼是钛及钛合金铸锭生产的重要方法。真空自耗熔炼炉炉内真空度及漏气率、熔炼电压、熔炼电流、坩埚出水口温度及流速等是保障熔炼过程平稳进行和提升铸锭质量的关键参数。作者依据多年从事钛及钛合金熔炼的经验分析了熔炼工艺对熔炼电压和熔炼电流的控制要求,并在此基础上阐述以实现"平静熔炼"为目标的熔炼控制技术,供从事钛及钛合金熔炼的工程技术人员参考。

钛及钛合金真空自耗熔炼补缩工艺研究

钛及钛合金经真空自耗熔炼后,铸锭头部易出现缩孔较深,切头量较大的问题。本文研究了缩孔产生的原因,论述了补缩工艺参数制定的原则及方法;并据此制定了符合攀长钢钛业分公司国产3 t真空自耗炉(VAR)的补缩工艺制度,极大地减小了缩孔深度,提高了成材率。

高性能轴承钢真空自耗熔炼过程组织演变规律与控制研究

通过Pro-CAST有限元软件模拟了高性能轴承钢真空自耗熔炼过程的温度场、熔池形貌和微观组织,研究了真空自耗铸锭组织演变规律,探究了温度场、熔池形貌对组织生长的影响。熔炼结束后,对真空自耗铸锭进行解剖酸洗以验证模拟结果。研究表明:模拟结果与实验结果吻合,铸锭组织形貌为贯穿铸锭中心的细长柱状晶,真空自耗铸锭的底部、边部和凝固末端有小面积等轴晶。柱状晶的生长带有明显的择优取向,底部柱状晶取向为垂直向上,中上部为斜向上。熔池深度越大,斜向上角度越小;熔池形貌对铸锭组织形貌影响显著,通过控制熔炼参数控制好熔池形貌能有效提高铸锭质量。

真空自耗熔炼法制备大规格TA5-A铸锭

采用真空自耗熔炼方法制备了名义成分为Ti-4Al-0.005B的大规格TA5-A钛合金铸锭,并测试铸锭的化学成分及β转变温度,观察了铸锭的低倍金相组织。实验结果表明:真空自耗电弧熔炼制备的Φ720 mm×2600 mmTA5-A钛合金5 t铸锭,其元素Al、B成分分布均匀,满足GJB944-90标准要求,且O、N、H气体间隙元素含量低,铸锭低倍组织无明显的气孔、偏析、金属或非金属夹杂等冶金缺陷,且铸锭表面质量良好,满足工业化生产要求。

锆合金真空自耗熔炼补缩工艺研究

研究了锆合金真空自耗熔炼补缩工艺,分析了补缩电流、正常熔炼电流与坩埚直径、补缩电压和补缩时间对锆合金铸锭补缩效果的影响。结果表明,6 kA电流的保持时间对冒口深度影响很大,冒口深度随保持时间的增加而减小;正常熔炼电流和坩埚直径变大时,增加电流降低级数有利于补缩效果。适宜的补缩制度为:准720 mm铸锭电流降低,控制在3级;准820 mm铸锭电流降低,控制在5级;适当延长6 kA电流的保持时间,补缩时间控制在80 min左右。在该补缩工艺下,准820 mm的锆合金铸锭冒口深度可降低至65 mm。

钛合金真空自耗熔炼中的风险识别及预防措施

在高温下,钛的活性迅速增加,可与许多物质发生剧烈反应。目前高品质钛合金的主流熔炼工艺为在真空或惰性气氛保护下的三次真空自耗熔炼。在熔炼过程中,钛合金溶液的熔池温度可达1750℃以上,必须对铜坩埚、电极杆、炉体等设备重要部位通水冷却。在实际的大规模生产中,容易因操作不当、设备故障等原因引起设备冷却水漏进坩埚,与钛合金溶池接触后发生爆炸,造成人员伤亡和财产损失。本文结合实际生产和设备管理经验,总结了真空自耗熔炼炉的危险因素,分析了对应的预防措施。

钛合金真空自耗熔炼过程中电场的数值模拟

采用有限元计算软件ANSYS建立钛合金真空自耗熔炼过程中坩埚内电磁搅拌的计算模型,通过电磁场计算模块对搅拌过程中熔炼的电流分布情况进行研究。研究结果表明:熔炼过程中所产生的电流主要分布于坩埚壁面上部、熔池表面和电极上,在坩埚及铸锭底部几乎没有电流的分布,电流从坩埚壁经熔池表面流回电极,在熔池表面呈典型的向心分布,电流密度最大值在铸锭与电弧区交界处,通过与实验数据对比从而验证了模拟的可靠性。

浅谈TPM在钛合金真空自耗熔炼设备管理的应用

钛合金真空自耗熔炼设备在生产使用中具有运行负荷率高、事故风险高、故障种类多、产品价值高等特点,在其设备日常管理中存在故障种类多、故障率高、停机时间长、维修费用高、管理难度大等问题。结合生产现场管理实际,通过TPM设备管理工具指导钛合金真空自耗熔炼设备的设备管理工作,可有效降低设备故障率和维护成本,提升设备稳定性和安全性,是企业降本增效的有效途径之一。

真空自耗熔炼TC2铸锭中Mn元素的挥发与控制

针对在TC2铸锭真空自耗熔炼过程中Mn元素不易控制的技术难点,本文通过向炉内选择不同范围的充氩压力进行充氩来控制Mn元素的挥发,经过对比分析得出,当充氩压强为6×103Pa时,Mn元素挥发量最小,锰成分得到了有效控制。

真空自耗熔炼时钛合金中易挥发元素成份的控制

通过试验,论述了真空自耗电弧熔炼条件下,控制钛合金中易挥发元素成份的途径。探讨了主要工艺因素对易挥发元素挥发的影响,获得了控制钛合金中易挥发元素成份明显效果的工艺条件。

真空自耗熔炼法制造铜铬合金触头材料工艺探索

探索了真空自耗熔炼铜铬合金的工艺,讨论了电流密度、极锭比、电极制作方法等因素对材料性能的影响。

TD3真空自耗熔炼过程数值模拟及裂纹预测

利用ProCAST软件对TD3合金真空自耗熔炼过程进行数值模拟,研究了不同条件下熔池形状、温度场和应力场的分布规律,分析了熔速、传热系数和熔炼温度等对铸锭最大等效应力的影响,对裂纹进行预测和试验验证。结果表明,随熔炼进行,熔池形状由扁平状逐渐转变为漏斗状;TD3整锭温度下降至773 K以下时,铸锭圆周表面距底部78 mm处,等效应力最大,达到614 MPa,铸锭外表面处于压缩状态,中心处于拉伸状态,内外应力差较大,易形成裂纹;降低熔速至4 kg/min以下,降低冷却速度使传热系数≤2 000 W/(m^(2)·K),可以减小气隙宽度,从而改善铸锭产生裂纹缺陷情况。

真空自耗熔炼钛合金的偏析缺陷及控制研究进展

钛合金的冶金质量决定了材料的力学性能和服役的稳定性。然而在目前普遍采用真空自耗电弧炉熔炼的钛合金中仍存在微观及宏观偏析缺陷,严重危害产品的使用安全。在总结前人研究与实践的基础上,综述了真空自耗熔炼钛合金中偏析缺陷的类型、危害和控制手段。重点利用熔池流动理论分析了偏析形成的原因,讨论了数值模拟对偏析的控制作用,总结了原料品质、熔炼工艺和熔炼设备层面的控制方法,以期为优化钛合金生产工艺、提高真空自耗熔炼产品品质提供参考。

高合金不锈轴承钢真空自耗熔炼数值模拟优化

为得到成分更均匀、更洁净的高合金不锈轴承钢产品,借助数值模拟的方法对某厂高合金不锈轴承钢真空自耗熔炼工艺展开优化研究。利用仿真软件MeltFlow-VAR从熔炼速率、熔池温度、冷却水温度对夹杂物粒子的分布影响等方面对真空自耗熔炼过程进行数值计算。结果表明,随着熔炼速率的升高,最大熔池深度增加,熔炼速率应大于3.0 kg/min为宜,结合枝晶间距和晶粒结构等结果考虑,得出最佳熔炼速率为3.5 kg/min;随着熔池温度的增加,最大熔池深度先增加后减小,当熔池温度为1 600℃时,熔池深度达到最大,熔池弧度曲线呈现饱满的碗形。通过数值计算预测了不同冷却水温度下铸锭内部夹杂物粒子的分布规律,工业试验验证了数值计算结果的准确性,得出最佳冷却水温度为25℃。研究结果对高合金不锈轴承钢生产具有一定指导意义。

钛合金TC4真空自耗熔炼工艺参数对宏观偏析影响

采用Fluent软件模拟了钛合金TC4真空自耗熔炼过程中温度场、流场和溶质场相互作用,研究了与铸锭直接相关的3个工艺参数(熔速、铸锭上表面温度和冷却强度)对铸锭宏观偏析的影响规律。结果表明:不同熔炼条件下,在铸锭1000 mm高度处的铁元素径向偏析均呈钟形分布,即铸锭芯部为正偏析,表面区域为负偏析,且负偏析程度均大于正偏析。熔炼速度对铸锭温度场和宏观偏析的影响最为明显:当熔炼速度由0.15 mm/s增加到0.18 mm/s时,铸锭达到稳定熔炼阶段时的高度由1200 mm增加到1600 mm,熔池深度由494 mm增加到738 mm。当距铸锭中心距离小于130 mm时,偏析随熔炼速度增加而减小,在熔炼速度为0.15 mm/s时达到最大值,为3.36%;当距铸锭中心距离大于295 mm时,偏析随熔炼速度增大而增大,在熔炼速度为0.21 mm/s时达到最大值6.23%。铸锭上表面温度和冷却强度对宏观偏析和熔池深度的影响不明显。通过正交分析得到3个主要工艺参数对宏观偏析影响程度为:熔炼速度>冷却强度>铸锭上表面温度,并得到最优工艺参数为熔炼速度0.15 mm/s、铸锭上表面温度2179 K、冷却强度500(底部)/1000(侧面)W·m^(-2)·K^(-1)。

钛合金真空自耗熔炼过程中电流、磁场和电磁力数值模拟

采用有限元模拟软件Ansys Electromagnetics Suite中Maxwell 3D模块建立钛合金真空自耗熔炼过程电磁场数学物理模型,分析并掌握熔炼过程中电流、磁场和电磁力相互作用规律,并研究了熔炼电流和搅拌电流变化对磁场及电磁力的影响。结果表明:铸锭中电流均呈向心分布,且集中分布在铸锭上部350 mm范围内;熔炼电流产生切向磁场,搅拌电流产生轴向磁场,两者进行简单耦合;在熔炼电流及其自感磁场的作用下,产生径向和轴向电磁力;该电磁力又在搅拌磁场的作用下发生旋转,产生切向电磁力;随熔炼电流线性变化,磁场切向分量和电磁力的径向和轴向合力均呈线性变化;随搅拌电流线性变化,磁场轴向分量和电磁力径向分量均呈线性变化。