电子束冷床炉熔铸钛合金锭表面裂纹形成原因分析

电子束冷床炉(简称EB炉)熔铸技术在钛及钛合金圆锭、扁锭的制备中发挥重要作用,但是与纯钛熔铸相比,钛合金熔铸时容易出现严重的横裂纹。工程实际中发现结晶器内壁黏结物与凝固坯壳的连接是裂纹形成与扩展的主要原因。通过数值模拟及工程试验的方法分析确定了典型钛合金表面裂纹的形成机理及影响因素,并获得了凝固坯壳与拉锭速度及液面电子枪能量的关系,发现高拉速和持续拉锭的区域容易出现裂纹。

TC4钛合金熔炼工艺的对比分析

文章介绍了国际上常用的钛及钛合金铸锭的熔炼工艺VAR法和EBCHM法,并研究分析了用这两种生产工艺生产TC4铸锭的特点。

冷床炉熔炼钛及钛合金技术及其应用

冷床炉熔炼是一种钛合金熔炼技术,经一次熔炼即可生产出无偏析、无夹杂的优质钛及钛合金铸锭。本文介绍了冷床炉的工作原理、技术特点及发展现状,重点分析了工业化冷床炉在我国钛及钛合金熔炼领域的应用前景。

电子束冷床熔炼TC4钛合金铸锭凝固过程有限元模拟

利用ProCAST有限元软件对电子束冷床熔炼TC4钛合金铸模凝固过程进行数值模拟,研究了不同浇注速度下温度场的分布规律、预测组织缺陷分布以及晶粒尺寸大小。结果表明,相同浇注温度下,随着浇注速度的增大,铸锭凝固过程中达到稳态所需的时间明显缩短,且无冷隔及浇不足等缺陷出现;缩孔缩松量逐渐增大,且主要分布于铸锭的侧表面及冒口位置;初生枝晶半径和二次枝晶臂间距逐渐增加,凝固组织变得粗大,细晶区域明显减小。在本试验条件下,浇注温度为1 760℃时,选择100 kg/h作为最佳浇注速度,在保证生产效率的同时,可以获得组织细小、冶金质量优良的钛合金铸锭。

电子束冷床熔炼TC4钛合金连铸凝固过程数值模拟

利用PROCAST有限元软件对电子束冷床熔炼TC4钛合金连铸凝固过程进行数值模拟,研究不同工况条件下的温度场分布规律、熔池形状以及组织分布特征。结果表明:在相同的浇注温度条件下,随着铸造速度的增加,熔池加深,糊状区域变浅,初生枝晶半径和二次枝晶臂间距逐渐增加,凝固组织变得粗大。而在铸造速度相同的条件下,随着浇注温度的提高,过热度增大,熔池加深,糊状区域变浅,合金的晶粒尺寸增大。在本实验条件下,选择铸造速度10 mm/min以及浇注温度1760℃作为最佳工艺参数,这有利于在保证较高生产效率的同时,获得组织细小、冶金质量优良的钛合金铸锭。

电子束冷床炉单次熔炼钛合金铸锭研究进展

电子束冷床炉单次熔炼钛合金技术是一种先进的钛合金铸锭低成本制备技术,引起了国际钛工业越来越多的关注。本文对电子束冷床炉单次熔炼钛合金技术从成分及组织控制、实际生产情况及电子束冷床炉单次熔炼直接轧制板材的性能评价等方面进行综合评述。

冷床炉熔炼钛及钛合金技术及其应用(续)

6）如果具有两个以上的送料器和拉锭器,就可以连续送料、熔炼、拉锭,从而实现工业化的连续熔炼。7）由于等离子熔炼系统是在微正压条件下工作,

用一次电子束冷膛熔炼生产Ti-6Al-4V厚板

根据美国金属经济可承受性倡议联合体(MAIC)的计划,Allvac公司提出一项计划,验证用电子束冷膛熔炼(EBCHM)可以生产出化学成分均匀性与现行的两次真空电弧熔炼相当且缺陷含量至少相当的钛锭产品,同时验证用大型的平板锭可在传统设备上直接轧制出组织与性能与两次电弧熔炼并经锻造或轧制的产品相当的航空航天级厚板。

3150KWB BMO-01型大功率电子束冷床炉熔炼TC4钛合金

通过从乌克兰引进的3150KWB BMO-01型电子束熔炼炉,使用工业纯海绵钛、Al-V中间合金和均匀铝豆经混料后压制成料块进行TC4钛合金熔炼试验,对铸锭进行检测分析、显微组织观察和力学性能测试。结果表明,通过合理的铝元素成分配比,熔炼出的TC4钛合金铸锭各元素含量符合国标要求。

熔炼方式对TC17钛合金化学成分及棒材组织均匀性的影响研究

电子束冷床炉熔炼已经成为航空发动机关重件用优质钛合金铸锭的关键技术,本文通过对电子束冷床炉熔炼和真空自耗熔炼生产的Ф820mm大规格TC17钛合金铸锭的化学成分均匀性,以及所生产棒材的组织均匀性的对比发现,通过原材料控制和工艺参数设计,两种熔炼方式均可生产出化学成分均匀、纯净度好的TC17大规格铸锭,能够满足航空发动机关重件的使用要求。电子束冷床炉熔炼技术在生产洁净、无偏析的优质钛合金铸锭方面具有得天独厚的优势,在航空钛合金关重件的使用中将大有作为。

电子束冷床炉熔炼Ti-6Al-4V合金过程中流动、传热和挥发计算

研究了Ti-6Al-4V合金在电子束冷床炉熔炼(EBCHM)过程中冷床部分熔体的传热、流动和凝固过程。结果表明,冷床部分的熔体被限制在一个非常浅的深度,实验测量约为15 mm,熔体速度大约是每秒几厘米。熔体温度随着熔炼功率增加而升高,随着熔炼速率增加而降低。熔池深度随着熔炼功率升高而增加,而熔炼速率对熔池形貌的影响不明显。模拟了不同密度、不同尺寸夹杂物的运动轨迹。结果表明,夹杂密度对轨迹影响较大。同时建立了元素挥发的数学模型,并研究了熔炼工艺参数对铸锭成分的影响。结果表明,熔炼温度、熔炼速率和原料配比对铸锭成分均有较大影响。采用工业用电子束冷床炉生产了圆锭,测量了冷床凝壳的形貌并检测了铸锭成分。计算结果与实验结果吻合较好。

电子束冷床熔炼TA10钛合金扁锭温度场及凝固组织的数值模拟

在电子束冷床熔炼TA10钛合金扁锭的凝固过程中,温度场分布和凝固组织对铸锭质量的性能有重要影响.通过建立钛合金传热模型和CAFE模型,基于Procast模拟软件并结合二次编程开发研究了结晶器尺寸对熔池深度的影响,以及凝固工艺参数对温度场和铸锭凝固组织的影响.结果表明:当结晶器内长超过650mm或结晶器高度大于350mm时,熔池形状不再发生变化;当钛锭横截面的面积一定时,钛合金熔池深度随着结晶器内长的增大而逐渐减小,但结晶器壁厚尺寸对熔池深度影响不大;拉锭速度和浇注温度的提高都会使熔池变深,过渡区长度也会增加,但浇注温度对过渡区的影响远小于拉锭速度对过渡区的影响;随着拉锭速度和浇注温度的提高,柱状晶区变得越来越明显,平均晶粒半径逐渐增大,降低拉锭速度或浇注温度可达到细化晶粒的效果.当拉锭速度为1.0×10^(-4)m/s时,浇注温度在1700~1800℃范围内可获得组织均匀的TA10钛合金扁锭.上述结论为大型TA10钛合金扁锭的实际生产提供了重要的理论指导.

电子束冷床熔炼TC4合金元素挥发机制研究

建立了TC4合金电子束冷床熔炼过程熔体中各元素饱和蒸气压的数学计算模型,利用该模型计算了TC4合金熔体中各元素的饱和蒸气压及其挥发速率,与实验结果基本一致。计算结果表明,在相同温度下,Al元素的饱和蒸气压最大,是其它两种元素的几百倍,挥发损失也最为严重。随着熔体温度的增加,挥发趋势也增大。V元素的挥发很少,可以忽略。此外,电子束冷床熔炼去除杂质效果显著,熔炼出的铸锭成分符合国家标准。

电子束冷床炉熔炼TA31钛合金过程中元素的挥发损失

采用电子束冷床炉熔炼TA31合金圆锭,对其化学成分和熔炼工艺进行对比分析。发现熔炼速度显著影响铸锭轴向成分的稳定性,铸锭轴向Al含量随熔炼速度的增加而升高,反之亦然;减小熔炼速度波动可提高铸锭中Al含量的稳定性;Nb、Zr、Mo元素在轴向和径向分布均匀。试验检测结果和动力学分析均表明,Nb、Zr、Mo元素挥发量可忽略,由于Ti和Al元素的挥发,导致其含量略有升高。

电子束冷床炉单次熔炼TA10钛合金

电子束冷床炉单次熔炼钛合金技术是一种先进的钛合金铸锭低成本制备技术,引起了国际钛工业越来越多的关注。本文通过对TA10钛合金在电子束冷床炉熔炼过程中Ni、Mo元素的过程分析和理论计算,掌握了各元素挥发机理和挥发动力学。结果表明:经电子束冷床炉单次熔炼的TA10合金铸锭化学成分均匀,铸锭宏观组织均匀,且该铸锭后续加工的产品均满足标准要求。

电子束冷床熔炼Ti-Al-V合金过程中Al元素的挥发损失

采用电子束冷床熔炼Ti-Al-V合金扁锭,对扁锭化学成分和熔炼工艺进行对比分析。结果表明,熔炼速度显著影响铸锭长度方向成分的稳定性,铸锭长度方向Al含量随熔炼速度的增加而升高,反之亦然;电子束冷床熔炼铸锭横向截面成分较均匀,未出现Al元素的偏析现象。通过对电子束冷床熔炼3个阶段熔体流动特征分析表明,冷床和结晶器内熔体界面层的质量传递不再服从Machlin模型,提出了原料熔化、冷床熔炼、结晶器凝固3个阶段Al元素挥发通量的计算方法,理论计算结果与实验结果基本吻合。

EB炉熔铸Ti-Al基合金铸锭的成分偏析控制

在EB炉的熔炼过程中存在Ti-Al基合金锭成分控制不足而引发的冶金缺陷,降低钛材品质。经验表明,为确保EB炉熔炼钛合金铸锭符合成分设计标准,需以实际冷床及结晶器为对象建立数值模型,计算EB炉熔铸过程中的各元素挥发损耗,设计Al等合金元素的补充制度,平衡挥发引起的浓度梯度,抑制铸锭宏观偏析。针对国内外EB炉熔铸Ti-Al基合金铸锭的成分宏观偏析控制机制的研究现状进行了评述,为国内钛产业链上游生产中的核心问题提供借鉴。

多物理场耦合数值模拟在电子束冷床熔炼中的应用研究

掌握以电子束冷床熔炼为核心的高端钛材"低成本、短流程"制备技术是我国钛产业进一步发展的核心问题。为揭示电子束冷床熔炼过程中的复杂物理现象,建立产品质量调控机制,可实现高温熔炼过程"可视化"的多物理耦合数值模拟技术受到了广泛关注。综述了电子束冷床熔炼过程数值模型的发展现状,讨论了现有数值模型对了解熔炼过程中物理现象及传递现象的理论支持,提出了多物理耦合数值模拟技术的进一步发展态势。