ϕ690 mm大尺寸GH4738合金真空自耗重熔数值模拟与工业试验

为探究大尺寸高温合金真空自耗重熔工艺,提高铸锭均质化、洁净化水平,采用数值模拟与工业试验相结合的方法,研究了ϕ690 mm锭型GH4738合金真空自耗重熔过程熔池演变、凝固特征以及夹杂物分布规律。结果表明,随着熔炼的进行,模拟的熔池由“浅平”形逐渐向“浅U”形转变,熔炼500 min后,熔池逐渐趋于稳定,冶炼过程最大熔池深度和糊状区宽度分别为200.88、72.38 mm。稳定熔炼期间,铸锭表面和中心的冷却速率分别为0.126、0.009 K/s,高度超过0.4 m后,铸锭冷却速率基本维持稳定。模拟了6种粒径的夹杂物在熔池中的运动轨迹,>20μm的夹杂物在熔池内作螺旋运动,大部分在熔池表面与铸锭侧壁接触面被捕获,≤10μm的夹杂物进入熔池后沿熔池底部向内运动,最终停留在铸锭内部,与工业铸锭检测值基本一致。

真空自耗电弧重熔凝固过程的计算机模拟

真空电弧重熔(Vacuum Arc Remelting,VAR)工艺参数显著影响铸锭质量,采用计算机模拟技术可以有效预测各种工艺参数对铸锭凝固过程的影响。本工作介绍了国外对VAR工艺中计算机模拟熔池形状、流场、温度场及铸锭微观组织演化的最新进展。其模拟结果和实验值具有较高的吻合度。

基于仿真的M54超高强度钢真空自耗重熔工艺优化

采用Meltflow-VAR软件,选取稳态熔速为3.6、3.9、4.2、4.5、4.8、5.1 kg/min六种工艺曲线,对M54超高强度钢Φ660 mm大锭型真空自耗重熔工艺进行仿真。计算结果表明,随熔速增加,熔池深度和体积增加,熔速4.8 kg/min及以上熔池与结晶器完全接触,冷却效果得到改善。一次枝晶间距随熔速增大单调上升,局部凝固时间和二次枝晶间距在3.6~4.8 kg/min范围随熔速增加下降、在4.8~5.1 kg/min无明显变化。选取4.2 kg/min熔速开展工业化试制验证,熔池形状与计算结果吻合良好。钢锭宏观偏析程度较低,但微观偏析(枝晶偏析)的程度可达30%以上。微观偏析在有二次枝晶结构存在的位置与二次枝晶间距正相关,在无二次枝晶结构的位置与一次枝晶间距正相关。综合考虑熔速对熔池形状、枝晶间距、元素偏析的影响,建议稳态熔速优化为4.8 kg/min。

GH4742合金真空自耗重熔过程碳化物析出行为

真空自耗重熔高温合金铸锭内各区域传热条件不同,造成铸锭中碳化物的形态与尺寸分布存在显著差异。以工业真空自耗熔炼的GH4742合金为原料,采用扫描电镜显微分析和金相定量分析方法研究铸锭不同位置碳化物析出行为和微观组织分布情况,辅以MeltFlow-VAR模拟软件,分析重熔凝固过程不同冷却速率和局部凝固时间对碳化物的影响。结果表明:GH4742合金碳化物析出相中富集Nb、Ti元素,Nb元素偏析程度最大;析出相的面积由中心向边缘递减,形态由骨骼状、草书体状向互相连接的细小条状转变;冷却速率增大,枝晶更加细长紧密,枝晶间距减小;析出相面积与二次枝晶间距呈线性相关,增大冷却速率可以降低枝晶间距,从而有效缩小碳化物析出相的面积。

GH4742合金真空自耗铸锭中夹杂物分布特征

以ϕ570 mm的合金锭作为自耗重熔的电极,通过起弧、稳定熔炼和热封顶三个阶段,制备ϕ660 mm的真空自耗铸锭,熔炼过程共历时860 min。采用场发射电子扫描显微镜和夹杂物自动扫描系统,分析了真空自耗重熔GH4742合金工业铸锭内部及其特征位置(锭冠、搁架、橘皮)处夹杂物的分布规律。结果表明,GH4742合金真空自耗铸锭中夹杂物的类型主要有Ti(C,N)、LaAlO_(3)-Ti(C,N)、Ti(C,N)-(Ti,Nb,Mo)C及LaAlO_(3)-Ti(C,N)-(Ti,Nb,Mo)C四种。夹杂物的尺寸主要以<3μm的小尺寸夹杂物为主,从中心到边缘夹杂物的尺寸逐渐降低,夹杂物的数量密度逐渐增多。铸锭中部中心处夹杂物的尺寸最大,最大平均尺寸为4.14μm。铸锭底部中心处的夹杂物数量最少,数量密度为13.23个/mm^(2)。铸锭锭冠、橘皮及搁架处分布着聚集的氧化物夹杂,这是电极上脱落的氧化物在熔池流动作用下运动到铸锭边缘,被边缘凝固区域捕捉形成的。

30CrMnSiMoV钢的真空自耗重熔

Vacuum Arc Remelting for Steel

真空电弧重熔(VAR)控制

真空电弧重熔(VAR)工艺由于工艺控制更为可靠,因此也优先用于易偏析合金大直径合金锭的生产。工艺是通过调整电极熔化和合金锭浇铸条件来进行控制。电极熔化是采用两种算法由计算机自动控制的。首先是通过电弧电压信号来调整电极的位置,以便使电极和熔池之间保持恒定的间隙。

熔速对IN718合金真空自耗铸锭组织的影响

以IN718合金&#x03D5;508 mm真空自耗铸锭为研究对象,采用光学显微镜和扫描电镜等研究了低、中和高3种熔速下其低倍、高倍的组织特征。结果表明:不同熔速铸锭两侧枝晶生长方式基本相同,边缘均是细密的柱状枝晶;随着熔速升高熔池明显加深,铸锭两侧对称性变差,柱状晶生长方向与轴向的角度增大,铸锭中心部位组织由柱状晶向等轴晶转化;随熔速升高铸锭中心和R/2部位的二次枝晶间距略有增大,中心部位二次枝晶间距稍大于R/2部位;高熔速的中心和R/2部位二次枝晶干变得粗大,甚至出现互相熔合的现象;不同熔速对铸锭中Laves相析出数量影响不大;而在同一熔速下铸锭Laves相析出数量中心部位多于R/2部位,明显高于边缘部位。

基于相场法模拟VAR强迫流场中柱状晶生长

基于相场法建立了流-热-质全耦合模型,模拟了真空自耗电弧重熔(VAR)过程铸锭柱状晶在强制流场中的生长。对比柱状晶在有无流场条件下的生长特征解析熔体流动对柱状晶生长的影响机制。模拟结果表明:凝固前沿流场速度大小为45μm/s,方向与枝晶生长方向垂直时,二次枝晶表现出“迎流”生长,枝晶干受冲刷作用向下游倾斜;相邻枝晶形成细小涡流,枝晶干上游侧溶质和热量随熔体带入下游侧,上游侧溶质和温度边界层厚度减小,由无流场时的51μm降至31.5μm,温度梯度大促进二次枝晶发展;下游侧边界层溶质和热量富集程度大,边界层厚度增至78μm,梯度减小明显抑制二次枝晶发展。下游溶质浓度高于无流场情况,枝晶生长缓慢增大微观偏析风险。

EAF+VAR生产15-5PH不锈钢点状缺陷成因及改进

采用冶炼成本较低的EAF→VOD→LF+VD→浇注6 t电极棒→真空自耗重熔(VAR)的新工艺流程代替传统双真空冶炼工艺生产15-5PH不锈钢,使用扫描电镜、ASPEX等对其探伤点状缺陷进行检测,并分析其产生原因。结果表明,自耗电极中已存在铝酸钙及镁铝尖晶石非金属夹杂物,真空自耗重熔过程的不稳定,将锭冠和非金属漂浮物卷入熔池残留在自耗锭中,导致锻造成材后产生点状缺陷。通过工艺优化改进,VOD还原渣料由铝粒9 kg/t调整为硅铁8 kg/t、铝粒5 kg/t复合脱氧,精炼渣系成分由(质量分数)CaO为50%~55%、SiO_(2)为10%~15%、Al_(2)O_(3)为20%~25%调整为CaO为45%~50%、SiO_(2)为5%~10%、Al_(2)O_(3)为33%~38%,真空自耗重熔熔速由4.2 kg/min提高至6 kg/min、熔滴时间由0.23 s提高至0.27 s,自耗电极洁净度得到较大的提升,自耗重熔过程熔速控制稳定,熔池液面非金属漂浮物得以去除,成品材高低倍检验均满足标准要求,探伤合格率提高至98%以上。

真空冶金现状及其应用前景

叙述了真空冶金的发展及目前所采用的各种真空冶金方法 ,讨论了真空冶金的特点及几种主要真空冶金方法的自身特点及应用 ,分析了真空冶金方法及设备的发展动态 ,讨论了新材料制备工艺方法的选择 。

保护气氛电渣重熔GH4169合金的冶金质量

介绍了最新引进5t保护气氛电渣炉的主要特点及GH4169合金的冶金质量。由于采用强脱S效果和对夹杂物吸附倾向大的渣系、低稳定的熔速以及全封闭式Ar气保护，GH4169合金锭各部位合金元素均匀分布。普通GH4169合金的S、O含量分别降低至20ppm以下和6ppm左右，而精选原材料的YZGH4169合金的S、O含量分别降低至7ppm和5ppm左右。实验结果还显示了该ESR工艺的脱S去O效果远高于一般ESR和VAR工艺。

V5Cr5Ti合金的高温拉伸性能及其断口特征

采用真空自耗重熔法制备了V5Cr5Ti合金,测试了V5Cr5Ti合金的高温拉伸性能,分析了高温拉伸断口的宏观、微观形貌,探讨了钒合金的断裂机理。结果表明:随温度升高,V5Cr5Ti合金的强度性能下降,塑性性能先降低后升高;在700～900℃,V5Cr5Ti合金仍具有良好的强韧性综合性能;其高温断口特征表现为韧性断裂为主,韧性和脆性特征共存的现象。

冶炼工艺对15-5PH钢质量影响

本文主要阐述了真空感应、电渣重熔、真空自耗重熔和AOD工艺冶炼的一些特点,以及采用不同工艺冶炼对15-5PH钢质量的影响,同时,对进口料也进行了解剖分析。采用现行三种工艺冶炼15-5PH钢,质量完全可以达到美国进口料的实物水平。通过对比分析认为,采用电炉+AOD+真空自耗工艺冶炼,在保持优良质量的前提下,可以大幅度降低成本,提高市场竞争力。

低成本耐腐蚀高强度不锈钢的成分均匀性控制研究

采用Meltflow-VAR模拟仿真手段,研究了真空自耗重熔过程中熔化速率对低成本耐腐蚀高强度不锈钢铸锭熔池形状和宏观偏析的影响规律,熔炼速率从3.2 kg/min增加到6.2 kg/min,金属熔池体积逐渐增加,熔池形貌逐渐由“浅平状”向“U型”再向“深V型”转变;熔炼速率由3.2 kg/min增加到5.2 kg/min,稳态阶段熔池深度由120 mm增加至175 mm,熔速超过5.2 kg/min,熔炼达到稳态所需时间延长,铸锭柱状晶比例增加,合金元素的偏析程度加剧。熔炼速率为4.2 kg/min时,糊状区宽度较窄,稳定熔炼阶段熔池深度为140 mm。对4.2 kg/min熔速下铸锭质量进行评定,该熔速下铸锭不同位置合金成分具有良好的均匀性,低倍组织检测结果显示,铸锭无明显宏观组织缺陷。1220℃均匀化处理4 h后,钢中C、Cr、Ni和Mo的显微偏析得到明显改善。

变形高温合金纯净熔炼设备及工艺研究进展

本文试图对国内外近年来变形高温合金纯净设备及其熔炼技术的发展情况进行综述。文章总结了变形高温合金中夹杂物的分类方法,调研了国内外变形高温合金熔炼设备生产厂家,分析了真空感应熔炼炉、电渣炉、真空自耗炉的设备特点与技术,归纳了国内外变形高温合金真空感应熔炼、真空感应熔炼+保护气氛电渣重熔、真空感应熔炼+真空自耗重熔、真空感应熔炼+保护气氛电渣重熔+真空自耗重熔四类工艺的研究进展。最后提出了提升我国变形高温合金冶金质量与性能的一些建议。

镍基高温合金的熔炼工艺研究进展

镍基高温合金的熔炼方法是合金质量的决定性因素,真空感应熔炼可有效控制合金锭中O、N、H等气体及有害杂质元素含量,精确控制合金成分。在此基础上,对合金进行重熔(电渣重熔及真空自耗重熔),可进一步降低合金中S、P等有害杂质含量,消除成分偏析及缩孔等缺陷,对凝固组织进行优化调控,从而实现大规格高质量合金锭的熔炼。本文综述了镍基高温合金的熔炼工艺进展,重点介绍了真空感应熔炼、电渣重熔、真空自耗重熔等常用熔炼技术的原理和特点,论述了“真空感应熔炼+保护气氛电渣重熔”、“真空感应熔炼+真空自耗重熔”双联工艺,以及“真空感应熔炼+保护气氛电渣重熔+真空自耗重熔”三联工艺在镍基高温合金熔炼方面的研究进展,并对镍基高温合金熔炼工艺的选择和发展方向提出建议。

GH4169合金大型转子锻件的研制

GH4169是制造航空、航天发动机和工业燃气轮机等诸多热端部件的关键材料,航空发动机转动件用GH4169合金材料的冶炼锭型通常不超过φ508 mm。简要介绍了某工程用GH4169合金转子锻件的研制情况,选用VIM+VAR双联工艺冶炼φ610 mm的GH4169合金自耗锭。采用均匀化扩散退火处理方法,提高自耗锭的热加工性能。铸锭采用反复镦拔工艺进行锻造开坯;锻件成型过程中,采用特殊的保温锻造技术,以获得较为合适的热加工组织。锻件经固溶和时效热处理后,检测其理化性能。测试结果表明,试制锻件的组织和性能满足设计技术要求。

NAK80模具钢中夹杂物的研究

NAK80是一种预硬塑胶模具钢,对应国产牌号1Ni3MnCuMoAl,因其是预硬状态交货,不再需热处理,加之良好的抛光性和雕饰性,在塑胶方向得到广泛应用。而钢的纯净度直接决定了该钢的抛光性,研究发现NAK80模具钢中夹杂物主要以AlN为主,若钢中含有微量的Ti,TiN会优先析出,AlN数量会大大减少。因该钢的AlN在固液两相区析出,电渣重熔对去除AlN夹杂物效果微乎其微,随着熔速的增快,AlN尺寸反而有长大的趋势,而在真空自耗重熔情况下,AlN会发生分解,AlN夹杂物也随之减少。本文主要研究分析NAK80钢中AlN夹杂物的形态、尺寸及形成方式,以及在经过电渣及真空自耗二次重熔后夹杂物的变化,和一些过程参数对AlN夹杂物的影响。