EB炉冷床内钛液流动、传热和挥发行为研究

基于国内某企业3200 kW的双流C型电子束冷床炉(EB炉),建立了钛液流动-传热-凝固-挥发的多场耦合数学模型,理论分析了不同熔炼工艺下初炼和精炼冷床内钛液的冶金行为。结果表明:稳定熔炼过程中,热辐射为热量散失的主要途径,占总散失热量的77.63%,热传导散失的热量占比为22.36%,钛挥发导致的热量损失忽略不计;钛液挥发主要发生于初炼冷床内;相同熔炼功率下,增加熔炼速率可降低初炼冷床内钛液的过热度和挥发速率,当熔炼速率由1000 kg/h增加至2000 kg/h时,钛液的过热度由210 K降低至8 K,最大挥发速率由0.0022 kg/s降低至0.0004 kg/s。

TC4合金电子束冷床熔炼过程中LDI和HDI的去除

通过添加人工夹杂,研究了TC4合金电子束冷床熔炼(EBCHM)过程中LDI和HDI夹杂的溶解和沉淀去除。结果表明,高温下TiN与基体钛之间存在扩散反应,从而使TiN在一定时间内可溶解于基体钛中,尺寸2.5mm的TiN粒子可在1800℃,5min时间内完全溶解消失。氮化的海绵钛粒子和WC粒子在冷床中有足够的时间溶解上浮/下沉,达到完全去除的目的。EBCHM去除LDI和HDI的精炼机制为溶解和密度差作用。

钛及钛合金熔炼技术发展现状

目前生产钛及钛合金铸锭最主要的方法是真空自耗电弧熔炼以及冷床炉熔炼方法。详细介绍了真空自耗电弧熔炼、电子束冷床炉熔炼以及等离子束冷床炉熔炼技术的原理、特点和发展现状。

Ti64合金的电子束冷床熔炼研究(英文)

电子束冷床熔炼工艺作为一种新熔炼技术,可应用于生产航空发动机转动件用优质钛合金和回收残钛。利用500kW电子束冷床熔炼设备,研究了熔炼速度与Ti64合金铸锭化学成分和TiN夹杂溶解速度的关系。熔炼速度分别为70,100,140kg/h时,Al挥发损失分别为22%、16%、12%。经超声探伤,在熔炼电极中加入的TiN夹杂能够全部消除。所熔炼的铸锭外部是均匀的柱状晶粒,心部是细小的晶粒。

电子束冷床熔炼工艺参数对TC4钛合金Al元素挥发的影响

研究不同熔炼工艺参数对电子束冷床熔炼TC4钛合金过程中Al元素挥发的影响规律。结果表明:原料为真空自耗电弧(VAR)一次锭时,二次铸锭经电子束冷床熔炼获得;在轴向上,从铸锭的顶部至底部,Al元素的含量呈下降的趋势,并且随着熔炼速度的降低,其下降趋势更为明显;在径向上,铸锭的元素分布均匀。熔速为100 kg/h时,铸锭成分控制效果最佳,最接近TC4合金的名义成分。初始原料为电极块(添加单质Al)时,Al元素在原料熔化阶段发生较严重的挥发,且挥发量随着原料中单质Al含量的增加而增加。研究凝壳发现,从原料熔化侧至钛液流出侧,凝壳中Al元素的含量逐渐减少。

TC4钛合金电子束冷床熔炼过程中Al元素挥发损失的数学模型

通过对TC4钛合金电子束冷床熔炼过程的热平衡进行计算,确定了熔炼速度与电子束功率之间的关系。建立了数学模型来描述电子束冷床熔炼过程中Al元素的挥发动力学,并利用该模型计算了不同熔炼工艺参数(熔炼速度、初始原料中Al含量)下铸锭中最终Al含量。此外,通过试验来验证该模型,结果表明,该数学模型合理可靠,预测的结果准确可信。

TC4合金的电子束冷床熔炼研究

由于电子束冷床熔炼的高真空引起TC4合金中的Al元素挥发损失,不利于控制铸锭Al含量。本文研究了TC4合金在500 kW电子束冷床炉上的熔炼工艺。结果表明,熔炼过程中,Al的挥发损失最为严重,为12%-22%。铸锭的宏观组织均匀,结晶晶粒为从外向内向上的柱状晶,铸锭心部是等轴晶。所生产的TC4铸锭经锻造加工,棒材力学性能符合国家标准。生产TC4铸锭的合适工艺为：原料中的Al质量分数应控制在7.0%-7.5%,熔炼功率为250 kW,熔化速度为100 kg/h。

电子束冷床熔炼参数对熔池表面温度的影响

使用M9100图像高温仪精确测定了TC4合金电子束冷床熔炼时坩埚和冷床熔池表面的温度。结果表明,结果表明,熔炼工艺参数如熔化速度、熔炼功率、电子束扫描方式和扫描频率都会对熔池表面温度产生剧烈影响。

电子束冷床熔炼TC4合金温度场模拟

利用ANSYS软件对电子束冷床熔炼TC4钛合金过程进行模拟研究。结果表明:熔体从冷床滴入坩埚之后,主要出现熔体升温、形成稳定熔池、熔体凝固、熔体温度下降和凝固结束这5个阶段。在开始熔炼时,熔体温度较低,升温也比较慢,但随着熔炼的进行,熔体升温加快,并维持在高温状态,最后熔体发生凝固降温,且降温速度很快。降温过程主要分为两个阶段,在快速降温阶段,熔体快速出现部分凝固,而在降温平衡阶段,熔体主要进行补缩。当降温时间达到500 s时,熔体温度基本保持不变。

电子束冷床熔炼钛及钛合金的研究进展

随着钛及钛合金在航空航天工程上的需求增加,电子束冷床炉因在消除高低密度夹杂等方面具有独特的优势而获得广泛应用。本文从电子束冷床炉熔炼钛及钛合金的发展到现阶段的实际生产状况,详细介绍了电子束冷床炉的结构、工作原理以及铸锭组织优化,为改进熔炼工艺、合理利用电子束冷床熔炼技术以及工业化生产优质钛及钛合金铸锭提供借鉴。

电子束冷炉床熔炼(EBCHM)技术的发展与应用

本文系统总结了电子束冷炉床熔炼(Electron Beam Cold Hearth Melting-EBCHM)技术近四十年的发展脉络。详细介绍了电子束冷床炉熔炼的各主要方面,包括电子枪的改进,冷床炉结构演变和功能扩展以及消除钛合金冶金缺陷的独特优势、电子束冷床炉熔炼科学技术应用现状及当前的主要研究方向等。指出近年来EBCHM技术在钛及钛合金工业生产中的应用持续稳定增长,除了钛的废料回收,消除钛的冶金缺陷提高合金质量,满足航空发动机转动部件要求,是主要的推动因素。可为广大钛冶金、材料应用工作者和设计人员提供有价值的参考。

熔炼方式对TC17钛合金铸锭化学成分及棒材组织均匀性的影响研究

对比分析一次电子束冷床炉熔炼(EBCHM)加一次真空自耗电弧炉熔炼(VAR)和三次真空自耗电弧炉熔炼生产的φ820 mm TC17钛合金铸锭的化学成分均匀性,以及由这两种铸锭经相同工艺锻造得到的棒材的组织均匀性。结果表明,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、杂质含量可控的大规格TC17钛合金铸锭,且EBCHM+VAR工艺在残钛回收方面具有优势;两种工艺得到的铸锭,经相同的锻造工艺可获得组织均匀的棒材,为航空转动件提供材料支撑。

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。

钛合金电子束冷床熔炼研究进展

为了提高钛合金的冶金质量和回收钛合金废料,电子束冷床熔炼技术作为代替真空自耗电弧熔炼的先进熔炼技术,在钛工业中的应用越来越广泛。本文综述了电子束冷床熔炼技术的工作原理及特点,和钛合金冷床熔炼过程中去除硬α相夹杂和控制Al元素挥发的研究进展,最后介绍了我国电子束冷床熔炼技术现状。

钛合金电子束冷床熔炼技术的发展现状

钛合金具有比强度高、耐高温、耐腐蚀性能好等优点,在许多领域已经得到了广泛的应用。综述了钛合金熔炼技术的研究进展,并介绍了电子束冷床的原理及优点和其去除高、低密度夹杂以及控制Al元素挥发的技术现状。

钛合金电子束冷床炉熔炼过程中硬α-TiN夹杂的溶解去除理论分析

从理论上建立了钛合金熔体中硬α-TiN夹杂的溶解模型,系统研究了电子束冷床炉熔炼制备钛及钛合金铸锭过程中熔炼工艺参数对夹杂溶解速率的影响,为α-TiN夹杂的去除奠定了理论基础。结果表明,熔体温度是影响夹杂溶解速率的最主要因素,夹杂溶解速率随熔体温度升高而快速增加,在1950~2300 K的范围内时,α-TiN夹杂溶解速率在1.64~7.7μm/s范围内。

2400KW电子束冷床炉熔炼纯钛生产实践及工艺控制

介绍了宝钛集团2400KW电子束冷床炉的基本结构,电子枪的工作原理以及生产钛及钛合金铸锭的生产实践和工艺控制,通过对设备的消化吸收和自主创新,目前该电子束冷床炉已经实现工业化生产,铸锭质量优良,生产工艺技术水平先进。

轧制火次对EB熔炼TC4钛合金显微组织、织构和力学性能的影响

本文研究了轧制火次对电子束冷床(EB)熔炼TC4钛合金显微组织、织构和力学性能的影响。结果表明:随着轧制火次的增加,原始铸态试样中粗大晶粒被破碎,晶粒逐渐等轴化,形成大量细小的等轴α相,小角度晶界(LAGBs)逐渐增加;相比于一火次轧制变形,三火次轧制变形后LAGBs提高35.1%,位错密度逐渐增加。轧制过程中钛合金β→α转变发生了变体选择。一火次轧制后形成T型织构,柱面滑移优先开动,随着轧制火次的增加,织构类型发生转变。三火次轧制后,试样的抗拉强度和塑性显著提高,与铸态试样相比,RD与TD方向室温与400℃抗拉强度分别增加271 MPa、189 MPa和300 MPa、402MPa,断后伸长率分别增加7.4%、15.3%和7.6%、4%。RD与TD方向室温断裂机制分别从准解理断裂和脆性断裂逐渐转变为微孔聚集型断裂。

基于Mile算法的大型TC4钛合金扁锭连铸模拟分析

电子束冷床炉熔炼是生产钛及钛合金铸锭的主要方法,利用该方法能够生产出高低密度夹杂少、组织成分均匀的高品质钛合金铸锭,而工艺参数是决定铸锭质量的主要因素。本研究利用铸造模拟专用软件PROCAST对电子束冷床炉熔炼大型TC4钛合金扁锭的连铸凝固过程进行数值模拟,研究了不同工艺条件下铸锭的温度场分布特征、初生枝晶半径、二次枝晶臂间距等,最终确定出本模拟工艺条件下,电子束冷床炉熔炼TC4钛合金扁锭的最佳工艺参数为熔炼速度250 kg/h,铸造速度20 mm/min,浇注温度1 700℃。

电子束冷床炉熔炼制备高纯金属钒铸锭

电子束冷床炉熔炼是一种新兴的金属精炼方法。利用电子束冷床炉的高温真空精炼特性,以钒成分为82%钒铝合金为原料,制备了纯度在99.7%以上的金属钒铸锭。详细论述了电子束冷床炉在熔炼钒铝合金时各杂质元素的去除机理行为,认为熔炼时较大的电子束照射功率对一次铸锭中铝的挥发去除有较好效果,但这种熔炼工艺却会影响到铸锭的最终氧含量。分析认为,两次小功率熔炼是符合设备特点的制备高纯金属钒铸锭的最佳熔炼工艺。