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。     

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

电子束冷床炉熔炼技术是生产航空发动机关键旋转部件用钛合金及钛屑回收利用的一项很有前景的技术。本文研究了Ti-6Al-4V合金在电子束冷床炉熔炼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15mm，熔体速度大约是几厘米每秒。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。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。     

电子束冷床炉熔炼Ti-6Al-4V合金过程中流动、传热和挥发计算（英文）

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。     

3200kW电子束冷床炉熔炼纯钛电子枪工艺参数设置

电子束冷床炉熔炼是目前较先进的钛及钛合金熔炼技术,是生产大型优质钛锭的重要熔炼方式。本研究采用颗粒状海绵钛为原料,以垂直进料的方式熔炼大型纯钛扁锭,对电子束冷床炉熔炼区、精炼区、结晶器的4支电子枪工艺参数的设置进行了分析并制定了电子枪工艺参数。通过为期1个月的纯钛扁锭熔炼试验验证,结果表明,制定的工艺参数能够稳定生产纯钛铸锭,且熔炼速度可稳定在1 500 kg/h,挥发损失控制在3%以内,铸锭表面质量良好,化学成分均匀,成品率提高,有效降低了熔炼成本。     

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.     

EB炉结晶器中熔体表面温差对钛扁锭中Fe偏析的影响

采用电子束冷床炉熔炼了大规格纯钛扁锭(8 000mm×1 050mm×210mm),研究了结晶器中熔体表面温差对钛扁锭中Fe元素偏析的影响机理及控制方法。结果表明,电子枪对结晶器中熔体表面扫描功率的分配比不合理,会使得熔体表面产生温度不均匀和局部过热现象,导致随着熔体表面平均温差的增大,扁锭中Fe含量越低,且横向偏析越严重;当电子枪对结晶器中熔体表面扫描功率分配比为32%、28%、40%时,熔体表面平均温差最小,钛扁锭中Fe元素偏析程度最小,轧制成钛带卷后力学性能均匀。     

Ti6242钛合金电子束冷床熔炼(EB)技术

利用3 150 kW型电子束冷床熔炼(EB)炉制备Ti6242钛合金大规格扁锭,采用Langmuir定律建立了Ti6242钛合金EB熔炼过程熔体中各元素饱和蒸气压及挥发规律的数学模型,分析了熔炼工艺参数与铸锭化学成分均匀性之间的关系。结果表明:Ti6242钛合金EB炉熔炼过程中Al、Sn元素挥发严重,实际挥发率分别为12.27%和7.86%,与挥发模型吻合度较高(理论挥发率分别为11.68%和9.825%)。3 150 kW型电子束冷床熔炼(EB)炉的最佳熔炼速度为1.28×10~(-4) m/s(即700 kg/h),在此工艺下铸锭化学成分均匀性良好,完全符合国标GB/T 3620.1—2007的要求。Ti6242钛合金EB铸锭的低倍组织为等轴晶组织,明显不同于VAR铸锭。利用EB炉一次熔炼制备的Ti6242钛合金扁锭可用于直接轧制成形Ti6242钛合金板材,圆锭可用于制备高品质、大规格棒材,实现钛合金的低成本、短流程制备。     

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。     

EB炉熔炼工艺参数对大规格镍扁锭中碳元素偏析的影响

利用电子束冷床炉熔炼大规格纯镍扁锭(6600 mm×1050 mm×210 mm),研究了熔炼工艺参数(电子枪功率与拉锭速度的配合)对镍扁锭中碳(C)元素偏析的影响及机理。结果表明:电子枪功率与拉锭速度配合不当会导致镍扁锭中C元素出现不同程度的偏析;协调各区域的电子枪功率和选择适当的拉锭速度可以使镍扁锭中C元素分布更为均匀;当冷床熔炼区域、溢流区域、结晶器区域的电子枪总功率分别为720、150、360 kW,拉锭速度为5 mm/min时,镍扁锭中C元素偏析程度最小,轧制成镍带卷后力学性能均衡性最好。     

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500 kW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70,100,140 kg/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.     

Inclusions in melting process of titanium and titanium alloys

This paper summarizes melting methods of titanium and titanium alloy, such as vacuum arc melting(VAR) and electron beam cold hearth melting(EBCHM), and the related inclusions formed when using these melting methods. Low-density inclusions are resulted from contamination of air, and high-density inclusions are caused by refractory elements. The formation process of inclusions was analysed. The removal mechanism of different kinds of inclusions was specified. Low-density inclusions are removed mainly by resolving. This is a comprehensive process containing reaction diffusion. The resolving rate of high-density inclusions is so low that these inclusions are mainly removed by sedimentation. The experiments and physical models of inclusions are detailed. In various melting methods, vacuum arc melting is prominent. However, this method cannot remove inclusions effectively, which usually results in repeat melting. Electron beam cold hearth melting has the best ability of removing inclusions. These results can provide instructions to researchers of titanium and titanium alloys.     

冷坩埚连续熔铸与定向凝固Ti6A14V合金的温度场计算

为有效利用冷坩埚，更优控制工艺参数，获得冶金质量良好的铸棒，本文对冷坩埚连续熔铸与定向凝固Ti6A14V温度场进行计算。根据电磁场的感应加热形成上下料棒、电磁压力形成驼峰的情况确定边界条件；采用抛物线逼近确定驼峰形状；对运动单元所处位置的识别实现连铸过程。对功率52kW、速度为3mm／min的条件下进行计算。结果表明，料棒在45s时开始熔化，在70s时形成驼峰，然后熔体获得一定的过热度，形成凝壳，在115s熔体达到最高温度；抽拉过程中上送料能完全熔化，温度场基本稳定，凝固界面的形状和位置基本不变，凝固界面的形状为中间平直、两端上翘，传热基本以轴向传热为主。相同条件下进行实验，实验结果与计算结果相符合，从而证明计算程序在计算冷坩埚连续熔铸与定向凝固温度场是有效的。     

Ti—13Al—29Nb—2.5Mo合金ISM熔炼过程中多组元挥发损失

在基于活度系数计算模型的基础上，计算了ISM熔炼过程中不同熔炼温度下Ti-13Al-29Nb-2.5Mo(ω/%)熔体中Ti,Al,Nb元素的饱和蒸气压，计算结果表明，在熔炼温度范围内，Al元素的饱和蒸气压分别比Ti,Nb元素的饱和蒸气压大17倍和3070倍左右。在熔炼温度范围内对熔体中Al,Ti,Nb元素的挥发损失速率的计算表明，Al元素在损失速率比Ti,Nb的损失速率分别大43倍和144倍左右，在此基础上计算了Ti,Al,Nb元素的挥发损失量以及合金在熔炼后的化学成分，结果表明由于合金中各组元的挥发损失速率大小不一，使得熔炼前后合金的成分出现了变化。分析表明合理降低熔炼温度及增加真空室中压力可以减小成分的变化。本结果为ISM熔炼实践中合金成分控制提供有价值的理论指导。     

TC4合金的电子束冷床熔炼热平衡计算

通过对TC4合金电子束冷床熔炼过程热平衡的计算和实验验证,为制定合理的熔炼工艺提供了理论依据。结果表明,对于100kg/h的熔炼速度,维持冷床液态熔池表面125℃过热和结晶坩埚内100℃过热的条件下,熔炼原料的功率为70kW,维持冷床内液态熔池的功率为122kW,维持结晶坩埚良好凝固温度的功率为62kW。在此功率熔炼时冷床内液态熔池表面温度和计算吻合。     

多元稀土贮氢合金的制备

简述了用于制作Ｎｉ－ＭＨ电池的稀土贮氢合金的生产方法。选用陶瓷坩埚和水冷坩埚感应熔炼法分别制取了多元稀土贮氢合金锭，指出选用合适的陶瓷坩埚，带入熔体中的杂质均＜０．１％。若采用水冷坩埚可得到一次熔炼成份均匀、准确且不被坩埚污染的合金熔锭。文中还介绍了冷坩埚感应熔炼的工艺特点及所炼贮氢合金熔锭的分析结果。     

Producing Ti-6Al-4V plate from single-melt EBCHM ingot

The study reviewed in this paper was initiated to produce low-cost, aerospace-quality Ti-6Al-4V alloy plate directly from single melt, electron beam cold hearth melted slab ingots. This study is one of the programs of the Metals Affordability Initiative Consortium under the direction of the U.S. Air Force Research Laboratory’s Materials and Manufacturing Directorate. The main objective of this program is to achieve significant cost savings for titanium plate production while accelerating the implementation time. This article discusses the progress to date in this multi-year program.     

Kinetics of absorbing hydrogen of Al melt

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＨｙｄｒｏｇｅｎｉｎＡｌｍｅｌｔｍａｉｎｌｙｃｏｍｅｓｆｒｏｍｗａｔｅｒｖａｐｏｒ[1] .ＩｔｉｓｔｈｅｗａｔｅｒｖａｐｏｒａｂｓｏｒｂｅｄｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｏｘｉｄｅｌａｙｅｒａｎｄｔｈｅＡｌｍｅｌｔ,ｂｕｔｎｏｔｔｈｅｇａｓｅｏｕｓｗａ ｔｅｒｖａｐｏｒｔｈａｔｒｅａｃｔｓｗｉｔｈｔｈｅｌｉｑｕｉｄｍｅｔａｌ,ｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｒｅｉｓａｌｗａｙｓａｔｈｉｎｏｘｉｄｅｌａｙｅｒｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅＡｌｍｅｌｔ.Ｆｏｌｌｏｗｉｎｇｉｓｔｈｅｉｒｃｈｅｍｉｃ…     

熔炼方式对Ti6242S钛合金棒材组织性能的影响

利用1350 kW型国产化的电子束冷床熔炼(EB)炉及真空自耗熔炼炉制备Ti6242S钛合金铸锭,并对制备的Ф200 mm棒材的微观组织及力学性能进行了对比分析。经EB一次熔炼铸锭的凝固组织均匀、细小,EB熔炼的特性造就了最终棒材力学性能的稳定性。(EB+VAR)棒材的微观组织及力学性能均优于EB棒材,这与VAR重熔的成分均匀化有直接的关系。应用EB炉制备工业化Ti6242S钛合金铸锭的工艺,完全能够满足航空发动机关键零部件的使用要求。