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.     

电子束冷床炉熔炼TC18钛合金过程中元素挥发研究

采用BMO-25型电子束冷床炉(EB炉)熔炼TC18钛合金铸锭,利用Langmuir定律建立了熔炼过程中各组元饱和蒸气压及挥发规律的数学模型,并根据实测挥发率对TC18钛合金各组元的活度系数进行验证性分析。结果表明：通过数学模型获得的活度系数及挥发率能够较好地匹配实际熔炼过程,理论挥发率与实测挥发率吻合度较高。EB炉熔炼TC18钛合金过程中,Al、Cr元素挥发明显,实测挥发率分别为12.06%～18.27%和30.77%～37.16%。将Al、Mo、Cr补加率分别设为15.6%、4.25%、30%,并通过控制熔炼电流使熔炼速度稳定在178 kg/h左右,由此所获得的TC18钛合金铸锭化学成分均匀性良好,符合GB/T 3620.1—2016要求。     

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...     

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.     

TC4ELI钛合金的电子束冷床熔炼技术

采用EBCHR-3150KW大功率电子束冷床熔炼炉,研究了以“TA1纯钛残料+海绵钛+中间合金”通过一次EB熔炼TC4ELI钛合金扁锭的生产工艺,分析了熔炼工艺参数对铸锭化学成分的影响,并对工艺可行性进行了分析,研究了不同热处理制度对板材组织性能的影响。结果表明：TC4ELI钛合金EB熔炼过程中Al元素的实际挥发率达到15%～18%,通过控制原材料制备使其达到宏观均匀、控制成分配比,制定合理的工艺要求,完全可以生产出符合国标GB/T 3620.1-2016要求的TC4ELI钛合金EB扁锭。     

电子束冷床炉熔炼TA15钛合金的工艺技术

在工业化条件下,利用电子束冷床熔炼炉(EB炉)一次熔炼制备TA15钛合金铸锭,对熔炼工艺参数与铸锭化学成分均匀性之间的关系进行分析,采用赫兹-克努森-朗缪尔定律对熔炼过程中Al、Zr元素的挥发规律做简要的数值分析,并与实际挥发规律进行比较分析。结果表明:在EB炉熔炼过程中,Al、Zr元素的挥发规律符合朗缪尔定律;其中,Al元素挥发严重,理论挥发率为18.69%,实际挥发率为15.33%;Zr元素挥发率相对较低,理论挥发率为2.80%,实际挥发率达到3.33%;Ti基体的理论挥发率为2.86%。EB炉熔炼功率、真空度及各工艺参数之间的匹配性是影响Al、Zr元素挥发的关键因素;通过合理的工艺参数制备的铸锭整体化学成分均匀性良好。     

电子束冷床熔炼TC4合金的热平衡分析

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计算依据。计算结果表明,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,随着熔炼速度从60kg/h增加到150kg/h,冷床内所需热量稍微增加,熔炼原料的功率明显增加,而凝固坩埚内所需热量有所降低。在提高冷床内和坩埚内的过热度时,其所需的热量都增加。     

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.     

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。     

钛合金(TC4)电子束焊接模拟

通过工艺试验,获得了9 mm厚TC4电子束焊接最佳工艺参数;利用有限元软件ABAQUS建立模型.结果表明,模拟焊缝形貌和表面残余应力结果与实测结果具有非常高的一致性,说明了穿透性强的圆锥热源和辐射性强的双椭球热源组成的复合热源能够有效地反应出电子束焊接特点,证明了有限元模型的正确性;进而对模拟结果进一步分析,得到焊缝周围存在较高残余应力,尤其是在焊件内部存在危险的三维拉伸应力状态.     

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。     

热处理对TC4钛合金电子束焊接件组织性能的影响

对分别处于退火和固溶时效态的TC4钛合金进行电子束焊接,焊后采用不同的热处理工艺,利用光学显微镜(OM)及X射线衍射(XRD)的方法对这两种TC4焊接件的微观组织及相组成进行了分析,并进行力学性能试验.结果表明,两组试件母材组织均为α相和β相转变组织的机械混合物,但状态和分布不同;退火态试件的热影响区为粗而短的针状α相和少量初生α相,焊缝为单一板条α'马氏体,粗大且分布均匀,属于典型的网篮状组织,而固溶态试件热影响区中的针状α马氏体细小且分布不均;焊缝主要为粗大原始β晶粒内针状回火α'马氏体及晶界α相.这两组试件的抗拉强度及冲击韧度均高于母材,但退火态试件抗拉强度高于固溶态试件,冲击韧度略低于后者.     

脉冲电子束改性TCA钛合金微观组织和性能

采用低能强电流(LEHC)脉冲改性技术处理TC4钛合金表面,利用扫描电子显微(SEM)、场发射扫描电镜(FESEM)、透射电子显微(TEM)和纳米压痕分析(NI)等方法对表面改性层组织进行表征,按照不同低能强电流脉冲改性工艺下改性层的组织特征,结合纳米压痕硬度试验,分析了脉冲电子束改性晶粒的细化机制。结果表明,脉冲电子束改性试样可分为熔化相变层、热影响层和基体三个区域;熔化相变层中的晶粒细化机制是脉冲电子束改性时随着温度的快速升高,表面层发生熔化后的重新结晶以及α相在β相中的析出;晶粒细化是表层纳米压痕硬度提高的主要原因。     

Impurities evaporation from metallurgical-grade silicon in electron beam melting process

The purification of metallurgical-grade silicon (MG-Si) has been investigated during electron beam melting (EBM) process. The results show that the phosphorus, calcium and aluminum contents decrease significantly after melting, and magnesium is partially removed. However, no significant change in content for boron and iron has been found. Langmuir’s equation and Henry law were used to derive the removal effi-ciency for each impurity element. The free surface temperature was estimated by the Hertz-Knudsen-Langmuir equation and silicon’s vapor pressure equation. Good agreement was found between measured and calculated impurities’ removal efficiency for phosphorus, calcium and aluminum, magnesium, boron and iron. The deviation between the two results was also analyzed in depth.     

TC4钛合金压力容器电子束焊接模拟分析

文中采用旋转高斯曲面体热源模型,对一定工艺条件下航天压力容器TC4钛合金试件的焊接过程进行了温度场分析,获得了温度场的分布特征及垂直焊缝方向的温度分布曲线.结果表明,利用该规格试件确定的焊接参数规范能够满足实际产品焊接的要求,热影响区温度梯度的分布情况为内部装置的保护提供了依据;并通过对"匙孔"的演变过程和不同焊接参数下的特征尺寸进行模拟分析,获得了典型关系曲线,工艺试验与模拟结果吻合较好,为获得高质量要求的焊缝提供了参考.     

TC4钛合金电子束焊接接头相变的热力学特征

阐明了TC4钛合金电子束焊接接头相变的热力学特征,从热力学角度分析了TC4钛合金电子束焊接接头在不同的热处理条件下形成不同组织结构的机制,为通过改变热处理制度控制TC4钛合金电子束焊接接头相变的方法,提供了理论基础.结果表明,TC4钛合金电子束焊接接头的相变驱动力来源于新相马氏体和母相的化学自由能差,形成的马氏体贯穿整个晶粒,并且其取向呈一定的角度;低于MS点的焊后热处理只能使马氏体长大,而高于MS点的焊后热处理不仅使马氏体长大,还使部分β相成为饱和固熔体,并残留在马氏体片层之间.     

锻造工艺参数对TC4钛合金锻件残余应力的影响

针对非等温锻造时TC4钛合金锻件极易产生较大残余应力的问题,依据物理实验,建立并调控仿真模型,通过数值模拟的方法,对不同锻造工艺参数下的TC4钛合金锻件的残余应力进行分析。研究了变形温度、变形程度以及变形速度3个关键参量对TC4钛合金锻件残余应力的影响,揭示了残余应力的变化以及分布规律。结果表明:TC4钛合金锻件的径向残余应力关于中心轴线呈对称分布,但分布不均匀,从外表层至心部,残余应力由拉应力转化为压应力,在中心处应力较为集中;而TC4钛合金锻件的轴向残余应力从上表面到下表面分布较为均匀,且明显小于径向残余应力;关键参量中的变形温度和变形程度对TC4钛合金锻件残余应力的影响较为显著,而变形速度的影响较小,适当提高变形温度和变形速度、减小变形程度,可降低TC4钛合金锻件的残余应力。     

TC4钛合金电子束焊接接头高温性能与组织

通过高温拉伸试验、高温持久拉伸试验以及金相分析对TC4钛合金电子束焊接接头的显微组织和高温性能进行了研究.结果表明,用电子束焊接TC4钛合金可获得高温性能良好的焊接接头,其焊接接头的高温抗拉强度为630 MPa,与母材相当.高温持久拉伸时焊接接头在400 ℃下100 h的持久强度大于600 MPa,不低于TC4钛合金母材同等条件下的持久强度.TC4钛合金母材室温下的组织为典型的轧制状态组织,即拉长了的针状α β组织,焊缝组织是由原始β相转变而成的α'相,即针状马氏体.经高温拉伸和高温持久拉伸后焊缝晶粒均明显长大,但其晶粒的长大程度与高温持续时间无关.