钛合金真空自耗电弧熔炼过程中温度场的数值模拟

采用ANSYS软件分析了真空自耗电弧熔炼(VAR)过程中温度场的分布规律,探讨了熔炼速率和冷却条件对VAR过程中熔池形貌的影响。结果表明,在一定熔炼速率下,VAR过程中温度场由初始阶段的动态过程逐渐演变为稳态过程;熔炼速率对VAR过程温度场影响显著,表现为随熔炼速度增大,VAR熔池变宽变深,达到稳态熔炼阶段的时间缩短;而冷却条件仅对VAR过程熔池达到稳态阶段的时间和铸锭高度略有影响。     

VAR熔炼纯锆铸锭表面质量控制研究

以实际生产中遇到的纯锆铸锭表面夹层、结疤及冷隔缺陷为出发点,通过数值模拟和工业生产实验相结合的研究方法,确定了较佳的纯锆铸锭真空自耗电弧熔炼(VAR)工艺,明显改善了铸锭的表面质量。研究发现：各熔炼参数主要通过影响熔池形状和坩埚壁附近的熔体温度对铸锭表面质量产生影响;增大熔炼电流可以同时改善熔池到边情况和增加坩埚壁附近熔体的温度;增大稳弧电流和稳弧周期可以促进高温熔体向坩埚壁的运动,使熔池更加饱满,从而提高纯锆铸锭的表面质量。     

Ti60合金VAR熔炼过程熔体流动与宏观偏析的数值模拟研究

真空自耗电弧熔炼 (Vacuum arc Remelting,VAR) 是生产钛合金铸锭最常用的方式之一,但由于其熔炼过程温度高且不透明,通过实验研究其熔炼过程中流体流动行为和宏观偏析存在困难。基于此,本工作以Ti60高温钛合金为例,通过数值模拟方法对VAR熔炼过程展开研究,同时探讨了熔炼电流和磁场搅拌强度对流体流动行为和宏观偏析的影响。结果表明,VAR熔炼钛合金时,熔池形状由“扁平状”逐渐向“V形”转变;凝固结束后铸锭锭底和边部Zr元素含量低,中心和冒口含量高。熔炼电流产生的洛伦兹力使熔体沿逆时针流动,且熔炼电流越大,熔体流动更剧烈;同时也导致铸锭中心和冒口处出现更为严重的宏观偏析。搅拌磁场产生的洛伦兹力作用于整个熔池,不仅促进了熔池上部熔体的流动,也有利于熔池下部熔体的流动;当无搅拌磁场和搅拌磁场较大时,都会导致Zr元素在铸锭中产生较为严重的宏观偏析。为有效控制VAR熔炼钛合金时宏观偏析缺陷的产生,应采取小熔炼电流和合适的搅拌强度。     

VAR工艺参数对Ti-10V-2Fe-3Al铸锭凝固行为的影响

采用真空自耗电弧熔炼(VAR)工艺制备Ti-10V-2Fe-3Al铸锭,研究了熔炼电流和搅拌磁场等工艺参数对铸锭凝固行为的影响,并对真空自耗电弧熔炼过程中起弧、熔炼、补缩等阶段的凝固组织及熔池形貌进行了分析。结果表明,在未加搅拌磁场时,熔池较窄,铸锭组织粗大,而施加搅拌磁场后,熔池变宽且旋转明显,铸锭宏观组织中的晶粒变小;随熔炼电流增大,熔池加深,凝固组织中的晶粒变得粗大。     

VAR熔炼制备超大规格TC4 ELI钛合金铸锭研究

舰船和海洋领域对钛合金材料的需求呈大型化发展趋势,铸锭作为锻件和板材的母材,其大型化也势在必行。为满足大型铸锭的工业化生产,采用有限元分析法对真空自耗电弧熔炼（VAR）超大规格TC4ELI钛合金一次锭和成品锭的熔炼过程进行了数值模拟研究。结果表明,一次锭熔炼过程中稳弧电流和稳弧周期直接影响熔池中夹杂物的运动轨迹;对于TC4 ELI钛合金一次锭熔炼,较为合适的稳弧参数为稳弧电流30 A,稳弧周期40 s;成品锭熔炼时,降低熔炼电流,增大稳弧电流和稳弧周期,即加强VAR熔炼过程中的搅拌有助于提高铸锭成分均匀性和表面质量。根据数值模拟结果进行了12.8 t级超大规格TC4 ELI钛合金铸锭的工业化生产,所得铸锭表面质量良好,成分均匀。     

VAR炉熔炼过程中磁场作用的分析

针对VAR炉的结构特点，探讨了真空自耗熔炼过程中磁场产生的原因及其在熔化区域分布的规律；分析了VAR熔炼过程中存在的3种主要磁场，即熔化电流自生的水平磁场、外加的纵向磁场和VAR炉自身及周围铁质结构件产生的杂散磁场，对熔炼过程及铸锭质量的影响。     

熔炼方式对Ti6242S钛合金棒材组织性能的影响

利用1350kW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φ200mm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...     

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。     

真空自耗电弧熔炼过程中搅拌线圈参数对TC17铸锭成分和组织影响的数值模拟与实验验证

采用MeltFlow VAR软件建立了真空自耗电弧熔炼（VAR）过程中温度、电磁、流动和溶质场的耦合模型,通过数值模拟与实验验证的方法研究了搅拌电流和周期对TC17钛合金铸锭成分和组织的影响规律。结果表明,铸锭中心的Cr元素浓度从底部逐渐升高,在铸锭头部100 mm范围内出现激增,与铸锭边缘和1/2半径处表现出不同的趋势。施加搅拌磁场,有利于铸锭心部Cr元素的降低和1/2直径处等轴晶区域宽度的减小。增加搅拌线圈电流或延长搅拌磁场的周期,可以降低铸锭心部Cr元素含量并减小1/2直径处等轴晶区域宽度。这主要是因为搅拌磁场引起的角速度,加剧了熔池内湍流的速度。采用工程化规格的TC17铸锭实物解剖可知,铸锭下部柱状晶生长方向发生扰动的位置与Cr含量上升的位置相对应,均与该位置搅拌磁场的作用相关。数值模拟结果与实验数据吻合较好。     

钛合金TC4真空自耗熔炼工艺参数对宏观偏析影响

采用Fluent软件模拟了钛合金TC4真空自耗熔炼过程中温度场、流场和溶质场相互作用,研究了与铸锭直接相关的3个工艺参数(熔速、铸锭上表面温度和冷却强度)对铸锭宏观偏析的影响规律。结果表明：不同熔炼条件下,在铸锭1000 mm高度处的铁元素径向偏析均呈钟形分布,即铸锭芯部为正偏析,表面区域为负偏析,且负偏析程度均大于正偏析。熔炼速度对铸锭温度场和宏观偏析的影响最为明显：当熔炼速度由0.15 mm/s增加到0.18 mm/s时,铸锭达到稳定熔炼阶段时的高度由1200 mm增加到1600 mm,熔池深度由494 mm增加到738 mm。当距铸锭中心距离小于130 mm时,偏析随熔炼速度增加而减小,在熔炼速度为0.15 mm/s时达到最大值,为3.36%;当距铸锭中心距离大于295 mm时,偏析随熔炼速度增大而增大,在熔炼速度为0.21 mm/s时达到最大值6.23%。铸锭上表面温度和冷却强度对宏观偏析和熔池深度的影响不明显。通过正交分析得到3个主要工艺参数对宏观偏析影响程度为：熔炼速度>冷却强度>铸锭上表面温度,并得到最优工艺参数为熔炼速度0.15 mm/s、铸锭上表面温度21...     

The use of β titanium alloys in the aerospace industry

Beta titanium alloys have been available since the 1950s (Ti-13V-11Cr-3Mo or B120VCA), but significant applications of these alloys, beyond the SR-71 Blackbird, have been slow in coming. The next significant usage of a β alloy did not occur until the mid-1980s on the B-1B bomber. This aircraft used Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn sheet due to its capability for strip rolling, improved formability, and higher strength than Ti-6Al-4V. The next major usage was on a commercial aircraft, the Boeing 777, which made extensive use of Ti-10V-2Fe-3Al high-strength forgings. Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn environmental control system ducting, castings, and springs were also used, along with Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (β-C) springs. Beta-21S was also introduced for high-temperature usage. More recent work at Boeing has focused on the development of Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr, a high-strength alloy that can be used at higher strength than Ti-10V-2Fe-3Al and is much more robust; it has a much wider, or friendlier, processing window. This, along with additional studies at Boeing, and from within the aerospace industry in general will be discussed in detail, summarizing applications and the rationale for the selection of this alloy system for aerospace applications. This paper was presented at the Beta Titanium Alloys of the 00’s Symposium sponsored by the Titanium Committee of TMS, held during the 2005 TMS Annual Meeting & Exhibition, February 13–16, 2005 in San Francisco, CA.     

Ti－1023合金拉伸试验的电镜原位观察

用扫描电镜和透射电镜原位观测了Ｔｉ－１０Ｖ－２Ｆｅ－３Ａｌ合金经固溶处理获得亚稳定β相后在拉伸过程中α″相的形成、长大及裂纹的萌生与扩展，以及最终断裂过程．并采用ＤＩＣ金相方法方便地区分滑移线和α″相．     

应用人工神经网络模型预测Ti＋10V-2Fe-3A合金的力学性能

采用人工神经网络方法建立了Ti-10V-2Fe-3Al合金机械性能预测的神经网络模型。模型的输入参数包括变形温度、变形程度、固溶温度、时效温度等热加工工艺参数和热处理制度。模型的输出为钛合金最重要的5个机械性能指标，即抗拉强度、屈服强度、延伸率、断面收缩率和断裂韧性。与传统回归拟合公式相比，该模型具有容错性好、通用性强等优点。该模型可以预测Ti-10V-2Fe-3Al合金在不同热加工工艺参数和热处理制度下的机械性能，也可以用于优化热加工参数和热处理制度。     

双重时效对Ti1023合金低周疲劳行为的影响

研究了双重时效对Ti-10V-2Fe-3Al合金低周疲劳行为的影响。结果显示,高应变幅(△εt/2=1.5%,1.2%,1.0%)下,合金表现为循环软化;低应变幅(△εt/2=0.8%,0.6%)下,则表现为循环应力饱和。疲劳寿命测试结果表明,双重时效疲劳寿命和直接时效疲劳寿命相当,疲劳总应变幅和疲劳寿命满足Coffin-Manson方程。SEM断口形貌显示,双重时效后疲劳裂纹稳定扩展区有明显的疲劳条纹,疲劳裂纹以穿晶方式扩展,并伴随着撕裂棱和二次裂纹,但二次裂纹较直接时效大量减少。TEM形貌显示,不论是双重时效还是直接时效,疲劳后变形组织都很均匀。虽然双重时效和直接时效具有相当的疲劳寿命,但是这种工艺缩短了时效时间,节约了能源,能更好地满足实际工业生产需求。     

Ti-10V-2Fe-3Al合金低温时效的相变行为及其对力学性能的影响研究

本文研究了低温时效对Ti-10V-2Fe-3Al合金相变行为和力学性能的影响。时效形貌观察显示,随时效时间的增加,在β基体中持续析出等温ω相粒子及发生等温马氏体相变;当时效时间超过4h后,ω粒子逐渐消失,但等温马氏体相变继续进行。拉伸测试结果显示,经0.5h时效后,样品的塑性最好,屈服强度较低;延长时效时间,塑性急剧下降,强度持续增加。超过4h后,塑性开始缓慢回升,强度仍然增加。分析表明,0.5h时效样品良好的塑性源于拉伸时的相变诱发塑性效应;ω相的脆化作用和等温马氏体相变对β基体的消耗使得样品的塑性降低,强度增加;当时效时间大于4h后,ω相的消失以及大量等温马氏体的形成有利于塑性回升及强度增加。     

Effect of beta flecks on low-cycle fatigue properties of Ti-10V-2Fe-3Al

The effect of beta flecks on low-cycle fatigue (LCF) properties was investigated at room temperature for a high-temperature (α + β)-processed and also a β-processed Ti-10V-2Fe-3Al alloy. For both the (α + β)-processed and the β-processed material, beta flecks had a significant influence on LCF and tensile properties. The materials with beta flecks showed a loss in LCF life and ductility. Larger beta flecks resulted in lower LCF life and ductility. It seemed that β-forged material contained much smaller beta flecks but had a similar detrimental effect on LCF properties as the (α + β)-processed one. Based on the diffusion calculation, it could be concluded that chemical composition inhomogenieties could not be reduced by using beta forging in the 820 °C β region. Extensive light microscopy and scanning electron microscopy (SEM) observations showed that beta flecks were susceptive to crack nucleation and propagation.     

Ti-10V-2Fe-3Al合金的高温流变行为及热加工图

利用Gleeble-3800热模拟试验机对Ti-10V-2Fe-3Al合金进行了变形温度为850~1150 ℃,应变速率为0.01~10 s-1的等温热压缩实验。引入Zener-Hollomon参数,建立了该合金的热塑性变形双曲正弦本构方程。基于动态材料模型理论构建了该合金在不同应变下的热加工图。结果表明：Ti-10V-2Fe-3Al合金的流变失稳区主要发生在高应变速率下,热变形时适宜的变形安全区温度为1100~1150 ℃,应变速率为0.01~0.07 s-1。     

时效工艺对Ti1023合金微观组织和力学性能的影响

对比研究了直接时效和双重时效对Ti-10V-2Fe-3Al合金微观组织及力学性能的影响。结果显示,在相同的时效时间下,双重时效后试样的屈服强度略低于直接时效,但双重时效的延伸率远远高于直接时效。较之直接时效,双重时效具有更好的强度塑性匹配。断口分析表明,直接时效断口为沿晶断裂,高倍形貌显示为晶界延性断裂。而双重时效断口以穿晶韧窝为主。微观组织观察表明,双重时效良好的强度塑性匹配源于α/β相间的片层组织,晶界α相薄膜的抑制及时效后初始β晶界、晶内组织之间强度差的减少。     

EFFECT OF β-FLECKS ON MECHANICAL PROPERTIES OF Ti-10V-2Fe-3Al ALLOY

Effect of β-flecks on properties of tensile elongation and low cycle.fatigue life at room tern.perature for Ti-10V-2Fe-3Al alloy has been investigated.The cracks along initial β-grainboundaries in the β-fleck region may propagate to form intergranular brittle fracture.Underalternating load,the β-fleck often becomes a fatigue origin.While under higher strain,thecracks initiate and propagate to fracture early at the original β-grain boundaries in β-fleckregion and at α-grain boundaries.     

Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe钛合金板材加工与性能

Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe钛合金是一种α+β两相钛合金,有优良的加工性,其冷轧加工率可达到70%.在很宽的热处理条件下,它的组织非常细,初生α晶粒尺寸不大于3μm.细的组织结构使它具有优良的综合力学性能,在700℃具有良好的超塑性.