冷坩埚连续熔铸与定向凝固Ti6Al4V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Ti6Al4V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52 kW、速度为3 mm/min的条件下进行计算.结果表明,料棒在45 s时开始熔化,在70 s时形成驼峰,然后熔体获得一定的过热度,形成凝壳,在115 s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.     

冷坩埚连续熔化与定向凝固Ti50Al合金的温度场计算(英文)

为了优化工艺参数和实现定向凝固,计算不同参数条件下的冷坩埚连续熔化与定向凝固Ti50Al(摩尔分数,%)合金的温度场。模型中的连续铸造通过识别运动单元的不同位置而实现。结果表明,在功率为52kW和抽拉速度为3.0mm/min时,送料棒在200s时可以完全熔化,在300s时具有一定的过热度。当功率为52kW时,随着抽拉速度从1.2mm/min加快到6.0mm/min,送料棒的过热度和熔区都减小,并且固-液界面变凹,其中在6.0mm/min时,送料棒不能被完全熔化。当抽拉速度为3.0mm/min时,随着功率从48kW增加到58kW,固-液界面位置变低且变凹,当功率为48kW时,送料棒不能被完全熔化。当抽拉速度和功率配合恰当时,可以实现冷坩埚连续熔化与定向凝固TiAl合金。     

钛合金冷坩埚连续熔铸过程定向凝固

水冷铜坩埚存在很强的侧向散热,而定向凝固则必须保证单向热流,分别从电磁力、温度场及传热3方面来分析冷坩埚定向凝固的可行性.结果表明:在三相点焦耳热最大,感应焦耳热弥补了侧向散热,保证在下驼峰与坩埚接触点Z0附近区域等温线近乎平直,能够利用冷坩埚实现钛合金的定向生长.增大电磁压力,提高熔体过热度,可以减小坩埚壁的侧向散热,有利于冷坩埚实现定向凝固.     

冷坩埚定向凝固太阳能级多晶硅的缺陷控制及组织特征

利用电磁冷坩埚连续熔化和定向凝固太阳能级多晶硅,将电磁铸造与定向凝固的优点相结合,用下抽拉法将其铸成硅棒。在试验过程中出现不熔、原料烧结、熔池熄灭、不完全熔化、熔体飞溅和硅锭断裂等现象,这些现象与熔铸过程密切相关,大多缺陷通过调整工艺和参数可以消除。通过合适的工艺参数配合,可获得表面有起伏,但无裂纹且组织定向的多晶硅锭。     

TiAl基合金冷坩埚定向凝固研究现状与发展趋势

冷坩埚定向凝固技术基于材料电磁加工原理,将合金连续熔化、电磁约束成形和连续凝固过程统一,避免模壳法定向凝固造成的合金熔体污染,是TiAl等高活性合金高纯净定向凝固的重要方法之一。报告了TiAl基合金冷坩埚定向凝固技术的研究结果,建立了电磁场、温度场与电磁冷坩埚系统主要参数之间的规律性关系。通过改变冷坩埚的横截面形状,初步制备出具有定向凝固组织的TiAl基合金圆、方和扁锭,研究结果表明该方法不但适合于Ti—Al二元合金,而且施与多元多相TiAl基合金也是可行的。通过对成分和组织的控制,所研究的TiAl基合金定向凝固试样的室温拉伸塑性最高达到1．5％左右。最后指出将该方法应用于耐高温的轻质高Nh含量的γ-TiAlNb合金的定向凝固是未来的发展趋势。     

工艺参数对冷坩埚定向凝固钛合金宏观组织的影响

用电磁冷坩埚进行定向凝固可以将电磁冷坩埚和定向凝固技术的优点相结合，为难熔、活泼金属的定向凝固开辟新的方法，但工艺过程复杂，影响因素众多，为了解冷坩埚定向凝固过程和宏观组织演变规律，本实验通过正交实验得到了工艺参数对宏观组织的影响规律，研究发现抽拉速度是影响宏观组织最主要的因素，其他因素影响不显著，随抽拉速度降低，晶粒数量明显减少，当抽拉速度为1mm／min时，能获得定向凝固组织。理论分析表明，工艺参数通过影响驼峰和凝固界面的位置和形状，以及吸收和导出的热量而影响宏观组织。     

冷坩埚熔铸技术的研究及开发现状

综述了冷坩埚技术的原理和特点、目前的研究及开发现状。冷坩埚具有无污染，可熔化高熔点金属，制备的材料组织均匀等优点。冷坩埚技术在以下领域得到广泛的研究和应用：与熔化技术相结合能高纯均匀熔炼活性金属，通过起熔材料能制备陶瓷材料；与连铸技术相结合能进行冷坩埚电磁连铸技术，提高铸锭表面质量，改善内部组织；与定向凝固和连铸技术相结合的冷坩埚定向凝固技术已成功进行钛合金的定向凝固；与多晶硅制备技术相结合能连续制备多晶硅，杂质含量少；与雾化沉积技术相结合的冷坩埚雾化沉积技术具有熔化合金种类多、适用范围广的优点。冷坩埚的自身特点决定了其必将更受重视和广阔发展前景。     

矩形冷坩埚定向凝固过程中钛铝熔体的流场数值计算(英文)

对矩形冷坩埚定向凝固钛铝合金熔体流场开展数值模拟研究。结合实验结果,建立熔体流场的3-D有限元模型,研究不同电源参数下熔池内流动特性。计算结果表明:熔池内存在着复杂的循环流动,在固液界面前端存在着较为强烈的径向对流,并在中部合流。熔体流动随着电流强度的增强而增强,但是宏观流动形貌并没有改变。当电流为1000A时,熔池内最大流速为4mm/s,固—液界面前端达到3mm/s。当频率从10kHz变化到100kHz时,熔池流动形貌发生明显改变,分析其影响机制。对于冷坩埚定向凝固,存在着一个最佳频率。     

钛铝合金电磁冷坩埚定向凝固技术的研究

介绍了针对高活性Ti及TiAl合金电磁冷坩埚定向凝固技术的研究结果.通过系统地对近矩形冷坩埚电磁场、温度场及其耦合作用的实验及分析,初步建立了温度、电磁压力与半悬浮熔体间以及它们与电磁冷坩埚系统主要参数之间的规律性关系.在此基础上制备出冶金质量较好具有定向凝固组织的Ti合金及TiAl金属间化合物的近矩形截面样件.     

高温合金电磁成形定向凝固柱状晶组织及形成条件

研究高温合金电磁成形定向凝固柱状晶组织及其形成条件的结果表明,①电磁成形中熔体下固/液界面处温度场近一维分布,获得了柱状晶组织;②电磁成形高温合金样件具有间断迹象的定向胞晶组织;③给定其他条件后,电磁成形过程中不同形状、尺寸的样件熔体平直固液界面开始出现下凹的临界凝固速率具有不同的特定值。在相同凝固速率条件下,大尺寸样件的固液界面更容易出现下凹。     

Flow field and its effect on microstructure in cold crucible directional solidification of Nb containing TiAl alloy

A 3D finite element model was established to investigate the flow field in TiAl melt under different process parameters that include the position of the solidification interface, the meniscus height, the heating power and the current frequency. A square cold crucible with an inner cross section of 36 mm × 36 mm was employed to directionally solidify Ti–46Al–6Nb–B (at.%) ingots. The flow pattern in the melt is highly parameter-related. Generally, there are two flow swirls with opposite directions in the melt. The flow near the solidification interface can be minimized with an optimal meniscus height. The flow velocity is decreased with a decrease of heating power and an increase of current frequency. A weaker lateral flow near the solidification interface is beneficial for the continuous growth of columnar grains. The microsegregation of a directionally-solidified ingot can be reduced by controlling the flow in the melt, which is one of the advantages of cold crucible directional solidification.     

结构对连续熔化与定向凝固用冷坩埚磁场的影响(英文)

为了提高连续熔铸与定向凝固用冷坩埚的工作效率和优化结构设计,基于实验验证,建立了不同结构的电磁冷坩埚的3D有限元模型,并研究了坩埚结构对其内部磁场的影响规律。电磁冷坩埚的结构变量包括坩埚内径、坩埚壁厚、开缝形状以及水冷铜环。结果表明:随着坩埚内径的减小、开缝宽度和横截面积的增大以及水冷铜环的去除,坩埚内分瓣中点和开缝处的磁场随之增强。此外,当外径一定时,存在一个最差的坩埚壁厚使得坩埚内磁场值最低。     

Nb-Si基高温合金定向凝固制备技术的研究进展

Nb-Si基高温合金是一种具有高熔点、较低的密度以及良好的高温蠕变强度的高温结构材料,定向凝固技术可以有效改善该合金的综合力学性能。针对Nb-Si基高温合金的定向凝固技术主要有晶体提拉法、区域熔化法、整体定向凝固法等,本文综述了近年来国内外Nb-Si基高温合金的定向凝固制备技术的研究进展,并对定向凝固技术的未来发展进行了展望。     

Feasibility of integrated seed making and directional solidification of TiAl alloy using cold crucible

A new seed making method with cold crucible by power off technique was proposed. The cold crucible quenched seed with columnar structure has a similar cross-section shape as that of the cold crucible, and can be directly used for the directional solidification processes. The proposed method can significantly simplify the seeded directional solidification process and avoid the contamination from the seed machining.