大规格TC4铸锭真空自耗电弧熔炼控制方式对比

为了选择合适的真空自耗电弧熔炼控制方式,在生产规格为准820mm的TC4钛合金铸锭时,采用了电流控制和熔速控制两种不同的熔炼控制方式。对比分析了两种控制方式对熔炼参数的变化、铸锭化学成分、表面质量以及成材率的影响。结果表明:两种控制方式下铸锭化学成分分布均匀性相当,但熔速控制方式下正常熔炼阶段实际熔速的波动小,且铸锭的表面质量良好和成材率高。在实际生产中熔速可选用电流控制下电流B(21～28kA)所对应的熔速。     

钛合金VAR铸锭中的偏析

钛合金铸锭通常都是将海绵钛与合金添加料配合,压制电极块,焊接一次电极,然后二次真空电弧熔炼(简称VAR)而成.该工艺方法本身就存在来自合金元素添加方法引起的偏析和凝固偏析两大弊病.前者一是由于合金元素在电极块中分布不均匀,熔炼中来不及消除就凝固了;二是合金元素中有高熔点和高密度元素,在两次VAR中不能完全熔化和混合均匀.后者是由于电磁力、浮力和重力等因素引起的合金元素集聚而产生的宏观偏析与微观偏析.     

大规格TC4钛合金厚板研制

采用经三次真空自耗电弧熔炼、多向锻造得到的TC4钛合金板坯为原料,以热模拟试验所获得的热加工图为参考,利用西部钛业有限责任公司2 800 mm四辊热轧机成功制备出了宽度为2 300 mm,厚度达到40~70 mm的大规格TC4钛合金厚板,研究了热轧工艺对其组织和室温力学性能的影响。结果表明,轧制温度、道次变形率和应变速率是制备大规格TC4钛合金厚板的关键工艺因素。所制备的TC4钛合金厚板的显微组织为双态组织,由平均晶粒尺寸为25μm的等轴初生α相、拉长的次生α相及晶间β相组成,其室温抗拉强度为925~960 MPa,屈服强度为870~910 MPa,延伸率为12.0%~14.5%。     

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。     

航空用超大规格TC18钛合金棒材的制备及组织性能研究

经3次真空自耗电弧熔炼得到规格为φ720 mm的TC18钛合金铸锭,再经80 MN快锻机开坯锻造和多道次镦拔锻造,成功制备了航空用φ500 mm超大规格棒材,并对其组织均匀性及力学性能稳定性进行了评价分析。结果表明：TC18钛合金铸锭头、中、尾不同部位的主元素极差在0.1%以内,成分均匀性良好;TC18钛合金棒材不同部位的低倍组织均匀模糊,高倍组织呈现出典型的双态组织,且组织均匀一致性良好;棒材不同部位的力学性能差异较小,具有良好的性能稳定性。     

TC21合金铸锭熔炼工艺研究

采用真空自耗电弧炉熔炼并浇注了TC21合金大规格铸锭.研究了中间合金的选择、电极制备方式以及熔炼工艺参数对合金铸锭成分均匀性的影响,探索出了TC21合金铸锭合理的生产工艺.结果表明,采用该工艺生产的TC21合金大规格铸锭化学成分均匀,冶金质量优良,满足使用要求.     

TC4ELI钛合金低周疲劳性能研究

研究了具有网篮组织的TC4ELI钛合金材料在不同应变幅值下的低周疲劳性能,给出了TC4ELI钛合金在低周疲劳下的循环应力-应变曲线,拟合出循环应变硬化指数、循环强度系数以及应变-寿命特征系数,并通过光学显微镜进行金相分析,通过扫描电镜进行断口形貌分析。结果表明,TC4ELI钛合金呈现出循环软化的特性;距离疲劳断口1.5 mm处的组织形态与断口处无明显变化,疲劳裂纹以穿晶方式扩展直至断裂;随着应变幅值增大,韧窝变大变深,韧性断裂特征变得更加显著。     

钛合金铸锭的凝壳—自耗电极熔炼

１发展概况 ８０年代中期以来，俄罗斯发展了一种除杂原理类似于冷炉床炉的新型熔炼技术，即所谓的凝壳－自耗电极（ＧＲＥ）熔炼．该方法的特点是在第一次熔炼时，先在凝亮底部铺一层海绵钛、残钛及合金化组分，密封炉子，抽真空，在电极与装入坩埚的海绵钛及合金化组分之间引孤，靠电弧将电极和坩埚中的炉料熔化．熔融金属与冷坩埚壁接触凝固形成凝壳，阻止熔融金属与坩埚材料反应可能对钛合金造成的污染．当熔化需要数量的金属之后，将坩埚中的熔融钛浇入锭模或铸型，剩下一部分作为下次的自耗电极使用．当冷却到规定的温度以后，开炉，…     

TA15钛合金铸锭熔炼工艺研究

通过小型铸锭熔试验和大规格铸锭生产试验研究确定了工业化生产TA15钛合金铸锭时的化学成分Ё和铸锭生产工艺.试验结果表明,所生产铸锭的化学成分均匀,冶金质量良好,满足后续工序使用要求.     

TC4 ELI钛合金包申格效应试验研究

为研究TC4 ELI钛合金常温下循环加载的包申格效应,进行了单轴拉伸-压缩的循环加载试验,获得了TC4 ELI循环加载的应力应变曲线,并通过计算获得了表征钛合金包申格效应的参数,包括包申格应变β、包申格应力参数和包申格能量参数。试验结果表明包申格应变及包申格应力参数随预应变量增大而近似线性增加,包申格能量参数变化不大且反向屈服应力随预应变量增加而大幅降低。     

深潜器载人舱用TC4 ELI钛合金半球壳的研制

通过计算机模拟技术和借鉴钢材半球壳成形工艺设计了深潜器载人舱用钛合金半球壳的整体冲压成形模具及成形工艺,并以钢材、纯钛的半球壳整体冲压预成形试验来优化工艺参数,最终成功冲压出深潜器载人舱用TC4ELI钛合金半球壳。经检测,整体冲压成形的TC4 ELI钛合金半球壳尺寸和力学性能均满足深潜器载人舱用钛合金球壳设计指标,可用于制造4 500 m深潜器载人舱。     

采用数值模拟方法分析影响VAR熔炼钛合金铸锭表面质量的因素

采用数值模拟方法分析影响铸锭表面质量的因素,借此达到提高铸锭成品率的目的。通过Melt Flow软件对VAR熔炼过程的温度场进行分析,将高温液相与坩埚接触长度与表面质量建立联系。分析得出,从工艺角度考虑,熔炼电流、稳弧电流以及稳弧周期这3个因素对铸锭表面质量有影响,结合实验验证表明,采用较大的熔炼电流、大稳弧电流以及短稳弧周期有利于铸锭表面质量提高,提高成品率。     

轧制工艺对TC4ELI钛合金超宽幅厚板材组织与力学性能的影响

采用3种轧制工艺制备了δ42 mm×2100 mm×8000 mmTC4ELI钛合金板材,利用光学显微镜和万能拉伸试验机分析不同轧制工艺对TC4ELI宽幅厚板材的组织与性能的影响。结果表明:3种轧制工艺制备的板材组织分别为典型的变形魏氏、网篮和等轴组织,等轴组织具有较多的等轴初生α相,可产生均匀的应变,因此塑性良好;由于保留有原始β晶界的魏氏组织和网篮组织中的片状和短板条状的α束域取向不同使裂纹扩展路径变得曲折,故韧性较高,3种组织中网篮组织的强韧性匹配较好。根据海洋工程用钛合金材的工况条件,优选出合金强韧性匹配较好的轧制工艺。     

VAR熔炼补缩工艺对TC11钛合金铸锭质量的影响

将真空自耗电弧熔炼（VAR）补缩过程分为起始期、降温期和烘烤期,并结合各阶段特点研究了补缩工艺对TC11钛合金铸锭冒口深度、头部化学成分及平均晶粒尺寸的影响。结果表明：熔炼电流增大,铸锭冒口深度、头部成分偏差及平均晶粒尺寸均增大;随着降温持续时间的延长,冒口深度减小,且二者存在一定的线性关系;随着烘烤持续时间的延长,冒口深度减小,但会导致头部成分偏差及平均晶粒尺寸增大。VAR熔炼补缩前采用较小熔炼电流,延长降温期时间,控制烘烤持续时间,可获得冒口深度小、成分均匀、晶粒尺寸较佳的TC11钛合金铸锭。     

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.     

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。