真空自耗电弧熔炼过程中电磁场的数值模拟

采用ANSYS10.0软件建立电磁搅拌条件下真空自耗电弧熔炼过程三维电磁场数学模型,计算电流密度和磁场强度,并对比分析搅拌磁场对电磁力的影响.结果表明:电流沿坩埚壁向下流动,并在铸锭与坩埚的接触部位转为横向流动,在铸锭表面横向电流最大;随着熔炼的进行,铸锭上部自感磁场基本不变,下部的自感磁场强度减小;搅拌磁场的添加使得铸锭表面产生水平旋转洛伦兹力,且磁感应强度和功率损失随电流频率的增大而增大.     

真空非自耗电弧熔炼温度场模拟及熔炼效果评估

采用ANSYS软件模拟真空非自耗电弧炉熔炼TiAl基和NbSi基合金的熔炼过程,通过模拟得到熔炼过程中的温度场数据,同时计算合金锭不同位置的冷却曲线以及相应的冷却速度曲线.并结合实际熔炼的Ti-47Al-2Cr-2Nb及Nb-16Si-22Ti-2Al-2Cr-2Hf合金锭,分析不同冷却速度节点处的微观组织均匀性.结果表明,冷却速度不同,导致合金锭微观组织不均匀,说明真空非自耗电弧熔炼方法虽简单易行,但其组织不均匀性影响了较大尺寸高温合金铸件的品质.     

钛合金真空自耗电弧熔炼技术发展

目前,生产钛及钛合金铸锭的基本方法仍为真空自耗电弧熔炼方法。讨论了真空自耗电弧熔炼钛合金的常见铸锭缺陷和预防措施。回顾了近代真空自耗电弧熔炼（VAR）技术的发展。较详细地介绍了为获得更高质量的铸锭,当前对VAR熔炼过程控制技术所作的努力及取得的进展。指出了未来真空自耗电弧熔炼控制技术的发展方向。     

钛合金真空自耗熔炼过程中电流、磁场和电磁力数值模拟

采用有限元模拟软件Ansys Electromagnetics Suite中Maxwell 3D模块建立钛合金真空自耗熔炼过程电磁场数学物理模型,分析并掌握熔炼过程中电流、磁场和电磁力相互作用规律,并研究了熔炼电流和搅拌电流变化对磁场及电磁力的影响。结果表明：铸锭中电流均呈向心分布,且集中分布在铸锭上部350 mm范围内;熔炼电流产生切向磁场,搅拌电流产生轴向磁场,两者进行简单耦合;在熔炼电流及其自感磁场的作用下,产生径向和轴向电磁力;该电磁力又在搅拌磁场的作用下发生旋转,产生切向电磁力;随熔炼电流线性变化,磁场切向分量和电磁力的径向和轴向合力均呈线性变化;随搅拌电流线性变化,磁场轴向分量和电磁力径向分量均呈线性变化。     

真空自耗电弧熔炼中电磁搅拌的数值模拟

利用ANSYS软件对真空白耗电弧熔炼的电磁搅拌过程进行三维模拟计算,分析重熔电流、磁场和洛伦兹力的分布情况,讨论了搅拌线圈对磁场和搅拌力的影响.结果表明:重熔电流从坩埚擘经熔池表面流回电极,铸锭和坩埚底部几乎没有电流;重熔电流产生环绕对称轴的磁场,磁场强度从电极中心到坩埚外壁呈先增大后减小的趋势;搅拌线圈产生平行于对称轴的磁场,其磁感应强度在铸锭部分呈均匀分布;施加搅拌线圈产生了使熔池发生旋转的洛伦兹力.     

TiAl合金真空自耗熔炼过程的数值模拟

通过数值模拟研究了直径为180mm的TiAl合金铸锭的真空自耗冶炼过程,获得了TiAl合金真空自耗熔炼过程中熔炼温度、熔炼速度和冷却能力对金属熔池温度梯度、熔池形状和糊状区宽度的影响规律。结果表明,随熔炼温度升高,熔池深度增加,其形状由碗状向V形转变,熔炼温度对熔池中温度梯度和凝固前沿糊状区宽度影响较小;随熔炼速度增加,熔池中温度梯度显著减小,糊状区宽度和熔池深度则明显降低;随冷却能力增加,糊状区宽度明显减小,熔池中温度梯度和熔池深度略有减小。     

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VAR过程电弧等离子体流场的数值模拟

依据磁流体动力学理论,运用ANSYS有限元分析软件对真空自耗电弧熔炼过程电弧区流场进行数值模拟.结果表明:在阳极熔池表面熔炼电弧的温度最高,且其附近电弧区压力随着径向距离的增大而增大,而在熔炼电极表面附近,电弧区压力随着径向距离的增加而减小;弧间距的减小不仅使电弧区的流体流动速度减小,而且还导致环路流动范围减小且向坩埚壁靠近.当电极直径为280 mm,熔炼电压为30 V时,理想熔炼弧长可控制在25～40 mm.     

冶金级硅真空感应熔炼过程温度场的数值模拟

用有限元法建立了电磁场与温度场耦合的数学模型,利用Multi-physics Comsol3.5a软件对冶金级硅的真空感应熔炼过程的温度场进行了二维数值模拟。计算结果表明,熔炼过程中熔池中存在不均匀的温度场,温度梯度随时间和空间位置发生变化,在保温段温度梯度最大值为400 K。正是由于硅的感应产生热量小于石墨坩埚感应产生的热量以及存在集肤效应的原因,感应炉内的硅料首先从坩埚中部靠近内壁处开始熔化,逐渐向坩埚中心和两端熔化,最后熔化的是坩埚中心顶部和底部的物料。     

真空自耗电弧熔炼电流对Ti-10V-2Fe-3Al铸锭凝固组织的影响

研究真宅自耗电弧熔炼(VAR)条件下熔炼电流对Ti-10V-2Fe-3Al合金凝固组织的影响,分析VAR熔炼中熔池内部的对流类型,基于安培定理,建立VAR熔炼条件下熔池中的洛仑兹力与电流、磁场及铸锭半径的关系.结果表明:熔炼电流较低时,浮力的影响占据主要地位,加速热量的散失,铸锭中组织细小;随着熔炼电流变大,熔池中电磁力(洛伦兹力)的影响逐渐占据主要地位,将表面的热量带入熔池内部,增大了温度梯度,使铸锭组织变得粗大.     

V-5Cr-5Ti合金电弧熔炼制备技术

采用"二次真空自耗电弧熔炼+锻造+温轧+退火处理"的工艺制备了V-5Cr-5Ti合金材料,并采用化学分析、光学金相(OM)、扫描电镜(SEM)和拉伸测试方法表征了合金的质量.结果表明,经二次电弧熔炼后,合金中O含量可控制在500～600/μg/g范围内,但铸锭晶粒粗大.经1 150℃锻造开坯、450℃温轧及1 000℃/1 h退火处理后,合金为细小等轴晶组织,晶粒小于100/μm,其屈服强度为356 MPa,抗拉强度为449 MPa,伸长率约为31.5%,断面收缩率为71.5%.     

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。     

双面双弧焊接温度场的数值模拟分析

以6mm厚低合金钢06NiCrMoCuNb为例,对不同两弧间距的双面双TIG弧焊接工艺进行了温度场的数值模拟分析,得出在两个TIG焊枪线能量(q=7.02kJ/cm)相等的情况下,两弧间距在20～30mm之间能够一次焊透6mm厚板,小于20mm将出现焊穿,大于30mm将出现未焊透,进而得出双面双弧焊接工艺较传统单弧焊接工艺有如下优点:能量集中、热影响区窄,焊缝质量好;可一次焊透中等厚度板、减少焊接工序、提高焊接生产率;电弧能量利用率高、节约能源.     

高钼含量TB8钛合金新型VAR熔炼工艺

研究了高钼含量TB8钛合金新型VAR熔炼工艺,采用工业纯钼粉直接加入的工艺方法熔炼生产TB8钛合金铸锭,通过选用合适的原材料和合理的VAR工艺参数,成功的生产出TB8钛合金铸锭。经过不同部位成分分析、低倍金相观察、X射线试验,证明其成分均匀且不存在高熔点、高密度钼组元等夹杂、偏析缺陷。该新型工艺的原料成本、质量成本、生产成本都大幅低于传统工艺。     

钛合金表面激光重熔高温抗氧化涂层温度场仿真

利用ANSYS有限元软件,综合考虑了材料的物性参数、换热系数、相变潜热以及激光的热源模型,建立了TC4钛合金表面激光重熔NiCoCrAl-Y2O3涂层连续移动三维温度场有限元模型.在不同的激光工艺参数下,通过数值模拟,所得到的模拟结果和实验结果相吻合,表明所建立的计算模型是正确可靠的.并且所得到的数值模拟结果可为制备高性能的NiCoCrAl-Y2O3涂层优化工艺参数提供依据.     

小孔型层流电弧等离子体焊接温度场数值模拟

根据层流电弧等离子体射流的特性及小孔焊接的特点,建立了一种新型焊接热源模型,它利用衰减函数表征热流密度在工件厚度方向上的变化;针对焊接时焊缝处复杂的温度变化,采用非均匀网格对单元进行划分.在考虑材料热物理性参数随温度变化及相变潜热的情况下,对焊接过程进行了数值分析,并对小孔型层流电弧等离子体焊接工艺进行了探索研究.结果表明,控制焊接功率可以实现对小孔熔池最高温度的控制;而焊接速度对小孔熔池的形成有着决定性作用.     

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...