电子束冷床炉单次熔炼钛合金铸锭研究进展

电子束冷床炉单次熔炼钛合金技术是一种先进的钛合金铸锭低成本制备技术,引起了国际钛工业越来越多的关注。本文对电子束冷床炉单次熔炼钛合金技术从成分及组织控制、实际生产情况及电子束冷床炉单次熔炼直接轧制板材的性能评价等方面进行综合评述。     

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。     

航空发动机用大规格TC17钛合金棒材显微组织均匀性研究

利用电子背散射衍射(EBSD)技术对?500 mm TC17钛合金棒材显微组织的均匀性进行了研究,分析了不同部位α、β相的晶体取向。结果表明,棒材边部和心部的初生α相等轴化良好,取向分布均匀;锻后冷却速度会影响棒材边部和心部组织中等轴α相的晶粒尺寸,心部显著大于边部。在光学显微镜下原始β晶界不明显,但心部组织中出现β相基本保持取向一致的"宏区",说明原始β晶粒破碎程度不足。对于大规格TC17钛合金棒材,仅凭借显微组织判定其均匀性存在漏洞,需增加β晶粒度检查以规避后续出现粗大原始β晶粒的风险。     

TC17钛合金超大规格棒材的制备

以0级海绵钛、Al-Mo二元中间合金以及适当颗粒度的金属Cr等为原料,经过3次真空自耗电弧炉熔炼得到5 t级TC17钛合金铸锭。铸锭杂质元素含量较小,纯净度良好,合金元素成分的纵横向分布均匀性良好,易偏析元素Cr的纵、横向分布偏差不大于0.35%。铸锭在4 500 t快锻机上经"高低高低"路线的反复镦拔锻造制备成500mm棒材,棒材的低倍组织、显微组织、高温和室温力学性能以及超声波探伤水平等各项技术指标均符合相关技术标准要求,不同部位的组织均匀性、性能一致性良好。     

锻造工艺对大规格TC17钛合金棒材组织及性能的影响

通过两种工艺锻制了Ф350mm的大规格TC17钛合金棒材,比较了经两种工艺锻制的棒材的显微组织、力学性能及探伤杂波水平。研究结果表明,在单相区采用镦拔变形使变形量大于60％,并在两相区进行拔长,使变形苗大于65％,再经840℃×2h／AC＋800℃×4h／WC＋630℃×8h／AC热处理,可得到各项力学性能均符合GJB2218A-2008标准要求且探伤杂波水平可达（b3．2mm-9～-12dB的＋350mmTC17钛合金棒材。     

熔炼工艺对TC10铸锭中Cu含量的影响

在真空自耗熔炼TC10铸锭时,Cu的化学成分均匀性很难控制,易产生偏析缺陷,影响铸锭的冶金质量和材料性能。针对真空自耗熔炼过程中Cu元素易偏析,不易控制的技术难点,研究了经二次VAR熔炼的Ф480mm及Ф560mm锭型中Cu的横向及纵向成分分布,对Cu元素的偏析规律及熔炼工艺对其分布的影响进行了进一步的探索。结果表明,选用不同的原料、锭型及熔炼电流,对Cu含量在铸锭横向、纵向分布均匀性有影响。     

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。     

基于Mile算法的大型TC4钛合金扁锭连铸模拟分析

电子束冷床炉熔炼是生产钛及钛合金铸锭的主要方法,利用该方法能够生产出高低密度夹杂少、组织成分均匀的高品质钛合金铸锭,而工艺参数是决定铸锭质量的主要因素。本研究利用铸造模拟专用软件PROCAST对电子束冷床炉熔炼大型TC4钛合金扁锭的连铸凝固过程进行数值模拟,研究了不同工艺条件下铸锭的温度场分布特征、初生枝晶半径、二次枝晶臂间距等,最终确定出本模拟工艺条件下,电子束冷床炉熔炼TC4钛合金扁锭的最佳工艺参数为熔炼速度250 kg/h,铸造速度20 mm/min,浇注温度1 700℃。     

50 mm厚板TC4及TA17钛合金真空电子束焊接工艺研究

采用JMATPRO热力学软件,在分析TC4和TA17钛合金的密度、比热和导热率等特性的基础上,开展了厚度50 mm的TC4和TA17钛合金真空电子束焊接试验,设计了高压和中压加速电压,不同焊接束流和焊接速度的参数变化,研究了焊接工艺参数对焊缝熔宽和熔深及焊缝成形系数的影响作用。试验结果表明,相同焊接工艺参数条件下TC4钛合金的熔深和焊缝成形系数较TA17高,焊接束流对熔深和焊缝成形系数影响能力最为突出,加速电压150 kV的高压更适合于大厚板钛合金的真空电子束焊接。     

轧制变形方式对TC6钛合金棒材组织及性能的影响

TC6合金变形温度范围窄,变形抗力大,轧制变形时易产生过热组织,文章通过改变两套孔型,对比研究了两种不同的轧制变形方式对TC6钛合金组织及性能的影响,并确定了TC6合金合适的轧制方式。结果表明:采用椭圆-圆孔型系统进行成品轧制时,可获得组织均匀且力学性能较优的TC6合金棒材。     

电子束冷床熔炼参数对熔池表面温度的影响

使用M9100图像高温仪精确测定了TC4合金电子束冷床熔炼时坩埚和冷床熔池表面的温度.结果表明,结果表明,熔炼工艺参数如熔化速度、熔炼功率、电子束扫描方式和扫描频率都会对熔池表面温度产生剧烈影响.     

基于MeltFlow-VAR的TC2钛合金铸锭熔炼工艺研究

TC2钛合金真空自耗熔炼(VAR)过程中,由于Mn元素的偏析,导致铸锭中化学元素分布不均匀,以致于加工材在进行“空烧”低倍检验时,存在明显的亮斑、亮条等组织缺陷,影响产品后期加工性能。本文依托MeItFlow-VAR仿真模拟软件对Φ720mm规格TC2钛合金成品铸锭真空自耗熔炼过程中的熔炼电流、稳弧电流交变时间等熔炼工艺参数进行模拟,通过对模拟结果的分析,制定出相对合理的熔炼工艺参数,并根据制定的熔炼工艺参数,进行Φ720mm规格TC2钛合金成品铸锭真空自耗熔炼试验。结果表明,适当减小熔炼电流以降低熔速、延长稳弧电流交变时间,可使TC2钛合金铸锭中Al、Mn元素分布均匀,有效改善Mn元素偏析现象。通过对后续加工材的追踪验证,本次试验所生产的TC2钛合金铸锭在锻造成加工材进行“空烧”后进行横纵向低倍检验,均未发现亮斑、亮条等组织缺陷。     

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。     

电子束冷床炉熔炼硬心海绵钛探索性研究

通过对比分析VAR炉与电子束冷床炉(EB炉)熔炼工艺认为EB炉可以实现硬心海绵钛熔炼,并开展硬心海绵钛在电子束冷床炉(EB炉)中的熔铸验证试验,对熔铸后钛锭进行理化分析,跟踪钛锭后续应用情况,初步验证了电子束冷床炉熔炼硬心海绵钛的可行性。     

精锻及热处理工艺对TC11钛合金棒材显微组织的影响

研究了精锻及热处理工艺对TC11合金棒材显微组织的影口向。试验结果表明：TC11合金棒材显微组织中长条α及大块α相的产生，是由于原始坯料组织粗大及不均匀造成的，长条α相或粗大α相具有组织“遗传性”，在“α β/β”相变温度以下加热，多火次大变形量锻造，很难将其消除，只能使其形状大小发生有限程度的改变。     

TC17钛合金β锻造工艺对显微组织的影响

本文通过Φ100×150mm圆柱镦粗试验研究了TC17钛合金β锻造工艺对微观组织形貌的影响。结果表明：变形量和下压速率对显微组织有显著的影响。当变形速率较低时,晶界α相容易被破碎,变形量越大,被破碎越严重,越容易被球化。当变形速率较高时,β晶粒容易发生动态再结晶,变形量越大,再结晶体积分数越高。采用Image Pro Plus对球化率和再结晶体积分数进行了统计。结果表明晶界α相的球化条件对变形量和下压速率均较为苛刻,仅在变形量为80%,变形速率为0.1mm/s时发生了大量晶界α相球化。此外,相比变形量,β再结晶数量对变形速率更加敏感。     

多组元钛合金电子束冷床炉熔炼挥发规律研究

利用电子束冷床炉(EB炉)一次熔炼制备TC4、Ti6242、TA15钛合金铸锭,采用Langmuir定律对熔炼过程中Al、Sn、Zr、Mo等元素的挥发规律做了简要的数值分析,并与实际挥发规律进行了对比分析.结果表明:EB炉熔炼TC4、Ti6242、TA15钛合金过程中,Al元素在3种合金中的挥发率有所不同,挥发率由大到...