航空航天用Ti60高温钛合金铸锭制备工艺

针对Ti60高温钛合金在熔炼工艺上的关键技术,选用等级较高的0A级军工小粒海绵钛以及合适的中间合金,采用真空自耗电弧炉熔炼,通过控制熔炼电流电压等关键工艺参数,制备出Φ310 mm大型Ti60高温钛合金铸锭.铸锭表面质量良好,没有出现冷隔和不到边等缺陷.经检测,各合金元素在铸锭上均匀分布,杂质元素含量以及分布控制较好,系统研究了以中间合金方式添加的Nb、Ta、Mo等高熔点元素以及低熔点元素Sn的配入方式和熔炼电流、熔炼电压等工艺参数对合金铸锭的成分均匀性以及缺陷控制的影响.此铸锭通过后续工序所制出的锻件,经过力学性能以及超声探伤,均达到了行业要求.     

不同形式纯镍块状再生料的循环利用

纯镍加工材在生产制造过程中会产生大量的块状再生料。由于镍资源的重要性,对纯镍块状再生料的回收循环利用意义重大。本文针对不同形式的纯镍块状再生料进行分类、处理,制备成不同形式的真空自耗熔炼用电极,并经3次真空自耗熔炼后验证铸锭的化学成分均匀性;纯镍铸锭经多火次锻造、热轧、冷轧到1.0mm厚,经退火、剪切后,验证板材力学性能和显微组织。结果表明,使用各类纯镍块状再生料制备的电极所生产的铸锭,化学成分均匀性良好,波动较小,均符合标准要求;所生产的纯镍板材抗拉强度、屈服强度、延伸率等各项力学性能指标均高于标准要求且为均匀的等轴组织,未发现存在冷轧后的纤维化趋势,板材表面光滑、光亮、平整,不存在裂纹、起皮、压折、夹杂和分层等缺陷。     

铌合金中的碳化物

研究了添加W,Mo,Zr和C元素的铌合金中碳化物的演化过程.以纯Nb、纯W、纯Mo、 ZrHx和C粉末为原料,按5.5%W,5.5%Mo,1.5%Zr和0.13%C的比例在"V"形混料桶中混合16～20 h,再在180 Mpa的压力下冷等静压成型,压坯在真空烧结炉中于2100～2400 ℃烧结4～5 h后,经两次电子束熔炼获得铸锭经热锻造后得到Φ13 mm的棒材,经轧制后得到板材.研究表明,烧结过程中形成了片状碳化物,用能谱和TEM分析知其为Nb2C.在电子束熔炼过程中,尽管合金中的C要挥发一部分,但由于添加的C含量较高,通过控制合理的熔炼工艺参数,在合金铸锭中仍可获得大量的碳化物Nb2C,片状的Nb2C在晶粒内均匀分布,与基体间存在明显的晶体学取向关系.热塑性加工在一定程度上改变了碳化物的分布.在最终制得的3 mm厚板材中Nb2C均匀弥散分布.经真空高温拉伸试验测试,棒材1600 ℃的σb为53 Mpa,断后延伸率δ为174.6%.     

7A52铝合金轧制厚板探伤缺陷分析

利用光学显微镜、扫描电镜等方法对7A52铝合金轧制厚板的探伤缺陷进行了检测分析。结果表明,7A52铝合金轧制厚板的探伤缺陷主要是铸锭疏松缺陷。轧制加工变形时,板材表层与芯部因变形不均匀形成局部应力集中,导致合金晶界处的疏松缺陷因拉裂形成裂纹。     

Ti-22Al-24.5Nb-0.5Mo合金板材制备及热处理工艺研究

采用真空自耗电弧炉进行3次熔炼得到Ti-22Al-24.5Nb-0.5Mo合金铸锭，铸锭经五火锻造、三火热轧、板材压校、表面处理等工序，得到规格为δ1.2 mm×600 mm×1000 mm的宽幅薄板。其中，五火锻造及第一火轧制均在单相区进行，第二火轧制为换向轧制并在两相区进行，成品轧制采用保温轧制的方式。结果表明：保温轧制温度为1050℃时板形最优，且经单时效或固溶+时效处理后均为脆性断裂。相比于固溶+时效的热处理方式，经单时效处理析出的等轴α₂相与次生针状O相较多，α₂相尺寸较大，O相片层细小，可以提高合金的强度。经固溶+时效处理可以提高合金的延伸率，但强度略低于单时效。     

基于微束X射线荧光光谱的三联冶炼GH4169合金铸锭成分原位定量统计分布表征

采用真空感应熔炼+保护气氛电渣重熔+真空自耗重熔三联冶炼工艺制备的GH4169合金由于其合金化程度较高,且合金铸锭尺寸较大,元素偏析、成分分布不均造成的组织差异都会对合金的力学性能、物理性能产生有害影响。实验基于微束X射线荧光光谱(μ-XRF)具有微区高分辨率、分析速度快、多元素同步分析、非破坏性等优点,通过优化测定条件以及仪器定量方法,建立了基于微束X射线荧光光谱测定GH4169合金铸锭中Al、Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Nb、Mo 8种主要元素含量的方法,探究了从铸锭边缘到中心各元素的含量、最大偏析度的分布趋势,对各元素的最大偏析度、统计偏析度、统计符合度进行了统计分析,得到了GH4169合金铸锭元素含量的分布规律:Ti、Co、Nb、Mo在铸锭中心含量高,在边缘含量低;Al、Cr、Fe、Ni在铸锭边缘含量高,在中心含量低。     

基于微束X射线荧光光谱的三联冶炼GH4169合金铸锭成分原位定量统计分布表征

采用真空感应熔炼+保护气氛电渣重熔+真空自耗重熔三联冶炼工艺制备的GH4169合金由于其合金化程度较高,且合金铸锭尺寸较大,元素偏析、成分分布不均造成的组织差异都会对合金的力学性能、物理性能产生有害影响。实验基于微束X射线荧光光谱(μ-XRF)具有微区高分辨率、分析速度快、多元素同步分析、非破坏性等优点,通过优化测定条件以及仪器定量方法,建立了基于微束X射线荧光光谱测定GH4169合金铸锭中Al、Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Nb、Mo 8种主要元素含量的方法,探究了从铸锭边缘到中心各元素的含量、最大偏析度的分布趋势,对各元素的最大偏析度、统计偏析度、统计符合度进行了统计分析,得到了GH4169合金铸锭元素含量的分布规律:Ti、Co、Nb、Mo在铸锭中心含量高,在边缘含量低;Al、Cr、Fe、Ni在铸锭边缘含量高,在中心含量低。     

电子束冷床炉熔炼大规格N6扁锭

N6是纯镍的一种,纯镍铸锭传统生产工艺为VIM、VIM+VAR。本论文研究了大规格N6扁锭电子束冷床炉熔炼生产工艺,对添加50%和70%比例N6返回炉料生产的N6扁锭质量进行了跟踪验证。结果表明:经单次电子束冷床炉熔炼生产大规格N6扁锭,扁锭杂质元素含量低、化学成分均匀性和表面质量良好,生产的镍板满足GB/T 2054要求。添加50%和70%比例纯镍返回炉料生产的N6扁锭化学成分相近,板材性能相当。真空、熔炼功率、熔炼速度、电子束扫描图形等关键工艺参数匹配合理。熔炼功率控制在1000-1500k W时,金属的挥发损耗率为1.5-2.5%。     

电子束冷床炉熔炼TA15合金成分均匀性研究

利用电子束冷床炉制备了方370×1340mm规格TA15合金扁锭,对铸锭轴向、横截面多点进行了化学成分分析,结果表明：元素Al、V、Mo、Zr、Fe、O的波动较小,均匀性良好;研究了工艺条件下TA15合金熔炼过程中合金元素的挥发规律,验证了返回炉料质量控制、装框电极制备、熔炼工艺参数选择的合理性,为进一步研究提供参考。     

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。     

Ti-6Al-7Nb钛合金热加工与热处理工艺研究

研究了Ti-6Al-7Nb合金不同热加工与热处理工艺引起的显微组织和力学性能变化，探讨该合金组织变化的特点和性能变化的内在规律。结果表明，在工业化生产条件下，Nb元素添加采用铌钛中间合金，选用适宜的铸锭熔炼工艺参数，可以获得成分均匀、无富Nb偏析的优质铸锭。在两相区锻造或轧制后坯料在700℃～800℃范围内退火，合金组织与性能均能满足ASTM和ISO标准要求。     

GH586合金铸锭均匀化处理的试验研究

GH586合金是我国为满足航天工业发展而自行研制的一种新型镍基变形高温合金。该合金由于合金化程度高，特别是W、Mo、Ti等元素含量较高，铸锭成分偏析严重，组织不均匀，以致合金变形抗力大，热加工塑性差，锻造成型困难。本文对GH586合金铸锭均匀化处理前后的微区成分、晶间组织、热塑性进行了综合研究和分析，结果表明：该合金铸锭经1200℃高温长时间均匀化处理后显著降低合金元素的枝晶偏析程度，同时随着均匀化时间的延长，晶间碳化物逐渐细化、球化、趋向于均匀弥散分布，从而大幅度提高了合金铸锭的热加工塑性。     

气氛保护电渣重熔铍铜合金QBe2.0的冶金质量研究

QBe2.0合金是用量最大的航空航天铍铜合金,分别采用真空感应熔炼(Vacuum Induction Melting,VIM)+半连续铸造(Semicontinuous casting)和真空感应熔炼(VIM)+气氛保护电渣重熔(Protected Electro Slag Remelting,P-ESR)两种不同工艺生产QBe2.0合金,通过超声探伤和断口检测分别对两种工艺生产的铸锭和后续锻造棒材的冶金材料质量进行对比实验研究.结果表明,与常规工艺相比,气氛保护电渣重熔过程具有熔池过热度低,熔池浅,过程一致性好和高度方向组织均匀等优点,生产的QBe2.0合金铸锭中易氧化元素Be没有明显的烧损,氧含量[O]由常规的0.01233％(质量分数)降低到了0.00238％,金相组织得到了明显改善,组织更均匀更加细小,尤其是锻造棒材中的β相较少,且呈点状分布,锻造加工后探伤和断口检测结果都达到了标准要求,从根本上解决了长期以来国内采用半连续铸造方法制备棒材在断口和探伤方面难于达到质量要求的问题.     

高Cr镍基合金焊丝的制备工艺及其组织与性能

采用真空感应熔炼方法,通过合理设计合金成分和优化熔炼工艺,成功制备出了一种Cr含量较高的镍基合金(含42.98%Cr);进一步对铸态合金进行锻造和拉拔处理,最终获得直径为2mm的焊丝成品。对制备的合金铸锭、锻造状态试样、焊丝成品进行了金相组织观察与力学性能测试,并对铸锭与锻态试样进行了X射线衍射分析与拉伸断口扫描观察。结果表明,铸态合金的组织与性能符合预期设想,制备出的焊丝力学性能满足实际使用要求。     

浅析锆合金β淬火组织差异

针对同一锆合金铸锭不同位置锻造棒坯淬火组织存在的差异问题,从锻造淬火工艺、铸锭合金元素和铸锭组织结构三方面进行分析.结果表明,淬火组织存在差异的主要原因是真空熔炼铸锭头部和中部、尾部组织结构不同;加入的C元素和Si元素含量较高,使Zr-4合金锻造淬火组织较Zr-1Sn-1Nb合金锻造淬火组织中的网篮组织更为明显.     

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.     

真空自耗电弧熔炼制备大尺寸TiAl基合金铸锭

通过选择合适中间合金,并控制最佳熔炼工艺,以真空自耗电弧两次熔炼制备了名义成分为Ti-32.3Al-4.7Nb-2.6Cr-0.9(W,Mo)(质量分数)的TiAl合金铸锭。该TiAl合金铸锭尺寸为160 mm×380 mm,其组分中高熔点元素Nb,W,Mo等在铸锭横截面的径向上分布均匀,O,N,H等气体间隙元素含量较低,Al元素在铸锭纵截面中心轴线上的质量分数与目标成分偏差为±0.8%,显示出优良的冶金质量。金相分析结果显示,该TiAl合金铸锭的组织为近片层组织,铸锭边缘晶粒尺寸要显著小于其中间及心部的晶粒尺寸。     

超高强度β21S合金铸锭成分均匀性的控制

针对超高强度β21S合金（Ti-3al-15Mo-2.7Nb-0.2Si)熔炼上的技术难点,采用真空自耗电弧熔炼和真空凝壳浇铸的方法,研究了Mo,Nb合金元素的添加式以及熔炼工艺参数对该合金铸锭成分均匀性的影响,结果表明：以Ti-Nb,Ti-Mo中间合金为配料,采用合理的熔炼工艺,可获得性能良好,成分均匀的β21S合金铸锭。     

熔炼工艺对Ti-662合金化学成分均匀性的影响

以小颗粒海绵钛和不同种类中间合金为原料,对比分析合金元素添加方式和熔炼工艺参数对Ti-662合金铸锭化学成分均匀性的影响。结果表明：自耗电极中各元素的原始分布均匀性对铸锭化学成分均匀性有较大影响,采用多元中间合金的添加方式能够获得比纯金属及二元中间合金添加方式更均匀的化学成分;增加真空自耗电弧熔炼次数有利于铸锭头部和尾部合金元素的均匀分布;通过3次真空自耗电弧熔炼及充氩熔炼,采用纯金属Cu及二元中间合金添加方式能够生产出化学成分均匀性较好的Ti-662合金铸锭,能够满足工业化生产需求。     

TC18钛合金大规格棒材生产工艺概述

基于TC18合金棒材生产过程,本文从熔炼工艺、锻造加工过程和热处理制度三方面作了归纳小结,研究结果表明在熔炼过程中Fe,Cr等易偏析元素以二元或多元的合金方式添加,熔炼过程严格控制熔池深度可获得成分均匀的铸锭;TC18合金在相变点上下经不同的锻造温度多火次的变形,每火次变形量不小于60%,并经二阶段双重退火热处理后可获得组织均匀、综合性能优良的产品。