论GH901合金真空熔炼铸锭中硼的宏观偏析

硼以间隙固溶态和与Mo形成Mo3B2的化合态两种形式存在于GH901合金中。在GH901合金真空熔炼过程中，硼并不挥发，被氧化的可能性也极小。 GH901合金真空熔炼铸锭中硼的宏观偏析，是由硼在GH901合金中的三大特点决定的。硼的最大特点是：在氢、硼、碳、氮和氧这样一些典型的间隙元素中它是原子半径最大的一个，具有强烈的微观和宏观偏析倾向。在晶粒尺度的微观范围内，硼强烈向晶界和枝晶间偏聚；在铸锭尺度的宏观范围内，硼具有明显向结构密度较低的晶区偏聚的倾向，因而铸锭外层细晶区由于结构致密，硼含量相对低些，而柱状晶区由于组织致密度稍差，硼的含量相对高些。硼的另一个特点是，具有与Mo形成Mo3B2的很强的化学亲和力，但由于GH901合金中总硼含量少，大部分硼将首先间隙固溶于晶界和树枝晶间界，随后冷却时以二次Mo3B2的形式析出，而以一次Mo3B2的形式在铸锭凝固过程中最后结晶的硼量不很多，因而，铸锭中心的等轴晶区中硼的含量不会太高。硼的第三个特点是在高温下的扩散系数很大，因而铸锭均匀化处理时，随着M3B2的溶解，间隙固溶态硼的数量急剧增加，硼明显地表现出从外层的细晶区向内层的柱状晶区进一步偏聚的倾向。 GH901合金真空熔炼铸锭中硼的宏观偏析程度取决于铸锭表面细晶区的厚度和Mo在铸锭截面上分布的均匀程度。因而，真空感应熔炼铸锭中硼的宏观偏析程度主要取决于浇注温度、全熔后的保温温度和保温时间。而真空电弧重熔铸锭中硼的宏观偏析主要与熔池的大小和深度有关，因而主要取决于稳定熔炼电流的大小。 铸锭经变形，破碎铸态组织，获得均匀一致的再结晶组织后，由于消除了晶区结构密度差，可使硼在制件截面上的分布趋于均匀一致。     

熔炼工艺对超导线材阻隔层用钽带使用性能的影响

研究了熔炼速度和W元素偏析对超导线材阻隔层用钽带使用性能的影响。结果表明,通过降低一次熔炼的熔炼速度,提高二次熔炼的熔炼速度,既可达到钽铸锭的提纯效果,又可改善铸锭的晶粒组织,使得成品钽带组织细小均匀。严格控制原料中W元素含量(0.002%以下),并在焊接电极时减少焊接点或采用其他不使用钨焊针的焊接设备,避免带入W杂质,减少铸锭中W成分偏析,可防止钽带在使用过程中发生断裂。     

TC11铸锭头部Si分布规律的研究

ＴＣ１１是一种含Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｚｒ等强化元素的耐热钛合金,其铸锭在熔炼后期由于冷却能力减弱,凝固速度减缓,造成合金元素的成分偏析。为此本文研究了上述四种元素在铸锭头部的化学成分分布,并着重分析了Ｓｉ的分布规律,文章最后对熔炼工艺作了一些适当改进,以减少合金元素的成分偏析。     

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。     

钛合金真空自耗电弧熔炼过程的多尺度模拟

采用以ANSYS软件建立的有限元模型对Ti6Al4V合金(O)600 mm铸锭真空自耗电弧熔炼过程中的温度场变化以及熔炼电流对熔池形貌的影响进行了研究,并耦合微观模拟的CAFD模型对铸锭几个特征区域凝固前沿的枝晶生长和V元素溶质偏析进行了模拟.结果表明,熔炼电流的增大使熔池深度和糊状区宽度变大,使熔炼达到稳态的时间提前;熔炼达到稳态时,铸锭中心处形成较短而不是十分连续柱状晶组织,二分之一半径处和边部则形成连续的柱状晶组织.     

镍基高温合金真空自耗数值模拟

摘要：基于某特钢厂生产过程,对镍基高温合金的真空自耗过程进行数值模拟,研究了不同电流强度、熔速和通入氦气对铸锭Nb元素宏观偏析、黑斑形成的影响规律。铸锭在顶部和1/4处产生较为严重的宏观偏析。随着熔炼电流强度增加,铸锭顶部的磁场增加,顶部宏观偏析和1/4处黑斑逐渐加重。随着熔速的增加,熔池深度增加,铸锭顶部的Nb元素偏析加重,铸锭1/4处黑斑增加。熔炼时通入氦气,铸锭冷却速率大幅度提高,铸锭的元素偏析程度和黑斑明显减少,且最大偏析部位向铸锭顶部移动。     

GH586合金铸锭均匀化处理的试验研究

GH586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,以致合金的变形抗力大,热加工塑性差,锻造成形困难.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.     

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。     

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。     

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。     

BT25钛合金大规格棒材的研究

BT25钛合金主元素采用多元中间合金的形式加入,经过3次真空自耗电弧炉熔炼,其铸锭成分满足技术条件的要求且成分较为均匀.铸锭采用β相区开坯,再经α β两相区多火次锻造,最后锻成Ф220 mm的棒材.棒材的高、低倍组织以及高温、室温力学性能等各项技术指标均符合标准要求.     

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。     

TA15钛合金真空自耗电弧熔炼过程中的富钛偏析研究

通过超声波探测、显微组织观察、能谱分析及显微硬度测试等一系列表征方法,分析了实际工业生产中TA15钛合金棒材出现的富钛偏析问题。结果显示,富钛偏析区域经抛光腐蚀后呈亮白色,为α单相组织,合金元素较少,硬度低于基体。结合熔炼工艺过程分析发现,由于一次锭起弧熔炼阶段电流较小,熔炼温度较低,部分中间合金提前熔化,少量海绵钛颗粒未熔化就掉入熔池,产生富钛偏析。并且由于二次熔炼时富钛偏析处于炉内焊接部位,重熔并不能将其完全消除。通过减少或取消铸锭炉内焊接,以及对需要焊接的半成品铸锭底部进行车削处理,能够减少钛合金中的富钛偏析。     

影响TC18钛合金铸锭成分均匀性的因素

TC18钛合金铸锭是通过真空自耗冶炼方法获得的。由于该合金需要添加的元素较多,加上还有Fe和Cr易偏析元素,因此成分均匀性很难控制。主要从原材料的验收控制、布料及压制电极方法改进以及冶炼工艺的调整、设备精度的确保等方面来解决TC18钛合金的成分偏析问题。通过本次工艺改进,电极制备的均匀性得到了很好的控制,熔炼熔池深度也得到了控制,最终确保了铸锭的成分均匀性,取得了很好的效果。     

大规格TA13钛合金铸锭Cu偏析控制

选用优质海绵钛为原料,以适当规格的Cu屑为合金添加剂,经混料→电极压制→电极焊接→一次真空熔炼→二次惰性气体保护熔炼,得到φ700mm规格TA13钛合金铸锭。分析了大规格TA13钛合金铸锭中Cu元素的分布特点技影响C。偏析的主要因素。合适的原料及配料方式、惰性气体保护电弧熔炼、低熔化速率及合理的补缩工艺等是避免大规格TA13钛合命铸锭中Cu元素发生宏观偏析的重要措施。     

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。     

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.     

TC6钛合金棒材黑条纹缺陷分析

针对某TC6钛合金棒料加工产品在进行低倍检查时发现的黑条纹缺陷问题,为了准确判断缺陷类型,采用金相显微镜对显微组织进行观察,确定其金相组织异常区域;再用扫描电镜分析黑条纹区为富钼贫铝的化学成分偏析缺陷;通过显微硬度测试确定该黑条纹区的成分偏析为非脆性偏析。试验结果表明,按照上述方法可以有效判定TC6合金成分偏析及其类型;且确定该类型缺陷不影响使用,切除后可交货。可通过控制钛合金铸锭原料选择、混料及电极制备过程、熔炼过程中电压和电流来减少或消除此类缺陷。     

铁合金清洁生产线中铸模及铸锭的微观组织研究

在自主设计的铁合金清洁生产线上铸造了Fe Si50。对比分析了HT200和QT600-6两种材质专用铸模使用前后组织的变化,分析了Fe Si50铸锭中元素的分布。结果表明:HT200铸模组织中珠光体形态由颗粒状向层片状转变;QT600-6铸模组织由铁素体—珠光体基向珠光体基转变;铸锭自表面至中心,Si、Fe元素曲线整体变化平稳;铸锭成分偏析发生在组织较为疏松的区域。