钛合金VAR过程中自然对流下的宏观偏析行为模拟

采用合金凝固的连续介质模型,模拟了钛合金熔炼过程中温度场、流场、溶质场的演化行为,模拟所得溶质元素分布规律与已有实验观测结果一致。通过对模拟结果中宏观偏析形成过程的详细分析以及不同流动情况下偏析程度的对比,揭示了热浮力和溶质浮力引起的自然对流在宏观偏析形成中的作用机制,发现抑制自然对流,可最大程度的减轻铸锭宏观偏析。此外模拟结果还表明,当熔池内流动情况一定时,合金元素在固/液两相中的平衡分配系数决定了该元素的宏观分布规律和偏析程度。     

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。     

Ti60合金VAR熔炼过程熔体流动与宏观偏析的数值模拟研究

真空自耗电弧熔炼 (Vacuum arc Remelting,VAR) 是生产钛合金铸锭最常用的方式之一,但由于其熔炼过程温度高且不透明,通过实验研究其熔炼过程中流体流动行为和宏观偏析存在困难。基于此,本工作以Ti60高温钛合金为例,通过数值模拟方法对VAR熔炼过程展开研究,同时探讨了熔炼电流和磁场搅拌强度对流体流动行为和宏观偏析的影响。结果表明,VAR熔炼钛合金时,熔池形状由“扁平状”逐渐向“V形”转变;凝固结束后铸锭锭底和边部Zr元素含量低,中心和冒口含量高。熔炼电流产生的洛伦兹力使熔体沿逆时针流动,且熔炼电流越大,熔体流动更剧烈;同时也导致铸锭中心和冒口处出现更为严重的宏观偏析。搅拌磁场产生的洛伦兹力作用于整个熔池,不仅促进了熔池上部熔体的流动,也有利于熔池下部熔体的流动;当无搅拌磁场和搅拌磁场较大时,都会导致Zr元素在铸锭中产生较为严重的宏观偏析。为有效控制VAR熔炼钛合金时宏观偏析缺陷的产生,应采取小熔炼电流和合适的搅拌强度。     

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。     

铸造钛合金的熔炼工艺

钛是非常活泼的金属,在液态下和氧,氨,氢及碳的反应相当快,因此钛合金熔炼必须在较高的真空废或惰性气体（Ar或Ne）保护下进行.熔炬用坩埚均采用水冷铜坩埚,具体的熔炼工艺主要有三种方式：（1）非自耗电极电弧炉熔炼.合金熔炼在真空或惰性气体保护下进行.该工艺主要为自耗电极熔炼制备电极.     

钛合金真空自耗电弧熔炼过程中温度场的数值模拟

采用ANSYS软件分析了真空自耗电弧熔炼(VAR)过程中温度场的分布规律,探讨了熔炼速率和冷却条件对VAR过程中熔池形貌的影响。结果表明,在一定熔炼速率下,VAR过程中温度场由初始阶段的动态过程逐渐演变为稳态过程;熔炼速率对VAR过程温度场影响显著,表现为随熔炼速度增大,VAR熔池变宽变深,达到稳态熔炼阶段的时间缩短;而冷却条件仅对VAR过程熔池达到稳态阶段的时间和铸锭高度略有影响。     

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.     

锆合金真空自耗熔炼补缩工艺研究

研究了锆合金真空自耗熔炼补缩工艺,分析了补缩电流、正常熔炼电流与坩埚直径、补缩电压和补缩时间对锆合金铸锭补缩效果的影响.结果 表明,6kA电流的保持时间对冒口深度影响很大,冒口深度随保持时间的增加而减小;正常熔炼电流和坩埚直径变大时,增加电流降低级数有利于补缩效果.适宜的补缩制度为:φ720 mm铸锭电流降低,控制在3...     

IN718高温合金水平定向凝固和真空电弧重熔过程中“黑斑”形成的多组元数值模拟

建立了多组元两相模型来描述IN718高温合金凝固过程中的宏观/微观传输和“黑斑”形成,并应用动态网格算法模拟真空电弧重熔（VAR）过程中的填充过程。首先,使用热力学计算方法求解液相成分随固相分数的变化,并获得多组元合金的枝晶间液相密度。之后模拟了水平定向凝固工艺下形成的“黑斑”,并与实验结果进行对比,研究其形成机理和影响因素。最后,利用所开发的模型来研究工艺参数对工业规模VAR铸锭中“黑斑”的影响。结果表明,元素组成对凝固过程中液相的密度变化有显著影响,“黑斑”的形成伴随着高热溶质对流强度。“黑斑”的生长方向由液相密度差和凝固界面相对重力方向的角度决定。在VAR过程中,熔池形状受电极熔化速率和冷却速率影响。     

TC4钛合金等离子弧焊接工艺研究

介绍了等离子弧焊接技术在钛合金连接中的应用，提出了等离子弧焊接钛合金的工艺及条件。     

TC4钛合金等离子弧焊接工艺研究

介绍了等离子弧焊接技术在钛合金连接中的应用,提出了等离子弧焊接钛合金的工艺及条件。     

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.     

不同压力对 TC4 钛合金真空脉冲渗氮的影响

目的采用不同压力对TC4钛合金进行真空脉冲渗氮处理,提高其表面硬度及耐磨性。方法通过金相显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计及耐磨试验机分析渗氮硬化层的组织与性能。结果 TC4钛合金经过真空气体渗氮处理后,形成了由Ti N,Ti2Al N和钛铝金属间化合物Ti3Al组成的复合改性层。渗氮压力太低,表面氮化物数量较少,氮化物层较薄;随渗氮压力的增大,表面氮化物数量增多,表面硬度及耐磨性增加。压力为0.015 MPa时,氮化物层表面硬度最大,表面硬度为1100~1200HV,有效硬化层深度为50~60μm。渗氮压力继续增加,表层组织变得疏松,表面硬度及耐磨性开始降低。结论选择合适的渗氮压力和表面氮浓度进行真空脉冲渗氮,可以提高钛合金表面硬度,改善耐磨性。     

真空自耗凝壳炉直接熔配和铸造钛合金件的工艺研究

通过用真空自耗电极电弧凝壳熔铸炉,直接在熔化电极上配制合金,经一次熔炼后浇注成钛合金铸件。文中着重探讨了合金化的机理,并对熔铸后的钛合金铸件进行了化学成分分析、合金化均匀性、力学性能和金相组织的检验。证明了该熔铸工艺的可行性。     

TC4合金的磨损率及磨损表面层的显微组织变化

在空气和真空(10^-5Pa)条件下对TC4合金进行了系统的磨损性能测试，研究了载荷和滑动速度对TC4合金磨损率的影响。对TC4合金磨损后的表面层进行了显微组织分析。试验结果表明，空气磨损后表面层的显微组织在较低滑动速度下呈现位错的滑移带，在较高滑动速度下出现显微裂纹。真空磨损后表面层的显微组织发生细化并具有50nm～100nm尺寸，显微组织中呈现大量的位错，在较高滑动速度下有孪晶出现。