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。     

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。     

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。     

VAR熔炼纯锆铸锭表面质量控制研究

以实际生产中遇到的纯锆铸锭表面夹层、结疤及冷隔缺陷为出发点,通过数值模拟和工业生产实验相结合的研究方法,确定了较佳的纯锆铸锭真空自耗电弧熔炼(VAR)工艺,明显改善了铸锭的表面质量。研究发现：各熔炼参数主要通过影响熔池形状和坩埚壁附近的熔体温度对铸锭表面质量产生影响;增大熔炼电流可以同时改善熔池到边情况和增加坩埚壁附近熔体的温度;增大稳弧电流和稳弧周期可以促进高温熔体向坩埚壁的运动,使熔池更加饱满,从而提高纯锆铸锭的表面质量。     

稳弧搅拌方式对大规格纯钛铸锭组织的影响

研究了VAR熔炼中稳弧搅拌方式对大规格纯钛铸锭组织的影响。对铸锭进行纵向解剖,结果表明:熔炼时使用直流稳弧搅拌的铸锭,中部等轴晶区较宽,是交流搅拌铸锭的5倍左右,边部柱状晶与铸锭轴线方向呈约40°夹角,晶粒更细小;交流稳弧搅拌的铸锭,中部等轴晶区较窄,边部柱状晶区约占整个纵截面面积的四分之三,且边部柱状晶方向基本与铸锭轴线方向垂直。     

镍的电子束熔炼提纯研究

高纯镍是制造半导体集成电路及微电子行业用电子薄膜材料的原材料。采用电子束熔炼方法制备高纯镍,研究了一次和二次电子束熔炼对高纯镍锭纯度、表面质量和内部铸造缺陷的影响。通过对铸锭宏观形貌的观察和杂质含量的化学分析,发现一次熔炼可将原材料提纯至99.99%,但铸锭仍存在较多宏观铸造缺陷;而二次熔炼充分去除了杂质和气体元素,如Al,Fe,Cu和C,N,O等,最终使镍锭纯度提高至99.995%以上且内部连续一致无集中缩孔、疏松和气孔等缺陷。通过对镍电子束熔炼过程中杂质元素和基体镍的蒸气压的理论计算对比,和对杂质去除率的理论计算,说明了杂质从镍基体分离的方式并验证了化学成分检测的杂质实际去除率。     

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。     

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.     

TA10钛合金熔炼工艺的改进及性能分析

TA10钛合金铸锭传统的制备方法是合金元素镍以纯镍片形式添加,经三次VAR熔炼获得铸锭。再经锻造、轧制制成板材后,发现表面有微裂纹存在。经无损探伤检测和能谱微区成分分析,确定为镍富集的冶金缺陷。为此对熔炼工艺进行了改进,Mo、Ni合金元素以Ti-Mo-Ni中间合金碎屑添加,经二次VAR熔炼制备铸锭。再经锻造、轧制制成板材后,宏观和无损探伤检验未发现有微裂纹;化学成分分析和性能检测表明,铸锭侧面Mo、Ni合金元素波动范围≤0.017%,头、尾横截面波动范围≤0.07%,分布均匀,力学性能满足要求。     

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。     

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。     

钛合金棒材热稳定性的分析

众所周知,材料的性能由组织决定,组织由成分决定,成分是否均匀关键在于熔炼.目前,钛合金铸锭的主要生产方法是采用真空自耗电弧二次熔炼,尽管如此,铸锭中还不可避免地存在一些偏析,如间隙元素偏析、合金元素偏析等.铸锭一旦发生偏析,则偏析区的组织与正常区的组织显然不同,当偏析区中的α稳定元素A1或间隙元素     

搅拌磁场对Ti1023铸锭宏观组织和成分的影响

研究了真空自耗电弧熔炼Ti1023钛合金过程中,搅拌磁场对铸锭宏观组织和铁元素含量的影响。结果表明,熔融金属在没有搅拌磁场的状态下凝固,铸锭的晶粒粗大且中间等轴晶和柱状晶的界线比较明显。施加搅拌磁场后,晶粒变细。磁场对不同熔化阶段的铸锭组织的影响程度不同,在熔炼阶段对组织影响最强,补缩阶段次之,起弧阶段最弱。未施加磁场时,熔池较窄,施加磁场后,熔池变宽,并且铁元素的偏析有一定程度的减轻。     

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.     

电子束冷床炉熔炼制备高纯金属钒铸锭

电子束冷床炉熔炼是一种新兴的金属精炼方法。利用电子束冷床炉的高温真空精炼特性,以钒成分为82%钒铝合金为原料,制备了纯度在99.7%以上的金属钒铸锭。详细论述了电子束冷床炉在熔炼钒铝合金时各杂质元素的去除机理行为,认为熔炼时较大的电子束照射功率对一次铸锭中铝的挥发去除有较好效果,但这种熔炼工艺却会影响到铸锭的最终氧含量。分析认为,两次小功率熔炼是符合设备特点的制备高纯金属钒铸锭的最佳熔炼工艺。     

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。     

大规格纯钛铸锭脱氧现象及对策

利用真空自耗电弧炉进行了大规格纯钛铸锭的工业生产,研究并分析Ф1040 mm大规格高氧含量纯钛铸锭的底部脱氧现象和氧元素均匀性的问题。纯钛铸锭底部脱氧的原因是海绵钛中的Mg与添加剂TiO₂在一次铸锭熔炼时反应引起的。采用真空自耗电弧炉对梯度加氧自耗电极进行两次熔炼,结果表明:通过梯度加氧的方式可以有效解决纯钛铸锭脱氧的问题,并显著改善纯钛铸锭氧元素成分均匀性,使生产出的Ф1040 mm高氧含量纯钛铸锭头部、尾部氧含量的偏差控制在0.011%范围内。     

加料方式对锆合金铸锭成分均匀性的影响

分别以合金包方式与人工混料方式加入合金元素,经三次真空自耗熔炼制出了两个Zirlo锆合金铸锭.通过对熔炼的一次、二次和三次铸锭的化学成分进行对比,分析了加料方式对铸锭成分均匀性的影响.结果表明,与合金包加料方式相比,采用人工混料的加料方式能明显提高锆合金铸锭成分的均匀性.     

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%。     

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。