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。     

熔炼工艺对TA10铸锭中镍元素的影响

通过试验,对比不同稳弧电流搅拌方式对TA10铸锭中镍元素的影响。在同样进行二次熔炼时,当一次熔炼采用直流稳弧电流时,成品铸锭出现了镍元素含量超标的现象,当一次熔炼采用交流稳弧电流时,成品铸锭镍元素含量满足标准要求。     

纯钛VAR熔池形貌和凝固组织模拟及其工业验证

运用ANSYS和μMat Ic软件分析了980 mm纯钛锭VAR过程中熔池形貌以及凝固组织的变化规律。模拟计算结果表明:起弧阶段的熔池很小,呈浅U型;随后熔池形貌由U型逐渐变为V型;当坩埚内热量输入与输出达到平衡时,熔炼进入稳定阶段,熔池深度和宽度不再变化;补缩过程中,熔池不断缩小直至消失。凝固组织的变化规律为:与坩埚壁接触的钛液快速冷却形成细晶组织;随着熔炼的进行,以枝晶形状生长的部分细晶粒最终形成具有一定择优取向的柱状晶;铸锭中心区域和液固临界区域,晶粒直接在金属液内形核并长大,形成的等轴晶粒阻碍了柱状晶的生长,发生柱状晶-等轴转变。通过解剖工业铸锭验证,熔池形貌和凝固组织与数值模型的计算结果相吻合。     

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。     

VAR法熔炼钛合金补缩过程温度变化规律研究

真空白耗电弧熔炼（VAR）法是目前熔炼钛及钛合金的主要方法,其中补缩阶段工艺参数对冒口大小及铸锭成品率具有重要影响。采用ANSYS有限元分析软件,研究分析了VAR法熔炼钛合金补缩过程中的温度分布。结果表明：与补缩前相比,补缩阶段辐射散热对于坩埚内热量分布影响增大;补缩前糊状区径向温度梯度远大于轴向;采用直线降电流方式进行补缩,凝固速率较快,不利于成分均匀;采用阶梯降电流方式进行补缩,熔池温度变化缓慢,有利于杂质溶解上浮和成分均匀;工艺参数对冒口形成的影响表现为熔速增大,冒口较大,熔炼电流增大,形成的冒口也较大。     

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.     

坩埚冷却系统改造对中间合金熔炼的影响

以Zr-Sn—Fe—Cr—Ni合金为研究对象,通过2次非自耗真空电弧熔炼制备出中间合金,对熔炼中间合金时所采用的坩埚的冷却系统进行了改造,对比了改造前后中间合金的熔炼过程,并采用OM、EDS研究了中间合金的组织及化学成分,冉以添加中间合金扣方式压制电极,利用真空自耗电极熔炼方式制备出吨级锆合金铸锭,并对成品铸锭的成分进行跟踪。结果表明：在坩埚中加入导流槽后,中间合金的熔炼效率得到了提高,熔炼时难脱模现象大大缓解;采用加导流槽后的坩埚经过2次熔炼可以制备出成分均匀的中间合金,合金组织由柱状品和树枝晶组成,与未加导流槽时所熔炼的合金相比,组织及成分更加均匀;采用冷却系统改造后的坩埚熔炼的中间合金可以制备出成分均匀的工业规模级锆合会铸绽。     

钛合金熔炼用AZrO3（A=Ba,Sr,Ca）坩埚的制备及其使用性能研究

综述了3种新型复合氧化物(CaZrO3、SrZrO3和BaZrO3)坩埚的制备工艺,分析了3种坩埚熔炼TiNi合金后的效果和界面反应情况。合金熔体与耐火材料间无元素扩散,3种耐火材料均对合金熔体具有良好的反应惰性。此外,通过对比3种耐火材料坩埚与熔体间的界面反应层厚度,发现BaZrO3对TiNi合金熔体具有最高的化学稳定性。进一步使用BaZrO3制备成工业用25kg级坩埚并熔炼TiNi、TiFe、TiAl铸锭,发现铸锭杂质含量较低,说明BaZrO3是一种极具潜力的钛合金熔炼用新型耐火材料。     

Y_2O_3耐火材料的制备及其与Zr合金界面反应研究

通过在1650,1700,1750℃下烧结6 h制备纯Y_2O_3坩埚,并利用Y_2O_3坩埚真空感应熔炼Zr-4合金。借助X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),能谱分析仪(EDS)等手段研究了不同烧结温度下制备的Y_2O_3坩埚致密度变化,分析了Y_2O_3耐火材料与锆合金间的界面反应,研究了两者界面反应机制。研究结果表明:1650℃下烧成的坩埚晶粒生长不完全,团聚现象严重,致密度约为87%;1700℃下烧成的坩埚晶粒生长完整,未发现明显的团聚,致密度约为95%;1750℃下烧成的坩埚晶粒生长更加完整,无团聚与二次结晶现象,致密度约为97%;选用1750℃下制备的坩埚熔炼锆合金,熔炼后的坩埚结构完整,界面处没有新相生成,并未见合金熔体渗入现象;熔炼实验后,坩埚与合金界面处有黑色区域生成,可能是由于Y_2O_3坩埚微结构的变化引起;合金中分布有大量无规则Y的氧化夹杂物;由于Y_2O_3耐火材料在高温熔体作用下剥落,一部分耐火材料被搅拌入合金熔体中成为夹杂,另一部分分解为Y,O侵入合金熔体并重新结合生成稳定的Y_2O_3,过量的O以游离态存在于合金基体中。     

熔炼工艺对锆合金铸锭的影响

采用A、B、C三种熔炼工艺制备出3个同规格Zr-4合金铸锭,对其表面质量和化学成分进行了比对分析,重点研究了熔炼工艺对铸锭质量的影响。结果表明,采用常规Zr-4铸锭生产工艺,选择B熔炼工艺可以制备出表面质量良好,化学成分均匀,杂质元素低的高质量铸锭。     

基于有限元法对电子束熔炼提纯钨过程的温度场模拟

采用ANSYS软件对电子束熔炼提纯钨过程中的温度场进行数值模拟,探讨了不同工艺参数(熔炼功率(P)及扫描半径(R))对熔体温度及熔池形状的影响。采用已模拟的工艺参数,在250 kW电子束设备上进行了提纯钨的实验验证,并用电感耦合等离子体光谱法(ICP-MS)对熔炼钨锭的成分进行分析。结果表明,熔炼功率和扫描半径对熔体温度和熔池形状都有一定的影响。随着熔炼功率的增加,熔体温度线性增加;随着扫描半径增大,熔体最高温度随之增加,但增加速率逐渐减小,最后趋于平衡;熔炼功率和扫描半径的细微变化皆能引起熔池形状和大小的显著变化,当熔炼功率和扫描半径过小(P=110 kW,R=10 mm)时,由于施加温度过低,铸锭熔解困难,无法形成熔池,随着熔炼功率及扫描半径的增大,熔池宽度和深度均有所增加。对模拟结果进行分析得到熔炼提纯钨的最佳条件为P=130 kW,R=15 mm,在此条件下杂质Cd,As,K,Mg,P的脱除率分别为95.0%,90.0%,75.0%,71.4%和71.4%。实验验证表明所建数学模型对电子束熔炼提纯钨具有较好的适应性。     

真空感应炉熔炼纯镍时氧化镁坩埚的供氧问题

在真空感应炉中熔炼高级合金时,由于一般用的坩埚材料都是氧化物,可能由于其分解而向熔池供氧,对合金的脱氧过程发生干扰,影响成品的含氧量,从而影响其性能。近年来国内外与这个问题有关的一些研究结果见。有人曾在电熔氧化镁坩埚中熔炼纯铁时,发现坩埚供氧速率相当于使熔池含氧量每分钟增长0.0005％。值得指出的是,过去的工作都着重于熔池形成以后,即金属熔化完毕以后的反应过程;对熔化过程中坩埚的供氧情况则很少涉及。在本工作中,用几种不同的氧化镁坩埚,在不同条件下熔炼纯镍,目的是寻找金属中含氧量变化的规律。给控     

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。     

真空凝壳炉电源稳定性影响因素的分析

针对真空熔炼钛合金精密铸件大功率电源电流不稳定的现状,通过调试上位机的工艺曲线及示波器电流变化曲线,分析了弧电压和弧电流之间的耦合关系及其对熔速控制的影响、坩埚比对电源稳定性的影响,得到了弧电流的平稳调节是减小耦合的主要手段的结论及提出了合理的坩埚比建议。该研究成果为真空凝壳炉安全操作提供了理论依据。     

熔体处理工艺对6005A铝合金铸锭质量的影响

针对6005A铝合金铸锭的熔铸工艺,采用低倍组织分析、拉伸测试、金相分析等手段对不同熔体停留时间生产的铸锭进行分析,研究了熔体处理工艺对铝合金显微组织及力学性能的影响。结果表明:熔体停留时间对铸锭的晶粒尺寸、疏松等级、晶粒圆整度、力学性能均有不同程度的影响。当熔体停留时间≤5 h,铸锭晶粒尺寸随熔体停留时间的延长而缓慢增大,晶粒圆整度、力学性能等基本维持不变;当熔体停留时间超过5 h时,晶粒尺寸急剧增大,晶粒圆整度、力学性能等显著降低。熔炼过程中控制熔体停留时间≤5h,可降低由于熔体停留所带来的不利影响。     

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.     

弧电流对多弧离子镀纯Cr涂层组织性能的影响

采用多弧离子镀技术在锆合金表面制备了纯Cr涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和划痕仪分析了弧电流对纯Cr涂层表面形貌、物相结构以及膜基结合力的影响,并采用Image J图像处理软件对纯Cr涂层表面大颗粒分布进行统计和分析。结果表明,随着弧电流的增大,纯Cr涂层表面大颗粒尺寸先增大后减小,单位面积内大颗粒数目则先减少后增多,同时纯Cr涂层的择优生长趋势由(110)晶面变为(200)晶面,且纯Cr涂层与锆合金基材的膜基结合力先减小后增大。     

浅谈核级海绵锆中氯化物对锆合金铸锭的影响

叙述了核级海绵锆的生产工艺和氯化物对锆合金铸锭的影响。针对在锆合金铸锭生产过程中氯化物对自耗电极焊接及熔炼铸锭的的影响,提出了一系列控制和预防措施,以提高锆合金铸锭生产的安全性和产品质量。     

专利名称：熔池熔炼直接炼铅的方法及其装置

本发明一种熔池熔炼直接炼铅的方法及装置,将高铅渣熔体通过溜槽直接流入底吹熔池还原炉中还原;底吹熔池还原炉内从底部或底侧部用气体喷枪向熔体供入氧气和天然气或氧气和煤气;从底吹熔池还原炉加料口向还原炉中加入炭粒;高铅渣熔体经底吹熔池还原炉还原后产出粗铅、烟气和终渣,装置包括熔池熔炼氧化炉,熔池熔炼氧化炉的出渣口通过溜槽与底吹熔池还原炉的进渣口相连,     

钛及钛合金真空自耗熔炼过程中关键参数控制分析

真空自耗熔炼是钛及钛合金铸锭生产的重要方法.真空自耗熔炼炉炉内真空度及漏气率、熔炼电压、熔炼电流、坩埚出水口温度及流速等是保障熔炼过程平稳进行和提升铸锭质量的关键参数.作者依据多年从事钛及钛合金熔炼的经验分析了熔炼工艺对熔炼电压和熔炼电流的控制要求,并在此基础上阐述以实现“平静熔炼”为目标的熔炼控制技术,供从事钛及钛合...