真空自耗电弧重熔凝固过程的计算机模拟

真空电弧重熔(Vacuum Arc Remelting,VAR)工艺参数显著影响铸锭质量,采用计算机模拟技术可以有效预测各种工艺参数对铸锭凝固过程的影响.本工作介绍了国外对VAR工艺中计算机模拟熔池形状、流场、温度场及铸锭微观组织演化的最新进展.其模拟结果和实验值具有较高的吻合度.     

电子束熔炼新型Ni-Co基高温合金过程中合金元素的挥发行为及熔池温度计算

本工作采用电子束熔炼方法制备了新型Ni-Co基高温合金,对熔炼后铸锭的显微组织、成分、合金元素挥发行为以及熔池表面温度分布进行了研究。结果表明,随着熔炼功率的增加,铸锭的显微组织越来越细,质量损失越来越大。熔炼后Cr和Al的质量分数下降,其余元素质量分数上升。在相同温度下,纯元素Al的饱和蒸气压最大,W的饱和蒸汽压最小。将熔体系统简化为Ni-Cr-Co三元合金模型来研究其挥发行为,合金元素的活度系数和活度可采用Miedema模型预测,Ti、Mo、W元素的理论挥发速率很小,挥发损失基本可以忽略不计。Al元素的挥发速率通过引入活度系数补偿因子计算。熔炼功率为10 kW、12 kW、14 kW时熔池的平均温度分别为1 863.6 K、1 890.6 K和1 904.3 K,对应的熔池最高温度分别为2 368.1 K、2 402.4 K、2 419.8 K。     

氧元素对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金热变形组织及性能的影响

通过严格控制合金熔炼过程原料中杂质元素含量并添加TiO_2来熔炼出实验所需不同氧元素含量的Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo钛合金铸锭。在Gleeble-3800热模拟试验机上对不同氧含量的钛合金铸锭进行热压缩实验,获得不同温度和变形速率下热压缩变形的应力-应变曲线。通过分析热变形应力应变曲线、计算本征常数,获得氧含量(质量分数)为0. 04%、0. 14%的Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo钛合金的热变形本构方程。观察金相组织后发现,提高氧元素含量会显著提高合金热变形激活能,抑制合金塑性变形;但适当的氧含量又可以促进合金发生动态再结晶,使得发生动态再结晶所需要的温度降低,发生再结晶的变形速率也有所提高。促进钛合金动态再结晶形核同时,拓宽钛合金热变形过程的加工温度、变形速率的范围;但过量的氧含量也会造成合金热变形过程中流变失稳导致加工区域变小。因此在工业生产过程中需要根据具体的热加工工艺,将合金中杂质元素氧的含量控制在一个合理的范围之内,从而取得更加优异的综合性能。     

Ti-13Nb-13Zr钛合金var熔炼各组元挥发趋势分析

基于活度系数计算模型和控制传质系数计算模型,从热力学角度分析Ti-13Nb-13Zr合金熔体中各组元的饱和蒸气压以及熔炼过程中各组元的挥发趋势。结果表明,合金中各组元的挥发损失速率不一,使得熔炼前后合金的成分出现了变化,合理的降低熔体的温度和提高真空室中的压力可以减小熔炼过后合金成分的变化,本结果也为Ti-13Nb-13Zr合金VAR熔炼合金成分的控制提供理论指导。     

电渣重熔连续定向凝固FGH96合金非金属夹杂物研究

本文通过真空感应熔炼+惰性气氛保护电渣重熔连续定向凝固制备FGH96合金,对FGH96合金中的非金属夹杂物进行对比研究。结果表明,活泼元素Al、Ti、Zr、Ce、B等有轻微的烧损,主要元素含量都在合金要求的范围之内,氧含量略有降低,达到了真空熔炼的水平,氮含量有较大幅度的降低,主要存在两种类型的夹杂物,呈球形的夹杂物是Al、Ti、Mg的复合氧化物和TiN。图像统计分析结果表明,和传统电渣重熔相比,电渣重熔连续定向凝固工艺重熔后FGH96合金中的非金属夹杂物面积百分比、100个视场中的夹杂物个数降低了50%以上,夹杂物的最大尺寸由16μm降低到5.5μm,这主要是与熔池的形状、深度和结晶方式有较大关系,传统电渣重熔过程中金属熔池的形状是V字形,深度约占铸锭直径的50%左右,而电渣重熔连续定向凝固过程中形成的熔池呈扁平状,深度占直径10-20%。     

等离子旋转电极雾化法制备高品质Ti-6.5Al-1.4Si-2Zr-0.5Mo-2Sn合金粉末

旨在制备高品质Ti-6.5Al-1.4Si-2Zr-0.5Mo-2Sn粉末,为后续粉末高温钛合金构件的制备奠定基础。首先采用真空自耗电弧熔炼(VAR)技术制备Ti-6.5Al-1.4Si-2Zr-0.5Mo-2Sn合金铸锭,对铸锭进行化学成分检测,并分析其合金元素损耗、成分均匀性以及显微组织和物相组成。利用制得棒料,采用等离子旋转电极雾化法(PREP),选取不同转速制备得到钛合金粉末,将粉末筛分成不同粒度范围。研究了棒料转速与粉末理化性能间的关系。采用X射线衍射分析仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、金相显微镜(OM)分别分析了粉末的物相组成、形貌和微观组织。研究表明:通过独特的压制电极设计,可制得成分均匀、元素损耗小的钛合金铸锭,且各合金元素含量满足国标的要求。铸锭微观组织为层片状结构,基体中存在少量大小不均的Ti5Si3硅化物相。PREP法制得的钛合金粉末呈正态分布,且球形度好,无空心球和卫星球。随着转速增加,小颗粒粉末占比增加,大颗粒粉末占比大幅度降低。粉末颗粒以胞状组织为主,存在少量的枝晶。合金粉末主要由α′马氏体相组成。相比合金铸锭,粉末中各合金元素略有损耗,O元素质量分数小于0.1%,有利于制得高性能的粉末钛合金。     

捷克可在实验室条件下制备Ti-6Al-4V合金小型铸锭

尽管中、美、英、日、俄等国在35年以前就已大规模生产Ti-6Al-4V,但在捷克至今尚无该合金的熔炼铸锭.斯洛伐克工业大学用重熔和铸造技术在实验室条件下制取了质量在300 g以下的微型Ti-6Al-4V铸锭.     

Ti-V-Cr系阻燃钛合金厚板组织与力学性能对比研究

研究了WSTi3515S合金和TB12合金的大型铸锭成分和组织均匀性,对比分析了两种Ti-V-Cr系阻燃钛合金厚板的力学性能。结果表明:采用真空自耗电弧熔炼技术制备的Ti-V-Cr系阻燃钛合金3t级大型铸锭成分均匀;利用大型挤压机和大型快锻机制备的阻燃钛合金大尺寸厚板组织和性能均匀;两种合金的室温拉伸、硬度、冲击和540℃高温拉伸等性能相当,WSTi3515S合金在540℃条件下的热强性能较好;V和C元素有利于提高合金的热强性能,且C元素还能细化组织。     

电子束冷床炉纯钛熔炼成分均匀性控制措施的研究

电子束冷床熔炼炉熔炼纯钛的起始阶段,冷床凝壳表面成分对铸锭成分均匀性有一定的影响,会造成冷轧或热轧产品力学性能的波动。本文通过研究熔炼正式开始前对凝壳液位高度及熔池深度的控制技术,来避免铸锭尾端的成分偏差。以上研究对各种牌号金属及合金的冷床熔炼均有较好借鉴意义。     

Nb Si基自生复合材料感应熔炼铸锭的组织特征及影响因素

采用氧化钇坩埚真空感应熔炼方法制备了Nb-16Si-22Ti-6Hf和Nb-16Si-22Ti-6Hf-2Cr-2Al合金铸锭, 并在1500 ℃时进行了100 h的热处理。结果表明, 铸态和热处理后的合金均由铌基固溶体(Nb_SS)、Nb₃Si、β-Nb₅Si₃和γ-Nb₅Si₃组成。冷却速度、合金化元素及热处理均会影响合金的组织。冷却速度较低时, 铸锭顶部的组织较粗大; 合金化元素Cr和Al可以促进Nb₃Si的共析转变, 使合金铸锭的组织均匀、细化; 热处理则促进Nb₃Si→Nb₅Si₃+Nb_SS的发生, 且Nb₃Si的尺寸和体积分数均减小, 边界变圆润, Nb_SS枝晶粗化, 共晶组织由片层状变为不规则岛状。      

高Mo含量钛合金的真空制备及耐蚀性能研究

针对Ti-Mo合金在真空制备时易出现Mo元素偏析、Mo金属夹杂及合金成分难于控制等问题，采用真空电弧自耗熔炼技术，从电极制备、电弧放电参数及熔炼次数等方面进行控制，制备出高Mo含量钛合金工业级铸锭，并研究了其耐腐蚀性能。结果表明：所制备Ti-Mo合金铸锭气体元素O含量不高于0.05%、H含量不高于0.001%、N含量不高于0.008%,Mo含量偏差小于0.9%；在室温H₂SO₄和HCl溶液中，Ti32Mo合金几乎不发生腐蚀反应；在75℃条件下，HCl溶液中Ti32Mo合金最大腐蚀速率不超过0.024mm/a,H₂SO₄中的最大腐蚀速率不超过0.067mm/a。     

Ti-6Al-4V三元合金焊接熔池凝固组织模拟

将二元合金元胞自动机模型与热力学相平衡求解软件相结合,提出了一种三元合金元胞自动机模型.对模型的稳定性进行了验证,模拟了Ti-6Al-4V三元合金焊接熔池凝固过程中枝晶的生长形貌、溶质浓度的分布以及扰动振幅对枝晶生长的影响,并进行了金相实验验证.结果表明,模型稳定性良好,能够实现三元合金焊接熔池凝固过程的数值模拟;熔池中枝晶择优生长显著,且存在晶界偏析现象;Al元素与V元素在液相中的浓度分布规律大致相同;随着扰动振幅的增大,熔池中的枝晶数量逐渐增加,枝晶臂间距减小,竞争生长进一步加强;模拟结果与实验结果基本吻合.     

Zr元素添加对Ti-24%（原子分数）Nb合金变形机制和超弹性的影响

采用非自耗电弧熔炼方法制备Ti-24%（原子分数）Nb-（0、2、4）%（原子分数）Zr合金铸锭。铸锭经均匀化退火、固溶、冷轧和退火后,在室温下进行拉伸测试和加载卸载测试。使用光学显微镜、X射线衍射、透射电子显微镜观察试样拉伸前后组织结构变化,并结合合金拉伸曲线分析合金变形机制。结果表明具有较低强度的Ti-24%（原子分数）Nb合金出现{112}〈111〉孪晶,Zr元素的添加提高了合金强度和β相稳定性,{112}〈111〉孪晶消失,出现{332}〈113〉孪晶。加载卸载测试中合金发生应力诱发α″马氏体转变和逆转变,具有超弹性性能。Ti-24%（原子分数）Nb-2Zr合金具有较稳定的3.6%的超弹性回复,具有成为生物医用材料的潜力。     

不同时效处理的Ti-29Nb-13Ta-4．6Zr合金的组织结构和医用性能

Tj—Nb-Ta-Zr系合金有很好的生物材料应用前景,国内对其研究较少。真空熔炼制备了Ti-29Nb．13Ta-4．6Zr铸锭,对其固溶处理后在不同温度、时间下时效处理,研究了合金时效处理后的组织结构和医用性能。结果表明：830℃固溶1．5h后的Ti-29Nb-13Ta-4．6Zr合金是单一的过冷亚稳B相,再经时效加热...     

C含量对Ti-V-Cr系阻燃钛合金微观组织和力学性能的影响

用真空自耗熔炼制备了不同C含量的三种阻燃钛合金铸锭(直径120 mm),其名义成分分别为Ti-35V-15Cr、Ti-35V-15Cr-0.075C和Ti-35V-15Cr-0.15C。将铸锭包套挤压成直径为25 mm的棒材,观察了铸锭和挤压棒材的微观组织,测试并分析了挤压棒材的室温拉伸性能、高温拉伸性能、热稳定性能、高温蠕变以及持久性能。结果表明：添加C使阻燃钛合金热挤压后的晶粒显著细化,使其室温和高温拉伸塑性提高;由于碳化物的吸氧作用,添加C的合金热稳定性能显著提高;添加适量的C可提高阻燃钛合金的高温蠕变和持久性能。     

大尺寸高Nb-TiAl合金制备工艺研究

通过工艺试制总结出一套制备大规格高Nb-TiAl合金铸锭的工艺路线,并对铸锭轴向、径向成分进行检测分析,观察其显微组织。结果表明:采用三次真空自耗熔炼,熔速控制在4~5kg/min,补缩时慢速降电流即可获得理想的Φ220mm高Nb-TiAl合金铸锭;Al元素沿铸锭径向在1/2R处含量最高,表现出沿凝固方向低-高-低的变化规律,沿铸锭轴向Al元素含量从底部到顶部依次减小;Nb元素含量沿铸锭径向从边缘、1/2R处和中心处逐渐降低,沿铸锭轴向Nb元素含量从底部到顶部也依次减小;高Nb-TiAl合金铸锭边缘处得到细小的近片层组织,1/2R处和芯部晶粒充分长大得到较为粗大的片层组织。     

Ni-Fe合金磁致伸缩波导丝特性研究

化学成分对磁致伸缩波导丝的性能产生重要影响.中频感应熔炼技术制备出Ni-Fe磁致伸缩合金铸锭,研究了Ni、Fe含量对合金磁性能、相结构以及合金金相的影响,并分析产生变化的原因.研究表明,提高Ni含量为43%时,合金的磁致伸缩系数最高、磁性γ相强度增强,而矫顽力变化不明显.     

真空微重力熔炼铝锂合金

在微重力电磁模拟装置中进行铝锂合金的熔炼与铸锭。考察了坩埚材料、加热温度、真空度、保温时间、气氛保护等工艺因素对铝锂合金铸锭质量的影响。实验证明,通过采取适宜的工艺手段,合金中的杂质可以得到有效的控制,提高了合金的铸锭质量。     

Ni_(50)Mn_(37)Sn_(13)(Co/Fe)_9合金的显微组织结构

采用电弧熔炼-真空甩带-长时间高温退火工艺制备了Ni50Mn37Sn13、Ni50Mn37Sn13Co9和Ni50Mn37Sn13-Fe9三种不同状态下的Heusler合金。利用光学显微镜、X射线衍射仪、差示扫描量热仪及电子探针对所得铸锭、薄带及高温退火薄带试样进行显微组织结构分析。结果表明3种合金的铸锭试样均为枝晶结构,由马氏体、奥氏体及杂质相组成;薄带试样仅为单一奥氏体相;退火后的薄带试样又恢复到类似于铸锭试样的组织结构。另外,Co/Fe元素的加入增加了合金凝固时的成分过冷度,且没有改变合金的组织结构,只是分别占据了合金中的Mn/Ni原子位点。     

Ti及Ti-6Al-4V的水基凝胶注模成形研究

将凝胶注模工艺应用于金属Ti及Ti-6Al-4V合金粉末的坯体成形,研究了高固相含量的Ti粉和Ti-6Al-4V合金粉末的料浆的制备.结果表明,用凝胶注模工艺制备出了固相含量为54ψ%的钛合金粉末料浆和形状复杂的坯体;粉末的颗粒形状是影响料浆固相含量的重要因素,球形粉末配制成的浆料固相含量最高,近球形次之,片状最低;分散剂柠檬酸铵也可以显著提高浆料的固相含量.