TC4鈦合金電子束冷床熔煉技術(shù)研究.pdf

1、TC4(Ti-6Al-4V)鈦合金是由美國(guó)于1954年研制成功的α+β兩相型鈦合金。具有高強(qiáng)度、高韌性、良好的塑性且耐高溫、耐蝕性等一系列優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最廣，產(chǎn)量最大的鈦合金。該合金主要在退火狀態(tài)下使用，也可以固溶時(shí)效進(jìn)行強(qiáng)化，成品和半成品主要有棒材、薄板、厚板、型材以及鍛件和鑄件等。
　　 由于TC4鈦合金主要用于航空航天工業(yè)制造飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的各種承力件以及各種類型的緊固件，所以使用中對(duì)該合金性能要求非常嚴(yán)格，近年來對(duì)該合金鑄

2、錠的研究很多。為了獲得成分均勻，質(zhì)量合格的TC4鈦臺(tái)金鑄錠，本文通過電子束冷床進(jìn)行熔煉實(shí)驗(yàn)，研究不同的熔煉工藝參數(shù)，不同原材料成分以及其它因素對(duì)熔煉的影響；并通過數(shù)學(xué)模型及計(jì)算機(jī)模擬分析與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合進(jìn)行對(duì)比研究。研究發(fā)現(xiàn)，元素的飽和蒸氣壓對(duì)熔煉過程中元素的揮發(fā)影響很大，在TC4鈦合金中，純鋁的飽和蒸氣壓比基體元素的大800倍左右，比V元素大2000多倍，造成在熔煉過程中，Al元素發(fā)生大面積的揮發(fā)損失，且隨著熔體溫度的升高，Al元素的揮發(fā)

3、損失量也有很大增加；而V元素的揮發(fā)則非常小，熔煉后相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)還略有增加。
　　 熔煉過程中原料的加入對(duì)Al元素?fù)]發(fā)影響也根大，當(dāng)熔化原料采用合金化程度較高的真空白耗(VAR)一次錠時(shí)，Al元素的揮發(fā)量小，主要在冷床精煉階段有一定的揮發(fā)，在原料熔化和坩堝中的凝固階段揮發(fā)很少；而當(dāng)原科中加入單質(zhì)Al之后，元素在熔化階段的揮發(fā)增加，且隨著原料中Al含量增加而增加。研究凝殼發(fā)現(xiàn)，從原料熔化側(cè)至鈦液流出側(cè)，Al元素的含量呈降低趨勢(shì)，最終

4、Al元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低并穩(wěn)定至鑄錠中的平均水平。
　　 電子束冷床熔煉TCA鈦合金過程中，熔速采用100kg/h時(shí)熔煉效果最好，熔煉出的鑄錠完全符合國(guó)標(biāo)規(guī)定成分要求，且鑄錠質(zhì)量良好，各種元素分布均勻，是一種理想的熔煉速度。熔煉出的TC4鈦合金鑄錠在軸向上，各臺(tái)金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，Al元素分布從鑄錠上部到下部呈降低的趨勢(shì)，且隨著熔速的減小，降低的趨勢(shì)更加明顯，主要由于在熔煉的開始階段，TC4鈦臺(tái)金熔體長(zhǎng)時(shí)間保持高溫狀態(tài)，

5、所以Al元素的揮發(fā)損失較為嚴(yán)重，含量偏低。在徑向上，合金元素成分分布非常均勻，熔煉效果良好。
　　 利用ANSYS模擬發(fā)現(xiàn)，熔體從冷床滴入坩堝之后，主要經(jīng)過熔體升溫，形成穩(wěn)定熔池，熔體凝固，熔體溫度下降，凝固結(jié)束幾個(gè)主要熔煉階段。熔體從熔點(diǎn)開始降溫的過程主要有兩個(gè)階段，包括熔體降溫速度很快，在很短的時(shí)間內(nèi)迅速開始凝固的快速降溫階段以及熔體與坩堝外壁溫差較小，降溫逐漸趨于平緩的降溫平衡階段。當(dāng)降溫時(shí)間達(dá)到500s的時(shí)侯，坩堝內(nèi)外溫