TC4合金的電子束冷床熔煉研究.pdf

1、電子束冷床熔煉是20世紀(jì)60年代開發(fā)、80年代迅速發(fā)展起來(lái)的一種生產(chǎn)鈦及鈦合金的新型熔煉技術(shù)，它對(duì)LDI和HDI夾雜物有獨(dú)特的去除效果。國(guó)外已在EBCHM爐的除雜能力和控制易揮發(fā)組元的揮發(fā)損失方面進(jìn)行了大量研究，獲得了比較實(shí)用的結(jié)果。冷床熔煉的“潔凈”鈦及鈦合金不僅已用在航空轉(zhuǎn)動(dòng)件上，也開始用于軍用如坦克護(hù)甲及民用上。但在我國(guó)還沒開展這方面的研究。本工作利用西北有色金屬研究院的500kW電子束冷床爐，以TC4合金為研究對(duì)象，通過添加人工

2、夾雜物粒子，詳細(xì)研究了電子束冷床熔煉鈦時(shí)熔煉工藝參數(shù)對(duì)熔池表面溫度的影響、TC4合金中Al的揮發(fā)和夾雜物粒子去除情況，主要研究結(jié)論如下。 研究發(fā)現(xiàn)，熔池表面溫度與熔煉工藝參數(shù)密切相關(guān)，隨熔化速度的升高而降低，隨熔煉功率的增大而升高；隨掃描頻率的提高，熔池表面平均溫度波動(dòng)降低，熔體過熱度減小，溫度均勻性較好。熔煉過程中，Ti、Al、V都有不同程度的揮發(fā)，Al的揮發(fā)最為嚴(yán)重，從原料熔化伴隨至熔體結(jié)晶，并受熔速影響。TC4合金Al的揮

3、發(fā)損失量在11％～25％。高溫下TiN與基體鈦之間存在擴(kuò)散反應(yīng)，從而使TiN在一定時(shí)間內(nèi)可溶解于基體鈦中，直徑2.5mm的TiN粒子可在1800℃、5min時(shí)間內(nèi)完全溶解消失，氮化的海綿鈦溶解速度更高。 建立了實(shí)驗(yàn)條件下的Al揮發(fā)速度方程和冷床中夾雜的漂浮/下沉速度公式，理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合。研究表明，原始Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在7.0％～7.5％，對(duì)于本實(shí)驗(yàn)爐，熔煉功率250kW、熔化速度100kg/h為TC4合金較適合的

4、熔煉工藝參數(shù)。氮化的海綿鈦粒子和WC粒子在冷床中有足夠的時(shí)間溶解上浮/下沉，達(dá)到完全去除的目的。分析得出EBCHM的去除LDI和HDI的精煉機(jī)制為溶解和密度差作用。 獲得了表面質(zhì)量較好，鑄態(tài)組織與定向凝固組織相似、柱狀晶接近軸向發(fā)展的TC4鑄錠。但從經(jīng)濟(jì)性角度分析認(rèn)為，除非在對(duì)LDI和HDI有特殊要求時(shí)，該爐不適于生產(chǎn)鈦及鈦合金。 本文是國(guó)內(nèi)在鈦電子束冷床熔煉方面進(jìn)行的首次研究，上述研究結(jié)果對(duì)于熔煉工藝參數(shù)的合理制訂、合