电子束冷床炉熔铸超长超薄TA1及TC4扁锭凝固过程控制研究
发布时间：2022-01-21 17:14
钛及钛合金材料是工程技术及高科技领域中的关键支撑材料和重要的国防战略金属材料,其中高品质宽幅大卷重钛带卷作为卷焊钛管、板式换热器、复合板等产品极为重要的基础材料,在航空航天、舰船、海洋化工等许多行业得到了广泛应用。国内外宽幅大卷重钛带卷的传统生产加工技术是先将海绵钛通过真空自耗电弧炉熔炼（VAR）成铸锭,再进行锻压开坯,最后轧制成钛带卷。而电子束冷床熔炼（EBCHM）技术不仅可以大大减少铸锭中的高低密度夹杂,而且生产出的超长超薄扁锭（长8000 mm×厚210 mm）可以利用现有的轧钢设备直接轧制成带卷。然而针对该规格的钛扁锭电子束冷床炉熔铸研究,由于在国内外尚处于空白,没有相关经验可借鉴,当前熔铸出的钛扁锭存在着冷隔、瘤疤和气孔等重大冶金缺陷。因此,提高宽幅大卷重钛带卷的质量,关键是获得高质量的超长超薄钛扁锭。本文利用具有国际先进水平的电子束冷床炉设备,针对电子束冷床炉熔铸超长超薄（长8000 mm×厚210 mm）钛扁锭的凝固过程进行控制研究,以实现对钛锭冶金缺陷的有效控制,解决实际熔铸超薄超长钛扁锭的表面质量问题。基于此,本文建立了混合拉格朗日和欧拉（MiLE）非稳态算法数学模型...
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：156 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
传统钛带制造工艺和无锻造短流程制造工艺流程对比图
图 1.2 3200kW 电子束冷床熔炼的工作示意图Fig. 1.2 Schematic diagram of 3200kW EBCHM电子束冷床熔炼炉的主要特点是冷床技术的应用，如图 1.3 所示为冷床视图和结构图。由于为冷床提供热源的电子枪可以独立控制，因此熔炼过子枪功率、扫描频率以及熔体在冷床上停留的时间等工艺参数可根据夹杂除情况有效调整。钛及钛合金原料熔化成熔融态后，金属液在流经冷床精，高密度夹杂（HDI）因为重力作用下沉，被低温的凝壳区所捕获，并沉床底部，从而得以完全消除高密度夹杂；低密度夹杂物（LDI）因在冷床够的条件可以通过上浮、挥发、溶解等机制有效去除；而对于钛及钛合金害最大的 TiN 夹杂，不仅高硬度、高熔点（Tm=2950 ℃），而且其密度与也很接近，这类中间密度的夹杂物由于在冷床内停留时间较长，并且冷床
图 1.4 冷床内高低密度夹杂去除原理示意图Fig. 1.4 Schematic diagram of eliminating high and low density inclusions by EBCHM4.3 电子束冷床炉特点为了消除钛合金飞机发动机旋转部件中的冶金夹杂，20 世纪 80 年代末束冷床熔炼技术应运而生。该熔炼法虽然投资成本较高，但由于大大提高钛合金的熔炼水平而逐渐兴起被国际上引入。与较常用和较传统的 VAR 及钛合金方法对比，EBCHM 法主要优点如下：（1）由于在熔炼室的高真空（低于 5×10-3hpa）和电子束的高能量（
【参考文献】：
期刊论文
[1]合金凝固过程元胞自动机模型及模拟方法的发展[J]. 赵九洲,李璐,张显飞. 金属学报. 2014(06)
[2]真空自耗电弧熔炼TC4铸锭的凝固组织和缩松缩孔的模拟[J]. 张颖娟,寇宏超,李鹏飞,钟宏,胡锐,李金山,周廉. 特种铸造及有色合金. 2012(05)
[3]电子束冷炉床熔炼（EBCHM）技术的发展与应用[J]. 田世藩,马济民. 材料工程. 2012(02)
[4]我国钛及钛合金板带材应用现状分析[J]. 李明利,舒滢,冯毅江,陈婷婷,祝建雯. 钛工业进展. 2011(06)
[5]材料微观组织CA法模拟的研究现状[J]. 何燕,姜海洋,高明. 沈阳师范大学学报(自然科学版). 2011(04)
[6]冷床炉熔炼钛及钛合金技术及其应用(续)[J]. 段军伟. 有色金属加工. 2011(02)
[7]国内钛带卷生产现状及发展前景[J]. 陈玉良,刘建良,黄子良,马磊,胡建成. 钛工业进展. 2010(05)
[8]电子束冷床熔炼工艺参数对TC4钛合金Al元素挥发的影响[J]. 毛小南,罗雷,于兰兰,雷文光. 中国有色金属学报. 2010(S1)
[9]电子束冷床熔炼TC4钛合金连铸凝固过程数值模拟[J]. 雷文光,于兰兰,毛小南,罗雷,张英明,侯智敏. 中国有色金属学报. 2010(S1)
[10]电子束冷床熔炼TC4合金温度场模拟[J]. 罗雷,毛小南,雷文光,于兰兰,杨冠军. 中国有色金属学报. 2010(S1)
博士论文
[1]定向凝固Sn-Ni包晶合金糊状区熔化与凝固行为[D]. 彭鹏.哈尔滨工业大学 2013
硕士论文
[1]TC4钛合金电子束冷床熔炼技术研究[D]. 罗雷.西安建筑科技大学 2010
[2]7050铝合金大圆锭半连铸凝固过程数值模拟及裂纹倾向性分析[D]. 马维策.中南大学 2008
本文编号：3600657
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：156 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
传统钛带制造工艺和无锻造短流程制造工艺流程对比图
图 1.2 3200kW 电子束冷床熔炼的工作示意图Fig. 1.2 Schematic diagram of 3200kW EBCHM电子束冷床熔炼炉的主要特点是冷床技术的应用，如图 1.3 所示为冷床视图和结构图。由于为冷床提供热源的电子枪可以独立控制，因此熔炼过子枪功率、扫描频率以及熔体在冷床上停留的时间等工艺参数可根据夹杂除情况有效调整。钛及钛合金原料熔化成熔融态后，金属液在流经冷床精，高密度夹杂（HDI）因为重力作用下沉，被低温的凝壳区所捕获，并沉床底部，从而得以完全消除高密度夹杂；低密度夹杂物（LDI）因在冷床够的条件可以通过上浮、挥发、溶解等机制有效去除；而对于钛及钛合金害最大的 TiN 夹杂，不仅高硬度、高熔点（Tm=2950 ℃），而且其密度与也很接近，这类中间密度的夹杂物由于在冷床内停留时间较长，并且冷床
图 1.4 冷床内高低密度夹杂去除原理示意图Fig. 1.4 Schematic diagram of eliminating high and low density inclusions by EBCHM4.3 电子束冷床炉特点为了消除钛合金飞机发动机旋转部件中的冶金夹杂，20 世纪 80 年代末束冷床熔炼技术应运而生。该熔炼法虽然投资成本较高，但由于大大提高钛合金的熔炼水平而逐渐兴起被国际上引入。与较常用和较传统的 VAR 及钛合金方法对比，EBCHM 法主要优点如下：（1）由于在熔炼室的高真空（低于 5×10-3hpa）和电子束的高能量（
【参考文献】：
期刊论文
[1]合金凝固过程元胞自动机模型及模拟方法的发展[J]. 赵九洲,李璐,张显飞. 金属学报. 2014(06)
[2]真空自耗电弧熔炼TC4铸锭的凝固组织和缩松缩孔的模拟[J]. 张颖娟,寇宏超,李鹏飞,钟宏,胡锐,李金山,周廉. 特种铸造及有色合金. 2012(05)
[3]电子束冷炉床熔炼（EBCHM）技术的发展与应用[J]. 田世藩,马济民. 材料工程. 2012(02)
[4]我国钛及钛合金板带材应用现状分析[J]. 李明利,舒滢,冯毅江,陈婷婷,祝建雯. 钛工业进展. 2011(06)
[5]材料微观组织CA法模拟的研究现状[J]. 何燕,姜海洋,高明. 沈阳师范大学学报(自然科学版). 2011(04)
[6]冷床炉熔炼钛及钛合金技术及其应用(续)[J]. 段军伟. 有色金属加工. 2011(02)
[7]国内钛带卷生产现状及发展前景[J]. 陈玉良,刘建良,黄子良,马磊,胡建成. 钛工业进展. 2010(05)
[8]电子束冷床熔炼工艺参数对TC4钛合金Al元素挥发的影响[J]. 毛小南,罗雷,于兰兰,雷文光. 中国有色金属学报. 2010(S1)
[9]电子束冷床熔炼TC4钛合金连铸凝固过程数值模拟[J]. 雷文光,于兰兰,毛小南,罗雷,张英明,侯智敏. 中国有色金属学报. 2010(S1)
[10]电子束冷床熔炼TC4合金温度场模拟[J]. 罗雷,毛小南,雷文光,于兰兰,杨冠军. 中国有色金属学报. 2010(S1)
博士论文
[1]定向凝固Sn-Ni包晶合金糊状区熔化与凝固行为[D]. 彭鹏.哈尔滨工业大学 2013
硕士论文
[1]TC4钛合金电子束冷床熔炼技术研究[D]. 罗雷.西安建筑科技大学 2010
[2]7050铝合金大圆锭半连铸凝固过程数值模拟及裂纹倾向性分析[D]. 马维策.中南大学 2008
本文编号：3600657
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