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小电流熔炼含铁钛合金的研讨

发布日期:2018-07-10  浏览次数:71
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  摘 要:对TB3 Ti-10Mo-8V-1Fe-3.5Al 和TB6 Ti -10V-2Fe-3Al二种含铁钛合金采用低电压小电流进行三次熔炼的方式,进行铸锭内外质量及成份均匀性分析,研讨合金中的成分偏析及组织均匀性问题。
  关键词:TB3、TB6铁合金 小电流 熔炼 宏观及微观偏析
  1 冶金工艺分析
  TB3和TB6二种合金都是近β合金,Mo、V、Fe是β稳定元素。近β合金的特点有以下几点:高的强度、塑性、韧性;低的相变点;小的流变应力;易出现β斑点,特别Fe元素在β-Ti中是有限互溶,故形成β斑点的几率比较大。在真空自耗电弧熔炼条件下,影响结晶偏析的的主要因素有:中间合金元素的分配系数(Fe元素的分配系数K=0.3)、熔池的深度和形状、冷却速度、结晶速度及方向、结晶前沿过渡区尺寸、电磁搅拌电流及时间等。也就是说控制Fe元素的宏观及微观偏析主要是制定相应的熔炼工艺参数,控制其凝固过程中等轴组织的区域。真空自耗炉熔炼铸锭时,等轴组织大部分是在息弧后形成的,由于铸锭在熔炼期间和电弧中断后的凝固方式及凝固方向不同,易于造成某些元素的偏析。另外铸锭等轴晶区体积的大小是由熔池的深度和形状决定的,熔池深度计算经验公式为:[7]
  (D为铸锭的直径(m);H为熔池的深度(m);ν为熔化速度(kg/s))
  由上式可知,熔化速度和熔池深度呈正比,故降低熔炼速度可以减少熔池深度,这样可以缩小等轴晶区域,从而防止元素偏析。故采取小电流熔炼,是本次熔炼生产大规格合金TB6及TB3防止成分偏析的关键。
  2 试验熔炼参数的选定
  本次采用的是三次熔炼,成品锭规格为Φ580,在进行二次熔炼后的铸锭Φ580采取快锻机开坯锻造成型(Φ500),再表面处理后进行三次熔炼。在熔炼过程中确保熔池到边的情况下,尽可能地采取小电流熔炼,降低熔炼速率,控制熔池的深度和形状。
  3 铸锭结晶组织分析
  经过二次熔炼后,从二次铸锭底部切片及经快锻机开坯后坯料上切片进行低倍分析,低倍结晶组织如图2、图3;成品铸锭经过锻造到相应火次后进行高位组织分析,高倍组织如图4、图5。
  从半成品的低倍可以看出,经过二次熔炼后的组织比较均匀、光亮,没有存在明显的成分偏析现象;经过三次熔炼后锻造板坯的高倍组织图也同样可以看出α相在β基体上是均匀析出,并没有出现明显的白色或灰色的β斑缺陷,即没有或不明显存在β稳定元素Fe的偏析现象。
  4 取样成分分析
  从经过三次熔炼的成品铸锭侧面的五个部位取样及头部冒口端(100 mm)锯切后的端面进行九点取样,其分析数据及结果如下:
  以下是TB6及TB3成品铸锭纵向成分分析数据(如图7,8)
  以下是TB6和TB3成品铸锭冒口端即头部100 mm处九点取样横向成分分析数据。
  从以上数据结果可知,TB6和TB3铸锭中的中间合金Fe元素在铸锭纵向分布很均匀,并没有出现大的波动;在铸锭横向分布上,TB6第三个点较其它点略有点高,但也在标准要求范围内,属于成分范围内正常波动(最大偏差错为0.22),不属于成分偏析现象,在真空自耗电弧熔炼时,铸锭由于局部的凝固和冷却速度范围宽,使得铸锭化学成分均匀性的控制十分困难,出现成分波动是很正常的。所以该次实验的二种合金铸锭不存在宏观上的偏析现象。
  5 结语
  (1)采用小熔炼电流(较其他同行降低4~7 kA电流),降低熔化速率,辅以适当的稳弧搅拌电流,对防止高铁钛近β合金或β合金中的铁元素在宏观及微观上的偏析是行之有效的;
  (2)小电流熔炼铁钛合金能够较好地保证铸锭成分纵横向上的均匀性,从而获得高品质的产品;
  (3)小电流熔炼含易出现偏析现象元素的合金是以后的熔炼研究方向。
  参考文献
  [1] 王镐,李成刚.真空自耗电弧炉熔炼钛锭偏析缺陷的分析与改进[J].钛工业进展,2000(4).
  [2] 铸造钛合金的熔炼工艺[J].热加工工艺,2006,35(13).
  [3] 李献军.钛合金铸锭宏观偏析分析[J].钛合金进展,2000(5).
  [4] Alecc Mitchell.Melting,casting, and forging problems in titanium alloys[J].Jom.1997(7).
  [5] 曾泉浦.钛合金Var铸锭中的偏析[J].钛工业进展,1995(6).
  [6] 王铁成.电磁搅拌提高铸坯内外部质量[J].甘肃冶金,2006(4).
  [7] 陈战乾,高颀,刘新,等.Ti-1023合金铸锭铁偏析控制[J].钛工业进展,2003 (Z1).

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