DOC《3150KWB BMO-01型大功率电子束冷床炉熔炼TC4钛合金》

3 熔炼结果及讨论 3.1 铸锭熔炼结果 在启枪烘炉阶段,真空度不稳定,从启枪时的1.3 Pa以下降到了2.14 Pa,各枪电流随真空度的变化在波动,1~5号电子枪扫描轨迹全部扫射在TC4钛合金冷凝壳上,并调整形铺满整个冷凝壳,避免因局部表面过热造成铝元素的挥发损失.持续了35 min后真空度才趋于平稳,冷凝壳熔化并完成铸锭制底,共计耗时105 min. 在正常熔炼期间,炉内真空一直保持在0.8~10 Pa,各枪电流保持稳定,没有太大的波动,1~4号电子枪电流控制在8.0~8.5A,5号电子枪电流控制在(5.5±0.2)A,

6、7号电子枪电流控制在(5.0±0.2)A,扫描轨迹控制在结晶器内中心部位没有重叠.左右两侧进料速度基本同步,保持在9 mm/min,相差不大于2 mm/min.在此期间的熔炼速度为800 kg/h,一次性熔炼完成,中间没有停顿. 铸锭自然冷却4 h后破空放气出锭,铸锭表面颜色正常,经过刨铣后粗糙度Ra小于等于6.3 μm,超声波探伤无冷隔、气孔. 3.2 铝、钒元素在TC4钛合金冷凝壳中分布情况 为了验证本次试验第一排摆放料配料补偿铝元素挥发损失的配料理论与试验工艺的准确性,以及铝元素在TC4钛合金冷凝壳中分布情况,在熔炼后对冷凝壳中铝p钒元素含量进行测定.按照测出的TC4钛合金冷凝壳从化料部位(1|p2|和3|p4|电子枪扫射部分)到精炼区到溢流口(5|电子枪扫射部分)的顺序如表1所示. 表1 TC4钛合金冷凝壳中各分析点AlpV元素分析结果 Table Composition of Al and V in solid condensation shell of TC4 titanium alloy /% 部位 Al V 1|、2|电子枪 7.36 7.33 7.34 4.11 4.12 4.11 7.28 7.30 7.31 4.10 4.12 4.12 3|、4|电子枪 7.26 7.25 7.29 4.11 4.10 4.12 7.11 7.15 7.07 4.10 4.12 4.11 5|电子枪 6.77 6.68 6.81 4.12 4.15 4.16 6.38 6.30 6.40 4.14 4.17 4.16 从表1可以看出,TC4钛合金冷凝壳中铝p钒元素(从化料部位到精炼区到溢流口的顺序取样)从原料入口熔化到合金液体从溢流口流出,铝元素含量逐渐降低,由平均7.34%逐渐减少到6.82%,而钒元素含量没有变化,还略有增加.这是由于,TC4钛合金熔炼料(第一排摆放料中铝元素含量为7.50%)经过电子束长时间的加热熔化后,挥发了部分铝元素,随着液态TC4合金由化料区向精炼区流动的过程中,合金熔体不断地接受电子束的加热,保持高温的熔体中铝元素持续挥发,导致其质量分数不断下降.在溢流口处,5号电子枪在此进行精炼和导流,铝元素的质量分数下降得更快,而钒元素的含量没有明显的波动,还略有增加.再次说明了第一排摆放料配料分析与试验相吻合,验证了本次试验补偿铝元素挥发损失的配料理论与试验工艺的准确性. 3.3铸锭化学成分分析 TC4钛合金铸锭熔炼完成冷却4 h后,经过铣削与锯切加工,再分别在铸锭多个径向和轴向面多点取样,进行化学成分,得出表2所示的各元素成分分布数据. 表2 TC4钛合金铸锭径向和轴向OpNpAlpV元素含量 Table

2 Composition of O, N, Al, and V in radial/axial direction of ingot of TC4 titanium alloy /% 部位 元素

1 2

3 4

5 6

7 8

9 径向 O 0.111 0.116 0.112 0.120 0.130 0.128 0.118 0.116 0.126 N 0.006 0.003 0.004 0.004 0.006 0.006 0.008 0.004 0.007 Al 6.35 6.28 6.27 6.38 6.10 6.19 6.32 6.05 6.13 V 3.95 3.92 3.87 4.03 4.06 4.10 3.98 4.08 4.29 轴向 O 0.117 0.114 0.122 0.118 0.121 0.115 0.138 0.128 0.130 N 0.006 0.005 0.003 0.005 0.007 0.006 0.009 0.004 0.004 Al 5.38 5.87 5.41 5.59 6.20 6.46 6.53 6.44 6.36 V 4.07 3.88 3.93 4.17 4.05 4.09 4.15 3.89 4.18 由表2可知,本次试验TC4钛合金铸锭OpNpAlpV元素含量都符合国标要求,在国标规定范围内.钒元素径向和轴向的含量没有明显的波动,还略有增加.铝元素的含量径向没有明显变化,比较均匀,熔炼效果良好,而轴向有所下降,最终逐渐平稳.这是由于,在刚开始熔炼阶段,在冷床中建立熔池,要对原料进行预热,TC4钛合金熔体长时间保持高温状态,铝元素挥发损失较为严重,第一排摆放料配料采用铝元素7.50%补偿了TC4钛合金冷凝壳和锭头部分铝元素的挥发损失;