VAR法熔炼钛合金补缩过程温度变化规律研究
发布时间:2014-12-08 08:19
作者:互联网
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真空自耗电弧
熔炼(VAR)法作为目前
生产钛合金铸锭的主要方法已在国内外
钛合金生产单位广泛应用,加强其
冶金过程
控制,尤其是成品熔炼补缩
阶段的控制是提高铸锭成分均匀性和成品率的关键。补缩过程中存在诸多影响因素,其中温度场的影响最为明显。近年来,国内外学者采用数值
模拟的方法对VAR 熔炼过程进行了一系列的研究,但是对补缩过程的研究鲜有报道。因此,采用数值模拟软件,运用有限元方法研究分析VAR 法熔炼钛合
金补缩过程的温度场分布以及固液两相区的变化情况,探讨补缩过程中熔池形貌的变化规律具有重要意义。
旨在通过对该过程的深入研究,优化补缩
工艺参数,为高均质钛合金铸锭的生产提供帮助。补缩是成品熔炼时提高铸锭成品率的有效措施,通过逐渐降低电流,可以使得铸锭中
气孔不断上升。补缩过程可具体分为两个阶段,分别是降电流阶段和小电流保温阶段。降电流阶段是指电流由稳定熔炼时刻的值逐渐降低直到最小;小电流保温阶段是指熔速为0的阶段,是通过小电流烘烤使得铸锭头部成分均匀化的过程。基于上述理论,作出以下假设:①
坩埚外壁
冷却水的温度是恒定的,忽略熔炼过程中冷却水温度的升高;②熔池表面是平面,不考虑熔池流动对温度分布的影响;③铸锭与坩埚之间为理想
热传导,不考虑铸锭凝固过程中的收缩
行为。选用ANSYS12.0有限元分析软件中的solid231热单元,采用
APDL参数化编程,运用生死单元模拟瞬态熔炼过程。参数化设计语言APDL用智能分析的手段定义模型和
载荷并进行求解及结果解释。计算中以应用最为广泛、参数最为齐全的TC4钛合金为研究对象。具体模型尺寸和工艺参数见表1。VAR 法熔炼钛合金过程的温度场模拟主要涉及3种边界条件:熔池表面热传导、坩埚外壁的对流换热以及熔池上部的
热辐射。表1 VAR过程的主要参数
铸锭 规格/mm | 坩埚 尺寸/mm | 坩埚 壁厚/mm | 冷却水 温度/K | 对流换热系数/W·(m2·K)-1 | 熔炼 电流/kA | 熔炼速率 /kg·min-1 | Cu辐射率 | TC4辐射率 |
720×2900 | 720×3200 | 10 | 300 | 3400 | 19~34 | 16~36 | 0.9 | 0.5 |
研究结果: (1)与补缩前
相比,补缩阶段辐射
散热对于坩埚内热量分布影响增大;补缩前糊状区径向温度梯度远远大于轴向,并且越接近熔池边缘越大。 (2)补缩阶段电流的下降方式对熔池形貌有极大影响。采用直线降电流方式使得整个补缩过程一直保持较快的凝固速率,不利于成分均匀;采用阶段降电流方式熔池温度变化缓慢,有利于杂质溶解上浮和成分均匀。(3)工艺参数对
冒口形成的影响表现为熔速增大,形成的冒口较大;熔炼电流增大,形成的冒口也较大。(晓红)
备注:数据仅供参考,不作为投资依据。