鈦鋁基合金扁錠冷坩堝定向凝固工藝研究.pdf

1、冷坩堝電磁約束成形與定向凝固技術對于探索高質量鈦鋁基合金的制備成形具有重要意義。本文在設計并制造大寬厚比(3：1)扁形水冷銅坩堝的基礎上,通過對冷坩堝內磁場分布的測量和研究,與原有大寬厚比(2.5：1)冷坩堝進行了比較,并分別運用這兩種不同寬厚比的冷坩堝對鈦鋁基合金進行了定向凝固實驗,獲得了具有定向凝固組織的鈦鋁基合金扁錠。利用小線圈法測量了冷坩堝內空載時不同位置、不同功率下的磁場分布規(guī)律。在冷坩堝內部截面輪廓線上,磁感應強度在窄邊區(qū)域

2、較大,在窄邊開縫附近磁場較強,在寬邊中間開縫附近磁場較大,向兩側未開縫處遞減,即磁感應強度的分布不再是簡單的馬鞍型,而是呈“W”或者多“W”形,但總體來說相差不是太大,坩堝內部磁場分布比較均勻。磁場強度沿坩堝軸向變化較大,且最大值出現在線圈高度中部,然后向兩端衰減,向上衰減緩慢,向下衰減卻劇烈；磁場強度隨功率的增大而增加,越靠近線圈高度中部,磁場強度增加幅度越大,而兩端增加幅度則較小。通過定向凝固實驗對比研究,在減薄壁厚,優(yōu)化開縫結構和

3、開縫布局的情況下,大寬厚比(3：1)扁形冷坩堝的效率得到了大幅度的提高,和原有的寬厚比2.5：1的冷坩堝相比,可以減少功率消耗近40%,這滿足了在現有設備功率條件下,能充分提高熔體過熱度的要求。用寬厚比2.5：1和3：1的冷坩堝對鈦鋁基合金分別進行了定向凝固實驗。觀察和分析了試樣粘連、駝峰崩濺、表面褶皺等缺陷的形成機理和預防措施。分析了抽拉速度、底托引料和線圈的相對位置、引料和上送料棒的相對位置等工藝參數對坯錠表面質量的影響。采用2.5

4、：1的冷坩堝,對Ti4Al3Si(at%)定向凝固時發(fā)現在功率62 - 65kW ,抽拉速度0.8 -1.4mm/min,引料頂部在線圈中間位置,引料和上送料棒間距14-18mm的參數下,鑄錠表面質量較好,內部組織定向性也較好；采用3：1的冷坩堝,對Ti50Al(at%)進行定向凝固時發(fā)現在功率35-40kW,抽拉速度1-2mm/min,引料頂部位于線圈中部,引料和上送料棒間距15-20mm的參數下鑄錠表面質量較好,內部組織定向性也較好

5、。通過凝固設備的淬火機構淬火,保留了凝殼形貌,分析了凝殼的形成方式和作用,描述了冷坩堝定向凝固機理。結合凝殼形貌分析了固液界面空間形態(tài),固液界面在空間上是一個近“U”形曲面,曲面底部沿寬邊隨縫布局出現波浪式起伏,在窄邊區(qū)域近似于平直,在寬邊中部區(qū)域,固液界面兩側稍微上翹,并且隨著抽拉速度的增大固液界面趨于平直。最后分別研究了Ti43Al3Si(at%)和Ti50Al(at%)的微觀組織,測試了室溫拉伸性能和微觀硬度,定向區(qū)為全片層(α2