大功率电子束冷床EB炉国产化及钛合金熔炼技术研发

电子束加工技术及其应用

广东白云学院 先进制造技术论文 题目：电子束加工技术及其应用 专业：机械设计制造及其自动化（数控方向） 班级： 07数控本科 姓名：林华英 学号： 0701012229

摘要 (1) 引言 (1) 一.电子束技术在国内外的发展现状 (1) 多轴控制的基本概念： (2) 二.多轴控制特点 (2) 1、 5轴控制加工中心的加工特点： (2) 2、 6轴控制加工中心的加工特点： (3) 3、 6轴控制特点如下： (3) 三.发展趋向。 (3) 1、用5轴控制加工的NURBS插补 (3) 2、利用二次曲面头立铣刀作5轴控制加工 (4) 四.结论 (4) 五.参考文献 (4)

摘要 电子束加工技术是近年发展起来的一种先进制造技术,其在材料表面改性、机械加工等方面的应用已受到广泛关注。主要介绍电子束在表面工程、打孔和焊接等方面的应用。 关键词：电子束;加工原理;工业应用 引言 近年来,许多国家对电子束加工原理及方法进行了大量的实验研究,并在工业上得到一定的实际应用,使得该技术得到了飞速发展。本文主要针对电子束加工技术的研究现状和应用进行理论分析和探讨。 发展、 一.电子束技术在国内外的发展现状 1948 年 ,德国物理学家Steigerwald K. H 发明了第一台电子束加工设备 (主要用于焊接) 。1949年 ,德国首次利用电子束在厚度为0. 5mm 的不锈钢板上加工出直径为<0. 2mm 的小孔。从而开辟了电子束在材料加工领域的新天地。1957年法国原子能委员会萨克莱核子研究中心研制成功世界上第一台用于生产的电子束焊接机,其优良的焊接质量引起人们广泛重视。 20世纪60年代初期,人们已经成功地将电子束打孔、铣切、焊接、镀膜和熔炼等工艺技术应用到各工业部门中，促进了尖端技术的发展。微电子学的发展对集成电路元件的集成度要求不断提高,因而对光刻工艺提出了更高的要求，扫描电子束曝光机研制成功，并在20世纪70年代进入市场 ,使得制造掩膜或器件所能达到的最小线宽已小于 0. 5 μm。 近年来，国外对电子束焊接及其他电子束加工技术的研究主要在于以下几个方面：1）完善超高能密度电热源装置；2）掌握电子束品质及与材料的交换行为特性，改进加工工艺技术；3）通过计算机CNC控制提高设备柔性以扩大应用领域。 我国自20世纪60年代初期开始研究电子束加工工艺，经过多年的实践，在该领域也取得了一定成果。大连理工大学三束材料改性国家重点实验室，采用电子束对材料表面进行照射，研究其对材料表面的改性。郝胜志等以纯铝材为基础研究材料，深入研究不同参数的脉冲电子束轰击处理对试样显微结构和力学性能的影响规律，进而获得强流脉冲电子束表面改性的一些微观物理机制，通过载能电子与固体表面的相互作用过程，建立较为合理的实际加工中的物理模型，利用二维模型数值计算方法模拟计算试样

工业冷床炉

一、简介 20世纪中期以来，真空自耗电弧炉（Vacuum arc Remelting ）VAR一直是熔炼钛合金的主要方法。航空用的一般钛合金构件一般需要熔炼两次，发动机转子等关键部件需要三次熔炼。钛合金最严重的冶金缺陷是低密度的夹杂物和高密度的夹杂物，而他们的熔点远高于钛合金融化时的熔体温度，即使使用三次VAR熔炼也很难完全消除杂质。Rudinger的研究结果表明，尺寸为0.6mm的WC颗粒经过三次VAR也无法充分溶解。 多起灾难性航空事故的发生，都与钛的冶金缺陷有直接的关系。折旧促使航空发动机制造商和钛制造商寻求其他的方法来解决这一问题。其中重要的途径就是引入了称之为迄今最新进的钛合金冶炼技术-冷床炉熔炼（CHM，Cold Hearth melting）技术。 根据热源不同，可以分为等离子（plasma arc,PA）和电子束(Electron beam,EB)冷床炉.电子束冷床炉起源于1963年，用电子束冷床炉，加真空自耗电弧炉（EBCHM+VAR）生产转动部件始于1988年。随后，用等离子冷床炉，加真空自耗熔炼（PACHM+VAR）也取得了较好的提纯效果。 二、原理、工艺流程与除杂 三、国内工业化冷床炉的发展 目前我国的冷床炉冶炼设备并不多，西北有色研究院从德国购置了功率为500Kw的电子束冷床炉； 北京航空材料研究院引进了美国Retech公司制造的600KwPAM525等离子冷床炉。两台都是小型熔炼设备，用以科研和试验用。 对于工业化的大型冷床炉只有宝钛和宝钢特钢拥有相关的设备。宝钛的电子书冷床熔炼炉功率为2400Kw，可熔炼圆锭和扁锭。 宝钢特钢的等离子冷床炉是国内第一台工业用PA炉，功率3300Kw，具有4支等离子枪，年产能力1500吨。该炉采用块状料进料，块料经过压制好后，无需焊接，就可直接放入料室，料室共两个，可以轮流向熔炼室供料，达到连续冶炼的目的。 块料被等离子枪融化后，经融化冷床，初级精炼冷床、次级精炼冷床，流入坩埚，最后凝固成圆锭或扁锭。圆锭直径可达660mm，最大重量为7吨，扁锭截面尺寸为330*750mm，最大重量为5吨。 为节约冶炼用原料成本，回收使用等离子-氦气，该设备还配套一套氦气回收系统，回收率设计为95%。 宝钢特钢的电子束冷床炉是国内第二台工业用EB炉，功率达到3200KW，有4支电子枪，年产能力3000吨。进料系统除了块料进料系统外，还有散料进料系统。钛及钛合金的块料回收料，处理后（<120mm）可作为原料进行熔炼。两个散料进料室同样可以转换装料，进料。具有熔化冷床和精炼冷床，可熔炼圆锭和扁锭。圆锭直径可达860mm，最大重量为12吨。扁锭界面尺寸为400*1200mm，最大重量为10吨。

TC4电子束熔炼的XRD分析

Evaluating the Effect of Processing Parameters on Porosity in Electron Beam Melted Ti-6Al-4V via Synchrotron X-ray Microtomography ROSS CUNNINGHAM,1,3SNEHA P.NARRA,2TUGCE OZTURK,1 JACK BEUTH,2and A.D.ROLLETT1 1.—Department of Materials Science and Engineering,Carnegie Mellon University,Pittsburgh, PA,USA.2.—Department of Mechanical Engineering,Carnegie Mellon University,Pittsburgh, PA,USA.3.—e-mail:rwcunnin@https://www.sodocs.net/doc/f913373521.html, Electron beam melting(EBM)is one of the subsets of direct metal additive manufacturing(AM),an emerging manufacturing method that fabricates metallic parts directly from a three-dimensional(3D)computer model by the successive melting of powder layers.This family of technologies has seen signi?cant growth in recent years due to its potential to manufacture complex components with shorter lead times,reduced material waste and minimal post-processing as a‘‘near-net-shape’’process,making it of particular interest to the biomedical and aerospace industries.The popular titanium alloy Ti-6Al- 4V has been the focus of multiple studies due to its importance to these two industries,which can be attributed to its high strength to weight ratio and corrosion resistance.While previous research has found that most tensile properties of EBM Ti-6Al-4V meet or exceed conventional manufacturing standards,fatigue properties have been consistently inferior due to a signi?- cant presence of porosity.Studies have shown that adjusting processing parameters can reduce overall porosity;however,they frequently utilize methods that give insuf?cient information to properly characterize the porosity(e.g.,Archimedes’method).A more detailed examination of the result of process parameter adjustments on the size and spatial distribution of gas porosity was performed utilizing synchrotron-based x-ray microtomography with a minimum feature resolution of1.5l m.Cross-sectional melt pool area was varied systematically via process mapping.Increasing melt pool area through the speed function variable was observed to signi?cantly reduce porosity in the part. INTRODUCTION Electron Beam Melting(EBM)Additive Manufacturing(AM) Additive manufacturing(AM)encompasses a wide range of technologies that utilize a layer-wise approach to manufacture near-net-shape parts from a computer generated three-dimensional(3D)model.1One subset of these,the powder bed-based systems,have gener-ated signi?cant interest due to the recent availability of commercial systems,and their potential to manu-facture complex parts with high resolution and dimensional tolerance.1,2These machines utilize an energy beam to selectively melt areas on a uniformly spread powder bed,sequentially building parts layer by layer.These types of systems are distinguished by their energy source,which is either a laser in selective laser melting(SLM)systems,or an electron beam in electron beam melting(EBM)systems.While SLM and EBM systems share many properties and challenges,there are some de?ning differences between the two:for example,EBM systems operate in a vacuum,whereas SLM systems use an inert atmosphere.This study focuses on the EBM systems,speci?cally an Arcam A2. JOM,Vol.68,No.3,2016 DOI:10.1007/s11837-015-1802-0 ó2016The Minerals,Metals&Materials Society (Published online January19,2016) 765

电子束冷床炉熔炼技术

电子束冷床炉熔炼技术 电子束冷床炉熔炼（ＥｌｅｃｔｒｏｎＢｅａｍＣｏｌｄＨｅａｒｔｈＭｅｌｔｉｎｇ—ＥＢＣＨＭ）技术，是２０世纪七八十年代发展起来的新型熔炼方法。ＥＢＣＨＭ技术是一种把电子束和冷炉床结合，在高真空下进行熔炼的冶金技术。与真空自耗重熔不同，其主要特征是用一个可以进行精炼的冷炉床把原料或电极的熔化和铸锭浇铸分开。以电子枪的强流电子束作为熔炼热源，使金属熔化，熔融的金属液在特殊设计的冷炉床（即一种比较浅的狭长水冷铜质坩埚）里流动，进行精炼、净化后流入铸模（即配置拉锭机构的水冷结晶器）顺序凝固结晶形成铸锭。 电子束冷床炉熔炼技术经过近四十年的发展，已经超出了传统的冶金操作技术的范畴，成为当代战略金属钛冶金科学技术的一个重要发展前沿，是活性金属以及高熔点金属的提纯和净化能以经济的方式进行工业化大规模生产的主要技术手段，是国民经济和国防建设中一种新兴的，具有重要战略意义的高科技材料产业。该项技术在钛冶金领域所蕴含的独特的技术经济优势主要有： （１）能够单独调控钛合金处于熔融状态的时间，而不影响铸锭中凝固的那一部分金属液，从而创造更好的精炼条件，使富Ｎ、富Ｏ的夹杂物通过分解的方式得以去除使得合金净化，又不致造成像真空自耗重熔铸锭那样深的熔池，有效避免熔质元素偏析。 （２）能够很方便地利用重力分离的机制，使采用返回料可能夹带的ＷＣ刀具碎块和电极焊接Ｗ夹杂等高比重夹杂物下沉，落入冷炉床凝壳的糊状区而得以去除，不致流入铸锭。 （３）可以直接浇铸成如扁锭、棒条等非轴对称铸锭，比大型圆锭更适合轧制成平面产品（如厚板、薄板和条带），使产品更具竞争力。 （４）能够很有效地利用各种形式的返回料，有利于资源的保护和可持续利用。（５）便于使用各种在线传感器，对熔化精炼过程进行实时的监测和控制，使这种复杂的高技术装置运行的稳定性与重复性有了可靠保证，并有利于工艺的优化。 电子束冷床炉熔炼设备的关键器件是电子枪，电子束具有很高的能量密度（103~106Ｗ／ｃｍ２），可以达到很高的温度，能够熔化一切金属，并且在真空条件下（＜１０－３Ｐａ）运行，能够充分地去除各种有害杂质和气体，特别适合于熔炼活性金属（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｈｆ）和难熔的高熔点金属（Ｗ，Ｍｏ，Ｔ

电子束加工的研究现状及其发展趋势

电子束加工的研究现状及其发展趋势 电子经过汇集成束。具有高能量密度。它是利用电子枪中阴极所产生的电子在阴阳极间的高压（25-300kV）加速电场作用下被加速至很高的速度（0.3-0.7倍光速），经透镜会聚作用后，形成密集的高速电子流。.电子束焊是用会聚的高速电子流轰击工件，将电子束动能直接转化为热能，实现焊接。电子束焊正因为它的高能量密度，焊接速度快，加热范围窄， 热影响区小，加热冷却速度极快等优点而受到越来越广泛的应用。由于电子束加热过程贯穿整个焊接过程的始终，一切焊接物理化学过程都是在热过程中发生和发展的。焊接温度场决定了焊接应力场和应变场，还与冶金、结晶、相变过程密不可分，使之成为影响焊接质量和生产率的主要因素。因此，有必要对电子束焊温度场进行研究，这也是进行焊接冶金分析、应力应变分析与对焊接过程进行控制的基础。 电子束焊接作为一种高能束加工方法，在生产应用中具有重要地位。电子束焊温度场决定了焊接应力场和应变场，是影响焊接质量和生产率的主要因素。介绍了电子束焊温度场模型，在分析了点热源、线热源模型的基础上，指出点热源模型仍是研宄焊接温度场的基础，同时介绍了其它几种考虑电子束小孔效应的温度场模型。讨论了计算温度场的热源模式，给出以高斯函数分布和双椭圆体能量密度分布的两种热源模式。列举了热物理参数、相变潜热、熔池流动等影响温度场的因素。认为基于解析解法的复杂性和计算机的飞速发展，数值解法将在温度场研宄中发挥更加重要的作用。电子束焊温度场模型对于焊接热过程的研究早在40年代就已经开始。Rosenthal分析了移动热源在固体中的热传导。之后，苏联的雷卡林又进行大量的工作。建立了如下的数学物理模型： （1)热源集中于一点、一线或一面； （2)材料无论在何温度下都是固体，无相变； （3材料热物性参数不随温度变化； （4焊接物体的几何尺寸是无限的。 然而这些都是系统性的论述我们应该在此基础上论述此技术在某些领域的应用，及其原理方法首先电子束焊热源模式焊接热过程的准确性在很大程度上依赖于建立合理的热输入模式。在高能束焊中用于预测温度场的最广泛的模型是点热源和线源模型，尤其是点源模型是迄今为止焊接温度场分析的基础。但是电子束焊作为一种高能束焊与普通电弧焊有明显的不同。电子束焊中束孔的形成，使得焊接加热方式发生了很大的变化。其主要的的公式原理来源： 高斯分布热源模型 高斯函数的热流分布是一种比点热源更切实际的热源分部函数，应用广泛，它将热源按高斯函数在一定范围内分布，以往建立的许多温度场模型中都采用了高斯分布这种热源分布模式，其函数为[8]:q(r) = 3Q exp (—3r2/a2)Kaa)式中，（r)为半径r处的表面热流；为热流分布函数；Q为能量功率；r为距热源中心的距离。电子束功率并非总是满足高斯模式，有些研究者在高斯模式基础上对其加以改进，增加电子束斑点加热中心区的比热流，相应改变加热边缘的比热流，同时保持热源输入的总能量与高斯模式相同。 随着世界制造业的快速发展，焊接技术应用越来越广泛，焊接技术水平也越来越高在飞机制造领域，作为下一代飞机制造的主要连接方法，先进焊接技术替代铆接技术已经成为了趋势电子束焊接主要用于变速箱齿轮、行星齿轮框架、

钛合金及其热处理实用工艺简述

钛合金及其热处理工艺简述 钛业股份：新林 摘要：本文对钛及其合金的基本信息进行了简要介绍，对钛的几类固溶体划分进行了简述，对钛合金固态相变也进行了概述。重点概述了钛合金的热处理类型及工艺，为之后生产实习中对钛合金的热处理工艺认识提供指导。 关键词：钛合金，热处理 1 引言 钛在地壳中的蕴藏量位于结构金属的第四位,但其应用远比铜、铁、锡等金属滞后。钛合金中溶解的少量氧、氮、碳、氢等杂质元素,使其产生脆性,从而妨碍了早期人们对钛合金的开发和利用。直至二十世纪四五十年代,随着英、美及联等国钛合金熔炼技术的改进和提高,钛合金的应用才逐渐开展[5]。 纯钛的熔点为1668℃,高于铁的熔点。钛在固态下具有同素异构转变,在882.5℃以上为体心立方晶格的β相,在882.5℃以下为密排六方晶格的α相。钛 合金根据其退火后的室温组织类型进行分类,退火组织为α相的钛合金记为TAX,也称为α型钛合金；退火组织为β相的钛合金记为TBX,也称为β型钛合金；退火组织为α+β两相的钛合金记为TCX,也称为α+β型钛合金,其中的“X”为顺序号。我国目前的钛合金牌号已超过50个,其中TA型26个,TB型8个以上,TC 型15个以上[5]。 钛合金具有如下特点： （1）与其他的合金相比,钛合金的屈强比很高,屈服强度与抗拉强度极为接近； （2）钛合金的密度为4g/cm3,大约为钢的一半,因此,它具有较高的比强度； （3）钛合金的耐腐蚀性能优良,在海水中其耐蚀性甚至比不锈钢还要好； （4）钛合金的导热系数小,摩擦系数大,因而机械加工性不好；

（5）在焊接时,钛合金焊缝金属和高热影响区容易被氧、氢、碳、氮等元素污染,使接头性能变坏。 在熔炼和各种加工过程完成之后,为了消除材料中的加工应力，达到使用要求的性能水平，稳定零件尺寸以及去除热加工或化学处理过程中增加的有害元素(例如氢)等,往往要通过热处理工艺来实现。钛合金热处理工艺大体可分为退火、固溶处理和时效处理三个类型。由于钛合金高的化学活性,钛合金的最终热处理通常在真空的条件下进行。热处理是调整钛合金强度的重要手段之一。 2 钛合金的合金化特点 钛合金的性能由Ti同合金元素间的物理化学反应特点来决定，即由形成的固溶体和化合物的特性以及对α?β转变的影响等来决定。而这些影响又与合金元素的原子尺寸、电化学性质（在周期表中的相对位置）、晶格类型和电子浓度等有关。但作为Ti合金与其它有色金属如Al、Cu、Ni 等比较，还有其独有的特点，如： （1）利用Ti的α?β转变，通过合金化和热处理可以随意得到α、α+β和β相组织； （2）Ti是过渡族元素，有未填满的d电子层，能同原子直径差位于±20％以的置换式元素形成高浓度的固溶体； （3）Ti及其合金在远远低于熔点的温度中能同O、N、H、C等间隙式杂质发生反应，使性能发生强烈的改变； （4）Ti同其它元素能形成金属键、共价键和离子键固溶体和化合物。 Ti合金合金化的主要目的是利用合金元素对α或β相的稳定作用，来控制α和β相的组成和性能。各种合金元素的稳定作用又与元素的电子浓度（价电子数与原子的比值）有密切关系，一般来说，电子浓度小于4的元素能稳定α相，电子浓度大于4的元素能稳定β相，电子浓度等于4的元素，既能稳定α相，也能稳定β相。 工业用Ti合金的主要合金元素有Al、Sn、Zr、V、Mo、Mn、Fe、Cr、Cu和Si 等，按其对转变温度的影响和在α或β相中的固溶度可以分为三大类：α稳定元素、β稳定元素、中性元素[6,7]。

最新电子束熔炼炉的研制

新型电子束熔炼炉的研制

图1 电子束炉结构简图 摘要：本文介绍了新型电子束熔炼炉技术参数、结构、性能及其特点。 关键词：电子束熔炼炉；结构；特点 随着科学技术的迅速发展，对高纯金属及合金的需要量越来越多，常规的冶炼方法已很难满足要求，而真空电子束熔炼是一种有效提纯方法，特别是对于在冶炼温度下具有较低蒸汽压的金属和合金更为有效。 高科技的发展对材料的性能提出了新的要求，而材料新功能的发现和应用又可促进高科技的发展，因此，作为材料基础的金属就成了材料科学的主要研究对象之一。但是，金属本性特征的揭示和应用又往往由于其中杂质的存在而受到影响，只有对金属进行深度净化提纯，才能进一步揭示其原来的本性特征，从而发现其新的功能和开拓新的应用。这就是目前金属提纯成为现代材料科学研究领域中热门课题的主要原因。世界各国极为重视金属材料高纯化的研究，借以开发材料的新功能，满足高科技的需要。在上世纪九十年代，电子束在国外已成为一种新型工业熔化金属的动力源，电子束熔化工艺导致了新一代金属材料的产生。 北京有色金属研究总院主要从事新金属材料的研究，进行新产品的研制和生产，如Ta、Nb、Mo、Ti、Cr、Cu等。作为超导线的基体材料所采用的高纯铜，必须具有很高的纯度（99.99%以上），而且要求结构致密，无气孔等缺陷。1964年，北京有色金属研究总院研制成功的120kW电子束熔炼炉，在近四十年的实际使用过程中，北京有色金属研究总院对其各部件不断进行改进。1987年，成功改造成200kW电子束熔炼炉。1988年，获得电子枪和送料机构两项实用新型专利。在进行新材料研究和超导研究工作中发挥了重要作用。其间，自主研制成功的电子束熔炼炉在多项新材料研究工作中得到应用，如：钼电极的电子束熔炼研究、Ta、Nb、Wu、Mo、Cr、Ti等难熔金属的熔炼和提纯。它一直正常运转了近四十年，创造了巨大的经济效益。今天，北京有色金属研究总院总结近四十年的实践经验，结合近代真空设备和电器控制元件的最新发展，重新设计出高水平、大容量和外表美观的不锈钢新型电子束熔炼炉，最大功率可达300kW。 1、工作原理 电子束熔炼是一种特殊的真空冶金设备。利用炉中的电子枪可将几十至数百kW的高能电子束聚焦在1cm2左右的焦点上，产生3500°C以上的高温。当高能电子束聚焦在欲熔炼的钨、钼、钽、铌、锆等难熔金属原料上时，就能够将这些金属熔化，达到熔炼或提纯的目的。由于高温区域有限，熔化的金属需要一点一点地滴入下面的熔池，经结晶器冷却，凝固成锭。在高真空和高温的作用下，液态金属中的气体和杂质大量蒸发。从而得到高纯度的致密的凝固态金属锭。 电子束熔炼炉是高温难熔金属熔炼和提纯的专用设备。电子束熔炼在高真空下进行，熔炼时的过热温度高，维持液态的时间长，使材料的精炼提纯作用得以充分有效地进行。电子束熔炼时，材料主要发生脱气、分解、脱氧、金属杂质的挥发和不熔杂质的上浮等。其中，不熔杂质上浮而富集在铸锭顶部，可在切头时去除。 在真空下，电子枪的阴极被加热产生热电子逸出。在加速电压（大于20kV）的作用下，热电子向阳极（零电位）加速运动。由于聚束极的作用，电子束从阳极的中心孔通过，向下继续运动，经磁聚焦透镜的多次聚焦和磁偏转扫描透镜的调节，使电子束准确而集中地轰击到原料棒的表面。在原料和熔池表面产生3000°C以上的温度，原料的表面被加热、熔化、滴入熔池中。熔池就是锭上端的熔化部分，其周围是水冷铜坩埚（结晶器）。由于电子束的加热作用，熔池保持不断地上下、内外对流。随着熔化的原料不断滴入，熔池表面不断上升，拖锭装置又将锭不断向下拉动，使熔池

浅谈钛合金现代熔炼技术

浅谈钛合金现代熔炼技术 随着科学技术的发展以及人民生活水平的提高，钛在工业生产、航空航天、国防军工以及日常生活中的应用越来越多，从而对钛及钛合金材质和性能的要求越来越高，而钛合金原料的熔炼无疑是最重要最关键的一环，其熔炼的优劣直接影响到后续加工的成品的性能指标是否达到产品要求，从而推动了钛合金现代熔炼技术的发展，其中包括电子束、等离子冷床炉等新技术的发展，为提高钛合金铸锭的冶金质量和力学性能创造了良好的条件和基础。 1、钛合金熔炼方法 1.1 真空自耗电弧炉熔炼法(简称VAR法) 随着真空技术的发展和计算机的应用，VAR法很快成为钛的成熟的工业生产技术，今天的钛及其合金铸锭绝大部分是使用此方法生产的。VAR法显著特点是功率消耗低、熔化速度高和良好的质量重现性，VAR法熔炼的铸锭具有良好的结晶组织和均匀的化学成分。通常，成品铸锭应由VAR法熔炼制得．至少要经过两次重熔。 用VAR法生产钛铸锭，世界各国生产厂家使用的工艺基本相似，差别在于使用不同的电极制备方式和设备．电极制备可分为三大类，一是采用按份加料连续压制的整体电极，排除了电极焊接工序：二是单块电极压制，拼焊成自耗电极。并通过等离子氩弧焊或真空焊焊接成一体；三是利用其它熔炼法制备铸造电极。 现代先进的VAR炉的技术特点和优势：(1)全同轴功率输入，也就是说整个炉体高度上的完全同轴性，称同轴供电’，减少偏析现象的产生；(2)坩埚内电校可在X 轴向/Y轴向上微调；(3)具有精确的电极称重系统，熔炼速率得到自动控制，实现了恒速熔炼’。保证了熔炼质量；(4)保证每次熔炼的重复性和一致性；(5)灵活性，即一台炉子能够生产多种锭型以及铸锭的大型化，可大幅度提高生产率；(6)具有良好的经济性。 “同轴供电”方式可以避免因坩埚供给电流不平衡所造成的磁偏漏．减弱或消除感应磁场对熔炼产品的不利影响．并且提高了电效率，从而获得质量稳定的铸锭。 “恒速熔炼”的目的是为了提高铸锭质量，通过先进的电控系统和重量传感器来确保熔炼过程中电弧的长度和熔化速率的恒定，从而控制了凝同过程。可以有效的防止偏析现象，保障了铸锭的内在质量。 现代钛熔炼用VAR炉除具有以上两大特点外，还实现了VAR炉的大型化，现代VAR炉可熔炼直径为1．5m,重32t的大型铸锭．vAR法是现代钛及钛合金标准的工业熔炼法．还有以下技术需要解决．第一，电极制备方法．制备电极工艺非常繁琐．需要用昂贵的压力机将海绵钛、中间合金和返回残料压制成整体电极或单块小电扳．单块电极还需要焊接成自耗电极．同时为了保证自耗电极成分的均匀性，还需要配置布料、称料、混料等相应的设施。第二，偶尔存在的偏析等冶金缺陷．如成分偏析和凝固偏析。前者是由于杂质元素或合金元素在电极中分布不均匀．熔炼时来不及平衡分布就凝固所产生；后者是由于原料或工艺过程偶尔带入了高密度夹杂物(HDI) 和低密度夹杂物(LDI），这些夹杂物质在熔炼过程中无法彻底溶解，从而导致产生危害极大的夹杂等冶金缺陷。 1.2 非自耗真空电弧炉熔炼法(简祢NC法) 目前，水冷铜电极已经取代了钛工业起步阶段的钨一钍台金电投或石墨电扳，解决了工业污染问题，从而使NC法成为熔炼钛及钛台金的重要方法，几吨级的NC炉已在欧美运转。水冷铜电极分为两种类型：一种是自旋转的；另一种是旋转磁场的，其目的在于防止电弧对电极的烧损。NC炉也可分为两种：一种是在水冷铜坩埚内熔炼原料，在水冷铜模中浇铸成铸锭；另一种是在水冷铜坩埚内连续投人原料，熔炼和凝固。 NC法熔炼的优点是：①可以省去压制电极和焊接电极工序；②可以使电弧在物料上停留较长时间，从而提高铸锭成分均匀化程度；③可以使用不同形状和尺寸的原料，在熔炼过程

钛合金及其热处理工艺简述

钛合金及其热处理工艺简述 宝鸡钛业股份有限公司：杨新林 摘要：本文对钛及其合金的基本信息进行了简要介绍，对钛的几类固溶体划分进行了简述，对钛合金固态相变也进行了概述。重点概述了钛合金的热处理类型及工艺，为之后生产实习中对钛合金的热处理工艺认识提供指导。 关键词：钛合金，热处理 1 引言 钛在地壳中的蕴藏量位于结构金属的第四位,但其应用远比铜、铁、锡等金属滞后。钛合金中溶解的少量氧、氮、碳、氢等杂质元素,使其产生脆性,从而妨碍了早期人们对钛合金的开发和利用。直至二十世纪四五十年代,随着英、美及苏联等国钛合金熔炼技术的改进和提高,钛合金的应用才逐渐开展[5]。 纯钛的熔点为1668℃,高于铁的熔点。钛在固态下具有同素异构转变,在882.5℃以上为体心立方晶格的β相,在882.5℃以下为密排六方晶格的α相。钛合金根据其退火后的室温组织类型进行分类,退火组织为α相的钛合金记为TAX,也称为α型钛合金；退火组织为β相的钛合金记为TBX,也称为β型钛合金；退火组织为α+β两相的钛合金记为TCX,也称为α+β型钛合金,其中的“X”为顺序号。我国目前的钛合金牌号已超过50个,其中TA型26个,TB型8个以上,TC 型15个以上[5]。 钛合金具有如下特点： （1）与其他的合金相比,钛合金的屈强比很高,屈服强度与抗拉强度极为接近； （2）钛合金的密度为4g/cm3,大约为钢的一半,因此,它具有较高的比强度； （3）钛合金的耐腐蚀性能优良,在海水中其耐蚀性甚至比不锈钢还要好； （4）钛合金的导热系数小,摩擦系数大,因而机械加工性不好； （5）在焊接时,钛合金焊缝金属和高热影响区容易被氧、氢、碳、氮等元素污染,使接头性能变坏。 在熔炼和各种加工过程完成之后,为了消除材料中的加工应力，达到使用要求的性能水平，稳定零件尺寸以及去除热加工或化学处理过程中增加的有害元素(例如氢)等,往往要通过热处理工艺来实现。钛合金热处理工艺大体可分为退火、固溶处理和时效处理三个类型。由于钛合金高的化学活性,钛合金的最终热处理通常在真空的条件下进行。热处理是调整钛合金强度的重要手段之一。

宝钢电子束冷床炉产出首批纯钛扁锭

第2期梁新宇等:核级Z r-1N b铸锭中Nb元素均匀性控制43 参考文献 [1]杨艳艳.超高强度B21S合金铸锭成分均匀性的控制 [J].钛工业进展,2001,18(2):36-38. [2]稀有金属材料加工手册编写组.稀有金属材料加工手册 [M].北京:冶金工业出版社,1984. [3]冯益,孟祥炜,付宝全,等.搅拌磁场对T i1023铸锭宏 观组织和成分的影响[J].钛工业进展,2009,26(5): 22-25. The Uniform it y C ontrol for t he N i o biu m E lem ent i n t he Nuclear G rade Zr-1Nb Ingot L iang X i n yu,W ang L i p i n g,H e M i n (S tate Nuc l ear Bao ti Z ircon i u m Industry Co.,L td.,Bao ji721014,Ch i na) Abstract:D ue to t he l ow concentra ti on rang e(?012%)o f niob i u m e l e m ent in the Zr-1N b i ngot,the require m en t o f high unifor m ity, and o ther techn ical proble m s,such as easy to form h i gh m elti ng po i nt and h i gh dens it y i nc l usi ons,t he m e t hod o f tr i ple m e lts i n the vacu-u m consu m ab l e a rc f urnace is adopted.T he eff ec ts o f the m anner t o add t he niob i u m a lloy e l ement and the m e lti ng process para m eters on the un ifor m ity of the a lloy i ngo tw ere stud i ed.It i nd i cated tha t the i ngo t of segregati on free,none HD I de fects and fi ne un ifor m ity could be obta i ned through taking t he ZrN b m aste r a ll oy as additi ons tog ether w ith reasonable me lti ng process. K ey word s:Z r-1N b zirconiu m a ll oy;Z r N b m aster all oy;pro cess param eters 行业资讯 宝钢电子束冷床炉产出首批纯钛扁锭 3月11日,宝钢股份特钢事业部对电子束冷床炉产出的首批纯钛扁锭进行验证,结果表明:各项性能指标良好。这标志着宝钢电子束冷床炉热负荷试车取得成功,进入全面生产阶段。此举改变了特钢冶炼纯钛材料没有扁锭的历史,表明宝钢已初步掌握了具有国际尖端水准的电子束冷床炉工艺技术,为满足我国航空航天事业发展对关键材料的需求创造了条件。 电子束冷床炉是当前世界上进行纯钛冶炼的顶尖工艺装备。采用电子束冷床炉生产出的扁锭,可直接进行轧制,在省却了对圆锭锻造、开坯等工序后,能最大限度缩短生产流程,降低消耗。同时,质量、性能更为稳定。目前,这套工艺技术已成为国际上对特殊材料进行认证的/通关0科目,世界上只有少数企业掌握。 该电子束冷床炉于2008年下半年开始建设。宝钢特钢事业部冷床炉项目组面对从未接触过的工艺技术装备,在引进、消化、吸收国外先进技术的同时大胆实践,努力摸索和研究核心技术,为技术运用积累了宝贵经验。与此同时,在设备安装阶段,特冶厂自耗分厂调集精兵强将投入生产准备,先期介入工艺调试,为热负荷试车成功打下了基础。 (郝斌供稿) 乌克兰2月钛出口增长511% 据乌克兰国家统计委员会报告,2010年2月乌克兰钛出口量增长511%至24630t(2009年2月钛出口量为15480t),而1月钛出口量为16300t。与此同时,乌克兰钛精矿出口收入,由1月的340万美元上升到2月的430万美元,但是低于2009年2月的490万美元。2010年1~2月乌克兰钛精矿出口同比增长813%至40930,t2009年1~2月的出口量为37800t。 (郝斌供稿)

KG钛及钛合金真空自耗熔炼工艺规程

本规程适用于技术（研发）中心钛及钛合金电极的熔炼。编制依据：《钛镍加工材项目初步设计》 GB/T2524-2010《海绵钛》 设备合同 1.主要设备性能 1.1 真空自耗电弧炉技术性能。 设备主要技术参数

2．原料 原料来自315T制样用自耗电极成形液压机压制的￠30X390的电极 3.钛及钛合金熔炼 3.1 钛及其合金的熔炼工艺流程 水、电、气输送正常—开机—装炉—抽真空—熔炼—坩埚冷却—破真空—取出铜坩锅倒出钛锭—停止工作—关水、关电、关气。 3.2 熔炼工艺参数 3.2.1 熔炼工艺参数。

3.2.2熔铸前检查系统并进行预抽空，炉内预真空度不得低于0.133Pa，泄漏率不得大于0.667Pa/min。 3.2.3在熔炼过程中，熔炼电流需逐渐增加。 3.2.4在结晶器周围设有稳弧线圈，以保证熔炼电弧的稳定。通过“稳弧调节”电位器调节其电流，最大电流为5A。 3.2.5电弧电压的大小代表电弧的长短，熔炼过程中保证弧压的稳定非常重要。熔炼过程中弧压的大小为0-40V。 3.2.6 补缩工艺参数实际生产中生产。 3.3 引弧料 同批号的钛料、铺满坩埚底为益。

3.4 注意事项 3.4.1 压制完的电极在熔炼前必须放入干燥箱内干燥20~40min，干燥温度在90～105℃之间。 3.4.2 在熔炼开炉前，必须对真空自耗电弧炉的传动系统、冷却系统、电控系统、真空系统及炉体进行检查，检查无误，方可开炉熔炼。 3.4.3抽空 真空泵使用必须遵照使用说明书的要求，进行启动、停泵、维护。 3.4.4每炉熔炼工作完成后，必须清洗结晶器。防止熔炼时电极与结晶器侧壁放电。 3.4.5熔炼期间冷却水不能间断。 3.4.6熔炼进行时，现场要有操作控制人员，观察炉内熔炼情况和监视冷却水水温水压等。 3.4.7 在熔炼完的铸锭或扒完皮的铸锭上，必须有明显的标记。 3.4.8试锭和试样的制备严格按GB/T2524-2010进行。 4．主要工模具

电子束加工的特点及其应用

电子束加工的特点及其应用 摘要：电子束加工简称EBM，是以高能电子束流作为热源，对工件或材料实施特殊的加工，是一种完全不同于传统机械加工的新工艺。它们在精密微细加工方面，尤其是在微电子学领域中得到较多的应用。随着科学技术的发展，电子束加工技术必将有一片广阔的应用前景。 关键词：电子束原理;应用;发展前景 引言 电子束加工（EBM）是近几年得到较快发展的新兴特种加工技术。电子束加工主要用于打孔、割缝、焊接和大规模集成电路德光刻化学技工等，在精密微细加工方面，尤其是在微电子领域中得到了广泛地应用，在近几年兴起的亚微米加工和纳米加工中，电子束加工技术也发挥着重要作用。 1．电子束加工的原理和分类 1.1加工原理 电子束加工.原理是在真空条件下,利用聚焦后能量密度极高的电子束,以极高的速度冲击到工件表面极小的面积上,在很短的时间(几分之一微秒)内,其能量的大部分转变为热能,使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温,从而引起材料的局部熔化和气化,被真空系统抽走的加工技术。 电子束加工机由产生电子束的电子枪、控制电子束的聚束线圈、使电子束扫描的偏转线圈、电源系统和放置工件的真空室，以及观察装置等部分组成。先进的电子束加工机采用计算机数控装置，对加工条件和加工操作进行控制，以实现高精度的自动化加工。. 1.2 电子束加工分类 按照电子束加工所产生的效应,可以将其分为两大类:电子束热加工和电子束非热加工。

1.2.1电子束热加工电子束热加工是将电子束的动能在材料表面转化成热能,以实现对材料的加工,其中包括: 1)电子束精微加工。可完成打孔、切缝和刻槽等工艺, 这种设备一般都采用微机控制,并且常为一机多用； 2)电子束焊接。与其他电子束加工设备不同之处在于,除高真空电子束焊机之外,还有低真空、非真空和局部真空等类型； 3)电子束镀膜。可蒸镀金属膜和介质膜； 4)电子束熔炼。包括难熔金属的精炼,合金材料的制造以及超纯单晶体的拉制等； 5)电子束热处理。包括金属材料的局部热处理以及对离子注入后半导体材料的退火等。 上述各种电子束加工总称为高能量密度电子束加工。 1.2.2电子束化学加工电子束化学加工是利用功率密度比较低的电子束和 电子胶.相互作用产生的辐射化学效应对材料进行加工。 该加工方法的应用的领域主要 1）扫描电子束曝光，其特点是图形变换的灵活性好，分辨率高； 2）投影电子束曝光，其特点是效率高，但分辨率较差； 3）软X射线曝光，软X射线由电子束产生，是一种间接利用电子束的投影曝光法。. 2. 电子束加工的主要应用 2.1 电子束焊接 电子束焊接是利用电子束作为热源的一种焊接工艺。电子束焊接的焊缝位置精确可控、焊接质量高、速度快，在核、航空、火箭、电子、汽车等工业中可用作精密焊接。在重工业中，电子束焊机的功率已达100千瓦，可平焊厚度为200毫米的不锈钢板。对大工件焊接时须采用大体积真空室，或在焊接处形成可移动的局部真空。 2.2 电子束蚀刻和电子束钻孔 用聚焦方法得到很细的、功率密度为 106～108W/cm2的电子束周期地轰击材

钛及钛合金锻造生产工艺规程汇总

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本工艺规程适用于真空熔炼的钛及钛合金铸锭经加热、锻造、机加工等工序而制成棒坯、棒材、板坯、饼环材的生产，制定了每个生产工序的工艺制度和管理要求。 1简明工艺流程见表1。 2铸锭的准备 2.1生产工艺员在接到生产作业计划后,要仔细对计划部分内容进行审核,如有问题,及时和计划员沟通,确定无误后,方可编制生产工艺。并通知相关人员到库房领料。 2.2领料人员应根据GB/3620.1 钛及钛合金牌号和化学成分及化学成分允许偏差GB/3620.2及企标的有关规定，核对铸锭合格证，并核对合金牌号、锭号、规格和重量是否与实物相符，确认无误后，再进行转料。 2.3 铸锭转入锻造厂房应摆放整齐，将标识摆放于易看到的方位或用金属（记号笔）在铸锭的两端或表面将锭号明显标出。 2.4生产工艺员在投料前应仔细研究产品所执行的技术标准，保证其化学成份能满足该产品的技术要求。否则，不能投料。 2.5铸锭转入锻造车间后炉工在装炉前必须对铸锭进行涂层，涂层时将铸锭用垫木或导辊垫起，并将铸锭表面的杂脏物、油污用清洗剂擦洗干净后再涂防氧化涂层。 2.6涂层时将写锭号的地方不要涂,以便装炉前确认锭号是否正确。 2.7涂层的厚度应控制在0.2～0.4㎜。涂层后必须干透即24小时后方可装炉

铸锭 ↓ 涂层 ↓ 加热 ↓ 锻造 ↓ ↓↓↓ 打磨刨面打磨 ↓↓↓ 加热修磨加热↓↓↓ 锻造检查锻造↓↓↓ 热处理称重刻口↓↓↓ 机加板坯锯切↓↓ 探伤平头倒角↓↓ 取样 ↓↓ 检查 ↓↓ 修磨 ↓↓ 检查热处理↓↓ 称重机加↓↓ 包装探伤↓↓ 棒材取样 ↓ 检查 ↓ 称重 ↓ 包装 ↓ 饼环材