TC11钛合金[名义化学成分 Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si]是一种综合机能优良的α-β型钛合金资料，在500℃下拥有优异的热强机能，且拥有较高的室温强度、
、优良的热加工工艺性，宽泛利用于航空发起机压气机的零部件，如叶片、
、轴类、
、鼓筒等。！！Ｓ胖屎娇疹押辖鹬У墓ひ祷霾哉婵兆院牡缁∪哿禰VAR]为主，但由于熔炼及凝固过程中温度场散布不均，铸锭易产生元素成分、
、组织不均匀等缺点问题。！！C11钛合金元素偏析可能导致锻棒低倍白亮块等缺点，从而影响锻件机能。！！；；竦贸煞终、
、低偏析度、
、组织均匀的铸锭必要相宜的熔炼工艺来保障。！！９ひ导墩婵兆院娜哿妒堑绱懦、
、流场、
、温度场等多物理场相互作用的过程，熔炼过程中熔池的状态、
、深度及温度场、
、元素成分散布等是影响铸锭质量的关键成分。！！５谙质党霾讨腥哿兜目墒踊降，无法预判，若选取传统的试错法进行钻研则存在出产成本高、
、周期长的问题。！！

选取数值仿照技术对真空自耗电弧熔炼过程进行建模与仿照，能够对熔炼过程直观地进行观察，有效预测工艺参数对铸锭质量的影响，极大地削减试验次数，缩短研发周期，降低研发成本，为现实出产提供重要的领导。！！＝昀，国内外学者多选取数值仿照步骤钻研VAR工艺过程的温度场、
、电磁场对铸锭的影响6-7。！！Ｑ钪尉8选取数值仿照钻研Ti-1023合金铸锭在分歧参数下的电磁场、
、温度场和流场散布。！！ARIMI-SIBAKI等仿照了真空自耗过程中电磁场、
、温度场的散布及熔池状态的演变。！！６鳷C11钛合金熔炼过程中温度场、
、元素的浓度场散布的仿照钻研及试验验证鲜有报道。！！

针对上述问题，本文利用宝钢中央钻研院自主开发的特种熔炼专用仿照软件[BMPS-VAR及BMPS-ESR][]，钻研了Φ760 mm规格的TC11钛合金铸锭的真空自耗电弧熔炼过程，索求分歧熔炼阶段、
、熔池状态和元素成分散布，并结合现实熔炼铸锭验证了有关仿照了局的靠得住性，为现实出产真空自耗熔炼TC11钛合金工业化大型铸锭、
、制订熔炼工艺提供参考。！！

1、
、仿照用数学物理模型

推算选取的TC11钛合金资料的根基物性参数见表1，重要元素的凝固平衡分配系数见表2，VAR过程有关的参数见表3。！！Ｔ诜抡展痰毖∪〉娜哿兜缌魉婀Ψ虮涠亩问呷缤1所示，该曲线专为本次试验而制订，非工业出产用参数。！！Ｔ赩AR熔炼过程中熔炼电流的巨细会造成熔池内的流动产生变动，并对温度场产生影响[11-12]。！！

表1 TC11钛合金物性参数

表2重要元素凝固平衡分配系数K

表3 VAR熔炼过程参数

2、
、仿照了局分析

2.1分歧熔炼阶段温度场仿照了局

图2为TC11钛合金在VAR过程分歧阶段的温度场散布变动图。！！Ｍ2[a]为t=80min的温度场仿照了局，此时溶解的金属较少，坩埚底部的熔体产生凝固，温度降低。！！５比哿督械160 min时[图2[b]]，铸锭高度增长，熔池顶部高温区温度可达2000℃，在冷却水的作用下坩埚底部温度逐步降低，与 t=80 min时刻相比，此时温度场已产生较为显著的变动。！！Ｓ捎谌鄢刂胁吭独虢峋鞅，热量堆集最为显著，故在统一横截面内，中心温度高于边缘。！！Ｖ蟮娜哿豆讨，液相金属与结晶器壁的接触面积逐步增大，热量通过冷却水带走。！！Ｍ2[c]显示，t=320 min时，大量热量通过坩埚壁消散，凝固过程进入不变状态，铸锭温度降低。！！=490min时[图2[d]]，真空自耗熔炼实现，铸锭进入真空冷却阶段，铸锭温度逐步降低。！！

2.2熔池状态仿照了局

图3显示TC11钛合金VAR过程中液相体积分数散布的推算了局，红色区域暗示液相区，蓝色为凝固区，其中，液相区的状态反映了VAR过程中的熔池状态，结合图2分析可知，熔池描摹随温度场变动，出现动态演变过程。！！Ｍ3[a][t=80 min]为熔池成立期，形成“碗”状的浅熔池。！！Ｔ谌哿豆Ψ蛭160 min时[图3[b]]，此时通过坩埚散发的热量仍小于金属液体凝固时开释的热量，热量的堆集使得熔池深度增长到800mm，熔池呈“U”形。！！Ｓ捎谌鄢刂胁咳攘慷鸭钗灾，故在中心轴线方向的深度增长最快，熔池状态由“U”形逐步造成“V”形，如图3[c]所示[t=240min]，熔池最大深度约为1000mm。！！=320min时铸锭已进入补缩阶段[图3[d]]，液相区的纵向长度缩短，熔炼电流减小，熔速也逐步减小，金属熔池体积逐步收缩，此阶段可能产生缩孔，因而，通过熔炼工艺节制熔池深度显得尤为重要。！！５比鄢厥迪秩确舛ソ锥问，铸锭已凝固成型，但仍有少量合金熔池并未齐全凝固。！！=490 min时[图3[e]]，铸锭进入冷却阶段，液相区的纵向长度逐步缩短，t=520 min时铸锭液相区隐没[图3[f]]。！！

2.3元素成分散布仿照了局

图4为真空自耗熔炼φ760mmTC11钛合金 铸锭的元素成分(质量分数)散布仿照了局。！！Ｆ 元素成分散布法规如图中所示，图4(a)显示Al 元素(K=1．070，如表2所示)含量在边部和底部 偏高，纵向中心处较低，呈负偏析法规;Mo元素呈 现一样负偏析法规(图4(b));图4(c)显示O元 素略显负偏析散布，各地位成分质量分数差值较 小;Fe元素散布(图4(d))与Al元素相反，呈正 偏析法规，在铸锭边部质量分数为0．142%～ 0．148%，纵向中心处为0．160%～0．162%，即在 边部和底部含量低，中心部含量高;Si、
、Zr元素同 样出现正偏析法规，别离如图4(e)～(f)所示。！！ 各元素在铸锭头部的偏析区状态呈“碗”形，纵向 中心长度约为110mm。！！Ｓ迷卦谥Ы孛嫔⒉ 中的最大值与最小值之差表征元素熔炼的均匀程 度，差值小则注明熔炼过程对偏析节制较好。！！Ｔ 素差值与该元素的设计成分之比暗示该元素在熔炼中的易节制水平，推算了局如图5所示，Fe和 Si的差值比相对较大，别离为0．203和0．144，为 TC11钛合金中易产生偏析的两种元素。！！C11钛合金中Al元素与O元素的偏析易造成拉伸、
、冲 击时产生脆性断裂［13］，由平衡分配系数及熔炼模 拟了局来看，Al与O元素的偏析偏差性较低。！！

3、
、试验验证

凭据VAR数值仿照了局，将铸锭熔炼实现前的熔池深度及偏析元素在铸锭头部集平散布区域作为Φ760mm铸锭切头地位的参考数据，且综合思考铸锭成材率，建议切头深度为110mm。！！Ｎ橹AR过程仿照了局的靠得住性，选取与熔炼仿照过程中一样的工艺进行直径为760mm的TC11钛合金铸锭的真空自耗电弧冶炼试验，了局发现，铸锭外观质量优良。！！Ｑ刂е行淖菹蚪星懈畈⒐鄄熘诓恐柿縖图6]，由图可知，位于铸锭头部112mm的地位产生缩孔。！！？？？杉挡饬司钟敕抡胀扑愕牧司指恢，注明该数值模型可能为TC11钛合金熔炼提供了局预测及理论支持。！！

4、
、结论

[1]选取BMPS-VAR仿照软件对TC11钛合金VAR过程分歧阶段的温度场进行仿照。！！Ｕ婵兆院娜哿兜娜哿兜缌、
、电压等参数影响熔池的温度梯度，进而影响金属熔池的状态，熔池状态由初期的“碗”形到中期的“U”形，再到“V”形变动。！！

[2]通过熔炼仿照能够预测TC11钛合金VAR过程的元素偏析，从成分散布法规来看，Al、
、Mo、
、0元素在铸锭边部和底部的含量偏高，纵向中心处较低，出现负偏析法规;Fe、
、Si、
、Zr元素在边部和底部含量低，纵向中心处较高，呈正偏析法规。！！

[3]通过对比仿照与试验验证了局，验证了熔炼仿照的正确性。！！８谜婵兆院娜哿斗抡占际蹩稍谥破范型肪嗬朐げ、
、锭熔池深度预测、
、易偏析元素在铸锭中的散布等领域利用，进而为真空自耗熔炼工业级大型铸锭质量提升、
、工艺参数优化及元素偏析预测提供理论支持。！！

参考文件

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（注，原文标题：
：真空自耗熔炼的数值仿照在TC11钛合金产品中的利用）

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