Die Analyse der kompositionellen Uniformität einer Ti-Al-Legierung während des Elektronenstrahl-Kaltherdschmelzens: Eine numerische Studie

Der Prozess des Elektronenstrahl-Kaltherdschmelzens (EBCHM) ist einer der Schlüsselprozesse zur Herstellung von Titanlegierungen. Allerdings neigt EBCHM dazu, zur elementaren Volatilisation und Segregation während des Schmelzens von aluminiumhaltigen Titanlegierungen wie Ti-6wt%Al-4wt%V zu führen. Um tiefere Einblicke in die physikalischen und chemischen Phänomene zu gewinnen, die während des EBCHM-Prozesses auftreten, etabliert dieses Papier Schmelzprozessmodelle für die Titanlegierung Ti-6wt%Al-4wt%V in einem Kristallisator mit mehreren Überlauf-Einlässen. Es untersucht die Entwicklung der Schmelzpoolmorphologie, Fließdynamik, Wärmeübertragung und Stoffübertragung während des Gießprozesses. Die Ergebnisse zeigen, dass das Design mehrerer Überlauf-Einlässe die longitudinale Entwicklung von Impaktgruben im Schmelzpool effektiv unterdrücken kann, wodurch die Bildung von Erstarrungsfehlern wie Lecks in der Schmelze verhindert wird. Gleichzeitig verbessert der Umleitungs-Effekt mehrerer Überlauf-Einlässe die elementare Homogenität im Schmelzpool erheblich. Bei einer Gießgeschwindigkeit von 20 mm/min und einer Gießtemperatur von 2273 K kann im Vergleich zu einem einzelnen Überlauf-Einlass das Design mit drei Überlauf-Einlässen die Tiefe der thermischen Impaktgruben im Kristallisator um 132 mm reduzieren und die maximale Konzentrationsdifferenz des Al-Elements im Kristallisator um 0,933 wt.% verringern. Die genannten Simulationsergebnisse bieten eine theoretische Grundlage für die Kontrolle von metallurgischen und Erstarrungsfehlern in großflächigen Titanlegierungsblöcken.