钛镍合金连续铸造试验装置的研制

摘要

钛镍合金是一种性能优异、用途广泛的金属材料，但在工业中的应用量远远低于传统金属材料，最主要的原因在于它高昂的价格。钛镍合金昂贵的生产价格严重影响了它的应用推广，尤其是它在模铸过程中由高损耗和高人工增加的生产成本已经成为制约钛镍合金应用的重要问题。连续铸造技术是能有效解决问题的方法。因此，对钛镍合金连续铸造技术的研究是十分有必要的。 本论文以探索钛镍合金连续铸造可行性为目的，结合凝固，传热，连续铸造以及感应加热的原理，充分考虑到钛镍合金的自身特性自行研制了钛镍合金连续铸造试验装置。经过详细的计算、设计、加工、安装、调试、改进等一系列工作，该装置的技术特性如下： (1)实现了惰性气体保护气氛下钛镍合金的连续铸造过程。 (2)设备在感应加热系统下，工作温度可达到2000℃以上，并能保证炉壳温度不高于40℃，满足了高温合金熔炼的要求。 (3)通过调节电源输出功率，装置能在氮化硼结晶器内衬中形成一个可监控的温度梯度场，控制凝固固液界面的位置。 (4)设备的牵引系统实现了大范围的调速控制，拉伸速率可从0.5mm/Min到1000mm/Min连续调节。 (5)设备有可靠的安全保护系统，能确保连铸试验的顺利进行。 通过对工艺参数的研究表明，本装置在金属原料为150g，加热输出功率为1.3kw，拉伸速率为2cm/Min，保温温度为1500℃或1600℃时，均能完成连铸过程。 通过对连铸坯的合金成分，表面反应层以及结晶器内衬使用寿命的分析可得到以下结论： (1)本装置得到的连铸坯O，N，B的元素含量均高于原料，其中N，B的含量提高了100ppm左右，而O的含量提高了1000ppm以上。随着保温温度的提高，O，N，B的含量也在提高，O元素含量提高尤为明显。 (2)本装置得到的连铸坯表面有一层厚度为1～2μm，与钛镍合金结合良好，无明显裂纹的纯TiN反应层，随着保温温度的升高，反应层厚度增加。 (3)本装置的氮化硼结晶器内衬可以长时间使用。 实验证明了自行研制的钛镍合金连续铸造试验装置和钛镍合金连续铸造工艺的可行性，为钛镍合金连续铸造的工业化生产提供了参考。但因该看到本装置存在着操作复杂，连铸过程不彻底，连铸坯增氧等问题，只适用于实验室研究。要实现钛镍合金连续铸造的工业化生产还必须在耐火材料，连铸工艺上做许多工作

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1引言

1.2 Ti-Ni合金

1.2.1 Ti-Ni合金的应用

1.2.2 Ti-Ni合金的特点

1.2.3 Ti-Ni合金的研究现状

1.3 Ti-Ni合金连续铸造的研究

1.3.1连续铸造

1.3.2钛合金的熔炼

1.3.3钛合金用耐火材料

1.3.4钛合金连续铸造技术的研究

1.4本论文的研究目的及内容

第二章钛镍合金连续铸造试验装置设计的构思

第三章钛镍合金连续铸造装置的设计原理

3.1金属的凝同特性

3.2热量传输的基本原理

3.2.1导热

3.2.2对流换热

3.2.3辐射传热

3.2.4复合传热

3.3连铸凝固传热特点

3.3.1连铸坯凝固过程的热量传递

3.3.2连铸凝同传热的特点

3.3.3连铸坯凝固的热量传输过程

3.4感应加热原理

3.4.1电磁感应

3.4.2感应加热三大效应

第四章钛镍合金连续铸造装置的预期功能与设计要求

4.1钛镍合金连续铸造装置的预期功能

4.2设计要求

第五章设计说明书

5.1水冷炉体

5.2感应加热系统

5.2.1电源

5.2.2水冷电极

5.2.3耐火材料坩埚

5.2.4感应线圈的设计

5.3结晶器的设计

5.3.1结品器的构造

5.3.2耐火材料内衬的选择

5.3.2石墨结晶器外套的设计

5.3.3结晶器内衬与坩埚的连接

5.4拉伸牵引系统的设计

5.4.1拉伸牵引系统的结构

5.4.2减速和伺服电机

5.4.3传动丝杆的设计

5.4.4传动螺母的设计

5.5支架

5.6水冷系统

5.7真空系统

5.8观测系统

5.9装置的性能验证

第六章钛镍合金连续铸造实验

6.1实验准备

6.2实验工艺参数

6.2.1系统温度场

6.2.2拉坯速率

6.3实验过程

6.4实验结果

第七章实验结果分析

7.1连铸坯的合金成分

7.2连铸坯的表面质量

7.3结晶器内衬的使用寿命

7.4本章小结

第八章结束语

参考文献

致谢

硕士学位攻读期间发表的论文和专利