Математическое моделирование процессов испарения при выплавке слитков многокомпонентных титановых сплавов в электронно-лучевой установке с промежуточной емкостью

Abstract

Построена математическая модель, устанавливающая зависимость концентрации алюминия и других легирующих элементов в слитке многокомпонентного титанового сплава, получаемого способом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью, от технологических параметров плавки, химического состава исходной шихты и физико-химических констант титанового сплава. Проверена адекватность построенной математической модели и проанализировано влияние технологических параметров плавки и химического состава исходной шихты на химический состав выплавляемых слитков на примере процесса получения слитка сплава алюминида титана Ti-29Al-12Nb-3Cr-3Zr способом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью. Показано, что построенная математическая модель с достаточной степенью точности описывает реальный процесс испарения при электронно-лучевой плавке алюминида титана. Относительная погрешность расчетных результатов в сравнении с экспериментальными данными составляет от 3,2 для алюминия до 7,3 % для циркония. Созданная математическая модель испарения позволяет прогнозировать химический состав выплавляемых слитков многокомпонентных титановых сплавов и может быть использована в производстве для получения слитков способом электронно-лучевой плавки с гарантированным химическим составом.

A mathematical model was constructed, which correlates concentration of aluminium and other alloying components in an ingot of multicomponent titanium alloy, produced by electron beam cold-hearth melting, with technological parameters of meting, initial charge composition and physico-chemical constants of the titanium alloy. Adequacy of the constructed mathematical model has been verified, and influence of technological parameters of melting and initial charge composition on chemical composition of the produced ingots is analyzed in the case of producing an ingot of titanium aluminide alloy Ti—29Al—12Nb—3Cr—3Zr by the process of electron beam cold-hearth melting. It is shown that the constructed mathematical model quite accurately describes the actual evaporation process in electron beam melting of titanium aluminide. Relative error of calculation results, compared to experimental data, is from 3.2 for aluminium up to 7.3 % for zirconium. Developed mathematical model of evaporation allows prediction of chemical composition of produced ingots of multicomponent titanium alloys, and can be used in production to manufacture ingots of a guaranteed composition by EBM process.