赵朋 杨树峰. 真空自耗重熔镍基高温合金的熔池特征与夹杂物行为[J]. 金属学报, DOI: 10.11900/0412.1961.2025.00154.
, . Molten Pool Characteristics and Inclusions Behaviors in Ni-Based Superalloy During Vacuum Arc Remelting[J]. Acta Metall Sin, 0, (): 0-0.

摘要 相关文章 Metrics 全文: PDF(2602 KB)   摘要: 真空自耗重熔是镍基变形高温合金冶炼的终端工序，其熔池特征直接决定铸锭的洁净度和冶金质量。本工作基于直径690 mm的GH4738合金大型铸锭的真空自耗重熔工艺特性，建立了电磁-流动-传热及夹杂物运动的多场耦合模型，分析了重熔过程中的熔池特征以及夹杂物的运动轨迹与分布规律，探究了熔炼电流强度、氦气冷却压力和电弧形态变化对真空自耗重熔过程中熔池流动和夹杂物运动行为的影响。结果表明，在重熔过程中，熔池主要呈现稳定的环形流场结构，夹杂物在熔池中的运动表现出明显的流动跟随性和尺寸效应。当熔炼电流强度从8 kA增加至10 kA时，电磁场强度和热输入显著增强，促使夹杂物向熔池内部迁移。氦气冷却压力提升至400 Pa有助于优化熔池形貌、抑制湍流发展，同时防止夹杂物卷入。电弧形态由扩散弧转变为收缩弧则重构了电磁场分布，诱发双环流结构，导致夹杂物向铸锭中心聚集。通过合理调控熔炼电流强度和氦气压力，维持浅平熔池形貌并稳定电弧扩散模式，是实现夹杂物高效去除的关键路径。 关键词 ： 真空自耗重熔,  夹杂物,  高温合金,  数值模拟     Abstract：As the final step in the production of nickel-based wrought superalloys, the characteristics of the molten pool in vacuum arc remelting (VAR) have a decisive impact on the cleanliness and metallurgical quality of the ingot. In this study, a multiphysics coupling model integrating electromagnetic effects, fluid flow, heat transfer, and inclusion motion was developed based on the process characteristics of a large-scale vacuum-arc remelted GH4738 superalloy ingot with a diameter of 690 mm. Using this model, the molten pool characteristics, along with the motion trajectories and distribution patterns of inclusions during VAR, were systematically investigated, with particular focus on evaluating the influences of arc current intensity, helium gas cooling pressure, and arc morphology evolution on molten flow and inclusion migration behavior. Results indicate that during remelting, the molten pool primarily exhibits a stable annular flow structure, with inclusion movement exhibiting distinct flow-driven behavior and pronounced size-dependent effects. As the melting current increases from 8 kA to 10 kA, the electromagnetic field strength and thermal input are enhanced, thereby promoting more active inclusion migration within the molten pool. Optimizing the helium cooling pressure to 400 Pa effectively improves molten pool morphology, suppresses turbulence development, and mitigates inclusion entrapment. The arc morphology transition from a diffuse to a constricted configuration fundamentally alters the electromagnetic field distribution, establishing dual circulatory flow patterns that drive inclusion accumulation toward the ingot's central region. Therefore, by rationally regulating the melting current and helium pressure, maintaining a shallow and flat molten pool, and stabilizing the diffuse arc mode, efficient inclusion removal can be achieved as a key processing strategy. Key words： Vacuum arc remelting,    Non-metallic inclusion,    Superalloy,    Numerical simulation 收稿日期: 2025-06-06      基金资助:国家重点研发计划 服务 把本文推荐给朋友 加入引用管理器 E-mail Alert RSS 作者相关文章 赵朋 杨树峰 44.8K 链接本文: https://www.ams.org.cn/CN/10.11900/0412.1961.2025.00154      或      https://www.ams.org.cn/CN/Y0/V/I/0 [1] 王洪瑛, 姚志浩, 李大禹, 郭婧, 姚凯俊, 董建新. 高 γ' 相含量粉末及变形高温合金组织和力学性能的异同性[J]. 金属学报, 2025, 61(9): 1364-1374. [2] 王博辰, 任英, 邝霜, 单庆林, 潘宏伟, 路博勋, 石晓伟, 王举金, 张立峰. 铝脱氧钢与CaO-MgO-Al2O3 精炼渣反应动力学研究[J]. 金属学报, 2025, 61(9): 1335-1343. [3] 谢信亮, 周丽萍, 余建波, 玄伟东, 陈超越, 王江, 任忠鸣. 横向弱磁场对镍基高温合金发散双晶竞争生长行为的影响[J]. 金属学报, 2025, 61(8): 1203-1216. [4] 李永梅, 谭子昊, 王新广, 陶稀鹏, 杨彦红, 刘纪德, 刘金来, 李金国, 周亦胄, 孙晓峰. 一种低成本第三代单晶高温合金的高温氧化行为[J]. 金属学报, 2025, 61(7): 1049-1059. [5] 何家宝, 王亮, 张朝威, 邹明科, 孟杰, 王新广, 姜肃猛, 周亦胄, 孙晓峰. Al2O3 涂层对硅基陶瓷型芯与镍基单晶高温合金界面反应的影响[J]. 金属学报, 2025, 61(7): 1093-1108. [6] 王飞翔, 陈忠奉, 尹晓宇, 熊良华, 谢红兰, 邓彪, 肖体乔. 基于X射线体视成像实现高温合金熔体凝固三维显微结构的原位观测[J]. 金属学报, 2025, 61(7): 1109-1118. [7] 李大禹, 姚志浩, 赵杰, 董建新, 郭婧, 赵宇. FGH4720Li粉末高温合金在近服役条件下的组织与力学性能演变规律[J]. 金属学报, 2025, 61(6): 826-836. [8] 李新宇, 白佳铭, 张浩鹏, 李晓鲲, 贾建, 刘常升, 刘建涛, 张义文. 先进镍基粉末高温合金FGH4108在不同应力条件下的蠕变行为[J]. 金属学报, 2025, 61(5): 757-769. [9] 周一鸣, 韩勇军, 谢光, 郑伟, 肖炎彬, 潘阳, 张健. 一种镍基高温合金的高温HCl腐蚀行为[J]. 金属学报, 2025, 61(5): 770-782. [10] 张浩鹏, 白佳铭, 李新宇, 李晓鲲, 贾建, 刘建涛, 张义文. Hf和Ta对镍基粉末高温合金蠕变断裂特征和性能的影响[J]. 金属学报, 2025, 61(4): 583-596. [11] 邹建新, 张嘉祺, 赵颖燕, 林羲, 丁文江. 高容量镁基储氢合金材料研究与应用进展[J]. 金属学报, 2025, 61(3): 420-436. [12] 周生玉, 胡明昊, 李冲, 丁海民, 郭乾应, 刘永长. 一种 γ'/γ'' 相强化镍基高温合金的蠕变行为[J]. 金属学报, 2025, 61(2): 226-234. [13] 彭子超, 罗俊鹏, 赵宇, 周磊, 王旭青, 邹金文. FGH96合金静态再结晶过程的显微组织演化[J]. 金属学报, 2025, 61(2): 235-242. [14] 叶献文, 姚志浩, 王洪瑛, 王子成, 张砻耀, 董建新. 增材制造难变形高温合金GH4975的裂纹形成及其愈合机制[J]. 金属学报, 2025, 61(12): 1845-1857. [15] 徐涛, 邓安元, 李阳, 王恩刚. 连铸结晶器内Ar气泡破碎-聚合和捕获行为的数值模拟[J]. 金属学报, 2025, 61(12): 1895-1910. Viewed Full text Abstract Cited   Shared      Discussed