Thermodynamic Study on Denitrification and TiN Precipitation in IN718 Nickel Base Superalloy Melt

Luo Xiaoyu; Guo Jing; Guo HanJie; Li Zeyou

doi:10.20057/j.1003-8620.2023-00113

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Thermodynamic Study on Denitrification and TiN Precipitation in IN718 Nickel Base Superalloy Melt

Smelting and Solidification | 更新时间：2025-05-09

- Thermodynamic Study on Denitrification and TiN Precipitation in IN718 Nickel Base Superalloy Melt
- Special Steel Vol. 45, Issue 1, Pages: 33-41(2024)
- 作者机构：
  
  1.北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083
  2.高端金属材料特殊熔融与制备北京市重点实验室，北京 100083
  3.大冶特殊钢有限公司，黄石 435001
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20057/j.1003-8620.2023-00113
  CLC： TF701
- Received：06 June 2023，
  
  Published：30 January 2024
- 稿件说明：
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罗小雨,郭靖,郭汉杰等.IN718镍基高温合金熔体脱氮和TiN析出热力学研究[J].特殊钢,2024,45(01):33-41.

Luo Xiaoyu,Guo Jing,Guo HanJie,et al.Thermodynamic Study on Denitrification and TiN Precipitation in IN718 Nickel Base Superalloy Melt[J].Special Steel,2024,45(01):33-41.
罗小雨,郭靖,郭汉杰等.IN718镍基高温合金熔体脱氮和TiN析出热力学研究[J].特殊钢,2024,45(01):33-41. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2023-00113.

Luo Xiaoyu,Guo Jing,Guo HanJie,et al.Thermodynamic Study on Denitrification and TiN Precipitation in IN718 Nickel Base Superalloy Melt[J].Special Steel,2024,45(01):33-41. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2023-00113.

摘要

低氮含量可控制TiN夹杂物生成，从而提高镍基高温合金冶金质量和综合性能。通过比较镍基和铁基金属液中标准吉布斯自由能和合金元素对N、Ti活度相互作用系数的差别，指出镍基和铁基中两套不同的热力学数据，二者不能混用。以目前已有的镍基高温合金的热力学参数建立了IN718合金脱氮热力学模型，得出在满足其他冶炼条件的前提下，适当降低温度和提高真空度以降低氮气分压是降低合金液中氮含量的直接手段，以及不同合金元素加入对脱氮的不同影响。同时，建立TiN析出的热力学模型以及偏析模型，计算结果得出，在IN718的生产温度1 450 ℃条件下，控制合金液中的

［N］在43.69×10

-6

以下，凝固过程中溶质元素N、Ti在液相中富集TiN析出，计算析出温度为1 468 K，此时固相分率

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为0.829。若要控制固相分率

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分别在90％或95％以上才会析出TiN夹杂物，

［N］需分别控制在25.00×10

-6

和15.00×10

-6

以下。

Abstract

Low nitrogen content can control the formation of TiN inclusions， thereby improving the metallurgical quality and comprehensive performance of nickel based high-temperature alloys. This article first compared the differences between the standard Gibbs free energy and the interaction coefficient of alloy elements with N， Ti activity in nickel based and iron based metal liquids， it pointed out that two different sets of thermodynamic data from nickel based and iron based metal liquids cannot be mixed.The thermodynamic model for nitrogen removal of IN718 alloy was established based on the existing thermodynamic parameters of nickel based alloys. It was found that reducing temperature and increasing vacuum degree to reduce nitrogen partial pressure while meeting other smelting conditions are the direct means to reduce nitrogen content in the alloy liquid. The addition of different alloying elements has different effects on nitrogen removal. At the same time， the thermodynamic model and segregation model for TiN precipitation were established， and the calculation results showed that under the production temperature of IN718 at 1 450 ℃， the ［N］ content in the alloy liquid was controlled below 43.69×10

-6

， the solute elements N and Ti are enriched and precipitated in the liquid phase during solidification. The calculated precipitation temperature is 1 468 K， and the solid fraction

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is 0.829. If we want to control the solid phase fraction

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to be above 90% or 95% respectively for precipitating TiN inclusions，［N］ needs to be controlled below 25.00×10

-6

and 15.00×10

-6

respectively.

关键词

Keywords

references

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