Influence of Melting Parameters on the Electroslag Remelting Process of GH4151 Alloy

Zhong Jia; Jiang He; Dong Jianxin

doi:10.20057/j.1003-8620.2025-00034

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Influence of Melting Parameters on the Electroslag Remelting Process of GH4151 Alloy

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

- Influence of Melting Parameters on the Electroslag Remelting Process of GH4151 Alloy
- Special Steel Vol. 46, Issue 3, Pages: 18-27(2025)
- 作者机构：
  
  北京科技大学材料学院，北京 100083
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20057/j.1003-8620.2025-00034
  CLC： TF815
- Received：13 February 2025，
  
  Published：30 May 2025
- 稿件说明：
移动端阅览
钟佳,江河,董建新.熔炼参数对GH4151合金电渣重熔过程的影响[J].特殊钢,2025,46(03):18-27.

Zhong Jia,Jiang He,Dong Jianxin.Influence of Melting Parameters on the Electroslag Remelting Process of GH4151 Alloy[J].Special Steel,2025,46(03):18-27.
钟佳,江河,董建新.熔炼参数对GH4151合金电渣重熔过程的影响[J].特殊钢,2025,46(03):18-27. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2025-00034.

Zhong Jia,Jiang He,Dong Jianxin.Influence of Melting Parameters on the Electroslag Remelting Process of GH4151 Alloy[J].Special Steel,2025,46(03):18-27. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2025-00034.

摘要

GH4151是一种高性能沉淀强化的新型镍基高温合金，适合用于航空发动机涡轮盘锻件的制造。基于经过工业验证的MeltFlow软件，研究了不同熔炼工艺参数对GH4151合金电渣重熔过程的影响。结果表明，随着电渣重熔的进行，不同冶炼时刻熔池形貌分布为整个熔池呈现中心深，周围浅，熔池最后凝固在渣池-金属液交界面中心处。随着熔速增加（1.5~4.5 kg/min），熔池最大深度从360 mm增加到474 mm，糊状区最大宽度从60 mm增加至99 mm，同时，局部凝固时间、二次枝晶间距和黑斑形成概率皆增大；随着电极直径增加（填充比从0.27增加至0.94），熔池深度和糊状区宽度变化不大，但熔池体积减小了0.001 5 m

，渣皮厚度减小了约1 mm。黑斑形成概率和局部凝固时间随着电极直径增加均减小。因此，应适当减小熔速，增大电极直径（增大填充比），对合金凝固质量更有利。

Abstract

GH4151 is a high-performance precipitation strengthened new nickel-based high temperature alloy， suitable for the manufacture of aviation engine turbine disc forgings. Based on the industrially validated MeltFlow software， the effects of different smelting process parameters on the electroslag remelting process of GH4151 alloy were studied. The results revealed with the process of the electroslag remelting， the morphology distribution of the molten pool exhibited a deep central region and shallow periphery at different smelting stages. Ultimately， the melt pool solidified at the center of the slag pool-liquid metal interface. ；As the melt speed was increased from 1.5 kg/min to 4.5 kg/min， the maximum depth of the melt pool increased from 360 mm to 474 mm， and the maximum width of the paste zone expanded from 60 mm to 99 mm. Furthermore， the local solidification time， the spacing of secondary dendrites， and the probability of black spot formation all exhibited a notable increase. As the electrode diameter increased （with the filling ratio rising from 0.27 to 0.94）， the depth of the melt pool and the width of the mushy zone showed no change. However， the volume of the melt pool decreased by 0.001 5 m³， and the thickness of the slag skin reduced by approximately 1 mm. The probability of black spot formation and the local solidification time both decreased as the electrode diameter increased. Therefore， the melting speed should have been reduced， and the electrode diameter （filling ratio） should have been increased， which would have been more favorable for the solidification quality of alloy.

关键词

Keywords

references

王　法，江　河，董建新 . 高合金化GH4151合金复杂析出相演变行为［J］. 金属学报， 2023 ， 59 （ 6 ）： 787 - 796 .

吴佳雷，王芳，李升，等 . 航空发动机涡轮盘电渣重熔合金凝固组织的数值模拟［J］. 材料与冶金学报， 2022 ， 56 （ 4 ）： 1 - 17 .

李正邦 . 电渣冶金原理及应用［M］. 北京：冶金工业出版社， 1996 ： 17 .

于新皓，王　傲，刘福斌，等 . 电流对电渣重熔过程多场耦合行为和凝固参数影响的数值模拟［J］. 钢铁研究学报， 2021 ， 33 （ 8 ）： 744 - 751 .

杨传浩，刘仲礼，王桂权，等 . 大型钢锭电渣重熔工艺数学模型的建立及模拟计算［J］. 钢铁， 2013 ， 48 （ 5 ）： 29 - 34 .

梁强，陈希春，付锐，等 . 电渣重熔过程模拟软件Meltflow-ESR理论基础简介及其应用［J］. 材料与冶金学报， 2012 ， 10 （ 1 ）： 97 - 102 .

梁　强，陈希春，郭汉杰 . 熔速对GH4169合金电渣重熔凝固过程参数影响的数值模拟研究［J］. 铸造技术， 2013 ， 34 （ 8 ）： 1016 - 1020 .

罗文忠，赵小花，刘　鹏，等 . 采用数值模拟方法分析影响VAR熔炼钛合金铸锭表面质量的因素［J］. 稀有金属材料与工程， 2020 ， 49 （ 3 ）： 927 - 932 .

王建武，王宁，杨树峰 . 基于数值模拟的镍基高温合金电渣重熔工艺优化［J］. 中国冶金， 2022 ， 32 （ 3 ）： 80 - 86 .

鄢宇灿，谷　雨，贾　雷，等 . GH3536合金电渣重熔铸锭微观组织演变行为［J］. 中国冶金， 2024 ， 34 （ 4 ）： 59 - 71+87 .

贾　雷，崔　衡，杨树峰，等 . 新型镍基GH4151高温合金ESR数值模拟及工艺优化［J］. 中国有色金属学报， 2023 ， 33 （ 9 ）： 2873 - 2889 .

Rao L ， Hu Q Y ， Li X L . Numerical simulation study of consumable electrode melting process in electro-slag remelting ingots ［J］. Advanced Materials Research ， 2011 ， 189-193 ： 3895 - 3898 .

Živić M ， Veljić N . Application of finite volume method for pure metal continuous casting ［J］. Pollack Periodica ， 2009 ， 4 （ 1 ）： 53 - 62 .

车家宝，廖敦明，孙　飞，等 . 铝合金铸件凝固过程二次枝晶臂间距模拟计算［J］. 铸造， 2020 ， 69 （ 4 ）： 382 - 387 .

Poirier D R . Permeability for flow of interdendritic liquid in columnar-dendritic alloys ［J］. Metallurgical Transactions B ， 1987 ， 18 （ 1 ）： 245 - 255 .

张　扬 . 电渣重熔钢锭中黑斑的形成机理及控制措施研究［D］. 北京：北京科技大学， 2017 .

贺　铸，蔡　辉，刘　双，等 . 不同熔化速率下的电渣重熔过程数值模拟分析［J］. 重庆大学学报， 2015 ， 38 （ 5 ）： 104 - 111 .

孟庆虎，许立伟，牛瑞新 . 电渣炉渣皮形成机理研究［C］. 全国电渣冶金技术学术会议论文集， 2012 .

于新皓 . 电渣重熔过程渣皮形成机制的数值模拟研究［D］. 沈阳：东北大学， 2022 .

张晶宇，范丽娟，张一鹏，等 . 影响真空自耗电极电弧炉电弧稳定性的因素及对策［J］. 真空， 2003 ，（ 3 ）： 21 - 24 .

Views

下载量

CSCD

CNKI被引量

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Migration Law of Mg Element during Electroslag Remelting of Superalloys

Design of Slag System for FB2 Heat-resistant Steel Electroslag Remelting and Its Effect on Element Loss

Analysis and Process Optimization on Hydrogen Content by Electroslag Remelting of Steel 316H for Nuclear Power

Prediction Model of Phosphorus Content at the End Point of Electroslag Remelting Based on MI and XGBoost Algorithms

Effect of Melting Rate on Solidification Process of High Filled Ratio 06Cr18Ni11Ti Electroslag Remelting Ingot

Related Author

Zhang Lifeng

Ren Weiwang

Gao Xiaoyong

Li Longfei

Zhou Xiaozhou

Lin Tengchang

Wang Chunhui

Wang Ning

Related Institution

School of Mechanical and Materials Engineering， North China University of Technology

School of Mechanical Engineering， Yanshan University， Qinhuangdao City

School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing

Department of Metallurgical Technology Research， Central Iron and Steel Research Institute

Ansteel Foundry Co.， Ltd.

⁰