The As-Cast Microstructure and Solidification Segregation Behavior of GH5188 Alloy Produced by VIM+ESR Dual Melting Process

Zhou Yun; Sun Wenru; Zhao Guangdi; Zeng Lingrong; Du Lei

doi:10.20057/j.1003-8620.2025-00036

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The As-Cast Microstructure and Solidification Segregation Behavior of GH5188 Alloy Produced by VIM+ESR Dual Melting Process

Smelting and Solidification | 更新时间：2026-01-16

- The As-Cast Microstructure and Solidification Segregation Behavior of GH5188 Alloy Produced by VIM+ESR Dual Melting Process
- Special Steel Vol. 47, Issue 1, Pages: 47-57(2026)
- 作者机构：
  
  1.辽宁科技大学材料与冶金学院，鞍山 114051
  2.松山湖材料实验室，东莞 523000
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20057/j.1003-8620.2025-00036
  CLC： TG113.1
- Received：15 February 2025，
  
  Published：30 January 2026
- 稿件说明：
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周运,孙文儒,赵广迪等.VIM+ESR双联冶炼GH5188合金的铸态组织及凝固偏析行为[J].特殊钢,2026,47(01):47-57.

Zhou Yun,Sun Wenru,Zhao Guangdi,et al.The As-Cast Microstructure and Solidification Segregation Behavior of GH5188 Alloy Produced by VIM+ESR Dual Melting Process[J].Special Steel,2026,47(01):47-57.
周运,孙文儒,赵广迪等.VIM+ESR双联冶炼GH5188合金的铸态组织及凝固偏析行为[J].特殊钢,2026,47(01):47-57. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2025-00036.

Zhou Yun,Sun Wenru,Zhao Guangdi,et al.The As-Cast Microstructure and Solidification Segregation Behavior of GH5188 Alloy Produced by VIM+ESR Dual Melting Process[J].Special Steel,2026,47(01):47-57. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2025-00036.

摘要

GH5188是一种固溶强化型钴基高温合金，广泛用于航空发动机前涡流板和燃气轮机导向叶片等热端部件，采用VIM+ESR双联工艺有利于提高其高温力学性能。通过热力学计算、差热分析和SEM-EDS检测等方法研究了VIM+ESR双联工艺冶炼GH5188合金铸锭边缘至心部的组织演变和凝固偏析特征，以期为铸锭后续的均匀化工艺制定提供理论指导。结果表明，铸锭由细晶区和粗大柱状晶区构成，其中细晶区位于距铸锭表面（0~2.9±0.76） mm的区域内。从铸锭边缘至心部，细晶区和柱状晶区的晶粒尺寸和枝晶间距均先大幅增大后小幅增大。在枝晶间和晶界处析出了初生M

C、（M

C+M

）碳化物和菊花状（M

C+M

+γ）三元共晶，并且围绕初生碳化物析出了团簇状M

二次碳化物。从铸锭边缘至心部，初生碳化物的尺寸和数量逐渐增加。Cr、W为正偏析元素，Co、Ni为负偏析元素，且元素偏析程度由铸锭边缘至心部逐渐增大。在凝固过程中Cr和W不断向液相中富集，导致在凝固末期剩余液相中形成了初生碳化物和三元共晶。研究表明，GH5188合金的凝固和析出顺序是γ枝晶、初生M

C、初生（M

C+M

）、（M

C+M

+γ）三元共晶、二次M

。

Abstract

GH5188 is a solid solution strengthened cobalt-based superalloy， which is widely used in hot components such as front vortex board of aeroengines and guide blades of gas turbines. The use of VIM+ESR duplex melting process is beneficial for improving its high-temperature mechanical properties. I The microstructure evolution and solidification segregation characteristics from the edge to the center of GH5188 alloy ingot produced by VIM+ESR duplex melting process have been investigated through thermodynamic calculations， differential thermal analysis， and SEM-EDS detection so as to provide theoretical guidance for the subsequent homogenization treatment design of ingot. The results showed that the ingot consisted of fine grain region and coarse columnar grain region， with the fine grain region located within a range of （0-2.9±0.76） mm from the surface. The grain size and dendrite arm spacing first significantly increased and then slightly increased from the edge to center of the ingot. Primary M

C，（M

C+M

） carbides， and ternary eutectic （M

C+M

+γ） were precipitated in the interdendritic region and along the grain boundaries. Moreover， clusters like secondary carbides M

were precipitated around the primary carbides. From the edge to center of the ingot， the average size and number of primary carbides gradually increase. Cr and W are positive segregation elements， while Co and Ni are negative segregation elements. The solidification segregation degree increases obviously from the edge to center of the ingot. During the solidification process， Cr and W were continuously accumulated in the liquid， which led to the precipitation of primary carbides and ternary eutectic in the remaining liquids. The solidification and precipitation sequen

ce of GH5188 alloy is assumed as follows： γ dendrites， primary M

C， primary （M

C+M

）， ternary eutectic （M

C+M

+γ） and secondary M

关键词

Keywords

references

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