真空电弧重熔GH4061凝固过程的数值模拟

摘要

在航空航天、国防军工等尖端领域，高性能镍基高温合金GH4061的制造质量直接决定了关键部件的可靠性。然而，其生产核心工艺——真空电弧重熔（VAR）是一个复杂物理化学过程，依赖经验调整参数，效率低且成本高昂。本研究借助MeltFlow-VAR软件，对直径660 mm的GH4061合金铸锭凝固过程进行动态模拟，揭示了不同熔炼速率对熔池形貌和微观组织的深层影响。模拟结果表明：熔炼速度从3.6 kg/min提升至5.0 kg/min时，熔池深度从156 mm增至188 mm，糊状区同步扩大，熔池形状由“浅U型”向“深U型”转变。枝晶臂间距（影响材料致密性与性能的核心参数）的分布规律同时被精准捕捉——随着熔速增加，一次枝晶臂间距的最大值位置逐渐远离铸锭顶部，而二次枝晶臂间距在距顶部0.32 m处达到峰值。这些发现为优化熔炼速率、减少材料缺陷提供了科学依据，有望推动我国高端合金制造的工艺革新与质量跃升。

基金资助

国家重点研发计划资助项目（2021YFB-3401001）; 中央高校基础科研业务费资助项目（FRF-DF-20-08）