摘要: 真空電弧重熔鎳基高溫合金GH220,自耗電極端部熔化區"突出環"內部的鎂分布基本均勻;而熔化液層及液固兩相區的鎂分布不均勻,從熔化液層表面到原始電極區鎂含量顯著增高。熔化液層中距表面約0.3毫米內的鎂含量[Mg]s和重熔錠鎂含量[Mg]i均與電極原始鎂含量[Mg]e呈直線關系,本試驗條件下,[Mg]s=0.18[Mg]e;[Mg]i=0.30[Mg]e。重熔過程的鎂揮發主要發生于電極端部熔滴形成階段,揮發過程主要受控于鎂由原始電極向熔化液層-氣相界面遷移的速度,傳質系數K₁₂=0.107厘米·秒^-1。
真空感應熔煉GH220,鎂揮發受液相邊界層中擴散與界面揮發反應的混合控制,并非受控于氣相邊界層中鎂的擴散。在試驗條件下,液相邊界層中鎂的擴散與界面揮發反應總傳質系數K₂₃=10^-1~10^-2厘米·秒^-1,而氣相邊界層中鎂擴散的傳質系數K₄=47.17厘米·秒^-1。根據(d[Mg])/dτ=-K₂₃·VA及-K₂₃與工藝參數的關系,建立了鎂揮發的數學模型,即[Mg]e與鎂加入量、揮發溫度、氣相壓力、保持時間、合金液面面積、溶體體積之間的定量關系式。此模型在實驗室和生產條件下均得到了很好的驗證,可用于調整真空感應熔煉的工藝參數,實現有效的控制合金鎂含量。