镍基高温合金真空感应熔炼过程中脱氮动力学的计算方法技术

本发明专利技术提供了一种镍基高温合金真空感应熔炼过程中脱氮动力学的计算方法，涉及脱氮动力学计算技术领域。本发明专利技术提供了一种镍基高温合金真空感应熔炼过程中脱氮动力学的计算方法，通过利用COMSOL Multiphysics软件对磁场、湍流k

【技术实现步骤摘要】
镍基高温合金真空感应熔炼过程中脱氮动力学的计算方法


[0001]本专利技术涉及脱氮动力学计算
，尤其是涉及一种镍基高温合金真空感应熔炼过程中脱氮动力学的计算方法和应用。

技术介绍

[0002]镍基高温合金既是航空发动机热端部件、航天火箭发动机各种高温部件的关键材料，又是工业燃气轮机、能源、化工等工业部门所需的高温耐蚀部件材料，是国民经济不可缺少的一类重要材料。氮是镍基合金体系中重要的有害杂质元素，其在合金凝固时与Ti、Nb等元素结合，消耗有益合金元素，促进氮化物或碳氮化物析出，堵塞液态金属补缩通道，降低残余液相流动性，增加合金组织中显微疏松数量，严重影响材料力学性能。随着材料的发展，镍基高温合金开始面临越来越大的高纯净化冶炼需求，若想得到高品质的高温合金材料，必须将其氮含量控制在极低的水平。
[0003]真空感应熔炼（VIM）作为镍基高温合金生产过程中的第一步工艺，是合金中氮的主要脱除阶段，在此阶段应最大限度地降低合金中的氮含量，从而保证后续生产工艺的稳定性，提高高温合金的力学性能。真空条件下，镍基高温合金液脱氮过程包括下列几个步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍基高温合金真空感应熔炼过程中脱氮动力学的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：（a）基于COMSOL Multiphysics 软件，建立真空感应炉二维轴对称几何模型，并进行网格划分；（b）设置真空感应炉的材料物性参数；（c）在模型中添加并设置磁场和湍流k
‑
ε流场，并对磁场和湍流流场进行耦合求解真空感应熔炼熔池流场；（d）求解真空感应熔炼过程中镍基高温合金熔液中氮的溶解度；（e）在模型中添加并设置化学物理场和稀物质传递物理场，并与真空感应熔炼熔池流场进行耦合求解真空感应熔炼过程中的脱氮过程。2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，步骤（a）中，模型计算域包括镍基高温合金熔液、坩埚、耐火材料、线圈、冷凝水、保护气体和磁轭。3.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，步骤（b）中，材料物性参数包括相对磁导率、电导率、相对介电常数、保护气体的密度和动力粘度以及镍基高温合金熔液的密度和动力粘度。4.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，步骤（c）中，磁场设置：模型内的全部计算域符合安培定律，线圈激励方式为电压激励；湍流k
‑
ε流场设置：选择湍流k
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ε模型对真空感应熔炼熔池流场进行模拟分析，湍流类型采用平均纳维
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斯托克斯方程描述，假设坩埚壁为无滑移壁面，采用壁函数进行壁处理，利用动网格的方法对熔池液面波动现象进行模拟；根据真空感应熔炼实际情况设置时间步及频率，选择频域
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瞬态分离式求解器对真空感应熔炼熔池流场进行求解，分离步依次为磁势矢量、速度场和压力、湍流变量和空间网格位移量，下限为湍动能和湍流耗散率。5.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，步骤（d）中，镍基高温合金熔液中氮的溶解度与氮分压服从Sievert定律，据此对镍基高温合金熔液中氮的溶解度进行计算。6.根据权利要求5所述的计算方法，其特征在于，步骤（d）中，真空感应熔炼过程中氮气分子能够吸附在镍基高温合金熔液表面，分解为2个氮原子并进入熔液，在镍基高温合金熔液中氮的溶解反应如式（1）所示： （1）式（1）在恒温条件下的反应平衡常数如式（2）所示： （2）式（2）中，K
N
为脱氮反应平衡常数；
ɑ
[N]
为氮在镍基高温合金熔液中的活度；P
N2
为气相中的氮分压；f
N
为氮在镍基高温合金熔液中的活度系数；[N]为氮在镍基高温合金熔液中的溶解度；故镍基高温合金熔液中氮溶解度的计算通式如式（3）所示：
ꢀ
（3）式（3）中 f
N
由式（4）计算得到：（4）式（4）中，f
N,T
为温度T下的氮...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨树峰，王宁，杨曙磊，高锦国，刘威，赵朋，刘猛，李爱民，
申请(专利权)人：中航上大高温合金材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：