Effect of cooling rate on dendritic segregation and solidification structure of a Ni–Cr–Co–Mo based alloy
- 06.10.2025
- Original Paper
- Verfasst von
- Kun Chen
- Xi-kou He
- Zheng-dong Liu
- Yue Zheng
- Jing Ma
- Erschienen in
- Journal of Iron and Steel Research International | Ausgabe 10/2025
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Abstract
Diese Studie vertieft sich in die komplexe Welt der hitzebeständigen Legierungen auf Nickelbasis, insbesondere der C-HRA-3-Legierung, die in ultraüberkritischen Kraftwerken von entscheidender Bedeutung ist. Die Forschung konzentriert sich auf die Auswirkungen von Kühlraten auf die dendritische Trennung und Verfestigungsstruktur, die für die Herstellung großer, homogener Legierungsbarren entscheidend sind. Zu den wichtigsten Ergebnissen zählen die Identifizierung primärer Präzipitate wie Ti (C, N), M6C und M23C6 und ihre symbiotischen Beziehungen. Die Studie zeigt, dass Kühlraten den sekundären dendritischen Armabstand (SDAS) signifikant beeinflussen, wobei eine klare funktionelle Beziehung besteht. Darüber hinaus beleuchten die Forschungen den nichtmonotonen Effekt von Abkühlraten auf das Ausscheidungs- und Niederschlagsverhalten von Dendriten und liefern wertvolle Erkenntnisse zur Optimierung von Erstarrungsprozessen. Die Studie stellt auch empirische Vorhersagemodelle für dendritische Segregation und Niederschlag vor, die durch experimentelle Überprüfung validiert wurden und praktische Anleitungen für industrielle Anwendungen bieten.
KI-Generiert
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Abstract
The cooling rate of the center and edge of vacuum induction melting (VIM) or vacuum arc remelting (VAR) ingots exhibit substantial difference, leading to markedly distinct dendritic structures and precipitates. The current lack of precise predictions for dendritic segregation and the distribution of precipitates in ingot makes it difficult to determine the annealing and homogenization heat treatment process. Thus, clarifying the impact of cooling rate on the solidification behavior of alloy is significantly important. The dendritic structure and precipitation characteristics of as-cast C-HRA-3 Ni–Cr–Co–Mo-based heat-resistant alloy were investigated using Thermo-Calc thermodynamic calculations, scanning electron microscopy observations, and electron probe microanalyzer. Based on high temperature observation system, the effects of cooling rate on the dendritic structure, dendritic segregation, and precipitation in this alloy were explored. The results showed that the precipitates in the as-cast C-HRA-3 alloy primarily consist of blocky Ti(C,N) phases, large-sized Ti(C,N)–M6C–M23C6 symbiotic phases and M6C–M23C6 carbides, and small-sized dispersed M6C and M23C6 carbides surronding these symbiotic phases. The primary constituent elements of these precipitates are Mo, Cr, C, and Ti, which predominantly concentrate in the interdendritic regions of the as-cast alloy. There is a clear power-law relationship between the secondary dendrite arm spacing and the cooling rate. The dendritic segregation ratio of Mo, Cr, and Ti exhibits a piecewise functional relationship with the cooling rate, under equiaxed dendritic solidification condition. These predictive models and theoretical analyses were validated using numerical simulations and experimental results from the 200 kg grade VIM electrode.
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- Titel
- Effect of cooling rate on dendritic segregation and solidification structure of a Ni–Cr–Co–Mo based alloy
- Verfasst von
-
Kun Chen
Xi-kou He
Zheng-dong Liu
Yue Zheng
Jing Ma
- Publikationsdatum
- 06.10.2025
- Verlag
- Springer Nature Singapore
- Erschienen in
-
Journal of Iron and Steel Research International / Ausgabe 10/2025
Print ISSN: 1006-706X
Elektronische ISSN: 2210-3988 - DOI
- https://doi.org/10.1007/s42243-025-01558-6
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