一種鋁鉬鉻錫鈮中間合金及其製備方法與流程
2023-10-05 04:53:04 1
本發明涉及金屬材料
技術領域：
，特別涉及一種鋁鉬鉻錫鈮中間合金及其製備方法。
背景技術：
：鈦及其合金具有優異的性能，如比強度高、耐腐蝕、耐高溫以及良好的綜合工藝性能等，在現代工業級科學
技術領域：
內日益成為引人矚目的材料，在宇航、航空、石油、化工、輕工、冶金、機械和能源等眾多領域得到了廣泛的應用。TC12鈦合金的名義成分為Ti-5Al-4Mo-4Cr-2Zr-2Sn-1Nb，是一種富β相的α+β型鈦合金，它除了一般鈦合金的優點(比重小，比強度大，無磁，耐腐蝕等)外，還有以下特點：高強度，高韌性，高淬透性，熱加工方便。其綜合性能遊湖TC4合金，是航空、宇航、化工、醫療和超聲、節能等工業的良好結構金屬材料之一，目前在耐壓為2.5萬大氣壓的超高壓容器，回旋加速器，節能的油滲水超聲乳化器，高速離心機和飛機結構件等方面的應用和試驗都取得了良好的效果。由於TC12鈦合金是α+β雙相鈦合金，其使用性能是通過α和β相組織平衡來實現的，這種平衡是合金化學成分、熱處理和機械加工綜合產生的結果。α組織從高溫β相形成時產生很大的局部合金成分微觀調整，並在鑄造過程中產生成分偏析。由於鈦合金在大氣下高溫時化學性質活潑，不能經濟地進行長時間均勻化處理，因此需要通過一定的熔煉和鑄造方法降低鑄錠的成分偏析。目前，為了降低熔煉溫度，TC12鈦合金的熔煉一般使用的中間合金為二元合金，但多種二元合金的加入易造成原材料混料困難，並且由於各合金元素的熔點相差較多，導致最終合金中鋁含量偏低，鉬、釩元素含量偏高，以及鉬偏析、鉬夾雜等材料缺陷，並且生產過程需要精確配料，過程複雜，易受人為因素和生產過程中各種因素的影響。技術實現要素：本發明的目的在於提供一種鋁鉬鉻錫鈮中間合金及其製備方法。本發明提供的鋁鉬鉻錫鈮中間合金能夠提高TC12鈦合金熔煉時的成分均勻性，降低鑄造時的成分偏析，簡化TC12鈦合金熔煉時的配料工序。本發明提供了一種鋁鉬鉻錫鈮中間合金，按質量含量計，包括24.0～26.0％的Mo，24.0～26.0％的Cr，11.0～13.0％的Sn，5.0～7.0％的Nb，以及餘量的Al。優選的，所述鋁鉬鉻錫鈮中間合金包括24.5～25.5％的Mo，24.5～25.5％的Cr，11.5～12.5％的Sn，5.5～6.5％的Nb，以及餘量的Al。優選的，所述鋁鉬鉻錫鈮中間合金包括25％的Mo，25％的Cr，12％的Sn，6％的Nb，以及餘量的Al。本發明還提供了上述鋁鉬鉻錫鈮中間合金的製備方法，包括：以鋁為還原劑，以三氧化鉬、三氧化二鉻、二氧化錫和五氧化二鈮為氧化劑，冶煉得到鋁鉬鉻錫鈮中間合金。優選的，所述鋁、三氧化鉬、三氧化二鉻、二氧化錫和五氧化二鈮的形貌為粉體。優選的，所述鋁、三氧化鉬、三氧化二鉻、二氧化錫和五氧化二鈮和的質量比為(1.935～2.110)：(1.115～1.130)：(0.975～1.115):(0.465～0.500):(0.265～0.310)。優選的，所述冶煉包括以下步驟：(1)將鋁、三氧化鉬、三氧化二鉻、二氧化錫和五氧化二鈮混合，得到混合物料；(2)將所述步驟(1)得到的混合物料加熱，鋁熱反應得到合金液；(3)將所述步驟(2)得到的合金液冷卻，得到鋁鉬鉻錫鈮中間合金。優選的，所述步驟(2)中鋁熱反應的溫度為1600～1800℃，鋁熱反應的時間為30～60s。優選的，所述冶煉之前還包括：將鋁、三氧化鉬、三氧化二鉻、二氧化錫和五氧化二鈮乾燥。優選的，所述乾燥的溫度為100～120℃，乾燥的時間為10～12h以上。本發明提供的鋁鉬鉻錫鈮中間合金，按質量含量計，包括24.0～26.0％的Mo，24.0～26.0％的Cr，11.0～13.0％的Sn，5.0～7.0％的Nb，以及餘量的Al。本發明提供的鋁鉬鉻錫鈮中間合金通過設計合金成分，使鋁鉬鉻錫鈮中間合金具有較小的成分偏析，能夠代替二元合金合金熔煉TC12鈦合金，有助於合金成分均勻化，防止成分偏析，簡化TC12鈦合金熔煉時的配料工序。實驗結果表明，本發明提供的鋁鉬鉻錫鈮中間合金成分均勻穩定，偏析較小。具體實施方式本發明提供了一種鋁鉬鉻錫鈮中間合金，按質量含量計，包括24.0～26.0％的Mo，24.0～26.0％的Cr，11.0～13.0％的Sn，5.0～7.0％的Nb，以及餘量的Al。在本發明中，所述鋁鉬鉻錫鈮中間合金優選包括24.5～25.5％的Mo，24.5～25.5％的Cr，11.5～12.5％的Sn，5.5～6.5％的Nb，以及餘量的Al，更優選包括25％的Mo，25％的Cr，12％的Sn，6％的Nb，以及餘量的Al。在本發明中，所述各元素的配比使鋁鉬鉻錫鈮中間合金成分與TC12鈦合金的合金元素接近，可降低凝固過程中的成分偏析。本發明還提供了一種上述技術方案所述鋁鉬鉻錫鈮中間合金的製備方法，以鋁為還原劑，以三氧化鉬、三氧化二鉻、二氧化錫和五氧化二鈮為氧化劑，冶煉得到鋁鉬鉻錫鈮中間合金。在本發明中，所述鋁、三氧化鉬、三氧化二鉻、二氧化錫和五氧化二鈮的形貌優選為粉體；所述粉體的粒徑優選獨立地為80～120目，更優選獨立地為90～110目。在本發明中，所述鋁、三氧化鉬、三氧化二鉻、二氧化錫和五氧化二鈮的質量比優選為(1.935～2.110)：(1.115～1.130)：(0.975～1.115):(0.465～0.500):(0.265～0.310)，更優選為(1.980～2.06)：(1.120～1.125)：(1.02～1.10):(0.470～0.485):(0.275～0.300)，最優選為2.055：1.125：1.096：0.475：0.295。本發明優選在所述冶煉前對鋁、三氧化鉬、三氧化二鉻、二氧化錫和五氧化二鈮進行乾燥處理。在本發明中，所述乾燥處理的溫度優選為100～120℃，更優選為105～115℃；所述乾燥處理的時間優選為10～12h，更優選為10.5～11.5h。在本發明中，所述乾燥處理可以去除原料中的水，防止冶煉過程中出現析氫現象。在本發明中，所述冶煉優選包括以下步驟：(1)將鋁、三氧化鉬、三氧化二鉻、二氧化錫和五氧化二鈮混合，得到混合物料；(2)將所述步驟(1)得到的混合物料加熱，鋁熱反應得到合金液；(3)將所述步驟(2)得到的合金液冷卻，得到鋁鉬鉻錫鈮中間合金。本發明優選將鋁、三氧化鉬、三氧化二鉻、二氧化錫和五氧化二鈮混合，得到混合物料。本發明對所述混合的操作沒有特殊的限定，採用本領域技術人員熟知的混合的技術方案即可。在本發明中，所述混合的速率優選為100～140r/min，更優選為110～130r/min；所述混合的時間優選為3～5min。本發明對所述混合的裝置沒有特殊的限定，採用本領域技術人員熟知的混合的裝置即可。在本發明中，所述混合優選在V型混料機中進行。在本發明中，所述混合使各原料充分接觸，便於鋁熱反應的進行。完成混合後，本發明優選將所述混合後的產物進行預熱至裝爐溫度，得到混合物料。在本發明中，所述裝爐的溫度優選為30～60℃，更優選為40～50℃。在本發明中，所述預熱有利於鋁熱反應的引發。得到混合物料後，本發明優選將所述混合物料加熱，鋁熱反應得到合金液。本發明對所述加熱的操作沒有特殊的限定，採用本領域技術人員熟知的引發鋁熱反應的點燃方式即可。在本發明中，所述鋁熱反應的溫度優選為1600～1800℃，更優選為1650～1750℃；所述鋁熱反應的時間優選為30～60s，更優選為40～50s。在本發明中，所述鋁熱反應過程中，鋁作為還原劑將各氧化物還原為金屬單質，並釋放大量的熱能使金屬熔化形成合金液，鋁被氧化為氧化鋁浮於合金液表面，與合金液分離並去除。本發明對所述加熱反應的裝置沒有特殊的限定，採用本領域技術人員熟知的加熱的裝置即可。在本發明中，所述加熱優選在熔煉爐中進行；所述熔煉爐的爐體優選為鎂磚砌築的爐體、三氧化二鋁燒結的爐體或石墨板砌築的爐體。得到合金液後，本發明優選將所述合金液冷卻，得到鋁鉬鉻錫鈮中間合金。本發明對所述冷卻的操作沒有特殊的限定，採用本領域技術人員熟知的熔體冷卻的技術方案即可。在本發明中，所述冷卻優選為澆注後隨爐空冷。在本發明中，所述冷卻的終止溫度優選為150℃以下。本發明對所述澆注的操作沒有特殊的限定，按照後續工藝需求選擇本領域技術人員熟知的澆注的技術方案即可。為了進一步說明本發明，下面結合實施例對本發明提供的鋁鉬鉻錫鈮中間合金及其製備方法進行詳細地描述，但不能將它們理解為對本發明保護範圍的限定。實施例1:1、將粒度為100目的鋁粉、三氧化鉬、三氧化二鉻、二氧化錫和五氧化二鈮烘乾，烘乾溫度：100℃，烘乾時間：12小時。2、計算合金配比：三氧化鉬1.115kg、三氧化二鉻0.975kg、二氧化錫0.465kg、五氧化二鈮0.265kg、鋁1.935kg。3、將原料裝入混料機中以120r/min速率進行混料4min，混料要求：各個原材料必須充分混合均勻，保證原材料之間接觸充分。4、預熱至裝爐溫度為46℃，點火冶煉，點著火後火花30釐米多高，反應劇烈，反應時間35s，24小時以後出爐，得到鋁鉬鉻錫鈮中間合金。對本實施例製備的鋁鉬鉻錫鈮中間合金進行化學成分分析，得到結果如表1所示。對本實施例製備的鋁鉬鉻錫鈮中間合金錠(圓柱體)取樣，從上表面取兩點(1，2)，下表面取兩點(3，4)，合金柱中間部位取一點(5)進行成分測試，得到結果如表2所示。從表2可以看出，本實施例製備的中間合金成分均勻，無偏析。實施例2:1、將粒度為120目的鋁粉、三氧化鉬、三氧化二鉻、二氧化錫和五氧化二鈮烘乾，烘乾溫度：120℃，烘乾時間：10小時。2、計算合金配比：三氧化鉬1.125kg、三氧化二鉻1.095kg、二氧化錫0.475kg、五氧化二鈮0.265kg、鋁1.935kg。3、將原料裝入混料機中以120r/min速率進行混料4min，混料要求：各個原材料必須充分混合均勻，保證原材料之間接觸充分。4、預熱至裝爐溫度為48℃，點火冶煉，點著後冒灰白煙，火光高出爐罩30公分左右，反應時間40s，24小時以後出爐，得到鋁鉬鉻錫鈮中間合金。對本實施例製備的鋁鉬鉻錫鈮中間合金進行化學成分分析，得到結果如表1所示。實施例3:1、將粒度為80目的鋁粉、三氧化鉬、三氧化二鉻、二氧化錫和五氧化二鈮烘乾，烘乾溫度：110℃，烘乾時間：11小時。2、計算合金配比：三氧化鉬1.125kg、三氧化二鉻1.095kg、二氧化錫0.475kg、五氧化二鈮0.295kg、鋁2.055kg。3、將原料裝入混料機中以120r/min速率進行混料4min，混料要求：各個原材料必須充分混合均勻，保證原材料之間接觸充分。4、預熱至裝爐溫度為45℃，點火冶煉，反應非常平穩，反應時間34s，24小時以後出爐，得到鋁鉬鉻錫鈮中間合金。對本實施例製備的鋁鉬鉻錫鈮中間合金進行化學成分分析，得到結果如表1所示。實施例4:1、將粒度為100目的鋁粉、三氧化鉬、三氧化二鉻、二氧化錫和五氧化二鈮烘乾，烘乾溫度：110℃，烘乾時間：11小時。2、計算合金配比：三氧化鉬1.130g、三氧化二鉻1.110kg、二氧化錫0.485kg、五氧化二鈮0.310kg、鋁2.110kg。3、將原料裝入混料機中以120r/min速率進行混料4min，混料要求：各個原材料必須充分混合均勻，保證原材料之間接觸充分。4、預熱至裝爐溫度為42℃，點火冶煉，點著或後火花噴濺，反應非常劇烈，反應時間33s，24小時以後出爐，得到鋁鉬鉻錫鈮中間合金。對本實施例製備的鋁鉬鉻錫鈮中間合金進行化學成分分析，得到結果如表1所示。實施例5:1、將粒度為100目的鋁粉、三氧化鉬、三氧化二鉻、二氧化錫和五氧化二鈮烘乾，烘乾溫度：100℃，烘乾時間：12小時。2、計算合金配比：三氧化鉬1.130kg、三氧化二鉻1.115kg、二氧化錫0.500kg、五氧化二鈮0.310kg、鋁2.110kg。3、將原料裝入混料機中以120r/min速率進行混料4min，混料要求：各個原材料必須充分混合均勻，保證原材料之間接觸充分。4、預熱至裝爐溫度為45℃，點火冶煉，點著火後火花噴濺，反應非常劇烈，反應時間37s，24小時以後出爐，得到鋁鉬鉻錫鈮中間合金。對本實施例製備的鋁鉬鉻錫鈮中間合金進行化學成分分析，得到結果如表1所示。表1本發明實施例中鋁鉬鉻錫鈮中間合金化學成分表2實施例1中鋁鉬鉻錫鈮中間合金不同位置化學成分位置Mo％Cr％Sn％Nb％Al％C％O％124.024.011.05.035.90.0210.068224.1124.1311.115.1235.40.0200.098324.1124.0511.045.1135.60.0220.073424.124.1611.175.1435.50.0200.085524.0822.0711.085.0837.70.0210.075由以上實施例可以看出，本發明提供的鋁鉬鉻錫鈮中間合金成分穩定，雜質含量較低，代替二元合金為原料生產TC12鈦合金時，能夠避免生產過程需要精確配料，過程複雜，易受人為因素和生產過程中各種因素的影響，生產成本高的問題；同時由於中間合金中各元素已均勻化，能夠避免TC12鈦合金中由於各合金元素的熔點相差較多，導致最終合金中鋁含量偏低，鉬、釩元素含量偏高，以及鉬偏析、鉬夾雜等材料缺陷。本發明提供的製備方法簡單，易操作，不需特殊設備，以鋁及各種氧化物為原料，成本低，冶煉過程平穩，合金形成的狀態好。以上所述僅是本發明的優選實施方式，並非對本發明作任何形式上的限制。應當指出，對於本
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的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。當前第1頁1 2 3