CN102586637B - 一种多元铌合金铸锭的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多元铌合金铸锭的制造方法，该方法通过在冶金级氧化铌粉中添加铝粉、发热剂、石灰、合金元素粉末和稀土元素，经过混料、装炉铝热还原反应后，金属与渣分离，之后将还原后金属采用电子束炉熔炼成板状、圆柱状或其它形式的铸锭，之后配入一定的锆或其它金属，经过两次真空电子束炉熔炼或一次真空电子束炉+一次真空自耗电弧炉熔炼而进行铌合金铸锭的制备。本发明极大的降低了铌基合金的生产成本，具有良好的发展前景，且通过本发明方法生产的铌合金具有成本低、生产周期短、产量高、合金性能优异等特点。<u/>

Description

一种多元铌合金铸锭的制造方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，特别是涉及一种多元铌合金铸锭的制造方法。

背景技术

随着世界军事和航天技术的迅猛发展，防空、防天一体化的先进防御系统已成为我国21世纪的重大发展目标，它作为一个国家军事技术实力的标志，具有巨大的军事与政治影响。作为先进防御系统重要组成部分的动能杀伤拦截器和相应的导弹运载系统，对姿态控制发动机也提出了更高要求，不但追求高温性能、使用时间长、材料密度低，而且要具有良好的焊接性能等优点。金属铌由于其塑性好、熔点高成为这一行业的首选材料，而且可以通过加入W、Mo、Ta、V、Cr、Zr、C、Ti、Ni、Hf等元素实现固溶强化、沉淀强化、弥散强化，以提高合金的室温和高温性能。另外，由于金属铌在难熔金属中密度最低、价格便宜，铌基合金有具备良好的焊接性能等优点，所以，铌基合金理所当然成为该领域中无可媲美最佳材料。

国内目前铌基合金全部采用粉末冶金法生产，氧化物的还原采用碳还原法生产。碳还原工艺生产周期长，能耗高，需要碳化-还原后制备金属铌粉，单台设备产能相对较低，合金生产需要再进行合金调配，成型、烧结等繁杂的工艺流程，因此生产周期长、生产成本高。铝热还原法作为一种合金生产的新工艺，只需一次还原，并在还原过程中可以同时添加合金元素，生产成本低，产量高，是铌基合金生产的发展趋势。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种生产成本低，产量高的多元铌合金铸锭的制造方法。

为实现本发明目的所采取的技术方案为：

（1）在冶金级氧化铌中配比铝粉、发热剂（硝石、高氯酸钾、氯酸钾等）、石灰，同时添加一定量的合金元素粉末，该合金元素如钨、钼、钽、钒、铬和它们对应的氧化物中的一种或几种，同时添加稀土元素粉末，用混料机进行充分混合；所述的稀土元素为钇、铽、镝、钬、铒、铥、镱及镥中的任意一种或几种。上述稀土元素的添加量根据氧化铌的重量进行调整，通常为氧化铌重量的0.1－0.2％，氧化铌量一定后，铝粉为超过化学计量值的1-10%，发热剂与石灰的加入量为氧化铌量的5-15%，其它合金元素按照合金的理论值计算所得的化学计量值添加即可。

（2）将混合粉末装入反应器，之后将混合物料用镁带或其它方式点燃，使反应自动进行。这主要是利用氧化铌粉末与铝粉反应是放热反应的原理进行铌合金的制备，添加硝石、氯酸钾的目的是提高反应过程的热量，此反应所放出的反应热可以维持反应所需热量，添加石灰的目的是降低渣的熔点，使反应后的金属与渣相充分分离，由此得到生产合金的目的，然后将金属与渣进行分离，即可得到目标合金的初级合金。

（3）将反应后的合金用真空电子束炉进行熔炼提纯，制成板状、圆柱状或其它形式的铸锭，熔炼功率为70kW-300kW。通常初级合金的熔炼为两次，在熔炼前要将合金破碎成小于5厘米的块状金属。

（4）基于合金性能改善目的，上述合金中还需添加Zr、Hf、Ti等其它金属，即将初级合金经过剪切或锯切后与锆、铪、钛的金属条（板）按照一定的质量比例进行组配，制备成熔炼电极。

（5）采用真空电子束炉或／和真空自耗电弧炉进行熔炼，所述熔炼方法可以为熔炼电极在真空电子束炉中熔炼两次，熔炼功率为200kW-500KW，也可以为熔炼电极在真空电子束炉中熔炼一次，熔化功率为200kW-500kW，然后在真空自耗电弧炉中自耗熔炼一次，熔炼功率为300kW-560kW。

（6）铸锭经过表面车光处理，消除表面缺陷，即为铌合金的成品铸锭。

本发明的多元铌合金铸锭的制造方法是以氧化铌、铝粉等为原料，直接配入一定量的钨、钼、钽、钒、铬等合金元素采用铝热还原法生产铌基合金。该工艺采用氧化铌粉末进行配料而进行铝热还原反应，可以有效保证合金成分的均匀性；采用真空电子束炉熔炼或真空电子束炉+真空电弧炉熔炼，可使铸锭组织的优化，达到合金的加工的技术要求；直接还原出合金或母合金，生产效率高、生产成本低，具有很好的经济价值和社会价值。根据本发明所生产的铌基合金材料，成本低于目前我国已定型使用的其他铌合金材料生产成本，并具有较高的生产能力。

综上所述，本发明极大的降低了铌基合金的生产成本，具有良好的发展前景，且通过本发明方法生产的铌合金具有成本低、生产周期短、产量高、合金性能优异等特征。

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

此实施例生产Nb-W-Mo-Zr-C合金，其工艺过程为：

称重100Kg氧化铌、37.2Kg铝粉，20Kg石灰、0.2Kg氯酸钾，在其中添加3.8Kg钨粉，1.52Kg钼粉， 1KgNbC，同时添加0.2Kg的钇，在混料机中混料2小时；然后将混合粉末装入反应器中，装料过程中将物料压实，之后采用镁带点燃，至此铝热还原反应依靠自身放出的热量开始自动进行，反应在3分钟之内完成，待自然冷却后，将金属层与渣进行分离，即得到初级合金；将该初级合金破碎为小于3cm的颗粒，后采用真空电子束炉两次熔炼得到初级铸锭，熔炼功率为70-80kW；将铸锭采用机械切割后与锆板按照100：1-1.5的比例进行组配制备成熔炼电极。采用真空电子束炉进行两次熔炼，熔炼功率为200kW-500kW，或一次真空电子束炉，熔炼功率为200kw-500Kw 加上一次真空自耗熔炼，熔炼功率为300kW-560kW 。所得铸锭经过表面车光处理，消除表面缺陷后成品为Nb-W-Mo-Zr合金铸锭。

实施例2

此实施例生产Nb-Ta-W-Ti-Hf合金，其工艺过程为：

称重100Kg氧化铌、37.2Kg铝粉，20Kg石灰、0.1Kg氯酸钾，在其中添加0.8Kg钨粉，0.4Kg钽粉，同时添加0.1Kg的钇，在混料机中混料2小时；然后将混合粉末装入反应器中，装料过程中将物料压实，之后采用镁带点燃，至此铝热还原反应依靠自身放出的热量开始自动进行，反应在3分钟之内完成，待自然冷却后，将金属层与渣进行分离，即得到初级合金；将该初级合金破碎为小于3cm的颗粒，后采用真空电子束炉两次熔炼得到初级铸锭，熔炼功率为70-80kW；将铸锭采用机械切割后与钛板、铪板按照100：1-1.5：15-20的比例进行组配制备成熔炼电极。采用真空电子束炉进行两次熔炼，熔炼功率为200kW-500kW，或一次真空电子束炉，熔炼功率为200kw-500Kw 加上一次真空自耗熔炼，熔炼功率为300kW-560kW 。所得铸锭经过表面车光处理，消除表面缺陷后成品为Nb-Ta-W-Ti-Hf合金铸锭。

实施例3

此实施例生产Nb-Mo-V-Zr合金，其工艺过程为：

称重100Kg氧化铌、37.5Kg铝粉，20Kg石灰、0.2Kg氯酸钾，在其中添加0.4Kg钼粉，6.7Kg五氧化二钒，同时添加0.1Kg的稀土元素镱，在混料机中混料2小时；然后将混合粉末装入反应器中，装料过程中将物料压实，之后采用镁带点燃，至此铝热还原反应依靠自身放出的热量开始自动进行，反应在3分钟之内完成，待自然冷却后，将金属层与渣进行分离，即得到初级合金；将该初级合金破碎为小于3cm的颗粒，后采用真空电子束炉两次熔炼得到初级铸锭，熔炼功率为70-80kW；将铸锭采用机械切割后与锆板按照100：1.5-1.8的比例进行组配制备成熔炼电极。采用真空电子束炉进行两次熔炼，熔炼功率为200kW-500kW，或一次真空电子束炉，熔炼功率为200kw-500Kw 加上一次真空自耗熔炼，熔炼功率为300kW-560kW 。所得铸锭经过表面车光处理，消除表面缺陷后成品为Nb-Mo-V-Zr合金铸锭。

Claims (1)

1. 一种多元铌合金铸锭的制造方法，其特征在于其工艺步骤为：首先在氧化铌粉中添加铝粉、发热剂、石灰、合金元素粉末和稀土元素，物料充分混料、点燃后自动进行铝热还原反应，反应在3分钟之内完成，待自然冷却后，将金属层与渣进行分离，即得到初级合金；将该初级合金破碎为小于3cm的颗粒，后采用真空电子束炉两次熔炼得到初级铸锭，熔炼功率为70-80kW；将上述初级铸锭锯或剪切后与锆、铪、钛的金属条或板进行组配成熔炼电极；将熔炼电极在真空电子束炉或真空自耗电弧炉中熔炼两次，熔炼功率为200kW-500KW，或者将熔炼电极在真空电子束炉中熔炼一次，熔化功率为200kW-500kW，然后在真空自耗电弧炉中自耗熔炼一次，熔炼功率为300kW-560kW，所得铸锭经表面车光处理即为铌合金的成品铸锭；

所述发热剂为硝石、高氯酸钾或氯酸钾；

所述合金元素为钨、钼、钽、钒和它们对应的氧化物中的一种或几种；

所述稀土元素为钇或镱，其添加量为氧化铌重量的0.1－0.2％；

所述铝粉用量为超过化学计量值的1-10%，发热剂与石灰的加入量为氧化铌量的5-15%，合金元素按照合金的理论值计算所得的化学计量值添加即可。