CN109136706A - 一种钼铌铝硅钛中间合金及其制备方法 - Google Patents

一种钼铌铝硅钛中间合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种钼铌铝硅钛中间合金及其制备方法。本发明提供的钼铌铝硅钛中间合金，按质量含量计，包括67～73wt％的Mo、10～15wt％的Nb、10～15wt％的Al、0.2～0.8wt％的Si和余量的Ti。本发明提供的钼铌铝硅钛中间合金通过设计合金成分，使钼铌铝硅钛中间合金的熔点和密度均接近于基体海绵钛，且成分偏析较小，代替AlMo85、AlNb70和金属Si用于TB8钛合金熔炼时，能够降低与基体海绵钛的熔点差和密度差，有效地防止成分偏析的发生。实验结果表明，本发明提供的钼铌铝硅钛中间合金熔点为1820～1830℃，密度为6.20～6.32g/cm3，成分偏析较小。本发明提供的制备方法简单，易于控制，适用于大规模工业生产。

Description

一种钼铌铝硅钛中间合金及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，涉及中间合金，尤其是一种钼铌铝硅钛中间合金及其制备方法。
背景技术
TB8是一种高强亚稳定β型钛合金，美国牌号为β-21S，其名义成分为Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.25Si，它具有韧性高、可焊性好、抗氧化性好、高温强度高、耐热油性高、成形性好和蠕变强度高等优点，主要用于制作航空航天紧固件、发动机排气塞和喷嘴构件。
目前用于TB8钛合金生产的原材料除了基体海绵钛(熔点：1675℃，密度：4.50g/cm3)之外，还包括AlMo85(熔点：2100℃，密度：7.21g/cm3)、AlNb70(熔点：1630℃，密度：5.19g/cm3)两种二元中间合金和金属Si(熔点：1414℃，密度：2.33g/cm3)，这四种原材料之间最大熔点差和密度差分别为686℃和4.88g/cm3。TB8钛合金通常采用VAR(真空自耗电弧熔炼)的方式进行熔炼，该方法属于顺序凝固过程，大的熔点差和密度差会造成TB8钛合金严重的成分偏析问题。同时，由于AlMo85的熔点高和密度大，存在高熔点Mo夹杂而导致整个TB8钛合金锭报废的风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钼铌铝硅钛中间合金及其制备方法。本发明提供的钼铌铝硅钛中间合金(熔点：1820～1830℃，密度：6.20～6.32g/cm3)与基体海绵钛(熔点：1675℃，密度：4.50g/cm3)的熔点和密度均接近，用于TB8钛合金熔炼时，能够很好的解决成分偏析和高熔点Mo夹杂问题。
本发明提供了一种钼铌铝硅钛中间合金，按质量含量计，包括67～73wt％的Mo、10～15wt％的Nb、10～15wt％的Al、0.2～0.8wt％的Si和余量的Ti。
优选地，所述钼铌铝硅钛中间合金包括69～71wt％的Mo、11～13wt％的Nb、12～14wt％的Al、0.3～0.7wt％的Si和余量的Ti。
优选地，所述钼铌铝硅钛中间合金熔点为1823～1827℃。
优选地，所述钼铌铝硅钛中间合金密度为6.24～6.28g/cm3。
本发明还提供了上述钼铌铝硅钛中间合金的一种制备方法，包括以下步骤：
(1)将MoO3、Al、Nb2O5、Ti和Si进行干燥；
(2)所述步骤(1)按照100份MoO3、51～61份Al、14～20份Nb2O5、5～9份Ti、0.2～0.6份Si称取各原材料；
(3)将所述步骤(2)称好的各原材料进行充分混合，得到混合物料；
(4)将所述步骤(3)的混合物料在常温下装炉，采用炉外铝热冶炼法进行合金冶炼，得到钼铌铝硅钛中间合金。
优选地，所述钼铌铝硅钛中间合金的制备方法，按照100份MoO3、54～58份Al、16～18份Nb2O5、6～8份Ti、0.3～0.5份Si称取各原材料。
所述干燥的温度优选为110～130℃，更优选为115～125℃；所述干燥的时间优选为6h以上，更优选为8～12h，最优选为9～11h。在本发明中，所述干燥可以去除原料中的水分，防止铝热冶炼过程中发生严重的喷溅。
本发明的优点和有益效果：
本发明提供的钼铌铝硅钛中间合金通过设计合金成分，使钼铌铝硅钛中间合金的熔点和密度均接近于基体海绵钛，且成分偏析较小，代替AlMo85、AlNb70和金属Si用于TB8钛合金熔炼时，能够降低与基体海绵钛的熔点差和密度差，有效地防止成分偏析和高熔点Mo夹杂问题的发生。实验结果表明，本发明提供的钼铌铝硅钛中间合金熔点为1820～1830℃，密度为6.20～6.32g/cm3，成分偏析较小。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的钼铌铝硅钛中间合金及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1:
1、将纯度为99.9％以上的MoO3、纯度为99.7％以上的Al、纯度为99.9％以上的Nb2O5、纯度为99.5％以上的Ti和纯度为99.5％以上的Si进行干燥，干燥的温度为110℃，干燥的时间为6h。
2、再然后按照100份MoO3、51份Al、14份Nb2O5、5份Ti、0.2份Si称取各原材料。
3、将称好的各原材料进行充分混合，得到混合物料。
4、将混合物料在常温下装炉，采用炉外铝热冶炼法进行合金冶炼，得到钼铌铝硅钛中间合金。
对本实施例制备的钼铌铝硅钛中间合金进行化学成分分析，得到结果如表1所示。本实施例制备的钼铌铝硅钛中间合金的熔点为1830℃，密度为6.31g/cm3。
实施例2:
1、将纯度为99.9％以上的MoO3、纯度为99.7％以上的Al、纯度为99.9％以上的Nb2O5、纯度为99.5％以上的Ti和纯度为99.5％以上的Si进行干燥，干燥的温度为130℃，干燥的时间为12h。
2、再然后按照100份MoO3、61份Al、20份Nb2O5、9份Ti、0.6份Si称取各原材料。
3、将称好的各原材料进行充分混合，得到混合物料。
4、将混合物料在常温下装炉，采用炉外铝热冶炼法进行合金冶炼，得到钼铌铝硅钛中间合金。
对本实施例制备的钼铌铝硅钛中间合金进行化学成分分析，得到结果如表1所示。本实施例制备的钼铌铝硅钛中间合金的熔点为1821℃，密度为6.20g/cm3。
实施例3:
1、将纯度为99.9％以上的MoO3、纯度为99.7％以上的Al、纯度为99.9％以上的Nb2O5、纯度为99.5％以上的Ti和纯度为99.5％以上的Si进行干燥，干燥的温度为120℃，干燥的时间为10h。
2、再然后按照100份MoO3、56份Al、17份Nb2O5、7份Ti、0.4份Si称取各原材料。
3、将称好的各原材料进行充分混合，得到混合物料。
4、将混合物料在常温下装炉，采用炉外铝热冶炼法进行合金冶炼，得到钼铌铝硅钛中间合金。
对本实施例制备的钼铌铝硅钛中间合金进行化学成分分析，得到结果如表1所示。本实施例制备的钼铌铝硅钛中间合金的熔点为1825℃，密度为6.26g/cm3。
实施例4:
1、将纯度为99.9％以上的MoO3、纯度为99.7％以上的Al、纯度为99.9％以上的Nb2O5、纯度为99.5％以上的Ti和纯度为99.5％以上的Si进行干燥，干燥的温度为115℃，干燥的时间为11h。
2、再然后按照100份MoO3、58份Al、16份Nb2O5、6份Ti、0.3份Si称取各原材料。
3、将称好的各原材料进行充分混合，得到混合物料。
4、将混合物料在常温下装炉，采用炉外铝热冶炼法进行合金冶炼，得到钼铌铝硅钛中间合金。
对本实施例制备的钼铌铝硅钛中间合金进行化学成分分析，得到结果如表1所示。本实施例制备的钼铌铝硅钛中间合金的熔点为1824℃，密度为6.24g/cm3。
实施例5:
1、将纯度为99.9％以上的MoO3、纯度为99.7％以上的Al、纯度为99.9％以上的Nb2O5、纯度为99.5％以上的Ti和纯度为99.5％以上的Si进行干燥，干燥的温度为120℃，干燥的时间为9h。
2、再然后按照100份MoO3、54份Al、18份Nb2O5、8份Ti、0.5份Si称取各原材料。
3、将称好的各原材料进行充分混合，得到混合物料。
4、将混合物料在常温下装炉，采用炉外铝热冶炼法进行合金冶炼，得到钼铌铝硅钛中间合金。
对本实施例制备的钼铌铝硅钛中间合金进行化学成分分析，得到结果如表1所示。本实施例制备的钼铌铝硅钛中间合金的熔点为1827℃，密度为6.27g/cm3。
表1本发明实施例中钼铌铝硅钛中间合金化学成分 wt％
合金成分 Mo Nb Al Si Fe C O N Ti
实施例1 72.8 10.1 10.0 0.20 0.156 0.005 0.064 0.010 余量
实施例2 67.1 14.8 14.9 0.78 0.146 0.009 0.053 0.009 余量
实施例3 70.0 12.6 12.6 0.50 0.153 0.006 0.041 0.010 余量
实施例4 69.1 11.0 13.8 0.31 0.157 0.004 0.047 0.010 余量
实施例5 70.8 12.9 12.1 0.69 0.149 0.007 0.055 0.009 余量
由以上实施例可以看出，本发明提供的钼铌铝硅钛中间合金成分稳定，杂质含量较低。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种钼铌铝硅钛中间合金，按质量含量计，包括67～73wt％的Mo、10～15wt％的Nb、10～15wt％的Al、0.2～0.8wt％的Si和余量的Ti。
2.根据权利要求1所述的钼铌铝硅钛中间合金，其特征在于：所述钼铌铝硅钛中间合金熔点为1820～1830℃。
3.根据权利要求1所述的钼铌铝硅钛中间合金，其特征在于：所述钼铌铝硅钛中间合金密度为6.20～6.32g/cm3。
4.根据权利要求1所述的钼铌铝硅钛中间合金，其特征在于：包括69～71wt％的Mo、11～13wt％的Nb、12～14wt％的Al、0.3～0.7wt％的Si和余量的Ti。
5.根据权利要求1～4任一权利要求所述的钼铌铝硅钛中间合金的制备方法，其特征在于：按照100份MoO3、51～61份Al、14～20份Nb2O5、5～9份Ti、0.2～0.6份Si称取各原材料，进行炉外铝热冶炼，得到钼铌铝硅钛中间合金。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述MoO3的纯度为99.9％以上；所述Al的纯度为99.7％以上；所述Nb2O5的纯度为99.9％以上；所述Ti的纯度为99.5％以上；所述Si的纯度为99.5％以上。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述炉外铝热冶炼包括以下步骤：
(1)将MoO3、Al、Nb2O5、Ti和Si进行干燥；
(2)将所述步骤(1)按照100份MoO3、51～61份Al、14～20份Nb2O5、5～9份Ti、0.2～0.6份Si称取各原材料；
(3)将所述步骤(2)称好的各原材料进行充分混合，得到混合物料；
(4)将所述步骤(3)的混合物料在常温下装炉，采用炉外铝热冶炼法进行合金冶炼，得到钼铌铝硅钛中间合金。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中干燥的温度为110～130℃；所述干燥的时间为6h以上。
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