CN109868378A - 提高AlV55钒铝合金成品率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及提高AlV55钒铝合金成品率的方法，属于冶金领域技术领域。本发明解决的技术问题是现有一步法制备AlV55合金成品率偏低。本发明提供提高AlV55钒铝合金成品率的方法，a.将V2O5、金属Al和AlV55碎合金称量后装入料罐中混合均匀；b.将反应器置入密闭空间，倒入步骤a混好的物料，引燃镁带触发反应，进行铝热还原冶炼；c.将步骤b反应物料放入真空感应炉内进行重熔浇铸；d.打开真空感应炉，经喷砂破碎处理得到AlV55钒铝合金成品。本发明可将AlV55钒铝合金的成品率提高到70％以上，合金表面光滑，无缩孔，无粘渣。

Description

提高AlV55钒铝合金成品率的方法
技术领域
本发明属于冶金领域，具体涉及提高AlV55钒铝合金成品率的方法。
背景技术
钒铝合金作为钛合金的一种重要添加剂，常用来改善钛合金性能，使之在强度、韧性、成形性、耐腐蚀、耐高温等方面更具优势，是制造水上飞机、滑翔机、汽车发动机系统、汽车底盘部件、高尔夫球杆和医疗器材的重要材料。
随着我国经济的迅速发展和人民消费水平的不断提升，我国的国防实力、宇航实力显著增强，应用于民用工业和航空航天领域的钛合金出现了大幅度增长势头。我国主要采用AlV55钒铝合金制备Ti-6Al-4V钛合金，市场需求量很大，然而目前采用的一步法制备AlV55合金的成品率却普遍不高。
发明内容
本发明解决的技术问题是现有一步法制备AlV55合金成品率偏低。
本发明解决上述问题的技术方案是提供提高AlV55钒铝合金成品率的方法，步骤包括：
a.将V2O5、金属Al和AlV55碎合金称量后装入料罐中混合均匀；
b.将反应器置入密闭空间，倒入步骤a混好的物料，引燃镁带触发反应；
c.将步骤b反应物料放入真空感应炉内进行重熔浇铸；
d.打开真空感应炉，经喷砂破碎处理得到AlV55钒铝合金成品。
其中，以重量分数计，控制AlV55钒铝合金中V含量在59％～59.5％。
其中，步骤a中V2O5、金属Al和AlV55碎合金的质量比为1：0.876～0.884：0.135～0.143。
其中，步骤a中V2O5粒度≤120目，金属Al粒度≤80目，AlV55碎合金粒度≤10mm。
其中，步骤b中反应器为内衬整体浇铸的反应炉。
其中，步骤b所述反应器为内衬整体浇铸的直筒炉。
其中，步骤b中反应器通过以下步骤得到：
1)在炉体内壁焊上倒刺；
2)将刚玉质浇筑料倒入搅拌机内，加水充分混合搅拌；
3)将混好的浇筑料倒入空炉底，，自然风干，然后在炉底中心放入模具，炉壳与模具之间用浇筑料填充；
4)将浇筑后的炉体连同模具放置自然风干，然后将模具取出，炉体经烘烤系统烘烤后得到浇筑炉即为反应器。
其中，步骤c中真空感应炉内真空度控制在10Pa～30Pa。
其中，步骤c重熔浇铸的最高温度不低于1500℃，熔融时间为20～60min。
本发明的有益效果：
本发明在一步法铝热还原的基础上，通过控制V含量、重熔浇铸的技术手段，可将AlV55钒铝合金的成品率提高到70％以上；本发明通过对现有的反应器进行改进，采用内衬整体浇铸的反应炉体，可减少因反应器耐火材料打结造成合金表观质量问题，合金表面光滑，无缩孔，无粘渣；本发明工艺简单，成本低。
说明书附图
图1为浇筑前反应器炉体；
图2为浇筑后反应器炉体。
具体实施方式
本发明提供提高AlV55钒铝合金成品率的方法，具体步骤包括：
a.将V2O5、金属Al和AlV55碎合金称量后装入料罐中混合均匀；
b.将反应器置入密闭空间，倒入步骤a混好的物料，引燃镁带触发反应；
c.将步骤b反应物料去除表面覆盖的渣并破碎，放入真空感应炉内进行重熔浇铸；
d.打开真空感应炉，经喷砂破碎处理得到AlV55钒铝合金成品。
其中，以重量分数计，控制AlV55钒铝合金中V含量在59％～59.5％。本发明将AlV55钒铝合金中V含量控制在59％～59.5％，此时合金结晶的物相更多是固溶体结构，脆性相相对较少，合金破碎时能够产生较少的细粉。
其中，步骤b将反应器置入密闭空间，可避免反应产生的烟尘引起过大的污染和安全问题。
其中，步骤a中将V2O5、金属Al和AlV55碎合金按其质量比为1：0.876～0.884：0.135～0.143称量后装入料罐中混合均匀。
其中，步骤a中V2O5粒度≤120目，金属Al粒度≤80目，AlV55碎合金粒度≤10mm。
其中，步骤b将反应器放置在旋转台上置入密闭空间，倒入混合好的物料，引燃镁带触发反应。混合物料在反应器内进行铝热冶炼，发生的反应如下：
3V2O5+10Al＝6V+5Al2O3
现有铝热冶炼的反应器通常采用的是镁沙打结，打结强度不够，造成炉衬烧损严重，每一炉冶炼完毕都要重新打结新的炉衬，造成经济损失和劳动强度增大，而且还容易因反应器耐火材料(即浇筑层)打结造成合金表观质量问题，本发明步骤b的铝热冶炼采用内衬整体浇铸的反应器，例如内衬整体浇铸的直筒冶炼炉。
进一步的，内衬整体浇铸的反应器的一种实现形式可通过以下步骤得到：
1)在炉体内壁焊上倒刺，便于浇筑层与炉体内壁更好的结合；
2)将刚玉质浇筑料倒入搅拌机内，加水充分混合搅拌；
3)将混好的浇筑料倒入空炉底，同时用振动棒进行振动，确保料层紧实平整无空隙，自然风干，然后在炉底中心放入模具，炉壳与模具之间用混好的浇筑料填充，继续用振动棒振动直至料层平整紧实；
4)将浇筑后的炉体连同模具放置自然风干，然后将模具取出，炉体经烘烤系统烘烤后得到浇筑炉即为反应器。
其中，步骤c中真空感应炉内真空度控制在10Pa～30Pa。
其中，步骤c重熔浇铸的最高温度不低于1500℃，熔融时间为20～60min。
以下通过实施例对本发明作进一步的解释和说明。
合金成品率＝包装成品重量/合金饼重量×100％。
实施例1
称取高纯V2O5(粒度：120目～160目)150kg、高纯金属Al(粒度：80目～120目)132.3kg和AlV55碎合金(粒度：5～10mm，V含量59.1％)21kg装入料罐中混合均匀后倒入内衬整体浇铸的反应器，引燃镁带触发反应，24h后打开反应器，处理后放入真空感应炉内进行重熔浇铸，真空度控制在10Pa，最高温度1510℃，熔融时间30min，24h后打开真空感应炉，经喷砂破碎处理后得到V含量为59.3％，成品率为70％的AlV55合金。
实施例2
称取高纯V2O5(粒度：≤160目)100kg、高纯金属Al(粒度：≤120目)87.7kg和AlV55碎合金(粒度：≤5mm，V含量59.2％)13.6kg装入料罐中混合均匀后倒入内衬整体浇铸的反应器，引燃镁带触发反应，24h后打开反应器，处理后放入真空感应炉内进行重熔浇铸，真空度控制在20Pa，最高温度1520℃，熔融时间40min，24h后打开真空感应炉，经喷砂破碎处理后得到V含量为59.1％，成品率为70.6％的AlV55合金。
实施例3
称取高纯V2O5(粒度：120目～160目)200kg、高纯金属Al(粒度：≤80目)176kg和AlV55碎合金(粒度：3～8mm，V含量59.5％)27.8kg装入料罐中混合均匀后倒入内衬整体浇铸的反应器，引燃镁带触发反应，24h后打开反应器，处理后放入真空感应炉内进行重熔浇铸，真空度控制在30Pa，最高温度1530℃，熔融时间50min，24h后打开真空感应炉，经喷砂破碎处理后得到V含量为59.4％，成品率为71.5％的AlV55合金。
对比例1
称取高纯V2O5(粒度：120目～160目)150kg、高纯金属Al(粒度：80目～120目)132.3kg和AlV55碎合金(粒度：5～10mm，V含量59.1％)21kg装入料罐中混合均匀后倒入普通打结炉衬反应器，引燃镁带触发反应，24h后打开反应器，经喷砂破碎处理后得到V含量为59％，成品率为65.1％的AlV55合金。
对比例2
称取高纯V2O5(粒度：≤160目)100kg、高纯金属Al(粒度：≤120目)87.7kg和AlV55碎合金(粒度：≤5mm，V含量59.2％)13.6kg装入料罐中混合均匀后倒入普通打结炉衬反应器，引燃镁带触发反应，24h后打开反应器，经喷砂破碎处理后得到V含量为58.9％，成品率为66.2％的AlV55合金。
对比例3
称取高纯V2O5(粒度：120目～160目)200kg、高纯金属Al(粒度：≤80目)176kg和AlV55碎合金(粒度：3～8mm，V含量59.5％)27.8kg装入料罐中混合均匀后倒入普通打结炉衬反应器，引燃镁带触发反应，24h后打开反应器，经喷砂破碎处理后得到V含量为59.2％，成品率为67.3％的AlV55合金。

Claims (9)

1.提高AlV55钒铝合金成品率的方法，其特征在于包括如下步骤：
a.将V2O5、金属Al和AlV55碎合金称量后装入料罐中混合均匀；
b.将反应器置入密闭空间，倒入步骤a混好的物料，引燃镁带触发反应，进行铝热还原冶炼；
c.将步骤b反应物料放入真空感应炉内进行重熔浇铸；
d.打开真空感应炉，经喷砂破碎处理得到AlV55钒铝合金成品。
2.根据权利要求1所述的提高AlV55钒铝合金成品率的方法，其特征在于：以重量分数计，控制AlV55钒铝合金中V含量在59％～59.5％。
3.根据权利要求1或2所述的提高AlV55钒铝合金成品率的方法，其特征在于：步骤a所述V2O5、金属Al和AlV55碎合金的质量比为1：0.876～0.884：0.135～0.143。
4.根据权利要求1～3任一项所述的提高AlV55钒铝合金成品率的方法，其特征在于：步骤a所述V2O5粒度≤120目，金属Al粒度≤80目，AlV55碎合金粒度≤10mm。
5.根据权利要求1～4任一项所述的提高AlV55钒铝合金成品率的方法，其特征在于：步骤b所述反应器为内衬整体浇铸的反应炉。
6.根据权利要求1～5任一项所述的提高AlV55钒铝合金成品率的方法，其特征在于：步骤b所述反应器为内衬整体浇铸的直筒炉。
7.根据权利要求1～6任一项所述的提高AlV55钒铝合金成品率的方法，其特征在于步骤b所述反应器通过以下步骤得到：
1)在炉体内壁焊上倒刺；
2)将刚玉质浇筑料倒入搅拌机内，加水充分混合搅拌；
3)将混好的浇筑料倒入空炉底，自然风干，然后在炉底中心放入模具，炉壳与模具之间用浇筑料填充；
4)将浇筑后的炉体连同模具放置自然风干，然后将模具取出，炉体经烘烤系统烘烤后得到浇筑炉即为反应器。
8.根据权利要求1～7任一项所述的提高AlV55钒铝合金成品率的方法，其特征在于：步骤c所述真空感应炉内真空度控制在10Pa～30Pa。
9.根据权利要求1～8任一项所述的提高AlV55钒铝合金成品率的方法，其特征在于：步骤c重熔浇铸的最高温度不低于1500℃，熔融时间为20～60min。
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