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Verfahren zur Desoxydation bei der Herstellung von Vorlegierungen,
insbesondere aus Titan und Aluminium Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Desoxydation
bei der Herstellung von Vorlegierungen aus einem hochschmelzenden, bei hoher Temperatur
reaktionsfähigen Metall der IV., V. oder VI. Nebengruppe des Periodischen Systems,
insbesondere Titan, und aus Aluminium durch Behandeln der Legierungen mit einem
Erdalkalimetall in einer inerten Atmosphäre, welches dadurch gekennzeichnet ist,
daß eine mehr als 0,2 l)/, Sauerstoff enthaltende Vorlegierung aus 10 bis
600/, Aluminium, Rest mindestens ein hochschmelzendes Metall der IV., V.
oder VI. Nebengruppe des Periodischen Systems, in schmelzflüssigem Zustand mit 0,25
bis 311/, Calcium umgesetzt und der Sauerstoffgehalt der Vorlegierung dadurch auf
weniger als 0,201, herabgesetzt wird.
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Bei der Herstellung von Legierungen der hochschmelzenden, reaktionsfähigen
Metalle der IV., V. und/oder VI. Gruppe des Periodischen Systems, z. B. von titanhaltigen
Legierungen, ist es schwierig, eine genügend reine Vorlegierung herzustellen, die
als Ausgangsmaterial verwendbar ist.
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Zur Herstellung von titanhaltigen Legierungen wird üblicherweise eine
innige Mischung aus zerkleinertem Titan mit den gewünschten Legierungsbestandteilen
hergestellt und die Mischung zu einer homogenen Legierung geschmolzen.
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Zwar sind viele Verfahren zur Herstellung von Titanvorlegierungen
bekannt, aber diese Legierungen enthalten im allgemeinen mehr oder weniger Sauerstoff.
Die Verminderung oder Beseitigung des Sauerstoffgehaltes wird allgemein als eine
der Hauptaufgaben bei der Verbesserung der Eigenschaften von Titanlegierungen angesehen.
Die Lösung dieses Problems ist deshalb so schwierig, weil der Sauerstoffgehalt in
den gebräuchlichen Titanvorlegierungen schon sehr gering, meist nur wenige Teile
auf 1000 Teile Legierung, ist. Aber selbst diese geringfügigen Sauerstoffmengen
haben eine schädliche Wirkung auf die daraus hergestellten Titanlegierungen und
machen sie spröde und schwer verarbeitbar.
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Das Problem wird durch die sehr große Affinität von Titan gegenüber
gewöhnlichen Gasen, wie Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff, besonders bei den
in der Metallurgie erforderlichen hohen Temperaturen, noch weiter erschwert. Es
wurde versucht, diese Schwierigkeiten dadurch zu vermeiden, daß der Schmelzvorgang
in einer inerten Atmosphäre aus Argon oder Helium oder im Vakuum durchgeführt wurde.
Derartige Verfahren sind aber kostspielig und verhindern eine Reaktion zwischen
dem Titan und der feuerfesten, oxydischen Auskleidung des Schmelzgefäßes nicht.
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Eine weitere Erschwerung ergibt sich bei der Herstellung von Vorlegierungen
aus Titan und Aluminium. Aluminium hat ebenfalls eine große Affinität zum Sauerstoff
und ist meist mit einer dünnen Oxydschicht überzogen. Bei der Herstellung von Titan-Aluminium-Legierungen
bilden sich meist unerwünschte oxydische Verunreinigungen, die die Legierung unbrauchbar
machen. Bisher ist noch kein wirklich befriedigendes Desoxydations- oder Flußmittel
zum Entfernen von oxydischen Verunreinigungen aus aluminiumhaltigen Titanschmelzen
bekannt. Es besteht also die Aufgabe, die oxydischen Verunreinigungen weiter zu
vermindern, um die Eigenschaften aluminiumhaltiger Titanvorlegierungen zu verbessern.
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Es wurde gefunden, daß ein erheblicher Teil des Sauerstoffes einer
geschmolzenen aluminiumhaltigen Titanvorlegierung durch Reinigungsmittel mit desoxydierenden
Eigenschaften, die mit den Legierungsbestandteilen der Schmelze praktisch nicht
reagieren, entfernt werden kann. Auf diese Weise werden die meisten in der Schmelze
enthaltenen Oxyde und anderen Verunreinigungen in eine trockene Schlacke umgewandelt,
die leicht vom sehr reinen Metall abgetrennt werden kann.
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Gemäß der Erfindung wird. eine aluminiumhaltige Titanvorlegierung
mit niedrigem Sauerstoffgehalt dadurch hergestellt, daß Titan mit einem technisch
reinen Aluminium innig gemischt und in einem Gefäß aus feuerfestem Oxyd, z. B. aus
Magnesiumoxyd, unter Bildung einer Schmelze, die die Legierungsbestandteile in den
gewünschten Mengen enthält, erhitzt wird. Diese Metallschmelze reagiert normalerweise
mit der feuerfesten oxydischen Auskleidung des Gefäßes und bildet unerwünscht hohe
Oxydeinschlüsse in der Schmelze. Durch das erfindungsgemäße
Verfahren
wird die Menge der in der Schmelze enthaltenen oxydischen Verunreinigungen dadurch
verringert und auf ein :Minimum beschränkt, daß ein Schlacke bildendes Desoxydationsmittel
zugegeben wird, das mit dem in der Schmelze enthaltenen Sauerstoff reagiert.
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Das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Titan soll möglichst
frei von störenden Verunreinigungen, wie Sauerstoff, Stickstoff oder Wasserstoff,
sein, um die Verunreinigungen in der Metallschmelze auf ein Minimum zu beschränken.
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Das Aluminium kann eine handelsübliche Sorte mit den normalen Verunreinigungen
sein.
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Die gemäß der Erfindung angestrebte Desoxydation ird durch ein beliebiges
Erdalkalimetall bewirkt. Destilliertes Calcium wird bevorzugt. Je nach dem Sauerstoffgehalt
der Legierung wird das Calcium in Mengen von 0,25 bis 3 Gewichtsprozent in die Schmelze
eingeführt. Die Calciummenge wird vorzugsweise auf 2 Gewichtsprozent oder weniger
beschränkt, da die Legierung sonst beträchtliche Mengen Calcium aufnehmen würde.
Ist der Sauerstoffgehalt bekannt, so wird zweckmäßig die stöchiometrisch erforderliche
Calciummenge angewendet.
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Damit der Calciumzusatz eine Verringerung des Sauerstoffgehaltes bewirken
kann, muß die Schmelze Aluminium in Mengen von 10 bis 60 Gewichtsprozent, vorzugsweise
von 35 bis 55 Gewichtsprozent, enthalten.
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Durch die Reaktion des Calciums mit dem Sauerstoff der Schmelze wird
eine aluminiumhaltige Titanvorlegierung mit niedrigem Sauerstoffgehalt erhalten
Abgesehen von seiner reinigenden Wirkung, verhindert das Calcium außerdem die Entstehung
von zusätzlichen oxydischen Verunreinigungen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung
liegt darin, daß sich zahlreiche andere aluminiumhaltige Titanvorlegierungen herstellen
lassen, Chrom, Mangan oder andere Metalle enthalten, ohne daß sich unerwünschte
oxydische Verunreinigungen bilden. Außerdem schützt die durch den Calciumzusatz
gebildete Schlacke das geschmolzene Metall vor Oxydation oder anderen schädlichen
atmosphärischen Einflüssen.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung wird an dem nachfolgenden Beispiel
erläutert.
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Beispiel 1 Zwei :Mischungen aus 12,5 kg Titanschw amm mit folgenden
Verunreinigungen:
| 0,13 01o Sauerstoff, |
| 0,00970j0 Wasserstoff, |
| 0,026 % Stickstoff, |
| 0,0340/0 Eisen, |
| 0,05 % Kohlenstoff, |
| 0,240/, Chlor und |
| 10,1 kg geschmolzenem Aluminium |
«erden in einem Tiegel aus Magnesiumoxyd in einer Schutzgasatmosphäre aus Argon
bei 1550'C geschmolzen.
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Schmelze Nr. 1 wird ohne weitere Behandlung abgegossen und analysiert.
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Schmelze Nr. 2 wird durch Zusatz von 0,113 kg destilliertem Calcium
desoxydiert und erst dann abgegossen und anschließend analysiert. Die Analysen der
erhaltenen Legierungen sind in der nachstehenden Tabelle enthalten.
| Mischung Mischung |
| Nr. 1 \ r. 2 |
| Aluminium . . . . . . . . . . . . . . . 44,75-1, 44,500/, |
| Titan .................... 54,17% 54,410/0 |
| Eisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,500/,
0,50010 |
| Silicium . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,150/,
0,09 07o |
| Kohlenstoff ............... 0,040/0 0,040/0 |
| Stickstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,15 0/0 0,26
0/0 |
| Sauerstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,480/,
0,190/, |
| Wasserstoff ............... 0,00510/0 0,00210/0 |
| Calcium (-f- Magnesium) .... 0,010/0 |
Ein Vergleich der in _ der Tabelle wiedergegebenen Ergebnisse von Mischungen Nr.
1 und Nr. 2 zeigt, daß durch Auflösen des Calciumzusatzes in der geschmolzenen Aluminium-Titan-Legierung
gemäß der Erfindung der Sauerstoffgehalt von 0,48 % auf weniger als 0,20 % herabgesetzt
wird. Weitere Verringerung des Sauerstoffgehalts bis auf 0,10% wurden bei anderen,
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren desoxydierten Schmelzen erzielt.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren können also aluminiumhaltige
Titanvorlegierungen mit geringem Sauerstoffgehalt hergestellt werden, wodurch bessere
Eigenschaften erzielt werden. Die vorteilhafte Wirkung des niedrigen Sauerstoffgehalts
wird durch die Zufuhr geringer Mengen Erdalkalimetalle, wie Calcium, in die geschmolzene
Legierung bewirkt,- Wobei das Calcium als Reinigungsmittel wirkt, das den Sauerstoffgehalt
in der Schmelze wesentlich vermindert.
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Unter- einer aluminiumhaltigen Vorlegierung mit »niedrigem Sauerstoffgehalt«
wird eine Vorlegierüng verstanden, deren Sauerstoffgehalt @,2 Gewichtsprozent der
Legierung nicht wesentlich übersteigt.