DE2740213C2

DE2740213C2 - Verwendung einer Wolfram-Titan-Aluminium-Legierung

Info

Publication number: DE2740213C2
Application number: DE2740213A
Authority: DE
Inventors: Frederick H. Wyomissing Pa. Perfect
Original assignee: Reading Alloys Inc
Current assignee: Reading Alloys Inc
Priority date: 1976-09-16
Filing date: 1977-09-07
Publication date: 1986-06-26
Also published as: US4062677A; JPS5337515A; DE2740213A1; FR2364973B1; JPS608292B2; FR2364973A1; GB1583005A; CA1075500A

Description

Vorlegierungen werden in großem Umfang bei der Herstellung von Legierungen auf der Grundlage von Titan benutzt. Vorteilhafterweise sind für diesen Zweck benutzte Vorlegierungen leicht schmelzbar und einheitlich mit dem Grundmetall Titan vermischbar.

Aus der DE-AS 19 09 579 ist ein schr.eüösUches Zusatzmittel für Aluminiumschmelzen bekannt, das 10 bis 90% Al und 90 bis \0% u. a. W und/oder Ti enthalten kann. Die DE-PS 9 73 241 beschreibt ein Verfahren zur Reduktion von z. B. Titanoxiden für die Herstellung von z. B. Titanlegierungen mit Kohlenstoff bzw. Carbiden oder Silicium bzw. Siliciden im Hochvakuum bei über 3000⁰C, gegebenenfalls in Gegenwart legierungsbildender Zusatzmetalle. Die US-PS 37 25 054 offenbart Aluminium und Molybdän enthaltende Titanlegierungen zur Verwendung z. B. in der Flugzeugindustrie als Konstruktions- und Triebwerksbestandteil.

Frühere Versuche, Aluminium-Wolfram-Legierungen im Verhältnis 50/50 herzustellen, waren erfolglos, da ein Abschnitt der Barren oder Blöcke, die aus solchem Material hergestellt worden waren, duktil war. während der verbleibende untere Abschnitt des Blocks spröde war. Analysen ergaben, daß derartige Blöcke nicht über ihre gesamte Länge homogen waren; der duktile obere Teil enthielt wesentlich mehr Aluminium als Wolfram; der spröde untere Teil des Blocks enthielt wesentlich mehr Wolfram als Aluminium.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von Titan-Legierungen mit einheitlicher, homogener Zusammensetzung, relativ niedrigem Schmelzpunkt und hoher Reinheit zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung die Verwendung von Legierungen aus 55 bis 70% Wolfram, 2 bis 10% Titan und im wesentlichen Aluminium als Rest für die Herstellung von Titan-Legierungen vor.

Die erfindungsgemäß verwendeten Legierungen werden mittels aluminothermischer Reduktion von WoIframtrioxid (WO3) oder Calciumwolframat und Titandioxid mit einem Überschuß an Aluminium hergestellt, wodurch die Reduktion der Oxide zu metallischem Wolfram und Titan bewirkt wird, die sich mit dem Überschuß an Aluminium unter Bildung der gewünschten Legierung vermischen. Es hat sich herausgestellt, daß Legierungen, die 55 bis 70% Wolfram, 2 bis 10% Titan enthalten, wobei der Rest im wesentlichen aus Aluminium besteht und die angegebenen Prozentsätze Gewichtsprozent auf der Basis des Gewichtes der Legierung bedeuten, homogen, bröckelig und im wesentlichen frei von Schlacke sind. Derartige Legierungen können ohne Schwierigkeiten auf die richtige Korngröße zur Vermischung mit Titanschwamm im Zusammenhang mit der Herstellung von Wolfram enthaltenden Titan-Legierungen gebracht werden.

Die erfindungsgemäß verwendeten Legierungen können in jeder geeigneten Vorrichtung hergestellt werden. Ein besonders geeignetes Reaktionsgefäß ist ein wassergekühltes Kupfergefäß der Art, das in »Metallothermic Reduction of Oxides in Water-Cooled Copper Furnaces« von F. H. Perfect in Transactions of the Metallurgical Society of AIME, Band 239, August 1967, Seiten 1282 bis 1286 beschrieben ist
Zur Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten Legierungen können Wolframtrioxid oder Calciumwolframat, Titandioxid und Aluminium auf relativ kleine Korngrößen reduziert und innig miteinander vermischt werden, so daß die Reaktion schnell und einheitlich durch die gesamte Charge bei Zündung erfolgt Ein AIuminiumüberschuß wird verwendet, um Legierungen der Metalle Wolfram, Titan und Aluminium herzustellen. Die Zündung des Reaktionsgemisches kann dadurch bewirkt werden, daß die Charge durch einen Lichtbogen, Gasbrenner, heiße Metallblöcke oder Stangen, Draht oder dergleichen über den Schmelzpunkt von Aluminium erhitzt wird.

Relativ reiner Scheelit (Calciumwolframat, CaWO-i), der normalerweise etwa 80% WO₃ enthält, wird als Wolfram-Quelle benutzt. Andere geeignete Ausgangsmaterialien für WO3 schließen handelsübliches Wolframoxid ein.

Es ist zweckmäßig, Titandioxid mit Pigment-Korngrößen als Ausgangsmaterial für Titan zu verwenden, welches laut Analyse 99 und mehr Prozent T1O2 enthält.

Jedoch kann auch weniger reines TiO2-enthaltendes Material verwendet werden, wie z. B. natürlicher Rutil, der etwa 96% T1O2 enthält und geringere Mengen an Oxiden von Fe, Si, Zr, Cr, Al und Ca und auch S und P ais Verunreinigungen enthält Die Verwendung von T1O2 mit handelsüblicher Körnung ist vorzuziehen, da seine Verwendung die Reinheit der resultierenden Legierung steigert.

Das Aluminiumpulver sollte von der höchsten Reinheit sein, die im Handel erhältlich ist. Gediegenes Aluminiumpulver, welches mehr als 99% Aluminium enthält, ist ein vorteilhaftes Material für die Reduktion und auch für das Zusatzmaterial.

Auf Grund der natürlichen Unterschiede der Reinheit von Metalloxiden und Aluminium-Ausgangsstoffen variieren die Mengenverhältnisse der Bestandteile, die für die Herstellung einer Legierung mit der gewünschten Zusammensetzung notwendig sind. Aus diesem Grunde sind in der Beschreibung und den Ansprüchen die jeweiligen Mengen an verwendeten Ausgangsstoffen als Anteile der Zusammensetzung der herzustellenden Legierung angegeben. Wie bereits ausgeführt, sollten die Anteile der Ausgangsstoffe so gewählt werden, daß Legierungen entstehen, die 55 bis 70% Wolfram, 2 bis 10% Titan enthalten, wobei der Rest im wesentlichen Aluminium ist. Eine ganz besonders vorteilhafte Legierung enthält etwa 68% Wolfram, etwa 7% Titan und im wesentlichen Aluminium als Rest.

Während der Reaktion wird eine Calciumaluminatschlacke hergestellt; die Reaktion wird in Gegenwart eines flüssigen Flußmittels durchgeführt, welches die Schlacke verdünnt und flüssiger macht, um die Schlacke von der Legierung trennen zu können. Das Flußmittel muß in der Lage sein, die durch die Reaktion entstandene Schlacke zu verdünnen, so daß eine weniger dickflüssige Schlacke entsteht, die sich ohne Schwierigkeiten von der Legierung absetzt. Die Metallfluoride und -chloride, wie die des Ca, Na, Al und K, allein oder in Kombination mit anderen anorganischen Stoffen, sind

CaWO₄

ΤΊΟ2 (Pigmentqualität)

Al

CaF₂

NaClO₃

besonders für die Bildung von Schlacke aufnehmenden Tabelle III Flußmitteln geeignet ;—

Die Menge von verwendeten flußmittelbildenden Bestandteil Mitteln sollte groß genug sein, um die Menge an flüssigem Flußmittel in die Lage zu versetzen, die während der Oxidreduktion gebildete Schlacke zu einer weniger viskosen Schlacke zu verdünnen, die ohne Schwierigkeiten vom Metall separiert werden kann. Zweckmämßig wird soviel Flußmitte! verwendet, daß ein Oberschuß zu der Menge vorhanden ist, die benötigt wird, um die gewünschte Verringerung der Schlackenviskosität zu erreichen. Der Überschuß kann vom etwa 0,5- bis 2fachen des Gewichts der während des Prozesses gebildeten Schlacke betragen.

Die resultierenden Wolfram-Titan-Aluminium-Legierangen sind homogen und verhältnismäßig porenfrei. Tabelle IV Hinzu kommt, daß die erfindungsgemäß verwendeten Legierungen leicht zu reinigen sind, da die Oberfläche W

von nichtmetallischen Bestandteilen nahezu frei ist. Ti

Zur Herstellung von Titan-Legierungen aus den er- 20 Al findungsgemäß verwendeten Wolfram-Titan-Alumini- O2

um-Legierungen werden diese zweckmäßig auf eine Korngröße gebracht, die einer Größe von 6,35 χ 03 mm entspricht und mit Titanschwamm in ausreichenden Mengen gemischt um die gewüa<«:hte Legierung auf der Grundlage von Titan herzustellen.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Beispielen erläutert:

Gewicht (kg)

44,68

1134

29,48

3,63

9,07

Nach dem Mischen wurde ein Viertel der Mischung gezündet und lief für acht Sekunden. Der hergestellte Barren wog 11,11 kg. Die Analyse der resultierenden Legierung ist in der folgenden Tabelle IV angegeben.

62,04% 7,88%

24,84% 0,09%

Beispiel 3 Beispiel 1

Die Materialien gemäß Tabelle I wurden zusammengebracht und miteinander vermischt:

Tabelle I

Bei Anwendung der Verfahrensweise gemäß Anspruch 1 wurde eine Legierung aus der Mischung gemäß Tabelle V hergestellt:

Tabelle V

30

Bestandteil

Gewicht (kg)

35

Bestandteil

Gewicht (kg) CaWO₄

NaClO₃

46,27

744

2631

22,68

4,54

CaWO₄

TiO₂ (Pigmentqualität)

NaClO₃

44,68
5,67

30,4
2,27
9,07 Nach dem Mischen wurde die Charge in einen Kupferofen gegeben und gezündet Sie lief für die Dauer von 39 Sekunden. Der hergestellte Barren wog 41,73 kg. Die Analyse der resultierenden Legierung ergibt sich aus der folgenden Tabelle VI:

Nach dem Mischen wurde 1/4 der Charge in einen 45 Tabelle VI Tiegel gegeben. Die Charge wurde gezündet und lief etwa 10 Sekunden. Die resultierende Legierung wog 10,43 kg. Der Barren oder Block war durch und durch einheitlich und leicht zu zerkleinern. Die Analyse der Legierung ergibt sich aus der foglenden Tabelle II:

Tabelle II

W
Ti
Al
O₂

6133%
6,04%

28,73%
0,06%

Beispiel 2

50

55

W	68,75%
Ti	7,06%
Al	23,78%
O₂	0,11%
S	0,002%
Fe	0,24%
C	0,055%
N	0,005%

Nach der Verfahrensweise gemäß Beispiel 1 wurde eine Legierung aus der in Tabelle III angegebenen Mischung hergestellt:

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung einer Legierung aus 55 bis 70% Wolfram, 2 bis 10% Titan und im wesentlichen Aluminium als Rest für die Herstellung von Titan-Legierungen.

2. Verwendung einer Legierung aus etwa 68% Wolfram, etwa 7% Titan und im wesentlichen Aluminium als Rest für den Zweck nach Anspruch 1.