DE2821406A1

DE2821406A1 - Molybdaen-titan-zirkon-aluminium-vorlegierungen

Info

Publication number: DE2821406A1
Application number: DE19782821406
Authority: DE
Inventors: Frederick H Perfect
Original assignee: Reading Alloys Inc
Current assignee: Reading Alloys Inc
Priority date: 1977-05-27
Filing date: 1978-05-16
Publication date: 1978-12-07
Also published as: FR2392133B1; GB1602229A; FR2392133A1; US4119457A; CA1085188A; DE2821406C2

Description

Molybdän-Titan-Zirkon-Aluminium-Vorlegierungen

Die Erfindung betrifft Molybdän-Titan-Zirkon-Aluminium-Vorlegierungen, die etwa 20 - 25% Molybdän, etwa 1-5% Titan, etwa 40-50% Zirkon enthalten, wobei der Rest Aluminium und nicht mehr als etwa 0,004% Stickstoff ausmacht.

Legierungen auf der Basis von Titan wie z. B. die Legierungen 6Al-2Sn-4Zr-2Mo und 6Al-2Sn-4Zr-6Mo werden bei der Herstellung bestimmter Fluggeräte benutzt. Bislang sind diese Legierungen auf der Basis von Titan dadurch hergestellt worden, dass eine 45A1-55 Mo-Vorlegierung und Zirkonschwamm zum Titan-Grundmetall hinzugefügt wurden. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die resultierenden Legierungen Nitrid-Einschlüsse aufweisen können, von denen anzunehmen ist, dass sie aus dem Zirkonschwamm stammen. Folglich besteht ein Bedarf für Zirkon enthaltende Vorlegierungen für Verwendung bei der Herstellung der vorbeschriebenen Legierungen auf der Basis von Titan, Vorlegierungen, von denen angenommen wird, dass sie bei der Herstellung von Titanlegierungen vorteilhaft sind und 30-45% Mo, 20-30% Zr und als Rest Aluminium enthalten, werden in der UdSSR-PS 297 695 beschrieben, die in "Chemical Abstracts", Band 75-9O831x angeführt ist. US-PS 3 625 676 und 3 725 054 offenbaren Vanadium, Aluminium, Titan,

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Vorlegierungen bzw. Molybdän, Titan, Aluminium Vorlegierungen.

Gemäss der Erfindung sind Molybdän-Titan-Zirkon-Aluminium-Vorlegierungen vorgesehen, die von etwa 20 bis etwa 25% Molybdän, von etwa 1 bis etwa 5% Titan und von etwa 40 bis etwa 50% Zirkon enthalten, wobei der Rest Aluminium ist und diese Legierungen nicht mehr als ungefähr 0,004 Gw.-% Stickstoff enthalten. Sie sind für die Verwendung bei der Herstellung von Legierungen auf der Basis von Titan geeignet.

Die Vorlegierungen werden durch aluminothermische Reduktion der Oxide von Molybdän, Titan und Zirkon mit Aluminiumüberschuss zu metallischem Molybdän, Titan und Zirkon hergestellt, die sich mit dem Aluminium zur Bildung der gewünschten Vorlegierungen vereinigen. Es hat sich herausgestellt, dass Vorlegierungen mit der hier beschriebenen Zusammensetzung homogen, bröcklig sowie im wesentlichen frei von Schlacke sind und einen bemerkenswert niedrigen Stickstoffgehalt aufweisen. Darüber hinaus können die Vorlegierungen auf eine Korngrösse von 3/8 by 100 mesh gebracht werden, ohne dass dabei wesentliche Mengen von pyroforem Feinkorn entstehen; in dieser Form sind sie ohne weiteres mit Titanschwamm zu vereinigen.

Die Vorlegierungen gemäss der Erfindung können in jeder geeigneten Vorrichtung hergestellt werden. Ein besonders geeignetes Reaktionsgefäss ist ein wassergekühltes Kupfergefäss der Art, die in "Metallothermic Reduction of Oxides in Water-Cooled Copper Furnaces" von F.H. Perfect in Berichte der Metallurgical Society of AIME,

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-A-Band 239, August 1967, Seiten 1282 - 1286 beschrieben ist.

Zur Herstellung der Vorlegierungen gemäss der Erfindung werden Oxide von Molybdän, Titan und Zirkon auf eine verhältnismässig kleine Grosse gebracht und innig miteinander vermischt, so dass eine schnelle und einheitliche Reaktion bei Zündung durch die gesamte Charge eintritt. Ein Aluminiumüberschuss wird zur Herstellung der Legierung verwendet. Die Zündung des Reaktionsgemisches kann durch Erhitzen der Charge über den Schmelzpunkt des Aluminiums durch einen elektrischen Bogen, Gasbrenner, heisse Metallstangen oder Blöcke oder dgl. bewirkt werden.

Relativ reines Molybdän-(VI)-Oxid (Molybdändioxid), das mehr als 99% Mo03 enthält, oder sehr reines Kalziummolybdat können als Ausgangsmaterial für Molybdän verwendet werden.

Es ist vorteilhaft, Titandioxid in Pigmentqualität bzw. Pigment-Korngrösse, welches mehr als 99% TiO2 enthält als Ausgangsmaterial für Titan zu verwenden. Jedoch können auch weniger reine TiO2 enthaltende Substanzen, wie z. B. natürlicher Rutil , der etwa 96% TiO2 und kleinere Anteile der Oxyde von Fe, Si, Zr, Cr, Al und Ca sowie S und P als Verunreinigungen enthält. Die Verwendung von TiO2 in handelsüblicher Qualität ist vorzuziehen, da sein Gebrauch die Reinheit der resultierenden Vorlegierung günstig beeinflusst.

Relativ reines Zirkonoxyd (ZrO2) oder Baddeleyit,der 99% ZrO2 enthält, kann als Ausgangsmaterial für Zirkon verwendet werden.

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Das Aluminiumpulver sollte die höchste Reinheit aufweisen, die im Handel erhältlich ist. Gediegenes Aluminiumpulver, das mehr als 99% Aluminium enthält, ist ein besonders vorteilhaftes Reduktionsund Zusatzmaterial.

Aufgrund der natürlichen Unterschiede der Reinheit von Metalloxiden und Aluminium-Reaktionsteilnehmer variieren die Anteile der für die Herstellung von Vorlegierungen benötigten Bestandteile einer bestimmten Zusammensetzung. Aus diesem Grunde werden die verwendeten jeweiligen Materialmengen ausgedrückt als Anteile der Zusammensetzung der gewünschten Legierung. Wie bereits erwähnt, sollten die Anteile der Komponenten so gewählt werden, dass eine Vorlegierung entsteht, die von etwa 20 bis etwa 25% Molybdän, von etwa 1 bis etwa 5% Titan, von etwa 40 bis etwa 50% Zirkon und als Rest Aluminium enthält. Die hergestellten Vorlegierungen enthalten nicht mehr als etwa 0,004 Gew.-% Stickstoff und zufällige geringfügige Mengen an Bor, Kohlenstoff, Eisen, Wasserstoff, Sauerstoff, Phosphor enthaltenden Substanzen, Silikon und Schwefel. Bevorzugte Vorlegierungen enthalten von etwa 21 bis etwa 24% Molybdän, von etwa 3 bis etwa 5% Titan, von etwa 43 bis etwa 46% Zirkon und als Rest Aluminium.

Während der Reaktion entsteht eine Kalziumaluminatschlacke; die Reaktion wird in Gegenwart eines schmelzflüssigen Flussmittels durchgeführt, dass die Schlacke verdünnt und flüssiger macht, so dass die Schlacke von der Legierung getrennt werden kann. Das Flussmittel muss in der Lage sein, die bei der Reaktion entstehende Schlacke zu verdünnen, um eine weniger viskose Schlacke zu erhal-

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ten, die sich ohne Schwierigkeiten von der Legierung absetzt. Die Fluoride und Chloride der Metalle wie z. B. Ca, Na und K allein oder in Kombination mit anderen anorganischen Stoffen sind besonders für die Bildung von Schlacke aufnehmenden Flussmitteln geeignet.

Die Menge der verwendeten Flussmittel bildenden Substanzen sollte gross genug sein, eine ausreichende Menge an flüssigem Flussmittel zu bilden, um die während der Oxidreduktion gebildete Schlacke zu einer weniger viskosen Schlacke zu verdünnen, die ohne weiteres vom Metall separiert werden kann. Vorzugsweise wird ein Überschuss an Flussmittel über die Menge verwendet, die notwendig ist, um die gewünschte Verringerung der Schlackeviskosität zu erreichen. Der Überschuss kann ungefähr das 0,5- bis 2-fache des Gewichtes der beim Verfahren entstehenden Schlacke betragen.

Die resultierenden Molybdän-Titan-Zirkon-Aluminium-Vorlegierungen sind homogen und verhältnismässig porenfrei. Wie bereits erwähnt, enthalten sie weniger als 0,004 Gw.-% Stickstoff. Darüber hinaus sind die Vorlegierungen gemäss der Erfindung sauber und frei von groben Nitrideinschlüssen.

Die Vorlegierungen können auf eine Korngrösse von 8 mesh oder weniger gebracht werden, um eine Röntgenuntersuchung zu ermöglichen. Nach der Zerkleinerung auf diese Korngrösse werden die Vorlegierungen relativ transparent für eine Röntgenuntersuchung. Natürlich ergibt sich bei einer Zerkleinerung der Vorlegierung auf 8 mesh oder weniger eine gewisse Gefahr, da viel pyrophorisches

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Feinkorn entsteht. Folglich wird die Vorlegierung normalerweise auf 3/8 by 100 mesh zerkleinert. In dieser Form kann die Vorlegierung mit Titanschwamm in ausreichenden Mengen vermischt werden, um die gewünschtai Legierungen auf Titanbasis zu erhalten.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung:

Beispiel I

Die Substanzen gemäss Tabelle I wurden zusammengefügt und miteinander vermischt:

Tabelle	Bestandteil	I	kg	Gewicht	lbs.
		9.525	21
Mo03	1.36	3
TiO2	29.03	64
ZrO2 (Baddeleyit)	25.401	56
Al	9.072	20
CaF2	9.072	20
CaO	11.34	25
NaC103

Nach dem Mischen wurde die Charge in einen Tigel gegeben und gezündet. Sie lief etwa 64-6 8 Sekunden. Die Trennung von Metall und Schlacke voneinander war gut. Die resultierende Legierung wog 26.308 kg (58 lbs.). Die Analyse der Legierung ergibt sich aus Tabelle II.

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	Tabelle	II	Prozent
			21.40
Mo			2.75
Ti			44.30
Zr			30.45
Al			0.0039
N			0.141
O
	Beispiel	II

Unter Anwendung der Verfahrensweise gemäss Beispiel I wurde eine Legierung aus den in Tabelle III angegebenen Mischungen hergestellt.

Tabelle III

Bestandteil	kg	Gewicht	lbs.
	9.525	21
Mo03	1.814	4
TiO2	7.257	16
ZrO2(rein)	21.772	48
ZrO2(Baddeleyit)	25.401	56
Al	9.072	20
CaF2	9.072	20
CaO	11.34	25
NaC103

Die resultierende Legierung ergab die Analyse gemäss Tabelle IV.

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	Tabelle IV	Prozent
		21.65
Mo		3.85
Ti		43.65
Zr		30.20
Al		0.0037
N		0.14
O

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Claims

Patentansprüche

1. Molybdän-Titan-Zirkon-Aluminium-Vorlegierung, enthaltend etwa 20 bis etwa 25% Molybdän, etwa 1 bis etwa 5% Titan, etwa 40 bis etwa 50% Zirkon, wobei der Rest Aluminium ist und die Legierung nicht mehr als etwa 0,004 Gew.-% Stickstoff enthält.

2. Vorlegierung nach Anspruch 1, enthaltend etwa 21 bis etwa 24% Molybdän, etwa 3 bis etwa 5% Titan, etwa 43 bis etwa 46% Zirkon und als Rest Aluminium.

3. Vorlegierung nach Anspruch 2, die etwa 21,4% Molybdän, 2,7% Titan, 44,3% Zirkon und als Rest Aluminium enthält.

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ORIGINAL INSPECTED