DE2821406C2

DE2821406C2 - Molybdän-Titan-Zirkonium-Aluminium-Vorlegierungen

Info

Publication number: DE2821406C2
Application number: DE2821406A
Authority: DE
Inventors: Frederick H. Wyomissing Pa. Perfect
Original assignee: Reading Alloys Inc
Current assignee: Reading Alloys Inc
Priority date: 1977-05-27
Filing date: 1978-05-16
Publication date: 1983-03-24
Also published as: DE2821406A1; FR2392133B1; US4119457A; GB1602229A; FR2392133A1; CA1085188A

Description

Die Erfindung betrifft Molybdän-Tiian-Zirkonium-Aluminium-Vorlegierungen, die aus 20 — 25% Molybdän, 1 — 5% Titan, 40 — 50% Zirkonium, nicht mehr als 0,004% Stickstoff und Aluminium als Rest bestehen.

Legierungen auf der Basis von Titan wie z. B. die Legierungen 6 Al —2 Sn-4 Zr-2 Mo und

6 Al —2 Sn-4 Zr-6 Mo werden bei der Herstellung bestimmter Fluggerüte benutzt. Bislang sind diese Legierungen auf der Basis von Titan dadurch hergestellt worden, daß eine 45 Al - 55 Mo-Vorlegierung und Zirkoniumschwamm 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 Zirkoniumschwamm stammen. Folglich besteht ein Bedarf für Zirkonium 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 2 97 695 beschrieben, die in »Chemical Abstracts«, Band 75-90 831x angeführt ist. US-PS 36 25 676 und 37 25 054 offenbaren Vanadium-Aluminium-Titan-Vorlegierungen bzw. Molybdän-Titan-Aluminium-Vorlegierungen.

Gemäß der Erfindung sind Molybdän-Titan-Zirkonium-Aluminium-Vorlegierungen vorgesehen, die aus 20 bis 25% Molybdän, 1 bis 5% Titan, 40 bis 50% Zirkonium, nicht mehr als 0,004 Gew.-% Stickstoff und Aluminium als Rest bestehen. 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 Zirkonium mit Aluminiumüberschuß zu metallischem Molybdän, Titan und Zirkonium 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 Teilchengröße von 9,56 χ 0.15 mm (Vs by 100 mesh) gebracht werden, ohne daß dabei wesentliche Mengen von pyrophorem 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, Band 239, August 1967, Seiten 1282 — 1286 beschrieben ist.
Zur Herstellung der Vorlegierungen gemäß der

to Erfindung werden Oxide von Molybdän, Titan und Zirkonium auf eine verhältnismäßig kleine Teilchengröße 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 dergleichen bewirkt werden.

Relativ reines Molybdän (Vl)-Oxid {Molybdändioxid), das mehr als 99% MOO3 enthält, oder sehr reines Kalziummoiybdat können als Ausgangsmalerial für Molybdän verwendet werden.

Es ist vorteilhaft. Titandioxid in Pigmentqualität bzw. Pigment-Teilchengröße, welches mehr als 99% TiO₂ enthält als Ausgangsmaterial für Titan zu verwenden. )edoch 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 Zirkoniumoxyd (ZrO₂) oder Baddeleyit der 99% ZrO₂ enthält, kann als Ausgangsmaterial für Zirkonium verwendet werden.

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

Aufgrund der natürlichen Unterschiede der Reinheit von Metalloxiden und Aluminium-Reaktionsteilnehmern 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 aus 20 bis 25% Molybdän, 1 bis 5% Titan, 40 bis 50% Zirkonium und Aluminium als Rest besteht. Die herstellten Vorlegierungen enthalten nicht mehr als etwa 0,004 Gew.-% Stickstoff und zufällige geringfügige Mengen an Bor, Kohlenstoff, Eisen, Wasserstoff, Sauerstoff, Phosphor enthaltenden Substanzen, Silizium und Schwefel. Bevorzugte Vorlegierungen bestehen aus 21 bis 24% Molybdän, 3 bis 5% Titan, von 43 bis 46% Zirkonium und als Rest Aluminium.

Während der Reaktion entsteht eine Kalziumaluminatschlacke; die Reaktion wird in Gegenwart eines schmelzflüssigen Flußmittels durchgeführt, daß die

*>5 Schlacke verdünnt und flüssiger macht, so daß die Schlacke von der Legierung getrennt werden kann. Das I Flußmittel muß in der Lage sein, die bei der Reaktion | entstehende Schlacke zu verdünnen, um eine weniger ]

viskose Schlacke zu erhalten, die sich ohne Schwierigkeiten von der Legierung absetzt. Die Fluoride und Chloride d&- 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 2fache des Gewichtes der beim Verfahren entstehenden Schlacke betragen.

Die resultierenden Molybdän-Titan-Zirkonium-Aluminium-Vorlegierungen sind homogen und verhältnismäßig porenfrei. Wie bereits erwähnt, enthalten sie weniger als 0,004 Gew.-% Stickstoff. Darüber hinaus sind die Voiiegierungen gemäß der Erfindung sauber und frei von groben Nitrideinschlüssen.

Die Vorlegierungen können auf eine Teilchengröße von 2,36 mm oder weniger gebracht werden, um eine Röntgenuntersuchung zu ermöglichen. Nach der Zerkleinerung auf diese Teilchengröße werden die Vorlegierungen relativ transparent für eine Röntgenuntersuchung. Natürlich ergibt sich bei einer Zerkleinerung der Vorlegierung auf eine Teilchengröße von 2,36 mm oder weniger eine gewisse Gefahr, da viel pyrophores Feinkorn entsteht. Folglich wird die Vorlegierung normalerweise auf 9,56 χ 0,15 mm (³/e by 100 mesh) zerkleinert. In dieser Form kann die Vorlegierung mit Titanschwamm in ausreichenden Mengen vermischt werden, um die gewünschten Legierungen auf Titanbasis zu erhalten.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung:

Beispiel I

Die Substanzen gemäß Tabelle I wurden zusammengefügt und miteinander vermischt:

Tabelle I

Bestandteil

Gewicht
kg

(lbs.)

MoO₃

ZrO₂ (Baddeleyit)

NaClO₃

9.525
1.36
29.03
25.401
9.072
9.072
11.34

21
3

64
56
20
20
25 Nach dem Mischen wurde die Charge in einen Tigel gegeben und gezündet. Sie lief etwa 64-68 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 H.

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

Unter Anwendung der Verfahrensweise gemäß Beispiel I wurde eine Legierung aus den in Tabelle III 25 angegebenen Mischungen hergestellt.

Tabelle III	Gewicht	(lbs.)
30 Bestandteil	kg	21
	9.525	4
MoO₃	1.814	16
35 TiO₂	7.257	48
ZrO₂ (rein)	21.772	56
ZrO₂ (Baddeleyit)	25.401	20
Al	9.072	20
CaF₂	9.072	25
40 CaO	11.34
NaClO₃

Die resultierende Legierung ergab die Analyse gemäß Tabelle IV.

Tabelle IV

Prozent

Mo

Ti

Zr

Al

21.65

3.85 43.65 30.20

0.0037

0.14

Claims

Patentansprüche:

1. Molybdän-Titan-Zirkonium-Aluminium-Vorlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 20 bis 25% Mclybi'ün, 1 bis 5% Titan, 40 bis 50% Zirkonium, nicht mehr als 0,004% Stickstoff und Aluminium als Rest besteht.

2. Vorlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 21 bis 24% Molybdän, 3 bis 5% Titan, 43 bis 46% Zirkonium und Aluminium als Rest besteht.

3. Vorlegierung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 21.4% Molybdän, 2,7% Titan, 44,3% Zirkonium und Aluminium als Rest besteht.