DE2821407A1

DE2821407A1 - Molybdaen-titan-zirkon-aluminium- vorlegierungen

Info

Publication number: DE2821407A1
Application number: DE19782821407
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: CA1085187A; GB1602228A; US4104059A; DE2821407C2; FR2392132A1; FR2392132B1

Description

Molybdän-Titan-Zirkon-Aluminium-Vorlegierungen

Die Erfindung betrifft Molybdän-Titan-Zirkon-Aluminium-Vorlegierungen, die etwa 35 - 40% Molybdän, etwa 1-5% Titan, etwa 15-2 5% Zirkon und als Rest Aluminium und nicht mehr als 0,004% Stickstoff enthalten.

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 Pluggeräte verwendet. Bislang sind diese Legierungen auf der Basis von Titan durch die Hinzufügung von 45Al-55Mo Vorlegierungen und Zirkonschwamm zum Titan-Grundmetall hergestellt worden. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die resultierenden Legierungen Nitrideinschlüsse aufweisen können, von denen anzunehmen ist, dass sie aus dem Zirkonschwamm stammen. Mithin besteht ein Bedarf für Zirkon enthaltende Vorlegierungen, die zur Herstellung der vorbeschriebenen Legierungen auf Titanbasis benutzt werden. Die Vorlegierungen, von denen anzunehmen ist, dass sie bei der Herstellung von Titanlegierungen, die 30-34% Mo, 20-30% Zr und als Rest Aluminium enthalte? von Nutzen sein können, werden im USR-Patent 297 695, das in "Chemical Abstracts", Band 75-9O831x angeführt ist. Die US-PSen 3,625,676 und 3,725,054

809849/0679

ο

offenbaren jeweils Vanadium, Aluminium, Titan bzw. Molybdän, Titan, Aluminium enthaltende Vorlegierungen.

Gemäss der Erfindung sind Molybdän-Titan-Zirkon-Aluminium-Vor-

legierungen vorgesehen, die von etwa 35 bis etwa 40% Molybdän, von etwa 1 bis etwa 5% Titan, von etwa 15 bis etwa 25% Zirkon, wobei der Rest Aluminium ist, enthalten. Diese Legierungen enthalten nicht mehr als 0,004 Gew.-% Stickstoff. Sie sind für die Herstellung von Legierungen auf Titanbasis geeignet.

Die Vorlegierungen werden durch aluminothermische Reduktion der Oxyde von Molybdän, Titan und Zirkon mit Überschuss an Aluminium 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 oder brüchig sowie im wesentlichen frei von Schlacke sind und einai bemerkenswert niedrigen Stickstoffgehalt aufweisen. Hinzu kommt, dass die Vorlegierungen auf eine Korngrösse von 3/8 by 100 mesh gebracht werden können, ohne dass wesentliche Mengen pyroforen Feinkorns entstehen; sie sind ohne weiteres mit Titanschwamm in dieser Form 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, Berichte der Metallurgical Society of

809849/0679

282H07

- 4 AIME, Band 239, August 67, Seiten 1282 - 1286 beschrieben wird.

Zur Herstellung der Vorlegierungen gemäss der Erfindung werden Oxide von Molybdän, Titan und Zirkon auf eine verhältnismässig kleine Korngrösse zerkleinert und intensiv miteinander vermischt, so dass die Reaktion bei Zündung schnell und einheitlich durch die gesamte Charge erfolgt. Ein Überschuss an Aluminium wird benutzt, um die Legierung herzustellen. Die Zündung des Reaktionsgemisches kann dadurch bewirkt werden, dass die Charge über den Schmelzpunkt von Aluminium durch einen Lichtboden, Gasbrenner, heisse Metallblöcke oder -Stangen, Draht oder dgl. erhitzt wird.

Relativ reines Molybdän-(VI)-Oxyd (Molybdändioxyd), das mehr als 99% MoO- enthält, oder sehr reines Kalziuinolybdat können als Ausgangsmaterial für Molybdän benutzt werden.

Es ist vorteilhaft, Titandioxyd von Pigmentqualität bzw. Pigmentkorngrösse, welches 99 und mehr % TiO ergibt bzw. enthält, als Ausgangsmaterial für Titan zu verwenden. Jedoch kann auch weniger reines TiO„ enthaltendes Material verwendet werden, wie z. B. natürlicher Rutil, der etwa 96% TiO„ enthält und geringe Mengen an Oxyden von Fe, Si, Zr, Cr, Al und Ca und auch S und P als Verunreinigungen enthält. Die Verwendung von TiO„ in handelsüblicher Qualität bzw. Körnung ist vorzuziehen, da es die Reinheit der resultierenden Vorlegierung verbessert.

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

809849/0679

282H07

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

Aufgrund der natürlichen Unterschiede der Reinheit von Metalloxiden und Aluminium-Ausgangsstoffen variieren die Mengenverhältnisse der Bestandteile, die für die Herstellung einer Vorlegierung mit der gewünschten Zusammensetzung notwendig sind. Aus diesem Grunde sind die jeweiligen Mengen an verwendeten Ausgangsstoffen angegeben als Anteile der Zusammensetzung der gewünschten Legierung. Wie bereits erwähnt, sollten die Anteile der Komponenten so gewählt werden, dass Vorlegierungen entstehen, die von etwa 35 bis etwa 40% Molybdän, von etwa 1 bis etwa 5% Titan, von etwa 15 bis etwa 25% Zirkon und als Rest Aluminium enthalten. Die hergestellten Vorlegierungen enthalten nicht mehr als etwa 0,004

bzw. zufällige
Gew.-% Stickstoff und geringeVMengen an Bor, Kohlenstoff, Eisen, Wasserstoff, Sauerstoff, Phosphor enthaltenden Substanzen, Silikon und Schwefel. Besonders vorteilhafte Vorlegierungen enthalten von etwa 36 bis 39% Molybdän, von etwa 3 bis 5% Titan, von etwa 18 bis etwa 22% Zirkon, wobei der Rest Aluminium ausmacht.

Während der Reaktion entsteht eine Kalziumaluminatschlacke; die Reaktion wird in Gegenwart eines schmelzflüssigen Flussmittels durchgeführt, welches die Schlacke verdünnt und flüssiger macht, um sie 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,

809849/0679

282H07

die sich ohne Schwierigkeiten von der Legierung absetzt. Die MetallELuoride und -chloride wie z. B. von 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 so gross sein, dass die Menge an flüssigem Flussmaterial in der Lage ist, die während der Oxidreduktion gebildete Schlacke zu einer weniger viskosen Schlacke zu verdünnen, die ohne Schwierigkeiten von Metall separiert werden kann. Zweckmässig wird soviel Flussmittel verwendet, dass ein Überschuss in Bezug auf die Menge vorhanden ist, die benötigt wird, um die gewünschte Verringerung der Schlackenviskosität zu erreichen. Der Überschuss kann etwa das 0,5 bis 2-fache des Gewichtes der in dem Verfahren gebildeten Schlacke betragen.

Die resultierenden Molybdän-Titan-Zirkon-Aluminium-Vorlegierungen sind homogen und verhältnismässig frei von Poren. Sie weisen darüber hinaus, wie bereits erwähnt, weniger als 0,004 Gew.-% Stickstoff auf. Ferner sind die Vorlegierungen gemäss der Erfindung sauber und frei von groben Nitrideinschlüssen.

Die Vorlegierungen können auf eine Korngrösse von 8 mesh oder darunter zerkleinert werden, um eine Röntgenuntersuchung zu ermöglichen. Bei Zerkleinerung auf diese Korngrösse werden die Vorlegierungen verhältnismässig transparent für eine Röntgenuntersuchung. Natürlich beinhaltet die Zerkleinerung der Vorlegierung

809849/0679

auf 8 mesh oder weniger eine Gefahr, da sehr viel pyrophores Peinkorn entsteht. Somit ist es zweckmässig oder auch üblich, dass die Vorlegierung auf 3/8 by 100 mesh zerkleinert wird. In dieser Form kann die Vorlegierung mit einem Titanschwamm in ausreichenden Mengen gemischt werden, um die gewünschten Legierungen auf Titanbasis zu erhalten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen erläutert:

Beispiel I

Die Substanzen gemäss Tabelle I wurden zusammengefügt und miteinander vermischt:

Tabelle I Bestandteil

MoO₃ TiO₂ ZrO₂ (rein)

CaF₂ CaO

NaC10„

Nach dem Mischen wurde die Charge in einen Tiegel gegeben und gezündet; die Charge lief etwa 50 bis 55 Sekunden. Die Trennung von Metall und Schlacke war gut. Die resultierende Legierung wog 57.968 kg (130 lbs.). Die Analyse der Legierung ergibt sich aus der Tabelle II.

809849/0679

Gewicht	kg	lbs
34.927	77
4.536	10
22.680	50
48.988	108
11.340	25
11.340	25
4.536	10

	Tabelle	II	Prozent
			39.66
Mo			4.77
Ti			2O.64
Zr			34.39
Al			O.OO4
N			O.O81
O
	Beispiel	II

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

	Tabelle III	Gewicht	kg	lbs.
Bestandteil	34.927	77
	4.536	IO
MoO	22.G8O	5O
TiO₂	48.988	108
ZrO₂ (rein)	4.536	IO
Al	15.876	35
CaF₂	4.536	10
CaO
NaClO-

Die resultierende Legierung ergab die Analyse gemäss Tabelle IV.

809849/0679

	_ 9 _	Prozent	282U07
	Tabelle IV	36.53
		3.79
		20.65
Mo		38.6
Ti		0.004
Zr		0.082
Al
N
O

•09849/0679

Claims

Patentansprüche

1. Molybdän-Titan-Zirkon-Aluminium-Vorlegierung, die von etwa

35 bis etwa 40% Molybdän, von etwa 1 bis etwa 5% Titan, von etwa 15 bis etwa 25% Zirkon und als Rest Aluminium enthält, wobei die Legierung nicht mehr als ungefähr 0,004 Gew.-% Stickstoff enthält.

2. Vorlegierung nach Anspruch 1, die von etwa 36 bis etwa 39% Molybdän, von etwa 3 bis etwa 5% Titan, von etwa 18 bis etwa 22% Zirkon und als Rest Aluminium enthält.

3. Vorlegierung nach Anspruch 2, die etwa 39,6% Molybdän, 4,7% Titan, 20,6% Zirkon und als Rest Aluminium enthält.

809849/0679

ORfQlNAL