DE2821407C2

DE2821407C2 - Molybdän-Titan-Zirkonium-Aluminium-Vorlegierungen

Info

Publication number: DE2821407C2
Application number: DE2821407A
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: 1983-11-03
Also published as: US4104059A; FR2392132B1; DE2821407A1; GB1602228A; CA1085187A; FR2392132A1

Description

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Die Erfindung betrifft Molybdän-Titan-Zirkonium-Aluminium-Vorlegierungen, die aus 35—40% Molybdän, i—5% Titan, i5—25% Zirkonium, bis zu 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 Mound6 Al—2 Sn-4 Zr-6 Mo werden bei der Herstellung bestimmter Fluggeräte verwendet. Bislang sind diese Legierungen auf der Basis von Titan durch die Hinzufügung von 45 AI—55 Mo Vorlegierungen und Zirkoniumschwamm zum Titan-Grundmetall hergestellt worden. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die resultierenden Legierungen Nitrideinschlüsse aufweisen können, von denen anzunehmern ist. daß sie aus dem Zirkoniumschwamm summen. Mithin besteht ein Bedarf für Zirkonium enthaltende Vorlegierungen, die zur Herstellung der vorbeschriebenen Legierungen auf Tilanbasis 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 enthalten von Nutzen sein können, werden im *o SU-Patent 2 97 697. das in »Chemical Absiracts«. Band 75-90831 χ angeführt ist. Die US-PS 36 25 676 und 37 25 054 offenbaren jeweils Vanadium. Aluminium. Titan und Molybdän bzw. Titan. Aluminium enthallende Vorlegierungen.

Gemäß der Frfindung sind Moiybdän-Titan-Zirkonium-Aluminium· Vorlcgierungcn vorgesehen, die aus 35 bis 40% Molybdän. 1 bis 5% Titan. I 5 bis 25 Zirkonium und Aluminium als Rest bestehen. Diese Legierungen enthalten nicht mehr .ils 0.004 Gew-% Stickstoff. Sie sind fur die Hersiellung von Legierungen auf Titanbasis geeignet.

Die Vorlcgierungcn λ erden durch aluminothermi sehe Rediiklion der Oxyde von Molybdän. Titan und Zirkonium mit Überschuß an Aluminium zu met.illi· schem Molybdän. Tiian und Zirkonium hergestellt, die sich nut dem Aluminium zur gewünschten Vorlegierung vereinigen. Fs h.it sich herausgestellt, d.iß Vorlegierungen mit der hier beschriebenen Zusammensetzung homogen, bröcklig oder brüchig sowie im wesentlichen frei vim Schlacke sind "iml anen bemerkenswert niedrigen Stickstoffgehalt aulwe sen. Hinzu kommt, daß die Vorlegicrungcn auf eine Teilchengröße von Ob · 0.13 mm (¹Z* by 100 mesh) gebracht werden können, ohne daß wesentliche Mengen pyrophoren t>5 Feinkorns entstehen: sie sind ohne weiteres mit Titanschlamm in dieser Form zu vereinigen.

Die Vorlegierungen gemäß der Frfiudung 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 AIME, Band 239, August 67, Seiten 1282—1286 beschrieben wird.

Zur Herstellung der Vorlegierungen gemäß der Erfindung werden Oxide von Molybdän, Titan und Zirkonium auf ein3 verhältnismäßig kleine Teilchengröße zerkleinert und intensiv miteinander vermischt, so daß die Reaktion bei Zündung schnell und einheitlich durch die gesamte Charge erfolgt. Ein Oberschuß 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 Lichtbogen, Gasbrenner, heiße Metallblöcke oder -stangen, Dr?<·,.· oder dgl. erhitzt wird.

Relativ reines Mo!ybdän-(VI)-Oxyd (Molybdändioxyd), das mehr als 99% MoOj enthält, oder sehr reines Caiciummoiybdat können als Ausgangsmatenal für Molybdän benutzt werden.

Es ist vorteilhaft. Titandioxyd von Pigmentqualität bzw. Pigment-Teilchengröße welches 99 und mehr % TiO; ergibt bzw. enthält, als Ausgangsmaterial für Titan zu verwenden. Jedoch kann auch weniger reines TiOj 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 TiOj in handelsüblicher Qualität bzw. Körnung ist vorzuziehen, da es die Reinheit der resultierenden Vorlegierung verbessert.

Relativ reines Zirkoniumoxyd (ZrOj) oder Baddeleyit. der 99% ZrOj enthält, kann als Ausgangsmaterial für Zirkonium verwendet werden.

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 gewünscht- en Legierung. Wie bereits erwähnt, sollten die Anteile der Komponenten so gewählt werden, daß Vorlegierungen entstehen, die aus 35 bis 40"') Molybdän, von 1 bis 5% Titan, 15 bis 25% Zirkonium und als Rest Aluminium bestehen. Die hergestellten Vorlegierungen enthalten nicht mehr als 0.004 Gew. % Stickstoff sowie Spuren an Bor. Kohlenstoff. Fiscn. Wasserstoff. Sauerstoff. Phosphor. Silizium und Schwefel Besonders vorteilhafte Vorlegierungen bestehen aus 36 bis 39"/» Molybdän. 3 bis 5% Titan, von 18 bis 22ⁿin Zirkonium und Aluminium als Rest.

Während der Reaktion entsieht eine Calciumaliimilatschlackc. die Reaktion wirj 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, die sich ohne Schwierigkeiten von

der Legierung absetzt Die Metallfluoride 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 sollte so groß sein, daß sie in geschmolzenem Zustand in der Lage ist, die während der Oxidreduktion gebildete Schlacke zu einer weniger viskosen Schlacke zu verdünnen, die ohne Schwierigkeiten vom Metali separiert werden kann. Zweckmäßig wird so viel Rußmittel verwendet, daß ein Überschuß in bezug auf die Menge vorhanden ist, die benötigt wird, um die gewünschte Verringerung der Schlackenviskosität zu erreichen. Der Oberschuß kann etwa das 0,5 bis 2fache des Gewichtes der in dem Verfahren gebildeten Schlacke betragen.

Die resultierenden Molybdän-Titan-Zirkonium-AIuminium-Vorlegierungen sind homogen und verhältnismäßig frei von Poren. Sie weisen darüber hinaus, wie bereits erwähnt, nicht mehr als 0,004 Gew.-% Stickstoff auf. Ferner sind die Vorlegierungen gemäß der Erfindung sauber und frei von groben Nitrideinschlüssen.

Die Vorlegierungen können auf eine Teilchengröße von 236 mm oder darunter zerkleinert werden, um eine Röntgenuntersuchung zu ermöglichen. Bei Zerkleinerung auf diese Teilchengröße werden die Vorlegierungen verhältnismäßig transparent für eine Röntgenuntersuchung. Natürlich beinhaltet die Zerkleinerung der Vorlegierung auf 236 mm oder weniger eine Gefahr, da sehr viel pyrophores Feinkorn entsteht. Somit ist es zweckmäßig oder aucii üblich, daß die Vorlegierung auf 9,56 0,15 mm (V₈ by 100 mesh) ze kleinen wird. In dieser Form kann die Vor'egierung mit einem Titanschwamm in ausreichenden Me. gen 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

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 Ibs.). Die Analyse der Legierung ergibt sich aus der Tabelle II.

Tabelle II	Prozent
	39.66
Mo	4.77
Ti	20.64
Zr	34.39
AI	0.004
N	0.081
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	(Ibs.)
jo -	kg	77
Bestandteil	34.927	10
	4.536	50
35 MoO₃	22.680	108
TiO₂	48.988	10
ZrO₂ (rein)	4.536	35
Al	15.876	10
CaF₂	4.536
40 CaO
NaCIO₃

Die resultierende Legierung ergab die Analyse gemäß «5 Tabelle IV.

Bestandteil	Gewicht	(Ibs.)	Tabelle IV	50	Mo	Pro ze π
	kg		Ti	36.53
		77	Zr	3.79
MoO₃	34.927	10	Al	20.65
TiO₂	4.536	50	55 N	38.6
ZrO₂ (rein)	22.680	108	0	0.004
AI	48.988	25		0.082
CaF₂	11.340	25
CaO	11.340	10
NaClO₃	4.536

Claims

Patentansprüche:

1. Molybdan-Titan-Zirkonium-Aluminium-Vorlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 35 bis 40% Molybdän, 1 bis 5% Titan, 15 bis 25% Zirkonium, bis zu 0.004% Stickstoff und Aluminium als Rest besteht

2. Vorlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 36 bis 39% Molybdän, 3 bis 5% Titan. 18 bis 22% Zirkonium und Aluminium als Rest besteht.

3. Vorlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 39,6% Molybdän, 4,7% Titan, 20.6% Zirkonium und Aluminium als Rest besteht.

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