DE3518855C2 - Abschmelzelektrode zur Herstellung von Niob-Titan Legierungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abschmelzelektrode für die Herstellung von Legierungen, die aus zwei oder mehr aktiven Metallen mit hohen Schmelzpunkten bestehen und insbesondere auf eine Abschmelzelektrode, die für die Herstellung von Nb-Ti- Legierungen durch von Vakuum-Lichtbogenschmelzen verwendbar ist.

Nb-Ti-Legierungen werden üblicherweise (z. B. gemäß US-P 3 565 602) dadurch hergestellt, daß zunächst eine Abschmelzelektrode hergestellt wird. Die Abschmelzelektrode wird in einem geschlossenen Gefäß unter Verwendung eines Lichtbogens oder Elektronenstrahls in Vakuum oder inerten Atmosphäre geschmolzen, um einen Block zu formen. Wenn das geschlossene Gefäß durch Wasser oder dergleichen gekühlt wird, wird das geschmolzene Metall schnell vom Gefäßboden her abgekühlt und schrittweise in der Art von senkrecht verlaufenden Lamellen verfestigt, wodurch es schwierig ist, Nb-Ti-Legierungen mit homogener Mikrostruktur ohne Segregation herzustellen.

Weiterhin hat Ti einen Schmelzpunkt von 1668°C und ein spezi­ fisches Gewicht von 4,54, wogegen Nb einen Schmelzpunkt von 2468°C und ein spezifisches Gewicht von 8,57 aufweist. Dies macht die Herstellung von Blöcken aus Nb-Ti-Legierungen mit homogener Mikrostruktur ohne Segregation durch Vakuum- Lichtbogenschmelzen bei Verwendung einer herkömmlichen Ab­ schmelzelektrode unmöglich. Es wurden viele Vorschläge für eine Abschmelzelektrode auf Titanbasis gemacht, die mit einem Anteil von einigen Gewichtsprozenten ein Legierungselement mit einem hohen Schmelzpunkt enthält. Jedoch sagen diese Vorschläge nichts aus über eine Abschmelzelektrode auf Titanbasis, die in einem Bereich von etwa 50 oder mehr Gewichtsprozenten das Legierungselement mit hohem Schmelzpunkt enthält.

Die herkömmliche Abschmelzelektrode zur Herstellung von Legie­ rungen, die aus hochschmelzenden Metallen besteht, wird typischerweise durch Mischen des Basismetalls und der Legierungselemente und Verdichten der Mischung hergestellt. Wenn bei einer derartigen Abschmelzelektrode der Unterschied hinsichtlich der Schnüttdichte und der Teilchengröße zwischen dem Mischungspartnern verhältnismäßig klein ist, werden die beiden Metallpulver im wesentlichen gleichmäßig gemischt. Bei einer Mischung für die Herstellung von Nb-Ti-Legierungen sind jedoch der Titanschwamm und das Niobpulver sehr verschieden hinsichtlich ihrer Teilchengröße und Schüttdichte, der Titan­ schwamm hat eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 0,8 bis 13 mm und eine Schüttdichte von etwa 1,3, wohingegen Niobpulver eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 0,07 bis 1,0 mm und eine Schüttdichte von etwa 4,5 aufweist. Somit ist es sehr schwierig, einen Titanschwamm und das Niobpulver gleichmäßig zu vermischen.

Zur Herstellung einer Abschmelzelektrode ist es auch bekannt, wechselweise eine Vielzahl dünner Bleche aus dem Basismetall und aus dem Legierungselement abwechselnd in Längsrichtung übereinander zu schichten. Jedoch ist die Herstellung der dünnen Metallbleche teuer und ein Verschweißen in inerter Gasatmosphäre sehr schwierig.

Bei einer weiteren bekannten Herstellungsmethode wird Pulver des Basismetalls und des Legierungselements homogen gemischt und die Mischung zu einem Preßkörper verdichtet. Danach wird der Preßkörper mit Basismetallpulver umhüllt und wiederum ein Preßkörper gebildet. Jedoch hat in einer derartigen Abschmelzelektrode das Basismetall Titan neben weiteren Verunreinigungen einen hohen Sauerstoffgehalt und ist teuer. Weiterhin ist es dabei unmöglich, einen Legierungkörper umzuschmelzen, der gleiche Anteile von Niob und Titan in allen Volumenbereichen enthält.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Abschmelzelektrode für die Herstellung eines Titan- Legierungsköpers anzugeben, der segregationsfrei ist und gleiche Anteile von Niob und Titan in allen Volumenbereichen enthält.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Abschmelzelektrode für die Herstellung von Nb-Ti-Legierungen dadurch gelöst, daß ein Preßkörper aus einer gleichmäßigen Mischung aus Niob-Spänen und Titanschwamm geformt wird.

Das Wesen sowie Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich, die sich auf die beiliegende Zeichnung bezieht.

Die einzige Figur zeigt einen teilweisen vertikalen Schnitt eines Ausführungsbeispiels einer Abschmelzelektrode gemäß der Erfindung.

Die verwendeten Niobspäne können durch Abspanen eines Niobblocks mittels einer geeigneten spanabhebenden Maschine, wie beispielsweise einer Drehbank, und Zerkleinerung der Niobspäne erzeugt werden. Der Grad der Zerkleinerung wird in Abhängigkeit von der Schüttdichte des Titanschwamms gewählt. Die Niobspäne werden so weit zerkleinert, wie es erforderlich ist, um Späne mit einer Schüttdichte zu erzeugen, die ähnlich derjenigen des verwendeten Titanschwamms ist. Typischerweise wird das Verhältnis der Schüttdichte des Niobs zur Schüttdichte des Titanschwamms im Bereich von 0,5 bis 3 : 1, vorzugsweise von 1 bis 1,5 : 1 sein. Die Niobspäne haben vorzugsweise Abmessungen von maximal 5 mm Dicke, maximal 50 mm Breite und maximal 300 mm Länge. Der Einfluß der Abspanung und der Zerkleinerung auf die Qualität der Niobspäne ist in Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1

Der Einfluß der Abspanung und der Zerkleinerung auf die Qualität der Niobspäne

Wie aus der Tabelle 1 ersichtlich ist, erfolgt keine weitere Verunreinigung der Niobspäne durch Sauerstoff und Stickstoff während des Abspanens und des Zerkleinerns.

Dann werden die so vorbereiteten Niobspäne gleichmäßig mit üblichem Titanschwamm gemischt. Im allgemeinen hat der Titanschwamm eine durchschnittliche Teilchengröße von maximal 50 mm, jedoch können größere Teilchen verwendet werden, wenn die Schüttdichten des Niobs und des Titans ähnlich sind. Die Mischung wird zu Preßkörpern verdichtet, die ihrerseits verschweißt werden, um eine Abschmelzelektrode gemäß der einzigen Figur zu erhalten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels weiter beschrieben.

Beispiel

Die einzige Figur ist ein teilweiser vertikaler Schnitt, der eine Abschmelzelektrode zeigt, die gemäß der Erfindung hergestellt wurde. Dazu wurde ein Niobblock bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 38,9 cm/sec abgespant und die Drehspäne anschließend zerkleinert, um die Niobspäne 1 mit den Abmessungen von 0,2 mm Dicke, 3 mm Breite und 40 mm Länge zu erhalten. Die Niobspäne 1 wurden dann mit Titanschwamm 2 mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,8 bis 13 mm in einem Gefäß gemischt. Danach wurde die Mischung im Gesenk einer Presse zu einem Preßkörper 3 verdichtet. Der Unterschied der Schüttdichte zwischen den Niobspänen und dem Titanschwamm war mit 1,7 bzw. 1,3 gering. Auf diese Weise wurde die Vermischung der beiden Legierungspartner erleichtert.

Anstelle des Titanschwamms können auch Titanspäne verwendet werden.

Anschließend wurden Preßkörper 3 zur die Abschmelzelektrode 4 zusammengeschweißt. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Anschluß für eine Spannungsquelle. Die Abschmelzelektrode 4 wurde zweimal mittels Vakuum-Lichtogenschmelzens umgeschmolzen, um einen Block von 1,000 kg zu erhalten, der etwa 45 Gewichtsprozent Titan enthält. Die Tabelle 2 zeigt Ergebnisse eines Segregationstests an einem Umschmelzbarren.

Tabelle 2

Ergebnisse eines Segregationstests an einer Nb-45- Ti-Legierung

Tabelle 2 bestätigt den Erhalt eines homogenen Umschmelzbarrens nach zweimaligen Umschmelzen.

Das verwendete Niob wird im allgemeinen durch chemische Veredelung und nachfolgende Elektronenstrahl-Schmelzen in Blöcke geformt. Somit wird der Block zu Kosten hergestellt, die niedriger sind als diejenigen von Niobpulver. Demgemäß vermindert die Verwendung von Niobspänen bei der vorliegenden Erfindung die Herstellungskosten wesentlich im Vergleich zu der Herstellung von Niobpulver. Die Abschmelzelektrode gemäß der Erfindung ist in hohem Maß für die Herstellung von NbTi- Legierungen geeignet, die im allgemeinen als Werkstoffe für supraleitende Elemente oder als Befestigungselemente an Flugzeugen verwendet werden.

Claims (4)

1. Abschmelzelektrode für die Herstellung von Niob-Titan- Legierungen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Preßkörper (3) besteht, der aus einer gleichförmigen Mischung aus Niobspänen (1) und Titanschwamm (2) bei ähnlicher Schüttdichte beider Mischungspartner geformt worden ist.

2. Abschmelzelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Niobspäne jeweils Abmessungen von maximal 5 mm Dicke, maximal 50 mm Breite und maximal 300 mm Länge aufweisen und der Titanschwamm eine gleichmäßige Teilchengröße von maximal 50 mm aufweist.

3. Abschmelzelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Schüttdichte der Niobspäne zu derjenigen des Titanschwamms 1,0 bis 1,5 : 1 beträgt.

4. Abschmelzelektrode nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Niobgehalt 40 bis 60 Gewichtsprozent beträgt.