一种五元中间合金材料及其制备方法和用途技术

发明专利技术公开了一种用于牌号为Ti‑6Al‑2Zr‑3Nb‑1Mo钛合金专用的五元中间合金材料，涉及钛合金多元素中间合金的设计，该合金的化学元素质量百分比为：Mo：6‑10％，Nb：18‑23％，Zr：10‑15％，Ti：10‑15％，余量为Al和其他不可避免的杂质，其他杂质含量主要包括：C≤0.10％，Si≤0.10％，Fe≤0.15％，O≤0.15％，N≤0.05％。对于具有多种合金元素的钛合金，选用此五元中间合金能够在降低生产成本的同时保证合金化的均匀性。

【技术实现步骤摘要】
一种五元中间合金材料及其制备方法和用途
本专利技术涉及牌号为Ti-6Al-2Zr-3Nb-1Mo钛合金的一种专用中间合金，即五元素的铝钼铌锆钛中间合金。
技术介绍
钛合金以其优异的比强度，耐蚀性能等在航空航天和化工等领域获得了广泛的应用，为适应多种服役环境的要求，钛合金的合金元素组成也趋向多元化发展。为保证合金性能的稳定性，加入合适的中间合金显得尤为重要，否则容易引起高密度夹杂，低密度夹杂，β斑等缺陷。多元化的中间合金改善了中间合金的物理性质，能有效提高合金成分均匀度，并且克服偏析，减少烧损等，因此，对于钛合金的制备而言，尤其是含有易偏析元素或者难熔元素的钛合金，多元化的中间合金是一种很好的选择。Ti-6Al-2Zr-3Nb-1Mo钛合金是一种中强度钛合金，具有良好的综合力学性能，优异的耐海水腐蚀性能，所以被广泛应用于海洋船用领域。在Ti-6Al-2Zr-3Nb-1Mo钛合金中，Nb和Mo属于高熔点元素，其中Nb的熔点为2468℃，Mo的熔点为2622℃，而Ti的熔点为1668℃。钛合金熔炼通常采用的是真空自耗电弧炉熔炼，而真空自耗电弧炉熔炼熔池温度一般为1800℃。如果这些元素以金属单质方式加入，因熔点高低不同，熔炼时电极块中各原料的融化速率也会不同，易导致高密度金属未能全部融入，造成高密度夹杂(图1)或偏析(图2)。这些缺陷给钛合金的应用带来风险，钛合金制成零件后会因为夹杂或偏析引起裂纹源，从而在零部件服役状态下造成异常断裂。因此，单独加入纯金属元素到钛合金中，是不可取的。专利技术内容本专利技术目的就是为了克服上述现有技术存在缺陷而提供一种剩余污泥的抑制硫化氢脱水处理方法。本专利技术提供的一种五元中间合金材料，其包括按重量百分数计的如下元素：Mo：6-10％；Nb：18-23％；Zr：10-15％；Ti：10-15％；余量为Al和不可避免的杂质元素，所示杂质元素种类和重量百分数分别为：C≤0.10％，Si≤0.10％，Fe≤0.15％，O≤0.15％，N≤0.05％。作为优选方案，所述的五元中间合金材料包括按重量百分数计的如下元素：Mo：6.8-10％；Nb：18.5-21.2％；Zr：13-14.3％；Ti：12.3-14％；余量为Al和不可避免的杂质元素，所示杂质元素种类和重量百分数分别为：C≤0.10％，Si≤0.10％，Fe≤0.15％，O≤0.15％，N≤0.05％。一种如前述的五元中间合金材料的制备方法，其包括如下步骤：将MoO3粉末、Nb2O5粉末、Al粉末、CaF2、KClO3充分混合后，加热至1250℃以上，通过铝热反应进行第一次熔炼，得到初级产品；在所述初级产品中添加海绵钛和海绵锆，充分混合后，在1650-1750℃的温度、不超过0.67Pa的真空度下进行二次熔炼，得到金属液；将所述金属液在真空状态下进行浇注后，进行精整、破碎和精选，得到颗粒度为1-6mm五元中间合金材料。作为优选方案，以MoO3粉末加入1.00Kg为基准量，Nb2O5粉末加入量为2.50-3.12Kg，Al粉末加入量为6.82-7.80Kg，CaF2加入量为0.20-0.50Kg，KClO3加入量为0.20-0.40Kg，海绵钛加入量为1.10-1.42Kg，海绵锆加入量为1.12-1.44Kg。一种如前述的五元中间合金材料在Ti-6Al-2Zr-3Nb-1Mo钛合金熔炼种的用途。钛合金应为其活性程度高，所以只能采用铜坩埚进行真空自耗电弧炉熔炼，真空自耗电弧炉熔炼熔池温度一般为1800℃，为充分熔化钛合金原材料海绵钛及中间合金，往往采用二次以上的自耗熔炼工艺。所以要充分熔化为制备钛合金而添加的中间合金，往往需要降低中间合金的熔点，有利于钛合金成分均匀，减少夹杂、偏析等冶金缺陷发生的概率。根据多元合金的相图知识可知，该五元合金的熔点应该在Al的熔点和Mo的熔点之间。通过铝、钛元素的添加，在五元合金中的作用是调节其熔点，使其降低到在自耗熔炼进程中，温度足以让铌、钼等高熔点元素充分熔融。经测试验证，该五元合金的熔点大约为1600℃，而纯钛的熔点为1668℃，该五元合金的熔点与纯钛熔点较为接近，大大降低了中间合金和纯钛之间熔点差异过大可能导致的高密度夹杂，偏析等缺陷形成的概率，提高了熔炼过程的稳定性，保证了铸锭化学成分的均匀性，保证了合金的组织和性能的稳定性。钛合金产品广泛应用于航空航天、医疗海洋等领域，其对原材料的选择体现出纯净度越来越高、专用性针对性更强的特点。本专利技术针对Al-Zr-Nb-Mo系钛合金设计专用的铝钼铌锆钛五元中间合金，符合钛合金发展趋势，同时也具备较强的实用性。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为钛合金的高密度夹杂照片；图2为Ti-6Al-2Zr-3Nb-1Mo钛合金的组织偏析照片；图3为加入了本专利技术中实施例1制备的五元中间合金的一种中强度钛合金的显微组织照片；图4为加入了本专利技术中实施例2制备的五元中间合金的一种中强度钛合金的显微组织照片。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。Ti-6Al-2Zr-3Nb-1Mo钛合金是以钛为基，包含铝、锆、铌、钼四种元素，以往常用铝钼、海绵锆、铝铌等一元或二元合金依据配入量添加入内。而本专利技术中间合金以铝为基，与钼、铌、锆、钛四种元素共同组成五元中间合金，在制造Ti-6Al-2Zr-3Nb-1Mo钛合金产品时，添加铝钼铌锆钛五元中间合金，能更为精准控制Ti-6Al-2Zr-3Nb-1Mo钛合金产品的最终成分，同时可降低高密度夹杂或偏析发生的概率。实施例1以Al、MoO3、V2O5、CrO3、Zr、CaF2、KClO3等为原料，以MoO3粉末配入1.00Kg为基准量，则Nb2O5粉末加入2.98Kg，Al粉末加入7.06Kg；CaF2加入0.35Kg，KClO3加入0.30Kg，将原料充分混合后，在常温下装炉，加热，当温度超过1250℃，通过铝热反应进行第一次熔炼；将第一次熔炼得到的初级产品，再添加Ti粉末1.38Kg，Zr粉末1.41Kg，一起置于真空感应炉内进行熔炼，并在真空状态下进行浇注。浇注结束后，进行精整、破碎、精选等工序，最后形成1-6mm颗粒度铝钼铌锆钛产品。得到五元中间合金产品成分为：Al：43.6％，Mo：6.8％，Nb：21.2％，Zr：14.3％，Ti：14.0％，其余为杂质。将该中间合金与海绵钛以137：863的比例混和后，经过原料搅拌、模具挤压以及电极块焊接等步骤制成真空自耗熔炼用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种五元中间合金材料，其特征在于，包括按重量百分数计的如下元素：/nMo：6-10％；/nNb：18-23％；/nZr：10-15％；/nTi：10-15％；/n余量为Al和不可避免的杂质元素，所示杂质元素种类和重量百分数分别为：C≤0.10％，Si≤0.10％，Fe≤0.15％，O≤0.15％，N≤0.05％。/n

【技术特征摘要】
1.一种五元中间合金材料，其特征在于，包括按重量百分数计的如下元素：
Mo：6-10％；
Nb：18-23％；
Zr：10-15％；
Ti：10-15％；
余量为Al和不可避免的杂质元素，所示杂质元素种类和重量百分数分别为：C≤0.10％，Si≤0.10％，Fe≤0.15％，O≤0.15％，N≤0.05％。


2.如权利要求1所述的五元中间合金材料，其特征在于，包括按重量百分数计的如下元素：
Mo：6.8-10％；
Nb：18.5-21.2％；
Zr：13-14.3％；
Ti：12.3-14％；
余量为Al和不可避免的杂质元素，所示杂质元素种类和重量百分数分别为：C≤0.10％，Si≤0.10％，Fe≤0.15％，O≤0.15％，N≤0.05％。


3.一种如权利要求1或2所述的五元中间合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将MoO3粉末...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴英彦，计波，孟庆通，朱峰，陆琪，
申请(专利权)人：宝武特种冶金有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31