СПОСОБ РАСКИСЛЕНИЯ СПЛАВА Al-Nb-Ti Российский патент 2018 года по МПК C22C1/02 C22B9/10 C22B9/20 C22C21/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к способу раскисления сплава Al-Nb-Ti для удаления кислорода из сплава Al-Nb-Ti, произведенного с использованием материала сплава, составленного из алюминиевого материала, ниобиевого материала и титанового материала и содержащего кислород в общем количестве 0,5 мас.% или более.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] В последние годы потребность в сплаве Ti-Al в качестве металлического материала для самолетов или автомобилей постоянно растет. Среди прочего растет потребность в сплаве Ti-Al-Nb, имеющем улучшенную стойкость к окислению за счет добавления Nb к Ti-Al. При производстве титанового сплава, главным компонентом которого является титан, то есть активный металл, такого как сплав Ti-Al-Nb, необходимо предотвращать загрязнение кислородом во время плавки, и для этого традиционно используются такие методы плавки, как метод вакуумно-дугового переплава (ВДП), метод электронно-лучевой плавки (ЭЛП), метод плазменно-дуговой плавки (ПДП), метод вакуумной индукционной плавки (ВИП) и метод индукционной плавки в холодном тигле (ИПХТ).

[0003] Среди этих методов плавки такой метод, как ВДП, ЭЛП и ВИП, представляет собой метод плавки с плавлением сплава в среде вакуума, и когда такой способ плавки используется для плавки сплава Ti-Al-Nb, не только Al или Nb в качестве легирующего элемента, но и Ti испаряются во время плавки, вызывая тем самым потерю элемента. Более конкретно, очень трудно в существующем промышленном процессе контролировать целевой состав сплава Ti-Al-Nb, что приводит к увеличению производственных затрат.

[0004] Для выплавки сплава Ti-Al-Nb с низким содержанием кислорода эффективным является производство сплава Ti-Al-Nb при использовании высококачественного ниобиевого или титанового материала, имеющего низкое содержание кислорода, но поскольку высококачественный ниобиевый материал является дорогим, и его цена имеет тенденцию к росту, особенно в последние годы, потребность в производстве сплава Ti-Al-Nb при использовании относительно низкосортного ниобиевого материала, имеющего большое содержание кислорода и являющегося недорогим, такого как низкосортный ниобий, руда оксида ниобия (Nb₂O₅) и ниобиевый лом, увеличивается с каждым днем. Как и ниобиевый материал, высококачественный титановый материал является дорогим, и потребность в использовании относительно низкосортного титанового материала, такого как титановый лом, также увеличивается.

[0005] Ti представляет собой активный металл и имеет очень прочную силу связи с кислородом, присутствующим в плавильной атмосфере, и ранее предпринимались меры по уменьшению количества попадающего снаружи во время плавки кислорода и предотвращения загрязнения. Однако очень трудно удалить кислород, уже растворенный в Ti, и хотя в настоящее время немногое известно о попытках сделать это, предшествующий уровень техники включает в себя следующие предложения.

[0006] Патентный документ 1 раскрывает способ плавки γ-алюминида титана, включающий стадию плавления в выполненном из оксида кальция тигле шихты, состоящей из сплава алюминида титана и металла, такого как ниобий, в количестве, эффективном для уменьшения количества захватываемого в расплав кислорода, но описан лишь способ плавки сплава Ti-Al-Nb, а методика в отношении способа раскисления сплава Ti-Al-Nb не описывается и не предлагается. В дополнение к этому, используемое ниобиевое сырье представляет собой высокочистый материал с чистотой 99,9% или более, и концентрация кислорода в сплаве Ti-Al-Nb после плавки является такой, что раскисление не требуется.

[0007] Патентный документ 2 описывает один способ производства сплава Ti-Al, включающий плавление сплава Ti-Al в известковом тигле в вакууме или в инертной атмосфере, добавление Ca или Ca-содержащего сплава к расплавленному сплаву Ti-Al и выполнение раскисления. Патентный документ 2 конкретно описывает методику в отношении способа раскисления сплава Ti-Al, но использование ниобиевого материала даже не описывается и не предлагается, не говоря уже об использовании ниобиевого материала с высоким содержанием кислорода.

[0008] Патентный документ 3 описывает способ производства сплава Ti-Al высокой чистоты и с низким содержанием кислорода путем раскисления кальцием (Ca) при выплавке сплава, содержащего Ti-Al в качестве его главного компонента, испарения/удаления избытка Ca и выполнения однородной плавки без загрязнений. Однако в патентном документе 3 также не описывается использование ниобиевого материала, а также не описывается и не предлагается способ раскисления сплава Ti-Al-Nb. В дополнение к этому, в соответствии с методикой, описанной в патентном документе 3, требуются две стадии добавления/плавления Ca и плавления для удаления Ca и гомогенизации, и, кроме того, остающийся Ca не может быть полностью удален, что порождает проблемы в плане увеличения производственных затрат/времени и изменения различных свойств из-за остающегося Ca.

ДОКУМЕНТЫ УРОВНЯ ТЕХНИКИ

[0009] ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

Патентный документ 1: JP-A-H05-195102

Патентный документ 2: JP-A-H04-120225

Патентный документ 3: JP-A-H05-154642

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА

[0010] Настоящее изобретение было создано для того, чтобы решить вышеописанные проблемы, и задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы, сфокусировав внимание сначала на производстве сплава Al-Nb-Ti, содержащего Al в качестве его главного компонента и имеющего низкое содержание кислорода, предложить способ раскисления сплава Al-Nb-Ti, в котором может быть легко получен сплав Ti-Al-Nb, имеющий целевой состав и низкое содержание кислорода, без создания атмосферы высокого вакуума.

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ

[0011] Способ раскисления сплава Al-Nb-Ti в настоящем изобретении включает в себя плавление и выдержку сплава Al-Nb-Ti, содержащего от 50 до 75 мас.% Al от 5 до 30 мас.% Nb и 80 мас.% или менее в сумме Al и Nb, методом плавки с использованием охлаждаемого водой медного сосуда в атмосфере с давлением от 1,33 Па до 2,67×10⁵ Па при температуре 1900 К или более, с уменьшением тем самым содержания в нем кислорода, причем сплав Al-Nb-Ti приготовлен с использованием материала сплава, составленного из алюминиевого материала, ниобиевого материала и титанового материала и содержащего кислород в общем количестве 0,5 мас.% или более.

[0012] Предпочтительно, чтобы во время плавки сплава Al-Nb-Ti методом плавки с использованием охлаждаемого водой медного сосуда добавлялся флюс из CaO-CaF₂, получаемый путем смешивания от 0 мас.% до 95 мас.% фторида кальция с оксидом кальция.

[0013] Предпочтительно, чтобы метод плавки с использованием охлаждаемого водой медного сосуда являлся любым из метода дуговой плавки, метода плазменно-дуговой плавки и метода индукционной плавки.

ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0014] В соответствии со способом раскисления сплава Al-Nb-Ti по настоящему изобретению содержание Al в расплаве устанавливается на высокой концентрации от 50 до 75 мас.%, так что даже когда атмосфера высокого вакуума не создается, мог быть легко произведен сплав Al-Nb-Ti, имеющий целевой состав и низкое содержание кислорода, с использованием низкосортного недорогого ниобиевого материала, имеющего высокое содержание кислорода, не вызывая по существу потерь на испарение Al, Nb и Ti во время плавки. Соответствующее количество этого сплава Al-Nb-Ti, имеющего низкое содержание кислорода, смешивают с Ti, имеющим низкое содержание кислорода, посредством чего желаемый сплав Ti-Al-Nb, содержащий Ti в качестве его главного компонента, может быть получен с относительно низкими затратами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0015] [Фиг. 1] представляет собой график, иллюстрирующий соотношение между содержанием алюминия Al в сплаве Al-Nb-Ti и содержанием кислорода до и после плавки.

[Фиг. 2] представляет собой график, иллюстрирующий в увеличенном виде область, выделенную на Фиг. 1, показывающий соотношение между содержанием Al в сплаве Al-Nb-Ti и содержанием кислорода до и после плавки.

[Фиг. 3] представляет собой график, иллюстрирующий соотношение между содержанием Al в сплаве Al-Nb-Ti и содержанием кислорода до и после плавки, включая наличие или отсутствие добавления флюса.

[Фиг. 4] представляет собой график, иллюстрирующий в увеличенном виде область, выделенную на Фиг. 3, показывающий соотношение между содержанием Al в сплаве Al-Nb-Ti и содержанием кислорода до и после плавки.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0016] Авторы настоящего изобретения провели интенсивные исследования для того, чтобы получить сплав Ti-Al-Nb (сплав Ti-Al-Nb, главным компонентом которого является титан, то есть активный металл), имеющий целевой состав и низкое содержание кислорода, с использованием вышеописанного низкосортного ниобиевого материала, имеющего высокое содержание кислорода.

[0017] В результате они обнаружили, что хотя по техническим и экономическим причинам трудно уменьшить содержание кислорода в сочетании с предшествующим управлением желаемым составом сплава, то есть, составом сплава, содержащим титан в качестве его главного компонента, когда процесс его производства разделен, и после того, как будет приготовлен сплав Al-Nb-Ti, имеющий низкое содержание кислорода и содержащий алюминий в качестве его главного компонента, сплав Al-Nb-Ti, имеющий низкое содержание кислорода, смешивается с соответствующим количеством чистого Ti, имеющего низкое содержание кислорода, полученного с помощью обычного способа производства, сплав Ti-Al-Nb, имеющий желаемый состав и содержащий титан в качестве его главного компонента, может быть получен относительно легким и дешевым образом.

[0018] Авторы настоящего изобретения нашли, что концентрация растворимого кислорода (предел растворимости) уменьшается в диапазоне состава, содержащем высокую концентрацию Al в сплаве, и провели интенсивные исследования для того, чтобы найти способ, при котором даже тогда, когда атмосфера высокого вакуума не создается, сплав Al-Nb-Ti, имеющий целевой состав и низкое содержание кислорода, может быть легко произведен с использованием низкосортного ниобиевого или титанового материала, содержащего много кислорода, такого как низкосортный ниобий, руда оксида ниобия (NbO_x) и ниобиевый лом, не вызывая потерь на испарение Al, Nb и Ti.

[0019] Более конкретно, было найдено, что когда содержание Al в расплаве устанавливается на уровне от 50 до 75 мас.%, даже в сплаве Al-Nb-Ti, подготовленном с использованием низкосортного ниобиевого или титанового материала, реакция раскисления продолжается во время плавки в охлаждаемом водой медном сосуде без создания атмосферы высокого вакуума, и сплав Al-Nb-Ti с низким содержанием кислорода, имеющий целевой состав, может быть легко произведен по существу без потерь на испарение Al, Nb и Ti. Настоящее изобретение было выполнено на основе этого открытия.

[0020] В дополнение к этому, также было найдено, что когда до или во время плавки сплава Al-Nb-Ti в качестве ускорителя реакции раскисления добавляется флюс из CaO-CaF₂, не растворяющийся в титане и имеющий конкретный компонентный состав, реакция раскисления протекает более плавно.

[0021] Далее настоящее изобретение описывается более подробно на основе вариантов осуществления.

[0022] Способ раскисления сплава Al-Nb-Ti по настоящему изобретению представляет собой способ, в котором сплав Al-Nb-Ti, содержащий от 50 до 75 мас.% Al, от 5 до 30 мас.% Nb и 80 мас.% или менее в сумме Al и Nb, приготовленный с использованием материала сплава, составленного из алюминиевого материала, ниобиевого материала и титанового материала и содержащего кислород в общем количестве 0,5 мас.% или более, плавится и выдерживается с помощью использующего охлаждаемый водой медный сосуд метода плавки, такого как метод дуговой плавки, метод плазменно-дуговой плавки и метод индукционной плавки, в атмосфере с давлением от 1,33 Па до 2,67×10⁵ Па при температуре 1900 К или более, и содержание кислорода тем самым уменьшается. В качестве ниобиевого материала может использоваться низкосортный ниобиевый материал, такой как низкосортный ниобий, руда оксида ниобия (NbO_x) и ниобиевый лом, а в качестве титанового материала может использоваться оксид титана (TiO_x), титановый лом и т.д.

[0023] Причина, по которой низкосортный ниобиевый материал, имеющий высокое содержание кислорода, такой как низкосортный ниобий, руда оксида ниобия (NbO_x) и ниобиевый лом, используется для приготовления сплава Al-Nb-Ti, заключается в том, что эти ниобиевые материалы являются недорогими и легкодоступными по сравнению с высококачественным сырьем. Причина, по которой полное содержание кислорода в материале сплава, составленном из алюминиевого материала, ниобиевого материала и титанового материала, устанавливается равным 0,5 мас.% или более, заключается в том, что когда полное содержание кислорода в материале сплава составляет менее 0,5 мас.%, содержание кислорода является малым, и сплав Al-Nb-Ti с низким содержанием кислорода может быть легко получен путем выполнения разбавления или простого рафинирования. В настоящем изобретении верхний предел содержания кислорода не задается, но верхний предел общего содержания кислорода, фактически содержащегося в вышеописанном материале сплава, предположительно составляет примерно 30,0 мас.%.

[0024] Причина, по которой в сплаве Al-Nb-Ti, приготовленном с использованием материала сплава, составленного из алюминиевого материала, ниобиевого материала и титанового материала, содержание Al устанавливается равным от 50 до 75 мас.%, содержание Nb устанавливается равным от 5 до 30 мас.%, а суммарное содержание Al и Nb устанавливается равным 80 мас.% или менее, заключается в том, что когда содержание Al в сплаве Al-Nb-Ti составляет 50 мас.% или более и содержание Nb составляет 5 мас.% или более, реакция раскисления сплава Al-Nb-Ti может протекать с помощью использующего охлаждаемый водой медный сосуд метода плавки, такого как метод дуговой плавки, метод плазменно-дуговой плавки и метод индукционной плавки, даже в атмосфере с давлением от 1,33 Па до 2,67×10⁵ Па, а не в атмосфере высокого вакуума. В дополнение к этому, причина, по которой давление во время плавки устанавливается равным от 1,33 Па до 2,67×10⁵ Па, заключается в том, что при давлении в этом диапазоне не вызываются потери на испарение Al, Nb и Ti, и снижение выхода из-за разбрызгивания расплавленного металла может быть предотвращено.

[0025] Реакция раскисления представляет собой явление, протекающее только в области высокого содержания Al с низкой растворимостью кислорода, и в публикации X. L. Li, R. Hillel, F. Teyssandier, S. K. Choi, and F. J. J. Van Loo, Acta Metall. Mater., 40 [11] 3147-3157 (1992) сделано предположение о том, что на трехфазной диаграмме состояния системы Ti-Al-O по мере увеличения содержания Al предел растворимости кислорода уменьшается. В дополнение к этому, реакция раскисления представляет собой явление, протекающее в жидкой фазе, и в случае сплава Al-Nb-Ti, когда активность Al в расплаве сплава становится высокой, реакция раскисления протекает более активно. Когда сплав Al-Nb-Ti имеет содержание Al в диапазоне от 50 до 75 мас.%, содержание Nb в диапазоне от 5 до 30 мас.% и суммарное содержание Al и Nb 80 мас.% или менее, реакция раскисления протекает в основном при температуре 1900 К или выше.

[0026] Причина, по которой в сплаве Al-Nb-Ti верхний предел содержания Al устанавливается равным 75 мас.%, верхний предел содержания Nb устанавливается равным 30 мас.%, а суммарное содержание Al и Nb устанавливается равным 80 мас.% или менее, заключается в том, что поскольку сплав Al-Nb-Ti содержит другие легирующие элементы в дополнение к Nb и Ti или примесям, таким как кислород, если содержание Al и содержание Nb являются слишком большими, доля Ti уменьшается и сплав не может быть сплавом Al-Nb-Ti.

[0027] Способ раскисления сплава Al-Nb-Ti по настоящему изобретению описывается как способ снижения содержания кислорода по существу без потерь на испарение Al, Nb и Ti, и термин «по существу без потерь на испарение» означает, что разница в содержании Al до и после плавки составляет 1,0 мас.% или менее, а разница в содержании Nb до и после плавки составляет 0,5 мас.% или менее.

[0028] При раскислении сплава Al-Nb-Ti в качестве ускорителя реакции раскисления добавляют флюс только из CaO или флюс из CaO-CaF₂, получаемый путем смешивания более чем 0 мас.% и 95 мас.% или менее фторида кальция с оксидом кальция, посредством чего реакция раскисления ускоряется.

[0029] За счет добавления флюса только из CaO или флюса из CaO-CaF₂, получаемого путем смешивания более чем 0 мас.% и 95 мас.% или менее фторида кальция с оксидом кальция, который не растворяется в сплаве Al-Nb-Ti, Al₂O₃ в качестве продукта раскисления, производимого во время плавки сплава Al-Nb-Ti, образует соединение с CaO или растворяется в CaO-CaF₂, вызывая снижение активности Al₂O₃ и, в свою очередь, реакция раскисления дополнительно ускоряется.

[0030] Считается, что для того, чтобы реакция раскисления продолжалась, Al₂O₃, присутствующий в сплаве Al-Nb-Ti, должен войти в контакт с добавленным флюсом. Предполагается, что поскольку добавляется Nb, имеющий высокую плотность, плотность сплава Al-Nb-Ti больше, чем плотность двойного сплава Ti-Al, что способствует отделению сплава Al-Nb-Ti от Al₂O₃ и добавленного флюса, соответственно облегчая контакт Al₂O₃ с флюсом.

[0031] В случае 0 мас.% фторида кальция, то есть когда присутствует один лишь CaO, флюс имеет высокую температуру плавления и не плавится при температуре около точки плавления сплава Al-Nb-Ti, но при вхождении в контакт с Al₂O₃, присутствующим в сплаве Al-Nb-Ti, он образует соединение CaO-Al₂O₃, имеющее низкую температуру плавления, что уменьшает активность Al₂O₃ и позволяет дополнительно ускорить раскисление. Соответственно, этот флюс может использоваться, хотя его температура плавления является более высокой, чем температура плавления сплава Al-Nb-Ti.

[0032] С другой стороны, если добавляемое количество фторида кальция превышает 95 мас.%, образуется загрязнение фтором. Соответственно, в настоящем изобретении используются флюс только из CaO или флюс из CaO-CaF₂, получаемый путем смешивания более чем 0 мас.% и 95 мас.% или менее фторида кальция с оксидом кальция.

Примеры

[0033] Настоящее изобретение более подробно описывается ниже с использованием Примеров, но настоящее изобретение не ограничено этими Примерами и может быть осуществлено путем внесения подходящих изменений, при условии, что эти изменения соответствуют сути настоящего изобретения, и все такие изменения включаются в технический объем настоящего изобретения.

(Соотношение между содержанием Al в сплаве Al-Nb-Ti и содержанием кислорода до и после плавки)

[0034] Сплавы Al-Nb-Ti, имеющие содержание кислорода от 4 до 30 мас.% и имеющие различные содержания легирующих элементов, приготовили с использованием материала сплава, составленного из алюминиевого материала, ниобиевого материала и титанового материала (оксида титана или металлического титана). Раскисление каждого из приготовленных сплавов Al-Nb-Ti проводили путем плавления, а затем выдержки сплава в плазменно-дуговой электропечи мощностью 100 кВт с использованием охлаждаемого водой медного сосуда. При этом в качестве плазмообразующего газа использовали только аргон, и давление во время плавки было равно 1,20×10⁵ Па.

[0035] Для того, чтобы исследовать влияние содержания Al в сплаве Al-Nb-Ti на вызываемую плавкой реакцию раскисления, подготовили образцы с использованием сплавов Al-Nb-Ti, имеющих содержание Al в 30 мас.%, 45 мас.% и 60 мас.% соответственно. Что касается образца, использующего сплав Al-Nb-Ti с содержанием Al 30 мас.% или 60 мас.%, то были сделаны как образец, использующий в качестве титанового материала оксид титана, так и образец, использующий в качестве титанового материала металлический титан, но что касается образца, использующего сплав Al-Nb-Ti, имеющий содержание Al 45 мас.%, был сделан только образец, использующий в качестве титанового материала оксид титана. На Фиг. 1 и Фиг. 2 образец, использующий в качестве титанового материала оксид титана, и образец, использующий в качестве титанового материала металлический титан, обозначены черным кружком и черным квадратиком соответственно. В этих сплавах Al-Nb-Ti, как показано в Таблице 1, содержание Nb составляет от 10 до 20 мас.%.

[0036] Соотношение между концентрацией Al (содержанием Al) в сплаве Al-Nb-Ti и концентрацией кислорода (содержанием кислорода) до и после плавки проиллюстрировано на Фиг. 1 и Фиг. 2. Верхняя сторона (сторона ближнего конца) и нижняя сторона (сторона дальнего конца) стрелки означают состояния перед плавкой и после плавки, соответственно. На Фиг. 1 и Фиг. 2 в отношении образца, использующего сплав Al-Nb-Ti, имеющий содержание Al 30 мас.% или 60 мас.%, графики смещены немного влево или вправо для того, чтобы сделать черные кружки и черные квадратики более различимыми.

[0037] От сплава Al-Nb-Ti в основном требуется, чтобы он имел содержание кислорода 0,1 мас.% или менее, но в соответствии с Фиг. 1 и Фиг. 2 во всех образцах, имеющих содержание Al 30 мас.% и 45 мас.%, содержание кислорода после плавки не равно 0,1 мас.% или менее, что не позволяет удовлетворить условие содержания кислорода 0,1 мас.% или менее. С другой стороны, в образце, имеющем содержание Al 60 мас.%, содержание кислорода после плавки составляет 0,1 мас.% или менее в случае использования оксида титана в качестве титанового материала, а также в случае использования металлического титана, что позволяет удовлетворить условие содержания кислорода 0,1 мас.% или менее.

[0038] Раскисление Al определяется активностью Al в титановом сплаве, и предполагается, что активность Al имеет логарифмическую корреляцию с содержанием Al. В соответствии с публикацией M. Maeda et al., Material Science and Engineering, A239-240 (1997), 276-280 предполагается, что соотношение между содержанием кислорода и содержанием Al после плавки становится соотношением, обозначенным пунктирной линией на Фиг. 1. Экстраполируя эту пунктирную линию, считается, что содержание кислорода падает до 0,1 мас.% или менее после достижения пика при содержании Al, равном 50 мас.%.

(Соотношение между концентрацией шихтованного сплава перед плавкой и концентрацией сплава после плавки)

[0039] В дополнение к этому, было исследовано соотношение между концентрацией шихтованного сплава перед плавкой (раскислением) сплава Al-Nb-Ti и концентрацией сплава после плавки (раскисления). Соотношение между содержаниями Al и Nb перед плавкой сплава Al-Nb-Ti и содержаниями Al и Nb после плавки показано в Таблице 1. Здесь образцы, обозначенные номером с суффиксом «a», означают образцы, использующие в качестве титанового материала оксид титана, а образцы, обозначенные номером с суффиксом «b», означают образцы, использующие в качестве титанового материала металлический титан.

[0040] Таблица 1

№ До плавки (мас.%) После плавки (мас.%) Примечания Al Nb Al Nb 1a 30 10 32 8,6 Сравнительный пример 1b 30 10 27,8 10,8 Сравнительный пример 2a 45 15 45,8 15,4 Сравнительный пример 3a 60 20 59,6 20,2 Пример по изобретению 3b 60 20 60,7 20,3 Пример по изобретению

[0041] В случае сплава Al-Nb-Ti, имеющего содержание Al 30 мас.%, разница в содержании составила от 2,0 до 2,2 мас.% для Al и от 0,8 до 1,4 мас.% для Nb, и таким образом образовалось отклонение от целевого состава после плавки. В случае сплава Al-Nb-Ti, имеющего содержание Al 45 мас.%, разница в содержании составила 0,8 мас.% для Al и 0,4 мас.% для Nb, и отклонение от целевого состава после плавки было небольшим, но как описано выше, поскольку содержание Al было малым, содержание кислорода не было уменьшено до величины 0,1 мас.% или менее.

[0042] С другой стороны, в случае сплава Al-Nb-Ti, имеющего содержание Al 60 мас.%, отклонение после плавки было сведено к такому уровню, что изменение содержания составило от 0,4 до 0,7 мас.% для Al и от 0,2 до 0,3 мас.% для Nb. Этот результат показывает, что в случае сплава Al-Nb-Ti, имеющего содержание Al 60 мас.%, содержание Al было достаточно большим для того, чтобы восстановить весь оксид Nb.

Примеры с добавлением флюса

(Соотношение между содержанием Al в сплаве Al-Nb-Ti и содержанием кислорода до и после плавки)

[0043] В отношении каждого из двух видов сплавов Al-Nb-Ti (сплава Ti – 60 мас.% Al – 20 мас.% Nb и сплава Ti – 40 мас.% Al – 10 мас.% Nb) приготовили в общей сложности 5 сплавов, имеющих различные концентрации шихтового кислорода, как показано в Таблице 2, используя материал сплава, составленный из алюминиевого материала, ниобиевого материала (оксида ниобия) и оксида титана. Концентрация шихтового кислорода у каждого сплава показана в Таблице 2. Пять приготовленных сплавов Al-Nb-Ti плавили в плазменной дуговой электропечи мощностью 10 кВт с использованием охлаждаемого водой медного сосуда, и после добавления флюса в качестве ускорителя реакции раскисления к каждому расплаву (в сплав № 1 флюс не добавлялся) их выдерживали для проведения раскисления сплава Al-Nb-Ti. При этом в качестве плазмообразующего газа использовали только аргон, а давление во время плавки было равно 1,20×10⁵ Па.

[0044] Что касается добавляемого флюса, то использовали два вида флюсов, то есть флюс из CaO-CaF₂, получаемый путем смешивания 80 мас.% фторида кальция с оксидом кальция, и флюс только из CaO, без фторида кальция.

[0045] Соотношение между концентрацией Al (содержанием Al) и концентрацией кислорода (содержанием кислорода) после плавки сплава Al-Nb-Ti проиллюстрировано на Фиг. 3 и Фиг. 4, а также показано в Таблице 2. На Фиг. 3 и Фиг. 4 результаты Примера без добавления флюса проиллюстрированы вместе, а также проиллюстрированы результаты Примера (сплав Ti – 33 мас.% Al – 10 мас.% Nb, концентрация шихтового кислорода: 4,0 мас.%) без добавления флюса, который не показан в Таблице 2.

[0046] Как было описано выше, сплав Al-Nb-Ti в основном должен иметь содержание кислорода 0,1 мас.% или менее. В образце № 1 без добавления флюса, поскольку содержание Al составляло 60 мас.%, содержание кислорода после плавки составило 0,076 мас.%, и удовлетворено условие, чтобы содержание кислорода составляло 0,1 мас.% или менее, но в образце № 4, в который добавлялся флюс только из CaO, содержание кислорода после плавки составило 0,036 мас.%, а в образце № 5, в который добавлялся флюс из CaO-CaF₂, получаемый путем смешивания 80 мас.% фторида кальция с оксидом кальция, содержание кислорода после плавки составило 0,018 мас.%, что означает, что раскисление было дополнительно ускорено.

[0047] Таблица 2

№ Разновидности сплава Флюс Концентрация шихтового кислорода (мас.%) Концентрация кислорода после плавки (мас.%) 1 Ti – 60 мас.% Al – 20 мас.% Nb нет 7,3 0,076 2 Ti – 40 мас.% Al – 10 мас.% Nb CaO 2,4 0,16 3 Ti – 40 мас.% Al – 10 мас.% Nb CaO-CaF₂
(CaF₂: 80 мас.%) 0,8 0,14 4 Ti – 60 мас.% Al – 20 мас.% Nb CaO 2,5 0,036 5 Ti – 60 мас.% Al – 20 мас.% Nb CaO-CaF₂
(CaF₂: 80 мас.%) 2,5 0,018

[0048] Хотя настоящее изобретение было подробно описано со ссылками на конкретные варианты его осуществления, специалисту в данной области техники будет очевидно, что в нем могут быть проделаны различные изменения и модификации без отступлений от духа и объема настоящего изобретения.

Настоящая заявка основана на японской патентной заявке № 2014-224360, поданной 4 ноября 2014 г., японской патентной заявке № 2015-078626, поданной 7 апреля 2015 г., и японской патентной заявке № 2015-159315, поданной 12 августа 2015 г., содержание которых включено в настоящий документ по ссылке.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

[0049] В соответствии с настоящим изобретением может быть получен сплав Al-Nb-Ti, имеющий низкое содержание кислорода, при низких затратах, и этот сплав смешивается с Ti, имеющим малое содержание кислорода, посредством чего сплав Ti-Al-Nb, содержащий Ti в качестве его главного компонента, может быть получен с относительно низкими затратами.

Изобретение относится к получению алюминиевых сплавов, в частности к способу раскисления выплавляемых алюминиевых сплавов. Способ раскисления сплава Al-Nb-Ti включает плавление и выдержку сплава, содержащего от 50 до 75 мас.% Al и от 5 до 30 мас.% Nb при суммарном содержании Al и Nb 80 мас.% или менее, с использованием исходных алюминиевого, ниобиевого и титанового материалов с суммарным содержанием кислорода 0,5 мас.% или более, при этом плавление осуществляют методом плавки с использованием охлаждаемого водой медного сосуда в атмосфере с давлением от 1,33 Па до 2,67×10⁵ Па при температуре 1900 К или более. Изобретение направлено на снижение кислорода в сплаве Al-Nb-Ti, с возможностью получения его без использования высокого вакуума из низкосортного исходного материала с высоким содержанием кислорода. 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл., 2 пр.

1. Способ раскисления сплава Al-Nb-Ti, включающий плавление и выдержку сплава, содержащего от 50 до 75 мас.% Al и от 5 до 30 мас.% Nb при суммарном содержании Al и Nb 80 мас.% или менее, с использованием исходных алюминиевого, ниобиевого и титанового материалов с суммарным содержанием кислорода 0,5 мас.% или более, при этом плавление осуществляют методом плавки с использованием охлаждаемого водой медного сосуда в атмосфере с давлением от 1,33 Па до 2,67×10⁵ Па при температуре 1900 К или более.

2. Способ раскисления сплава Al-Nb-Ti по п. 1, в котором во время плавки сплава Al-Nb-Ti методом плавки с использованием охлаждаемого водой медного сосуда добавляют флюс CaO или флюс CaO-CaF₂, получаемый путем смешивания более чем 0 мас.% и 95 мас.% или менее фторида кальция с оксидом кальция.

3. Способ раскисления сплава Al-Nb-Ti по п. 1 или 2, в котором метод плавки с использованием охлаждаемого водой медного сосуда является любым из метода дуговой плавки, метода плазменно-дуговой плавки и метода индукционной плавки.