专利名称：一种Al-Mo-Si三元合金及其制备方法
技术领域：
本发明涉及用于冶金行业钛合金生产的原材料和制备方法，尤其是指专用于生产TC11钛合金的合金原材料及其制备方法。
背景技术：
钛合金是一种新型的金属材料，含85％～90％以上钛，其余为铝Al、钼Mo、钒V、硅Si、锆Zr、铁Fe、锡Sn等合金元素，它具有比重轻(约4.5g/cm2，钢铁为7.8g/cm2)、耐腐蚀、使用温度高(目前最高可达到700℃多)、强度高、塑性好等许多优点，广泛地应用于航空、航天、海洋、建筑、汽车、高尔夫球头等军工重要部件、高档民用产品。其基本生产工艺流程如下(1)钛电极制备一般将铝Al、钼Mo、钒V、硅Si、锆Zr、铁Fe、锡Sn等单元(或双元)合金以一定的形式、比例与海绵钛混合均匀(保证钛电极的成分均匀)后，按一定的方法压制成所需的钛电极形状。(2)熔炼一般采用真空自耗炉熔炼，将钛电极变成成品锭(若干次真空自耗成φ580或以上的成品锭)，国外先进国家也有采用电子束或等离子冷床熔炼方法。(3)成材成品锭自由锻造(先在锻压机上进行锻造成大规格棒材或方坯，供下一步的锻造或轧制。)后，采用轧制(将大规格棒材进一步轧制成小规格的棒材，一般指φ100mm以下的成品棒材)或模锻(将棒材或方坯锻成模锻件)的压力加工方法，生产出钛合金的成品。
TC11钛合金(名义成分为6.5Al-3.6Mo-2Zr-0.25Si)是钛合金中的一种，由于其使用温度较高，热强性好，主要被用在航空发动机压气机盘、静子和转子叶片、航天等军工产品上；随着航空机种的需求和材料的迅速发展，TC11钛合金的需求也日益增加。TC11钛合金的合金原材料是海绵钛、Al-Mo合金或金属Mo、Al-Si二元合金棒或结晶Si、Al丝和海绵锆。起强化高温性能作用的Si元素是TC11钛合金中不可缺少的合金元素，但在TC11钛合金生产过程中，如果含Si的合金原材料制备不好，容易出现Si元素的偏析，甚至超标(TC11钛合金成品中的Si元素成分范围很窄0.20％～0.35％)，易造成TC钛合金产品的性能波动和产品的报废。因此，解决Si元素的偏析对稳定和优化TC11钛合金产品非常重要。
目前，TC11钛合金生产过程中，Si元素的加入方法一般采用结晶Si和Al-Si棒二种形式前者容易烧损，成分控制不准。后者是先将金属Al和结晶Si一起熔炼，再根据需要浇铸成一定形状(如φ28×1000mm的棒)。其不足之处是经过熔炼浇注的Al-Si棒合金，由于Si含量较高，达10％～15％(由于压制φ320×1000mm的钛电极，故Al-Si棒的形状也固定了，因此Si含量必须这么高才能符合TC11中Si的成分要求)，容易在局部造成Si的凝固聚集，出现偏析，引起Al-Si棒中Si含量的不均匀，最终造成TC11钛合金铸锭Si元素的成分偏析，甚至发生局部出格的现象，造成产品的报废，影响产品的质量稳定。“Si偏析问题”已成为生产TC11钛合金产品的制约因素。
发明内容
本发明开发一种用于TC11钛合金生产的Al-Mo-Si三元合金，它是根据TC11钛合金成分含有Mo元素(约3％)的特点，对原来的Al-Si二元合金棒进行改进，将Al、Mo、Si混合熔炼，破碎成小颗粒。该三元合金的优点是可将Si的含量控制在较低水平，降低Si的偏析程度，最终提高了TC11钛合金成品中Si元素的均匀化程度，避免TC11钛合金铸锭中Si元素的偏析甚至出格的现象，稳定TC11钛合金的产品质量。
本发明提供的一种Al-Mo-Si三元合金，其特征是Al-Mo-Si三元合金的化学成分重量百分比如下Si4～5％(Si含量太高，Al-Mo-Si三元合金易发生Si元素合金的凝固聚集现象，Si偏析程度较大，影响TC11钛合金成品中的Si元素均匀化程度，易造成Si元素在TC11钛合金铸锭的偏析现象，降低TC11钛合金的产品质量)；Al45～55％(Al与Mo的成分控制在一定的比例，Al-Mo-Si三元合金易破碎，否则粘性较高，破碎困难)；Mo40～48％；余量是C、Fe、杂质。
本发明优选以下配比(最佳)Si4～5％，Al50～55％，Mo40～45％。
上述Al-Mo-Si三元合金制备时，首先采用真空感应炉冶炼，以降低Al-Mo-Si三元合金中的氧含量(TC11钛合金成品的氧含量≤0.15％，要求较高，如果Al-Mo-Si三元合金中的氧含量较高，则压制成的TC11电极锭中的氧含量也较高，并最终影响TC11钛合金成品的氧含量偏高，造成TC11钛合金成品质量下降)，并浇铸成合金块，然后采用破碎机将合金块破碎成8～25mm的小颗粒，颗粒度最好是8～15mm(颗粒度与TC11钛合金主要原材料——海绵钛颗粒度相一致或相近，混合起来比较均匀，确保钛电极各区域的合金成分均匀)。
与现有技术相比，本实用新型具有下列优点(1)工艺可操作性强。
(2)三元合金的夹杂物和气体含量低。
(3)合金原材料的成份均匀。
(4)生产的TC11钛合金质量稳定、成品率高。
具体实施方案某钢铁公司实施本发明首先采用真空感应炉冶炼出Al-Mo-Si三元合金(化学成分重量百分比如下4～5％Si，50～55％Al，40～45％Mo)，经破碎机破碎成8～25mm的小颗粒。然后，按常规钛合金生产工艺，将本发明生产的Al-Mo-Si三元合金与海绵钛及其它合金原材料混合均匀，一起压制成TC11钛合金电极(φ320×1000mm)，经三次真空自耗冶炼成为合格的TC11钛合金成品铸锭(φ580×1700mm)。数据检测表明(见表一)成品铸锭中，Si元素含量与配入成分基本匹配且成分均匀，同时头部、尾部的Si元素偏析≤0.02％。解决了采用Al-Si棒二元合金生产的TC11钛合金铸锭不同部位的偏析现象，稳定TC11钛合金的产品质量。
TC11钛合金成品的Si元素成分含量 表一
权利要求
1.一种Al-Mo-Si三元合金，其特征在于三元合金的化学成分重量百分比如下Si4～5％；Al45～55％；Mo40～48％；余量是C、Fe、杂质。
2.根据权利要求1所述的一种Al-Mo-Si三元合金，其特征在于三元合金的化学成分最佳配比如下Si4～5％，Al50～55％，Mo40～45％。
3.一种Al-Mo-Si三元合金的制备方法，其特征是首先采用真空感应炉冶炼，并浇铸成合金块，然后将合金块破碎成8～25mm的小颗粒，颗粒度最好是8～15mm。
全文摘要
一种Al－Mo－Si三元合金及其制备方法，用于TC11钛合金生产的的原材料制备，其特征是在于Al－Mo－Si三元合金的化学成分重量百分比是Si4～5％；Al45～55％；Mo40～48％；余量是C、Fe、杂质。上述Al－Mo－Si三元合金制备时，首先采用真空感应炉冶炼，以降低Al－Mo－Si三元合金中的氧含量，并浇铸成合金块，然后采用破碎机将合金块破碎成8～15mm。本发明具有工艺可操作性强的特点，生产的三元合金成份均匀、夹杂物和气体含量低，采用该三元合金原材料生产的TC11钛合金成品铸锭中，Si元素含量与配入成分基本匹配，头部、尾部的Si元素偏析≤0.02％。解决了TC11钛合金铸锭生产中的Si偏析现象，稳定了TC11钛合金的产品质量，成品率高。
文档编号C22C1/03GK1546707SQ20031010919
公开日2004年11月17日 申请日期2003年12月9日 优先权日2003年12月9日
发明者闵新华, 朱益藩, 章锦芝, 金鑫, 计波, 许顺达 申请人:宝钢集团上海五钢有限公司