低C、H、O、N元素含量的铝钒锡铬中间合金及方法与流程

本发明涉及合金材料，尤其涉及一种低c、h、o、n元素含量的铝钒锡铬中间合金。

背景技术：

1、近年来，随着钛合金研究的不断深入和产品质量的不断提高，c、h、o、n元素含量较高对钛合金性能的影响则愈加暴露出来，c、h含量过高易至裂，n含量过高易发脆，o含量与钛合金夹杂物含量关系密切，因此，为了确保钛合金性能的稳定性，限制c、h、o、n元素的含量已成为高品质钛合金冶炼行业普遍关注的焦点，尤其在军工航天用高品质钛合金对c、h、o、n元素含量的要求更加严格。而中间合金是钛合金主要原料之一，中间合金中c、h、o、n元素含量与钛合金的性能有着密切关系。

2、tb5钛合金，名义成分为ti-15v-3al-3cr-3sn，是一种亚稳态β钛合金，具有较高的比强度、耐腐蚀性和冷热成型性，其在室温下可形成中等复杂的钣金零件，被广泛应用航空航天的结构材料，例如：美国的b-1b轰炸机、c-17运输机、波音系列客机等多个军机和民机型号上已广泛应用。目前，tb5钛合金的冶炼需要加入铝钒锡铬中间合金来引入元素铝、钒、锡、铬。比如，中国专利cn1629334a中介绍了一种铝钒锡铬中间合金及其制备方法，其通过氧化物经铝热反应直接制备，但是，经检测o元素含量高达0.12wt％，c、h、o、n元素含量未检测。又如中国专利cn113981289a中介绍了一种铝钒锡铬中间合金及其制备方法，其依次经过铝热冶炼和真空熔炼过程制备钒铝锡铬合金，经检测o元素含量达到0.05wt％，c元素含量达到0.04wt％，n元素含量达到0.04wt％，h元素含量未检测。

3、如果不严格控制铝钒锡铬合金中c、h、o、n元素的含量，就极易对tb5钛合金的性能造成不良影响，最终导致tb5钛合金性能难以满足航空航天结构材料的要求。

技术实现思路

1、为了解决上述铝钒锡铬合金中c、h、o、n元素含量控制不严格将会导致tb5钛合金性能难以满足航空航天结构材料的要求的技术问题，本实施例提供了一种低c、h、o、n元素含量的铝钒锡铬中间合金，通过不同的组分比例控制c、h、o、n元素含量。

2、为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种低c、h、o、n元素含量的铝钒锡铬中间合金，包括以下组分：

4、v60.0-65.0％，sn10.0-15.0％，cr10.0-15.0％，fe≤0.13％，c≤0.03％，o≤0.03％，h≤0.01％，n≤0.01％以及余量铝。

5、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

6、该铝钒锡铬中间合金中c、h、o、n元素的含量低，避免由于c、h、o、n元素没有严格控制而对tb5钛合金的性能造成不良影响，以使tb5钛合金性能满足航空航天结构材料的要求。

7、还提供了一种低c、h、o、n元素含量的铝钒锡铬中间合金的制备方法，包括以下步骤：

8、s201预处理五氧化二钒，得到低c、h、n元素含量的五氧化二钒原料。

9、s202将低c、h、n元素含量的五氧化二钒原料、三氧化二铬、二氧化锡、铝粉进行铝热还原反应、冷却以及表面除渣，得到钒铝锡铬初级合金锭。

10、s203将钒铝锡铬初级合金锭进行表面打磨、精整破碎、磁选，得到钒铝锡铬初级合金破碎料。

11、s204感应加热脱气钒铝锡铬初级合金锭，得到钒铝锡铬中间原料。

12、s205感应加热处理钒铝锡铬中间原料，得到钒铝锡铬中间溶液。

13、s206浇注钒铝锡铬中间溶液，得到低c、h、o、n元素含量的钒铝锡铬中间合金。

14、采用上述技术方案，该方法能够显著降低钒铝锡铬中间合金中的c、h、o、n元素，碳元素含量可降至0.03wt.％以下，氢元素含量可降至0.01wt.％以下，氧元素可降至0.03wt.％以下，氮元素的含量可降至0.01wt.％以下；同时所得低c、h、o、n元素含量的钒铝锡铬中间合金具有优异的均匀性，致密度高，合金锭内无肉眼可见氧化膜、气孔和夹渣。

15、进一步优选为，s201预处理五氧化二钒，得到低c、h、n元素含量的五氧化二钒原料，包括：

16、s301将五氧化二钒在刚玉炉中熔炼，以脱除c、h、n元素含量和易挥发的杂质，得到低c、h、n元素含量五氧化二钒熔液。

17、s302浇注低c、h、n元素含量五氧化二钒熔液，得到低c、h、n元素含量的五氧化二钒固体。

18、s303破碎磁选低c、h、n元素含量的五氧化二钒固体，得到低c、h、n元素含量的五氧化二钒原料。

19、采用上述技术方案，通过该预处理方法，脱除了五氧化二钒中大量的c、h、n元素和易挥发的杂质，降低了五氧化二钒中c、h、n元素的含量，以此得到符合进行铝热还原反应的原料。

20、进一步优选为，s202将低c、h、n元素含量的五氧化二钒原料、三氧化二铬、二氧化锡、铝粉进行铝热还原反应、冷却以及表面除渣，得到钒铝锡铬初级合金锭，包括：

21、s401将低c、h、n元素含量的五氧化二钒原料、三氧化二铬、铝粒、二氧化锡进行混合均匀，得到混合原料。

22、s402将混合原料放入还原熔炼炉中捣料压实，点燃引发铝热还原反应，对混合原料进行熔炼。

23、s403将熔炼后的混合原料进行惰性气自然冷却，得到熔炼产物。

24、s404去除熔炼产物表面渣层，得到钒铝锡铬初级合金锭。

25、采用上述技术方案，利用低c、h、n元素含量的五氧化二钒原料、三氧化二铬、二氧化锡、铝粉进行铝热还原反应，铝热还原反应完成后，在惰性气体保护的炉壳内进行自然冷却，得到钒铝锡铬初级合金锭，为制备低c、h、o、n元素含量的铝钒锡铬中间合金提供符合工艺要求的中间原料。

26、进一步优化为，s205感应加热处理钒铝锡铬中间原料，得到钒铝锡铬中间溶液，包括：

27、s501将钒铝锡铬中间原料放入第一惰性气体氛围中，采用感应加热的方式将脱气后的钒铝锡铬中间合金原料熔化，得到钒铝锡铬中间合金熔体。

28、s502维持第一惰性气体氛围，采用感应加热的方式对钒铝锡铬中间合金熔体进行精炼，然后脱气，得到钒铝锡铬中间合金熔液。

29、采用上述技术方案，在对钒铝锡铬中间原料进行精炼脱气的过程中，利用第一惰性气体氛保护钒铝锡铬中间原料不被氧化，起到隔绝空气的作用。

30、进一步优化为，第一惰性气体氛围的绝对压力为400pa-600pa。

31、采用上述技术方案，在该绝对压力下，能够获得符合材料制备要求的钒铝锡铬中间合金熔液，为制备低c、h、o、n元素含量的铝钒锡铬中间合金做好精处理准备。

32、进一步优化为，s206浇注钒铝锡铬中间溶液为在第二惰性气体氛围中，将钒铝锡铬中间合金熔液浇注。

33、进一步优化为，第二惰性气体氛围的绝对压力为400pa-600pa。

34、采用上述技术方案，以此获得符合材料要求的低c、h、o、n元素含量的钒铝锡铬中间合金。

35、进一步优化为，感应加热脱气钒铝锡铬初级合金锭包括：

36、s901在绝对压力为400pa-600pa的惰性气体氛围中，将钒铝锡铬初级合金感应加热至200℃-400℃。

37、s902停止感应加热，抽真空至绝对压力≤20pa。

38、采用上述技术方案，钒铝锡铬破碎料中的铝容易挥发，在带有一定压力的惰性气体氛围中加热，然后抽真空进行脱气，能够尽量减少钒铝锡铬破碎料在高温高真空状态的时间，进而减少铝的损耗，同时由于抽真空的时间短，还可以减少能耗。

39、进一步优化为，浇注的温度为1690℃-1710℃。

40、采用上述技术方案，有利于物料中的气体的溢出。