CN113999971A - 钒铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钒冶金领域，公开了一种钒铝合金及其制备方法。该方法包括：(1)将五氧化二钒按照重量平均分为N份，按下列要求依次称取N份铝粒，第1份铝粒重量为理论值的q倍，第N份铝粒重量为理论值的2‑q倍，第k份铝粒重量为理论值的
倍，1＜k＜N，且k为整数，1.14≤q≤1.18；将N份五氧化二钒物料依次与N份铝粒混匀获得第1份混合料、第2份混合料至第N份混合料；(2)将第1份混合料加入冶炼炉中，然后依次加入第2份混合料至第N份混合料(3)进行点火冶炼，然后依次进行冷却、拆炉、喷砂、破碎、筛分。该方法采用梯度配料和分层布料，消除了化学成分偏析。
Description
技术领域
本发明涉及钒冶金领域，具体涉及一种钒铝合金及其制备方法。
背景技术
钒铝合金是钛合金的重要添加剂，其可改善钛合金的强度、韧性、成形性、耐腐蚀、耐高温等性能。添加钒铝合金后生产的高性能钛合金可用于生产喷气发动机、高速飞行器骨架、火箭发动机机壳、滑翔机、汽车发动机系统、汽车底盘部件、高尔夫球杆和医疗器材等高端产品。高端钛合金生产不仅对钒铝合金中杂质含量具有严格要求，并且对钒铝合金中主成分V和Al的均匀性的要求也越来越严格，化学成分均匀性差的钒铝合金加入钛合金后将使钛合金成分偏离设计值，从而降低钛合金性能，因此，在钒铝合金冶炼过程中控制钒铝合金化学成分偏析具有重要意义。
钒铝合金主要采用铝热自蔓延冶炼法生产和电铝热法生产。由于钒铝合金是无限互溶固熔体，熔体中主要物种V、Al存在密度差异，在重力作用下密度较大的V在合金熔体中沉降速度比密度较小的Al使得钒铝合金锭中呈现“钒上低下高、铝上高下低”的偏析现象，通常重力偏析导致钒铝合金锭中V含量和Al含量上下差异达到2％～4％，采用现有的冶炼工艺条件下尚不能有效控制重力沉降差异造成的钒铝合金化学成分偏析。
专利CN 111394600 A提出了“基于铝热还原制备钒铝合金的布料方法”以减小钒铝合金饼上下层的偏析，提高合格品产量。该方法是：先将金属铝A铺于反应炉底，再将五氧化二钒、冷却剂和金属铝B混合均匀，铺于金属铝A上，点火反应，结束后冷却，去掉溶渣得钒铝合金。由于钒铝冶炼过程无外加的搅拌作用，采用该方法仅可补偿钒铝合金锭底部的铝，而无法克服重力沉降造成合金锭中其它位置的成分偏析。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在重力沉降差异造成的钒铝合金化学成分偏析的问题，提供一种钒铝合金及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种钒铝合金的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将五氧化二钒按照重量平均分为N份，按下列要求依次称取N份铝粒，铝粒重量要求包括：第1份铝粒重量为理论值的q倍，第N份铝粒重量为理论值的2-q倍，第k份铝粒重量为理论值的
倍，1＜k＜N，且k为整数，1.14≤q≤1.18；将N份五氧化二钒物料依次与N份铝粒混匀获得第1份混合料、第2份混合料、第3份混合料至第N份混合料；
(2)将第1份混合料加入冶炼炉中，然后依次加入第2份混合料、第3份混合料至第N份混合料，每次加入混合料铺平后再加入下份混合料；
(3)进行点火冶炼，然后依次进行冷却、拆炉、喷砂、破碎、筛分得到钒铝合金产品。
优选地，3≤N≤10，且N为整数。
优选地，1.15≤q≤1.16。
优选地，所述五氧化二钒中V2O5的含量＞99重量％。
优选地，所述五氧化二钒中，Fe的含量<0.09重量％，Si的含量<0.095重量％，C的含量<0.02重量％。
优选地，所述五氧化二钒的粒度为2-4mm。
优选地，所述铝粒中Al的含量>99.8重量％。
优选地，所述铝粒中Fe的含量<0.05重量％、Si的含量<0.05重量％、C的含量<0.01重量％。
优选地，所述铝粒的粒度为2-4mm。
本发明第二方面提供上述方法制备的钒铝合金。
在本发明所述的方法采用了梯度配料和分层布料方式，对合金锭纵向由于重力沉降造成的化学偏析实现连续精准补偿调控，完全消除钒铝合金冶炼过程重力沉淀造成的化学成分偏析，提高了钒铝合金质量，从而提高钒铝合金经济效益。该方法具有极大的推广价值和应用前景，还可嫁接应用于其它多元合金的生产过程中，达到消除多元合金中成分偏析的目的。
附图说明
图1是测试例1中取样位置的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明一方面提供一种钒铝合金的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将五氧化二钒按照重量平均分为N份，按下列要求依次称取N份铝粒，铝粒重量要求包括：第1份铝粒重量为理论值的q倍，第N份铝粒重量为理论值的2-q倍，第k份铝粒重量为理论值的
倍，1＜k＜N，且k为整数，1.14≤q≤1.18；将N份五氧化二钒物料依次与N份铝粒混匀获得第1份混合料、第2份混合料、第3份混合料至第N份混合料；
(2)将第1份混合料加入冶炼炉中，然后依次加入第2份混合料、第3份混合料至第N份混合料，每次加入混合料铺平后再加入下份混合料；
(3)进行点火冶炼，然后依次进行冷却、拆炉、喷砂、破碎、筛分得到钒铝合金产品。
在优选的实施方式中，3≤N≤10，且N为整数。在具体的实施方式中，N可以为3、4、5、6、7、8、9或10。
在优选的实施方式中，1.15≤q≤1.16。
在优选的实施方式中，所述五氧化二钒中V2O5的含量＞99重量％。
进一步优选的，所述五氧化二钒中，Fe的含量<0.09重量％，Si的含量<0.095重量％，C的含量<0.02重量％。
在优选的实施方式中，所述五氧化二钒的粒度为2-4mm。
在优选的实施方式中，所述铝粒中Al的含量>99.8重量％。
进一步优选的，所述铝粒中Fe的含量<0.05重量％、Si的含量<0.05重量％、C的含量<0.01重量％。
在优选的实施方式中，所述铝粒的粒度为2-4mm。
在一种具体的实施方式中，钒铝合金的制备过程包括如下步骤：
(1)将五氧化二钒物料按照重量平均分为5份，按下列要求依次称取5份铝粒，铝粒重量要求包括：第1份铝粒重量为理论值的q倍，第2份铝粒的重量为理论值的
倍，第3份铝粒的重量为理论值的1倍，第4份铝粒的重量为理论值的
倍，第5份铝粒的重量为理论值的2-q倍；将5份五氧化二钒物料依次与5份铝粒混匀获得第1份混合料、第2份混合料、第3份混合料、第4份混合料和第5份混合料；
(2)将第1份混合料加入冶炼炉中，然后依次加入第2份混合料、第3份混合料第4份混合料和第5份混合料，每次加入混合料铺平后再加入下份混合料；
(3)进行点火冶炼，然后依次进行冷却、拆炉、喷砂、破碎、筛分得到钒铝合金产品。
在本发明中，钒铝合金生产采用V2O5和铝粒作为原料通过铝热自蔓延反应或电铝热反反应合成。原料铝粒有两个作用：一是参与还原V2O5生成V和Al2O3；二是铝与V生产Al8V5、AlV3等化合物或固溶体进入合金相。在本发明中，所述理论值为生产钒铝合金过程中铝的使用量的理论值，也就是将V2O5还原成V所需要的Al的理论配加量与钒铝合金中所需要的Al的理论配加量之和。
在优选的实施方式中，当钒铝合金的牌号为AlV55时，铝粒理论值为V2O5重量的0.87～1.06倍；当钒铝合金的牌号为AlV65时，铝粒理论值为V2O5重量的0.74～0.87倍；当钒铝合金的牌号为AlV75时，铝粒理论值为V2O5重量的0.64～0.74倍；当钒铝合金的牌号为AlV85时，铝粒理论值为V2O5重量的0.56～0.64倍。
本发明第二方面提供上述方法制备的钒铝合金。
在本发明所述的方法采用了梯度配料和分层布料方式，对合金锭纵向由于重力沉降造成的化学偏析实现连续精准补偿调控，完全消除钒铝合金冶炼过程重力沉淀造成的化学成分偏析，提高了钒铝合金质量，从而提高钒铝合金经济效益。该方法具有极大的推广价值和应用前景，还可嫁接应用于其它多元合金的生产过程中，达到消除多元合金中成分偏析的目的。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1
制备牌号为AlV55的钒铝合金A1，具体过程包括以下步骤；
(1)将五氧化二钒物料按照重量平均分为6份，按下列要求依次称取6份铝粒，铝粒重量要求包括：第1份铝粒重量为理论值(V2O5重量的0.90倍)的1.14倍，第2份至第6份铝粒重量分别为理论值的1.084倍、1.028倍、0.972倍、0.916倍、0.86倍，将6份五氧化二钒物料依次与第1份至第6份铝粒混匀获得第1份混合料、第2份混合料、第3份混合料、第4份混合料、第5份混合料和第6份混合料；
(2)将第1份混合料加入冶炼炉中铺平，然后加入第2份混合料并且铺平，然后加入第3份混合料并且铺平，然后加入第4份混合料并且铺平，然后加入第5份混合料并且铺平，然后加入第6份混合料并且铺平；
(3)点火冶炼后经过冷却、拆炉、喷砂、破碎、筛分得到钒铝合金锭产品；
所用五氧化二钒中V2O5含量为99.20重量％、Fe含量为0.070重量％、Si含量为0.090重量％、C含量为0.01重量％，粒度为2-3mm；
所用铝粒中Al含量为99.85重量％、Fe含量为0.02重量％、Si含量为0.01重量％、C含量为0.007重量％，粒度为2-3mm。
实施例2
制备牌号为AlV55的钒铝合金A2，具体过程包括以下步骤；
(1)将五氧化二钒物料按照重量平均分为3份，按下列要求依次称取3份铝粒，铝粒重量要求包括：第1份铝粒重量为理论值(V2O5重量的0.90倍)的1.18倍，第2份第3份铝粒重量分别为理论值的1.00倍和0.82倍，将3份五氧化二钒物料依次与第1份至第3份铝粒混匀获得第1份混合料、第2份混合料和第3份混合料；
(2)将1份混合料加入冶炼炉中铺平，然后加入第2份混合料并且铺平，然后加入第3份混合料并且铺平；
(3)点火冶炼后经过冷却、拆炉、喷砂、破碎、筛分得到钒铝合金锭产品；
所用五氧化二钒中V2O5含量为99.50重量％、Fe含量为0.032重量％、Si含量为0.037重量％、C含量为0.012重量％，粒度为2-4mm；
所用铝粒中Al含量为99.90重量％、Fe含量为0.03重量％、Si含量为0.04重量％、C含量为0.008重量％，粒度为3-4mm。
实施例3
制备牌号为AlV55的钒铝合金A3，具体过程包括以下步骤；
(1)将五氧化二钒物料按照重量平均分为9份，按下列要求依次称取9份铝粒，铝粒重量要求包括：第1份铝粒重量为理论值(V2O5重量的0.90倍)的1.15倍，第2份至第9份铝粒重量分别为理论值的1.1125倍、1.075倍、1.0375倍、1.000倍、0.9625倍、0.9250倍、0.8875倍和0.8500倍，将9份五氧化二钒物料依次与第1份至第9份铝粒混匀获得第1份混合料至第9份混合料；
(2)将1份混合料加入冶炼炉中铺平，然后依次加入第2份混合料至第9份混合料并且铺平，每次加入混合料铺平后再加入下份混合料；
(3)点火冶炼后经过冷却、拆炉、喷砂、破碎、筛分得到钒铝合金锭产品；
所用五氧化二钒中V2O5含量为99.78重量％、Fe含量为0.040重量％、Si含量为0.050重量％、C含量为0.01重量％，粒度为2-4mm；
所用铝粒中Al含量为99.94重量％、F含量为0.02重量％、Si含量为0.03重量％、C含量为0.004重量％，粒度为2-4mm。
实施例4
制备牌号为AlV55的钒铝合金A4，具体过程包括以下步骤；
(1)将五氧化二钒物料按照重量平均分为7份，按下列要求依次称取7份铝粒，铝粒重量要求包括：第1份铝粒重量为理论值(V2O5重量的0.90倍)的1.16倍，第2份至第7份铝粒重量分别为理论值的1.107倍、1.053倍、1.000倍、0.947倍、0.893倍、0.84倍，将7份五氧化二钒物料依次与第1份至第9份铝粒混匀获得第1份混合料至第7份混合料；
(2)将1份混合料加入冶炼炉中铺平，然后依次加入第2份混合料至第份混合料并且铺平，每次加入混合料铺平后再加入下份混合料；
(3)点火冶炼后经过冷却、拆炉、喷砂、破碎、筛分得到钒铝合金锭产品；
所用五氧化二钒中V2O5含量为99.78重量％、Fe含量为0.040重量％、Si含量为0.050重量％、C含量为0.01重量％，粒度为2-4mm；
所用铝粒中Al含量为99.94重量％、F含量为0.02重量％、Si含量为0.03重量％、C含量为0.004重量％，粒度为2-4mm。
对比例1
使用与实施例1中相同来源的五氧化二钒和铝粒作为原料，并且重量相同，一次性投入到冶炼炉中进行冶炼。冶炼条件、冷却、拆炉、喷砂、破碎、筛分的条件均与实施例1相同，得到钒铝合金锭产品D1。
对比例2
采用实施例1所述的方法进行实施，与之不同的是，q＝1.12，得到钒铝合金锭产品D2。
对比例3
采用实施例2所述的方法进行实施，与之不同的是，q＝1.2，得到钒铝合金锭产品D3。
测试例1
对实施例和对比例中得到的钒铝合金锭不同位置的钒含量进行检测，沿合金锭中心线在上、中、下三个部位进行取样，以及沿边线在上、中、下三个部位进行取样并采用YB/T4908.1-2021所述的方法对钒含量进行检测，取样位置示意图如图1所示，检测结果如表1所示。
表1
进一步的，对每个钒铝合金锭中测的6个钒含量的最大偏差进行计算，结果如表2所示。
表2
| 编号 | 最大偏差 | 编号 | 最大偏差 |
| 实施例1 | 0.05％ | 对比例1 | 3.29％ |
| 实施例2 | 0.81％ | 对比例2 | 2.73％ |
| 实施例3 | 0.03％ | 对比例3 | 2.67％ |
| 实施例4 | 0.04％ |
通过表1和表2的结果可以看出，采用本发明所述的方法，可以有效克服钒铝合金成分偏析。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种钒铝合金的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将五氧化二钒按照重量平均分为N份，按下列要求依次称取N份铝粒，铝粒重量要求包括：第1份铝粒重量为理论值的q倍，第N份铝粒重量为理论值的2-q倍，第k份铝粒重量为理论值的
倍，1＜k＜N，且k为整数，1.14≤q≤1.18；将N份五氧化二钒物料依次与N份铝粒混匀获得第1份混合料、第2份混合料、第3份混合料至第N份混合料；
(2)将第1份混合料加入冶炼炉中，然后依次加入第2份混合料、第3份混合料至第N份混合料，每次加入混合料铺平后再加入下份混合料；
(3)进行点火冶炼，然后依次进行冷却、拆炉、喷砂、破碎、筛分得到钒铝合金产品。
2.根据权利要求1所述的钒铝合金的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，3≤N≤10，且N为整数。
3.根据权利要求1所述的钒铝合金的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，1.15≤q≤1.16。
4.根据权利要求1所述的钒铝合金的制备方法，其特征在于，所述五氧化二钒中V2O5的含量＞99重量％。
5.根据权利要求4所述的钒铝合金的制备方法，其特征在于，所述五氧化二钒中，Fe的含量<0.09重量％，Si的含量<0.095重量％，C的含量<0.02重量％。
6.根据权利要求1、4或5所述的钒铝合金的制备方法，其特征在于，所述五氧化二钒的粒度为2-4mm。
7.根据权利要求1所述的钒铝合金的制备方法，其特征在于，所述铝粒中Al的含量>99.8重量％。
8.根据权利要求6所述的钒铝合金的制备方法，其特征在于，所述铝粒中Fe的含量<0.05重量％、Si的含量<0.05重量％、C的含量<0.01重量％。
9.根据权利要求1、7或8所述的钒铝合金的制备方法，其特征在于，所述铝粒的粒度为2-4mm。
10.由权利要求1-9中任意一项所述的方法制备的钒铝合金。
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| 黎明等: "提高钒铝合金冶炼回收率的途径探讨", 《铁合金》 * |
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