[发明专利]一种含中间合金的成形制品及其制备和使用方法

说明书

本申请是申请日为2005年11月16日、申请号为200580049227.4、发明名称为“一种含中间合金的成形制品及其制备和使用方法”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种包含中间合金的制品，及其制备和使用方法。更具体而言，本发明涉及一种用于将合金添加物添加至金属熔体的包含中间合金的成形制品及其制备和使用上述成形制品的方法。

背景技术

在制备不锈钢、钛合金、以及其他合金时，在高温下加热大量通常包括废金属的原材料，以形成含有所需化学元素的熔体。在熔体凝固成铸锭、坯料、粉末或其他形状之前，通常在原材料或熔体中添加一种或多种中间合金以适当的调整熔体的化学成分。正如本领域所公知的，中间合金是指富含一种或多种所需添加元素的合金，且包含在金属熔体中以提高熔体所需组分的百分含量。《美国金属学会金属手册》简装版(ASM Intern.1998)，第38页。

由于中间合金的元素组份已知，从理论上而言，很容易确定需添加的中间合金的量以获得熔体希望得到的化学元素。然而，人们也必须考虑到是否加入的所有中间合金均能充分且均匀的掺入熔体。例如，如果加入熔融且均匀掺入熔体中的中间合金的实际量小于添加的量，那么熔体的化学成分可能达不到所需的化学成分。因此，需要研究中间合金的形状从而能使之容易的熔融并易于均匀的掺入金属熔体。

一个在特定领域存在一些挑战性例子是将特定的合金化添加物引入到钛熔体中。例如，很难采用氧对钛进行合金化。在制备钛合金熔体时，通常将海绵钛或钛废品用作富钛原料。传统的提高钛合金熔体氧含量的方法包括将海绵钛与粉末状二氧化钛中间合金一起进行压制。当二氧化钛中间合金溶解并掺入熔体时，该熔体中的氧含量增加，进而提高由该熔体形成的固体材料中的氧含量。将海绵钛和二氧化钛粉末压制的工艺存在几个缺陷。例如，称量和压制这些材料的成本较高。而且，在熔融和固化/浇注工艺以前，需要很长的时间以制备压制过的海绵钛和二氧化钛粉末。

一个已知可供选择的将氧添加至钛熔体中的方法是，在进行加热前，将一定量的松散粉末状的二氧化钛中间合金和海绵钛/钛废品原材料在熔化容器中简单混合。在这种方法中，很少量的二氧化钛粉末包裹在海绵钛/钛废品的表面。如果添加更多的二氧化钛粉末，其将不会与起始原料粘结，并将从这些原料中析出。这种“游离”的二氧化钛粉末容易被气流带走。而且，聚集在熔池中的大部分松散的二氧化钛粉末并不会均匀的掺入熔体中。因此，采用这一传统的二氧化钛的添加技术来调整钛合金熔体化学成分的可能结果是二氧化钛的不一致性和不可预知的损失。其最终结果是钛合金产品并不具有所期望的化学成分。

由于上述原因，钛合金制造者一般在制备氧添加量较小的钛合金时采用添加松散二氧化钛粉末的合金化技术。然而，即使在这情况下，氧的最终含量仍有些不可预知。当需要氧含量高于通过添加松散的二氧化钛粉末容易获得的，则通常采用如前所述的具有时间和成本缺点的海绵钛/二氧化钛粉末压制技术。

由于添加合金化氧至钛熔体的传统技术存在上述缺陷，因此提供一种改进的合金化技术是有利的。更一般的，提供一种改进的常规技术以将不同合金化的添加剂添加至各种不同的金属熔体中。

发明概述

为了提供上述优点，根据本发明的一个方面，提供了一种用于将合金添加物添加至金属熔体的成形制品。成形制品包含至少一种中间合金的颗粒以及一种用于粘结成形制品中中间合金颗粒的粘结剂材料。在将成形制品加热到预定温度时，粘结材料将改变形态并释放中间合金颗粒。优选的，预定温度大于500°F。

根据本发明的另一个方面，提供一种制备用于合金化金属熔体的制品的方法。该方法包括提供一种包含中间合金颗粒与粘结材料的充分均匀混合物。由至少部分的该混合物成形为制品。该制品包括由粘结材料结合在成形制品中的中间合金颗粒。当将该制品加热至预定温度时，该粘结材料改变形态并释放中间合金颗粒。优选的，预定温度大于500°F。

根据本发明的另一个方面，提供了一种制备合金的方法。该方法包括制备包含某一预定量的中间合金的熔体。将该中间合金以其颗粒通过粘结剂材料结合进至少一个成形制品中的形式而添加至熔体或熔体起始物料中，该粘结材料在大于500°F的预定温度下分解并释放中间合金颗粒。根据该方法的特定非限制性实施方案，制备熔体的步骤包含提供一种充分均匀的包括多个成形制品以及余量熔体组分的混合物，以及将至少部分的该均匀混合物加热至高于预定温度。