Основные области применения титанового сплава на судах включают устойчивые к давлению корпуса, системы трубопроводов морской воды, теплообменники, охладители, различные соединения труб, компоненты двигателей, подъемные устройства и пусковые устройства. Россия и США были первыми странами, которые начали исследования титановых сплавов для кораблей и сформировали свои собственные системы титановых сплавов для кораблей. Россия находится на переднем крае мира в разработке и практическом применении титана для кораблей, имеет различные уровни прочности титановых сплавов для кораблей и классифицирует эти титановые сплавы в зависимости от их использования. В настоящее время это единственная страна, имеющая все титановые подводные лодки. Китай начал разработку титановых сплавов для кораблей в 1960-х годах и в настоящее время сформировал серию титановых сплавов для кораблей с пределом прочности 320-1250 МПа. К основным маркам относятся сплавы низкой прочности, такие как ТА2 и Ti31, сплавы средней прочности, такие как Ti70, Ti75 и Ti91, и высокопрочные сплавы, такие как TC4, Ti80, TC11, Ti62A, Ti-B19 и Ti-B25. С точки зрения типов сплавов, титановые сплавы низкой и средней прочности для кораблей обычно представляют собой альфа-титановые сплавы и близкие к альфа-титановые сплавы, тогда как высокопрочные титановые сплавы для кораблей представляют собой титановые сплавы альфа+бета или близкие к бета-версии. Низкопрочный титановый сплав обладает характеристиками высокой пластичности и хорошей свариваемости, что позволяет легко перерабатывать его в тонкостенные трубы и подходит для изготовления различных теплообменников, охладителей и других трубных материалов; Титановый сплав средней прочности имеет хорошие характеристики и подходит для изготовления деталей большого сечения, морских трубопроводов и т. д.; Высокопрочный титановый сплав обладает характеристиками высокой прочности и низкой пластичности и подходит для изготовления устойчивых к давлению корпусов, сосудов высокого давления, специальных компонентов кораблей и т. д.
Для конструкционных компонентов из обычного морского титанового сплава, учитывая соответствие прочности и ударной вязкости материала, вязкости коррозионного разрушения под напряжением, свариваемости и т. д., уровень прочности материала не должен быть слишком высоким, и следует выбирать как можно больше зрелых титановых сплавов, близких к альфа-типу. Однако для элементов конструкции, к которым предъявляются особые требования к прочности, необходимо выбирать высокопрочные титановые сплавы. С развитием морского оборудования в сторону темно-синего цвета были выдвинуты более высокие требования к характеристикам титановых материалов, используемых в устойчивых к давлению конструкциях, таких как глубоководные подводные аппараты и глубоководные космические станции, что способствует разработке высокопрочных-титановых сплавов для морского использования. Повышение прочности материалов позволяет уменьшить-толщину поперечного сечения компонентов и вес устойчивых к давлению конструкций. Однако увеличение прочности часто приносит в жертву прочность материалов. Таким образом, поддержание высокой прочности при хорошей ударной вязкости является ключом к применению высокопрочных титановых сплавов для кораблей. В последние годы титановые сплавы высокой прочности и вязкости также стали горячей точкой исследований для различных научно-исследовательских институтов и титановых предприятий. Исследовательский подход осуществляется с двух сторон. С одной стороны, реагируя на насущные потребности крупных национальных проектов, конструкторские подразделения стремятся выбирать более совершенные материалы из титановых сплавов. Оптимизируя состав сплава и процесс подготовки компонентов, можно изучить потенциал производительности материалов и улучшить соответствие прочности и ударной вязкости сплавов. Многие исследования были сосредоточены на оптимизации конструкции зрелых сплавов TC4 и Ti80. С другой стороны, мы опираемся на концепцию развития аэрокосмических высокопрочных-и вязких титановых сплавов для разработки новых типов высоко-прочных и вязких титановых сплавов для морской техники.
В период 13-й пятилетки Северо-Западный научно-исследовательский институт цветных металлов (Северо-Западный институт) провел исследования по оптимизации состава сплава на основе сплава Ti80 с целью повышения ударной вязкости сплава при сохранении его высокой прочности. Влияние стабильных элементов -, стабильных элементов - и междоузельных элементов на прочность и ударную вязкость сплава Ti80 систематически изучалось с использованием сочетания расчетов и экспериментов теории Ю Жуя. Микромеханизм влияния элементов на прочность и вязкость сплавов выявлен с помощью расчетов по теории Ю Жуя. Были проведены углубленные исследования изменения прочности и ударной вязкости сплава Ti-6Al после добавления элементов Mo и Nb. Установлено, что элементы Mo и Nb мало влияют на свойства сплава при растяжении при комнатной температуре, но могут значительно улучшить ударную вязкость сплава. В основном это связано с добавлением - стабилизирующих элементов, изменяющих фазовый состав в микроструктуре, возбуждающих больше дислокаций и двойников деформации под ударной нагрузкой, воспринимающих большую ударную нагрузку, тем самым улучшая способность сплава противостоять распространению трещин и достигая более высоких ударных характеристик. Изучено влияние содержания элемента O на ударные характеристики прутков из сплава Ti80 с различной микроструктурой и установлено, что ударные характеристики более чувствительны к содержанию элемента O в сплаве. Путем регулирования содержания каждого элемента и системы термообработки было обнаружено, что сплав Ti80 имеет наилучшее соответствие прочности и ударной вязкости в отожженном состоянии. Его микроструктура представляет собой бимодальную структуру, состоящую из равноосной первичной альфа-фазы и бета-переходной фазы, как показано на рисунке 1.
На рис. 2 показано влияние содержания O на предел текучести и энергию удара сплава Ti80 с двойной микроструктурой. Можно сделать вывод, что при содержании О 0,1% (массовая доля) предел текучести сплава достигает 800 МПа, а энергия удара может достигать 72 Дж (стандарт испытаний GB/T229-2020). Устойчивый к давлению корпус глубоководного-погружного аппарата является типичным представителем высокопрочного-и вязкого титанового сплава, используемого в глубоководном-оборудовании, а глубина погружения подводного аппарата тесно связана с удельной прочностью материала. Подводный аппарат «Элвин» в США увеличил максимальную глубину погружения с 1868 до 4500 метров за счет замены устойчивого к давлению материала корпуса со стали на титан. После дальнейшей модификации титановым сплавом его проектная глубина была увеличена до 6000 метров. Рассматривая выбор материалов герметичных корпусов глубоководных подводных аппаратов в различных странах, можно увидеть, что основными марками титановых материалов являются Ti-6Al-4V (TC4) и Ti-6Al-4VELI (TC4ELI), а глубина погружения трехместного подводного аппарата из этих двух сплавов не превышает 7000 метров. В 2017 году Китай самостоятельно разработал и успешно изготовил обитаемый сферический корпус из сплава TC4ELI и обитаемый сферический корпус из сплава Ti80, а также успешно установил обитаемый сферический корпус TC4ELI на подводный аппарат Deep Sea Warrior с максимальной глубиной погружения не более 7000 метров. Максимальная глубина погружения обитаемого сферического снаряда TC4ELI, имеющего форму лепестков дыни и импортированного из России, составляет 7000 метров. Погружной аппарат «Striver» для 3 человек, изготовленный из сплава Ti62A, может достигать глубины погружения 10909 м. Сплав представляет собой высокопрочный и устойчивый к повреждениям титановый сплав, совместно разработанный Институтом металлов Китайской академии наук и Baoji Titanium Industry Co., Ltd. Прочность этого сплава значительно улучшена по сравнению со сплавом TC4, сохраняя при этом хорошую ударную вязкость и свариваемость.
Компания Jiti Industry Co., Ltd. и другие подразделения провели исследование по оптимизации производительности сплава Ti62A и разработали титановый сплав Ti542222. Показатель предела текучести этого титанового сплава составляет 1000 МПа, энергия удара – 40 Дж. После двойного отжига он имеет наилучшее соответствие прочности, пластичности и ударной вязкости.
При поддержке соответствующих национальных проектов Северо-Западный институт и 725-й научно-исследовательский институт Китайской корпорации судостроительной промышленности (CSIC) успешно разработали титановые сплавы с пределами текучести 800–900 и 1000 МПа. Северо-Западный институт независимо разработал высокопрочный титановый сплав типа - Ti-B25, который обладает характеристиками высокой прочности и хорошими характеристиками холодной обработки и широко используется в корабельных системах связи. Институт металлов Китайской академии наук разработал высокопрочные и высокопрочные-титановые сплавы с прочностью 1000 и 1200 МПа для титана, используемого в океаностроении, а также небольшими партиями подготовил корпуса из титанового сплава для натурной научно-экспериментальной станции Abyss и планера Abyss, в основном заменяя сплав Ti64.
В последние годы Китай также внедрил технологию аддитивного производства в производстве глубоководного-оборудования. Китайская судостроительная корпорация Fenxi Heavy Industry Co., Ltd. совместно с Xi'an Bolite использовала технологию лазерного плавления (LMD) для экспериментального производства гребных винтов из титанового сплава, полых корпусов и т. д. Институт металлов Китайской академии наук совместно с Шанхайским университетом науки и технологий разработал различные-компоненты из титановых сплавов для глубоководной техники с использованием аддитивного производства и процессов горячего изостатического прессования порошка. На основе конструктивной идеи композиции с высоким переохлаждением и метода упрочнения и закалки высокопрочных титановых сплавов была разработана система композиции титанового сплава со слабой текстурой и равноосными кристаллами, подходящая для процессов аддитивного производства, что позволяет титановым сплавам, изготовленным с добавками, достигать превосходной прочности, пластического соответствия и изотропии механических свойств.
В период 14-й пятилетки Северо-Западный институт, опираясь на подпроект Национальной ключевой программы исследований и разработок «Оптимизация и подготовка композиции высокопрочного и вязкого титанового сплава для экстремальных условий глубоководной эксплуатации», разработал сверхвысокопрочный титановый сплав Ti1300G для глубоководного оборудования и высокопрочный и вязкий титановый сплав Ti5321G для аддитивного производства глубоководного оборудования на основе высокопрочных и вязких титановых сплавов Ti1300 и Ti5321. Предел текучести устойчивой к давлению оболочки из сплава Ti1300G может достигать 1250 МПа, удлинение больше или равно 9%, энергия удара больше или равна 24 Дж, а вязкость разрушения больше или равна 60 МПа · м1/2; Предел текучести компонентов, изготовленных с добавкой из сплава Ti5321G, может достигать 1050 МПа, а степень удлинения превышает или равна 9%. Компонент корпуса, устойчивый к давлению, для глубоководных-планеров был изготовлен из сплава Ti1300G, а гребной винт глубоководного подводного аппарата и экспериментальный рычаг манипулятора были изготовлены из сплава Ti5321G. В настоящее время герметичный корпус ожидает испытаний после установки, а ТПА успешно прошел ходовые испытания в Южно-Китайском море.
Запросить цену
Электронная почта:bjcxtitanium@gmail.com
WhatsApp:+8613571718779
