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  • Ti80鈦鍛件Ti75鈦棒等船用鈦合金的應用情況

    發(fā)布時間: 2021-02-19 08:36:39    瀏覽次數(shù):

    鈦及鈦合金具有優(yōu)良耐海水腐蝕、高比強度、無磁性、透聲性、抗裂性和可加工性等特點,其熱中子吸收截面為56X10-28m2,大約是鋯的30倍。鉿的1/2。鈦合金的核性能也比較穩(wěn)定,在3×10-9~20×10-19慢中子流輻射中,布氏硬度、屈服強度略有增加,伸長率、電阻率略有下降,但沖擊韌性沒有改變,合金的密度及產(chǎn)品的尺寸形狀均無改變。由于鈦的這些性能而被作為一種理想的艦船結(jié)構(gòu)材料,被譽為“海洋金屬”。各國船舶行業(yè)對鈦及鈦合金在艦船上的應用研究十分重視,先后研究開發(fā)了專用的船用鈦合金系列,并在艦船上大量應用,以提高艦船設備運行的可靠性和使用壽命,從而提升艦船的技、戰(zhàn)術(shù)性能。

    Ti80鈦鍛件

    鈦合金材料在船舶中的應用領(lǐng)域非常廣,從船體結(jié)構(gòu)、推進系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、電子信息系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)到特種裝置等??梢哉f除船舶屬具與艙室設施外的大部分設備、零部件均可以用鈦及鈦合金材料。因此,鈦及鈦合金在艦船上的應用前景十分廣闊,其應用也必將會帶來明顯社會效益和經(jīng)濟效益。

    目前船用鈦及鈦合金的牌號主要有TA2、Ti31、TA5、Ti70、Ti75、Ti91、Ti80和TiB19,但應用背景具有代表性和廣泛性的當屬Ti75和Ti80兩種鈦合金。

    鑒于此,結(jié)合相關(guān)行業(yè)資料,將艦船用Ti80、Ti75鈦合金的主要應用,介紹如下:

    一、Ti75和Ti80兩種鈦合金的應用

    1、 Ti75鈦合金

    該合金是西北有色金屬研究院開發(fā)的中強、耐高溫、耐腐蝕、抗氫脆Ti.3-A1-2Mo-2Zr系鈦合金。其強度、塑韌性、耐蝕性和加工性等綜合性能優(yōu)于TA5。沖擊韌性和斷裂韌性是TA5的14倍和12倍,KIC為TA5的2倍。該合金性能如表1所示。

    Ti75鈦合金性能

    其板材、鍛件典型的力學性能:σb>700MPa、σ0.2>630MPa、A>15%、Z>35%、αk≥59J/cm2。耐海水腐蝕性能優(yōu)異,海水浸泡腐蝕、縫隙腐蝕、動海水腐蝕(流速為3m/s)的腐蝕速率為0mm/a,焊接系數(shù)大于0.9,與船體鋼電偶腐蝕效果為1.33。

    與船用TA5鈦合金的比較:Ti75強度高出TA5鈦合金50MPa:沖擊韌性和斷裂韌性比TA5高出20%:在3.5%NaCl水溶液中應力腐蝕性能KSCC值達到86.7MPa·m1/2,是TA5的1.5~2倍;該合金具有良好的焊接性能,達到設計指標焊接系數(shù)0.9的要求性能對雜質(zhì)氧敏感低于TA5:該合金中合金元素鋁以A1一Mo中間合金加入.對于消除鑄錠成分偏析較TA5有利;該合金熱加工溫度較TA5低70~100℃,對溫度變化的適應性強。具有優(yōu)于TA5的冷熱加工性能:該合金使用AI.Mo中間合金,生產(chǎn)工藝成熟,性能穩(wěn)定,因此適用于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),其成本不超過TA5的10%。

    與國內(nèi)外同級船用鈦合金的比較:與俄羅斯480T3比較,在強度高出50MPa的前提下,Ti75鈦合金原材料適應性強、鑄錠成分易均勻,熱加工溫度低近100℃,沖擊、斷裂韌性高出20%,應力腐蝕性能高50%:與俄羅斯TIT3B合金強度水平相當,但HTIT3B延性差(Z:10%),且不能生產(chǎn)管材;美國Ti3A12.5V合金品種齊全,但強度水平比Ti75合金低近100MPa;與TC4合金相比,Ti75鈦合金的延性、沖擊、斷裂、彎曲、疲勞等性能均優(yōu)于前者,其中斷裂韌性高出30%,疲勞性能高出15%以上。

    Ti75鈦合金是專門為某型號二回路系統(tǒng)研制的中強合金.主要運用在大通徑流體輸送管、換熱器管板、封頭、閥門殼體、閥瓣等設備的一般部件。Ti75鈦合金的具體應用情況:

    1)由Ti75鈦合金制作的零部件已成功應用于某工程的往復式鹽水泵、通海系統(tǒng)、海水四通、接管和舷側(cè)雙座雙球閥閥桿等。并且有15個Ti75鈦合金零件于1993年安裝到某艇進行裝艇使用,正常運行至今。Ti75鈦合金在艇上的成功應用,開創(chuàng)了鈦合金在某型號二回路系統(tǒng)中實艇應用的先例。

    2)我國船舶某所使用Ti75鈦合金板材制作的深潛器載人。

    3)中船重工某所設計使用Ti75鈦合金管板、封頭、鈦法蘭制造某工程關(guān)鍵設備一主冷凝器。

    4)某型號永磁推進電機所需的鈦合金轉(zhuǎn)子支架使用直徑3m,壁厚約100mm的Ti75鈦合金環(huán)件制作,提高了電機性能。

    5)Ti75合金具有的優(yōu)異性能,使其在艦船上的應用前景廣泛。如艦船的上層建筑,用Ti75合金代替船體鋼,可有效提高艦船的穩(wěn)性儲備,估計一艘艦船需上百噸鈦材。

    Ti75鈦合金密度約為B30合金的一半,其制成的產(chǎn)品可與艦船同壽命,中間不需要維修,節(jié)省了大量維修費用。而銅及銅合金制造的設備,若按艦船服役20~25年計算,至少也要維修2~3次,不僅修理費用高,同時降低了艦船的航率。據(jù)權(quán)威專家介紹,從設備的制造與使用全壽命運營分析,在俄羅斯用鈦材比不銹鋼便宜5倍。從眼前及長遠看。用Ti75合金比用B30合金制造通海系統(tǒng)管路設備,從全壽命分析也是便宜的。Ti75鈦合金徹底解決了通海系統(tǒng)設備的腐蝕問題;使艦船動力裝置用材單一化,制作工藝簡化,便于設備維修;減少設備尺寸。減輕質(zhì)量;提高安全可靠性,減少維修費用,延長使用壽命;提高了艦船的整體作戰(zhàn)水平,擴大了活動范圍。

    2、 Ti80鈦合金

    Ti80鈦合金是上海鋼研所2O世紀80年代研制的一種新型的Ti-6.0-A1-2.5Nb-2.2Zr-1.2Mo系近α合金,具有高強、高韌、可焊、耐蝕等綜合性能。Ti80合金采用焊接+熱處理焊接工藝可使接頭焊接系數(shù)達到0.9。性能指標見表2所示。

    Ti80鈦合金力學性能

    Ti80鈦合金是在Ti75鈦合金基礎(chǔ)上研發(fā)的船用高強合金,主要運用在高壓容器、深潛器的耐壓殼體、船舶焊接結(jié)構(gòu)件等,應用主要方向:

    1)深潛器

    深潛器是一種可以潛入水下一定深度、持續(xù)一定工作時間、能完成某些特定工作的潛水器具,是20世紀60年代發(fā)展起來的一種數(shù)量頗多的非戰(zhàn)斗水下運載工具。到80年代載人深潛器已下達到6500m,能直接考察世界海洋的98%海域,客運與軍事、科研、海洋開發(fā)、深海打撈及救生等。深潛器上的主要受力是作用在耐壓殼體、加強結(jié)構(gòu)和接觸海水的所有系統(tǒng)的靜水壓,對于每一米水深,海水靜壓力增加10.1KPa。為了使殼體給定的水深有足夠的強度,我國船舶某所采用785MPa級的Ti80合金制作。深潛器結(jié)構(gòu)尺寸不大(長8~10m、寬3m、高3.5m),而所用鈦材規(guī)格最大。載人耐壓艙需用規(guī)格大于120mmx3400mm~3400mm的Ti80合金板材來制造.球殼直徑達500mm。在耐壓殼體上有許多大孔(觀察艙、密封艙口、貫通連接件)需焊接更厚的鈦鍛件來補強。Ti80合金在鎢極氬弧焊條件下,焊接系數(shù)>0.9,抗裂性好,有利于深潛器的制造。

    2)柴油機進排氣系統(tǒng)

    從2000年開始,在某型艦艇設計中,充分利用鈦合金良好的綜合性能,在工作環(huán)境惡劣、腐蝕現(xiàn)象嚴重。采取傳統(tǒng)的防腐蝕無法達到理想的防腐效果的柴油機進排氣系統(tǒng)中大量使用鈦合金材料,其中就有Ti80合金。于是制造了耐壓排氣直管、耐壓球形排氣三通管等重要部件,經(jīng)考核各項性能指標均滿足要求,有效地解決了該系統(tǒng)的腐蝕問題。提高了該系統(tǒng)的可靠性和使用壽命.維護保養(yǎng)工作量大大降低。

    3)聲掃雷具

    隨著水雷的出現(xiàn)與發(fā)展,各國海軍相應地研制建造了各型掃雷艇(近代又出現(xiàn)獵雷艦艇)和相應的各類掃雷、滅雷具。船舶某所設計人員利用Ti80合金的高強度、耐海水腐蝕、無磁、高電阻率,制作掃雷艇的鈦合金殼體。并根據(jù)掃雷具的發(fā)聲器結(jié)構(gòu)特點和使用性能,制造鈦合金掃雷具。經(jīng)過應用性能考核,有效地提高了掃雷艇、掃雷具的戰(zhàn)術(shù)指標,極大鼓勵了設計部門堅決、廣泛地在艦船特殊部位、整體結(jié)構(gòu)中使用鈦材。

    二、結(jié)語

    鈦及鈦合金的優(yōu)異性能,使其在船用領(lǐng)域大有潛力可為。國外把鈦材在船舶上的應用水平作為衡量船舶技術(shù)性能先進程度的一項非常重要的指標。

    隨著海軍現(xiàn)代化建設步伐的加快,新型號、新工程中的鈦材應用越來越多。Ti75合金的研制成功及成功應用,不僅可滿足我國艦船動力裝置對材料的需求,而且為我國船用鈦合金的創(chuàng)新研究和發(fā)展起到了巨大推動和促進作用。Ti75和Ti80鈦合金的進一步推廣和擴大化使用,將有力推動我國海軍裝備事業(yè)的高速發(fā)展。

    參考文獻:

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