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1、船用钛合金及钛合金粉末冶金技术??68??材??料??开??发??与??应??用2009年4月??文章编号:1003??1545(2009)02??0068??04徐鲁杰,程德彬(海军驻洛阳四??七厂军事代表室,河南洛阳??471039)摘??要:本文介绍了钛合金在舰船行业的应用现状和钛合金的几种制备方法,并重点介绍了钛合金粉末冶金技术及钛合金粉末冶金工艺现阶段面临的主要困难。关键词:钛合金;冶金;舰船中图分类号:TG146.2+3????文献标识码:A????钛是发展较晚的一种金属,从20世纪40年代中期采用工业方法生产出海
2、绵钛至今,还不到70年的历史,但其发展速度之快,是其他金属所[1]不及的。这是因为钛具有比强度高、耐腐蚀性能好等优点,广泛用于航空、航天、舰船及海洋工程、石油化工、冶金、轻工机械、医疗等许多领域。钛材还是一种优秀的舰船材料,由于它具有良好的耐腐蚀性、无磁性、透声性、抗冲击振动性、可加工性(包括成形与焊接)和高比强度等特性,所以在舰船行业中得到了广泛的应用。[2,3]钛合金及建造工艺,尤其是成形焊接工艺,由于———————————————————————————————————————————————钛合金热加工时与氧的反应大,
3、易使材料脆化,在40多年前建造这种大型钛构件是很难想象的。另外钛材用量很大,达数万吨之多,如1991~1992年,前苏联钛合金的年产量达10万吨以上,潜艇用材占全年产量的50%左右。从造船业中钛合金的制造工艺、使用规模来看,俄罗斯的钛工业发展水平远领先于世界其他国家。1.2??舰船核动力装置蒸发器用钛合金船用核动力装置,压水堆中的设备、管系,大都由不锈钢、镍基合金和锆合金等制造,各国用不锈钢制造的蒸发器不断出现腐蚀破损事故,如前苏联627型核潜艇在服役期间的运行周期完全受蒸发器的可靠性限制。俄中央结构材料研究一院经大量试验研究
4、,提出并采用??T-7M钛合金制造蒸发器,使用寿命比以前提高了10倍以上。表1是俄罗斯从1970~1997年期间原子能破冰船核动力装置用钛制蒸发器的服役情况。表1??俄罗斯原子破冰船钛制蒸发器使用情况分析(1997年7月)破冰船名称??列宁??号??北极??号??俄罗斯??号??苏联??号开始服役时间/年1970197419851989已服役时间/年20251281??钛合金在舰船行业的应用现状到目前为止,钛合金在舰船中得到了广泛应用,以下对几个重点部分作深入说明。1.1??前苏联和俄罗斯海军钛合金潜艇————————————
5、———————————————————————————————————20世纪60年代,前苏联海军建设的重点是发展和建造大规模的远洋型舰队,所研制的一系列新型水面舰艇和潜艇的重点是提高其续航力、改善舰艇和潜艇的隐蔽性、防护能力等一系列生命力指标,在这种军事需求的牵引下,苏联海军不遗余力地开展了大深度潜艇、水下高速型潜艇以及安静型潜艇的研制,其四代攻击型战略核潜艇??阿尔法??级、??麦克??级、??塞拉??级、??台风??级的全部或部分艇壳都是钛材打造而成。其典型代表??共青团??号核潜艇曾在1984年8月5日下潜到1020m
6、,这在世界各国海军军用潜艇中是空前的。用钛建造核潜艇耐压壳体,首要是开发船用30??69??钛制蒸发器不仅使用性能好、寿命长,同时经济性也非常好,如表2所示。表2????T-7M钛合金蒸发器中使用效益的对比数据项????目材料费和制造费之比蒸发器使用寿命/1000h在船舶服役期限内更换蒸发器的次数蒸发器的相对运行价格比(包括更换在内)制造蒸发器用材不锈钢11292.5~3.4??T-7M钛合金5120-1.0为降低成本,国外大力发展钛合金无切削、少切———————————————————————————————————————
7、————————削的近净形工艺,钛合金的粉末冶金技术就是这种近净形工艺之一。制造钛合金部件目前主要有3种方法:锻造、铸造、粉末冶金。用锻造材料加工,其材料性能优良,但浪费大、加工量大、成本高,且难获得形状复杂的产品。铸造可获得形状复杂的净形或近净形产品,成本较低,但铸造过程中材料的成分偏析、疏松、缩孔等缺陷难以避免,材料性能较低,可靠性不高。钛合金的粉末冶金技术是20世纪70年代发展起来的先进钛合金材料制备成型技术,与前两种技术相比,钛合金的热等静压粉末冶金技术[5]有如下优点:(1)与传统的锻材加工技术相比,二者材料性能接近
8、,但粉末冶金技术易于制备形状复杂的部件,且所制备的部件基本为净形,可节省大量原材料,减少机械加工、降低成本,视形状复杂程度,与传统方法相比,成本可降低20%~50%。(2)与钛合金的铸造技术相比,二者都是近净形工艺,但粉末钛合金具有更优良的性能,热等静压固结的粉末钛合金可达到
