【论文】高列宁:高强度钛合金——深海工程的基础(二)

苏苏的凤尾鱼 2025-02-20 16:11:43

图中显示了带有 β同晶型稳定剂的钛合金的相变和强度(硬度)变化,具体取决于钼当量[Mo]eq.的值。

从上述方案中可以看出,在稳定剂的β浓度等于C′和 C′′的合金中,淬火和时效后的硬化程度最大。在实践中,为避免在合金中出现对延展性和韧性特性不利的ω相,使用的 β稳定剂的浓度略低于C′,略高于C′′′。

例如,全俄航空材料研究院为航空工业开发的VT23和VT22牌号合金的浓度水平接近C′和 C′′′(见表)。目前在船舶应用中使用的船体近α合金如图所示,并列表进行比较。所有合金中的铝含量都在5.5-6.5%之间。热强化状态下的VT23合金具有高强度和高韧性的特点。要使大型半成品的屈服强度达到1050-1100MPa,必须采用特殊的热强化工艺:加热至860℃,在空气中冷却至正常温度,然后在625℃下进行时效处理。这种合金的缺点是在厚度超过100mm时淬透性有限。然而,采用 “梯度淬火 ”的新淬火热处理方法,可使厚度达150mm的VT23 合金半成品的整个横截面得到均匀淬火。在焊接VT23合金时会出现更严重的问题。船体结构的主要焊接方法是氩弧焊和电子束焊。在这两种情况下,焊点由两个主要区域组成:焊接金属和热影响区。根据待焊接部件的尺寸和焊接模式,这些区域的金属可进行淬火、退火和其他类型的热处理。同时,从图中可以看出,与初始热强化状态相比,这些区域的强度会明显降低。为了在焊接过程的热效应之后恢复金属的强度特性,可以进行强化热处理.

在使用填料焊接VT23合金时,建议使用符合GOST 27265-87标准的SPT2牌号焊丝。STP2焊丝属于近α钛合金,实际上具有热稳定性,与合金VT23相比,在淬火和退火状态下强度都较低。因此,在使用填料进行焊接时,为确保焊缝金属与母材金属具有相同的强度,有必要进行焊缝加强,同时考虑到实现接触硬化效果的可能性。为了确保焊接后热影响区和母材的强度相同,必须进行强化热处理。在制造深海潜水器的耐压球形壳体时,可将这种加工作为最后的工艺操作,其几何尺寸与 “Rus ”号和 “Consul ”号潜水器相当。由于加热温度相对较高,保温时间较长,建议在惰性气氛或真空炉中进行热处理。可以对焊接接头进行局部热处理(使用等离子、电子或光束)。然而,这一过程需要详细的技术开发。将热强化状态的近β合金VT22应用于深海载人潜水器,主要还需要解决焊接问题。由这种合金制成的母材和焊接接头只有在热硬化状态下才能达到所需的强度和适用性。与单个半成品的热强化相比,壳体结构或其内部焊点的热强化要困难得多。因此,对于由热硬化合金制成的结构,建议采用焊接量较小的施工技术,例如,采用半球深拉或大容量模锻法制造技术。也有可能在铸造状态下生产半球形。这需要开发新的更耐用的铸造合金,因为目前铸造的海洋钛合金的屈服强度不超过690MPa。铸造半球用于制造“和平”号深海潜水器的马氏体时效钢钢壳体。总之,应该指出的是,尽管在结构建造方面存在技术问题,但钛合金是最有前途的可用于探索世界海洋深处的潜水器壳体材料。目前,普罗米修斯中央结构材料研究院正在联邦目标计划框架内,根据海洋结构的要求和运行条件,开发屈服强度超过1000MPa的新型高强度钛合金及其焊接技术。这些研发成果将巩固俄罗斯在船用钛合金领域的世界领先地位。

0 阅读:7

苏苏的凤尾鱼

简介:俄罗斯材料科学与工程领域的研究和应用历史现状