舰船钛合金与航空钛合金差异性分析.ppt

1、舰船钛合金与航空钛合金 性能差异研讨,汇报提纲,一、使用工况与性能要求 二、合金体系及性能特点 三、材料品种、建造工艺 四、应用研究内涵 五、事例说明,使用工况与性能要求,1,合金体系及性能特点,2,舰船钛合金体系： 型、近型为主 材料强度体系基本健全,航空钛合金体系： 型、+型、型多种类型并存 主干牌号用量占总用量的绝大部分 F22战斗机：Ti-6Al-4V ELI占总用量的73%，Ti6222s占7%，高温钛合金占5%15% 北京航空材料研究院等单位正在开展航空结构钛合金体系精简工作 主干牌号： TA1、TA2、TA3、TA15、TA18、TB2、TB5、TB6、TB8、TC2、 TC4/

2、TC4-DT、TC6、TC16、TC18、TC21,典型舰船钛合金与航空钛合金性能对比 强度等级相当时，舰船钛合金韧性更好 舰船钛合金更侧重于对母材、焊接接头的综合考核,合金体系及性能特点,2,材料品种、建造工艺,3,大规格板材、管材、铸件、锻件,成型、装配、焊接、 表面改性处理,多为大型焊接结构件,舰 船 钛 合 金,航 空 钛 合 金,铸、锻件为主， 小规格管材、薄板、焊接件少量应用,焊接工艺,等离子焊,电子束焊,激光焊,电子束焊（中厚板）,MIG（大量）,等离子焊（中薄板）,TIG（大量）,TIG （少量）,摩擦焊,扩散焊,以高能束熔化焊及固态焊为主，对材料可焊性要求与船用不同,以实现低

3、成本、柔性、高效焊接为目标，对材料可焊性要求更高,建造方法差异（以焊接为例）：,材料品种、建造工艺,3,窄间隙（手工/自动）,各军事强国舰船材料研究均遵循该研究流程 航空与舰船钛合金的性能特点、评价体系有较大差异，一般不混用 我国船体材料必须经过完整的研究流程后方能上舰 我国舰船钛合金的研究也遵循该流程,船用材料从选材到应用的研究流程,选材-材料研制-应用研究型号研究-上船应用,总体所、冶金部门、材料所联合共同开展研制及应用研究,材料研制：研制出满足成分和基本性能的材料。 应用研究：确定研制出的材料能不能用及如何用。主要解决材料工业生产化后质量稳定性、建造过程的工艺、使用过程中的性能考核，保障

4、舰船及其设备的安全可靠运行。,应用研究内涵不同,4,材料研制及应用研究的关系,材料研制,材料应用研究,调整成分、工艺,合金化研究与成分设计 熔炼锻造轧制工艺研究 强韧性机理研究 常规力学性能检验,焊接性与焊接工艺研究 热处理工艺研究 冷热加工工艺研究 其他特种工艺性能研究,强塑性与性能均一性 防断与抗爆能力 疲劳性能研究 耐蚀性研究 性能数理统计分析 特种性能研究 材料适配性研究,工艺适用性研究,服役能力（使用性能）适用性研究,材料满足全面技术要求的评判,应用研究鉴定,材料研制鉴定,产品结构模拟建造、考核及解剖试验分析,熔炼锻造轧制工艺规程,确认产品用材料,材料技术条件 装备建造用材料原则工艺

5、,提出研究委托书（包括技术要求）随时反馈并参与研制,提供经常规检验合格的材料,材料研制及应用研究需经过实验室-中试-工业化试制的完整阶段,应用研究内涵不同,4,选材,热成型工艺,分析,强度,各向同性,可焊性,步骤：,材料必须做深入细致的应用研究工作，为选材设计提供支撑，直接跨越应用研究将引起舰船的安全隐患。,以深潜器为例,应用研究内涵不同,4,成分优化,焊接工艺,热成型性,塑韧性,耐蚀性,热加工工艺,热处理工艺,深潜器材料应用研究内容,拉伸试验 抗裂性试验(考核可焊性) 弯曲试验 冲击试验 落锤试验 KIC试验 DT试验 KISCC试验 低周疲劳试验 高周疲劳试验 疲劳裂纹扩展试验 硬度分布试

6、验 宏观组织试验 显微组织试验 化学分析试验 腐蚀试验 蠕变性能 模拟体压力试验 残余应力试验,具体试验内容,应用研究内涵不同,4,焊接接头 性能,拉伸试验 抗裂性试验(考核可焊性) 弯曲试验 冲击试验 落锤试验 KIC试验 DT试验 KISCC试验 低周疲劳试验 高周疲劳试验 疲劳裂纹扩展试验 硬度分布试验 宏观组织试验 显微组织试验 化学分析试验 腐蚀试验 蠕变性能 模拟体压力试验 残余应力试验,具体试验内容,母材,母材拉力试验 焊缝金属拉力试验 接头拉力试验 弯曲试验 冲击试验 KIC试验 DT试验 KISCC试验 低周疲劳试验 高周疲劳试验 疲劳裂纹扩展试验 硬度分布试验 宏观组织试验

7、 显微组织试验 化学分析试验 残余应力试验,N半球母材 集中电线金属附件 赤道接头 镶焊接头,耐压壳体模型解剖试验,解剖位置,评价试验内容,应用研究内涵不同,4,我国某艇鱼雷发射水缸原采用TC4合金 TC4合金焊接抗裂性差，焊接接头裂纹问题无法解决 换用我国船用TA5钛合金后彻底解决裂纹问题 TA5合金强度比TC4合金低200MPa，但韧性是TC4合金的2倍以上,事例说明,5,钛合金鱼雷发射水缸,我国7000米深潜器主副蓄电池箱原材料为TA17 宝钛供板材、江苏科技大学制造焊接 1年后试压出现焊缝断裂泄露问题，多次补焊无效 换用我国舰船钛合金重新制作后，彻底解决了裂纹问题。,泄露部位,事例说明,5,表2 T-3B与TA17化学成分对比 wt%,表3 T-3B与TA17合金室温力学性能对比,TA17合金与T-3B并非同一合金 国产的TA17未开展针对舰船工况的应用研究 针对TA17合金的焊接材料、焊接工艺研究不深入,化学成分 存在差异,无屈服强度性能指标,无冲击韧性性能指标,事例说明,5,8条YET钛合金废气集水箱端盖法兰连接处全部出现裂纹问题 焊接材料、焊接工艺不当，多