舰船和坦克用低成本钛合金

舰船和坦克用低成本钛合金。舰船和坦克用低成本钛合金。舰船和坦克用低成本钛合金。舰船和坦克用低成本钛合金。美国并行技术公司管理的国家优良金属加工技术中心,促成了2003年12月在美国举行低成本钛合金研讨会。来自国防部、能源计划办公室、研究实验室、钛合金制造公司、金属制造公司以及大学等多个部门的150多位代表出席了会议。会议的目的是讨论低成本钛合金在美国海军舰船和军用地面车辆中的创新应用,确定其新的用途,评价其技术状况,确定其研究需求,促进合作,从而形成国内较强大的钛合金工业基础。低成本钛合金产品的定义由并行技术公司提出,并被代表们进一步完善,其定义是:低成本钛合金产品是实用的钛合金产品,其生产途径包括还原工艺、电子束与等离子电弧单炉熔炼工艺、最佳化的热-机械工艺以及近净成形制造工艺等降低成本的工艺方法。一些工艺允许较高的杂质水平,但还能使钛合金产品具有良好的性能。俄亥俄州立大学的Jim Williams教授重点致词,并指出,钛合金在大排量汽车或卡车上的一种或两种部件上的应用可推动低成本钛合金技术达到新的水平,并使该技术更加成功。欧洲大众汽车公司已经把钛合金弹簧应用于汽车;美国的一些赛车采用了钛合金阀和弹簧,涡轮增压器转子采用了钛铝化物。为减少钛合金成本和/或提高质量,应进行多领域研究,包括制造预合金化的海棉金属、开发用作给料的TiO2和TiCl4的替代物、改进低成本钛粉源;生产低成本钛合金的设备应与制造航空航天级钛合金的设备分隔,以防止交叉污染。Jim Williams教授还指出增加大规模应用钛合金概率的一些工艺方法,包括可替代锻造的激光辅助制造方法、单炉熔炼生产矩形坯料的工艺方法、由钛的氧化物提炼钛方面可能有突破性进展的低成本工艺方法。本文报道了其他一些发言者在本次研讨会上发表的一些意见,主要集中在低成本钛合金在舰船和车辆上的一些应用,并介绍了低成本钛合金的制造方法。一、低成本钛合金在海军舰船上的应用研究海军水面战中心项目工程师Michael E. Wells介绍了目前海军舰船上应用的钛合金,并确定了扩大应用钛合金所需的数据。目前,工业纯度的钛合金正在取代DDG 51导弹驱逐舰热交换器上的Cu-Ni合金。工业纯度的钛合金还用于圣安东尼奥LPD 17两栖船坞登陆舰直径0.5英寸~12英寸的海水管。预计每艘舰船节省寿命周期费用1700万美元。工业纯度的钛合金用于舰船,主要体现出合理的寿命周期费用的重要性。Ti-3Al-2.5V钛合金可取代DH 36钢,用于DDG 51导弹驱逐舰的舱盖和露天舱门。设计者还关注着可能用作壳体材料的Ti-6Al-2Cb-1Ta-0.8Mo钛合金以及Ti-5Al-1Sn-1Zr-0.8Mo钛合金。但需要这些钛合金材料的性能数据,以便确保这些钛合金以及Ti-3Al-2.5V钛合金具有足够的抗动态负荷能力。此外,焊缝的完整性是一个重要问题,需要减少焊接钛合金费用的途径,例如减少惰性气体覆盖费用以及采用不吸水的背带。最近,国家优良金属加工技术中心开始了一个研究项目,确定低成本钛合金在航空母舰上的可能用途。候选用途包括上层建筑、管道、升降平台、舱门、侧突出部、装甲、甲板以及喷流挡板。其它可能的海军应用包括DDG 51导弹驱逐舰上热交换器的海水管、舱盖和露天舱门。针对从一个侧边进行焊接的用途,需采用不吸水的背带保护焊缝的根部。战略分析公司的材料技术顾问William T. Messick计算表明,用钛合金代替钢可使CVN级核动力航空母舰的甲板减少1545t重量。目前还需要钛合金的性能数据,以便确立钛合金具有足够抗威胁能力时所具备的动态断裂韧性需要的最高纯度等级。目前濒海战舰正在设计阶段。该舰要求具有40节~50节的最高航海速度和超过30年的使用寿命。这些需求使设计者考虑采用铝合金、复合材料和钛合金。最近美国国防高级研究计划局制定了一项扩大规模的计划,进一步发展制造低成本钛的下列三种领先的还原技术:Fray-Farthing-Chen工艺技术,即FFC工艺技术;材料与电化学研究公司的工艺技术,即MER工艺技术;斯坦福研究所的工艺技术,即SRI工艺技术。上述三种工艺技术能够以低成本从形成钛或钛合金粉末的原料中还原钛。如果上述任何一种工艺技术获得成功,钛合金的生产成本就可大大降低,低成本钛合金就可用于海军舰船如快速战舰和航空母舰。

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