舰船钛合金与航空钛合金差异性分析课件

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舰船钛合金航空钛合金服役工况海水长期腐蚀一般为大气环境冲击、爆炸等工况冲击考虑较少低周疲劳为主高周疲劳为主局部有耐550高温要求发动机部位温度可达600全寿期使用（30年以上）定期维修更换性能要求强度适中强度较高塑韧性高塑韧性较低耐蚀性好/焊接性好焊接性差冷热成型性好低强合金要求冷成型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-

2、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/TC4-DT、TC6、TC16、TC18、TC21强度等级MPa牌号室温力学性能，不小于K1cMPam1/2K1scc MPam1/2海水焊接性RmMPaRp0.2 MPaA%aKVKJ/m2800Ti8088578512588母材110150焊缝90120母材85110焊缝75105好TC489082010实测25040703050较好600Ti75

3、73063013588母材110130焊缝105120母材80100焊缝7590好TA17685/10不要求未见报道未见报道未见报道500Ti3159049018588母材110150焊缝90120母材85110焊缝75105好400Ti5050040020588母材90110焊缝95110母材8095焊缝7590好TA1647037018/未见报道未见报道未见报道TA1048534518/80未见报道未见报道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、

4、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

5、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

6、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选材热成型工艺强度储备结构特点疲劳载荷腐蚀要求建造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

7、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

8、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

9、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% 对应牌号TiAlVZrSiFeOHNC其他杂质元素和备注T-3B基体3.55.01.22.50.30.120.250.150.0060.040.100.319807-91TA17基体3.54.51.53.0-0.150.250.150.015-0.080.3GB3620.1-2007表3 T-3B与TA17合金室温力学性能对比对应牌号Rp0.2 (MPa)Rm (MPa)A %akv KJ/m备注T-3B6407401059019807-91TA17-6858351025-GB3621-2007TA17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58条YET