该材料可采用原位反应烧结工艺进行成形,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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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(例如可以使用低成本废料),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(Cu∶Ni为90∶10)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(取代Cu∶Ni为90∶10的Cu-Ni合金)、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。

Dynamet公司制造了Cerme
Ti系列用TiC或TiB2/TiB增强的钛复合材料。典型的Cerme
Ti等级材料具有19Msi~20Msi杨氏模量值。Cerme Ti
B5的切口保持力优于洛氏硬度为HRC63的钢。很明显,如果新式粉末生产工艺进展到具有生产规模的程度,就可以大量制造钛粉末冶金部件。

哪些网赌平台信誉好,粉末冶金:ADMA产品公司是美国一家成功的钛合金粉末冶金公司,其总经理Vladimir
Moxson具有前苏联钛粉技术方面的大量经验。他指出,尖角钛粉比球形粉末易于进行压制和模塑加工。他还介绍了用混合单体粉末冶金方法制造的紧固件。

目前,钛已成功地用于制造宇宙飞船氧气发生器的多孔粉末冶金板。采用渗透钛骨架的方法,还可制造出新型低密度钛基复合材料。

反应烧结:犹他大学的冶金工程教授K. S. Ravi
Chandran介绍了含硼化钛晶须的钛基复合材料。该材料可采用原位反应烧结工艺进行成形。采用各种体积百分比TiB增强的复合材料也已被制造出,其最大维氏硬度为1800kg/mm2。该教授还在采用美国陆军研究实验室正在鉴定的钛粉冶金方法制造全密度等级装甲板。此外,该教授还介绍了硬化钛合金表面,以增加用于接触和磨损的表面性能的TiB涂覆技术。他重点强调了TiB增强或涂覆的钛合金在生物医学、轴承和轻武器领域中的应用。

旋压:动力机械产品公司最近在国家优良金属加工技术中心的一个项目中,制造了世界最大的旋压钛合金管。

三、低成本钛合金工艺技术

旋转冲孔:钛工程公司总经理Mitchell
Dziekonski介绍了与Timken钢公司合作进行的联合项目,该项目采用Timken旋转冲孔工艺,制造经济上可承受的钛合金无缝管。使用旋转滚柱旋转放在芯棒上的坯料,使其在芯棒上伸长,大约90秒时间就可制造一根管子。利用该技术已经把一些合金材料成功成形为管子。成形管子的尺寸外径可为2英寸~11.5英寸,长度可达28英尺。

在降低制造钛合金部件成本的项目中,研究人员开发了各种工艺方法。

冷热等静压粉末冶金工艺:Dynamet公司拥有一项具有专利权利的工艺方法,包括混合钛粉和合金粉末,冷等静压,烧结到95%理论密度和不封装进行热等静压。冷热等静压工艺可制造近净成形的部件,其性能等于锻造Ti-6-4的性能,但成本大大降低。该工艺方法已被成功用于加工Ti-6-4、Ti-6Al-6V-2Sn以及钛基复合材料等一些合金材料部件。此外,采用该工艺方法制造了大约45,000件响尾蛇导弹整流罩壳体、2,000件导引头壳体和50,000件毒刺导弹弹头。

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