Các lĩnh vực ứng dụng chính của hợp kim titan trên tàu bao gồm vỏ chịu áp lực, hệ thống đường ống dẫn nước biển, bộ trao đổi nhiệt, bộ làm mát, các mối nối ống khác nhau, linh kiện động cơ, thiết bị nâng và thiết bị phóng. Nga và Hoa Kỳ là những quốc gia sớm nhất tham gia nghiên cứu hợp kim titan cho tàu và hình thành hệ thống hợp kim titan cho tàu của riêng họ. Nga đi đầu thế giới trong việc phát triển và ứng dụng thực tế titan cho tàu, với các mức độ bền khác nhau của hợp kim titan dành cho tàu và đã phân loại các hợp kim titan này theo mục đích sử dụng. Đây hiện là quốc gia duy nhất có tất cả các tàu ngầm titan. Trung Quốc bắt đầu phát triển hợp kim titan cho tàu vào những năm 1960 và hiện đã hình thành một loạt hợp kim titan cho tàu có phạm vi cường độ 320{12}}1250 MPa. Các loại chính bao gồm hợp kim có độ bền thấp như TA2 và Ti31, hợp kim có độ bền trung bình như Ti70, Ti75 và Ti91 và các hợp kim có độ bền-cao như TC4, Ti80, TC11, Ti62A, Ti-B19 và Ti-B25. Từ góc độ các loại hợp kim, hợp kim titan có độ bền thấp và trung bình dành cho tàu thường là hợp kim titan alpha và gần alpha, trong khi hợp kim titan có độ bền{24}}cao dành cho tàu là hợp kim titan alpha+be hoặc gần beta. Hợp kim titan cường độ thấp có đặc tính dẻo cao và khả năng hàn tốt, giúp dễ dàng gia công thành các ống có thành mỏng và thích hợp để chế tạo các bộ trao đổi nhiệt, bộ làm mát và các vật liệu ống khác nhau; Hợp kim titan cường độ trung bình có khả năng kết hợp hiệu suất toàn diện tốt và phù hợp với các bộ phận có tiết diện dày lớn, đường ống biển, v.v; Hợp kim titan cường độ cao có đặc tính cường độ cao và độ dẻo thấp, thích hợp cho vỏ chịu áp lực, bình chịu áp lực cao, các bộ phận tàu đặc biệt, v.v.
Đối với các thành phần cấu trúc hợp kim titan hàng hải thông thường, hãy xem xét sự phù hợp giữa độ bền và độ bền của vật liệu, độ bền khi bị ăn mòn do ứng suất, khả năng hàn, v.v., mức độ bền của vật liệu không được quá cao và nên chọn càng nhiều hợp kim titan alpha càng trưởng thành càng tốt. Tuy nhiên, đối với các bộ phận kết cấu có yêu cầu về độ bền đặc biệt, phải chọn hợp kim titan có độ bền-cao. Với sự phát triển của thiết bị hàng hải theo hướng xanh thẳm, các yêu cầu cao hơn đã được đặt ra đối với hiệu suất của vật liệu titan dùng trong các kết cấu chịu áp lực chẳng hạn như tàu lặn-dưới biển sâu và trạm vũ trụ sâu, thúc đẩy sự phát triển-hợp kim titan cường độ cao để sử dụng trên biển. Việc cải thiện độ bền của vật liệu có thể làm giảm-độ dày mặt cắt ngang của các bộ phận và trọng lượng của kết cấu chịu áp lực. Tuy nhiên, sức bền ngày càng tăng thường làm mất đi độ dẻo dai của vật liệu. Do đó, việc duy trì độ bền cao đồng thời có độ dẻo dai tốt là chìa khóa để ứng dụng hợp kim titan có độ bền cao cho tàu. Hợp kim titan có độ bền và độ bền cao cũng đã trở thành điểm nóng nghiên cứu của các viện nghiên cứu và doanh nghiệp titan khác nhau trong những năm gần đây. Phương pháp nghiên cứu được thực hiện từ hai khía cạnh. Một mặt, để đáp ứng nhu cầu cấp thiết của các dự án lớn quốc gia, các đơn vị thiết kế có xu hướng lựa chọn vật liệu hợp kim titan trưởng thành hơn. Bằng cách tối ưu hóa thành phần hợp kim và quy trình chuẩn bị thành phần, có thể khám phá tiềm năng hoạt động của vật liệu và cải thiện độ bền phù hợp với độ bền của hợp kim. Nhiều nghiên cứu đã tập trung vào việc tối ưu hóa thiết kế hợp kim TC4 và Ti80 trưởng thành. Mặt khác, chúng tôi dựa trên khái niệm phát triển hợp kim titan bền và{19}độ bền cao trong ngành hàng không vũ trụ để phát triển các loại hợp kim titan bền-mạnh cao mới cho kỹ thuật hàng hải.
Trong giai đoạn Kế hoạch 5 năm lần thứ 13, Viện Nghiên cứu Kim loại màu Tây Bắc (Viện Tây Bắc) đã tiến hành nghiên cứu thiết kế tối ưu hóa thành phần hợp kim dựa trên hợp kim Ti80, nhằm cải thiện độ dẻo dai của hợp kim trong khi vẫn duy trì độ bền cao. Ảnh hưởng của các nguyên tố ổn định -, các nguyên tố ổn định - và các nguyên tố xen kẽ đến độ bền và độ dẻo dai của hợp kim Ti80 đã được nghiên cứu một cách có hệ thống bằng cách sử dụng kết hợp các tính toán và thí nghiệm lý thuyết Yu Rui. Cơ chế vi mô ảnh hưởng của nguyên tố đến độ bền và độ dẻo dai của hợp kim đã được tiết lộ thông qua tính toán lý thuyết Yu Rui. Nghiên cứu chuyên sâu được tiến hành về những thay đổi về độ bền và độ dẻo dai của hợp kim Ti{11}}6Al sau khi thêm các nguyên tố Mo và Nb. Người ta nhận thấy rằng các nguyên tố Mo và Nb ít ảnh hưởng đến đặc tính kéo ở nhiệt độ phòng của hợp kim, nhưng có thể cải thiện đáng kể độ bền va đập của hợp kim. Điều này chủ yếu là do việc bổ sung các yếu tố ổn định làm thay đổi thành phần pha trong cấu trúc vi mô, kích thích nhiều cặp sai lệch và biến dạng hơn dưới tải trọng tác động, tiêu thụ nhiều tải trọng tác động hơn, từ đó cải thiện khả năng chống lại sự lan truyền vết nứt của hợp kim và đạt được hiệu suất tác động cao hơn. Ảnh hưởng của hàm lượng nguyên tố O đến hiệu suất va đập của thanh hợp kim Ti80 với cấu trúc vi mô khác nhau đã được nghiên cứu và người ta thấy rằng hiệu suất va đập nhạy hơn với hàm lượng nguyên tố O trong hợp kim. Bằng cách điều chỉnh hàm lượng của từng nguyên tố và hệ thống xử lý nhiệt, người ta nhận thấy hợp kim Ti80 có độ bền độ bền tốt nhất phù hợp ở trạng thái ủ. Cấu trúc vi mô của nó là một cấu trúc lưỡng kim bao gồm pha alpha sơ cấp đẳng trục và pha chuyển tiếp beta, như trong Hình 1.
Hình 2 cho thấy ảnh hưởng của hàm lượng O đến cường độ chảy và năng lượng va đập của hợp kim Ti80 có cấu trúc vi mô kép. Có thể kết luận rằng khi hàm lượng O là 0,1% (phần khối lượng), cường độ chảy của hợp kim đạt 800 MPa và năng lượng va chạm có thể đạt tới 72 J (tiêu chuẩn thử nghiệm GB/T229-2020). Lớp vỏ chịu áp lực của tàu lặn biển sâu-là đại diện điển hình cho hợp kim titan có độ bền{10}cao và bền được sử dụng trong thiết bị biển sâu-và độ sâu lặn của tàu lặn có liên quan chặt chẽ đến độ bền cụ thể của vật liệu. Tàu lặn Alvin của Mỹ đã tăng độ sâu lặn tối đa từ 1868 lên 4500 mét bằng cách thay thế vật liệu vỏ chịu áp lực từ thép sang titan. Sau khi sửa đổi thêm bằng hợp kim titan, độ sâu thiết kế của nó đã tăng lên 6000 mét. Nhìn vào việc lựa chọn vật liệu vỏ chịu áp lực cho tàu lặn biển sâu ở nhiều quốc gia khác nhau, có thể thấy rằng các loại vật liệu titan chính là Ti-6Al-4V (TC4) và Ti-6Al-4VELI (TC4ELI), và độ sâu lặn của tàu lặn ba người làm bằng hai hợp kim này không lớn hơn 7000 mét. Năm 2017, Trung Quốc đã độc lập phát triển và chế tạo thành công vỏ hình cầu có người lái bằng hợp kim TC4ELI và vỏ hình cầu có người bằng hợp kim Ti80, đồng thời lắp đặt thành công vỏ hình cầu có người lái TC4ELI trên tàu lặn Deep Sea Warrior, với độ sâu lặn tối đa không quá 7000 mét. Độ sâu lặn tối đa của tàu hình cầu có người lái TC4ELI có hình cánh dưa nhập khẩu từ Nga là 7000m. Tàu lặn 3 người "Striver" làm bằng hợp kim Ti62A có thể đạt độ sâu lặn 10909m. Hợp kim này là hợp kim titan có khả năng chịu va đập có độ bền cao và độ bền cao do Viện Kim loại thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và Công ty TNHH Công nghiệp Titan Baoji hợp tác phát triển. Độ bền của hợp kim này được cải thiện đáng kể so với hợp kim TC4, đồng thời vẫn duy trì độ dẻo dai và khả năng hàn tốt.
Công ty TNHH Jiti Industry và các đơn vị khác đã tiến hành nghiên cứu tối ưu hóa hiệu suất trên hợp kim Ti62A và phát triển hợp kim titan Ti542222. Chỉ số cường độ năng suất của hợp kim titan này là 1000MPa và năng lượng va chạm là 40J. Sau khi xử lý ủ đôi, nó có độ bền dẻo dẻo tốt nhất.
Với sự hỗ trợ của các dự án quốc gia liên quan, Viện Tây Bắc và Viện nghiên cứu thứ 725 của Tập đoàn Công nghiệp Tàu thủy Trung Quốc (CSIC) đã phát triển thành công hợp kim titan với cường độ năng suất 800900 và 1000MPa. Viện Tây Bắc đã độc lập phát triển hợp kim titan loại - cường độ cao Ti{6}}B25, có đặc tính cường độ cao và hiệu suất làm việc nguội tốt và đã được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống thông tin liên lạc trên tàu. Viện Kim loại của Viện Khoa học Trung Quốc đã phát triển các hợp kim titan có độ bền cao và độ bền cao 1000 và 1200MPa cho titan dùng trong kỹ thuật đại dương, đồng thời đã chuẩn bị vỏ hợp kim titan cho trạm thí nghiệm khoa học tại chỗ-Abyss và tàu lượn Abyss theo từng lô nhỏ, về cơ bản thay thế hợp kim Ti64.
Trong những năm gần đây, Trung Quốc cũng đã đưa công nghệ sản xuất bồi đắp vào quá trình sản xuất thiết bị biển sâu-. Tập đoàn Công nghiệp Đóng tàu Trung Quốc Fenxi Heavy Industry Co., Ltd., kết hợp với Xi'an Bolite, đã sử dụng công nghệ lắng đọng nóng chảy bằng laser (LMD) để thử nghiệm sản xuất cánh quạt bằng hợp kim titan, vỏ rỗng, v.v. Viện Kim loại của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, kết hợp với Đại học Khoa học và Công nghệ Thượng Hải, đã phát triển nhiều-thành phần hợp kim titan kỹ thuật dưới biển sâu bằng cách sử dụng quy trình sản xuất bồi đắp và quy trình ép đẳng tĩnh dạng bột. Dựa trên ý tưởng thiết kế về thành phần làm nguội thấp và phương pháp tăng cường và làm cứng của hợp kim titan có độ bền-cao, kết cấu yếu, hệ thống thành phần hợp kim titan tinh thể cân bằng phù hợp với quy trình sản xuất bồi đắp đã được phát triển, cho phép hợp kim titan được sản xuất với các chất phụ gia đạt được độ bền tuyệt vời, độ dẻo phù hợp và tính đẳng hướng đặc tính cơ học.
Trong giai đoạn Kế hoạch 5 năm lần thứ 14, Viện Tây Bắc, dựa trên tiểu dự án của Chương trình R&D trọng điểm quốc gia "Tối ưu hóa và chuẩn bị thành phần hợp kim titan cường độ cao và bền cho môi trường dịch vụ khắc nghiệt dưới biển sâu", đã phát triển hợp kim titan cường độ cực cao Ti1300G cho thiết bị biển sâu và hợp kim titan cường độ cao và bền Ti5321G để sản xuất phụ trợ thiết bị biển sâu dựa trên hợp kim titan cường độ cao và Ti5321. Cường độ năng suất của vỏ chịu áp lực hợp kim Ti1300G có thể đạt tới 1250MPa, độ giãn dài Lớn hơn hoặc bằng 9%, năng lượng va đập Lớn hơn hoặc bằng 24J và độ bền đứt gãy Lớn hơn hoặc bằng 60MPa · m1/2; Cường độ năng suất của các thành phần được sản xuất bằng phụ gia hợp kim Ti5321G có thể đạt 1050MPa và tốc độ giãn dài Lớn hơn hoặc bằng 9%. Một bộ phận vỏ chịu áp lực dành cho tàu lượn biển sâu{16}}đã được chế tạo bằng hợp kim Ti1300G, đồng thời một-cánh quạt đẩy ROV biển sâu và cánh tay điều khiển thử nghiệm đã được chế tạo bằng hợp kim Ti5321G. Hiện tại, lớp vỏ chịu áp lực đang chờ thử nghiệm sau khi lắp đặt và ROV đã vượt qua thành công các cuộc thử nghiệm trên biển ở Biển Đông.
Yêu cầu báo giá
E-mail:bjcxtitanium@gmail.com
Whatsapp:+8613571718779
