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【科技前沿】高动态承载性能大规格异型钛合金筒体研制

发布时间:2016-11-08

来源:北京有色金属研究总院等单位完成 

随着某类兵器战技指标要求的提升,该类兵器某分系统用筒体需满足高结构强度、轻量化、高耐蚀性三方面要求。

该筒体以往采用的合金钢材料难以在满足结构强度的同时进一步减轻自重,以钛合金代替合金钢现已成为重要的发展方向。钛合金筒体已在美,俄等国多种型号得到应用,但我国仅在XX型号上首次提出。

由于国外技术封锁,我国自主研制面临两方面难题:首先需明确筒体材料所需的性能、应采用的合金牌号及显微组织状态。虽然在航空航天领域,已具备钛合金结构件设计及选材理论体系,但上述结构一般承受应变率为10-3/s数量级的准静态载荷作用。简体侵彻时,动态载荷应变率大于103/s 数量级。钛合金承受动态载荷会产生绝热剪切、应变率强化等静态载荷条件下无法引发的现象。
因此,钛合金简体不能简单借鉴航空航天钛结构件选材原则,必须优先考虑动态承载性能。但国内当时缺乏相关研究,也无相关材料标准及制备工艺规范。 其次需要确定成形方案及保证目标组织及性能的工艺措施。该简体是高应变率冲击环静服役的规格最大的钛合金异型简体,国内没有类似简体制备先例,没有资料及经验可借鉴,成形方案、工艺参数等均有待探索。 本项目选取典型的合金牌号,研究明确了对应高动态承载性能的材料成分及显微组织;通过有限元模拟及逐渐放大制品规格的工艺试验,考核验证了设备及工艺的适用性,优化确定了中间坯料成形、简体反挤压、整体热处理等各环节的工艺细节,形成了工业化制备技术及相应规范。 项目制备的异型简体最大外径430㎜、内径300㎜、总长度800㎜;应变率3000±200S-1时,平均流变应力不低于1450MPa,轴向、径向最大均匀塑性应变不低于0.23、0.20,冲击吸收能不低于350J/㎝³、310J/㎝³;实现了钛合金简体代替合金钢简体在国内型号的领先应用,填补了国内空白。使型号某关键技术指标提升了105%,型号应用达到国际先进水平。材料研制单位已形成了稳定批产供应能力。从2012年型号定型起,已提供合格简体数百件,有力保障了型号的批产供货。

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