В истории военной техникититановые сплавы-легкие,-прочные и-устойчивые к коррозии-когда-то были известны как «короли морских глубин». Во время холодной войны Советский Союз использовал технологию титановых сплавов для строительства атомных подводных лодок, способных погружаться на глубину, превышающую 1000 метров, и их скорость остается непревзойденной по сей день. Однако из-за таких проблем, как стоимость и надежность, от них постепенно отказываются.
Стоит задуматься над одним феноменом: выдающиеся возможности применения титановых сплавов всегда ограничивались сектором подводных лодок, и до сих пор они не использовались для постройки целого авианосца. На авианосцах «сфера применения» титановых сплавов ограничивается конкретными компонентами ядра, такими как гребные винты и трубопроводы. Учитывая, что титановые сплавы обладают такими впечатляющими характеристиками, почему человечество никогда не построило авианосец, полностью сделанный из титанового сплава? Учитывая этот вопрос, давайте подробно-разберемся в причинах этого.
Во-первых, давайте рассмотрим стоимость. Хотя в последние годы Китай добился огромных прорывов в области сырья и обработки титановых сплавов, подняв их экономическую-эффективность до беспрецедентных высот, сталь по-прежнему имеет подавляющее ценовое преимущество, когда речь идет только о стоимости сырья. Важно отметить, что стоимость железной руды и железного лома чрезвычайно низка, обычно всего несколько юаней за метрическую тонну.
Во-вторых, настоящим узким местом для титановых сплавов является не само сырье, а чрезвычайно сложные условия обработки и высокие производственные затраты. В частности, это проявляется в длительных сроках обработки, дорогом оборудовании, высоких расходах материалов и чрезвычайно высоких требованиях к квалификации операторов. Еще более важным является тот факт, что титановые сплавы чрезвычайно чувствительны к воздуху и микроэлементам; даже незначительные примеси, такие как кислород, азот, железо, кремний или водород, могут вызвать резкие изменения их физических свойств.
Следовательно, традиционные способы выплавки титановых сплавов совершенно неэффективны. Для изделий из высококачественных-военных титановых сплавов даже электродную сварку необходимо выполнять в вакуумной сварочной камере, чтобы полностью изолировать материал от загрязнений. В процессе плавки необходима технология вакуумной плавки: она включает в себя сначала вакуумирование тигля до абсолютного вакуума перед плавлением, а затем использование таких методов, как электрическая дуга, электронный луч или вакуумная магнитная левитация. Эти чрезвычайно строгие требования к процессу означают, что инвестиции в оборудование и временные затраты, связанные с титановыми сплавами, в несколько раз выше, чем для обычной стали.
Но это еще не конец. Результатом этого процесса является просто титановый слиток, который-по сравнению со сталью-примерно эквивалентен большому куску железа. Чтобы переработать его на детали, он должен пройти несколько этапов ковки (термической обработки) и окончательную механическую обработку, прежде чем готовое изделие будет готово. Конечно, можно использовать и технологии 3D-печати или вакуумного литья, но эти методы еще дороже. Например, стоимость обработки деталей из титанового сплава, напечатанных на 3D-принтере-, составляет около нескольких тысяч юаней за килограмм, а стоимость вакуумного литья обычно составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч юаней за килограмм.
Фактически вакуумное литье лучше всего подходит для деталей из титановых сплавов со сложной структурой и внутренними полостями, не требующих термической обработки; чем больше производственная партия, тем более подходящим становится этот метод. Недостаток заключается в том, что его нельзя подвергнуть термической-обработке, что снижает производительность и делает его совершенно непригодным для мелко-серийного производства. Это связано с тем, что вам необходимо изготовить форму, а стоимость формы высока. Если объемы производства малы, практически невозможно амортизировать стоимость пресс-формы, что приводит к очень высокой удельной стоимости.
Поскольку требования к характеристикам гражданских титановых сплавов относительно низкие, их стоимость обычно всего в 5–15 раз превышает цену сырья. Напротив, стандарты производительности военной продукции чрезвычайно строги, поэтому производственные затраты, естественно, соответственно возрастают. В настоящее время наиболее дорогими компонентами из титановых сплавов являются титан-алюминиевые сплавы, используемые в аэрокосмической промышленности, которые в основном применяются в двигателях крупных самолетов и относятся к специальным жаропро-температурным сплавам.
Хотя конкретные цены не могут быть раскрыты, учитывая, что стоимость одного двигателя может достигать десятков миллионов долларов, стоимость материалов-очевидна. Кроме того, титан сверх-высокой-чистоты (с чистотой от 5 до 8 девяток), используемый в полупроводниковой промышленности, также весьма дорог.
Однако основное преимущество титановых сплавов заключается в их способности снижать вес примерно на 40%, сохраняя при этом механические свойства стали или даже превосходя их; при этом их коррозионная стойкость значительно превосходит сталь. Именно благодаря этим двум основным характеристикам титановые сплавы нашли широкое применение в аэрокосмической отрасли, а также заняли свое место в военно-морской технике. Однако на флоте они обычно используются в качестве материалов, -стойких к локальной коррозии, или компонентов,- снижающих вес конструкции. Фактически, Китаю еще предстоит построить военный корабль, полностью изготовленный из титановых сплавов, поскольку необходимо найти баланс между стоимостью и характеристиками.
Электронная-почта:garychen3215@hotmail.com
Адрес: № 35, улица Баоти, город Баоцзи, провинция Шэньси, Китай.
Контактное лицо: г-н Гэри Чен
Телефон: +86-917-8883215
Мобильное устройство/WhatsApp: +86 13092900605
