СУДОСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
СУДОСТРОЕНИЕ 3'2014
бродемпфирующих композитов. В зависимости от требуемых функциональных параметров, исследуются закономерности формирования покрытий при их нанесении различными методами. Для нанесения покрытий или составляющих их слоев толщиной до 3 мкм применяется метод вакуумного напыления, при необходимости наносить покрытия толщиной до 25 мкм используются электролитические технологии, а для формирования покрытий толщиной до 1 мкм применяется метод «холодного» газодинамического напыления.
Решение проблем электромагнитной совместимости, защиты технических средств и биологических объектов от воздействия внешних физических полей возможно при создании новых материалов, эффективно экранирующих или поглощающих электромагнитную энергию в широком диапазоне частот (от единиц герц до десятков гигагерц).
На имеющемся в Наноцентре оборудовании разрабатываются новые композиционные полимеромат-ричные материалы на основе аморфных и нанокристаллических магнито-мягких сплавов (ленты, порошки, микропровода в стеклянной изоляции).
Активно осуществляются исследования и разработки по применению аддитивных технологий,
позволяющих изготавливать детали и изделия из металлических, полимерных, полиамидных материалов, обеспечивающих требуемый уровень качества получаемой продукции.
В настоящее время лазерные технологии сформировались в отдельное направление техники, которое объединяет как ставшие уже традиционными некоторые виды промышленной обработки материалов (такие, как резка, сварка, сверление и пробивка отверстий, маркировка и гравировка, термическая обработка и др.), так и ряд принципиально новых технологий.
Перспективные научные и научно-технологические задачи для Наноцентра:
— создание комплексной защиты от синергетического воздействия вторичных энергетических полей;
— повышение эффективности систем паровой конверсии углеводородного сырья в водородсодержа-щее топливо за счет создания управляемой нанопористой структуры;
— создание нового поколения нанокомпозитов на основе многокомпонентных интерметаллических соединений для альтернативной энергетики, промышленной экологии, использования попутного нефтяного газа;
— разработка нового поколения молекулярных мембран и материалов-геттеров;
— создание гетерофазных покрытий систем «металл-углеродные материалы» и «металл-тугоплавкие химические соединения» для энергетических установок и комплексов;
— разработка научных подходов и их практическая реализация для гетерофазных 3D-изделий особой сложности, полученных с помощью аддитивных технологий, в том числе, лазерного прототипиро-вания;
— изучение научных основ получения адаптивных и интеллектуальных материалов, а также метама-териалов.
Высокий уровень исследований и разработок ЦНИИ КМ «Прометей» определяется, прежде всего, высоким уровнем его ученых и специалистов. Сформированы и активно функционируют крупные научные школы, есть базовые кафедры в СПбГПУ и СПбГМТУ, работают диссертационные советы, издаются общероссийский научно-технический журнал «Вопросы материаловедения» и его англоязычная (с 2011 г.) версия «Inorganic Materials: Applied Research».
По мнению академика И. В. Го-рынина, прогресс мировой цивилизации функционально связан с развитием науки о материалах. Этим как раз и занимается ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей».
ВЫСОКОПРОЧНЫЕ ТИТАНОВЫЕ СПЛАВЫ -ОСНОВА ДЛЯ СОЗДАНИЯ ГЛУБОКОВОДНОЙ ТЕХНИКИ
И. В. Горынин, академик РАН, А. С. Орыщенко,
докт. техн. наук, В. П. Леонов, докт. техн. наук, В. И. Михайлов, докт. техн. наук, А. С. Кудрявцев,
канд. техн. наук (ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей»,
e-mail: mail@crism.ru) удк 621.791:669.295
Принципиально новым направлением в исследовании и освоении Мирового океана является применение глубоководной техники в виде обитаемых подводных аппаратов, позволяющих выполнять различные работы на глубинах, недоступных для водолазных работ. В настоящее время обитаемые глубоководные ап-
параты используются для разведки месторождений нефти, газа, рудоносных песков и конкреций, для прокладки магистральных трубопроводов и монтажа подводных нефтехранилищ, для обслуживания и ремонта различных подводных сооружений и выполнения других работ. В связи с возрастающим спросом на под-
водные работы разрабатываются новые более совершенные аппараты с увеличенной глубиной погружения и расширенным кругом функциональных задач.
Для изготовления прочных корпусов глубоководных аппаратов необходимы материалы с высокой удельной прочностью, коррозионной стойкостью и технологичностью. В наибольшей степени этим требованиям отвечают титановые сплавы. При равных показателях прочности плотность корпуса из титанового сплава на 20—25% меньше стального [1]. Высокопрочные алюминиевые сплавы также имеют высокую удельную прочность, но по сравнению с титановыми сплавами обладают более низкими коррозионными и технологическими свойствами.
СУДОСТРОЕНИЕ 3'2014
СУДОСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
К настоящему времени накоплен значительный опыт проектирования, строительства и эксплуатации подводных аппаратов. Характерными тенденциями для современных аппаратов являются увеличение глубины погружения и водоизмещения.
В России построено более 10 глубоководных обитаемых аппаратов из титановых сплавов с глубиной погружения от 500 до 2000 м. Прочные корпуса этих аппаратов изготовлены из а-титаново-го сплава композиции ТМА!-2У с гарантированным пределом текучести не менее 580 МПа, разработанного ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей». Создание аппаратов для освоения больших глубин (98% площади дна Мирового океана находится на глубине 6000 м) потребовало применения более прочных сплавов. Применение нового высокопрочного псевдо а-титанового сплава композиции Т1-5А!-1,3Мо-1,5У с гарантированным пределом текучести 840—850 МПа, также разработанного ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», позволило спроектировать и построить два обитаемых аппарата «Русь» и «Консул» массой около 25 т с глубиной погружения до 6000—6500 м [2]. Для обеспечения необходимой плавучести корпуса и других водоизмещающих элементов использовался легковесный заполнитель.
Прочный корпус аппаратов «Русь» и «Консул» представляет собой сферу с внутренним диаметром 2,1 м. Геометрические размеры корпуса выбирались из условия размещения в нем трех членов экипажа, органов управления и средств жизнеобеспечения. Остальное оборудование было вынесено за пределы обтекаемого корпуса, включая легковесный заполнитель. Сферический прочный корпус состоял из двух полусфер. Каждую полусферу изготавливали из штампованных листовых заготовок (лепестков), сваренных ручной арго-нодуговой сваркой по щелевому зазору. В качестве присадочного материала использовалась сварочная проволока марки 2В по ГОСТ 27265—87.
В полусферы после расточки отверстий вваривали донышко и вва-рыши для одного из трех иллюминаторов. Далее полусферы термически обрабатывали по режиму, обеспечивающему снятие остаточных
Фазовые превращения (а) и изменения твердости (б) в зависимости от [Mo]9№ %:
1 — закалка из ^-области; 2 — закалка из в-области + старение; 3 — отжиг
напряжений (675 °С — 3ч — охлаждение на воздухе), с последующей механической обработкой снаружи и внутри полусфер. Между собой полусферы также сваривались ручной аргонодуговой сваркой по щелевому зазору. Равнопрочность стыковых сварных соединений при отсутствии усиления шва и применении сварочной проволоки с меньшей прочностью по сравнению с основным металлом обеспечивалась за счет проявления при нагружении эффекта контактного упрочнения [3]. Такая последовательность технологических операций обеспечивала требуемую точность геометрических размеров сферического прочного корпуса. Научно-техническое сопровождение изготовления прочного и каркаса наружного корпуса было обеспечено ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей».
В настоящее время обитаемые глубоководные аппараты «Русь» и «Консул» находятся в эксплуатации. Среди известных зарубежных глубоководных аппаратов с титановым корпусом и водоизмещением от 13 до 30 т следует отметить «Sea Cliff» и «Alvin» (США); «Nautile» (Франция); «Shinkai» (Япония).
Дальнейшее развитие глубоководной техники и, в частности, глубоководных обитаемых аппаратов связано с двумя направлениями. Первое — с постоянным процессом
совершенствования и расширением круга функциональных задач аппаратов с глубиной погружения до 6000—6500 м. По мере накопления опыта появляются новые требования к эксплуатационным качествам аппаратов в части увеличения их автономности, скорости и полезной грузоподъемности; совершенствуются навигационные и телевизионные системы, манипуля-торные устройства, источники энергии и другое оборудование.
Второе — с расширением программы исследований и работ в Мировом океане в различного рода впадинах и разломах и соответственно — создание аппаратов для работы на глубинах более 6500 м. Глубина самой известной — Марианской — впадины составляет около 11 000 м. Эти районы Мирового океана, практически, не исследованы.
Развитие обоих направлений требует дальнейшего повышения прочности корпусных материалов. Предварительные оценки показывают, что для создания глубоководного обитаемого аппарата с глубиной погружения до 11 000 м требуется применение титанового сплава с гарантированным пределом текучести 1100—1200 МПа. Однако применение сплавов такого уровня прочности требует решения ряда проблем, связанных с пониженными характеристиками пластичности и трещиностойкости и соответственно пониженными технологическими характеристиками, включая свариваемость. Повышение прочностных характеристик до указанных значений возможно получить только на высоколегированных а+Р-сплавах в термически упрочненном состоянии после старения. На рисунке показаны фазовые превращения и изменения прочности (твердости) титановых сплавов с Р-изоморфными стабилизаторами в зависимости от величины молибденового эквивалента [Мо]экв [4,5]:
[Мо]экв.= %Мо + (%Та/4) + (%ЫЬ/3,3) +
+(%МУ2М0/оУД4)+(%Сг/0,6)+№/0,5) .
Как видно из приведенных схем, максимальное упрочнение после закалки и старения можно получить на сплавах с концентрацией Р-стаби-лизаторов, равной С' и С''. На практике для исключения во
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.