Титановые сплавы

НИЦ «Курчатовский институт» -ЦНИИ КМ «Прометей» является пионером в разработке и применении титановых сплавов для конструкций морской техники и атомных энергетических установок малой и средней мощности, разработке технологий их промышленного производства и сварки.
Более 70 лет проводит исследования в области разработки и создания коррозионно-стойких свариваемых титановых сплавов по следующим направлениям:

• создание корпусных титановых сплавов и технологий их производства для морской техники;
• разработка, исследование и внедрение титановых сплавов для атомных энергетических установок малой и средней мощности, мониторинг технического состояния АЭУ;
• разработка технологий сварки титановых сплавов и конструктивно-технологическое сопровождение строительства и эксплуатации конструкций;
• исследование работоспособности основного материала и сварных соединений с определением гарантированных ресурсных характеристик эксплуатации;
• материаловедческое обеспечение проектирования, изготовления и ремонта оборудования и конструкций из титановых сплавов;
• разработка специальных покрытий для модификации поверхности изделий на основе титановых сплавов;
• разработка и передача заводам-изготовителям принципиальных положений по организации производства, технологии изготовления и контролю качества продукции, учитывающих условия эксплуатации производимых изделий;
• проведение экспертиз по организационно-технической готовности предприятий к осуществлению определенных видов деятельности, программ, методик испытаний и контроля состояния материалов и объектов;
• разработка методик расчетной оценки и прогнозирование прочностных характеристик конструкций из титановых сплавов под действием повреждающих факторов за период эксплуатации изделий.

Корпусные сплавы титана

Сплавы имеют высокую коррозионно-усталостную прочность в морской воде и минимальные кавитационные потери, сохраняют высокую коррозионную стойкость при повышенных температурах и концентрации хлоридов.
В 1969 г. была создана первая титановая атомная подводная лодка (АПЛ) проекта 661. Благодаря отработке комплекса корпусосварочных работ при строительстве АПЛ проекта 661 стало возможным строительство титановых подводных лодок следующих поколений. В период с 1974 по 1992 г. была построена серия АПЛ в цельнотитановом исполнении, некоторые из них еще успешно эксплуатируются до настоящего времени

.

Атомная подводная лодка К-162 проекта 661.

(Репродукция с фотографии. Фото: Вадим Жернов / ТАСС)

Из морских титановых сплавов изготовлены прочные корпуса российских глубоководных аппаратов «Русь» и «Консул», а также прочные корпуса спасательных аппаратов «Бестер» и «Приз».

Опыт строительства и многолетний опыт эксплуатации глубоководной морской техники показал высокую эффективность применения морских титановых сплавов, созданных специалистами НИЦ «Курчатовский институт» – ЦНИИ КМ «Прометей», что дает возможность проектировщикам использовать их для новых перспективных проектов с повышенными тактико-техническими характеристиками.

Глубоководный автономный снаряд "Русь", 1999 год
(Фото: Игорь Зарембо / ТАСС)

Особое значение имеют работы по созданию технологии изготовления крупногабаритных полуфабрикатов. Специалистами НИЦ «Курчатовский институт» – ЦНИИ КМ «Прометей» разработана технология сварки листов больших толщин, которая была внедрена на судостроительных предприятиях отрасли.

Выполнен большой комплекс работ по исследованию работоспособности титановых сплавов в составе корпусных корабельных конструкций и разработаны рекомендации по их проектированию.

Сплавы для изделий судового машиностроения

В результате проведения комплекса исследований разработан ряд сплавов для изделий судового машиностроения - винтов, рулей, валопроводов, баллонов высокого давления, трубных систем различного назначения, клапанов, насосов, крепежа и др., стойких к воздействию химико-термической обработки (для узлов трения и защиты от контактной коррозии).

Специалистами предприятия разработаны технологии защиты от электрохимической коррозии деталей конструкции из сталей и медных сплавов, контактирующих с деталями из титана в условиях воздействия морской воды:

• термическое оксидирование;
• плазменное и детонационное нанесение покрытий;
• наплавка упрочняющих покрытий и др.

Подобраны ответные пары для упрочненных поверхностей трения деталей из титановых сплавов.

Одним из новых перспективных направлений деятельности предприятия является разработка, исследование и внедрение малоактивных радиационно стойких и коррозионностойких сплавов на основе титана для корпусных конструкций водо-водяных реакторов и перспективных парогенераторов атомных энергетических установок (АЭУ). Разработанные титановые сплавы для энергетики в очень малой степени подвержены радиационному охрупчиванию, полностью отсутствуют радиационно-стимулированная ползучесть и опасность вторичного излучения, в короткий срок снимается наведенная радиоактивность.

При освоении современных технологий производства полуфабрикатов из этих сплавов и при применении их в составе корпусов энергетических реакторных установок повышается срок службы АЭУ, обеспечиваются экологическая безопасность и возможность экономичной утилизации выводимого из строя оборудования из-за быстрого спада наведенной радиоактивности.

Эффективно применение титановых сплавов для изготовления морских газотурбинных двигателей и паровых турбин. Для решения проблемы снижения вибрации и шума созданы титановые сплавы, легко обрабатываемые горячей объемной штамповкой, обладающие усталостной прочностью и термической стабильностью, которые обеспечивают уменьшение массы быстродвижущихся и несбалансированных деталей (шатунов, поршней, клапанов и др.).

К наиболее значимым работам, выполненным НИЦ «Курчатовский институт» – ЦНИИ КМ «Прометей» в настоящее время, следует отнести:

• исследования в области разработки высокопрочных титановых сплавов псевдо-β-класса для применения в корпусных конструкциях глубоководной морской техники;
• разработку композиции сплавов и оптимальные режимы упрочняющей термообработки, обеспечивающие высокие уровень прочности, вязкости и пластичности;
• работы по созданию уникальных по своим массогабаритным характеристикам слитков массой до 17 тонн из высокопрочных морских титановых сплавов марок ПТ-3В, 5В и 37, разработка технологии изготовления из них крупногабаритных полуфабрикатов (плит, штамповок, поковок и др.);
• разработку и внедрение технологии изготовления бесшовных труб из высокопрочных титановых сплавов 5В и 37;
• разработку и внедрение технологии изготовления горячедеформированных труб из титановых сплавов ПТ-1М и ПТ-7М Ø325 мм обеспечивают полное импортозамещение производства полуфабрикатов данного вида в необходимой для строительства и ремонта заказов ВМФ номенклатуре;
• разработку сплавов с высокой термической стабильностью при длительном нагружении и повышенных температурах, обеспечивающих надежную работу паротурбинного оборудования.

Интеллектуальный потенциал и материально-техническая база предприятия позволяют специалистам НИЦ «Курчатовский институт» - ЦНИИ КМ «Прометей» решать новые задачи по созданию новых титановых сплавов и технологических процессов с целью повышения эксплуатационных параметров оборудования применительно к потребностям отечественного судостроения, атомной энергетики, газо-нефтехимического, энергетического машиностроения и других отраслей промышленности.