„Striver“, ein bemanntes Tiefsee-Tauchboot, hat eine 10.000-Meter-Seeerprobung erfolgreich abgeschlossen und ist am 28. nach Hause zurückgekehrt. Das Titanlegierungsteam des Instituts für Metallforschung der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat für Striver die weltweit größte und am meisten bemannte Tauchbootkapsel aus der selbst erfundenen neuen Titanlegierung Ti62A gebaut.

Technische Barrieren durchbrechen

Die bemannte Kapsel ist das Herzstück und die Schlüsselkomponente des bemannten Tauchboots in der gesamten Meerestiefe. Sie ist die Hardware-Garantie und Sicherheitsbarriere für den Menschen, um in die Tiefsee von zehntausend Metern vorzudringen, und markiert das technische Niveau der bemannten Tauchboote eines Landes. Zuvor war das weltweit modernste All-Sea-Tauchboot der „limitierende Faktor“ für die USA, als es im Mai 2019 einen 10.000-Meter-Tauchgang mit einer bemannten Kapsel, die zwei Personen befördern konnte, absolvierte.

Mit der besonderen Unterstützung der Chinesischen Akademie der Wissenschaften als strategisches Pilotprojekt begann das Institut für Metalle und Metalle der Chinesischen Akademie der Wissenschaften im Jahr 2014 mit der Durchführung von Forschungen und Demonstrationen sowie der Weiterentwicklung von Schlüsseltechnologien wie Materialien und Herstellung bemannter Kapseln für bemannte Tiefseetauchgänge. Nationaler Forschungs- und Entwicklungsplan für Schlüsselprojekte im Jahr 2016: Das Institut für Metallblei der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Joint Treasure Titanium Co., LTD. und China Shipping Group Co., LTD. Das Luoyang-Forschungsinstitut für Schiffsmaterial, das Forschungsinstitut für Fertigungstechnologie der chinesischen Luftfahrtindustrie und das Forschungsinstitut für Tiefseewissenschaft und -technik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften haben die technischen Vorteile jeder Einheit genutzt, um ein „nationales Team“ für die Entwicklung der bemannten Tiefsee-Weltraumkapseln aus Titanlegierungen zu bilden. Nach dreijähriger vollständiger Entwicklungsarbeit wurde der weltweit größte bemannte Tiefseetank gebaut, der drei Personen befördern kann.

Das Forschungsteam hat eine Reihe grundlegender wissenschaftlicher Probleme der Titanlegierung gelöst und eine Reihe wichtiger technischer Engpässe bei Materialien, Formgebung, Schweißen usw. für bemannte Kapseln überwunden.

Zunächst einmal hat die neue Titanlegierung Ti62A, die aus Metall hergestellt wurde, die Probleme hinsichtlich Festigkeit, Zähigkeit und Schweißbarkeit gelöst, mit denen Materialien für bemannte Kapseln konfrontiert sind. In der Vergangenheit wurde für Tiefseetauchboote hauptsächlich Ti64-Material verwendet, dessen Festigkeit, Zähigkeit und andere Parameter nicht erreicht werden konnten, um die Zielgrößen- und Dickenanforderungen für bemannte Raumkapseln unter extremen Druckbedingungen in einer Tiefe von 10.000 Metern zu erfüllen. Metal hat zum ersten Mal ein neues Legierungsdesignschema vorgeschlagen und eine neue Mikrostruktur aus Titanlegierungen entworfen und implementiert. Auf der Grundlage der Erfindung wurden die guten thermischen Formungs- und Schweißeigenschaften der Titanlegierung Ti62A sowie die Zähigkeit und Schweißbarkeit der Ti64-Legierung unter der Prämisse einer deutlich erhöhten Festigkeit erfolgreich erreicht, wodurch das Problem des Materials für kugelförmige Schalen für bemannte Raumkapseln erfolgreich gelöst wurde.

Zweitens wurden die Gleichmäßigkeit und Stabilität der mechanischen Eigenschaften von großformatigen, ultradicken Titanlegierungen gelöst. Titanlegierungen haben einen inhärenten „Größeneffekt“, d. h. je größer die Größe und Dicke, desto schwieriger ist es, die Gleichmäßigkeit und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Dies ist ein Hindernis, das für den Einsatz in extremen Hochdruckumgebungen in der Tiefsee überwunden werden muss. Der Größeneffekt der Titanlegierung wurde erfolgreich überwunden, indem die Mikrostruktur der Materialien und ihr Beschaffungsprozess entworfen wurden, was eine technische Grundlage für die Realisierung einer gleichmäßigen Mikrostruktur und stabiler mechanischer Eigenschaften der Materialien in der bemannten Kapsel legte. BaoTi Co., LTD hat jede Anstrengung unternommen, seine Anlagenkapazität bis zum Äußersten auszuschöpfen und hat hochwertige Barren, hochwertige Platten und hochpräzise Halbkugeln hergestellt, die in China eine Reihe von Rekorden aufgestellt haben, beispielsweise beim Gewicht von Titanlegierungsbarren, der Plattendicke und der Schmiedeabschnittsgröße.

Drittens wurde die Schweißtechnologie für hochfeste und hochzähe Titanlegierungen durchbrochen, wodurch sichergestellt wird, dass die Zähigkeit der Schweißnähte und andere damit verbundene Indizes den Anforderungen entsprechen. Die bemannte Kapsel besteht aus zwei zusammengeschweißten Halbkugeln (Äquatorialverbindungen), und mehrere Fenster und Schnittstellen (Lochsitze) müssen ebenfalls verschweißt werden. Es ist ein weltweites Problem für die Schweißtechnologie, sicherzustellen, dass die Zähigkeit der Schweißpositionen die Anforderungen erfüllen kann. Das einmalige Schweißen von bemannten Kapseln mit Elektronenstrahlen stellt ein unüberwindbares Hindernis dar, insbesondere bei sehr großen und dicken Materialien. Das Metallinstitut hat einige neue Schweißideen vorgeschlagen. Das Luoyang Ship Materials Institute hat bei einer Reihe von Schweißformungstechnologien Innovationen und Durchbrüche erzielt, um das vollständige Elektronenstrahlschweißen der bemannten Kapsel zu realisieren und sicherzustellen, dass die Qualität und Festigkeit der Schweißnaht den Konstruktionsanforderungen entspricht.

Gemeinsam Schwierigkeiten überwinden

Die Forschung und Entwicklung der bemannten Tiefseekapsel umfasst eine große technologische Bandbreite und die Zeit drängt. Von der Probeproduktion der Materialien, der technischen Überprüfung und der Komponentenfertigung bis hin zur parallelen Entwicklung der Schweißtechnologie ist die Aufgabe sehr schwer und die Schwierigkeit der Koordination und Entscheidungsfindung ist beispiellos. Projektleiter: Herr Yang Rui als ehemaliger Direktor der Abteilung für Titanlegierungen der Chinesischen Akademie der Metallwissenschaften; Herr Jia Shuanxiao als Generaldirektor und Herr Wang Dingchun als stellvertretender Generaldirektor von Baoji Titanium Industry Co. LTD; Herr Wang Qihong und Herr Liao Zhiqian als stellvertretende Direktoren der Führungsgruppe des Instituts für Schiffsmaterialarbeit in Luoyang haben eine starke kollektive Führung im gemeinsamen Kampf geschmiedet, den Mut zu ertragen, den Schwanz nicht mit dem Hund zu wedeln, Präzision zu zeigen und die Umsetzung energisch voranzutreiben, technische Engpässe zu beseitigen, wenn das Team einmal stark verspätet ist und Zeit verliert, um Sie in den Geist eines Anfängers zurückzuversetzen, jedes Teammitglied zutiefst erleuchtet und tief feierlich in die Mission eingetaucht ist und die Spitze der Karriere zu unendlicher Macht erreicht hat. Damit haben sie die Anforderungen von Herrn Ding Kang, dem Leiter der gesamten Expertengruppe für „Schlüsseltechnologien und -ausrüstung für die Tiefsee“, „nur Aufgaben, keine Unternehmen“ wirklich erfüllt. Angesichts der Schwierigkeiten sind sie voller Optimismus und Triumph, tragen den Druck, bemühen sich um psychologischen Freiraum für das Team, um Probleme anzugehen, und schaffen eine entspannte Atmosphäre. Bei einer Analyse der wichtigsten technischen Hindernisse sagte Sun Qing, Direktor des 21. Jahrhunderts Agenda Management Center Ocean: „Die Schwierigkeiten und der Weg zu Innovationen. Angesichts einer so ernsten Situation kann Herr Yang Rui bei der Besprechung scherzen: Die Sonne geht auf und die Aussicht ist rosig. Ich muss das Vertrauen gewinnen, um die Schwierigkeiten zu überwinden und bin voller Erwartung.“

Herr Lei Jiafeng, der Frontkoordinator des Projekts und stellvertretender Direktor der Forschungsabteilung für Titanlegierungen des Instituts für Metallforschung der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, koordinierte und überwachte die Entwicklung der bemannten Kapsel vor Ort und war Zeuge des gesamten Prozesses. Er war auch stellvertretender Chefdesigner für bemannte Tiefseetauchboote und musste die Missionsanforderungen erfüllen, den Prozess umsetzen und mit der Gesamteinheit, der Aufsichtseinheit und dem Gremium Kontakt aufnehmen. Ich konzentrierte mich auf die Projektaufgaben, übersah nicht jedes Glied und ignorierte keine Details. Nachdem er sich einmal durch Nord und Süd gekämpft hatte, schuf er einen Rekord, der mehr als einen Monat dauerte, bis er nach Hause ging. Er war gutmütig, geduldig und gewissenhaft bei der Arbeit und wurde gelobt als „die Zähigkeit ist so gut wie die hochfeste und hochzähe Titanlegierung, die von Metal erfunden wurde“. Das Rückgrat des Projekts, Herr Ma Yingjie vom Metallinstitut der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, kämpfte trotz technischer Probleme Tag und Nacht in der wissenschaftlichen Forschungsstelle und stellte die Konstruktionslösung vor, um die Zähigkeit der Verbundblechschichten des mikroskopischen Organisationsdesigns sicherzustellen. Als die von den vier Einheiten getesteten Schlagzähigkeitsdaten inkonsistent waren, verbrachte er drei aufeinanderfolgende Tage im Labor, machte Überstunden, um die Ähnlichkeiten und Unterschiede der Proben zu analysieren, führte Leistungstests doppelt so oft durch, kam in kürzester Zeit zu korrekten Schlussfolgerungen und vereinheitlichte Testmethoden, was den Fortschritt des Projekts sicherstellte.

Frau Wang Yongmei, technische Koordinatorin von Baoji Titanium Industry Co. LTD, ist technisch streng und besteht darauf, Daten zu erfassen. Was die Chargenunterschiede beim Schweißdraht betraf, opferte sie die Wochenendzeit mit ihrer Familie und machte Überstunden, um sie zu analysieren. Schließlich fand sie den „Hauptschuldigen“ des durch übermäßigen Wasserstoffgehalt verursachten Problems und löste es rechtzeitig, wodurch das größte technische Risiko beseitigt wurde. Da die Plattenspezifikationen die Grenzen der Heizöfen und Walzwerke erreicht haben, hat BaoTi, um den Erfolg sicherzustellen, selbst Geld aufgebracht, um die Ausrüstung zu modernisieren und strenge Wartungsarbeiten durchzuführen. Dies spiegelt den Eigentümergeist des alten Staatsunternehmens voll und ganz wider.

Zu Beginn des Schweißtestprojekts gab es einen großen Rückschlag. Das Luoyang-Institut für Schiffsmaterial musste entschädigt werden, die Teammitglieder mussten wegen der Frühlingsfestpause aufgeben und im Dauerbetrieb „drei Schichten“ arbeiten. Der neue Direktor Liu Yanjiang informierte die Bataillone schnell, strebte nach Perfektion, ließ keinen Funken überspringen, mobilisierte engagierte Unterstützung und sorgte mit großem Mut und Entscheidungsgewalt für die Rückwand. Hu Weimin, Direktor des achten Forschungsbüros, beriet wiederholt über den technischen Plan, organisierte und implementierte ihn sorgfältig, überwand schließlich die Schwierigkeiten und schloss die wissenschaftliche Forschungsaufgabe mit garantierter Qualität und Quantität ab. Lu Yifan, das technische Rückgrat, hat den Mut zur Innovation, wenn mehrere Testrunden erforderlich sind, um die erforderlichen Daten für das Vorwärmschweißen zu erhalten, und die Testmaterialien nicht rechtzeitig bereitgestellt werden können. Er schlug die Testblock-Mosaikmethode vor, die den Entwicklungsfortschritt sicherstellt und viel Testmaterial spart.

Herr Mao Zhiyong, stellvertretender Chefingenieur des Avic Manufacturing Technology Research Institute, setzte seine Arbeit trotz Krankheit fort und unternahm herausragende Anstrengungen, um den Plan wie geplant umzusetzen. Zhang Hailong und Jiang Lei vom Institut für Tiefseewissenschaft und -technik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften arbeiteten hart daran, die Drucktesteinheit während des gesamten Unterdrückungstests in bestem Zustand zu halten. Sie alle leisteten einzigartige Beiträge zur Entwicklung der bemannten Kapsel.

Industrielle Modernisierung vorantreiben

Die Entwicklung der bemannten Tiefseekapsel hat die Verbesserung der industriellen Kapazität und der Geräteherstellungstechnologie für Titanlegierungen in China erheblich gefördert. Die technischen Indikatoren für Barrengröße, Plattenbreite und -dicke, Halbkugeldicke, Schmiedeteil und Einzelgewicht von Titanlegierungen sowie Dicke der Elektronenstrahlschweißung von Titanlegierungen und andere hohe Festigkeit und Zähigkeit haben den ursprünglichen Inlandsrekord gebrochen und liegen nahe an der Kapazitätsgrenze der Ausrüstung. Die Technologie des Elektronenstrahlschweißens und der Wärmebehandlung von superdicken und hochfesten Titanlegierungen hat einen technologischen Sprung nach vorne gemacht. Die Umwandlung und Förderung dieser Fertigungskapazitäten wird den Anwendungsbereich von Titanlegierungen in den Bereichen Kriegsschiffe, Meerestechnik und Petrochemie in China deutlich verbessern. Diese neuen Technologien können gefördert und auf andere Titanlegierungen angewendet werden, wodurch die industrielle Anwendung von Titanlegierungen in größerem Maßstab gefördert wird, neue wirtschaftliche und soziale Vorteile für Unternehmen geschaffen werden und die Geschwindigkeit der Industrie in Richtung des oberen Endes der industriellen Kette beschleunigt wird. Von 2018 bis 2019 überstieg der Umsatz von BaoTi Co., Ltd. mit extradicken Platten, großformatigen Einzelschwerschmiedeteilen und druckfesten Strukturgeräten 150 Millionen Yuan.

Der Erfolg bei der Entwicklung der gesamten bemannten Tiefseekapsel spiegelt Chinas institutionelle Vorteile wider, die sich auf die Konzentration seiner Bemühungen zur Erzielung großer Dinge auswirken. Er hat ein brillantes Erfolgslied für das „Nationalteam“ der wissenschaftlichen Forschung und Produktion von Titanlegierungen in der neuen Ära geschrieben, das konzertierte Anstrengungen unternimmt, nach Stärke strebt, im Niemandsland Pionierarbeit leistet und die Kommandohöhen der Tiefseetechnologie einnimmt. Das Entwicklungsteam der bemannten Kapsel, das den Mut hat, an die Spitze der innovativen Errungenschaften zu klettern, zeigt das gute Image der Streber der neuen Ära.