第十一章 耐压壳的死穴 (第2/2页)
电话两头都沉默了。
最后老魏说：“你把材料参数发我。我先研究一下焊接工艺，看看能不能在实验室条件下跑通。“
“好。“
“还有，江灏。“
“嗯？“
“你别把自己逼太紧。“
第五天，陈默带来了一个消息。
“我查了一下Ti-10V-2Fe-3Al的供应商，“他说，“国内能做小批量供应的只有三家。两家在西安，一家在宝鸡。最小起订量都是五百公斤。“
江灏算了算。壳体用料大概三百公斤。五百公斤起订，意味着多出来的两百公斤是浪费。但没办法。
“价格呢？“
“每公斤大概四千到五千。五百公斤就是两百万到两百五十万。“
江灏闭了闭眼。
两百五十万。
他总共一百八十万。
缺口七十万。
第六天，他想到了一个办法。
不是筹钱的办法。是减重的办法。
如果壳体壁厚可以从50毫米减到40毫米，材料用量就能减少20%。五百公斤变成四百公斤——但供应商不接四百公斤的订单，所以这条路走不通。
但如果他改变壳体形状呢？
球形壳体是最优的承压结构，这是常识。但球形的表面积和体积之比是固定的。如果他改用椭球形——长轴方向承受的压力可以通过曲率半径来调节——也许可以用更薄的壁厚达到同样的承压能力。
前提是椭球的长短轴比例要精确计算。太扁了，应力集中会要命；太圆了，又跟球形没区别。
江灏重新打开了AuToCAD，开始建模。
椭球壳体，长轴2.2米，短轴1.6米。壁厚从50毫米减到42毫米。
他让陈默跑CFD和应力仿真。
结果出来了——最大应力出现在椭球顶部，30兆帕下von Mises应力达到1050MPa。而Ti-10V-2Fe-3Al在焊接后的实际屈服强度大约是1000-1100MPa，取决于热处理工艺。
1050MPa踩在了极限边缘。
“余量太小了，“陈默说，“实际制造中任何一点偏差——壁厚不均匀、焊接缺陷、材料成分波动——都会让应力超过屈服强度。这个设计不安全。“
“我知道。“
江灏看着屏幕上的应力云图，红色的区域像一块伤疤，贴在椭球顶部。
不够。
还是不够。
第七天，他把自己关在车库里，不接电话。
桌上摊着所有能找到的钛合金资料——论文、手册、专利、技术报告。他的眼睛熬得通红，咖啡杯堆了五个。
他在找一个东西。
一个配方。一个能同时满足以下条件的钛合金配方：
1.屈服强度≥1100MPa（焊接后）
2.焊接性能良好（不需要特殊保护气氛以外的条件）
3.成本可控（每公斤不超过3000元）
4.国内可小批量采购或定制
前三个条件已经够苛刻了。第四个条件几乎不可能。
他翻了上百篇论文。钛合金的合金化设计是一个巨大的参数空间——主元素、微量元素、杂质元素，每一种的配比都会影响最终性能。铝含量从2%变到8%，性能天差地别。钒含量从1%变到5%，焊接性完全不同。
他试着自己设计一个配方。
Ti-5Al-3V-2Mo-1Zr。
算了一下——理论屈服强度大约1000-1050MPa。不够。
Ti-6Al-4V-1Mo-1Zr。
大约1050-1100MPa。但钼和锆同时加入会让焊接热影响区的组织更加复杂，脆性相析出的风险更高。
Ti-7Al-3V-2Fe。
铁代替部分钒，降低成本，但铝含量太高，焊接冷裂纹敏感性增加。
没有一个配方能同时满足所有条件。
他趴在桌上，闭上眼。
实验室的灯亮着。已经亮了七十二小时。
他没合过眼。
第八天凌晨三点，他忽然想到了什么。
翻起身，抓起笔。
不是合金配方的问题。是思路的问题。
他一直在试图用单一材料解决所有问题——高强度、可焊接、低成本。但为什么一定要单一材料？
复合壳体。
内层用高强度钛合金——Ti-10V-2Fe-3Al，承担主要应力。外层用普通钛合金——Ti-3Al-2.5V，提供额外的保护，同时承担部分载荷。两层之间用特殊的结构连接，让应力在两层的界面上重新分布。
这样，内层可以用更薄的壁厚——30毫米而不是50毫米——因为外层分担了一部分载荷。材料总量减少了，成本降下来了，而且内层的高强度合金不需要焊接到外层，避免了焊接热影响区的问题。
他把这个想法画在纸上，然后给陈默发了条消息：
“我想到了一个方案。复合壳体。内层高强度钛合金，外层普通钛合金。两层独立加工，机械连接。你帮我跑一下仿真。“
陈默秒回：“现在？凌晨三点？“
“现在。“
“……你疯了。“
“可能吧。帮我跑。“
“明天早上。“
“凌晨五点之前。“
“滚。“
但陈默还是帮他跑了。
早上六点，仿真结果发到了江灏的邮箱。
复合壳体的应力分布——内层最大von Mises应力920MPa，外层最大应力680MPa。两层加起来，等效安全系数2.1。
920MPa。
Ti-10V-2Fe-3Al焊接后的实际屈服强度大约1000-1100MPa。
有余量。
有真正的、实实在在的余量。
江灏看着屏幕上的应力云图，第一次觉得那些红色和蓝色的色块像一幅画。
他拿起手机，想给老魏打电话。
但屏幕上弹出来一条消息。
不是老魏的。
是林澜。
“江灏，有个事你可能需要知道。周明远那边……他们也在研究复合壳体方案。而且他们有正式的材料实验室。“
江灏盯着这条消息，手指停在拨号键上。
周明远。
又是周明远。
他放下手机，走到墙边，看着那行字。
“三千米，我来了。“
但现在的他忽然意识到——他不是在和深海比赛。他是在和一个人比赛。一个拥有八千万预算、一个正式实验室、一个团队的人。
而他有的，是一百八十万、一个车库、和七十二小时没闭过的眼睛。
他笑了。
不是苦笑。是那种被逼到墙角反而兴奋起来的笑。
“行啊，“他对着墙说，“那就比一比。“