發(fā)布日期：2019-8-24 15:37:03
鈦合金具有密度小、比強(qiáng)高、耐高溫、耐海水腐蝕、無磁性,抗沖擊震動(dòng)性、透聲性和加工性(成形與焊接)好 等特點(diǎn),是一種優(yōu)秀的船用材料,各國海軍和造船工業(yè)對其在艦船上的應(yīng)用研究都十分重視,先后研究開發(fā)了專 用的鈦合金系列,并在艦船上大量采用鈦合金,以提高艦船設(shè)備運(yùn)行的可靠性和使用壽命,從而提高艦船的技、 戰(zhàn)術(shù)性能。圖2-10顯示了2000~2009年船用鈦合金專利申請人的國別分布。 圖2-102000-2009年船用鈦合金專利申請人的國別分布。
在艦船上,如核潛艇、深潛器、原子能破冰船、水翼船、氣墊船和掃雷艇等使用鈦材制造螺旋槳推進(jìn)器、潛艇 鞭狀天線、海水管路、冷凝器和熱交換器、聲學(xué)裝置、消防設(shè)備等。
2.3.1、核潛艇
鈦合金比強(qiáng)度高,極耐海水長期腐蝕,又有適當(dāng)?shù)某尚涡浴⒖珊感浴⒓庸ば阅?適于做潛艇殼體材料;鈦無磁性, 不易受磁性水雷攻擊,敵方反潛裝置難以發(fā)現(xiàn);鈦合金的透聲系數(shù)高,適于做聲吶導(dǎo)流罩,可提高潛艇的偵察能 力,提高可靠性和減少維修成本俄羅斯在建造鈦合金核潛艇研究和制造技術(shù)上處于國際領(lǐng)先地位,也是用鈦 合金最先建造耐壓殼體的國家(圖2-11)。從20世紀(jì)60年代起,俄羅斯研制的核潛艇已有4代,世界第一艘K162號 全鈦核潛艇于1968年12月下水,已運(yùn)行了30多年,到過各大洋和海域,經(jīng)受了不同載荷和環(huán)境考核,從未出現(xiàn)過 任何事故。俄羅斯于1970年建造第一艘“ALFA”級核潛艇,用鈦約3000t,最大下潛深度達(dá)914m,既輕又快。20 世紀(jì)80年代制造了6艘用鈦量達(dá)9000t的“臺風(fēng)”級彈道導(dǎo)彈核潛艇,其水下排水量為33800t,水下航速約為27 節(jié),“臺風(fēng)”級核潛艇是世界上最大的潛艇,雙殼體結(jié)構(gòu),非耐壓殼體由高強(qiáng)低磁鋼制成,耐壓殼體用鈦合金建 造,可攜帶20枚戰(zhàn)略導(dǎo)彈。俄羅斯建造的“北風(fēng)之神”級第四代潛艇采用鈦合金雙層殼體結(jié)構(gòu),使安全可靠性 及戰(zhàn)術(shù)性能得到進(jìn)一步改善。主要使用的鈦合金是TA17(Ti4Al2V)和TA16(Ti2A1-2.5Zr)。TA17強(qiáng)度高,主要用做板材、棒材和鍛件,用于潛 艇殼體,也用做聲吶導(dǎo)流罩骨架、熱交換器管板。TA16強(qiáng)度較低,但塑性更高,只用做管材,制造管路與熱交換 器。
俄羅斯的核潛艇
2.3.2、深潛器
鈦合金適于制造深潛器的耐壓殼體。美國阿爾文(Avin)號深海潛水調(diào)查船用應(yīng)力腐蝕敏感性較小的 T6A2Nb1Ta0.8Mo鈦合金代替HY-100鋼制造時(shí)壓殼體,外徑為21m,壁厚由原來用鋼時(shí)的34mm增加到49m,同時(shí)用T 6A4VELI合金制成深潛器的浮力球,外徑為61mm,壁厚為10mm,外部構(gòu)架采用工業(yè)純鈦型材氬弧焊,還采用了 T3A2.5V合金無縫管材。深潛器的下潛深度由1830m增加到3600m。此后,美國海軍又用Ti6A2Nb1Ta0.8Mo合金 做耐壓殼體,將2000m級潛水器“海崖”號改造成6000m級的深潛器,美國在救援深潛器上也大量使用了鈦合金 部件,如骨架、浮力球、絞盤罩和緊固件等。
日本1978~1981年間年建造的“深海200°”號調(diào)查船主要用于海洋資源調(diào)查和科學(xué)考察,4個(gè)壓力容器由 Ti6A4VEL合金制造,半球部使用厚36mm的鈦板制造,圓筒部分用厚100mm的鈦板制成,耐壓強(qiáng)度達(dá)5450MPa壓力 。船上還配有能緊湊地安裝耐壓艙、耐壓容器、裝備儀器、浮力器材、外殼等部件的外殼骨架”,主要使用純 鈦擠壓型材,接合部使用純鈦熱軋板材。在20世紀(jì)90年代日本又建造了“深海6000號調(diào)查船,Ti6AH4V合金殼體 的尺寸達(dá)9.5m×2.7m×3.2m,下潛深度達(dá)6500m。
列出了各國發(fā)展的深潛器及使用的鈦合金
2.3.3、艦船動(dòng)力裝置
俄羅斯在核潛艇和原子能破冰船的動(dòng)力裝置中廣泛使用鈦制蒸汽發(fā)生器,其壽命可長達(dá)數(shù)十年,俄羅斯的一體 化壓水堆蒸汽發(fā)生器使用TA17和TA16鈦合金做管板和傳熱管。這種先進(jìn)的核動(dòng)力堆,具有高效、緊湊、安全的 特點(diǎn),是核潛艇、破冰船、航母等使用的關(guān)鍵裝備。
中國7000m潛深載人深潛器
艦艇螺旋槳、螺旋槳軸是受海水沖刷腐蝕和空泡腐蝕最嚴(yán)重 的部件,一般銅合金及鑄鋼材料的使用壽命只有1~2年。改用鈦合金,可大大延長部件的使用壽命,美國已在多 種艦艇上使用鈦合金螺旋槳。如海軍用水翼艇“普蘭維尤”號 圖2-12中國7000m潛深載人深潛器 使用了直徑達(dá)1.52m、四葉片鈦合金螺旋槳,材料為Ti-6Al4V合金,槳重337kg。美國還在“阿希維爾”號高速 炮艇上使用了四葉片、高螺距鈦合金螺旋槳,在SES100B試驗(yàn)艇上使用了六葉片超空泡可調(diào)螺距鈦合金螺旋槳 。中國于1972年研制成功TC4和TA17鈦合金水翼艇螺旋槳。
鈦合金的高強(qiáng)度與耐蝕性使其成為艦船噴水推進(jìn)裝 置的優(yōu)質(zhì)材料。美國SES100B試驗(yàn)艇使用工業(yè)純鈦鑄件與TC4合金鍛件做噴水推進(jìn)器。日本魚雷艇“PT-10”號 的噴水推進(jìn)器用ZTC4鈦合金后,質(zhì)量減少600kg。鈦的電導(dǎo)率比銅小,能解決銅合金部件在航行時(shí)切割地球磁力 線而產(chǎn)生的感應(yīng)電流較大、不利于掃除磁性水雷的問題,因此鈦合金推進(jìn)軸和螺旋槳也使用在美國掃雷艇上。
2.3.4、民用船舶
民用船舶船體結(jié)構(gòu)使用鈦材,可以減小船體自身質(zhì)量,提高船速,還能夠減少維護(hù)費(fèi)用,延長使用壽命,一般可達(dá) 數(shù)十年,幾乎不許要維護(hù)。日本開發(fā)了種全鈦漁船,其船殼體、甲板及許多機(jī)件均用鈦制造,船殼鈦板厚度僅 2.5mm,船體輕便,耐蝕,易回收廢棄船體,不需要表面涂層,環(huán)境污染少,易于清理表面附著的海生物,大大減少 了維護(hù)費(fèi)用。
2.3.5、船舶工業(yè)中鈦合金的選擇
美國、俄羅斯和中國常用船舶用鈦合金見表
美國常用船舶用鈦合金
以下列出船舶工業(yè)中常用的鈦合金及它們使用的部位和原則
