發布日期：2019-8-24 15:37:03
鈦合金具有密度小、比強高、耐高溫、耐海水腐蝕、無磁性,抗沖擊震動性、透聲性和加工性(成形與焊接)好 等特點,是一種優秀的船用材料,各國海軍和造船工業對其在艦船上的應用研究都十分重視,先后研究開發了專 用的鈦合金系列,并在艦船上大量采用鈦合金,以提高艦船設備運行的可靠性和使用壽命,從而提高艦船的技、 戰術性能。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器、潛艇 鞭狀天線、海水管路、冷凝器和熱交換器、聲學裝置、消防設備等。
2.3.1、核潛艇
鈦合金比強度高,極耐海水長期腐蝕,又有適當的成形性、可焊性、加工性能,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現;鈦合金的透聲系數高,適于做聲吶導流罩,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上處于國際領先地位,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,已運行了30多年,到過各大洋和海域,經受了不同載荷和環境考核,從未出現過 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914m,既輕又快。20 世紀80年代制造了6艘用鈦量達9000t的“臺風”級彈道導彈核潛艇,其水下排水量為33800t,水下航速約為27 節,“臺風”級核潛艇是世界上最大的潛艇,雙殼體結構,非耐壓殼體由高強低磁鋼制成,耐壓殼體用鈦合金建 造,可攜帶20枚戰略導彈。俄羅斯建造的“北風之神”級第四代潛艇采用鈦合金雙層殼體結構,使安全可靠性 及戰術性能得到進一步改善。主要使用的鈦合金是TA17(Ti4Al2V)和TA16(Ti2A1-2.5Zr)。TA17強度高,主要用做板材、棒材和鍛件,用于潛 艇殼體,也用做聲吶導流罩骨架、熱交換器管板。TA16強度較低,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)號深海潛水調查船用應力腐蝕敏感性較小的 T6A2Nb1Ta0.8Mo鈦合金代替HY-100鋼制造時壓殼體,外徑為21m,壁厚由原來用鋼時的34mm增加到49m,同時用T 6A4VELI合金制成深潛器的浮力球,外徑為61mm,壁厚為10mm,外部構架采用工業純鈦型材氬弧焊,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°”號調查船主要用于海洋資源調查和科學考察,4個壓力容器由 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,耐壓強度達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90年代日本又建造了“深海6000號調查船,Ti6AH4V合金殼體 的尺寸達9.5m×2.7m×3.2m,下潛深度達6500m。
列出了各國發展的深潛器及使用的鈦合金
2.3.3、艦船動力裝置
俄羅斯在核潛艇和原子能破冰船的動力裝置中廣泛使用鈦制蒸汽發生器,其壽命可長達數十年,俄羅斯的一體 化壓水堆蒸汽發生器使用TA17和TA16鈦合金做管板和傳熱管。這種先進的核動力堆,具有高效、緊湊、安全的 特點,是核潛艇、破冰船、航母等使用的關鍵裝備。
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試驗艇上使用了六葉片超空泡可調螺距鈦合金螺旋槳 。中國于1972年研制成功TC4和TA17鈦合金水翼艇螺旋槳。
鈦合金的高強度與耐蝕性使其成為艦船噴水推進裝 置的優質材料。美國SES100B試驗艇使用工業純鈦鑄件與TC4合金鍛件做噴水推進器。日本魚雷艇“PT-10”號 的噴水推進器用ZTC4鈦合金后,質量減少600kg。鈦的電導率比銅小,能解決銅合金部件在航行時切割地球磁力 線而產生的感應電流較大、不利于掃除磁性水雷的問題,因此鈦合金推進軸和螺旋槳也使用在美國掃雷艇上。
2.3.4、民用船舶
民用船舶船體結構使用鈦材,可以減小船體自身質量,提高船速,還能夠減少維護費用,延長使用壽命,一般可達 數十年,幾乎不許要維護。日本開發了種全鈦漁船,其船殼體、甲板及許多機件均用鈦制造,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,環境污染少,易于清理表面附著的海生物,大大減少 了維護費用。
2.3.5、船舶工業中鈦合金的選擇
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
以下列出船舶工業中常用的鈦合金及它們使用的部位和原則
