发布日期：2019-8-24 15:37:03
钛合金具有密度小、比强高、耐高温、耐海水腐蚀、无磁性,抗冲击震动性、透声性和加工性(成形与焊接)好 等特点,是一种优秀的船用材料,各国海军和造船工业对其在舰船上的应用研究都十分重视,先后研究开发了专 用的钛合金系列,并在舰船上大量采用钛合金,以提高舰船设备运行的可靠性和使用寿命,从而提高舰船的技、 战术性能。图2-10显示了2000~2009年船用钛合金专利申请人的国别分布。 图2-102000-2009年船用钛合金专利申请人的国别分布。
在舰船上,如核潜艇、深潜器、原子能破冰船、水翼船、气垫船和扫雷艇等使用钛材制造螺旋桨推进器、潜艇 鞭状天线、海水管路、冷凝器和热交换器、声学装置、消防设备等。
2.3.1、核潜艇
钛合金比强度高,极耐海水长期腐蚀,又有适当的成形性、可焊性、加工性能,适于做潜艇壳体材料;钛无磁性, 不易受磁性水雷攻击,敌方反潜装置难以发现;钛合金的透声系数高,适于做声呐导流罩,可提高潜艇的侦察能 力,提高可靠性和减少维修成本俄罗斯在建造钛合金核潜艇研究和制造技术上处于国际领先地位,也是用钛 合金最先建造耐压壳体的国家(图2-11)。从20世纪60年代起,俄罗斯研制的核潜艇已有4代,世界第一艘K162号 全钛核潜艇于1968年12月下水,已运行了30多年,到过各大洋和海域,经受了不同载荷和环境考核,从未出现过 任何事故。俄罗斯于1970年建造第一艘“ALFA”级核潜艇,用钛约3000t,最大下潜深度达914m,既轻又快。20 世纪80年代制造了6艘用钛量达9000t的“台风”级弹道导弹核潜艇,其水下排水量为33800t,水下航速约为27 节,“台风”级核潜艇是世界上最大的潜艇,双壳体结构,非耐压壳体由高强低磁钢制成,耐压壳体用钛合金建 造,可携带20枚战略导弹。俄罗斯建造的“北风之神”级第四代潜艇采用钛合金双层壳体结构,使安全可靠性 及战术性能得到进一步改善。主要使用的钛合金是TA17(Ti4Al2V)和TA16(Ti2A1-2.5Zr)。TA17强度高,主要用做板材、棒材和锻件,用于潜 艇壳体,也用做声呐导流罩骨架、热交换器管板。TA16强度较低,但塑性更高,只用做管材,制造管路与热交换 器。
俄罗斯的核潜艇
2.3.2、深潜器
钛合金适于制造深潜器的耐压壳体。美国阿尔文(Avin)号深海潜水调查船用应力腐蚀敏感性较小的 T6A2Nb1Ta0.8Mo钛合金代替HY-100钢制造时压壳体,外径为21m,壁厚由原来用钢时的34mm增加到49m,同时用T 6A4VELI合金制成深潜器的浮力球,外径为61mm,壁厚为10mm,外部构架采用工业纯钛型材氩弧焊,还采用了 T3A2.5V合金无缝管材。深潜器的下潜深度由1830m增加到3600m。此后,美国海军又用Ti6A2Nb1Ta0.8Mo合金 做耐压壳体,将2000m级潜水器“海崖”号改造成6000m级的深潜器,美国在救援深潜器上也大量使用了钛合金 部件,如骨架、浮力球、绞盘罩和紧固件等。
日本1978~1981年间年建造的“深海200°”号调查船主要用于海洋资源调查和科学考察,4个压力容器由 Ti6A4VEL合金制造,半球部使用厚36mm的钛板制造,圆筒部分用厚100mm的钛板制成,耐压强度达5450MPa压力 。船上还配有能紧凑地安装耐压舱、耐压容器、装备仪器、浮力器材、外壳等部件的外壳骨架”,主要使用纯 钛挤压型材,接合部使用纯钛热轧板材。在20世纪90年代日本又建造了“深海6000号调查船,Ti6AH4V合金壳体 的尺寸达9.5m×2.7m×3.2m,下潜深度达6500m。
列出了各国发展的深潜器及使用的钛合金
2.3.3、舰船动力装置
俄罗斯在核潜艇和原子能破冰船的动力装置中广泛使用钛制蒸汽发生器,其寿命可长达数十年,俄罗斯的一体 化压水堆蒸汽发生器使用TA17和TA16钛合金做管板和传热管。这种先进的核动力堆,具有高效、紧凑、安全的 特点,是核潜艇、破冰船、航母等使用的关键装备。
中国7000m潜深载人深潜器
舰艇螺旋桨、螺旋桨轴是受海水冲刷腐蚀和空泡腐蚀最严重 的部件,一般铜合金及铸钢材料的使用寿命只有1~2年。改用钛合金,可大大延长部件的使用寿命,美国已在多 种舰艇上使用钛合金螺旋桨。如海军用水翼艇“普兰维尤”号 图2-12中国7000m潜深载人深潜器 使用了直径达1.52m、四叶片钛合金螺旋桨,材料为Ti-6Al4V合金,桨重337kg。美国还在“阿希维尔”号高速 炮艇上使用了四叶片、高螺距钛合金螺旋桨,在SES100B试验艇上使用了六叶片超空泡可调螺距钛合金螺旋桨 。中国于1972年研制成功TC4和TA17钛合金水翼艇螺旋桨。
钛合金的高强度与耐蚀性使其成为舰船喷水推进装 置的优质材料。美国SES100B试验艇使用工业纯钛铸件与TC4合金锻件做喷水推进器。日本鱼雷艇“PT-10”号 的喷水推进器用ZTC4钛合金后,质量减少600kg。钛的电导率比铜小,能解决铜合金部件在航行时切割地球磁力 线而产生的感应电流较大、不利于扫除磁性水雷的问题,因此钛合金推进轴和螺旋桨也使用在美国扫雷艇上。
2.3.4、民用船舶
民用船舶船体结构使用钛材,可以减小船体自身质量,提高船速,还能够减少维护费用,延长使用寿命,一般可达 数十年,几乎不许要维护。日本开发了种全钛渔船,其船壳体、甲板及许多机件均用钛制造,船壳钛板厚度仅 2.5mm,船体轻便,耐蚀,易回收废弃船体,不需要表面涂层,环境污染少,易于清理表面附着的海生物,大大减少 了维护费用。
2.3.5、船舶工业中钛合金的选择
美国、俄罗斯和中国常用船舶用钛合金见表
美国常用船舶用钛合金
以下列出船舶工业中常用的钛合金及它们使用的部位和原则
