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钛合金应用于先进舰船结构设计中
时间:2017-09-13T11:09:05 | 阅读:979

钛合金因具有更高的比强度、更优异的耐蚀性能而在舰船应用中呈现出较大的发展潜力。

一、在舰船结构中的应用。

钛及钛合金虽然屈服强度高,但在焊接时需要惰性气体保护,成型难度大于钢材。因此一般水面舰艇结构很少用钛。钛及钛合金主要用于潜艇、深潜器等舰艇中,以应付同时对屈服强度、密度和耐腐蚀性能要求很高的场合。我国于20世纪80年代研发了Ti80合金,用于制造深潜器和潜艇的耐压壳体,具有高强、高韧、耐蚀、可焊等优异性能,在抗拉强度880~925 MPa、屈服强度785~885MPa的条件下,断裂韧性和抗应力腐蚀能力明显优于Ti6Al4VELI合金。20世纪90年代研发的Ti91钛合金,屈服强度达到700MPa。

二、用于舰船冷却器。

由于钛及钛合金在海水中具有比其他合金更优异的耐蚀性能,且与常用的铜合金相比强度高、密度低,可通过减薄管壁厚度和增加海水流速来保证传热效率。在核潜艇等对设备安全运行可靠性有高要求的应用领域,钛制换热器的应用很受重视。当前美国应用最广泛的是工业纯钛,工业纯钛在天然水、海水和各种氯化物中具有特殊的抗应力腐蚀的能力。在海水流速为3~5m/s的淡化设备中,钛换热器的污堵系数仅为0.95~0.99。我国也成功研制出一些性能优异的钛合金,如Ti31钛合金,用于余热排出冷却器、管路等,工作环境为高温海水或常温高速海水,耐180℃高温腐蚀。

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三、用于舰船管路。

船通海系统管路由于与海水直接接触且大多布置于舱底,工作环境苛刻,腐蚀一直是制约其发挥最大效能的突出问题。我国20世纪70年代成功研制出TA5α型钛合金(Ti-4Al-0.05B),强度较高,铸态ZTiAl4的屈服强度不低于490MPa,可用于船舶辅助系统中的泵、阀制造。20世纪80年代研制的Ti75钛合金,在综合性能良好的前提下,强度提高50MPa,冲击韧性和断裂韧性分别为TA5的1.4倍和1.2倍,应力腐蚀断裂韧性为TA5的2倍,且具有优良的冷、热加工性能,铸造性能和低杂质敏感性。Ti75钛合金填补了国内730MPa船用钛合金的空白,达到国际先进水平。用Ti75合金制作的往复式盐水泵、舷侧双座双球阀阀杆已获正常使用。

四、用于舰船螺旋桨。

钛合金强度高、质量轻、抗空泡剥蚀和耐疲劳性能优异,是制造螺旋桨的理想材料。用ZTi6Al4V制成的螺旋桨寿命是铜合金螺旋桨的3倍。我国于20 世纪60 年代后期开始ZTi6Al4V合金的研究工作,70年代成功将其应用于水翼艇螺旋桨,经20年实艇验证,性能良好。此外,我国研制的焊接性能更好、韧性更高、抗空泡剥蚀性能更优的高强铸钛合金已获成功,目前已用于某水翼快艇螺旋桨的制造。