鈦合金：深潛器的“鎧甲”，耐壓“鈦”厲害

鈦合金：深潛器的“鎧甲”，耐壓“鈦”厲害

　1.鈦及鈦合金船舶應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)狀

　　鈦合金具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、耐海水腐蝕、無(wú)磁性等特點(diǎn)，在水面艦船及潛艇的耐壓殼體、管路系統(tǒng)、聲吶系統(tǒng)以及動(dòng)力系統(tǒng)的建造中得到廣泛應(yīng)用。但由于造價(jià)成本較高，除去一些特殊功能結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，鈦合金材料在民船中應(yīng)用較少。

　　①在潛艇及深潛器上的應(yīng)用

　　鈦合金制耐壓殼體主要用在深海潛水器上，除了“奮斗者”號(hào)載人艙球殼使用的Ti62A外，比較典型的還包括美國(guó)Aivin號(hào)、Sea-Cliff號(hào)深潛器的殼體；法國(guó)SM97、日本“深海2000”號(hào)使用的Ti-6Al-4V-ELI合金。此外，我國(guó)設(shè)計(jì)的載人深潛器“蛟龍”號(hào)的耐壓殼體也使用鈦合金制造。

　　②在泵、閥及管系上的應(yīng)用

　　由于溫度和濕度的影響，船舶上泵、閥和管系通常使用的銅、不銹鋼材料，壽命只有2-5年。而鈦合金制造的各種管系等，使用壽命遠(yuǎn)超銅或不銹鋼制品。經(jīng)過(guò)近50年的研究，我國(guó)也獨(dú)立研制出Ti31、Ti75、TiB19、Ti70、Ti80、TA5等一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的船舶管路系統(tǒng)用鈦合金。

　　③在聲吶系統(tǒng)上的應(yīng)用

　　鈦合金水聲透聲性能優(yōu)良，在各種艦艇的聲吶導(dǎo)流罩中使用鈦及其合金，可以提高搜索、發(fā)現(xiàn)、跟蹤能力。我國(guó)因軍用或商用目的購(gòu)置的K877艇、K636艇、956艦的聲吶導(dǎo)流罩都是采用鈦合金制造的。

　　④在動(dòng)力裝置上的應(yīng)用

　　鈦合金用于船舶動(dòng)力裝置的中熱交換器、海水淡化器、冷卻器、冷凝器以及類似設(shè)備，成為制造這些設(shè)備的最佳選材。此外，鈦合金還在螺旋槳、噴水推進(jìn)裝置、舵等船用部件上得到了成功的應(yīng)用。

　2.鈦及鈦合金標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

　　國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)艦用鈦合金的研究起步較早，俄羅斯和美國(guó)在這一研究領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先水平。俄羅斯是世界上研制和使用艦用鈦合金最早，使用范圍最廣、使用數(shù)量最多的國(guó)家，在30年使用經(jīng)驗(yàn)和長(zhǎng)期研發(fā)成果基礎(chǔ)上，已經(jīng)建立了包括пT-1M、пT-7M、OT4、2B、пT-3B、5B等強(qiáng)度級(jí)別包括490MPa級(jí)、585MPa級(jí)、700MPa級(jí)、835MPa級(jí)的艦用鈦合金體系。雖然上述鈦合金均建立了系列材料標(biāo)準(zhǔn)，但由于與我國(guó)艦用鈦合金材料的合金成分不同，所以無(wú)法適用和指導(dǎo)我國(guó)艦船建造。美國(guó)艦用鈦合金主要包括Gr2、Gr3、Gr5、Gr9、Gr23、Gr32等牌號(hào)，涵蓋了275MPa-828MPa強(qiáng)度級(jí)別，均建立了系列材料標(biāo)準(zhǔn)。同樣原因，由于與我國(guó)艦用鈦合金材料的合金成分不同，所以美國(guó)艦用鈦合金標(biāo)準(zhǔn)不能為我國(guó)直接采用。

　　我國(guó)現(xiàn)行的艦用鈦合金標(biāo)準(zhǔn)主要包括船體結(jié)構(gòu)用標(biāo)準(zhǔn)以及海水管路系統(tǒng)用標(biāo)準(zhǔn)。其中船體結(jié)構(gòu)用鈦合金標(biāo)準(zhǔn)主要為國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)，包括鈦及鈦合金棒材、鑄件、鍛件、板材等。

　　海水管理系統(tǒng)中涉及的鈦及鈦合金產(chǎn)品包括管材、管件、閥門(mén)用鑄件、法蘭用板材或棒材等，涉及的主要標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)下表。

3.未來(lái)標(biāo)準(zhǔn)化工作建議

　　鈦合金材料在船體結(jié)構(gòu)、潛艇耐壓殼體、聲吶導(dǎo)流罩、管路系統(tǒng)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。隨著艦船設(shè)計(jì)及其標(biāo)準(zhǔn)需求將會(huì)越來(lái)越廣泛，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　①隨著我國(guó)海軍作戰(zhàn)使命的變化，建造大型水面艦船及實(shí)施遠(yuǎn)洋作戰(zhàn)對(duì)海軍裝備的發(fā)展提出了更高的要求，比較典型的鈦合金大結(jié)構(gòu)如大型鈦合金球鼻艏研究設(shè)計(jì)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)編制工作。

　　②鈦合金運(yùn)用于水面艦船防護(hù)結(jié)構(gòu)中也是其重要應(yīng)用發(fā)展方向。鈦合金具有強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕等突出優(yōu)點(diǎn)，但由于其屈服強(qiáng)度高，成形比較困難，故用普通成形方法來(lái)完成形狀較為復(fù)雜的或精度較高的零件是比較困難。由此，以超塑成形技術(shù)為主要手段的鈦合金加工工藝及其標(biāo)準(zhǔn)化研究將成為趨勢(shì)。

　　③鑒于鈦合金具有優(yōu)良的綜合性能，可開(kāi)展全鈦合金艦船的研究及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作，通過(guò)研究、設(shè)計(jì)、建造全鈦合金高速、超高速戰(zhàn)斗艦艇（地效應(yīng)艦艇等）、掃雷艇，為更大噸位鈦合金艦船的設(shè)計(jì)、建造積累經(jīng)驗(yàn)。