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    我國自主研發的Ti62A鈦合金新材料在全海深載人潛水器耐壓殼體的建造中得到了全面應用

    [ 信息發布:本站 | 發布時間:2021-06-15 | 瀏覽:31603 ]

    2020年11月28日,“奮斗者”號全海深載人潛水器成功完成萬米海試并勝利返航,在“奮斗者”號研制過程中,我國自主研發的Ti62A鈦合金新材料在耐壓殼體建造中得到了全面應用,相關科研院所在改良了傳統鈦合金設計加工方案、完善了其纖維結構后,解決了超強、高韌、大尺寸、超厚鈦合金材料成形的均勻性、力學性能穩定性、可焊性等一系列難題,使新型鈦合金綜合性能得到大幅提升,為打造國之重器奠定堅實基礎。



    1.鈦及鈦合金船舶應用技術現狀

    鈦合金具有質量輕、比強度高、耐海水腐蝕、無磁性等特點,在水面艦船及潛艇的耐壓殼體、管路系統、聲吶系統以及動力系統的建造中得到廣泛應用。但由于造價成本較高,除去一些特殊功能結構或構件,鈦合金材料在民船中應用較少。

    ①在潛艇及深潛器上的應用

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

    ②在泵、閥及管系上的應用

    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,使用壽命遠超銅或不銹鋼制品。經過近50年的研究,我國也獨立研制出Ti31、Ti75、TiB19、Ti70、Ti80、TA5等一批具有自主知識產權的船舶管路系統用鈦合金。

    ③在聲吶系統上的應用

    鈦合金水聲透聲性能優良,在各種艦艇的聲吶導流罩中使用鈦及其合金,可以提高搜索、發現、跟蹤能力。我國因軍用或商用目的購置的K877艇、K636艇、956艦的聲吶導流罩都是采用鈦合金制造的。

    ④在動力裝置上的應用

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

    2.鈦及鈦合金標準現狀

    國外發達國家對艦用鈦合金的研究起步較早,俄羅斯和美國在這一研究領域處于世界領先水平。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、使用數量最多的國家,在30年使用經驗和長期研發成果基礎上,已經建立了包括пT-1M、пT-7M、OT4、2B、пT-3B、5B等強度級別包括490MPa級、585MPa級、700MPa級、835MPa級的艦用鈦合金體系。雖然上述鈦合金均建立了系列材料標準,但由于與我國艦用鈦合金材料的合金成分不同,所以無法適用和指導我國艦船建造。美國艦用鈦合金主要包括Gr2、Gr3、Gr5、Gr9、Gr23、Gr32等牌號,涵蓋了275MPa-828MPa強度級別,均建立了系列材料標準。同樣原因,由于與我國艦用鈦合金材料的合金成分不同,所以美國艦用鈦合金標準不能為我國直接采用。



    我國現行的艦用鈦合金標準主要包括船體結構用標準以及海水管路系統用標準。其中船體結構用鈦合金標準主要為國家軍用標準,包括鈦及鈦合金棒材、鑄件、鍛件、板材等。

    海水管理系統中涉及的鈦及鈦合金產品包括管材、管件、閥門用鑄件、法蘭用板材或棒材等,涉及的主要標準見下表。

    3.未來標準化工作建議

    鈦合金材料在船體結構、潛艇耐壓殼體、聲吶導流罩、管路系統等領域有廣泛應用。隨著艦船設計及其標準需求將會越來越廣泛,主要體現在以下幾個方面:

    ①隨著我國海軍作戰使命的變化,建造大型水面艦船及實施遠洋作戰對海軍裝備的發展提出了更高的要求,比較典型的鈦合金大結構如大型鈦合金球鼻艏研究設計及相關標準編制工作。

    ②鈦合金運用于水面艦船防護結構中也是其重要應用發展方向。鈦合金具有強度高、耐高溫、耐腐蝕等突出優點,但由于其屈服強度高,成形比較困難,故用普通成形方法來完成形狀較為復雜的或精度較高的零件是比較困難。由此,以超塑成形技術為主要手段的鈦合金加工工藝及其標準化研究將成為趨勢。

    ③鑒于鈦合金具有優良的綜合性能,可開展全鈦合金艦船的研究及相關標準化工作,通過研究、設計、建造全鈦合金高速、超高速戰斗艦艇(地效應艦艇等)、掃雷艇,為更大噸位鈦合金艦船的設計、建造積累經驗。

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