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舰船用钛合金材料的特点及影响其发展的因素

发布时间: 2021-11-02 23:28:10    浏览次数:

对于船舶行业来讲,舰船一般应用在海洋环境当中,因此在制作时对舰船材料有着较高的要求,需要舰船材料的强度、耐性、耐腐蚀性、加工性、可焊接性能够满足船舶的制造要求。正是由于钛合金本身的性能能够满足船舶制造的要求,因此钛合金被广泛的应用在舰船的制造当中。但是由于钛合金使用的成本较高,较难被冶炼,在应用时还极易出现钛合金失效问题,对舰船的制造产生了一定的影响。下文主要对舰船钛合金进行分析研究,对于我国船舶行业的发展来讲就非常重要的意义。

一、舰船使用钛合金材料的特点

对于钛合金材料来讲,其本身具有较高的强度,能够耐高温、耐腐蚀,而且还具有透声、无磁等特点。在舰船建造的过程当中,由于应用的部位不同,可以将钛合金材料分为不同的种类。例如可焊结构钛合金、动力工程用钛合金、耐热钛合金等等。结合不同种类的钛合金,分析钛合金材料的特性。

①首先钛合金具有较高的强度,可塑性较好。一般钛合金的强度会高于钢材的强度,塑性与钢材相当。②其次钛合金具有较强的抗疲劳性和冲击韧性。并且随着温度的不断降低,材料不会出现明显的脆性转变点。③第三,钛合金材料在海水当中能够被海水氧化,形成一层氧化膜,氧化膜能够有效的保护钛合金材料,被海水侵蚀,因此钛合金材料又有较好的耐腐蚀性。④最后钛合金本身无磁性,能够抗核辐射,有较好的抗冲击振动的性能。

虽然钛合金材料以及优势特点被广泛的应用在船舶制造当中,但实际钛合金本身存在一定的缺点,也影响着钛合金材料的应用与发展。由于钛合金材料本身的刚性较低,在船舶制造过程中冷成型的回弹数值较大,会给制造过程带来一定难度。而且在焊接的过程当中,400℃以上会产生焊接问题,影响到焊接的质量。

Ti80钛管

二、钛合金材料在舰船上的应用

我国早在20世纪60年代就在船舶行业当中应用了钛合金材料也进行了相关的研究。目前我国将钛合金材料应用在船舶行业的以下几个方面。①首先深海潜水器的钛制耐压壳。由于钛合金材料本身的抗腐蚀性和较高强度等性质能够满足潜水器应用的需求,因此在潜水器研制开发的过程当中,利用钛合金材料进行耐压壳的制作。②其次,由于钛合金综合性能较强,因此被应用于声呐导流罩的制作当中。如俄罗斯的“明斯克”、“基辅”等航空母舰都应用了钛合金进行声呐导流罩的制作。③第三,由于钛合金材料具有较高的强度和抗疲劳性等特点,因此将该材料应用于螺旋桨的制作中,如美国利用该材料制作了四叶可拆式钛合金螺旋桨。④最后,在船舶应用的过程当中,舰船泵、阀门及管道等处,由于应用环境和温度的影响,一般材料的使用寿命只有5年左右,而钛合金材料的使用使其使用寿命得到了延长,因此该材料被广泛的应用于舰船泵、阀门管道等处的制造。

三、影响钛合金发展应用的因素

首先钛合金本身的制造成本较高,高成本的投入,严重的影响着钛合金在船舶行业当中的应用和发展。船舶行业在舰船建造的过程当中,又需要大量的钛合金材料。因此,在未来的发展过程当中,必须有效的降低钛合金的成本投入,才能够满足船舶行业的制造需求,才能够使钛合金材料在船舶行业当中得到进一步的应用和发展。

其次,对于我国钛合金材料来讲,需要提高材料强度等级的配套性,这样才能够满足舰船制造的需求。通过对钛合金的屈服强度进行分析调查,能够明显的发现,钛合金屈服强度从320MPa至590MPa之间490MPa的合金只有两种。而俄罗斯国家在合金等级上,除了490MPa的两种合金之外还存在强度为400MPa的铸造钛合金。另外除了钛合金材料的强

度等级之外,在尺寸和重量的研制上,相对于其他国家还有较多需要发展和改进的内容。例如对于俄罗斯来讲铸造的单件重量能够达到2.5吨,尺寸达到2.5米,厚度达到150毫米,但对于我国来讲铸造的单件重量无法超过800公斤,厚度也较薄。

四、钛合金材料在船舶行业的未来发展方向

钛合金材料本身密度小、强度高,具有较好的耐腐蚀性,另外还具备较多的优势和特点,因此钛合金材料目前被广泛的应用在船舶的制造当中。并且随着科学技术的不断发展,各种新型的制造材料不断的出现在目前的市场当中,给钛合金材料的发展带来了机遇,也带来了挑战。许多复合型材料合金材料被船舶制造行业认可和广泛的使用,提高了船舶制造的质量,也推动了该行业的发展与进步。

目前在船舶制造的过程当中,钛合金材料的使用存在一定的问题,如何有效地降低钛合金材料的成本,对设计过程进行合理化的优化,在保障整体制造质量的前提下,降低材料的成本投入,这是钛合金材料在船舶行业应用过程中首要解决的问题。其次对于船舶行业来讲,钛合金材料的应用技术水平还不够高,需要对技术进行更加系统化的研究与发展,不断提高技术的水平,提高铸件的焊接质量、控制铸件的焊接技术,为船舶行业的发展奠定良好的基础。

综上所述,通过对钛合金本身的性能特点进行分析研究,结合目前钛合金冶炼、应用过程中存在的难题进行分析研究后提出一定的建议,对船舶建造过程提供一定参考。相信在未来随着科学技术的不断发展和进步,钛合金的冶炼技术与制造工艺等方面的内容将会得到进一步的提高,钛合金材料也将在船舶行业当中得到更广泛的应用

参考文献:

[1]张文毓.增材制造技术的研究与应用[J].装备机械,2017,04:65-70.

[2]李琛,欧阳清.基于金属增材制造的船舶结构设计应用展望[J].兵器装备工程学报,2018,3901.

作者简介:陈志龙,男,河南洛阳,2016年6月毕业于上海海事大学,轮机工程,硕士研究生,助理工程师,从事船舶与海洋工程项目管理工作。

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