艦船用Ti80鈦鍛件

詳細描述

隨著艦船業的不斷發展及海洋開發的不斷擴大，對艦船用材料的要求也越來越高，不僅要求其具有優良的耐海水及海洋、大氣腐蝕的性能。而且還要有較高的強度、塑性、韌性和良好的焊接性能。鈦合金具有比強度高、耐海水腐蝕和無磁性等特點。是一種理想的海洋環境用金屬結構材料之一。其中，Ti80鈦合金是我國研制的一種鋁含量較高(5.5％～ 6.5％，質量分數)并含有β穩定元素Nb、Mo和中性元素Zr的近α鈦合金，其名義成分為Ti一6Al一3Nb一2Zr-1Mo，與Ti一6Al一4V(ELI)相比，綜合性能更優，Ti80鈦合金可制成鈦板、鈦棒、鈦鍛件和小型材等多種規格產品，被廣泛應用于潛艇和水中兵器的受力構件、螺栓、軸以及耐腐蝕殼體等。

Ti80鈦合金、Ti80鈦鍛件在艦船應用中具有很大的發展潛力，具體應用情況：

1、在艦船結構中的應用

鈦及鈦合金雖然屈服強度高，但在焊接時需要惰性氣體保護，成型難度大于鋼材。因此一般水面艦艇結構很少用鈦。鈦及鈦合金主要用于潛艇、深潛器等艦艇中，以應付同時對屈服強度、密度和耐腐蝕性能要求很高的場合。

我國于20世紀80年代研發了Ti80鈦合金，用于制造深潛器和潛艇的耐壓殼體，具有高強、高韌、耐蝕、可焊等優異性能，在抗拉強度880～925MPa、屈服強度785～885MPa的條件下，斷裂韌性和抗應力腐蝕能力明顯優于Ti6Al4VELI合金。20世紀90年代研發的Ti91鈦合金，屈服強度達到700MPa。

2、用于艦船冷卻器

由于鈦及鈦合金在海水中具有比其他合金更優異的耐蝕性能，且與常用的銅合金相比強度高、密度低，可通過減薄管壁厚度和增加海水流速來保證傳熱效率。在核潛艇等對設備安全運行可靠性有高要求的應用領域，鈦制換熱器的應用很受重視。

當前美國應用最廣泛的是工業純鈦，工業純鈦在天然水、海水和各種氯化物中具有特殊的抗應力腐蝕的能力。在海水流速為3～5m/s的淡化設備中，鈦換熱器的污堵系數僅為0.95～0.99。我國也成功研制出一些性能優異的鈦合金，如Ti31鈦合金，用于余熱排出冷卻器、管路等，工作環境為高溫海水或常溫高速海水，耐180℃高溫腐蝕。

3、用于艦船管路

船通海系統管路由于與海水直接接觸且大多布置于艙底，工作環境苛刻，腐蝕一直是制約其發揮最大效能的突出問題。我國20世紀70年代成功研制出TA5α型鈦合金（Ti-4Al-0.05B），強度較高，鑄態ZTiAl4的屈服強度不低于490MPa,可用于船舶輔助系統中的泵、閥制造。20世紀80年代研制的Ti75鈦合金，在綜合性能良好的前提下，強度提高50MPa,沖擊韌性和斷裂韌性分別為TA5的1.4倍和1.2倍，應力腐蝕斷裂韌性為TA5的2倍，且具有優良的冷、熱加工性能，鑄造性能和低雜質敏感性。Ti75鈦合金填補了國內730MPa船用鈦合金的空白，達到國際先進水平。用Ti75合金制作的往復式鹽水泵、舷側雙座雙球閥閥桿已獲正常使用。

4、用于艦船螺旋槳

鈦合金強度高、質量輕、抗空泡剝蝕和耐疲勞性能優異，是制造螺旋槳的理想材料。用ZTi6Al4V制成的螺旋槳壽命是銅合金螺旋槳的3倍。我國于20世紀60年代后期開始ZTi6Al4V合金的研究工作，70年代成功將其應用于水翼艇螺旋槳，經20年實艇驗證，性能良好。

此外，我國研制的焊接性能更好、韌性更高、抗空泡剝蝕性能更優的高強鑄鈦合金已獲成功，目前已用于某水翼快艇螺旋槳的制造。