艦船用Ti80鈦鍛件

詳細(xì)描述

隨著艦船業(yè)的不斷發(fā)展及海洋開發(fā)的不斷擴(kuò)大，對艦船用材料的要求也越來越高，不僅要求其具有優(yōu)良的耐海水及海洋、大氣腐蝕的性能。而且還要有較高的強(qiáng)度、塑性、韌性和良好的焊接性能。鈦合金具有比強(qiáng)度高、耐海水腐蝕和無磁性等特點。是一種理想的海洋環(huán)境用金屬結(jié)構(gòu)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(zhì)量分?jǐn)?shù))并含有β穩(wěn)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(yōu)，Ti80鈦合金可制成鈦板、鈦棒、鈦鍛件和小型材等多種規(guī)格產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用于潛艇和水中兵器的受力構(gòu)件、螺栓、軸以及耐腐蝕殼體等。

Ti80鈦合金、Ti80鈦鍛件在艦船應(yīng)用中具有很大的發(fā)展?jié)摿Γ唧w應(yīng)用情況：

1、在艦船結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

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

我國于20世紀(jì)80年代研發(fā)了Ti80鈦合金，用于制造深潛器和潛艇的耐壓殼體，具有高強(qiáng)、高韌、耐蝕、可焊等優(yōu)異性能，在抗拉強(qiáng)度880～925MPa、屈服強(qiáng)度785～885MPa的條件下，斷裂韌性和抗應(yīng)力腐蝕能力明顯優(yōu)于Ti6Al4VELI合金。20世紀(jì)90年代研發(fā)的Ti91鈦合金，屈服強(qiáng)度達(dá)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(yōu)異的耐蝕性能，且與常用的銅合金相比強(qiáng)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(shè)備安全運行可靠性有高要求的應(yīng)用領(lǐng)域，鈦制換熱器的應(yīng)用很受重視。

當(dāng)前美國應(yīng)用最廣泛的是工業(yè)純鈦，工業(yè)純鈦在天然水、海水和各種氯化物中具有特殊的抗應(yīng)力腐蝕的能力。在海水流速為3～5m/s的淡化設(shè)備中，鈦換熱器的污堵系數(shù)僅為0.95～0.99。我國也成功研制出一些性能優(yōu)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(huán)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(tǒng)管路由于與海水直接接觸且大多布置于艙底，工作環(huán)境苛刻，腐蝕一直是制約其發(fā)揮最大效能的突出問題。我國20世紀(jì)70年代成功研制出TA5α型鈦合金（Ti-4Al-0.05B），強(qiáng)度較高，鑄態(tài)ZTiAl4的屈服強(qiáng)度不低于490MPa,可用于船舶輔助系統(tǒng)中的泵、閥制造。20世紀(jì)80年代研制的Ti75鈦合金，在綜合性能良好的前提下，強(qiáng)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(yīng)力腐蝕斷裂韌性為TA5的2倍，且具有優(yōu)良的冷、熱加工性能，鑄造性能和低雜質(zhì)敏感性。Ti75鈦合金填補(bǔ)了國內(nèi)730MPa船用鈦合金的空白，達(dá)到國際先進(jìn)水平。用Ti75合金制作的往復(fù)式鹽水泵、舷側(cè)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(qiáng)度高、質(zhì)量輕、抗空泡剝蝕和耐疲勞性能優(yōu)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(jì)60年代后期開始ZTi6Al4V合金的研究工作，70年代成功將其應(yīng)用于水翼艇螺旋槳，經(jīng)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(yōu)的高強(qiáng)鑄鈦合金已獲成功，目前已用于某水翼快艇螺旋槳的制造。