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我国自主研发的Ti62A钛合金新材料在全海深载人潜水器耐压壳体的建造中得到了全面应用

[ 信息发布:本站 | 发布时间:2021-08-03 | 浏览:31621 ]

2020年11月28日,“奋斗者”号全海深载人潜水器成功完成万米海试并胜利返航,在“奋斗者”号研制过程中,我国自主研发的Ti62A钛合金新材料在耐压壳体建造中得到了全面应用,相关科研院所在改良了传统钛合金设计加工方案、完善了其纤维结构后,解决了超强、高韧、大尺寸、超厚钛合金材料成形的均匀性、力学性能稳定性、可焊性等一系列难题,使新型钛合金综合性能得到大幅提升,为打造国之重器奠定坚实基础。



1.钛及钛合金船舶应用技术现状

钛合金具有质量轻、比强度高、耐海水腐蚀、无磁性等特点,在水面舰船及潜艇的耐压壳体、管路系统、声呐系统以及动力系统的建造中得到广泛应用。但由于造价成本较高,除去一些特殊功能结构或构件,钛合金材料在民船中应用较少。

①在潜艇及深潜器上的应用

钛合金制耐压壳体主要用在深海潜水器上,除了“奋斗者”号载人舱球壳使用的Ti62A外,比较典型的还包括美国Aivin号、Sea-Cliff号深潜器的壳体;法国SM97、日本“深海2000”号使用的Ti-6Al-4V-ELI合金。此外,我国设计的载人深潜器“蛟龙”号的耐压壳体也使用钛合金制造。

②在泵、阀及管系上的应用

由于温度和湿度的影响,船舶上泵、阀和管系通常使用的铜、不锈钢材料,寿命只有2-5年。而钛合金制造的各种管系等,使用寿命远超铜或不锈钢制品。经过近50年的研究,我国也独立研制出Ti31、Ti75、TiB19、Ti70、Ti80、TA5等一批具有自主知识产权的船舶管路系统用钛合金。

③在声呐系统上的应用

钛合金水声透声性能优良,在各种舰艇的声呐导流罩中使用钛及其合金,可以提高搜索、发现、跟踪能力。我国因军用或商用目的购置的K877艇、K636艇、956舰的声呐导流罩都是采用钛合金制造的。

④在动力装置上的应用

钛合金用于船舶动力装置的中热交换器、海水淡化器、冷却器、冷凝器以及类似设备,成为制造这些设备的最佳选材。此外,钛合金还在螺旋桨、喷水推进装置、舵等船用部件上得到了成功的应用。

2.钛及钛合金标准现状

国外发达国家对舰用钛合金的研究起步较早,俄罗斯和美国在这一研究领域处于世界领先水平。俄罗斯是世界上研制和使用舰用钛合金最早,使用范围最广、使用数量最多的国家,在30年使用经验和长期研发成果基础上,已经建立了包括пT-1M、пT-7M、OT4、2B、пT-3B、5B等强度级别包括490MPa级、585MPa级、700MPa级、835MPa级的舰用钛合金体系。虽然上述钛合金均建立了系列材料标准,但由于与我国舰用钛合金材料的合金成分不同,所以无法适用和指导我国舰船建造。美国舰用钛合金主要包括Gr2、Gr3、Gr5、Gr9、Gr23、Gr32等牌号,涵盖了275MPa-828MPa强度级别,均建立了系列材料标准。同样原因,由于与我国舰用钛合金材料的合金成分不同,所以美国舰用钛合金标准不能为我国直接采用。



我国现行的舰用钛合金标准主要包括船体结构用标准以及海水管路系统用标准。其中船体结构用钛合金标准主要为国家军用标准,包括钛及钛合金棒材、铸件、锻件、板材等。

海水管理系统中涉及的钛及钛合金产品包括管材、管件、阀门用铸件、法兰用板材或棒材等,涉及的主要标准见下表。

3.未来标准化工作建议

钛合金材料在船体结构、潜艇耐压壳体、声呐导流罩、管路系统等领域有广泛应用。随着舰船设计及其标准需求将会越来越广泛,主要体现在以下几个方面:

①随着我国海军作战使命的变化,建造大型水面舰船及实施远洋作战对海军装备的发展提出了更高的要求,比较典型的钛合金大结构如大型钛合金球鼻艏研究设计及相关标准编制工作。

②钛合金运用于水面舰船防护结构中也是其重要应用发展方向。钛合金具有强度高、耐高温、耐腐蚀等突出优点,但由于其屈服强度高,成形比较困难,故用普通成形方法来完成形状较为复杂的或精度较高的零件是比较困难。由此,以超塑成形技术为主要手段的钛合金加工工艺及其标准化研究将成为趋势。

③鉴于钛合金具有优良的综合性能,可开展全钛合金舰船的研究及相关标准化工作,通过研究、设计、建造全钛合金高速、超高速战斗舰艇(地效应舰艇等)、扫雷艇,为更大吨位钛合金舰船的设计、建造积累经验。

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