鈦合金因具有更高的比強度、更優(yōu)異的耐蝕性能而在艦船應用中呈現(xiàn)出較大的發(fā)展?jié)摿Α?
一、在艦船結(jié)構(gòu)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(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(fā)了Ti80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(yōu)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(yōu)于Ti6Al4VELI合金。20世紀90年代研發(fā)的Ti91鈦合金,屈服強度達到700MPa。
二、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用領(lǐng)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(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。
三、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70年代成功研制出TA5α型鈦合金(Ti-4Al-0.05B),強度較高,鑄態(tài)ZTiAl4的屈服強度不低于490MPa,可用于船舶輔助系統(tǒng)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(yōu)良的冷、熱加工性能,鑄造性能和低雜質(zhì)敏感性。Ti75鈦合金填補了國內(nèi)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(cè)雙座雙球閥閥桿已獲正常使用。
四、用于艦船螺旋槳。
鈦合金強度高、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(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)的高強鑄鈦合金已獲成功,目前已用于某水翼快艇螺旋槳的制造。
