亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        淺析鈦及鈦合金在海洋裝備上的應(yīng)用

        2021-10-20 01:04:16供稿海敏娜黃帆王永梅
        金屬世界 2021年5期
        關(guān)鍵詞:體系

        供稿|海敏娜,黃帆,王永梅 /

        作者單位:寶雞鈦業(yè)股份有限公司,陜西 寶雞 721013

        鈦具有質(zhì)輕、比強(qiáng)度高、抗沖擊性高、耐海水腐蝕性能優(yōu)異、斷裂韌性好、疲勞強(qiáng)度高、焊接性能好、無磁、透聲性好、耐冷熱性優(yōu)異、抗放射性、減震抗噪等一系列優(yōu)點(diǎn)[1-10],被譽(yù)為“海洋金屬”,是一種理想的、具前景的海洋工程裝備用結(jié)構(gòu)材料。

        鈦在海洋工程裝備領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛,如船體結(jié)構(gòu)件、潛艇和深潛器的耐壓殼體、管件、閥及附件等,動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置中的推進(jìn)器和推進(jìn)器軸,冷凝器、冷卻器、換熱器等,艦船聲吶導(dǎo)流罩、螺旋槳等[2-7]。但目前國內(nèi)仍未見有關(guān)海洋工程裝備用鈦材的選材手冊的報(bào)道,未見有關(guān)完善的海洋工程裝備用鈦及鈦合金使用評價(jià)體系的報(bào)道,這在很大程度上制約了鈦材在海洋工程裝備上的推廣使用。

        本文在介紹鈦及鈦合金在海洋裝備領(lǐng)域應(yīng)用特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,總結(jié)了目前國內(nèi)外形成的艦船用鈦及鈦合金體系和性能特征,論述了國內(nèi)外鈦及鈦合金在海洋裝備領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀及優(yōu)勢,展望了鈦材在海洋裝備的應(yīng)用前景,以期對后續(xù)海洋工程裝備設(shè)計(jì)選材提供參考,從而大幅度加速推動(dòng)鈦材在我國海洋裝備領(lǐng)域的應(yīng)用。

        海洋工程裝備用鈦

        為確保海洋裝備的戰(zhàn)技性能和航行的絕對安全可靠性,選擇合適的裝備材料至關(guān)重要。

        鈦及鈦合金幾乎具備海洋裝備材料所需的全部特性,即鈦及鈦合金的諸多優(yōu)點(diǎn)。

        物理特性

        ①質(zhì)輕。鈦密度為4.5 g/cm3,僅為鋼的57.7%,在艦船領(lǐng)域應(yīng)用可減輕船體質(zhì)量、增加載重、提高航速;②熱膨脹系數(shù)低,焊接應(yīng)力小,從而使部件焊接變形量??;③無磁性,在強(qiáng)磁場下也不會(huì)磁化,并可防電磁干擾,使裝磁引信的水雷或魚雷失效,避免磁性雷的攻擊,從而提高水下潛艇的隱身技術(shù)水平和反偵察能力;④導(dǎo)熱率與熱傳遞速率匹配良好,是理想的熱交換器材料;⑤透聲性好,鈦材透聲系數(shù)大于0.85,甚至高達(dá)0.98,是艦船聲吶導(dǎo)流罩最理想選材;⑥加工性良好,可通過多種加工方式如鑄造、軋制、鍛造、擠壓等生產(chǎn)鑄件、板材、絲材、型材、鍛件、復(fù)雜的零部件等。

        力學(xué)性能

        鈦及鈦合金力學(xué)性能優(yōu)異,其比強(qiáng)度高、塑性好,在-253~600 ℃范圍內(nèi),它的屈強(qiáng)比和比強(qiáng)度在海洋裝備用金屬材料中最高;沖擊韌性良好,在-60~20 ℃范圍內(nèi),無明顯韌-脆轉(zhuǎn)變點(diǎn);斷裂韌性較高,在80~110 MPa·m1/2之間[2-3]。疲勞強(qiáng)度高,鈦材低應(yīng)力高周疲勞均在107周次以上。

        腐蝕性能

        鈦在海洋環(huán)境介質(zhì)中具有優(yōu)異耐腐蝕性能。由于鈦和氧親和力極高,在空氣或氧介質(zhì)中,鈦材表面極易快速形成一層薄、致密、堅(jiān)固的氧化膜。鈦的氧化膜具有很強(qiáng)的自愈性,當(dāng)氧化膜受到破壞或劃傷后,也會(huì)很快自愈或再生,形成新的氧化膜。這層氧化膜可使鈦材幾乎不被自然海水腐蝕。

        國內(nèi)外艦船用鈦材體系

        鈦材是一種優(yōu)良的艦船材料,得到了各國海軍和造船業(yè)的青睞。近五十年來,俄羅斯、美國、中國和日本等先后都建立了適用于自己的艦船用鈦及鈦合金體系。

        國外艦船用鈦材體系

        俄羅斯、美國是最早研究艦船用鈦及鈦合金的國家,并各自形成艦船用鈦及鈦合金體系,日本相對較晚,艦船用鈦材體系較簡單。俄、美、日各國常見的艦船用鈦及鈦合金牌號(hào)及屈服強(qiáng)度σ0.2按低、中、高強(qiáng)度級別劃分見表1[1-3,6-10]。

        表1 俄羅斯、美國、日本常見艦船用鈦及鈦合金牌號(hào)及屈服強(qiáng)度[1-3,6-10]

        俄羅斯艦船用鈦及鈦合金研究及應(yīng)用水平居世界前列,是最早擁有專用艦船用鈦合金體系的國家,如船體鈦合金ΠT-1M,船機(jī)用鈦合金ΠT-7M、3M、37,動(dòng)力工程用鈦合金ΠT-3B、40、5B、23a 等。幾十年來,俄羅斯在核潛艇、常規(guī)潛艇、水面艦艇、航空母艦、深潛器等艦船領(lǐng)域都大量采用了鈦材。

        美國海軍自1963 年開始對艦船用鈦材進(jìn)行大量的工程應(yīng)用研究,主要的船用鈦及鈦合金有純鈦、Ti-6Al-4V、Ti-6Al-4VELI、Ti-0.3Mo-0.8Ni、Ti-3Al-2.5V、Ti-5Al-1Zr-1Sn-1V-0.8Mo-0.1Si、Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo、Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr 等,現(xiàn)已成功將鈦材應(yīng)用于各種水面艦艇、動(dòng)力潛艇、民船等。

        日本的船用鈦及鈦合金主要有純鈦、Ti-6Al-4V、Ti-6Al-4VELI,集中應(yīng)用于深潛器耐壓殼體、民用漁船、游船等。

        國內(nèi)艦船用鈦材體系

        國內(nèi)艦船用鈦材的研究始于1962 年,五十多年來,我國從研發(fā)到應(yīng)用已逐漸形成了較完整的艦船用鈦及鈦合金體系[1-3,6-9],其屈服強(qiáng)度在320~1130 MPa 之間。業(yè)界通常按材料屈服強(qiáng)度大小對其分類,即屈服強(qiáng)度在500 MPa 以下為低強(qiáng)鈦合金,500~790 MPa 為中強(qiáng)鈦合金,高于790 MPa 為高強(qiáng)鈦合金。上述強(qiáng)度級別材料基本可滿足國內(nèi)艦船、潛艇、深潛器及深海空間站用結(jié)構(gòu)材料的指標(biāo)要求?,F(xiàn)階段我國已制定了艦船用鈦及鈦合金板材、棒材、鍛件、無縫管材及鑄件的相關(guān)規(guī)范,具體艦船用鈦及鈦合金體系、性能、應(yīng)用及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)號(hào)見表2。

        表2 我國艦船用鈦及鈦合金體系、性能及應(yīng)用[1-3,6-9]

        與俄羅斯、美國相比,中國艦船用鈦及鈦合金體系還不夠完善,且應(yīng)用數(shù)據(jù)較少,無準(zhǔn)確、高效的艦船用鈦材的評價(jià)體系。

        鈦材在海洋裝備上的應(yīng)用現(xiàn)狀及優(yōu)勢

        鈦材是海洋環(huán)境中最理想的材料,使用鈦材可使海軍艦船及裝備大大提高戰(zhàn)斗力、降低維護(hù)成本、延長使用壽命、提高隱蔽性[1,10]。俄、美、中國海軍已將鈦材廣泛應(yīng)用于深潛器、水下潛艇、水面艦艇、艦船等裝備的耐壓殼體、海水管路系統(tǒng)、上層建筑及其他部件等[9-11]。

        耐壓殼體

        國內(nèi)外選用鈦材作為耐壓殼體的實(shí)例較多,主要用于深潛器載人球殼、潛艇殼體[11],具體典型應(yīng)用所選用鈦材的牌號(hào)及拉伸性能見表3。

        表3 國內(nèi)外載人球艙和潛艇耐壓殼體材質(zhì)、制備工藝及材料性能

        國內(nèi)外深潛器載人球殼選用鈦材牌號(hào)主要有Ti-6Al-4V、Ti-6Al-4VELI(對應(yīng)國內(nèi)牌號(hào)TC4、TC4ELI)。很多深潛器載人球殼前期選用鋼材,但后期都采用鈦材替代,既可以減輕重量,增加下潛深度,又可以提高使用壽命。例如:①美國Alvin 深潛器,1964 年建造時(shí)采用的是HYl00 高強(qiáng)鋼(板厚33.8 mm),下潛深度為2000 m,1973 年改建時(shí)將耐壓殼體換成鈦合金(板厚49 mm),下潛深度增加到3600 m,其輔助箱及高壓氣器也采用Ti-6Al-4VELI;②日本的“深海2000”載人球殼采用鋼材制備,后續(xù)在建造“深海6500”時(shí)選用鈦材制備載人球殼以增加下潛深度。

        在潛艇耐壓殼體應(yīng)用方面,俄羅斯最早選用鈦材,是目前世界上使用鈦材制造耐壓殼體技術(shù)最先進(jìn)最成熟的國家,其全鈦核潛艇制造選用的惟一的鈦材牌號(hào)為IIT-3B 鈦合金(對應(yīng)國內(nèi)牌號(hào)TA17)。近年來,國內(nèi)在建造潛艇時(shí)也更青睞于選用鈦材,牌號(hào)主要集中于TA17、TC4、TC4ELI、TC11、純鈦等。

        除此之外,目前許多國家都正在建造大深度載人潛水器和大深度全鈦武器裝備。國內(nèi)建造的“奮斗者”號(hào)全海深載人潛水器已于2020 年11 月10 日成功挑戰(zhàn)全球海洋最深處——馬里亞納海溝,深度達(dá)10909 m,實(shí)現(xiàn)了中國人的深海夢,該深潛器的載人球殼材料為高強(qiáng)高韌損傷容限型鈦合金,由寶鈦股份制造;國內(nèi)已開始建造全鈦的大深度裝備。

        海水管路系統(tǒng)

        海水管路系統(tǒng)復(fù)雜、通徑規(guī)格多,所選材料要求具有耐海水腐蝕、強(qiáng)度高、疲勞性能好等特點(diǎn),鈦材均可滿足,采用鈦合金制造的管道較傳統(tǒng)材料(碳鋼、不銹鋼、銅合金)優(yōu)勢顯著[1,9-10]。

        (1)提高服役壽命,與艦船本體同壽命。俄羅斯對比研究了傳統(tǒng)材料和鈦材制造的管道系統(tǒng)服役壽命。結(jié)果表明,鈦材與艦船同壽命,只需投入一次,且在使用過程中僅需簡單維護(hù)即可;傳統(tǒng)材料服役期限約2~10 a,服役期內(nèi)必須定期維修,甚至更換,尤其是在高速推動(dòng)環(huán)境作用下,各種接頭均會(huì)產(chǎn)生局部腐蝕。美國海軍艦船應(yīng)用數(shù)據(jù)顯示,鈦制管系壽命為40 a,銅鎳合金管系壽命只有6~8 a。國內(nèi)開展了采用“鈦合金”替代“銅合金”制造海水管路系統(tǒng)的驗(yàn)證考核試驗(yàn),寶鈦提供的TA2 鈦無縫管材、配套管件和鈦法蘭在整套試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行近3 a 后,拆解檢驗(yàn)管路及配套材料,均未發(fā)現(xiàn)有裂紋、孔洞和腐蝕等異常情況。

        (2)降低成本。采用鈦合金部件,雖一次投入成本較高,但一次投入即可滿足全壽命使用,使用過程中僅需簡單維護(hù)保養(yǎng),大量節(jié)省維修和維護(hù)費(fèi)用。美海軍艦船熱交換器用的銅鎳合金管每年大約需更換97 km,而在LPD17 兩棲船塢運(yùn)輸艦的2 個(gè)主海水配管系統(tǒng)上選用了Gr.2 純鈦管材,約1000 多個(gè)管件,總長度3350 m 以上,全壽命期節(jié)省成本達(dá)1700 萬美元。

        綜上所述,鈦材在管路系統(tǒng)的使用,既可以減重、又可以實(shí)現(xiàn)與本體同壽命,同時(shí),降低成本。近幾年,國內(nèi)已在022 艇等多型號(hào)海洋裝備上批量應(yīng)用。

        上層建筑

        目前,在國內(nèi)艦船上層建筑中也已有鈦材應(yīng)用實(shí)例,如:桅桿用Ti70(TA23)、雷達(dá)天線用TA5 和TA7 棒材、機(jī)庫蒙皮和框架結(jié)構(gòu)用TA2 和TA5 板材。

        美海軍在LPD17 兩棲船塢運(yùn)輸艦的關(guān)鍵部位上層建筑區(qū)也大量使用了鈦,使其質(zhì)量減輕約50%,大大提高了該艦的穩(wěn)定性[10]。

        其他領(lǐng)域應(yīng)用

        除上述耐壓殼體、管路系統(tǒng)和上層建筑大量用鈦材外,國內(nèi)外海洋裝備上還有其他部件也有用鈦,應(yīng)用實(shí)例見表4。

        表4 國內(nèi)外海洋裝備其他部件用常見鈦材

        結(jié)束語

        鈦合金不僅使海洋裝備實(shí)現(xiàn)向“深、大、遠(yuǎn)、高、低”的方向發(fā)展,也可完全實(shí)現(xiàn)與海洋裝備本體同壽命,是海洋裝備的最佳選材[11-14]。目前,我國對鈦材在海洋裝備上的應(yīng)用也越來越重視,用鈦量也在不斷的增加。深海耐壓殼體、海水管路、氣瓶、上層建筑、框架等將成為海洋用鈦的重點(diǎn)發(fā)展方向。

        現(xiàn)階段國內(nèi)外鈦材在船舶領(lǐng)域應(yīng)用實(shí)例較多,但相關(guān)規(guī)范中材料體系并不完善。希望相關(guān)單位組織討論并完善現(xiàn)行“鈦制壓力容器”、“材料與焊接”等相關(guān)規(guī)范中的材料體系,以便于設(shè)計(jì)人員參考。

        猜你喜歡
        體系
        TODGA-TBP-OK體系對Sr、Ba、Eu的萃取/反萃行為研究
        “三個(gè)體系”助力交通安全百日攻堅(jiān)戰(zhàn)
        杭州(2020年23期)2021-01-11 00:54:42
        構(gòu)建體系,舉一反三
        探索自由貿(mào)易賬戶體系創(chuàng)新應(yīng)用
        中國外匯(2019年17期)2019-11-16 09:31:14
        常熟:構(gòu)建新型分級診療體系
        如何建立長期有效的培訓(xùn)體系
        E-MA-GMA改善PC/PBT共混體系相容性的研究
        汽車零部件(2014年5期)2014-11-11 12:24:28
        “曲線運(yùn)動(dòng)”知識(shí)體系和方法指導(dǎo)
        加強(qiáng)立法工作 完善治理體系
        浙江人大(2014年1期)2014-03-20 16:19:53
        日本終身學(xué)習(xí)體系構(gòu)建的保障及其啟示
        亚洲女同性恋在线播放专区| av香港经典三级级 在线| 久久综合给合久久狠狠狠97色69| 久久精品性无码一区二区爱爱| 日韩精品有码中文字幕| 极品粉嫩小仙女高潮喷水网站| 性裸交a片一区二区三区| 屁屁影院一区二区三区| 国产精品成人一区二区三区| 中文字幕一区二区三区在线不卡| 国产一区二区在三区在线观看| 高清不卡av一区二区| 亚洲va韩国va欧美va| 丰满岳乱妇久久久| 国产在视频线精品视频二代| 在线不卡av一区二区| 日韩一区二区三区无码影院| 色偷偷av亚洲男人的天堂| 精品的一区二区三区| 一区二区高清视频免费在线观看| 国产美女精品视频线免费播放软件| 比比资源先锋影音网| 精品久久久无码不卡| 免费播放成人大片视频| 性xxxx18免费观看视频| 亚洲制服中文字幕第一区| 小13箩利洗澡无码免费视频| 精品女厕偷拍视频一区二区区| 亚洲综合成人婷婷五月网址| 欧美精品偷自拍另类在线观看| 亚洲AV专区一专区二专区三| 日本女u久久精品视频| 亚洲欧美综合精品成人网站| 少妇下面好紧好多水真爽播放| 欧美日韩中文制服有码| 在线精品亚洲一区二区三区 | 国产影院一区二区在线| 中文字幕国产精品一二三四五区 | 国产无套一区二区三区久久| 国产h视频在线观看| 精品国产福利在线观看网址2022|