艦船用鈦合金材料的特點(diǎn)及影響其發(fā)展的因素

對(duì)于船舶行業(yè)來(lái)講，艦船一般應(yīng)用在海洋環(huán)境當(dāng)中，因此在制作時(shí)對(duì)艦船材料有著較高的要求，需要艦船材料的強(qiáng)度、耐性、耐腐蝕性、加工性、可焊接性能夠滿足船舶的制造要求。正是由于鈦合金本身的性能能夠滿足船舶制造的要求，因此鈦合金被廣泛的應(yīng)用在艦船的制造當(dāng)中。但是由于鈦合金使用的成本較高，較難被冶煉，在應(yīng)用時(shí)還極易出現(xiàn)鈦合金失效問(wèn)題，對(duì)艦船的制造產(chǎn)生了一定的影響。下文主要對(duì)艦船鈦合金進(jìn)行分析研究，對(duì)于我國(guó)船舶行業(yè)的發(fā)展來(lái)講就非常重要的意義。

一、艦船使用鈦合金材料的特點(diǎn)

對(duì)于鈦合金材料來(lái)講，其本身具有較高的強(qiáng)度，能夠耐高溫、耐腐蝕，而且還具有透聲、無(wú)磁等特點(diǎn)。在艦船建造的過(guò)程當(dāng)中，由于應(yīng)用的部位不同，可以將鈦合金材料分為不同的種類(lèi)。例如可焊結(jié)構(gòu)鈦合金、動(dòng)力工程用鈦合金、耐熱鈦合金等等。結(jié)合不同種類(lèi)的鈦合金，分析鈦合金材料的特性。

①首先鈦合金具有較高的強(qiáng)度，可塑性較好。一般鈦合金的強(qiáng)度會(huì)高于鋼材的強(qiáng)度，塑性與鋼材相當(dāng)。②其次鈦合金具有較強(qiáng)的抗疲勞性和沖擊韌性。并且隨著溫度的不斷降低，材料不會(huì)出現(xiàn)明顯的脆性轉(zhuǎn)變點(diǎn)。③第三，鈦合金材料在海水當(dāng)中能夠被海水氧化，形成一層氧化膜，氧化膜能夠有效的保護(hù)鈦合金材料，被海水侵蝕，因此鈦合金材料又有較好的耐腐蝕性。④最后鈦合金本身無(wú)磁性，能夠抗核輻射，有較好的抗沖擊振動(dòng)的性能。

雖然鈦合金材料以及優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)被廣泛的應(yīng)用在船舶制造當(dāng)中，但實(shí)際鈦合金本身存在一定的缺點(diǎn)，也影響著鈦合金材料的應(yīng)用與發(fā)展。由于鈦合金材料本身的剛性較低，在船舶制造過(guò)程中冷成型的回彈數(shù)值較大，會(huì)給制造過(guò)程帶來(lái)一定難度。而且在焊接的過(guò)程當(dāng)中，400℃以上會(huì)產(chǎn)生焊接問(wèn)題，影響到焊接的質(zhì)量。

二、鈦合金材料在艦船上的應(yīng)用

我國(guó)早在20世紀(jì)60年代就在船舶行業(yè)當(dāng)中應(yīng)用了鈦合金材料也進(jìn)行了相關(guān)的研究。目前我國(guó)將鈦合金材料應(yīng)用在船舶行業(yè)的以下幾個(gè)方面。①首先深海潛水器的鈦制耐壓殼。由于鈦合金材料本身的抗腐蝕性和較高強(qiáng)度等性質(zhì)能夠滿足潛水器應(yīng)用的需求，因此在潛水器研制開(kāi)發(fā)的過(guò)程當(dāng)中，利用鈦合金材料進(jìn)行耐壓殼的制作。②其次，由于鈦合金綜合性能較強(qiáng)，因此被應(yīng)用于聲吶導(dǎo)流罩的制作當(dāng)中。如俄羅斯的“明斯克”、“基輔”等航空母艦都應(yīng)用了鈦合金進(jìn)行聲吶導(dǎo)流罩的制作。③第三，由于鈦合金材料具有較高的強(qiáng)度和抗疲勞性等特點(diǎn)，因此將該材料應(yīng)用于螺旋槳的制作中，如美國(guó)利用該材料制作了四葉可拆式鈦合金螺旋槳。④最后，在船舶應(yīng)用的過(guò)程當(dāng)中，艦船泵、閥門(mén)及管道等處，由于應(yīng)用環(huán)境和溫度的影響，一般材料的使用壽命只有5年左右，而鈦合金材料的使用使其使用壽命得到了延長(zhǎng)，因此該材料被廣泛的應(yīng)用于艦船泵、閥門(mén)管道等處的制造。

三、影響鈦合金發(fā)展應(yīng)用的因素

首先鈦合金本身的制造成本較高，高成本的投入，嚴(yán)重的影響著鈦合金在船舶行業(yè)當(dāng)中的應(yīng)用和發(fā)展。船舶行業(yè)在艦船建造的過(guò)程當(dāng)中，又需要大量的鈦合金材料。因此，在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程當(dāng)中，必須有效的降低鈦合金的成本投入，才能夠滿足船舶行業(yè)的制造需求，才能夠使鈦合金材料在船舶行業(yè)當(dāng)中得到進(jìn)一步的應(yīng)用和發(fā)展。

其次，對(duì)于我國(guó)鈦合金材料來(lái)講，需要提高材料強(qiáng)度等級(jí)的配套性，這樣才能夠滿足艦船制造的需求。通過(guò)對(duì)鈦合金的屈服強(qiáng)度進(jìn)行分析調(diào)查，能夠明顯的發(fā)現(xiàn)，鈦合金屈服強(qiáng)度從320MPa至590MPa之間490MPa的合金只有兩種。而俄羅斯國(guó)家在合金等級(jí)上，除了490MPa的兩種合金之外還存在強(qiáng)度為400MPa的鑄造鈦合金。另外除了鈦合金材料的強(qiáng)

度等級(jí)之外，在尺寸和重量的研制上，相對(duì)于其他國(guó)家還有較多需要發(fā)展和改進(jìn)的內(nèi)容。例如對(duì)于俄羅斯來(lái)講鑄造的單件重量能夠達(dá)到2.5噸，尺寸達(dá)到2.5米，厚度達(dá)到150毫米，但對(duì)于我國(guó)來(lái)講鑄造的單件重量無(wú)法超過(guò)800公斤，厚度也較薄。

四、鈦合金材料在船舶行業(yè)的未來(lái)發(fā)展方向

鈦合金材料本身密度小、強(qiáng)度高，具有較好的耐腐蝕性，另外還具備較多的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，因此鈦合金材料目前被廣泛的應(yīng)用在船舶的制造當(dāng)中。并且隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新型的制造材料不斷的出現(xiàn)在目前的市場(chǎng)當(dāng)中，給鈦合金材料的發(fā)展帶來(lái)了機(jī)遇，也帶來(lái)了挑戰(zhàn)。許多復(fù)合型材料合金材料被船舶制造行業(yè)認(rèn)可和廣泛的使用，提高了船舶制造的質(zhì)量，也推動(dòng)了該行業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步。

目前在船舶制造的過(guò)程當(dāng)中，鈦合金材料的使用存在一定的問(wèn)題，如何有效地降低鈦合金材料的成本，對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行合理化的優(yōu)化，在保障整體制造質(zhì)量的前提下，降低材料的成本投入，這是鈦合金材料在船舶行業(yè)應(yīng)用過(guò)程中首要解決的問(wèn)題。其次對(duì)于船舶行業(yè)來(lái)講，鈦合金材料的應(yīng)用技術(shù)水平還不夠高，需要對(duì)技術(shù)進(jìn)行更加系統(tǒng)化的研究與發(fā)展，不斷提高技術(shù)的水平，提高鑄件的焊接質(zhì)量、控制鑄件的焊接技術(shù)，為船舶行業(yè)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

綜上所述，通過(guò)對(duì)鈦合金本身的性能特點(diǎn)進(jìn)行分析研究，結(jié)合目前鈦合金冶煉、應(yīng)用過(guò)程中存在的難題進(jìn)行分析研究后提出一定的建議，對(duì)船舶建造過(guò)程提供一定參考。相信在未來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，鈦合金的冶煉技術(shù)與制造工藝等方面的內(nèi)容將會(huì)得到進(jìn)一步的提高，鈦合金材料也將在船舶行業(yè)當(dāng)中得到更廣泛的應(yīng)用

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作者簡(jiǎn)介：陳志龍，男，河南洛陽(yáng)，2016年6月畢業(yè)于上海海事大學(xué)，輪機(jī)工程，碩士研究生，助理工程師，從事船舶與海洋工程項(xiàng)目管理工作。