鈦的應(yīng)用--(三)鈦在船艦上的應(yīng)用
綜合性能優(yōu)異的聲納導(dǎo)流罩
在前蘇聯(lián)-俄羅斯,過去生產(chǎn)的艦船納聲流罩是用玻璃鋼(FRP)制造的,后來大多改用鈦合金,使用證明:鈦合金聲納導(dǎo)流罩具有優(yōu)秀的綜合性能,它們生產(chǎn)的“庫爾斯克”號(hào)聲納系統(tǒng)是用鈦合制造的。中國(guó)采購的K877艇、K636艇、956艇、“遼寧”航母等的聲納導(dǎo)流罩全是鈦合金制的。中國(guó)早些年建造的艦艇聲納導(dǎo)流罩根據(jù)水下、水面應(yīng)用的要求不同,有的用不銹鋼制造,有的用玻璃鋼制造,“九五”期間對(duì)鈦合金導(dǎo)流罩作了深入的全面研究,取得了豐碩的成果,現(xiàn)在逐步改用鈦合金的。鈦螺旋漿壽命比銅合金的長(zhǎng)5倍余
艦船螺旋漿對(duì)材料的要求是:強(qiáng)度高,對(duì)海水的有強(qiáng)的抗疲勞性能,耐沖刷和空泡腐蝕。就現(xiàn)有的材料來說,鈦合金是能滿足這些要求的首選材料。美國(guó)海軍率先在水翼艇上使用直徑為1500mm、四葉可拆式超空泡鈦合金螺旋漿。1972年中國(guó)研制成水翼快艇鈦合金螺旋漿,至2014年估計(jì)已生產(chǎn)直徑450mm~1500mm的各種這種漿約800件,質(zhì)量最大的超過160kg。不過長(zhǎng)期使用與運(yùn)轉(zhuǎn)表明,鈦合金螺旋漿及其軸在制造成本方面的優(yōu)勢(shì)還未充分顯現(xiàn)出來,所以鈦合金螺旋漿的應(yīng)用還未達(dá)到普遍實(shí)用化階段,有待進(jìn)一步研發(fā)與推廣。在鈦螺旋漿類部件中還包括船舵與軸承座等。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣冷卻管及消聲器
在中型快艇中,發(fā)動(dòng)機(jī)排放的氣體溫度高達(dá)500℃,通過船內(nèi)的管道從船尾排氣,一方面需向管內(nèi)(雙重冷卻管)通以冷卻海水,使廢氣降溫,另方面要裝設(shè)消聲器(Silencer),使排氣噪聲降到60dB以下,鈦材是制造消聲器的良好材料:在高溫下的耐久性比鋁合金的強(qiáng)和長(zhǎng),密度比不銹的低,還有良好的消聲效果。
日本消聲裝置中的變頻器(混合器minxing)大都已全部換成鈦制的,選用鈦材制造混合器的理由是:高溫端的溫度高達(dá)500℃,要求材料有良好的高溫持久強(qiáng)度;低溫端的溫度雖不高,在100℃左右,但是與海水接觸,需要有高的抗腐蝕性能。當(dāng)前中型高速艦船的變頻裝置大都是鋁制的,但鋁的高溫性能不好,易在焊縫部位及熱影響區(qū)開裂,低溫端易受海水腐蝕;如用不銹鋼制造,焊接部分會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。它們的使用期限為5a~10a,期間需進(jìn)行多次維修。
鈦比鋁的強(qiáng)度高,在等強(qiáng)度時(shí),用的鈦材厚度比鋁板的薄得多,比不銹鋼的薄40%左右。另外,在成品價(jià)格方面,鈦制品的價(jià)格為鋁制品及不銹鋼制品的2倍左右。如果考慮維修費(fèi)用及更換新零部的費(fèi)用,采用鈦制零部件無疑要合算得多。日本海上保安廳2002年提出,艦船上的海水與排放廢氣混合裝置一律改用鈦材制造。
艦船上的泵、閥、配管如發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水及消防海水的管道系統(tǒng)工作條件非常惡劣,過去都是用銅制造的,也有用內(nèi)涂防腐層鋼管與不銹鋼管制造的,但它們的服役期限都不長(zhǎng),只有2a~5a,如果改用鈦泵、鈦閥、鈦管路則壽命長(zhǎng)達(dá)25a~30a,不但總的費(fèi)用大大下降,而且在運(yùn)行期間安全可靠,不會(huì)發(fā)生腐蝕、泄漏及其他安全方面的事故。 前蘇聯(lián)-俄羅斯的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,鈦管路壽命為3個(gè)年限:第一個(gè)年限為8a~9a,下水到首次進(jìn)塢維修;第二次服役壽命應(yīng)不短于15a;第三次為5a~10a。要求所用等級(jí)艦船應(yīng)于25a~30a期間可靠運(yùn)行。當(dāng)前在所有的結(jié)構(gòu)材料中只有鈦及鈦合金能滿這一要求,也是在方面性價(jià)比最高的材料。