Anvendelse af titaniumlegeringsmaterialer på skibe

Titanium og titanlegeringsmaterialer er meget udbredt på skibe. Bortset fra skibstilbehør og kahytsfaciliteter kan alt større udstyr og dele bruge titanium og titanlegeringsmaterialer, såsom elektroniske informationssystemer, strømsystemer, hjælpesystemer, skrogstrukturer, fremdriftssystemer osv. Fremmede titanlegeringsmaterialer bruges hovedsageligt i skroget konstruktionsmaterialer, skibspumper, ventiler, rør og andet tilbehør, motordrevne enheder, varmevekslere, kondensatorer, kølere, fordampere, akustiske enheder osv.; indenlandske titanlegeringsmaterialer bruges hovedsageligt i undervandsfartøjer, motordrevne enheder, skibsbårne radarer, elektronisk udstyr, fastgørelsesanordninger osv.

1. Skal (trykmodstand)
Inden for skibe anvendes undervandsfartøjer og ubåde hovedsageligt til trykskaller af titanlegering. Titaniumlegeringer har karakteristika af høj specifik styrke, god korrosionsbestandighed og ikke-magnetiske egenskaber, hvilket gør dem til materialer af høj kvalitet til fremstilling af trykskaller af dybhavsudstyr.

Rusland er det første land, der bruger trykskaller af titanlegering på atomubåde, og det er også verdens førende inden for teknologi. Siden 1960'erne har Rusland (det tidligere Sovjetunionen) fremstillet en række ubåde af titanlegering. Først byggede Rusland atomubåden med krydsermissil af titanlegering nr. 661, som var en testbåd. Senere byggede Rusland successivt 7 "Alpha" klasse titanlegering ubåde, 1 "Mike" klasse ubåd, og 4 "Sierra" klasse ubåde. Disse atomubåde er alle angrebstyper, blandt hvilke "Alpha"-klassens titanlegering-ubåd bruger 3,000 tons titanlegering. Atomubåden "Typhoon"-klassen lavet af Rusland er den største ubåd i verden målt i volumen og tonnage, og dens titaniumforbrug når 9,000 tons.

På nuværende tidspunkt bruger Ruslands seneste generation af "Borey"-klasse atomubåde også trykskrog af titanlegering.

En anden vigtig anvendelse af trykskrog af titanlegering er dybhavsfartøjer. Den "Jiaolong" bemandede undervandsbåd er en bemandet undervandsbåd, der er udviklet uafhængigt af mit land, med en designet maksimal dykkerdybde på mere end 7,000 meter. Trykskroget på den "Jiaolong" bemandede undervandsbåd er lavet af titanlegering. På nuværende tidspunkt bruger de fleste af verdens største dybhavsbemandede undervandsfartøjer titanlegeringsmaterialer som forberedelsesmateriale til trykskroget. For eksempel er skalmaterialerne i dybhavsbemandede undervandsfartøjer som de amerikanske Alvin og NewAlvin, Kinas Jiaolong, Frankrigs Nautile og Japans Shinkai 6500 alle titanlegeringer [9]. Titaniumlegering er blevet det foretrukne materiale til den trykfaste skal af dybhavsfartøjer.

2. Kraftfremdrivningsanordning

På grund af påvirkningen fra havvand og havklima skal skibets propelmateriale have højere korrosionstræthedsstyrke og kavitationsmodstand. Sammenlignet med kobberlegeringer og stål har titanlegering fordele med hensyn til korrosionstræthedsstyrke og kavitationsbestandighed. På grund af titanlegeringens lave tæthed er massen af ​​propeller af titanlegering desuden mindre end andre almindeligt anvendte materialer, når der fremstilles propeller af samme størrelse. Derfor er køreeffektiviteten for skibe, der bruger titanlegeringspropeller, højere. Kombineret med titanlegeringspropellers høje korrosionstræthedsstyrke og kavitationsbestandighed, vil deres vedligeholdelse og pleje være lettere, hvilket forlænger propellens levetid. Titaniumlegering er et ideelt materiale til skibspropeller.

Rusland, Storbritannien og andre lande begyndte at forsøge at bruge titanlegeringspropeller på skibe allerede i 1960'erne. For eksempel bruger Rusland titanlegeringspropeller i sine "Alpha"-klasse og "Mike"-klasse atomubåde. USA har også brugt titanlegeringspropeller på mange skibe. For eksempel bruger den amerikanske flåde en aftagelig, aftagelig, superkaviterende propel af titaniumlegering med en diameter på 812,8 mm i sin 50t forskningsubådsjager. "Asheville" højhastigheds kanonbåden bruger en fire-blads variabel pitch titanium legering propel. Den store amerikanske militære hydrofoil "Plainview" bruger en firebladet, aftagelig, superkaviterende titanlegeringspropel lavet af Ti-6Al-4V-materiale med en diameter på 1,52m. mit land har også med succes udviklet en række titaniumlegeringspropeller og med succes brugt dem på mange skibe. For eksempel blev Ti-5Al-2.5Sn og Ti-6Al-4V titaniumlegering hydrofoilpropeller udviklet med succes i 1972 og er hidtil blevet brugt på mange skibe . Års brug har vist, at titanlegeringspropeller har stærk korrosionsbestandighed, og deres levetid er tre gange så lang som traditionelle kobberlegeringspropeller.

Ud over skibspropeller anvendes titanlegeringsmaterialer også i skibsmotorer. For eksempel bruger de atomdrevne isbrydere fremstillet i Rusland dampmaskiner, der indeholder titanlegeringsmaterialer. Brugen af ​​fremdriftsanordninger af titaniumlegering kan forhindre skibe i at blive påvirket af store inducerede strømme, der genereres ved at skære jordens magnetiske linjer, når de sejler. Derudover bruger nogle skibes vandjetfremdrivningsenheder også titanlegeringsmaterialer, såsom US SES-100A-testbåd og Japans "PT-10"-torpedobåd. Deres vandstrålefremdrivningsanordninger bruger industriel ren titanium og titanlegering smedning, hvilket reducerer vægten af ​​enheden og forbedrer effektiviteten af ​​vandstrålefremdrivningsanordningen.

3. Pumper, ventiler, rør og deres tilbehør
Ruslands krav til driften af ​​skibsrørledningssystemer er, at strukturelle materialer skal garanteres at have en levetid på 8 til 9 år før den første dockreparation, og levetiden før systemet er fuldstændig udskiftet bør ikke være mindre end 15 år. Dette krav kan sikre, at alle niveauer af skibe kan tjene effektivt i 25 til 30 år. Skibe opererer til søs, så pumper, ventiler, rør og andet tilbehør på skibe står over for prøvelsen af ​​svære havmiljøer.

Russiske civile skibes rørsystemer bruger generelt M3C kobberrør og MH-5-1 kobberlegeringsrør i henhold til vandstrømmens hastighed, mens ventiler, pumper og varmevekslere bruger kobberlegeringer. Hvis skibets rør anvender kobberlegeringsmaterialer, kan de være blevet tæret og beskadiget i det andet år, hvilket gør det vanskeligt at opfylde ovennævnte brugskrav. For at opfylde brugskravene skal tykkelsen af ​​røret muligvis fortykkes, og rørets diameter skal samtidig udvides for at sikre vandgennemstrømningshastigheden. Vægten og omkostningerne ved skibets samlede rørsystem er steget.

Russiske krigsskibes pumper, ventiler, rør osv. bruger dog flere titanlegeringsmaterialer. Krigsskibe har været i drift i lang tid, og deres brugspraksis har bevist, at titanlegeringsrør, ventiler, pumper, varmevekslere og andre produkter har stærk modstand mod havvandskorrosion og har en lang levetid. Hvis alle titaniummaterialer bruges til at fremstille skibets vandindtagssystem, kan systemets levetid forlænges betydeligt, og brugssikkerheden kan forbedres.

Den amerikanske flåde bruger rørsystemer af titanlegering på skibe. Sammenlignet med traditionelle kobber-nikkel-legeringsrør har titanlegering stærk korrosionsbestandighed. Selv i højhastighedsstrømmende havvand (ved en strømningshastighed på 13m/s) vil det ikke blive vasket og korroderet af havvand. Det er særligt velegnet til rørledninger med bevægende havvand, høj flowhastighed og højt tryk som arbejdsmedium. Derfor, under betingelsen om at sikre den samme havvandsstrømningshastighed, gør den høje korrosionsbestandighed af titanlegering det muligt at designe rørledningen til at være tyndere, rørledningens diameter bliver mindre, pladsen optaget af skibet bliver mindre, fleksibiliteten af layout forbedres, og vedligeholdelsesomkostningerne reduceres også. Derudover er tætheden af ​​titanlegering lille, omkring halvdelen af ​​den for kobber-nikkel-legering, og kvaliteten af ​​rørledningen fremstillet af den er lille, hvilket reducerer det udstyr, der bruges til at hjælpe med at understøtte rørledningen. Skibets last reduceres og brændstofforbruget reduceres.

4. Send akustisk enhed
Titaniumlegeringsmaterialer kan også bruges til akustiske enheder på skibe, såsom ekkolodskupler, hydroakustiske transducerkomponenter, mikrofoner, telefondele osv. Sonar er det mest effektive udstyr for skibe til at detektere mål under vandet. mit land bruger for det meste rustfrit stål og fiberforstærket glasfiber, men sammenlignet med titanlegeringsmaterialer er lydgennemtrængeligheden og kollisionsbestandigheden relativt svag. Rusland har anvendt ekkolodskupler af titanlegering på Kursk-atomubåden, Minsk-hangarskibet, Kiev-hangarskibet osv., og den faktiske sonardetektionseffekt er god.