舰船用Ti80钛锻件

详细描述

随着舰船业的不断发展及海洋开发的不断扩大，对舰船用材料的要求也越来越高，不仅要求其具有优良的耐海水及海洋、大气腐蚀的性能。而且还要有较高的强度、塑性、韧性和良好的焊接性能。钛合金具有比强度高、耐海水腐蚀和无磁性等特点。是一种理想的海洋环境用金属结构材料之一。其中，Ti80钛合金是我国研制的一种铝含量较高(5.5％～ 6.5％，质量分数)并含有β稳定元素Nb、Mo和中性元素Zr的近α钛合金，其名义成分为Ti一6Al一3Nb一2Zr-1Mo，与Ti一6Al一4V(ELI)相比，综合性能更优，Ti80钛合金可制成钛板、钛棒、钛锻件和小型材等多种规格产品，被广泛应用于潜艇和水中兵器的受力构件、螺栓、轴以及耐腐蚀壳体等。

Ti80钛合金、Ti80钛锻件在舰船应用中具有很大的发展潜力，具体应用情况：

1、在舰船结构中的应用

钛及钛合金虽然屈服强度高，但在焊接时需要惰性气体保护，成型难度大于钢材。因此一般水面舰艇结构很少用钛。钛及钛合金主要用于潜艇、深潜器等舰艇中，以应付同时对屈服强度、密度和耐腐蚀性能要求很高的场合。

我国于20世纪80年代研发了Ti80钛合金，用于制造深潜器和潜艇的耐压壳体，具有高强、高韧、耐蚀、可焊等优异性能，在抗拉强度880～925MPa、屈服强度785～885MPa的条件下，断裂韧性和抗应力腐蚀能力明显优于Ti6Al4VELI合金。20世纪90年代研发的Ti91钛合金，屈服强度达到700MPa。

2、用于舰船冷却器

由于钛及钛合金在海水中具有比其他合金更优异的耐蚀性能，且与常用的铜合金相比强度高、密度低，可通过减薄管壁厚度和增加海水流速来保证传热效率。在核潜艇等对设备安全运行可靠性有高要求的应用领域，钛制换热器的应用很受重视。

当前美国应用最广泛的是工业纯钛，工业纯钛在天然水、海水和各种氯化物中具有特殊的抗应力腐蚀的能力。在海水流速为3～5m/s的淡化设备中，钛换热器的污堵系数仅为0.95～0.99。我国也成功研制出一些性能优异的钛合金，如Ti31钛合金，用于余热排出冷却器、管路等，工作环境为高温海水或常温高速海水，耐180℃高温腐蚀。

3、用于舰船管路

船通海系统管路由于与海水直接接触且大多布置于舱底，工作环境苛刻，腐蚀一直是制约其发挥最大效能的突出问题。我国20世纪70年代成功研制出TA5α型钛合金（Ti-4Al-0.05B），强度较高，铸态ZTiAl4的屈服强度不低于490MPa,可用于船舶辅助系统中的泵、阀制造。20世纪80年代研制的Ti75钛合金，在综合性能良好的前提下，强度提高50MPa,冲击韧性和断裂韧性分别为TA5的1.4倍和1.2倍，应力腐蚀断裂韧性为TA5的2倍，且具有优良的冷、热加工性能，铸造性能和低杂质敏感性。Ti75钛合金填补了国内730MPa船用钛合金的空白，达到国际先进水平。用Ti75合金制作的往复式盐水泵、舷侧双座双球阀阀杆已获正常使用。

4、用于舰船螺旋桨

钛合金强度高、质量轻、抗空泡剥蚀和耐疲劳性能优异，是制造螺旋桨的理想材料。用ZTi6Al4V制成的螺旋桨寿命是铜合金螺旋桨的3倍。我国于20世纪60年代后期开始ZTi6Al4V合金的研究工作，70年代成功将其应用于水翼艇螺旋桨，经20年实艇验证，性能良好。

此外，我国研制的焊接性能更好、韧性更高、抗空泡剥蚀性能更优的高强铸钛合金已获成功，目前已用于某水翼快艇螺旋桨的制造。