艦船用鈦合金材料的特點及影響其發(fā)展的因素

對于船舶行業(yè)來講，艦船一般應(yīng)用在海洋環(huán)境當(dāng)中，因此在制作時對艦船材料有著較高的要求，需要艦船材料的強度、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)用時還極易出現(xiàn)鈦合金失效問題，對艦船的制造產(chǎn)生了一定的影響。下文主要對艦船鈦合金進行分析研究，對于我國船舶行業(yè)的發(fā)展來講就非常重要的意義。

一、艦船使用鈦合金材料的特點

對于鈦合金材料來講，其本身具有較高的強度，能夠耐高溫、耐腐蝕，而且還具有透聲、無磁等特點。在艦船建造的過程當(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。例如可焊結(jié)構(gòu)鈦合金、動力工程用鈦合金、耐熱鈦合金等等。結(jié)合不同種類的鈦合金，分析鈦合金材料的特性。

①首先鈦合金具有較高的強度，可塑性較好。一般鈦合金的強度會高于鋼材的強度，塑性與鋼材相當(dāng)。②其次鈦合金具有較強的抗疲勞性和沖擊韌性。并且隨著溫度的不斷降低，材料不會出現(xiàn)明顯的脆性轉(zhuǎn)變點。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最后鈦合金本身無磁性，能夠抗核輻射，有較好的抗沖擊振動的性能。

雖然鈦合金材料以及優(yōu)勢特點被廣泛的應(yīng)用在船舶制造當(dāng)中，但實際鈦合金本身存在一定的缺點，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，在船舶制造過程中冷成型的回彈數(shù)值較大，會給制造過程帶來一定難度。而且在焊接的過程當(dāng)中，400℃以上會產(chǎn)生焊接問題，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行了相關(guān)的研究。目前我國將鈦合金材料應(yīng)用在船舶行業(yè)的以下幾個方面。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發(fā)的過程當(dāng)中，利用鈦合金材料進行耐壓殼的制作。②其次，由于鈦合金綜合性能較強，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度和抗疲勞性等特點，因此將該材料應(yīng)用于螺旋槳的制作中，如美國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)用的過程當(dāng)中，艦船泵、閥門及管道等處，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，因此該材料被廣泛的應(yīng)用于艦船泵、閥門管道等處的制造。

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)在艦船建造的過程當(dāng)中，又需要大量的鈦合金材料。因此，在未來的發(fā)展過程當(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)中得到進一步的應(yīng)用和發(fā)展。

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

度等級之外，在尺寸和重量的研制上，相對于其他國家還有較多需要發(fā)展和改進的內(nèi)容。例如對于俄羅斯來講鑄造的單件重量能夠達到2.5噸，尺寸達到2.5米，厚度達到150毫米，但對于我國來講鑄造的單件重量無法超過800公斤，厚度也較薄。

四、鈦合金材料在船舶行業(yè)的未來發(fā)展方向

鈦合金材料本身密度小、強度高，具有較好的耐腐蝕性，另外還具備較多的優(yōu)勢和特點，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)在目前的市場當(dāng)中，給鈦合金材料的發(fā)展帶來了機遇，也帶來了挑戰(zhàn)。許多復(fù)合型材料合金材料被船舶制造行業(yè)認可和廣泛的使用，提高了船舶制造的質(zhì)量，也推動了該行業(yè)的發(fā)展與進步。

目前在船舶制造的過程當(dāng)中，鈦合金材料的使用存在一定的問題，如何有效地降低鈦合金材料的成本，對設(shè)計過程進行合理化的優(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)用過程中首要解決的問題。其次對于船舶行業(yè)來講，鈦合金材料的應(yīng)用技術(shù)水平還不夠高，需要對技術(shù)進行更加系統(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，通過對鈦合金本身的性能特點進行分析研究，結(jié)合目前鈦合金冶煉、應(yīng)用過程中存在的難題進行分析研究后提出一定的建議，對船舶建造過程提供一定參考。相信在未來隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，鈦合金的冶煉技術(shù)與制造工藝等方面的內(nèi)容將會得到進一步的提高，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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作者簡介：陳志龍，男，河南洛陽，2016年6月畢業(yè)于上海海事大學(xué)，輪機工程，碩士研究生，助理工程師，從事船舶與海洋工程項目管理工作。