Aplicació de materials d'aliatge de titani als vaixells

Els materials de titani i aliatges de titani s'utilitzen àmpliament als vaixells. Excepte els accessoris del vaixell i les instal·lacions de la cabina, tots els equips i peces grans poden utilitzar materials d'aliatge de titani i titani, com ara sistemes d'informació electrònics, sistemes d'alimentació, sistemes auxiliars, estructures de casc, sistemes de propulsió, etc. Els materials d'aliatge de titani estranger s'utilitzen principalment al casc. materials estructurals, bombes de vaixells, vàlvules, canonades i altres accessoris, dispositius d'accionament elèctric, intercanviadors de calor, condensadors, refrigeradors, evaporadors, dispositius acústics, etc.; Els materials domèstics d'aliatge de titani s'utilitzen principalment en submergibles, dispositius d'accionament elèctric, radars de vaixells, equips electrònics, elements de fixació, etc.

1. Carcassa (resistència a la pressió)
En el camp dels vaixells, els submergibles i els submarins s'utilitzen principalment per a cartusses de pressió d'aliatge de titani. Els aliatges de titani tenen les característiques d'alta resistència específica, bona resistència a la corrosió i propietats no magnètiques, cosa que els converteix en materials d'alta qualitat per a la fabricació de closques de pressió d'equips d'aigües profundes.

Rússia és el primer país que utilitza carbustes de pressió d'aliatge de titani en submarins nuclears, i també és un líder tecnològic mundial. Des de la dècada de 1960, Rússia (l'antiga Unió Soviètica) ha fabricat una sèrie de submarins d'aliatge de titani. Al principi, Rússia va construir el submarí nuclear de míssils de creuer d'aliatge de titani número 661, que era un vaixell de prova. Més tard, Rússia va construir successivament 7 submarins d'aliatge de titani de classe "Alpha", 1 submarí de classe "Mike" i 4 submarins de classe "Sierra". Aquests submarins nuclears són tots tipus d'atac, entre els quals el submarí d'aliatge de titani de classe "Alpha" utilitza 3,000 tones d'aliatge de titani. El submarí nuclear de classe "Typhoon" fabricat per Rússia és el submarí més gran del món pel que fa a volum i tonatge, i el seu consum de titani arriba a les 9,000 tones.

Actualment, l'última generació de submarins nuclears de classe "Borey" de Rússia també utilitzen cascs de pressió d'aliatge de titani.

Una altra aplicació important dels bucs de pressió d'aliatge de titani són els submergibles d'aigües profundes. El submergible tripulat "Jiaolong" és un submergible tripulat desenvolupat de manera independent pel meu país, amb una profunditat màxima de busseig dissenyada de més de 7,000 metres. El casc de pressió del submergible tripulat "Jiaolong" està fet d'aliatge de titani. Actualment, la majoria dels principals submergibles tripulats d'aigües profundes del món utilitzen materials d'aliatge de titani com a material de preparació per al casc de pressió. Per exemple, els materials de closca dels submergibles tripulats d'aigües profundes com els EUA Alvin i NewAlvin, el Jiaolong de la Xina, el Nautile de França i el Shinkai 6500 del Japó són tots aliatges de titani [9]. L'aliatge de titani s'ha convertit en el material preferit per a la closca resistent a la pressió dels submergibles d'aigües profundes.

2. Dispositiu de propulsió de potència

A causa de la influència de l'aigua de mar i el clima marí, el material de l'hèlix del vaixell ha de tenir una major resistència a la fatiga a la corrosió i resistència a la cavitació. En comparació amb els aliatges de coure i l'acer, l'aliatge de titani té avantatges en la resistència a la fatiga de la corrosió i la resistència a la cavitació. A més, a causa de la baixa densitat de l'aliatge de titani, quan es fabriquen hèlixs de la mateixa mida, la massa de les hèlixs d'aliatge de titani és més petita que la d'altres materials d'ús habitual. Per tant, l'eficiència de conducció dels vaixells que utilitzen hèlixs d'aliatge de titani és més gran. Combinat amb l'alta resistència a la fatiga a la corrosió i la resistència a la cavitació de les hèlixs d'aliatge de titani, el seu manteniment i cura serà més fàcil, allargant la vida útil de l'hèlix. L'aliatge de titani és un material ideal per a les hèlixs de vaixells.

Rússia, el Regne Unit i altres països van començar a provar d'utilitzar hèlixs d'aliatge de titani als vaixells ja als anys 60. Per exemple, Rússia utilitza hèlixs d'aliatge de titani en els seus submarins nuclears de classe "Alpha" i classe "Mike". Els Estats Units també han utilitzat hèlixs d'aliatge de titani en molts vaixells. Per exemple, l'Armada dels EUA utilitza una hèlix d'aliatge de titani supercavitant, desmuntable i de tres pales amb un diàmetre de 812,8 mm en el seu caçador de submarí de recerca de 50 t. La canonera d'alta velocitat "Asheville" utilitza una hèlix d'aliatge de titani de pas variable de quatre pales. El gran hidroala de l'exèrcit nord-americà "Plainview" utilitza una hèlix d'aliatge de titani supercavitant, desmuntable i de quatre pales feta de material Ti-6Al{-4V amb un diàmetre d'1,52 m. el meu país també ha desenvolupat amb èxit una varietat d'hèlixs d'aliatge de titani i les ha utilitzat amb èxit en molts vaixells. Per exemple, les hèlixs d'aliatge de titani Ti-5Al{-2.5Sn i Ti{-6Al{{-4V es van desenvolupar amb èxit el 1972 i s'han utilitzat fins ara en molts vaixells . Anys d'ús han demostrat que les hèlixs d'aliatge de titani tenen una forta resistència a la corrosió i la seva vida útil és tres vegades superior a la de les hèlixs tradicionals d'aliatge de coure.

A més de les hèlixs de vaixells, també s'utilitzen materials d'aliatge de titani en els motors dels vaixells. Per exemple, els trencagels de propulsió atòmica fabricats a Rússia utilitzen màquines de vapor que contenen materials d'aliatge de titani. L'ús de dispositius de propulsió d'aliatge de titani pot evitar que els vaixells es vegin afectats per grans corrents induïts generats en tallar les línies magnètiques terrestres quan naveguen. A més, els dispositius de propulsió per raig d'aigua d'alguns vaixells també utilitzen materials d'aliatge de titani, com ara el vaixell de prova SES-100A dels EUA i el vaixell torpedero "PT-10" del Japó. Els seus dispositius de propulsió per raig d'aigua utilitzen titani pur industrial i forja d'aliatge de titani, que redueix el pes del dispositiu i millora l'eficiència del dispositiu de propulsió per raig d'aigua.

3. Bombes, vàlvules, canonades i els seus accessoris
Els requisits de Rússia per al funcionament dels sistemes de canonades de vaixells són que s'ha de garantir que els materials estructurals tinguin una vida útil de 8 a 9 anys abans de la primera reparació del moll, i que la vida útil abans de substituir completament el sistema no hauria de ser inferior a 15 anys. Aquest requisit pot garantir que tots els nivells de vaixells puguin servir eficaçment durant 25 a 30 anys. Els vaixells operen al mar, de manera que les bombes, les vàlvules, les canonades i altres accessoris dels vaixells s'enfronten a la prova d'ambients marins severs.

Els sistemes de canonades dels vaixells civils russos utilitzen generalment canonades de coure M3C i canonades d'aliatge de coure MH-5-1 segons la velocitat del flux d'aigua, mentre que les vàlvules, les bombes i els intercanviadors de calor utilitzen aliatges de coure. Si les canonades del vaixell utilitzen materials d'aliatge de coure, és possible que s'hagin corroït i danyat durant el segon any, cosa que dificulta el compliment dels requisits d'ús esmentats anteriorment. Per complir amb els requisits d'ús, és possible que s'hagi d'engrossir el gruix de la canonada i, al mateix temps, s'ha d'ampliar el diàmetre de la canonada per garantir la velocitat del flux d'aigua. El pes i el cost del sistema general de canonades del vaixell han augmentat.

Tanmateix, les bombes, vàlvules, canonades, etc. dels vaixells de guerra russos utilitzen més materials d'aliatge de titani. Els vaixells de guerra han estat en servei durant molt de temps i la seva pràctica d'ús ha demostrat que les canonades, vàlvules, bombes, intercanviadors de calor i altres productes d'aliatge de titani tenen una forta resistència a la corrosió de l'aigua de mar i tenen una llarga vida útil. Si s'utilitzen tots els materials de titani per fabricar el sistema d'admissió d'aigua del vaixell, la vida del sistema es pot allargar significativament i es pot millorar la fiabilitat d'ús.

La Marina dels EUA utilitza sistemes de canonades d'aliatge de titani als vaixells. En comparació amb les canonades tradicionals d'aliatge de coure-níquel, l'aliatge de titani té una forta resistència a la corrosió. Fins i tot en aigua de mar que flueix a gran velocitat (a un cabal de 13 m/s), no es rentarà ni corroirà per l'aigua de mar. És especialment adequat per a canonades amb aigua de mar en moviment, alt cabal i alta pressió com a mitjà de treball. Per tant, amb la condició d'assegurar el mateix cabal d'aigua de mar, l'alta resistència a la corrosió de l'aliatge de titani permet dissenyar la canonada per ser més prima, el diàmetre de la canonada es fa més petit, l'espai ocupat pel vaixell es fa més petit, la flexibilitat de Es millora el disseny i també es redueix el cost de manteniment. A més, la densitat de l'aliatge de titani és petita, aproximadament la meitat de la de l'aliatge de coure-níquel, i la qualitat de la canonada fabricada per aquest és petita, cosa que redueix l'equip utilitzat per ajudar a suportar la canonada. Es redueix la càrrega del vaixell i es redueix el consum de combustible.

4. Dispositiu acústic del vaixell
Els materials d'aliatge de titani també es poden utilitzar per a dispositius acústics de vaixells, com ara cúpules de sonar, components de transductors hidroacústics, micròfons, peces de telèfon, etc. El sonar és l'equip més eficaç perquè els vaixells detectin objectius sota l'aigua. El meu país utilitza principalment acer inoxidable i fibra de vidre reforçada amb fibra, però en comparació amb els materials d'aliatge de titani, la seva permeabilitat acústica i resistència a la col·lisió són relativament febles. Rússia ha aplicat cúpules de sonar d'aliatge de titani al submarí nuclear Kursk, al portaavions Minsk, al portaavions Kíev, etc., i l'efecte real de detecció del sonar és bo.