艦船用鈦合金材料的特點及影響其發展的因素

對于船舶行業來講，艦船一般應用在海洋環境當中，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用在艦船的制造當中。但是由于鈦合金使用的成本較高，較難被冶煉，在應用時還極易出現鈦合金失效問題，對艦船的制造產生了一定的影響。下文主要對艦船鈦合金進行分析研究，對于我國船舶行業的發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中，由于應用的部位不同，可以將鈦合金材料分為不同的種類。例如可焊結構鈦合金、動力工程用鈦合金、耐熱鈦合金等等。結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。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，材料不會出現明顯的脆性轉變點。③第三，鈦合金材料在海水當中能夠被海水氧化，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勢特點被廣泛的應用在船舶制造當中，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用與發展。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值較大，會給制造過程帶來一定難度。而且在焊接的過程當中，400℃以上會產生焊接問題，影響到焊接的質量。

二、鈦合金材料在艦船上的應用

我國早在20世紀60年代就在船舶行業當中應用了鈦合金材料也進行了相關的研究。目前我國將鈦合金材料應用在船舶行業的以下幾個方面。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能夠滿足潛水器應用的需求，因此在潛水器研制開發的過程當中，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，因此被應用于聲吶導流罩的制作當中。如俄羅斯的“明斯克”、“基輔”等航空母艦都應用了鈦合金進行聲吶導流罩的制作。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，在船舶應用的過程當中，艦船泵、閥門及管道等處，由于應用環境和溫度的影響，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用于艦船泵、閥門管道等處的制造。

三、影響鈦合金發展應用的因素

首先鈦合金本身的制造成本較高，高成本的投入，嚴重的影響著鈦合金在船舶行業當中的應用和發展。船舶行業在艦船建造的過程當中，又需要大量的鈦合金材料。因此，在未來的發展過程當中，必須有效的降低鈦合金的成本投入，才能夠滿足船舶行業的制造需求，才能夠使鈦合金材料在船舶行業當中得到進一步的應用和發展。

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查，能夠明顯的發現，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展和改進的內容。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的未來發展方向

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勢和特點，因此鈦合金材料目前被廣泛的應用在船舶的制造當中。并且隨著科學技術的不斷發展，各種新型的制造材料不斷的出現在目前的市場當中，給鈦合金材料的發展帶來了機遇，也帶來了挑戰。許多復合型材料合金材料被船舶制造行業認可和廣泛的使用，提高了船舶制造的質量，也推動了該行業的發展與進步。

目前在船舶制造的過程當中，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，對設計過程進行合理化的優化，在保障整體制造質量的前提下，降低材料的成本投入，這是鈦合金材料在船舶行業應用過程中首要解決的問題。其次對于船舶行業來講，鈦合金材料的應用技術水平還不夠高，需要對技術進行更加系統化的研究與發展，不斷提高技術的水平，提高鑄件的焊接質量、控制鑄件的焊接技術，為船舶行業的發展奠定良好的基礎。

綜上所述，通過對鈦合金本身的性能特點進行分析研究，結合目前鈦合金冶煉、應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技術的不斷發展和進步，鈦合金的冶煉技術與制造工藝等方面的內容將會得到進一步的提高，鈦合金材料也將在船舶行業當中得到更廣泛的應用

參考文獻:

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[2]李琛,歐陽清.基于金屬增材制造的船舶結構設計應用展望[J].兵器裝備工程學報,2018,3901.

作者簡介：陳志龍，男，河南洛陽，2016年6月畢業于上海海事大學，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。