Aplicación de materiales de aleación de titanio en barcos
Los materiales de titanio y aleaciones de titanio se utilizan ampliamente en los barcos. A excepción de los accesorios del barco y las instalaciones de la cabina, todos los equipos y piezas grandes pueden utilizar titanio y materiales de aleación de titanio, como sistemas de información electrónicos, sistemas de energía, sistemas auxiliares, estructuras del casco, sistemas de propulsión, etc. Los materiales extranjeros de aleación de titanio se utilizan principalmente en el casco. materiales estructurales, bombas para barcos, válvulas, tuberías y otros accesorios, dispositivos de propulsión, intercambiadores de calor, condensadores, refrigeradores, evaporadores, dispositivos acústicos, etc.; Los materiales domésticos de aleación de titanio se utilizan principalmente en sumergibles, dispositivos de propulsión eléctrica, radares de barcos, equipos electrónicos, sujetadores, etc.
1. Carcasa (resistencia a la presión)
En el ámbito de los barcos, sumergibles y submarinos se utilizan principalmente carcasas de presión de aleación de titanio. Las aleaciones de titanio tienen las características de alta resistencia específica, buena resistencia a la corrosión y propiedades no magnéticas, lo que las convierte en materiales de alta calidad para la fabricación de carcasas de presión de equipos de aguas profundas.
Rusia es el primer país en utilizar proyectiles de presión de aleación de titanio en submarinos nucleares y también es un líder tecnológico mundial. Desde la década de 1960, Rusia (la antigua Unión Soviética) ha fabricado una serie de submarinos de aleación de titanio. Al principio, Rusia construyó el submarino nuclear de misiles de crucero de aleación de titanio No. 661, que era un barco de prueba. Posteriormente, Rusia construyó sucesivamente 7 submarinos de aleación de titanio clase "Alpha", 1 submarino clase "Mike" y 4 submarinos clase "Sierra". Estos submarinos nucleares son todos tipos de ataque, entre los cuales el submarino de aleación de titanio clase "Alfa" utiliza 3000 toneladas de aleación de titanio. El submarino nuclear de clase "Typhoon" fabricado por Rusia es el submarino más grande del mundo en términos de volumen y tonelaje, y su consumo de titanio alcanza las 9,000 toneladas.
En la actualidad, la última generación rusa de submarinos nucleares de clase "Borey" también utiliza cascos de presión de aleación de titanio.
Otra aplicación importante de los cascos de presión de aleación de titanio son los sumergibles de aguas profundas. El sumergible tripulado "Jiaolong" es un sumergible tripulado desarrollado independientemente por mi país, con una profundidad máxima de inmersión diseñada de más de 7,000 metros. El casco de presión del sumergible tripulado "Jiaolong" está fabricado de una aleación de titanio. En la actualidad, la mayoría de los principales sumergibles tripulados de aguas profundas del mundo utilizan materiales de aleación de titanio como material de preparación para el casco de presión. Por ejemplo, los materiales de las carcasas de los sumergibles tripulados de aguas profundas, como los estadounidenses Alvin y NewAlvin, el Jiaolong de China, el Nautile de Francia y el Shinkai 6500 de Japón, son todos aleaciones de titanio [9]. La aleación de titanio se ha convertido en el material preferido para la carcasa resistente a la presión de los sumergibles de aguas profundas.
2. Dispositivo de propulsión eléctrica
Debido a la influencia del agua de mar y del clima marino, el material de la hélice del barco debe tener una mayor resistencia a la fatiga por corrosión y a la cavitación. En comparación con las aleaciones de cobre y el acero, la aleación de titanio tiene ventajas en cuanto a resistencia a la fatiga por corrosión y resistencia a la cavitación. Además, debido a la baja densidad de la aleación de titanio, al fabricar hélices del mismo tamaño, la masa de las hélices de aleación de titanio es menor que la de otros materiales comúnmente utilizados. Por lo tanto, la eficiencia de conducción de los barcos que utilizan hélices de aleación de titanio es mayor. Combinado con la alta resistencia a la fatiga por corrosión y la resistencia a la cavitación de las hélices de aleación de titanio, su mantenimiento y cuidado serán más fáciles, extendiendo la vida útil de la hélice. La aleación de titanio es un material ideal para las hélices de barcos.
Rusia, el Reino Unido y otros países comenzaron a intentar utilizar hélices de aleación de titanio en los barcos ya en los años 1960. Por ejemplo, Rusia utiliza hélices de aleación de titanio en sus submarinos nucleares de clase "Alpha" y "Mike". Estados Unidos también ha utilizado hélices de aleación de titanio en muchos barcos. Por ejemplo, la Marina de los EE. UU. utiliza una hélice de aleación de titanio supercavitante, desmontable y de tres palas con un diámetro de 812,8 mm en su cazasubmarinos de investigación de 50 toneladas. La cañonera de alta velocidad "Asheville" utiliza una hélice de aleación de titanio de paso variable de cuatro palas. El gran hidroala militar estadounidense "Plainview" utiliza una hélice de aleación de titanio supercavitante, desmontable y de cuatro palas hecha de material Ti-6Al-4V con un diámetro de 1,52 m. Mi país también ha desarrollado con éxito una variedad de hélices de aleación de titanio y las ha utilizado con éxito en muchos barcos. Por ejemplo, las hélices de hidroala de aleación de titanio Ti-5Al-2.5Sn y Ti-6Al-4V se desarrollaron con éxito en 1972 y se han utilizado en muchos barcos hasta ahora. . Años de uso han demostrado que las hélices de aleación de titanio tienen una fuerte resistencia a la corrosión y su vida útil es tres veces mayor que la de las hélices tradicionales de aleación de cobre.
Además de en las hélices de barcos, en los motores de barcos también se utilizan materiales de aleación de titanio. Por ejemplo, los rompehielos de propulsión atómica fabricados en Rusia utilizan motores de vapor que contienen materiales de aleación de titanio. El uso de dispositivos de propulsión de aleación de titanio puede evitar que los barcos se vean afectados por las grandes corrientes inducidas generadas al cortar las líneas magnéticas de la Tierra cuando navegan. Además, los dispositivos de propulsión por chorro de agua de algunos barcos también utilizan materiales de aleación de titanio, como el barco de prueba SES-100A de EE. UU. y el barco torpedero "PT-10" de Japón. Sus dispositivos de propulsión por chorro de agua utilizan forjados industriales de titanio puro y aleaciones de titanio, lo que reduce el peso del dispositivo y mejora la eficiencia del dispositivo de propulsión por chorro de agua.
3. Bombas, válvulas, tuberías y sus accesorios.
Los requisitos de Rusia para el funcionamiento de los sistemas de tuberías de barcos son que se debe garantizar que los materiales estructurales tengan una vida útil de 8 a 9 años antes de la primera reparación del muelle, y que la vida útil antes de que el sistema sea reemplazado por completo no debe ser inferior a 15 años. Este requisito puede garantizar que los buques de todos los niveles puedan servir eficazmente durante 25 a 30 años. Los barcos operan en el mar, por lo que las bombas, válvulas, tuberías y otros accesorios de los barcos se enfrentan a la prueba de entornos marinos severos.
Los sistemas de tuberías de los barcos civiles rusos generalmente utilizan tuberías de cobre M3C y tuberías de aleación de cobre MH-5-1 según la velocidad del flujo de agua, mientras que las válvulas, bombas e intercambiadores de calor utilizan aleaciones de cobre. Si las tuberías del barco utilizan materiales de aleación de cobre, es posible que se hayan corroído y dañado en el segundo año, lo que dificulta el cumplimiento de los requisitos de uso mencionados anteriormente. Para cumplir con los requisitos de uso, es posible que sea necesario engrosar el espesor de la tubería y, al mismo tiempo, expandir el diámetro de la tubería para garantizar la velocidad del flujo de agua. El peso y el coste del sistema general de tuberías del barco han aumentado.
Sin embargo, las bombas, válvulas, tuberías, etc. de los buques de guerra rusos utilizan más materiales de aleación de titanio. Los buques de guerra han estado en servicio durante mucho tiempo y su práctica de uso ha demostrado que las tuberías, válvulas, bombas, intercambiadores de calor y otros productos de aleación de titanio tienen una fuerte resistencia a la corrosión del agua de mar y una larga vida útil. Si se utilizan todos los materiales de titanio para fabricar el sistema de admisión de agua del barco, la vida útil del sistema se puede extender significativamente y se puede mejorar la confiabilidad de uso.
La Marina de los EE. UU. utiliza sistemas de tuberías de aleación de titanio en los barcos. En comparación con las tuberías tradicionales de aleación de cobre y níquel, la aleación de titanio tiene una fuerte resistencia a la corrosión. Incluso en agua de mar que fluye a alta velocidad (a un caudal de 13 m/s), el agua de mar no la lava ni la corroe. Es particularmente adecuado para tuberías con agua de mar en movimiento, alto caudal y alta presión como medio de trabajo. Por lo tanto, bajo la condición de garantizar el mismo caudal de agua de mar, la alta resistencia a la corrosión de la aleación de titanio permite diseñar la tubería para que sea más delgada, el diámetro de la tubería se vuelve más pequeño, el espacio ocupado por el barco se vuelve más pequeño, la flexibilidad de Se mejora el diseño y también se reduce el costo de mantenimiento. Además, la densidad de la aleación de titanio es pequeña, aproximadamente la mitad que la de la aleación de cobre y níquel, y la calidad de la tubería fabricada por ella es pequeña, lo que reduce el equipo utilizado para ayudar a soportar la tubería. Se reduce la carga del barco y se reduce el consumo de combustible.
4. Dispositivo acústico para buques.
Los materiales de aleación de titanio también se pueden utilizar para dispositivos acústicos en barcos, como cúpulas de sonar, componentes de transductores hidroacústicos, micrófonos, piezas de teléfonos, etc. El sonar es el equipo más eficaz para que los barcos detecten objetivos bajo el agua. En mi país se utiliza principalmente acero inoxidable y fibra de vidrio reforzada con fibra, pero en comparación con los materiales de aleación de titanio, su permeabilidad al sonido y su resistencia a las colisiones son relativamente débiles. Rusia ha aplicado cúpulas de sonar de aleación de titanio al submarino nuclear Kursk, al portaaviones Minsk, al portaaviones Kiev, etc., y el efecto real de detección del sonar es bueno.