Aliaj de titan metalic oceanic, potrivit pentru superioritatea submarinelor
Titanul și aliajele de titan sunt materiale noi dezvoltate în anii 1950. Odată cu dezvoltarea echipamentelor navale, cerințele pentru echipamentele navale sunt din ce în ce mai mari, iar metalele tradiționale precum oțelul, fierul, aluminiul, magneziul și aliajele lor nu mai pot îndeplini cerințele multor domenii. Datorită proprietăților sale excelente, aliajele de titan au atras din ce în ce mai multă atenție din partea navelor și a echipamentelor de inginerie marină și sunt numite „metale marine”. Ca nucleu al „echipamentului naval”, submarinele sunt pilonul forțelor nucleare strategice și joacă un rol esențial. Poate folosirea aliajelor de titan pentru a face submarine să aducă noi descoperiri în performanță? Astăzi vom analiza avantajele aliajelor de titan pe submarine.
Primul avantaj - rezistență specifică ridicată
Rezistența specifică se referă la raportul dintre rezistența materialului și densitatea. Cu cât rezistența specifică este mai mare, cu atât greutatea structurală care poate fi obținută în același proiect de rezistență este mai mică și, invers, cu atât rezistența care poate fi obținută cu aceeași calitate structurală este mai mare. Rezistența specifică ridicată poate face designul echipamentului mai compact, poate reduce foarte mult masa structurală și poate îmbunătăți siguranța echipamentului.
Influența rezistenței specifice ridicate asupra carcasei de presiune
Când structura submarinului este cronometrată, adâncimea finală de scufundare a submarinului este proporțională cu produsul dintre forța de curgere a materialului carcasei și grosimea carcasei. Creșterea adâncimii de scufundare prin îngroșarea corpului sub presiune reduce capacitatea de sarcină utilă a submarinului. Dacă se menține capacitatea de sarcină utilă, dimensiunea submarinului ar crește până la punctul în care este practic inutilizabil, reducând astfel performanța generală a submarinului. Prin urmare, trebuie luată în considerare utilizarea materialelor cu rezistență specifică mai mare.
Se poate observa din datele de performanță ale mai multor materiale de înveliș sub presiune la adâncime din tabelul de mai sus că, deși limita de curgere a aliajului de titan nu este la fel de bună ca cea a oțelului de înaltă rezistență, are o rezistență specifică mai mare datorită putere specifică. Densitate mai mică. Este unul dintre numeroasele materiale pentru carena submarinelor disponibile în prezent. Aliajul de titan are cea mai bună performanță dintre materiale, astfel încât aliajul de titan este foarte benefic ca material de carcasă rezistent la presiune pentru submarine și submersibile adânci. De fapt, cele două submarine din aliaj de titan ale Rusiei se pot scufunda la o adâncime de 800 de metri până la 1,000 metri; iar carcasele rezistente la presiune ale celor mai multe submersibile de adâncime din lume sunt realizate din aliaj de titan.
Efectul rezistenței specifice ridicate asupra elicei
Pentru a obține performanțe liniștite, submarinele moderne folosesc adesea elice cu diametru mare, viteză mică, cu șapte pale și cu înclinație mare. Acest tip de elice are o structură mai mare și un volum mai mare. Arborele elicei (arborele pupa) al submarinului în sine este sub forma unei grinzi în consolă. Când greutatea capătului liber este mare, arborele elicei va fi îndoit și rulmentul pupei va fi încărcat. În plus, atunci când greutatea arborelui de transmisie este mare, îndoirea sistemului de arbore va fi, de asemenea, agravată. Folosirea de materiale de înaltă rezistență specifică pentru fabricarea arborilor de antrenare și elicei poate reduce sarcina neuniformă a rulmentului cauzată de deformarea rulmentului și de vibrația rezultată a sistemului de arbore.
Al doilea avantaj este rezistența excelentă la coroziune
Titanul are o rezistență la coroziune mai mare decât alte materiale metalice utilizate în mod obișnuit în medii neutre și oxidante, precum și în multe medii dure. Este deosebit de rezistent la ionii de clor din apa de mare. Pe suprafața de titan se poate forma un film de oxid extrem de subțire și puternic pentru a pasiva titanul și a-l proteja de coroziunea apei de mare. Pelicula de pasivare a titanului are proprietăți bune de auto-vindecare. Când este deteriorat sau zgâriat, se poate repara rapid și automat pentru a forma o nouă peliculă de protecție. Acest film de oxid este cel care protejează titanul de coroziunea apei de mare. În absența modificărilor chimice și a contaminării, titanul este complet rezistent la coroziune cu apa de mare naturală.
Rezistență excelentă la coroziune pentru țevi și supape
Apa de mare este foarte corozivă pentru corpurile navelor, dar odată cu dezvoltarea tehnologiei anticorozive, siguranța corpului navei pe durata de viață poate fi asigurată prin utilizarea oțelului rezistent la coroziune, vopsea anticorozivă și anticoroziune electrochimică. si alte mijloace. Cu toate acestea, sistemul de conducte al submarinelor este foarte complex, tehnologia nu este în vigoare, iar debitul în conductă este mare, ceea ce va agrava coroziunea. Conform testelor relevante, s-au folosit supape din bronz de staniu și țevi din aliaj de cupru-nichel 70/30 timp de 15 luni la o viteză a apei de 4,5 m/s, iar ambele supape și țevi au fost perforate; în timp ce viteza apei a țevilor din titan a fost de 6m/s.
36 de luni și nicio schimbare vizibilă. Aceasta înseamnă că utilizarea materialelor din titan și aliaje de titan în conductele și supapele submarine de apă de mare poate reduce diametrele conductelor, poate crește viteza apei și poate prelungi durata de viață.
Al treilea avantaj este performanța bună de transmisie a sunetului
Sonarul este „ochii” submarinului, iar pentru a-l proteja, sonarul este plasat în interiorul unei incinte. Aliajul de titan are caracteristicile unei rezistențe specifice ridicate, un coeficient mic de dilatare termică, rezistență ridicată și performanță bună de transmisie a sunetului, deci este utilizat în dispozitivele acustice submarine. De exemplu, cupolele sonar ale submarinului nuclear cu rachetă zburătoare de tip 607A al fostei Uniuni Sovietice sunt realizate din titan și aur; iar cupolele sonar ale portavionului „Minsk” și „Kiev” achiziționate de țara noastră sunt tot din aur. Fabricat din aliaj de titan. Judecând după aceste condiții reale de utilizare, performanța de transmisie a sunetului a aliajului de titan este mai bună decât cea a fibrei de sticlă și a oțelului inoxidabil, ceea ce poate asigura eficient performanța sonarului.
