鈦及鈦合金是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來(lái)的新型材料。隨著海軍裝備的發(fā)展，對(duì)于海軍裝備的要求也越來(lái)越高，而傳統(tǒng)的鋼、鐵、鋁、鎂等金屬及其合金在很多領(lǐng)域已經(jīng)不能滿足要求。鈦合金以其優(yōu)異的性能，正日益受到船舶及海洋工程裝備的關(guān)注，被稱為“海洋金屬”。潛艇作為“海軍裝備”的核心，是戰(zhàn)略核力量的中堅(jiān)，具有舉足輕重的作用。用鈦合金制造潛艇，能否給潛艇帶來(lái)性能上的新突破？今天筆者就來(lái)簡(jiǎn)要分析鈦合金應(yīng)用于潛艇的優(yōu)越性。

第一個(gè)優(yōu)越性——比強(qiáng)度高

比強(qiáng)度是指材料強(qiáng)度與密度的比值。比強(qiáng)度越大，以相同強(qiáng)度設(shè)計(jì)就能獲得更小的結(jié)構(gòu)重量，反之相同結(jié)構(gòu)質(zhì)量下就能獲得更高的強(qiáng)度。高的比強(qiáng)度可以使設(shè)備設(shè)計(jì)更加緊湊，大幅減小結(jié)構(gòu)質(zhì)量，同時(shí)提高裝備的安全性。

比強(qiáng)度高對(duì)耐壓殼體的影響

當(dāng)潛艇結(jié)構(gòu)已定時(shí)，潛艇的極限下潛深度與殼體材料的屈服強(qiáng)度和殼體厚度的乘積成正比。用加厚壓力殼的辦法增加下潛深度，會(huì)減少潛艇的有效載重量，若保持其有效載重量，則會(huì)使?jié)撏С叽缭龃蟮綄?shí)際不能使用的程度，從而降低潛艇的綜合性能。因此，必須考慮使用更高比強(qiáng)度的材料。

表一，幾種深潛艇耐壓殼體材料的性能數(shù)據(jù)

從上表幾種深潛艇耐壓殼體材料的性能數(shù)據(jù)可以看出，鈦合金的屈服強(qiáng)度雖然不如高強(qiáng)度鋼，但是因?yàn)槊芏雀?，因此比?qiáng)度高，是幾種目前可用于潛艇殼體的材料中性能最好的，所以鈦合金用作潛艇和深潛器耐壓殼體材料是非常有利的。實(shí)際中，俄羅斯的2條鈦合金潛艇的下潛深度能達(dá)到800～1000米；而世界絕大多數(shù)的深潛器的耐壓殼都是鈦合金的。

蛟龍?zhí)柹顫撈?

比強(qiáng)度高對(duì)推進(jìn)器的的影響

現(xiàn)代的潛艇，為了追求靜音性能，多采用大直徑的低轉(zhuǎn)速七葉大傾斜螺旋槳，這螺旋槳結(jié)構(gòu)較大，重量較大。而潛艇的螺旋槳軸本身是一種懸臂梁形式，當(dāng)自由端的重量較大，會(huì)引起螺旋槳軸彎曲，艉軸承負(fù)荷大。此外，當(dāng)傳動(dòng)軸自身重量較大時(shí)，會(huì)加劇軸系的彎曲。而采用比強(qiáng)度高的材料制造傳動(dòng)軸和螺旋槳，能減少因軸承擾曲引起的軸承負(fù)荷不均勻，以及因此引起的軸系震動(dòng)問(wèn)題。

潛艇的螺旋槳

第二個(gè)優(yōu)越性——耐蝕性能優(yōu)異

鈦在中性和氧化性環(huán)境及眾多惡劣環(huán)境中比其他常用金屬材料耐腐蝕性高，特別是對(duì)海水中氯離子具有很強(qiáng)的抗腐蝕能力。鈦的表面可形成一層非常薄且堅(jiān)固的氧化膜，使鈦鈍化而不受海水腐蝕。鈦的鈍化膜具有很好的自愈性，當(dāng)受到破壞或劃傷后可以迅速自動(dòng)修復(fù)，形成新的保護(hù)膜。正是這層氧化膜保護(hù)鈦不受海水侵蝕，在無(wú)化學(xué)變化和污染的情況下，鈦可以完全抵抗自然海水的腐蝕。

海水對(duì)船舶的腐蝕

耐蝕性能優(yōu)異對(duì)于管道和閥門影響

海水對(duì)于船體有很強(qiáng)的腐蝕性，不過(guò)隨著防腐技術(shù)的發(fā)展，艦船的船體通過(guò)采用耐腐蝕的鋼材、防腐油漆、電化學(xué)防腐等手段，能保證艦體在壽期內(nèi)的安全。但是潛艇的管路系統(tǒng)非常復(fù)雜，容易工藝處理不到位，且管道內(nèi)有較高的流速加劇腐蝕。據(jù)相關(guān)試驗(yàn)，錫青銅閥和70/30銅鎳合金管，在4.5m/s水速下，使用15個(gè)月，閥和管皆穿孔；而全鈦管系在6m/s的水速下使用36個(gè)月，無(wú)任何可見(jiàn)的變化。這意味著，鈦及鈦合金材料用于潛艇海水管系和閥門可減小管徑和提高水速，延長(zhǎng)使用壽命。

潛艇內(nèi)部復(fù)雜的管路

第三個(gè)優(yōu)越性——透聲性能好

聲納是潛艇的“眼睛”，而了保護(hù)聲納，聲納會(huì)被置于罩殼里。鈦合金比強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)小、電阻高、透聲性能好等特點(diǎn)使其在潛艇聲學(xué)裝置上獲得了應(yīng)用。如前蘇聯(lián)607A型飛航導(dǎo)彈核潛艇的聲納導(dǎo)流罩就采用了鈦合金；而我國(guó)購(gòu)入的“明斯克”、“基輔”號(hào)航母等，它們的聲納導(dǎo)流罩也都是采用鈦合金制造的。通過(guò)這些實(shí)際使用情況來(lái)看，鈦合金的透聲性能優(yōu)于玻璃鋼和不銹鋼，能有效保障聲納的性能。

明斯克

結(jié)語(yǔ)

總體而言，鈦及鈦合金在潛艇上的大量使用，可以大幅降低潛艇的結(jié)構(gòu)重量，實(shí)現(xiàn)高機(jī)動(dòng)性，保障潛艇的高可靠性和安全；耐腐蝕性能實(shí)現(xiàn)同壽命服役，降低潛艇的維護(hù)時(shí)間和成本，保障裝備戰(zhàn)斗力，以及提高其它一些技術(shù)性能。因此，鈦合金是保障潛艇裝備性能和戰(zhàn)術(shù)水平的理想材料，對(duì)于發(fā)展海軍潛艇具有重要的戰(zhàn)略意義。