Hợp kim titan kim loại đại dương, phù hợp với tính ưu việt của tàu ngầm

Titan và hợp kim titan là những vật liệu mới được phát triển vào những năm 1950. Với sự phát triển của thiết bị hải quân, yêu cầu về thiết bị hải quân ngày càng cao, các kim loại truyền thống như thép, sắt, nhôm, magie và hợp kim của chúng không còn đáp ứng được yêu cầu của nhiều lĩnh vực. Do đặc tính tuyệt vời của nó, hợp kim titan ngày càng thu hút sự chú ý của tàu và thiết bị kỹ thuật hàng hải và được gọi là "kim loại hàng hải". Là hạt nhân của “thiết bị hải quân”, tàu ngầm là trụ cột của lực lượng hạt nhân chiến lược và đóng vai trò then chốt. Liệu việc sử dụng hợp kim titan để chế tạo tàu ngầm có thể mang lại đột phá mới về hiệu năng? Hôm nay chúng ta sẽ phân tích những ưu điểm của hợp kim titan trên tàu ngầm.

Ưu điểm đầu tiên - cường độ riêng cao

Cường độ riêng đề cập đến tỷ lệ cường độ vật liệu với mật độ. Cường độ riêng càng lớn thì trọng lượng kết cấu có thể đạt được trong cùng một thiết kế cường độ càng nhỏ và ngược lại, cường độ có thể đạt được trong cùng chất lượng kết cấu càng cao. Cường độ riêng cao có thể làm cho thiết kế thiết bị nhỏ gọn hơn, giảm đáng kể khối lượng kết cấu và cải thiện độ an toàn của thiết bị.

Ảnh hưởng của cường độ riêng cao đến vỏ áp lực

Khi cấu trúc tàu ngầm được tính thời gian, độ sâu lặn tối đa của tàu ngầm tỷ lệ thuận với tích của giới hạn chảy của vật liệu vỏ và độ dày của vỏ. Việc tăng độ sâu lặn bằng cách làm dày thân tàu chịu áp lực sẽ làm giảm khả năng tải trọng của tàu ngầm. Nếu khả năng tải trọng được duy trì, kích thước của tàu ngầm sẽ tăng đến mức thực tế không thể sử dụng được, do đó làm giảm hiệu suất tổng thể của tàu ngầm. Vì vậy, việc sử dụng vật liệu có cường độ riêng cao hơn phải được xem xét.

Có thể thấy từ dữ liệu hiệu suất của một số vật liệu vỏ chịu áp lực biển sâu trong bảng trên rằng mặc dù cường độ chảy của hợp kim titan không tốt bằng thép cường độ cao, nhưng nó có cường độ riêng cao hơn do cường độ cao hơn. sức mạnh cụ thể. Mật độ thấp hơn. Nó là một trong một số vật liệu vỏ tàu ngầm hiện có. Hợp kim titan có hiệu suất tốt nhất trong số các vật liệu, vì vậy hợp kim titan rất có lợi làm vật liệu vỏ chịu áp lực cho tàu ngầm và tàu lặn sâu. Trên thực tế, hai tàu ngầm hợp kim titan của Nga có thể lặn ở độ sâu từ 800 mét đến 1,{5}} mét; và lớp vỏ chịu áp lực của hầu hết các tàu lặn sâu trên thế giới đều được làm bằng hợp kim titan.

Ảnh hưởng của cường độ riêng cao đến cánh quạt

Để theo đuổi khả năng hoạt động êm ái, các tàu ngầm hiện đại thường sử dụng cánh quạt có đường kính lớn, tốc độ thấp, bảy cánh, độ nghiêng cao. Loại cánh quạt này có kết cấu lớn hơn và thể tích lớn hơn. Bản thân trục chân vịt (trục đuôi tàu) của tàu ngầm có dạng dầm đúc hẫng. Khi trọng lượng của đầu tự do lớn, trục các đăng sẽ bị cong và ổ trục đuôi sẽ chịu tải. Ngoài ra, khi trọng lượng của trục truyền động lớn thì độ cong của hệ trục cũng sẽ trầm trọng hơn. Sử dụng vật liệu có độ bền riêng cao để chế tạo trục truyền động và cánh quạt có thể làm giảm tải trọng không đồng đều của ổ trục do biến dạng ổ trục và rung động của hệ thống trục gây ra.

Ưu điểm thứ hai là khả năng chống ăn mòn tuyệt vời

Titan có khả năng chống ăn mòn cao hơn các vật liệu kim loại thường được sử dụng khác trong môi trường trung tính và oxy hóa, cũng như trong nhiều môi trường khắc nghiệt. Nó đặc biệt có khả năng chống lại các ion clorua trong nước biển. Một màng oxit cực kỳ mỏng và bền có thể được hình thành trên bề mặt titan để làm thụ động titan và bảo vệ nó khỏi sự ăn mòn của nước biển. Màng thụ động của titan có đặc tính tự phục hồi tốt. Khi bị hư hỏng hoặc trầy xước, nó có thể nhanh chóng và tự động sửa chữa để tạo thành một lớp màng bảo vệ mới. Chính màng oxit này có tác dụng bảo vệ titan khỏi sự ăn mòn của nước biển. Trong trường hợp không có sự thay đổi hóa học và ô nhiễm, titan hoàn toàn có khả năng chống ăn mòn bởi nước biển tự nhiên.

Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời cho đường ống và van

Nước biển có tính ăn mòn rất cao đối với thân tàu, nhưng với sự phát triển của công nghệ chống ăn mòn, sự an toàn của thân tàu trong suốt thời gian sử dụng có thể được đảm bảo bằng cách sử dụng thép chống ăn mòn, sơn chống ăn mòn và chống ăn mòn điện hóa. và các phương tiện khác. Tuy nhiên, hệ thống đường ống của tàu ngầm rất phức tạp, công nghệ chưa sẵn có và tốc độ dòng chảy trong đường ống cao sẽ làm trầm trọng thêm tình trạng ăn mòn. Theo các thử nghiệm liên quan, van bằng đồng thiếc và ống hợp kim đồng-niken 70/30 đã được sử dụng trong 15 tháng với tốc độ nước 4,5m/s, cả van và ống đều được đục lỗ; trong khi tốc độ nước của ống hoàn toàn bằng titan là 6m/s.

36 tháng và không có thay đổi đáng chú ý. Điều này có nghĩa là việc sử dụng vật liệu titan và hợp kim titan trong đường ống và van nước biển dưới biển có thể làm giảm đường kính đường ống, tăng tốc độ nước và kéo dài tuổi thọ sử dụng.

Ưu điểm thứ ba là hiệu suất truyền âm thanh tốt

Sonar là "con mắt" của tàu ngầm và để bảo vệ nó, sonar được đặt bên trong một vỏ bọc. Hợp kim titan có đặc tính cường độ riêng cao, hệ số giãn nở nhiệt nhỏ, điện trở cao và hiệu suất truyền âm thanh tốt nên được sử dụng trong các thiết bị âm thanh tàu ngầm. Ví dụ, vòm sonar của tàu ngầm hạt nhân tên lửa bay Type 607A của Liên Xô cũ được làm bằng titan và vàng; và vòm sonar của các tàu sân bay "Minsk" và "Kiev" mà nước ta mua cũng được làm bằng vàng. Được làm bằng hợp kim titan. Đánh giá từ các điều kiện sử dụng thực tế này, hiệu suất truyền âm thanh của hợp kim titan tốt hơn so với sợi thủy tinh và thép không gỉ, có thể đảm bảo hiệu quả hiệu suất của sóng siêu âm.