Application de matériaux en alliage de titane sur les navires
Les matériaux en titane et en alliages de titane sont largement utilisés sur les navires. À l'exception des accessoires du navire et des installations de cabine, tous les gros équipements et pièces peuvent utiliser des matériaux en titane et en alliage de titane, tels que les systèmes d'information électroniques, les systèmes d'alimentation, les systèmes auxiliaires, les structures de coque, les systèmes de propulsion, etc. Les matériaux étrangers en alliage de titane sont principalement utilisés dans la coque. matériaux de structure, pompes de navire, vannes, tuyaux et autres accessoires, dispositifs d'entraînement électrique, échangeurs de chaleur, condenseurs, refroidisseurs, évaporateurs, dispositifs acoustiques, etc. ; Les matériaux nationaux en alliage de titane sont principalement utilisés dans les submersibles, les dispositifs d'entraînement électrique, les radars embarqués, les équipements électroniques, les fixations, etc.
1. Coque (résistance à la pression)
Dans le domaine des navires, les submersibles et les sous-marins sont principalement utilisés pour les coques sous pression en alliage de titane. Les alliages de titane présentent les caractéristiques d'une résistance spécifique élevée, d'une bonne résistance à la corrosion et de propriétés non magnétiques, ce qui en fait des matériaux de haute qualité pour la fabrication de coques sous pression d'équipements en haute mer.
La Russie est le premier pays à utiliser des coques à pression en alliage de titane sur ses sous-marins nucléaires, et elle est également un leader technologique mondial. Depuis les années 1960, la Russie (ex-Union soviétique) fabrique une série de sous-marins en alliage de titane. Au début, la Russie a construit le sous-marin nucléaire lance-missiles de croisière en alliage de titane n° 661, qui était un bateau d'essai. Plus tard, la Russie a construit successivement 7 sous-marins en alliage de titane de classe « Alpha », 1 sous-marin de classe « Mike » et 4 sous-marins de classe « Sierra ». Ces sous-marins nucléaires sont tous des types d'attaque, parmi lesquels le sous-marin en alliage de titane de classe « Alpha » utilise 3,000 tonnes d'alliage de titane. Le sous-marin nucléaire de classe « Typhoon » fabriqué par la Russie est le plus grand sous-marin au monde en termes de volume et de tonnage, et sa consommation de titane atteint 9,000 tonnes.
À l'heure actuelle, la dernière génération de sous-marins nucléaires russes de classe « Borey » utilise également des coques sous pression en alliage de titane.
Une autre application importante des coques sous pression en alliage de titane concerne les submersibles en haute mer. Le submersible habité « Jiaolong » est un submersible habité développé indépendamment par la Chine, avec une profondeur de plongée maximale conçue de plus de 7,000 mètres. La coque pressurisée du submersible habité « Jiaolong » est en alliage de titane. À l'heure actuelle, la plupart des principaux submersibles habités en haute mer au monde utilisent des matériaux en alliage de titane comme matériau de préparation pour la coque sous pression. Par exemple, les matériaux de coque des submersibles habités en haute mer tels que les américains Alvin et NewAlvin, le chinois Jiaolong, le français Nautile et le japonais Shinkai 6500 sont tous des alliages de titane [9]. L’alliage de titane est devenu le matériau préféré pour la coque résistante à la pression des submersibles des grands fonds.
2. Dispositif de propulsion électrique
En raison de l'influence de l'eau de mer et du climat marin, le matériau de l'hélice du navire doit avoir une résistance à la fatigue par corrosion et une résistance à la cavitation plus élevées. Comparé aux alliages de cuivre et à l’acier, l’alliage de titane présente des avantages en termes de résistance à la fatigue par corrosion et à la cavitation. De plus, en raison de la faible densité de l'alliage de titane, lors de la fabrication d'hélices de même taille, la masse des hélices en alliage de titane est inférieure à celle des autres matériaux couramment utilisés. Par conséquent, l’efficacité de conduite des navires utilisant des hélices en alliage de titane est plus élevée. Combiné à la résistance élevée à la fatigue par corrosion et à la cavitation des hélices en alliage de titane, leur maintenance et leur entretien seront plus faciles, prolongeant ainsi la durée de vie de l'hélice. L'alliage de titane est un matériau idéal pour les hélices de navires.
La Russie, le Royaume-Uni et d’autres pays ont commencé à essayer d’utiliser des hélices en alliage de titane sur leurs navires dès les années 1960. Par exemple, la Russie utilise des hélices en alliage de titane dans ses sous-marins nucléaires de classe « Alpha » et « Mike ». Les États-Unis ont également utilisé des hélices en alliage de titane sur de nombreux navires. Par exemple, l’US Navy utilise une hélice tripale, amovible et supercavitante en alliage de titane d’un diamètre de 812,8 mm dans son chasseur de sous-marin de recherche de 50 t. La canonnière à grande vitesse « Asheville » utilise une hélice à quatre pales en alliage de titane à pas variable. Le grand hydroptère militaire américain « Plainview » utilise une hélice quadripale amovible en alliage de titane supercavitaire en matériau Ti-6Al-4V d'un diamètre de 1,52 m. La Chine a également développé avec succès une variété d'hélices en alliage de titane et les a utilisées avec succès sur de nombreux navires. Par exemple, les hélices hydroptères en alliage de titane Ti-5Al-2.5Sn et Ti-6Al-4V ont été développées avec succès en 1972 et ont été utilisées jusqu'à présent sur de nombreux navires. . Des années d'utilisation ont montré que les hélices en alliage de titane ont une forte résistance à la corrosion et que leur durée de vie est trois fois supérieure à celle des hélices traditionnelles en alliage de cuivre.
Outre les hélices des navires, des alliages de titane sont également utilisés dans les moteurs des navires. Par exemple, les brise-glaces à propulsion atomique fabriqués en Russie utilisent des moteurs à vapeur contenant des matériaux en alliage de titane. L'utilisation de dispositifs de propulsion en alliage de titane peut empêcher les navires d'être affectés par les courants induits importants générés par la coupure des lignes magnétiques terrestres lors de la navigation. En outre, les dispositifs de propulsion à jet d'eau de certains navires utilisent également des matériaux en alliage de titane, comme le bateau d'essai américain SES-100A et le torpilleur japonais "PT-10". Leurs dispositifs de propulsion à jet d'eau utilisent des pièces forgées industrielles en titane pur et en alliage de titane, ce qui réduit le poids du dispositif et améliore l'efficacité du dispositif de propulsion à jet d'eau.
3. Pompes, vannes, canalisations et leurs accessoires
Les exigences de la Russie pour l'exploitation des systèmes de pipelines maritimes sont que les matériaux de structure doivent avoir une durée de vie de 8 à 9 ans avant la première réparation du quai, et que la durée de vie avant le remplacement complet du système ne doit pas être inférieure à 15 ans. Cette exigence peut garantir que tous les niveaux de navires pourront servir efficacement pendant 25 à 30 ans. Les navires opèrent en mer, de sorte que les pompes, vannes, tuyaux et autres accessoires à bord des navires sont soumis à l'épreuve des environnements marins difficiles.
Les systèmes de tuyauterie des navires civils russes utilisent généralement des tuyaux en cuivre M3C et des tuyaux en alliage de cuivre MH-5-1 en fonction de la vitesse du débit d'eau, tandis que les vannes, les pompes et les échangeurs de chaleur utilisent des alliages de cuivre. Si les tuyaux du navire utilisent des matériaux en alliage de cuivre, ils peuvent avoir été corrodés et endommagés au cours de la deuxième année, ce qui rend difficile le respect des exigences d'utilisation mentionnées ci-dessus. Afin de répondre aux exigences d'utilisation, l'épaisseur du tuyau devra peut-être être épaissie et, en même temps, le diamètre du tuyau devra être élargi pour garantir la vitesse d'écoulement de l'eau. Le poids et le coût de l'ensemble du système de tuyauterie du navire ont augmenté.
Cependant, les pompes, vannes, tuyaux, etc. des navires de guerre russes utilisent davantage de matériaux en alliage de titane. Les navires de guerre sont en service depuis longtemps et leur pratique d'utilisation a prouvé que les tuyaux, vannes, pompes, échangeurs de chaleur et autres produits en alliage de titane ont une forte résistance à la corrosion de l'eau de mer et ont une longue durée de vie. Si tous les matériaux en titane sont utilisés pour fabriquer le système de prise d'eau du navire, la durée de vie du système peut être considérablement prolongée et la fiabilité d'utilisation peut être améliorée.
L'US Navy utilise des systèmes de tuyauterie en alliage de titane sur ses navires. Comparé aux tuyaux traditionnels en alliage cuivre-nickel, l'alliage de titane présente une forte résistance à la corrosion. Même dans l'eau de mer qui s'écoule à grande vitesse (à un débit de 13 m/s), il ne sera pas lavé et corrodé par l'eau de mer. Il est particulièrement adapté aux canalisations avec de l'eau de mer en mouvement, un débit élevé et une pression élevée comme fluide de travail. Par conséquent, à condition d'assurer le même débit d'eau de mer, la résistance élevée à la corrosion de l'alliage de titane permet au pipeline d'être conçu pour être plus mince, le diamètre du pipeline devient plus petit, l'espace occupé par le navire devient plus petit, la flexibilité de la disposition est améliorée et les coûts de maintenance sont également réduits. De plus, la densité de l'alliage de titane est faible, environ la moitié de celle de l'alliage cuivre-nickel, et la qualité du pipeline qu'il fabrique est faible, ce qui réduit l'équipement utilisé pour aider à soutenir le pipeline. La charge du navire est réduite et la consommation de carburant est réduite.
4. Dispositif acoustique du navire
Les matériaux en alliage de titane peuvent également être utilisés pour les dispositifs acoustiques des navires, tels que les dômes de sonar, les composants de transducteurs hydroacoustiques, les microphones, les pièces de téléphone, etc. Le sonar est l'équipement le plus efficace permettant aux navires de détecter des cibles sous l'eau. mon pays utilise principalement de l'acier inoxydable et de la fibre de verre renforcée de fibres, mais par rapport aux matériaux en alliage de titane, sa perméabilité acoustique et sa résistance aux collisions sont relativement faibles. La Russie a appliqué des dômes sonar en alliage de titane au sous-marin nucléaire Koursk, au porte-avions Minsk, au porte-avions Kiev, etc., et l'effet réel de détection du sonar est bon.