Fig。1-2Aircraft structure of titanium alloy frame

表 1-1 几种耐压壳体材料性能

Tab 1-1 Performance of several materials used for hull

材料性能参数 钛合金 高强度钢 铝合金

密度 4。42 7。85 2。8

弹性模量 11500 21000 7280

屈服强度 84 70 42

比强度 19 11。5 15

比刚度 2。6 2。675 2600

刚性指数 5。09 3。52 6。86

钛合金以及高强度一直都是深海载人潜水器耐压壳体制作的最佳材料，近

十几年来钛合金更受青睐，这都归结于钛合金冶炼技术的发展以及潜器下潜深 度的需要。例如，美国载人潜水器“阿尔文号”，使用 HY-100 钢时的下潜深度 只有 1800 米，而使用钛合金材料作为耐压壳体之后，他的下潜作业深度增加到4500 米，同时重量-排水量比也得到了极大的改善。相比较于其他的耐压材料，钛合金不仅能够满足减重和耐腐蚀的要求，其本身所具有的耐高压复试、高冲 击韧性、以及高断裂韧性等特点，也决定了其在许多领域中不可替代的地位， 这大大满足我国乃至世界装备现代化、轻量化的要求，凭借这样的特点，钛合 金正被大量使用在船舶与海洋工程装备制造领域，是名副其实的“海洋金属”。 虽然钛合金拥有加工焊接困难、造价相对昂贵等缺点，但是在大深度潜器的制 造领域，目前为止它仍是不可缺少的，其主要应用部位有：耐压壳体、螺旋桨、 发动机零部件等等。中国、俄罗斯、美国、日本、法国都在不同程度上使用钛 合金作为潜水器的材料。在二十世纪六十年代，我国已经开始了对船用钛合金的研究。在几十年后 的今天，比较完善的船用钛合金体系已经形成，可以满足各类型舰艇的需求。 无论军舰、潜水艇还是深海潜器，国产钛合金都能满足其所需的不同级别的强 度要求。对于舰艇的不同部位的强度要求，国产钛合金也有进行分类。在我国 船用钛合金体系中，钛合金屈服强度一般在 320~1100MPa 之间。波动较大的屈 服强度范围促使屈服等级的划分。在我国钛合金屈服等级划分中，低强度钛合 金的屈服强度应该在 490MPa 以下；中强度钛合金的强度应在 490MPa~790MPa 之间，高强度钛合金应大于 790MPa。在这之中，大多 α 型和近 α 型的钛合金都 是低化合物钛合金，他们多为低强度和中强度钛合金，并且拥有较好的塑性。 当遇到大厚截面构件需要进行拘束条件下焊接时，这种钛合金是首选；屈服强 度高于 790MPa 的高强度钛合金的可塑性韧性较差，无论是进行焊接还是进行 冷加工，都无法与低强度钛合金相比，但是高强度钛合金有较好的耐腐蚀性能， 因此常将其用于船舶中的耐热耐腐蚀部分。

Fig 1-3 Photo of the titanium alloy hull潜艇和载人潜器的作业过程与飞机的飞行过程类似，在服役期间承受反复作用的外载荷也为饱载-疲劳载荷，耐压壳结构的疲劳实际还有保载-疲劳问题。 对于潜器常用的钛合金材料，只用传统方法来预报钛合金部件在饱载-疲劳下寿 命已不再合适，为了结构的安全性，在部件的真实寿命结束前进行预防或者替 换，准确的预报钛合金在室温下的保载-疲劳的寿命将成为重点。 Ti-6Al-4V钛合金疲劳裂纹扩展国内外研究现状(2):http://www.youerw.com/yanjiu/lunwen_203441.html