Penerapan Material Titanium Alloy Pada Kapal
Bahan titanium dan paduan titanium banyak digunakan di kapal. Kecuali untuk aksesori kapal dan fasilitas kabin, semua peralatan dan suku cadang besar dapat menggunakan bahan titanium dan paduan titanium, seperti sistem informasi elektronik, sistem tenaga, sistem tambahan, struktur lambung, sistem propulsi, dll. Bahan paduan titanium asing terutama digunakan di lambung kapal bahan struktural, pompa kapal, katup, pipa dan aksesori lainnya, perangkat penggerak daya, penukar panas, kondensor, pendingin, evaporator, perangkat akustik, dll.; bahan paduan titanium dalam negeri terutama digunakan dalam kapal selam, perangkat penggerak daya, radar kapal, peralatan elektronik, pengencang, dll.
1. Shell (tahan tekanan)
Di bidang kapal, kapal selam dan kapal selam terutama digunakan untuk cangkang bertekanan paduan titanium. Paduan titanium memiliki karakteristik kekuatan spesifik yang tinggi, ketahanan korosi yang baik, dan sifat non-magnetik, menjadikannya bahan berkualitas tinggi untuk pembuatan cangkang bertekanan pada peralatan laut dalam.
Rusia adalah negara pertama yang menggunakan cangkang bertekanan paduan titanium pada kapal selam nuklir, dan juga merupakan pemimpin teknologi dunia. Sejak tahun 1960-an, Rusia (bekas Uni Soviet) telah memproduksi serangkaian kapal selam berbahan paduan titanium. Pada awalnya, Rusia membangun kapal selam nuklir rudal jelajah paduan titanium No. 661, yang merupakan kapal uji. Belakangan, Rusia berturut-turut membangun 7 kapal selam paduan titanium kelas "Alpha", 1 kapal selam kelas "Mike", dan 4 kapal selam kelas "Sierra". Kapal selam nuklir ini semuanya merupakan tipe serangan, di antaranya kapal selam paduan titanium kelas "Alpha" menggunakan 3,000 ton paduan titanium. Kapal selam nuklir kelas "Typhoon" buatan Rusia merupakan kapal selam terbesar di dunia dari segi volume dan tonase, serta konsumsi titaniumnya mencapai 9,000 ton.
Saat ini, kapal selam nuklir kelas "Borey" generasi terbaru Rusia juga menggunakan lambung bertekanan paduan titanium.
Aplikasi penting lainnya dari lambung bertekanan paduan titanium adalah kapal selam laut dalam. Kapal selam berawak "Jiaolong" adalah kapal selam berawak yang dikembangkan secara independen oleh negara saya, dengan kedalaman penyelaman maksimum yang dirancang lebih dari 7,000 meter. Lambung bertekanan dari kapal selam berawak "Jiaolong" terbuat dari paduan titanium. Saat ini, sebagian besar kapal selam berawak laut dalam utama di dunia menggunakan bahan paduan titanium sebagai bahan persiapan untuk lambung bertekanan. Misalnya, bahan cangkang kapal selam berawak laut dalam seperti Alvin dan NewAlvin AS, Jiaolong Tiongkok, Nautile Prancis, dan Shinkai 6500 Jepang semuanya merupakan paduan titanium [9]. Paduan titanium telah menjadi bahan pilihan untuk cangkang kapal selam laut dalam yang tahan tekanan.
2. Alat penggerak tenaga
Karena pengaruh air laut dan iklim laut, material baling-baling kapal harus memiliki kekuatan kelelahan korosi dan ketahanan kavitasi yang lebih tinggi. Dibandingkan dengan paduan tembaga dan baja, paduan titanium memiliki keunggulan dalam kekuatan lelah korosi dan ketahanan kavitasi. Selain itu, karena kepadatan paduan titanium yang rendah, ketika membuat baling-baling dengan ukuran yang sama, massa baling-baling paduan titanium lebih kecil dibandingkan bahan lain yang umum digunakan. Oleh karena itu, efisiensi penggerak kapal yang menggunakan baling-baling paduan titanium lebih tinggi. Dikombinasikan dengan kekuatan kelelahan korosi yang tinggi dan ketahanan kavitasi dari baling-baling paduan titanium, perawatan dan perawatannya akan lebih mudah, sehingga memperpanjang masa pakai baling-baling. Paduan titanium merupakan bahan yang ideal untuk baling-baling kapal.
Rusia, Inggris, dan negara-negara lain mulai mencoba menggunakan baling-baling paduan titanium di kapal sejak tahun 1960-an. Misalnya, Rusia menggunakan baling-baling paduan titanium di kapal selam nuklir kelas "Alpha" dan kelas "Mike". Amerika Serikat juga menggunakan baling-baling paduan titanium di banyak kapal. Misalnya, Angkatan Laut AS menggunakan baling-baling paduan titanium superkavitasi tiga bilah, dapat dilepas, dan berdiameter 812,8 mm pada pemburu kapal selam penelitian seberat 50 ton. Kapal perang berkecepatan tinggi "Asheville" menggunakan baling-baling paduan titanium dengan pitch variabel empat bilah. Hidrofoil besar militer AS "Plainview" menggunakan baling-baling paduan titanium superkavitasi empat bilah, dapat dilepas, terbuat dari bahan Ti-6Al-4V dengan diameter 1,52m. negara saya juga telah berhasil mengembangkan berbagai baling-baling paduan titanium dan berhasil menggunakannya di banyak kapal. Misalnya, baling-baling hidrofoil paduan titanium Ti-5Al-2.5Sn dan Ti-6Al-4V berhasil dikembangkan pada tahun 1972 dan telah digunakan di banyak kapal sejauh ini . Penggunaan selama bertahun-tahun telah menunjukkan bahwa baling-baling paduan titanium memiliki ketahanan korosi yang kuat dan masa pakainya tiga kali lipat dari baling-baling paduan tembaga tradisional.
Selain baling-baling kapal, bahan paduan titanium juga digunakan pada mesin kapal. Misalnya, kapal pemecah es bertenaga atom buatan Rusia menggunakan mesin uap yang mengandung bahan paduan titanium. Penggunaan alat penggerak berbahan paduan titanium dapat mencegah kapal terkena arus induksi besar yang dihasilkan dari pemotongan garis magnet bumi saat berlayar. Selain itu, perangkat penggerak jet air beberapa kapal juga menggunakan bahan paduan titanium, seperti kapal uji SES-100A AS dan kapal torpedo "PT-10" Jepang. Perangkat penggerak jet air mereka menggunakan titanium murni industri dan tempa paduan titanium, yang mengurangi berat perangkat dan meningkatkan efisiensi perangkat penggerak jet air.
3. Pompa, katup, pipa dan perlengkapannya
Persyaratan Rusia untuk pengoperasian sistem perpipaan kapal adalah bahwa material struktural harus dijamin memiliki masa pakai 8 hingga 9 tahun sebelum perbaikan dermaga pertama, dan masa pakai sebelum sistem diganti sepenuhnya tidak boleh kurang dari 15 tahun. Persyaratan ini dapat memastikan bahwa semua tingkatan kapal dapat berfungsi secara efektif selama 25 hingga 30 tahun. Kapal beroperasi di laut, sehingga pompa, katup, pipa, dan aksesori lainnya di kapal menghadapi ujian lingkungan laut yang parah.
Sistem perpipaan kapal sipil Rusia umumnya menggunakan pipa tembaga M3C dan pipa paduan tembaga MH-5-1 sesuai dengan kecepatan aliran air, sedangkan katup, pompa, dan penukar panas menggunakan paduan tembaga. Jika pipa kapal menggunakan bahan paduan tembaga, kemungkinan besar sudah terkorosi dan rusak pada tahun kedua sehingga sulit memenuhi persyaratan penggunaan di atas. Untuk memenuhi persyaratan penggunaan, ketebalan pipa mungkin perlu menebal, dan pada saat yang sama, diameter pipa perlu diperluas untuk memastikan kecepatan aliran air. Berat dan biaya keseluruhan sistem perpipaan kapal telah meningkat.
Namun, pompa, katup, pipa, dll di kapal perang Rusia lebih banyak menggunakan bahan paduan titanium. Kapal perang telah beroperasi sejak lama, dan praktik penggunaannya telah membuktikan bahwa pipa, katup, pompa, penukar panas, dan produk paduan titanium lainnya memiliki ketahanan yang kuat terhadap korosi air laut dan memiliki masa pakai yang lama. Jika semua bahan titanium digunakan untuk memproduksi sistem pemasukan air kapal, umur sistem dapat diperpanjang secara signifikan dan keandalan penggunaan dapat ditingkatkan.
Angkatan Laut AS menggunakan sistem perpipaan paduan titanium di kapal. Dibandingkan dengan pipa paduan tembaga-nikel tradisional, paduan titanium memiliki ketahanan korosi yang kuat. Bahkan pada air laut yang mengalir dengan kecepatan tinggi (dengan laju aliran 13m/s), tidak akan tersapu dan terkorosi oleh air laut. Ini sangat cocok untuk jaringan pipa dengan air laut yang bergerak, laju aliran tinggi dan tekanan tinggi sebagai media kerjanya. Oleh karena itu, dalam kondisi memastikan laju aliran air laut yang sama, ketahanan korosi yang tinggi dari paduan titanium memungkinkan pipa dirancang lebih tipis, diameter pipa menjadi lebih kecil, ruang yang ditempati kapal menjadi lebih kecil, fleksibilitas dari tata letak ditingkatkan, dan biaya pemeliharaan juga berkurang. Selain itu, kepadatan paduan titanium kecil, sekitar setengah dari paduan tembaga-nikel, dan kualitas pipa yang diproduksi rendah, sehingga mengurangi peralatan yang digunakan untuk membantu mendukung pipa. Beban kapal berkurang dan konsumsi bahan bakar berkurang.
4. Kirimkan perangkat akustik
Bahan paduan titanium juga dapat digunakan untuk perangkat akustik di kapal, seperti kubah sonar, komponen transduser hidroakustik, mikrofon, komponen telepon, dll. Sonar merupakan peralatan yang paling efektif bagi kapal untuk mendeteksi target di bawah air. negara saya sebagian besar menggunakan baja tahan karat dan fiberglass yang diperkuat serat, tetapi dibandingkan dengan bahan paduan titanium, permeabilitas suaranya dan ketahanan benturannya relatif lemah. Rusia telah menerapkan kubah sonar paduan titanium pada kapal selam nuklir Kursk, kapal induk Minsk, kapal induk Kiev, dll., dan efek deteksi sonar sebenarnya bagus.