Материалы корпусных конструкций

По мнению зарубежных специалистов з, материал прочных корпусов подводных лодок должен обладать: высокой уделыной прочностью (отношение предела текучести к удельному весу); высоким модулем нормальной упругости (модулем Юнга); высокой пластичностью основного материала и соединительных элементов (например, сварных швов); высокой усталостной и динамической прочностью; коррозионной стойкостью и устойчивостью физических свойств в диапазоне темйератур, встречающихся при эксплуатации подводной лодки (от —35 до +50°С);' технологичностью и возможностью соединения отдельных элементов конструкции; по возможности немагнитностью; приемлемой стоимостью.

Для изготовления проч1Ных,корпусов современных подводных лодок используют высокопрочные сваривающиеся стали. В американском подводном кораблестроении применяют стали марок НТ и НУ.

Созданную в 1943 г. низколегированную сталь марки НТ широко использовали при строительстве дизель-электрическихи первых атомных подводных лодок. На новых атомных лодках, прочные корпуса которых изготовлены из сталей марки НУ, сталь марки НТ применяют для изготоівлвния легких конструкций и фундаментов. Сталь марки НТ, имеющую две модификации—НТ-50 и НТ-601, поставляют на заводы в виде листового и профильного проката в горячекатаном состоянии (небольшой толщины) или после закалки и высокого отпуска.

Химический состав и механические свойства сталей приведены в табл. 20. Предел текучести листовой стали марки НТ меняется в зависимости от толщины листов. Например, для стали марки НТ-50 он равен 33—35 кГ/мм^ при толщине листав 6,4— 38,1 мм и 29—30 кГІмм^ для листов большей толщины.

В начале 50-х годов фирма Юнайтед Стейтс Стил Компани по заданию ВМС США разработала новую серию судостроительных сталей марки НУ. Наибольшее распространение при строительстве атомных подводных лодок получила сталь марки НУ-80 (см. табл. 20), относящаяся к классу высокопрочных легированных сталей 2. Судостроительные заводы получают эту сталь в виде листов и катаных профилей в термически улучшенном состоянии. Толщина листов изменяется в пределах 6,4—76,2 мм и кратна Vie дюйма.

К концу 1962 г. в США была создана новая высокоцрочная сталь марки НУ-100, минимальный предел текучести которой равен 70 кГ/мм^. Согласно некоторым сообщениям, эту сталь применили при строительстве экспериментальной глубоководной лодки «Долфин», а также при изготовлении прочных сферических корпусов глубоководных аппаратов «Алвин», «Дипстар» и пр.

К 1970 г. американские специалисты предполагают освоить сталь НУ-130—150 с пределом текучести 105 кГ/м^ при толщине листов не более 12,7 мм и не менее 91—98 кГ/мм^ при больших толщинах. В 1964 г. фирма Юнайтед Стейтс Стил Компани произвела опытные плавки этой стали. Испытания образцов показали значительное превышение механических характеристик по оравнению с требованиями Управления кораблестроения ВМС США (предел текучести до 150 кГ/мм^). В дальнейшем предел текучести американских свариваемых судостроительных сталей предполагают довести до 190—210 кГ/мм^.

Прочные корпуса английских подводных лодок изготовляют из сталей марок QT-28 и QT-35, которые несколько уступают новым американским сталям по механическим характеристикам.

Материалы корпусных конструкций

в частности, минимальный гарантированный предел текучести этих сталей равен 43 и 56 кГ/мм^ соответственно

В подводном кораблестроении ФРГ для прочных корпусов дизель-электрических лодок типа «U» была применена маломагнитная сталь, однако спустя год после постройки корабли пришлось вывести из эиоплуатации ввиду усиленной коррозии маломагнитной стали в моїрской воде. Как сообщала зарубежная печать, после установки на лодках специальных защитных систем, дальнейшую корроаию прочных корпусов удалось прекратить 2. -

. Для изготовления отдельных элементов кqpпyQныx коціструк-ций (например, обтекателей приемо-излучающих систем гидроакустических станций, эхолотов и щр.) в подводном кораблестроении США применяют различные нержавеющие стали. В частности, широкое распространение получила хромоникеле-вая сталь марки 304 (18,5%^ Cr, 9,5% Ni) с пределом текучести 25 кГ/мм^. Лаборатория морского оружия ВМС. США разработала новый коррозионноустойчивый немагнитный материал «нитіинол», лредставляющий собой сплав никеля с титаном. Стоимость 1 т существующих и перспективных американских сталей составляет: НТ —660 долл.; НУ-80 —710 долл.; НУ-130— 150—1100 долл.

Перопективиым материалом для прочных корпусов подводных лодок, по мнению инастранных специалистов, являются титановые сплавы, близкие по своим механическим характеристикам к лучшим маркам судостроительных сталей, однако удельный вес их (4,5 г)см^) почти вдвое меньше. Кроме того, они немагнитны и коррозионноустойчивы в морской воде. Однако высокая стоимость титана (с 1955 по 1961 г. средняя стоимость титанового проката снизилась в США с 29 ООО до 12 500 долларов за тонну, однако дальнейшего снижения стоимости не ожидается), недостаточная сопротивляемость хрупким разрушениям и склонность к ползучести при температуре 20° С и 'напряжениях, близких к пределу текучести 3, задерживают его применение в подводном кораблестроении.

Работы по созданию титановых сплавов и технологии их обработки и сварки ведут Уцраівление кораблестроения ВМС США и ряд других научно-исследовательских организаций. Разрабо-'Танные сплавы (табл. 21) с пределом текучести 84—95 кГ/мм^ удовлетворительно свариваюпся в среде защитного газа — аргона (при толщине листов не более 50 мм), однаїко практически применить титан для изготовления прочных корпусов подводных .кораблей рассчитывают не ранее 1970 г.'* В 1964 г. в США была

1 Welding in Shipbuilding, London, 1962.

2 Marine Rundschau, 1966, № 1.

3 Journl of Metals, 1961, № 3.

* Ordnance, 1962, № 250; Welding Journal, 1961, № 4.

выполнена П|роектная проработка экспериментальной подводной лодки, прочный корпус которой предполагается изготовить из титанового сплава с пределом текучести 84 кГ/мм^. Расчетная глубина погружения лодки' — 2440 м. Одновременно в США была начата подготовка к разработке сверхмалой подводной лодки 2 с титановым корпусом длиной 4,8 м.

Таблица 21

Химический состав и механические свойства сплавов титана

Материалы корпусных конструкций

Алюминиевые сплавы в иностранном подводном кораблестроении применяют для изготовления надстроек, ограждений выдвижных устройств и других высокорасположенных корпусных конструкций. Из алюминиево-магниевых сваривающихся легких сплавов выполнены, например, надстройки атомных лодок «Наутилус» и «Сивулф». Между стальными и алюминиевыми конструкциями установлены изолирующие прокладки.

На каждом подводном ракетоносце типа «Джордж Вашингтон» применено 18—23 т алюминиевых сплавов з.

Использование алюминиевых оплавов для изготовления прочных корпусов подводных лодок в США ограничено экспериментальным строительством (алюминиевый сплав марки 7079-Т6 предусмотрен для прочного корпуса научно-исследовательской подфодной лодки «Алюминаут»), несмотря на высокую удельную прочность алюминия. Ограничение вызвано главным образом плохой свариваемостью алюминиевых сплавов, склонностью их к хрупким разрушениям и низкой взрывостойкрстью несварных (болтовых, клепаных и клеевых)' соединений конструкций прочного корпуса, а также сравнительно высокой стоимостью, в 6—8 раз превышающей стоимость стали ЙУ-80.

Материалы корпусных конструкций

Данные о химическом составе и механических свойствах алюминиевых сплавов, применяемых в подводном кораблестроении США, приведены в табл. 22.

В послевоенный период в подводном кораблестроении широко применяют неметаллические конструкционные материалы (главным образом, различные виды пластических масс), обладающие небольшим удельным весом, сравнительно высокой механической прочностью, ■коррозионной стойкостью, немагнитностью и т. п.

Для изготовления надстроек и ограждений рубок подводных лодок в США используют стеклопластики — композиции стеклянного волокна с синтетической смолой, играющей роль связующего компонента. Механические характеристики ' одного из видов этого материала следующие, кГ/мм^:

Предел прочности:

на изгиб.......6,35

» растяжение . . . .4,20 » сдвиг ...... 2,25

Модуль упругости .... 1400

В результате проведенного обследования конструкции ограждения из стеклопластика дизель-электрической подводной лодки «Хафбик»

после пяти лет эксплуатации было отмечено некоторое снижение предела прочности (на 12%) и модуля упругости (на 9%) этого материала

Стеклопластики в подводном кораблестроении применяют также для обтекателей приемо-излучающих систем гидроакустических станций. Первый обтекатель из пластмассы был изготовлен в 1954 г. Испытания показали, что он обладает хорошей звукопрозрачностью для широкого диапазона звуковых частот. В дальнейшем несколько улучшенные пластмассовые обтекатели (со стальным набором) были установлены на многих подводных лодках ВМС США и в том числе на атомных лодках типов «Скейт» и «Наутилус». На подводной лодке «Скейт» площадь поверхности обтекателя равна 37 м^.

В последние годы американские ученые ведут большие исследовательские работы в области применения армированных пластиков для изготовления прочных корпусов подводных лодок. Для этого предполагают применить метод намотки стеклопластика на специальных машинах. Так, в зарубежном ракетостроении используют намоточные машины, позволяющие изготовлять обечайки диаметром до 6,6 и длиной до 15,2 м.

Применение стеклопластика в подводном кораблестроении требует решения сложных технических проблем.

Во-первых, необходимо изучить влияние влажности на прочностные характеристики стеклопластика, находящегося под большим гидростатическим давлением. Предварительные результаты показывают, что прочность этого материала при погружении в воду через непродолжительное время уменьшается на 10—15%, после чего сохраняется без изменения. Величина гидростатического давления при этом практически не влияет на изменение характеристик.

Во-вторых, для изготовления прочных корпусов подводных лодок могут потребоваться оболочки из стеклопластика толщи-, ной 150 мм и более. Возможность изготовления таких оболочек при сохранении прочностных характеристик армированного пластика требует экспериментальной проверки.

В-третьих, значительный недостаток стеклопластика, по мнению иностранных специалистов,— низкая усталостная прочность. Как показали результаты испытаний, предел прочности снижается на 50%1 после 50 000 циклов увеличения и уменьшения давления.

К числу недостатков стеклопластика относят также его высокую стоимость — 4500—1 1 ООО долларов за тонну в зависимости от марки материала.

Механические свойства освоенных промышленностью США и перспективных стеклопластиков приведены в табл. 23.

Таблица 23

Механические свойства разработанных н перспективных стеклопластиков, предназначенных для изготовления прочных корпусов подводных лодок и глубоководных аппаратов

Составляющие вещества и механические свойства стеклопластвков

Год освоения материала

1965

1967

1970

Армирующее

. Стеклово-

П устотелое

Стекловолокно

Боросиликатные

вещество

локно

стеклово-

улучшенного

волокна

   

_ локно

типа

 

Связующее вещество

Эпоксидная

Эпоксидная

Улучшенная

Улучшенная

 

смола

смола

эпоксидная

эпоксидная

     

смола

смола

Прочность, кПмм?:

     

176

в тангенциальном

113

77,5

141

направлении

       

в продольном

56,5

38,8

70,5

88

направлении

       

Модуль нормальной

       

упругости, кГ1мм!':

       

в тангенциальном

4900

' 2300

5600

■24 500

направлении

     

16 200

в продольном

320Q

1700

3900

направлении'

       

Кроме стеклопластиков, для изготовления прочных корпусов подводных лодок в будущем, по мнению иностранных специалистов', станут применить стекло или стеклокерамику, которые хотя и обладают пониженной ударостойкостью, но имеют высокую прочность на сжатие. В 1964—1965 гг. ВМС США и американские ^фирмы провели испытания стеклянных моделей при воздействии взрывных нагрузок. Испытания подтвердили возможность улучшения этого свойства конструкций из стекла путем специальной обработки поверхности, а также при использовании покрытий из пластмассы или резины.

Предыдущая глава Оглавление Следующая глава