Hợp kim nhôm cho tàu
1289 Lượt xem 2024-04-25 08:21:20
Hợp kim nhôm cho tàu
Hợp kim nhôm đã được sử dụng trong ngành đóng tàu gần một trăm năm. Với sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp đóng tàu trong và ngoài nước, ngày càng có nhiều sự chú ý đến trọng lượng nhẹ của tàu. Do mật độ thấp, cường độ cao, độ cứng cao và khả năng chống ăn mòn của nhôm, thiết kế tàu Tàu được đóng bằng nhôm 15-20% nhẹ hơn tàu được đóng bằng thép hoặc vật liệu composite khác. Độ dẻo dai cao, Khả năng chống ăn mòn và khả năng hàn của hợp kim nhôm mang lại sự lựa chọn tốt cho việc đóng những con tàu có yêu cầu nghiêm ngặt về trọng lượng. Vì chi phí gia công nhôm thấp hơn, Sẽ kinh tế hơn nếu sử dụng nhôm để đóng tàu.
Hợp kim nhôm cho tàu
Hợp kim nhôm có thể được sử dụng làm tấm, ép đùn và đúc. Cùng với những tính chất vật lý vượt trội của hợp kim nhôm, sẽ rất kinh tế khi sản xuất tàu bằng hợp kim nhôm.
Từ quan điểm của các nhà thiết kế tàu, tàu làm bằng hợp kim nhôm có thể đạt tốc độ cao hơn và tuổi thọ dài hơn. Những ưu điểm này của hợp kim nhôm đã dẫn đến sự phát triển nhanh chóng trong ứng dụng hợp kim nhôm. Ngành đóng tàu bị chi phối bởi vật liệu nhôm. Cung cấp một thị trường ứng dụng rộng rãi.
Hợp kim nhôm sử dụng trên tàu thủy có thể được chia thành hợp kim nhôm biến dạng và hợp kim nhôm đúc
Ứng dụng của hợp kim nhôm biến dạng trong đóng tàu ở nhiều quốc gia khác nhau, từ cấu trúc thượng tầng của tàu mặt nước lớn, đóng tàu nghiên cứu đại dương hoàn toàn bằng nhôm nặng hàng nghìn tấn, tàu buôn và tàu khách đi biển, đến tàu cánh ngầm, tàu đệm khí, phà chở khách, tàu chở khách catamaran, vận chuyển Hợp kim nhôm biến dạng được sử dụng rộng rãi trên các tàu chở khách tốc độ cao và tàu cao tốc quân sự khác nhau như thuyền và tàu đổ bộ. Hợp kim nhôm đúc chủ yếu được sử dụng cho các bộ phận như máy bơm, piston, bộ phận trang bị, và vỏ mỏ mưa.
Nguyên tắc lựa chọn vật liệu và ưu điểm của hợp kim nhôm đóng tàu
Tỷ lệ cường độ cao hơn và mô đun cụ thể
Giới hạn chảy và mô đun đàn hồi của vật liệu là thông số cơ bản nhất để tính toán cường độ kết cấu tàu và xác định kích thước kết cấu.. Vì mô đun đàn hồi và mật độ của các hợp kim nhôm khác nhau gần như giống nhau, thêm một lượng nhỏ các nguyên tố hợp kim hoặc thay đổi trạng thái xử lý nhiệt ít ảnh hưởng đến chúng, do đó việc tăng cường độ chảy trong một phạm vi nhất định sẽ có lợi cho việc giảm trọng lượng của kết cấu tàu.
5083 nhôm làm khung tàu
Nói chung là, mật độ của hợp kim nhôm khoảng 2,7 ~ 2,8 / cm3, và mô đun đàn hồi khoảng 70 ~ 73GPa. Tuy nhiên, Thông thường, các hợp kim nhôm có độ bền cao thường khó có khả năng chống ăn mòn và khả năng hàn tuyệt vời cùng một lúc.. Vì thế, Hợp kim nhôm có độ bền trung bình và khả năng chống ăn mòn có thể hàn thường được chọn cho hợp kim nhôm trên tàu. Ngoài ra, hợp kim nhôm đúc cũng có những ứng dụng nhất định trong lĩnh vực đóng tàu. ứng dụng.
Hiệu suất hàn tuyệt vời
Đối với tàu, kết nối hàn có lợi thế rõ ràng so với kết nối tán đinh, Vì vậy phương pháp hàn đã được sử dụng rộng rãi trong đóng tàu, về cơ bản thay thế các cấu trúc đinh tán.
Hiện nay, Phương pháp hàn hồ quang argon tự động chủ yếu được sử dụng trong đóng tàu nhôm. Khả năng hàn tốt của hợp kim nhôm có nghĩa là xu hướng hợp kim nhôm hình thành các vết nứt trong quá trình hàn nhỏ hơn, đó là, hợp kim nhôm có khả năng chống nứt hàn tốt, và tính năng của mối hàn không thay đổi nhiều sau khi hàn. Bởi vì các đặc tính bị mất do hàn không thể được phục hồi bằng cách xử lý nhiệt lại trong điều kiện đóng tàu, Đây là một trong những đặc điểm quan trọng giúp phân biệt hợp kim nhôm dùng cho tàu thủy với các hợp kim nhôm kết cấu khác..
Độ bền sau hàn của AL-Zn-Mg (7000 loạt) và AL-Mg-Si (6000 loạt hợp kim nhôm) được giảm đáng kể, và khả năng chống ăn mòn sau hàn của hợp kim dòng AL-Zn-Mg cũng kém. Vì thế, hai loại hợp kim này được sử dụng vì có những hạn chế nhất định khi hàn vật liệu hàng hải. AL-Mg (5000 loạt) hợp kim không có nhược điểm này.
Hợp kim dòng AL-Zn-Mg chủ yếu được sử dụng cho các bộ phận có thể xử lý nhiệt sau khi hàn (như vỏ ngư lôi), và hợp kim dòng AL-Mg-Si chủ yếu được sử dụng làm hồ sơ.
Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời
Cấu trúc tàu chủ yếu được sử dụng trong môi trường nước biển và môi trường biển khắc nghiệt. Vì thế, Hợp kim nhôm có khả năng chống ăn mòn hay không là một trong những chỉ số chính quyết định liệu chúng có thể được sử dụng làm hợp kim nhôm hàng hải hay không.
Hợp kim nhôm cho tàu
Chất nền hợp kim nhôm hàng hải và các mối hàn thường được yêu cầu không bị ăn mòn do ứng suất, xu hướng ăn mòn nứt vỡ và ăn mòn giữa các hạt trong môi trường nước biển và biển; ăn mòn tiếp xúc, ăn mòn kẽ hở và ăn mòn bám dính biển nên tránh càng nhiều càng tốt; ăn mòn đồng đều nhỏ và các điểm được cho phép. ăn mòn.
Đặc tính tạo hình nóng và lạnh tốt
Trong quá trình xây dựng, tàu phải trải qua quá trình xử lý lạnh (chẳng hạn như viền, quăn, uốn cuộn, dập, vân vân.) và xử lý nóng (chẳng hạn như uốn nóng, chữa cháy, vân vân.). Vì thế, hợp kim nhôm hàng hải được yêu cầu phải dễ gia công và hình thành, không tạo ra các khuyết tật như vết nứt trong quá trình xử lý, và vẫn đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất như độ bền và khả năng chống ăn mòn sau khi xử lý.
Ưu điểm của hợp kim nhôm trong ứng dụng hàng hải
Hợp kim nhôm có đặc tính trọng lượng riêng nhỏ và mô đun đàn hồi, chống ăn mòn, khả năng hàn, xử lý dễ dàng, không từ tính và hiệu suất nhiệt độ thấp tốt. Nó có những ưu điểm sau khi sử dụng trên tàu:
- (1) Do trọng lượng riêng nhỏ của nó, nó có thể làm giảm trọng lượng của con tàu, giảm công suất của động cơ đơn, và tăng tốc độ; nó có thể làm giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và tiết kiệm nhiên liệu; nó có thể cải thiện tỷ lệ khung hình của con tàu, tăng tính ổn định, và làm cho con tàu dễ dàng điều động; Bạn cũng có thể tăng khả năng tải và thu thêm lợi nhuận.
- (2) Do khả năng chống ăn mòn tốt, nó có thể giảm chi phí bảo trì như tra dầu và kéo dài tuổi thọ của nó (thường nhiều hơn 20 năm).
- (3) Hiệu suất xử lý và hình thành tốt, và thật dễ dàng để thực hiện các hình thức xử lý khác nhau như cắt, dập, uốn lạnh, hình thành và cắt, vân vân., và phù hợp với thân tàu được sắp xếp hợp lý; nó có thể đùn các cấu hình có thành mỏng rộng lớn, giảm số lượng mối hàn và hợp lý hóa và làm nhẹ kết cấu thân tàu.
- (4) Hiệu suất hàn tốt và có thể hàn dễ dàng.
- (5) Mô đun đàn hồi nhỏ, khả năng hấp thụ ứng suất tác động lớn, và nó có độ an toàn cao hơn.
- (6) Phế liệu nhôm dễ thu hồi và có thể tái chế.
- (7) Không có độ giòn ở nhiệt độ thấp, thích hợp nhất cho các thiết bị nhiệt độ thấp.
- (8) Vì nó không có từ tính, la bàn sẽ không bị ảnh hưởng; con tàu hoàn toàn bằng nhôm có thể tránh được các cuộc tấn công của mìn và thích hợp để sử dụng làm tàu quét mìn.
- (9) Không có thiệt hại hoặc biến dạng do côn trùng gây ra do sấy khô; nó không cháy và an toàn hơn trong trường hợp hỏa hoạn.
Các loại, đặc điểm và công dụng của hợp kim nhôm hàng hải
Hợp kim nhôm cho tàu (Hợp kim nhôm hàng hải) có thể được chia thành hợp kim nhôm biến dạng và hợp kim nhôm đúc theo các quy trình sản xuất khác nhau. Vì hợp kim nhôm hàng hải có yêu cầu đặc biệt về độ bền, chống ăn mòn, khả năng hàn, vân vân., nhôm-magie (5000 Loạt) hợp kim, nhôm-magiê-silicon (6000 loạt) hợp kim và nhôm-kẽm-magie (7000 loạt) hợp kim.
đóng tàu nhôm
Trong số đó, loạt hợp kim nhôm-magiê được sử dụng rộng rãi nhất trên tàu. Sau đây chủ yếu giới thiệu các hợp kim nhôm biến dạng cho tàu.
Hợp kim nhôm cho tàu thủy có thể được chia thành hợp kim nhôm cho kết cấu thân tàu và hợp kim nhôm để trang bị theo mục đích sử dụng của chúng.. Các hợp kim nhôm được sử dụng làm kết cấu vỏ tàu chủ yếu là 5083 hợp kim, 5086 hợp kim Và 5456 hợp kim.
Từ 6000 loạt hợp kim sẽ trải qua sự ăn mòn giữa các hạt trong nước biển, chúng chủ yếu được sử dụng trong cấu trúc thượng tầng của tàu. Hợp kim nhôm trang bị chủ yếu được sử dụng trong các cấu hình ép đùn.
Sức mạnh và hiệu suất quá trình của 7000 loạt hợp kim sau khi xử lý nhiệt thậm chí còn tốt hơn so với 5000 loạt hợp kim. Nó có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong sản xuất tàu thủy. Nó chủ yếu được sử dụng trong các cấu trúc thượng tầng của tàu, chẳng hạn như cấu trúc ép đùn, tấm áo giáp, vân vân. Tuy nhiên, nhược điểm của 7000 hợp kim là nó có khả năng chống lại Khả năng chống ăn mòn ứng suất kém, giới hạn phạm vi sử dụng của loạt hợp kim này.
| Loại | hợp kim | nóng nảy | Thành phần hóa học (tiêu chuẩn HE) | Đặc trưng | Ứng dụng |
| Đối với thân tàu | 5052 | Ô H14 H34 |
Al：Vẫn Còn Sĩ：.250,25 cu：.100,10 Mg：2.2~2,8 Zn：.10,10 triệu：≤0,10 Cr：0.15～0,35 Fe：.40,40 |
Sức mạnh trung bình, khả năng chống ăn mòn tốt và khả năng định hình, độ bền mỏi cao | Kiến trúc thượng tầng, thành phần phụ trợ, thân thuyền |
| 5083 | Ô H32 |
Al：Duy trì Và：.40,40 Cu：≤0,10 Mg：4.0～4,9 Zn：.250,25 mn：0.40～1.0 Ti：.10,15 Cr：0.05～0,25 Fe：0～0,400 |
Hợp kim nhôm điển hình để hàn, với độ bền cao nhất trong số các hợp kim không thể xử lý nhiệt, khả năng hàn tốt, chống ăn mòn và hiệu suất nhiệt độ thấp | Kết cấu thân tàu chính | |
| 5086 | H32 H34 |
Al：Duy trì Và：.40,40 Cu：≤0,10 Mg：3.5～4,5 Zn：.250,25 mn：0.20～0,7Ti：.10,15 Cr：0.05～0,25 Fe：0～0,500 |
Khả năng hàn và chống ăn mòn giống như 5083, sức mạnh hơi thấp hơn một chút, và khả năng ép đùn được cải thiện. | Cấu trúc chính của thân tàu (hồ sơ ép đùn có thành mỏng và chiều rộng rộng) | |
| 5454 | H32 H34 |
Al：Duy trì Và：.250,25 Cu：≤0,10 Mg：2.4～3,0 Zn：.250,25 mn：0.50～1.0 Ti：.20,20 Cr：0.05～0,20 Fe：0.000～0,400 |
22% sức mạnh cao hơn 5052, chống ăn mòn tốt và khả năng hàn, khả năng định hình trung bình | Kết cấu thân tàu, bình chịu áp lực, đường ống, vân vân. | |
| 5456 | Ô H321 |
Al：Duy trì Và：.50,50 Cu：3.8～4.9 Mg：1.2～1,8 Zn：≤0,30 mn：0.30～0,9 Ti：.10,15 TRONG：.100,10 Fe：0.00～0,50 Muốn + Có：0.000～0,500 |
Tương tự như 5083, nhưng cường độ cao hơn một chút và dễ bị ăn mòn do ứng suất | thân tàu và boong | |
| 6061 | T4 T6 |
cu：0.15～0,4 triệu：0.15 Mg：0.8～1,2 Zn：0.25 Cr：0.04～0,35 Ti：0.15 Và：0.4～0,8 Fe：0.7 Al：Duy trì |
Hợp kim nhôm chống ăn mòn có thể được tăng cường bằng cách xử lý nhiệt. Nó có độ bền cao nhưng độ bền mối hàn thấp. Nó chủ yếu được sử dụng cho các kết cấu bắt vít và đinh tán không tiếp xúc với nước biển. | Kiến trúc thượng tầng, kết cấu vách ngăn, khung, vân vân. | |
| Để trang bị | 1050 1200 |
H112 Ô H12 H24 |
Al ：Vẫn Còn Sĩ：.250,25 Fe：0.40 cu ：≤0,50 mn：.50,50 Mg：≤0,50 Zn：.15 Ti ：0,03 |
cường độ thấp, khả năng xử lý tốt, khả năng hàn và chống ăn mòn, xử lý bề mặt cao | trang trí nội thất |
| 3003 | H112 Ô H12 |
Al ：Vẫn Còn Sĩ：.60,60 Fe：.70,70 Cu ：≤0,50 mn：1.0~1,5 Zn：≤0,10 |
10% sức mạnh cao hơn 1100, khả năng định dạng tốt, khả năng hàn, và khả năng chống ăn mòn | Nội địa, mái và tấm bên của bể chứa LPG |
Kích thước tấm nhôm cho tàu thủy
Độ dày của tấm được xác định bởi kết cấu thân tàu, thông số kỹ thuật tàu và vị trí sử dụng. Từ góc độ làm nhẹ thân tàu, tấm mỏng thường được sử dụng càng nhiều càng tốt, nhưng độ sâu ăn mòn của tấm trong quá trình sử dụng cũng cần được xem xét. Tấm thường được sử dụng là 1,6mm. Tấm mỏng ở trên và tấm dày dưới 30 mm.
Để giảm thiểu hàn, 2.0tấm nhôm rộng m thường được sử dụng. Tàu lớn sử dụng tấm nhôm rộng 2,5m. Chiều dài thường là 6m. Một số tấm có thông số kỹ thuật đặc biệt cũng được sử dụng theo hợp đồng của nhà máy đóng tàu.
Tấm nhôm cực rộng để đóng tàu
Để cải thiện hiệu quả chống trượt, bộ bài thường sử dụng bảng hoa văn.
Ví dụ về việc sử dụng hợp kim nhôm hàng hải
| Sử dụng | hợp kim | Các loại sản phẩm |
| Bên tàu, vỏ dưới | 5083,5086,5456,5052 | Đĩa, hồ sơ |
| sống tàu | 5083 | Đĩa |
| Lồng sườn | 5083 | Đĩa, hồ sơ |
| xương sườn, cánh cửa tiếp theo | 5083,6061 | Đĩa |
| Bệ động cơ | 5083 | Đĩa |
| Bộ bài | 5052,5083,5086,5456,5454,7039 | Đĩa, hồ sơ |
| Nhà xe lăn | 5083,6N01，5052 | Đĩa, hồ sơ |
| Bức tường thành | 5083 | Đĩa, hồ sơ |
| Ống khói | 5083,5052 | Đĩa |
| Tấm mặt trên và mặt bên của container | 3003,3004,5052 | Đĩa |
| cửa sổ | 5052,5083,6063，AC7A | Hồ sơ, vật đúc |
| Lối đi | 5052,5083,6063,6061 | Hồ sơ |
| Cột buồm | 5052,5083,6063,6061 | ống, gậy, hồ sơ |
| Vật liệu kết cấu container tàu biển | 6063,6061,7003 | Hồ sơ |
| Động cơ và các bộ phận hàng hải khác | AC4A，AC4C，AC4CH，AC8A | Vật đúc |
Nhiệt độ của hợp kim nhôm hàng hải
Trạng thái của hợp kim nhôm cho biết phương pháp xử lý, cấu trúc bên trong và tính chất cơ học của vật liệu. Nói chung là, các công ty kỹ thuật sử dụng vật liệu ở các trạng thái khác nhau tùy theo mục đích sử dụng khác nhau. 5000 loạt hợp kim được sử dụng cho kết cấu thân tàu áp dụng trạng thái O và H, Và 6000 loạt hợp kim áp dụng trạng thái T. Chi tiết trạng thái H của 5000 hợp kim sê-ri và mã trạng thái của hợp kim sê-ri 6000 và hợp kim đúc sê-ri AC được liệt kê trong tiêu chuẩn JIS của Nhật Bản được trình bày trong bảng bên dưới.
Hợp kim nhôm hàng hải
Nhiệt độ và quá trình 5000 loạt nhôm cho kết cấu thân tàu
| nóng nảy | Công nghệ chế biến |
| H111 | Sau khi ủ, làm việc lạnh (lăn hoặc làm thẳng) |
| H112 | Trạng thái ép đùn hoặc trạng thái ban đầu sau khi cán nóng, nhưng có những yêu cầu về tính chất cơ học của vật liệu, và các thí nghiệm tính chất cơ học là cần thiết. |
| H116 | Gia công nguội và ủ ở nhiệt độ thấp để cải thiện khả năng chống ăn mòn của vật liệu. |
| H14 | Độ bền kéo nằm giữa trạng thái O và trạng thái H18 (1/2 trạng thái cứng) |
| H311 | H31 cộng với trạng thái làm việc nguội nhỏ |
| H32 | Độ bền kéo nằm giữa trạng thái O và trạng thái H34 (xử lý ổn định được thực hiện sau khi làm việc nguội. 1/4 trạng thái cứng) |
| H321 | H32 cộng với trạng thái làm việc nguội nhỏ |
| H323 | Trạng thái xử lý đặc biệt cải thiện khả năng chống nứt ăn mòn ứng suất của H32 (1/4 trạng thái cứng) |
| H34 | Độ bền kéo nằm giữa trạng thái O và trạng thái H38 (xử lý ổn định được thực hiện sau khi làm việc nguội. 1/2 trạng thái cứng) |
| H343 | Trạng thái xử lý đặc biệt cải thiện khả năng chống nứt ăn mòn ứng suất của H34 (1/2 trạng thái cứng) |
Nhiệt độ và quá trình 6000 loạt nhôm cho kết cấu thân tàu
| nóng nảy | Công nghệ chế biến |
| T1 | Sau khi xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao và làm mát, trạng thái lão hóa tự nhiên phù hợp với các vật liệu ép đùn nóng không trải qua quá trình xử lý lạnh, hoặc làm thẳng và các sản phẩm gia công nguội khác ít ảnh hưởng đến tính chất cơ học đã được hiệu chỉnh của chúng. |
| T4 | Sau khi xử lý dung dịch, trạng thái lão hóa tự nhiên. Nó phù hợp cho các sản phẩm không trải qua quá trình xử lý lạnh sau khi xử lý bằng dung dịch, hoặc các sản phẩm mà việc làm thẳng nguội ít ảnh hưởng đến các tính chất cơ học đã được hiệu chuẩn. |
| T5 | Sau khi xử lý nóng ở nhiệt độ cao, trạng thái lão hóa nhân tạo phù hợp với các sản phẩm không trải qua quá trình xử lý lạnh sau khi tạo hình ở nhiệt độ cao. Hoặc các sản phẩm mà việc làm thẳng và gia công nguội ít ảnh hưởng đến tính chất cơ học đã được hiệu chuẩn của chúng. |
| T6 | Sau khi xử lý dung dịch, trạng thái thất bại nhân tạo. Nó phù hợp cho các sản phẩm không trải qua quá trình gia công nguội sau khi xử lý bằng dung dịch, hoặc ít ảnh hưởng đến các đặc tính cơ học đã được hiệu chỉnh của chúng do làm thẳng và các nguyên công khác. |
| T61 | Xử lý bằng nước nóng T6, thích hợp cho vật đúc. |
Thêm kiến thức về hợp kim nhôm cho tàu biển vui lòng truy cập: https://hw-alu.com/applications/aluminum-sheet-for-boat.html
