船用5083鋁合金蠕變試驗研究

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1、船用5083鋁合金蠕變試驗研究  摘要:本文介紹鋁合金材料(包括焊后材料)的長時間加溫拉伸試驗,試驗溫度及溫度變化歷程模擬我國南方地區(qū)夏天戶外環(huán)境,持續(xù)時間6個月。通過對蠕變數據進行分析,論述5083鋁合金在特定工況下可能發(fā)生蠕變的程度以及卸載后的恢復情況,探討蠕變現象對5083鋁合金船體變形的影響?! £P鍵詞:5083鋁合金船體變形蠕變  中國分類號:U668.2文獻標識碼:A  Abstract:Thispaperintroducesthehigh-temperaturetensiletestofaluminumalloy5083,thetesttemperatureandtempera

2、turevariationaresimulatedaccordingtosummeroutdoorenvironmentofsouthregionandthedurationis6months.Throughdataanalysisofthecreeptest,thispaperdiscussesthecreepdegreeofaluminumalloy5083underspecialconditions,recoveryafterunloadingandinfluenceofcreepondeformationofhullmadeofaluminumalloy5083.  Keywords

3、:Aluminumalloy5083;Deformationofhull;Creep  1前言  蠕?通常指溫度不變、載荷不變的條件下,物體的變形隨著時間的增長而緩慢增大的現象。相對于鋼質材料,鋁合金材料剛度較低、塑性好。長期擱置狀態(tài)鋁合金材料是否會發(fā)生蠕變,從而導致船體產生較大或不易恢復的變形。本文以5083船用鋁合金材料為研究對象,開展長時間加溫拉伸試驗。通過分析試驗結果,論述5083鋁合金在特定工況下可能發(fā)生蠕變的程度以及卸載后的恢復情況,并在此基礎上探討蠕變現象對5083鋁合金船體變形的影響?! ?5083鋁合金材料力學特性  鋁-鎂系合金是一種具有中等強度、優(yōu)良的耐蝕性和可焊性的非

4、熱處理強化合金。該系合金在海水和海洋大氣條件下,不僅具有優(yōu)良的抵抗一般腐蝕的性能,而且可以消除剝落腐蝕和應力腐蝕傾向,其焊接性能在鋁合金中也是優(yōu)秀的。該系合金是唯一可用于船體建造的鋁合金。由于5083合金具有的強度、耐蝕性和工藝性等綜合性能最好,在船體建造中5083鋁合金比其它鋁-鎂合金應用更廣泛,其機械性能如表1所示。  3拉伸試驗方案  3.1試驗應力范圍  考慮到試驗應力值接近材料的屈服強度時,材料更多地表現為其屈服特性,蠕變的特性則難以確定。因此,將試驗方案中的最大測試應力限定在200MPa,焊材限定在100MPa。拉伸試驗應力級確定,見表2?! ?.2試驗持續(xù)時間  通過實地調研,

5、最長的駐排時間一般都在4~5個月之間,最長不超過6個月,所以選定6個月作為持續(xù)拉伸試驗時間?! ?.3試驗溫度及溫度歷程  試驗中必須考慮到溫度對材料蠕變的影響。為真實地反映長期擱置的實際情況,通過調研決定了試驗溫度及其變化歷程。根據氣象局提供的資料,平均每年南方地區(qū)地表溫度最高可達到55℃,考慮到船體溫度會略高于地表溫度,所以選定60℃為溫度上限。試驗溫度及溫度變化歷程模擬了我國南方熱帶地區(qū)的情況,從早上8時開始是升溫過程,到17時左右溫度會下降,白天時間保持在60℃?! ?試驗情況及結果分析  按照中華人民共和國國家標準GB/T2039-1997《金屬拉伸蠕變及持久試驗方法》,在自己制作

6、的控溫箱內拉伸鋁板條(圖1)。試驗機保持恒拉力,確保各剖面達到表2要求的恒拉應力。在各試件、各剖面貼應變片,2片串聯組成1/4電橋測應變,設置溫度補償片,用應變儀聯機自動測量,可準確測出純拉蠕變應變。連續(xù)6個月每天記錄有關數據(圖2、圖3),其中圖2為母材試驗數據,圖3為焊材試驗數據,散點為微應變試驗測量值,右側數值表示應力等級。  從圖2、圖3可以看出:(1)隨著時間的增加,微變形隨之增加;(2)每個應力等級的最大微應變,發(fā)生在180天即最長時間點;(3)在相同時間點,應力等級越大,微應變越大;(4)相同時間點和相同應力等級條件下,焊材的微應變大于母材的微應變。  試驗數據顯示:5083母

7、材在200Mpa應力等級、180天,最大微應變量為0.000317。假設構件尺寸為600mm(肋距),且材料產生最大蠕變量,則由微應變引起的變形0.000317X600=0.1902m一般而言,應變量對工程結構要產生影響,其值至少要達到相當于同時發(fā)生的彈性應變量的量級。據相關資料,船體大部分彈性變形量在10mm左右,根據本試驗獲得的數據近似推算,要達到此彈性應變量,其時間至少需要800天。  在完成連續(xù)拉伸試

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