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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
