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铝合金及船用铝合金

19-08-21 09:29  

    铝合金按产品状态大致分为变形合金和铸造合金两类,变形合金包括板、棒、型材、管、锻件等,铸造合金包括金属模铸件和压铸件等。

船用铝合金

    变形铝合金根据其主要添加元素的种类可分为两大类:非热处理合金和热处理合金。

    非热处理合金是经过轧制、拉拔等冷加工而获得,包括1000、3000、4000、5000 系;

    热处理合金是经过淬火、回火等热处理后获得,包括2000、6000、7000系。1000系(纯Al系)和3000系合金(Al-Mn) 强度低, 不适合作结构件, 但耐蚀性和成型性能优良。2000系(Al-Cu系)、6000系(Al-Mg-Si系)、7000系(Al -Zn-Mg系)等热处理合金都有强度高的特点,2000系合金因耐蚀性和可焊性差,不适于作一般构造材料,6000系合金由于挤压性能和耐蚀性能优良,多用作挤压型材,7000系合金可焊性好且焊缝强度高,但耐蚀性差,不能使用在海洋大气环境中。4000系(Al-Si 系)非热处理合金铸造和锻造性能优良,5000系(A1-Mg 系)非热处理合金, 如5052、5083等含高Mg合金,由于具有适当的机械强度和抗疲劳强度,并且耐蚀性、可焊性以及可加工性等优良,它们作为耐蚀可焊接结构用合金正广泛用于船舶等领域中。


Al-Mg系合金

    Al-Mg系合金是向铝中单独添加Mg或同时添加Mg和Mn的非热处理强化合金。含2.5%~5%Mg的A5052和A5083等合金,随着Mg含量的不同,可具有196~294MPa的抗拉强度,能作为焊接结构材料使用。当与适当成分的添加金属配合时,可焊性很好,抗蚀性特别是抗海水腐蚀性也很好。但是,Mg含量>5%时,合金容易发生应力腐蚀,因此,通常用添加Mn或Cr的方法来防止发生这种腐蚀现象。通过冷作硬化的方法,可以获得不同性能的合金,为了防止合金在常温下发生时效软化现象,还要进行稳定化处理。


Al-Mg-Si系合金

    Al-Mg-Si 系合金是以Mg2Si作为强化相的可热处理强化铝合金,抗拉强度随固熔处理温度的提高和熔质原子的充分固熔而提高,T6状态比T4状态合金的机械性能高。该系合金的加工成形性能和抗蚀性能均好,如果采用适当成分的添加金属,可焊性也不差,但缺点是焊接接头由于焊接热的影响而变软。该系列合金A6061被应用于车辆和建筑等刚性结构,该系列合金A6063则被广泛应用于各种框架。


Al-Zn-Mg系合金

    Al-Zn-Mg系合金是以Zn为主要添加元素并含有少量Mg的二元合金,具有约294 MPa的抗拉强度和优良的焊接性。该系合金由于具有优良的常温时效特性,以及因焊接热而发生的软化区,焊后能自然回复特性。因此,它便于作为焊接结构材料使用而受到重视。T6状态的这种铝合金比T4状态合金的延伸率略低些,但抗拉强度和屈服强度较高,硬度亦较高。以Zn为主要合金元素并含有Mg、Cu和少量Cr的A7075合金是强度最高的铝合金,被称为超硬铝,它的缺点是焊接困难,抗蚀性能也较差。


船用铝合金

    船舶用铝合金按用途可分为船体结构用铝合金、舾装用铝合金和焊接添加用铝合金。在较长的一段时间内,船用铝合金主要在Al-Mg系合金和A1-Mg-Si系合金中选择。而原苏联则较多地选择A1-Cu-Mg系合金用于造船,作为快艇壳体材料。近年来对中强可焊的A1-Zn-Mg系合金的研究也日益增多,并取得一些进展,中强A1-Zn-Mg系合金热处理后的强度和工艺性能比A1-Mg系合金还优越,并且可焊和有一定的抗蚀性,对造船业有很大的吸引力。20世纪80年代以后,船舶结构的合理化和轻量化越来越被重视,大型船舶的上层结构和舾装件开始大量使用铝合金。在舾装铝合金中,经阳极氧化处理的6063–T5合金挤压型材主要用于框架结构,H14、H24状态的工业纯铝和3203合金等的板材主要用于舱室内壁等内装结构,铸造性能优良的AC4A和AC4C合金铸件主要用于舾装件。AC7A合金具有很强的抗腐蚀性能,可望在船舶中应用,但它的铸造性能较差。


    早在20世纪60年代初期,我国就采用LF5M、LF21M铝合金通过焊接方法建造了铝结构的上层建筑和全焊铝质救生艇,初步积累了一些经验。80年代,我国研制成功的耐蚀、可焊船用铝合金LF16(2103)、LF15(2101),其性能指标达到和超过了国外同类产品的指标,均已列入国家军用标准,是我国铝合金焊接船建造推荐使用材料。LF15、LF16铝合金的研制成功,为我国铝合金焊接船的发展奠定了基础。洛阳船舶材料研究所与芜湖造船厂合作采用LF16船用铝合金成功地建成我国第一条全焊铝质船“龙门”号海港工作艇,这是我国铝合金焊接船发展的开创性突破。之后,多家船厂建成全焊铝结构边防巡逻艇、双水翼艇、浦江巡逻艇等;还建造了单体快艇、双体客船等的铝质上层建筑或甲板室,解决了铝质上层建筑与钢质船体甲板之间采用焊接方法实现连接的问题。目前已建造全焊铝结构双体船,这也是我国迄今建造的最大的铝合金焊接船。


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