91精品人妻互换日韩精品久久影视|又粗又大的网站激情文学制服91|亚州A∨无码片中文字慕鲁丝片区|jizz中国无码91麻豆精品福利|午夜成人AA婷婷五月天精品|素人AV在线国产高清不卡片|尤物精品视频影院91日韩|亚洲精品18国产精品闷骚

作者：張毅

  鋁合金用于船舶制造中有如下優(yōu)點：減輕重量，提高船速，節(jié)約燃料；改善船的長寬比，增加穩(wěn)定性，使船易于操作；易焊接；吸收沖擊能力較強。因此，在造船業(yè)中鋁合金具有很多的應(yīng)用和發(fā)展空間。航母的制造一般體現(xiàn)了一個國家的最高建船水平，鋁合金在現(xiàn)役的航母上獲得大量的應(yīng)用，例如，美國“獨立”號( CVA62)航母用了1 019 t鋁合金，“企業(yè)”號核動力航母(CVA65)用了450 t鋁合金，法國“福熙”號(R99)及“克里蒙梭” 號( R98)航母上使用的鋁合金超過1 000 t。

  此外，由于鋁合金具有質(zhì)量輕、耐蝕性好、易加工成形等特點，使它在海洋工程裝備產(chǎn)業(yè)高端金屬材料中占有重要的地位。

1  船用鋁合金

  船舶用耐蝕鋁合金主要在Al-Mg系和Al-Mg-Si系中選擇，主要產(chǎn)品類型為Al-Mg系板材和型材、Al-Mg-Si系型材。船用鋁合金按用途可分為船體結(jié)構(gòu)用鋁合金、上層舾裝用鋁合金。船體結(jié)構(gòu)包括：船側(cè)、船底外板、龍骨、肋板、隔壁等，舾裝包括：操舵室、舷墻、煙筒、舷窗、桅桿等。很多國家都采用Al-Mg系合金作為船體結(jié)構(gòu)材料。1966 - 1971年美國建成14艘“阿希維爾”級高速炮艇，主甲板和船底板為12.7 mm厚的5086-H32鋁合金，型材用5086-H112鋁合金。2003年美國海軍裝備航速高達78km/h的江海特種作戰(zhàn)艇(SOCR)，艇體全部采用鋁合金制造。美國鋁業(yè)公司與美國奧斯達爾公司( Austal USA)簽署了為期多年（至2014年）的供應(yīng)5×××系鋁合金造船用薄板與厚板的合同，所造船舶包括商用船與艦艇，包括海軍用的高速艇10艘。此外，5052、5454鋁合金還用于甲板等。在上層結(jié)構(gòu)中，舷窗采用6063鋁合金型材，舷梯、桅桿常采用6061、6063鋁合金型材和棒材等。在舾裝結(jié)構(gòu)中，常采用由Al-Mg合金擠壓成型的整體壁板，能夠減少焊接變形而使應(yīng)力分布更加合理。

  船舶的工作環(huán)境要求結(jié)構(gòu)材料要具有一定的力學(xué)強度、疲勞強度、伸長率和抗沖擊等性能。但高強度鋁合金通常很難同時具有優(yōu)良的耐蝕性和可焊性，因此艦船用鋁合金一般選用具有中等強度的耐蝕可焊鋁合金。

1.1  船用鋁合金的耐蝕性

  鋁合金的耐蝕性主要取決于其表面鈍化膜的完好程度與破裂后的自我修復(fù)能力，海水中的氯離子對鈍化膜的破壞尤為強烈，造成了鋁合金在海水中鈍態(tài)不穩(wěn)定，易產(chǎn)生點蝕和縫隙腐蝕等局部腐蝕，有時在某些情況下還會產(chǎn)生晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕和剝落腐蝕等特殊腐蝕形貌。

Al-Mg系合金中w(Mg)<3%時，對應(yīng)力腐蝕和剝落腐蝕不敏感；當(dāng)w( Mg)≥3%時，則會形成沿晶界面的p相網(wǎng)狀組織，B相對于基體來說是陽極，優(yōu)先發(fā)生腐蝕，使合金具有極大的腐蝕敏感性。R．Goswami等人針對5083-H131鋁合金材料的研究結(jié)果表明：將5083-H131鋁合金材料在175℃退火處理15 d后，用TEM方法觀察到了穩(wěn)定的B相，其形態(tài)、衍射斑點及高分辨圖譜如圖1所示，同時他們還發(fā)現(xiàn)B相容易沿晶界及位錯附近析出。20世紀(jì)60年代，美國對高鎂鋁合金采用H116和H117狀態(tài)，消除了沿晶沉淀網(wǎng)膜，解決了其剝落腐蝕、晶間腐蝕等問題，這是20世紀(jì)60年代船用鋁合金開發(fā)取得的重大進步¨叫。板材加工后要進行穩(wěn)定化處理以保證耐蝕性，即以H32X狀態(tài)供應(yīng)。型材用H112狀態(tài)（壓力加工變形量小、一定程度的冷拔），焊后5 A01鋁合金的R，。=300 N／rriff12，R．們2= 150 N／iriff12；5A05鋁合金的R．。=250 N/mmz，Ri)o：=100 N/mm2。Carroll M C等人在5083鋁合金中添加Zn，由于T相(Mg32( Al，Zri) 49)在晶界及其附近形成，能夠使B相的析出受到抑制，從而降低了應(yīng)力腐蝕敏感性。

  海水流動對船用鋁合金在海水中的腐蝕行為具有顯著的影響。A．喬治等人研究表明5456-H117鋁合金的腐蝕速率取決于海水流速，隨流速的增加急劇加大，表面氧化膜在流速超過大約9 m/s時破壞。王日義等人研究了海水流動速率對五種海洋常用鋁合金腐蝕的影響。他們發(fā)現(xiàn)：5A05和SA30兩種鋁合金，從靜水到最大流速7.6 m/s，腐蝕率都在102mm/a數(shù)量級，可認(rèn)為這兩種鋁合金腐蝕率對海水流速不是很敏感，是比較耐流動海水腐蝕的材料。同時，在流動海水中，與自然腐蝕電位較正的金屬偶合會強烈地加速鋁合金的腐蝕。劉宇等人研究了5083鋁合金與2205不銹鋼在天然海水中的電偶腐蝕行為，5083鋁合金與2205不銹鋼在海水中形成電偶腐蝕，5083鋁合金成了保護2205不銹鋼的犧牲陽極材料，不斷進行活性陽極溶解，因此在海水環(huán)境中應(yīng)避免兩種材料的接觸。

縫隙腐蝕是鋁合金在海水中一種常見的腐蝕行為，其主要腐蝕區(qū)域是船體水線以下裝置或結(jié)構(gòu)的縫隙。張晉等人研究了5083和6061鋁合金縫隙腐蝕行為，如圖2所示。發(fā)現(xiàn)Mg2 Si相充當(dāng)陽極優(yōu)先腐蝕；Al-Fe-Si相充當(dāng)陰極相，促使周圍基體發(fā)生腐蝕，對6061鋁合金的腐蝕起到加速作用；最后Al-Fe-Si相發(fā)生腐蝕。5083鋁合金中，低電位的Al3 Mg2相作為陰極優(yōu)先腐蝕；Al-Fe-Mn周圍基體發(fā)生腐蝕；最后Al-Fe-Mn自身發(fā)生腐蝕。

目前對船用鋁合金的腐蝕防護主要采用陰極保護、防腐涂層、表面處理等技術(shù)。Seong-Jong KIM等人研究了船用5052-0鋁合金在海水中的力學(xué)和電化學(xué)性能。圖3所示為不同的保護電位下，合金表面腐蝕的微觀形貌。發(fā)現(xiàn)最優(yōu)的保護電位范圍為-1.3 V~-0.7 V時，能克服諸如點蝕、腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂和氫脆等行為的發(fā)生；美國海軍在鋁殼體艦中使用對基體有良好附著性的雙組分環(huán)氧樹脂底漆，這種底漆耐水性能優(yōu)良；H．Allachi F等人研究了海洋環(huán)境下的6060鋁合金的腐蝕行為，提出一種環(huán)境友好型的防腐蝕辦法，在w( Cl)=3.5%的NaCl溶液中加入10 -3M CeCl，能夠有效抑制合金的點蝕傾向。微弧氧化作為近年來興起的一種表面處理新技術(shù)，在鋁合金表面原位形成陶瓷質(zhì)氧化膜，從而改善合金的耐蝕性。

1.2船用鋁合金的力學(xué)性能

在船用Al-Mg系合金中，增加鎂含量的主要作用是提高材料的強度，但合金化程度較高的材料是有腐蝕傾向的，并且會使加工變得困難。w(Mg)=2. 50%~5%的5052和5083等鋁合金，隨著鎂含量的不同，具有196 N/mm2~ 294 N/mm2的抗拉強度。鎂含量高的SA01鋁合金具有較高的強度，其加工后的板材力學(xué)性能如表1所示。雖然抗拉強度和屈服強度較高，但因為鎂含量的增加，使其耐蝕性能下降。通過調(diào)整船用5083鋁合金的成分，研究出了538鋁合金并已得到應(yīng)用，其屈服強度比5083鋁合金的高12%~14%，另外還具有較好的抗疲勞強度和耐腐蝕性能。Al-Mg-Si系合金中，抗拉強度隨固溶處理溫度的提高和溶質(zhì)原子的充分固溶而提高，T6狀態(tài)的鋁合金比T4狀態(tài)的力學(xué)性能高。王軼松等人研究了船用6082鋁合金的靜態(tài)力學(xué)性能，測出其抗拉強度為309.1 N／mrr12，伸長率為16.4%。SA30鋁合金具有良好的抗彈擊能力，當(dāng)5A30鋁合金板厚為2 mm、3 mm，子彈從兩種角度對板材進行射擊，彈孔入射面有明顯的塑性變形，孔面周圍鋁板沒有開裂，這防止了艦艇著彈后，飛濺的碎片使艇員受傷，保證了人身安全。

船舶結(jié)構(gòu)往往承受著交變載荷的作用，由于焊接、施工等因素在船舶結(jié)構(gòu)中通常會產(chǎn)生一定尺寸的裂紋或缺陷，在交變應(yīng)力的作用下，裂紋和缺陷擴展而導(dǎo)致疲勞斷裂。高應(yīng)力低周疲勞對船舶的安全和壽命具有重要的意義，產(chǎn)生低周疲勞時的特點是最大應(yīng)力能達到或超過材料的屈服強度，應(yīng)力的持續(xù)時間長，疲勞壽命短。彭金波等人對5083-Hlll軋制鋁合金板材做了低周疲勞試驗，發(fā)現(xiàn)在相同的加載條件下，沿軋制方向、與軋制方向呈45。方向以及垂直于軋制方向的響應(yīng)應(yīng)力幅無明顯的差別，都表現(xiàn)出了明顯的循環(huán)硬化特性；循環(huán)硬化程度均隨著應(yīng)變幅的增大而增加，在應(yīng)變幅較大時循環(huán)硬化一直持續(xù)到材料發(fā)生破壞，在應(yīng)變幅較小時會出現(xiàn)循環(huán)硬化的穩(wěn)定現(xiàn)象。石永久等人對6061-T6鋁合金進行了疲勞試驗，S-N曲線（應(yīng)力一壽命曲線）如圖4所示，發(fā)現(xiàn)其對裂紋比較敏感，疲勞特性對加載應(yīng)力幅值有較大的依賴性。6061-T6鋁合金材料的疲勞壽命在120 N/mff12下超過200萬次。鋁合金材料的疲勞強度大致與抗拉強度成正比，抗拉強度高的疲勞強度也高。

1.3高性能船用鋁合金

隨著造船業(yè)的發(fā)展，對速度和承載有特殊要求的船體構(gòu)件被大量需求。Al-Mg合金熱處理不可強化，主要通過加工硬化和微合金化的手段來提高該系合金的綜合性能。俄羅斯中央結(jié)構(gòu)材料研究院研制成新型非熱處理強化的耐蝕可焊含鈧( Sc)Al-Mg系的01575合金等，合金屈服強度為300 N/mm2，抗拉強度為410 N/mm2。在Al-Mg合金中加入微量元素Sc后，在鋁合金中形成Al3 Sc相，與母相鋁共格，有極大的共格錯配，因此對位錯及亞晶具有強烈的釘扎作用，從而阻礙晶粒長大，細化晶粒，同時具有強烈的彌散強化的作用，并能顯著提高合金的再結(jié)晶溫度。采用Sc元素合金化后，合金的屈服強度、抗焊接熱裂性及耐蝕性提高。尹志民等人研究了添加不同元素的Al-Mg合金的晶粒尺寸，發(fā)現(xiàn)Sc與Zr復(fù)合添加，合金組分為Al-5 Mg-0. 2Sc-0.  lZr時，晶粒細化最明顯，晶粒尺寸達到42 ym，如圖5所示。Sc和Zr的復(fù)合添加主要形成了Al3( Sc，Zr)粒子，起非均質(zhì)形核和細化晶粒的作用‘”3。Al，( Sc，Zr)復(fù)合相能夠有效抑制合金中B相(M9s Al8)的析出，使I3相在合金基體中呈不連續(xù)分布，從而降低了合金的腐蝕敏感性。近年來，研究出廉價的Er具有和Sc相似的強化效果，Zhaohe Gao等人研究Er和Zr的復(fù)合添加比單獨加入Er或Zr的強化效果好。Er元素在鋁合金中可形成納米級Al3 Er強化相，并通過與Zr的復(fù)合形成Al3（Zr，Er1一。）復(fù)合相，比Al3Sc相具有更好的熱穩(wěn)定性。Van Dalen M E等人研究了Er在Al中的固溶度小于Sc在Al中的固溶度，并且Al3Er尺寸小于Al，Sc粒子尺寸，所以Al3Er可起到更好的彌散強化。利用Er代替Sc也成為一種研究趨勢。國內(nèi)東北輕合金有限責(zé)任公司正在研究微合金化成分設(shè)計、控制強化相彌散析出等工程應(yīng)用難題，進而得到新型高強、可焊、耐蝕的Al-Mg-Sc和Al-Mg-Er艦船用鋁合金新材料，使高性能鋁合金盡早的應(yīng)用于船舶制造中。

2  鋁合金在海洋工程中的應(yīng)用與發(fā)展

  近年來，國家把發(fā)展海洋科技、經(jīng)營海洋、建設(shè)海洋強國放在了國家戰(zhàn)略的高度。材料是裝備制造業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，鋁合金憑借著其比強度高、耐蝕等優(yōu)點在海洋工程裝備領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用。

2.1  海上直升機平臺的應(yīng)用

  海上石油鉆井平臺采用鋼作為主要結(jié)構(gòu)材料，因長期暴露于海洋環(huán)境中，鋼雖然有較高的強度，但也面臨著銹蝕、使用壽命短等一系列問題。在海上油氣資源開發(fā)的基礎(chǔ)設(shè)施中，直升機停機坪是非常重要的組成部分，它用于直升機的起降，是與陸地保持聯(lián)系的重要紐帶。由于其體積龐大，還應(yīng)有自重、結(jié)構(gòu)剛度等方面的要求，鋁制直升機甲板模塊自重輕、強度和剛度好而被廣泛應(yīng)用。

  鋁合金直升機平臺包括底架和固定于底架上的由鋁合金型材拼接而成的甲板塊，型材截面類似于“工”字，在上底板和下底板之間設(shè)置有帶筋板空腔。利用了力學(xué)原理和鋁合金型材的抗彎強度，滿足性能要求的同時，減輕了自重。另外，在海洋環(huán)境下，采用鋁合金直升機平臺易維護，耐蝕性較好；采用型材拼接方式，免于焊接，無焊接熱影響區(qū)，可延長使用壽命，避免失效。

2.2  LNG（液化天然氣）貨船上的應(yīng)用

  隨著海上油氣資源的不斷開發(fā)，全世界范圍內(nèi)主要的天然氣供應(yīng)地區(qū)和需求地區(qū)距離遙遠，又往往有大洋相隔，所以目前液化天然氣的輸送多以遠洋船運為主。在LNG船儲存罐的設(shè)計中，需要低溫性能好的金屬，而且還應(yīng)具有一定的強度和韌性。鋁合金材料的強度在低溫下反而比常溫下的高，并且鋁合金質(zhì)量輕，在海洋氣氛下耐腐蝕，是在低溫情況下使用的理想材料。在LNG船舶和LNG儲罐的制造中也大量選用了5083鋁合金，尤其是液化天然氣最大的進口國日本，從20世紀(jì)50年代和60年代建造了一系列LNG儲罐和運輸船，其中有主體壁結(jié)構(gòu)完全是5083鋁合金的LNG儲罐，大多數(shù)鋁合金因為其特有的自重輕和耐腐蝕性成為儲罐頂部結(jié)構(gòu)的重要材料。目前，全球只有很少的幾個公司可以生產(chǎn)LNG運輸船儲罐用低溫鋁材，日本研制的5083鋁合金160 mm特厚板，具有良好的低溫韌性和疲勞抗性。

2.3在船用碼頭上的應(yīng)用

  船用碼頭設(shè)備如跳板、浮橋和過道是由6005A或6060鋁合金型材焊接制成的，浮塢是由5754鋁合金板焊接而成的不漏水廂體，結(jié)構(gòu)或浮塢都不需要作涂漆或化學(xué)處理。

2.4鋁合金鉆桿

  鋁合金鉆桿因其具有密度小、重量輕、比強度高、所需回轉(zhuǎn)扭矩小、抗沖擊能力強、耐腐蝕性好、與孔壁間摩擦阻力小，在鉆機能力一定的情況下，應(yīng)用鋁合金鉆桿能夠達到鋼質(zhì)鉆桿無法達到的井深。目前，鋁合金鉆桿在石油勘探中已經(jīng)成功使用，自20世紀(jì)60年代以來，鋁合金鉆桿在蘇聯(lián)地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，在蘇聯(lián)地區(qū)采用鋁合金鉆桿鉆進進尺達到總進尺的70%~75%。在海洋鉆井平臺中，結(jié)合鋁合金耐海水腐蝕這一優(yōu)勢，高性能鋁合金鉆桿在海洋工程中有很大的應(yīng)用前景。

3  結(jié)束語

隨著人們對鋁合金的研究越來越深入，鋁合金在船舶和海洋工程領(lǐng)域中的應(yīng)用日益增多，也彰顯了其作為結(jié)構(gòu)材料的突出地位。作為船體材料時，為船體結(jié)構(gòu)減重，提高穩(wěn)定性和船速，減少能耗方面做出了突出的貢獻。在海洋工程領(lǐng)域，由于鋁合金出色的耐腐蝕性能和易加工性能使其應(yīng)用于海洋基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。海洋是21世紀(jì)世界政治、經(jīng)濟、軍事競爭的制高點，海洋事業(yè)的發(fā)展給鋁合金行業(yè)帶來巨大的發(fā)展空間，也提出更高的要求。

4摘要：Al—Mg系和AI-Mg-Si系合金兇具有耐蝕、中等強度、可焊接等優(yōu)點被廣泛用于船舶和海洋工程領(lǐng)域。綜述了在船體的不舊部位鋁合金的應(yīng)用情況，船用鋁合金的典型腐蝕特征和力學(xué)性能，含Sc、Zr、Er高性能船用鋁合金的發(fā)展。指出輕質(zhì)、高強度和低成本是當(dāng)今各類艦船選材的重要依據(jù)，介紹了鋁合金在海上直升機平臺、LNC船儲罐材料、碼頭和海洋鉆桿方而的應(yīng)用與發(fā)展。