Hvorfor 5083 er Benchmark Marine Grade Aluminum Plate
5083 er en ikke-varme-al-Mg-legering af 5xxx-serien, der ikke kan behandles med varme, og har været referencematerialet til skrogbelægning, dæk og overbygninger i årtier. Sammensætningsgrænser angivet i ASTM B209 er 4,0-4,9 % magnesium, 0,40-1,00 % mangan og 0,05-0,25 % chrom, resten aluminium. Magnesium giver solid opløsningsforstærkning, mangan styrer den omkrystalliserede kornstruktur og krom bremser kornvæksten under varmvalsning, så pladen kombinerer moderat styrke med fremragende modstandsdygtighed over for havvand og holder den modstand i den svejste tilstand. Densiteten er omkring 2,66 g/cm3, omtrent en tredjedel af kulstofstål.
Fordi legeringen ikke kan styrkes ved varmebehandling, kommer dens egenskaber fra temperamentet - mængden af påført koldt arbejde og den efterfølgende stabiliseringsbehandling. Det er derfor, at to plader med samme kemi, 5083-H111 og 5083-H321, opfører sig meget forskelligt i en fabrikationsbutik.
Hvad H111 og H321 faktisk betyder i tempereringssystemet
I H-tempereringsbetegnelsen betyder H1x kun tøjningshærdet, H2x betyder tøjningshærdet og delvist udglødet, og H3x betyder tøjningshærdet og stabiliseret. Cifrene efter bogstavet beskriver, hvor meget koldt arbejde der er tilbage i produktet. Dette enkelt bogstav forklarer næsten enhver forskel mellem de to materialer:
5083-H111- let stammehærdet efter udglødning til et niveau under H11 minimum. Dislokationstætheden forbliver lav, så forlængelse og koldformbarhed er høj, og pladen bøjer og ruller til snævre radier uden at revne.
5083-H321- koldbearbejdet til cirka kvart-hårdt og stabiliseret ved lav temperatur. Stabiliseringstrinnet udfælder betafasen (Al3Mg2) i en kontrolleret, diskontinuerlig form langs korngrænser i stedet for som en kontinuerlig film, hvilket øger styrken og forbedrer modstanden mod spændingskorrosionsrevner og intergranulært angreb.
For vedvarende havvandskontakt og for svejsede strukturer, der ikke kan gen-udglødes efter fremstilling, er H321 og H116 de temperamenter, der fremkaldes af marine specifikationer; H111 er et formende temperament snarere end et nedsænket temperament.
Mekanisk egenskabssammenligning af 5083-H111 og 5083-H321
Nedenstående figurer er typiske rumtemperaturværdier- for plade i tykkelsesområdet 4-40 mm. Spændingstest følger ASTM E8/E8M, og minimumsforsyningsegenskaber er defineret i ASTM B209 og ASTM B928.
| Ejendom | 5083-H111 | 5083-H321 |
|---|---|---|
| Trækstyrke | 275-310 MPa | 320-350 MPa |
| Flydespænding (0,2 % bevis) | omkring 125 MPa | omkring 145 MPa |
| Forlængelse i 50 mm sporvidde | 12-18 % | 8-12 % |
| Hårdhed | 60-70 HBW | 75-85 HBW |
| Temperament rute | Udglødet plus let belastningshærdning | Belastningshærdet plus lav-temperaturstabilisering |
| Mikrostruktur | Lav dislokationstæthed, grov og duktil | Højere dislokationstæthed, stabil mod genopretning |
| Designprioritet | Formbarhed og svejsbarhed | Styrke, udmattelseslevetid og modstand mod spændingskorrosion |
Havvand, spændingskorrosion og intergranulært angreb
Begge temperamenter modstår ensartet angreb i marine atmosfærer og i strømmende havvand, og begge danner den samme beskyttende oxidfilm. Forskellen vises, når materialet er sensibiliseret. En 5xxx-legering, der indeholder mere end ca. 3 % magnesium, vil udfælde Al3Mg2 langs korngrænser, hvis den holdes i lange perioder i 50-150 C-området, og en kontinuerlig grænsefilm gør metallet modtageligt for intergranulær korrosion. Salpetersyremassetabstesten af ASTM G67 er den accepterede accelererede metode til måling af denne følsomhed, mens ASTM G47 og ASTM G110 dækker spændingskorrosion og intergranulær korrosionstest af højstyrke aluminiumprodukter.
H321-pladen er stabiliseret, så betafasen dannes i en diskontinuerlig, mindre skadelig morfologi, og marinepladespecifikationer kræver de stabiliserede temperamenter, hvor modstandskorrosionsbestandighed er et designkrav.
H111-pladen dannes normalt først og beskyttes bagefter; den passer bedre til stænk-zone og over-vandstruktur end permanent nedsænkning.
Ingen af temperamenterne bør udsættes for forhøjede temperaturer efter levering, fordi det gen-introducerer sensibilisering uanset det oprindelige temperament.
Noter til svejsning, formning og fremstilling
Svejsning- begge temperamenter er svejset med 5183, 5356 eller 5556 filler i TIG- og MIG-processer. Der kræves ingen forvarmning, og samlinger genvinder styrke ved naturlig ældning efter svejsning. H321 bevarer efter-svejsestyrken mere forudsigeligt, fordi dens varmepåvirkede zone allerede er stabiliseret.
Bøjning og rulning- H111 accepterer stramme bøjningsradier, dybtrækning og rulleformning; H321 udvikler mere tilbagespring, har brug for generøse radier og bør ikke koldformes kraftigt efter levering.
Bearbejdning- begge tempereringsmaskiner bearbejdes rent med skarpt værktøj med høj-rive; H321 holder strammere dimensionsstabilitet, fordi restspændinger delvist aflastes af stabiliseringsbehandlingen.
Udglødning- hvis en formet del skal blødgøres, fjerner en O-tempereringsudglødning belastningshærdningen, men delen vil så miste styrkefordelen ved begge temperamenter.
Valgvejledning efter ansøgning
| Anvendelse | Anbefalet temperament | Årsag |
|---|---|---|
| Skrogbelægning, konsoller, komplekse overbygninger | 5083-H111 | Højeste formbarhed og nemmeste fremstilling |
| Brændstoftanke til køretøjer, dybtrukne komponenter | 5083-H111 | Fremragende bøjnings- og tegneadfærd |
| Dæk, bundbeklædning, strukturelle skotter | 5083-H321 | Højere styrke, bedre træthed og havvandsydelse |
| LNG og kryogen tankage, trykhuse | 5083-H321 | Stabil styrke og sejhed ved lav temperatur |
| Omkostningsfølsomme-ikke-nedsænkede paneler | 5083-H111 | Tilstrækkelig styrke med lavere formningsomkostninger |
I praksis reduceres valget til et enkelt designspørgsmål: får delen sin endelige form ved at bøje og svejse, eller bærer den høj belastning i et vådt og dynamisk miljø? Formbarhed styrer det første tilfælde, og stabiliseret styrke styrer det andet.
Ofte stillede spørgsmål
Q: Er 5083-H111 eller 5083-H321 bedre til et bådskrog?
Under vandlinjen og i strukturel bundplettering foretrækkes det stabiliserede H321-temperering, fordi det modstår spændingskorrosion og intergranulært angreb i permanent nedsænkning. Over vandlinjen, hvor paneler er buede og svejsede, vælges H111 ofte for sin overlegne formningsadfærd.
Q: Kan 5083-H321 bøjes efter levering?
Den kan bøjes, men med større bøjningsradier og højere tilbagespring end H111. Kraftig koldformning bør undgås, fordi den stabiliserede struktur har mindre resterende duktilitet.
Q: Hvad er forskellen mellem H116 og H321?
Begge tilhører den stabiliserede familie, der bruges til marineplader, og begge opfylder korrosionskravene i ASTM B928. H116 har yderligere korrosionsacceptgrænser, der er rettet specifikt mod marineservice, og den er ofte specificeret for skrog og dækplade.
Spørgsmål: Har de to temperamenter brug for forskellige svejsematerialer?
Nej. Begge er svejset med 5183, 5356 eller 5556 spartelmasse. Forskellen ligger i styrken i den varmepåvirkede zone, som er mere konsistent i det stabiliserede temperament.
Q: Er egenskaber påvirket af opbevaringstemperaturen?
Ja. Længere tids opbevaring over ca. 50 C kan sensibilisere en 5xxx-legering og forringe korrosionsbestandigheden uanset temperament, så spoler og plader bør opbevares i et tørt lager med moderat-temperatur.
Q: Hvilket temperament giver bedre værdi for generel fremstilling?
For ikke-nedsænkede dele, der er dannet på en kantpresse, giver 5083-H111 de laveste fremstillingsomkostninger, fordi den kræver færre formeoperationer og mindre tilbagespringskompensation. H321 retfærdiggør sine omkostninger, hvor styrke, udmattelseslevetid eller korrosionsbestandighed driver designet.
