5083 アルミニウム合金: 強さ, 耐食性 & 溶接性

1. 導入

5xxxシリーズの中で アルミニウム合金, 5083 アルミニウムは、組み合わせることで素晴らしい評判を得ています 高強度, 優れた腐食抵抗, そして 優れた溶接性.

1960年代に開発されました, 5083 攻撃的な海水環境に耐える不気味な能力のおかげで、海洋産業でアルミニウムが牽引力を獲得しました.

今日, 機械的ストレスの下で一貫して信頼できるパフォーマンスを提供するため、海軍船から極低温タンクまで、要求の厳しいアプリケーションの依然として主力のままです, 極端な温度, および腐食状態.

2. 合金組成と冶金の基礎

その中心に, 5083 アルミニウムは、慎重にバランスの取れた化学からその強度を導き出します:

3. 重要なバリアントと熱処理

堅牢なベースコンポジションに基づいています, 5083 アルミニウム合金はいくつかを提示します 標準的な気性 - 制御されたコールドワークと安定化を通じて、異なるパフォーマンス要件を満たすために調整された.

o-temper (完全にアニール)

• 処理: 5083-oで完全なアニールを受け取ります 350–380°C 2〜3時間, その後、迅速な冷却が続きます.
• 機械プロファイル:

• • 降伏強度: 〜125 MPA
  • 究極の引張強度 (UTS): 〜220 MPA
  • 伸長: ≥25%

• 特性: o-temperで, 合金はその到達に到達します 最小強度 そして 最大延性, 深い絵に理想的にします, 紡糸, 複雑なスタンピング.
  ファウンドリーは一般に、複雑なボートの船体パネルまたは華やかな建築コンポーネントを生産するときにO-Temperシートから始まります.

H111-temper (軽いコールドワーク)

• 処理: アニーリング後, 製造業者が適用されます ≤15％コールドワーク (ローリングまたは曲げ) 軽いひずみ硬化を与える.
• 機械プロファイル:

• • 降伏強度: 〜175 MPA
  • UTS: 〜310 MPA
  • 伸長: ≥20%

• 特性: H111は驚くほどバランスが取れています 強度の強化 と 維持された形成性.
  製造業者は、湾曲した鉄道車両パネルなど、中程度の剛性を必要とするコンポーネントのH111を選択しますが、オンラインの曲げおよびヘミング操作に対応しています.

H116-temper (溶接のために安定した)

• 処理: 合金は、制御されたコールドワークとaを経ます 自然な老化 室温での期間 (通常 72 時間) 感作に対する微細構造を安定させる.
• 機械プロファイル:

• • 降伏強度: ≥185 MPA
  • UTS: 〜340 MPA
  • 伸長: ≥12%

• 特性: H116はそのために際立っています 顆粒間腐食に対する例外的な耐性 溶接後.
  海軍建築家とオフショアエンジニアは、溶接船体とデッキ構造にH116を指定します, マルチパス溶接が時間の経過とともに周囲の材料を分解しないと確信しています.

H321-temper (熱安定化)

• 処理: H116に似ています, しかし、コントロールされています 低温焼き で 100–150°C サービス中に老化を妨げるために数時間.
• 機械プロファイル:

• • 降伏強度: 〜175 MPA
  • UTS: 〜340 MPA
  • 伸長: ≥12%

• 特性: H321は、コンポーネントが動作する場合、望ましくない変更をさらに防ぎます 高温 (まで 150 °C).
  結果として, 産業植物のHVACダクトと熱交換パネルは、この気性を使用して寸法の安定性と強度を維持することがよくあります.

4. の物理的および熱特性 5083 アルミニウム合金

5. の機械的特性 5083 アルミニウム合金

6. 耐食性と耐久性

5083 アルミニウムの決定的な利点はそれです 塩化水性環境に対する優れた耐性, 数十年にわたる海洋サービスと標準化されたテストによって検証されています:

• 海水孔抵抗: ASTM G48塩化第一鉄試験, 5083 アルミニウムは、の孔食の可能性を示します +0.8 VSで. SCE,
  よりも大幅に高くなっています 6061 (+0.5 v) アルミニウムブロンズに匹敵します (Cu-al合金).
  北海からのフィールドデータは、腐食率を示しています <0.03 MM/年 コーティングされていない 5083 プレート, 同様の条件での316Lステンレス鋼の半分.
• ストレス腐食亀裂 (SCC): 7xxxシリーズ合金とは異なります, 5083 アルミニウムが以下のSCCを経験することはめったにありません 80% その降伏強度の 中性塩化物溶液で (pH 6–8).
  NaCl溶液の亀裂伝播率は≤です5 ×10〜m/s, 連続した穀物に囲まれた沈殿物がないため.
• 保護対策:

• • 陽極酸化処理 (5–25μm酸化物層) 表面の硬度を高めます 200 HV, 海洋バイオフーリングからの摩耗に抵抗します.
  • 陰極保護 (亜鉛アノード) 腐食電流密度を減らします 90%, サービスの寿命を延ばします 20 に 30+ 熱帯海水での年.

これらのプロパティが作成されます 5083 承認された唯一のアルミニウム合金 クラスNKおよびDNV-GL認定海洋構造 無制限のオーシャンゾーンで.

7. の製造と機械性 5083 アルミニウム合金

5083 海洋でのアルミニウム合金の広範な採用, 交通機関, および産業用アプリケーションが茎を掲載しています
その耐食性と機械的堅牢性だけでなく、その例外からも 製造の汎用性 そして 予測可能な加工動作.

形成性: 複雑なジオメトリを形作ります

5083 アルミニウム バランスの取れた延性とワーク硬化反応 幅広い形成操作に適している, 穏やかな曲げから深い描画まで:

コールドフォーミング

• 曲げ: で o気性 (アニール), 5083 アルミニウムはaを達成します 厚さ2倍の最小曲げ半径 (例えば。, 10 MM半径 5 MMシート), 船体補強材と圧力容器スカートの鋭い角度を有効にする.
  これは、純粋なアルミニウムの形成性と一致します 50% スプリングバックに対するより高い抵抗 H111気性.
• 深い絵: an エリヒセンインデックス 10 mm (ASTM E646) 直径を持つ極低温タンクドームのような円筒形のコンポーネントの生産を可能にします 2 メーター.
  合成油による潤滑 (例えば。, エステルベースの流体) 摩擦係数を減らします 0.15–0.20, 壁の薄くなることを最小限に抑えます.
• ロールフォーミング: 複雑なプロファイルを生成できます (例えば。, 二重曲率を備えた船体パネルを発送します) の寸法公差で 厚さの±0.1％, 均一な穀物構造のおかげです.

ホットフォーミング

• 鍛造/押し出し: で働いています 350–450°C (金型を予熱して200°Cになります) マグネシウムの分離によって引き起こされる表面亀裂を防ぎます.
  このプロセスは、ような高積分コンポーネントを作成するために使用されます マリンプロペラハブ, 穀物の流れのアライメントが疲労寿命を増加させる場所 15% 同等の鋳造物と比較してください.
• 超塑性形成: あまり一般的ではありませんが, 5083 アルミニウムは、で超塑性行動を示します 400ひずみ速度の–450°C <10⁻³/s,
  厚さの変動を伴う複雑な航空宇宙プロトタイプの形成を可能にする 1.5 mm.

溶接挙動: コア強度

5083 アルミニウムはそのことで有名です 優れた溶接性, 大規模な構造製造における重要な要因.

銅が豊富な合金とは異なります (例えば。, 2024), その低いCu含有量 (≤0.1％) 溶解度が高くなると、融合溶接中の熱い亀裂がなくなります:

溶接プロセス

• ティグ (gtaw): 重要なアプリケーションに優先される方法 (例えば。, オフショアパイプライン), 使用 ER5356フィラー金属 (5% mg, 0.15% cr).
• 自分 (ゴーン): 厚い切片の高生産性溶接に適しています (10 mm以上), 使用 ER5356ワイヤ (1.2 mm直径) とのガスミックス 75% 彼 + 25% Spatterを減らすためのAR. 溶接堆積速度が届きます 5 kg/h, 船体アセンブリに最適です.
• 摩擦攪拌溶接 (FSW): 生成 優れた疲労抵抗を持つ欠陥のない関節 (10% GTAWよりも高い), LNGキャリアの縦方向の縫い目で使用されます.
  プロセスはで動作します 1,000–1,500 rpmツール速度 そして 5–10 kn downforce, の表面仕上げを生成します RA≤6.3μm.

溶接接合パフォーマンス

• 熱の影響を受けたゾーン (ハズ): 穀物の成長は限られています 50–100μm Chromiumの穀物反復効果のため, 保存 85% ベースメタルインパクトタフネスの (25 j -20°Cで).
• 耐食性: 溶接展示a ピットの可能性 0.1 vベースメタルよりも低い 海水で,
  ポストウェルド陽極酸化によって軽減されます (5 μM酸化物層) または亜鉛に富むエポキシコーティングの適用 (ISO 12944 C5-M準拠).

加工性: 精度と生産性のバランス

シリコンが豊富な合金ほど自由に機械加工できませんが (例えば。, 6061), アル 5083 適切なツールとパラメーターを使用して、予測可能な機械加工動作を提供します:

ツーリングとパラメーター

• ツール材料:

• • 高速スチール (HSS): 低速操作に適しています (≤50m/i) および手動機械加工, の表面仕上げを生成します RA≤6.3μm.
  • 炭化物 (WC-CO): 高速加工に推奨されます (100–200 m/i), 切断力を減らす 30% そして、ツールの寿命を拡張します 200 分 中程度のカット用.

• 切断パラメーター (H111気性):

• • 旋回: フィードレート0.1〜0.3 mm/rev, カットの深さ1〜5 mm, スピンドル速度800〜1,500 rpm.
  • ミリング: 15°のレーキ角と5°のリリーフ角を持つミルズをエンド, 直径2倍以下のカットの軸深度, クーラントフロー20〜30 l/min (Burr層を防ぐために推奨されるエマルジョン).

課題と解決策

• 作業硬化: アルミニウム合金 5083 作業硬化指数を示します n = 0.22, ビルドアップエッジを避けるためにシャープなツールが必要です (弓).
  摩耗の最初の兆候での再編成ツールは、表面粗さを減らします 50%.
• チップコントロール: H321気性, チップは糸状になる傾向があります; チップブレーカーを使用するか、飼料レートの増加 0.25 MM/Rev それらを管理可能なカールに変換します.
• 掘削: 118°ポイントの角度でツイストドリルを使用し、深さのためにペック掘削を使用してください >3厚いセクションでのツールの破損を防ぐための×直径 (例えば。, 50 MMプレート).

表面仕上げと公差

• マシン化された仕上げ: RA 3.2–12.5μm H111気性; 粉砕または磨きは、交配面でRA≤0.8μmを達成できます (例えば。, フランジガスケット).
• 寸法公差: の線形公差 ±0.05 mm 小さな部分の場合 (≤100mm) そして ±0.1 mm/m 大きな構造用, 修正後の修正なしでISO 2768-MK標準を満たしています.

後処理および表面処理

• ピーニングを撃った: 疲労の寿命を改善します 15–20％ 残留圧縮応力を介して (-300 MPA) 溶接接合部または機械加工された表面, 10枚の荷重サイクルにさらされたオフショアクレーンコンポーネントにとって重要.
• 陽極酸化処理: 2段階のプロセス (硫酸前処理 + クロム酸シール) aを作成します 25 μM酸化物層 硬さで 200 HV,
  一定の歩行者にさらされた海洋はしごのラングの耐摩耗性の向上.
• 溶接ストレス緩和: 加熱溶接アセンブリに 200–250°Cの 2 時間 残留応力を減らします 40%, 大きな船体セクションの歪みを最小化します (例えば。, 10 m× 5 mプレート).

8. のアプリケーション 5083 アルミニウム合金

海洋工学

• 船体構造: 船体, ポンツーン, 潜水艦圧力船体 (浅い水), 海軍船用の上部構造パネル.
• オフショアコンポーネント: プラットフォームジャケット, デッキ, 係留システムコンポーネント, 海底パイプライン, プロペラハブ, 海水噴射システム.
• 海洋機器: マリンはしごフレーム, 腐食耐性ブラケット, 船舶エンジン用の熱交換器チューブ.

交通機関

• 鉄道車両: 床下のバッテリーエンクロージャー, エクステリアパネル, 沿岸鉄道車の構造フレーム.
• 道路輸送: 冷蔵トラックの体, 軍用車のアンダーボディアーマー, 道路塩にさらされたトレーラーフレーム.
• 極低温システム: LNGタンクライナー, ISOコンテナパネル, 液体水素貯蔵タンク.

産業 & エネルギー

• 圧力容器: 海水淡水化RO容器, 化学反応器タンク, 沿岸発電所の熱交換器.
• 再生可能エネルギー: 沖合の風力タービン基礎 (モノパイル), 沿岸地帯のソーラーパネルの取り付け構造.
• 機械コンポーネント: ポンプケース, バルブボディ, 過酷な産業環境のためのクレーンブラケット.

建築 & 土木工学

• 沿岸の建物: 陽極酸化したクラッディングパネル, シーウォール保護, 海洋暴露構造用の耐腐食性手すり.
• インフラストラクチャー: 塩質地域の橋, 沿岸建築における装飾的および構造的要素.

9. の長所と短所 5083 アルミニウム合金

指定するとき 5083 アプリケーション用のアルミニウム, エンジニアは、その傑出した属性のバランスを固有の制限とバランスさせる必要があります.

の長所 5083 アルミニウム合金

• 例外的な腐食抵抗:
  さらに, 5083-H116の安定した酸化フィルムと低不純物のコンテンツは、海水で長年のサービスを提供します.
  この合金のパッシブ保護により、オフショアプラットフォームと船体は日常的に10年間のメンテナンス間隔を超えています.
• 高い溶接関節効率:
  加えて, 摩擦スチル溶接により、ハズ柔らかくなることが完全に排除されます, 共同効率を可能にします 100 %.
  これにより、アルミニウム合金が発生します 5083 海軍建築におけるマルチパス溶接にユニークに適しています.
• 優れた低温靭性:
  さらに, そのシャルピー衝撃値 (> 15 j –50°Cで) ほとんどの6xxxシリーズ合金を上回ります, 北極圏の運用とLNGストレージの信頼性を確保します.
• 優れた疲労性能:
  疲労テストでは、H116気性に耐えられている10〜サイクルが示されています 60 MPA, 周期的な荷重下で軽い構造を有効にする - 輸送および橋のコンポーネント用のideal.
• 優れた形成性:
  ついに, その深い描画能力 (1.8:1 比率) 曲げの最小限のスプリングバックは、予熱せずに複雑な形状の製造を簡素化する.

の短所 5083 アルミニウム合金

• 降水硬化はありません:
  その結果, デザイナーは強さの上限を受け入れなければなりません (〜340 MPA UTS) 人工老化プロセスを活用して合金をさらに強化することはできません.
• 中程度の加工性:
  結果として, コーティングされたカーバイドカッターと洪水クーリントシステムに投資して、チップコントロールとツール摩耗を管理します。 20 %.
• より高いコスト:
  に比べ 5086 または 5052 合金, アルミニウム合金5083のよりタイトな化学コントロールが10〜15を追加します % 価格プレミアム, 腐食性または構造的な役割でのパフォーマンスによって正当化されなければなりません.
• 限られた耐熱性:
  一方、H321はプロパティを安定させます 150 °C, アルミニウム合金 5083 そのしきい値を超えてクリープと強度の損失に苦しむ, 高温エンジンまたは排気アプリケーションのためにそれを支配します.
• 柔らかいハズ:
  適切な気性の選択とポストウェルドの自然な老化なし (72 h), 溶接アルミニウム合金 5083 に負ける可能性があります 15 % 局所的な降伏強度のうち、疲労批判的な関節をポテンシャル的に妥協します.

10. 比較分析

合金の選択を導く, 比較します 5083 2つの業界ベンチマークに対するアルミニウム合金 - 6061 (熱処理可能, 中強度合金) そして 5052 (非加熱治療可能, 優れた形式の合金).

テーブル: 5083 vs. 6061 vs. 5052 アルミニウム合金

• 強さ: 6061-T6は収量をリードします, しかし、5083-H116はUTSでそれを上回り、優れた腐食と疲労性能を保持します.
• 形成性: 5052-H32は深い描画と曲げに優れています, 一方、5083-O/H111は、強度と形成のバランスを提供します.
• 溶接 & 海洋使用: 5083-H116は、どちらよりもはるかに優れた海水で感作とSCCに抵抗します 6061 または 5052, 溶接船体パネルに最適な合金にする.

11. 結論

シームレスにブレンドすることによって 高強度, 海洋グレードの腐食抵抗, そして 優れた溶接性,

5083 アルミニウム合金は、海洋航空容器から極低温貯蔵に至るまでの用途を引き続き支配しています.

極端な条件下で堅牢な機械的および化学的性能を維持する能力は、耐久性を求めるエンジニアにとって不可欠な選択となります, 安全性, および長期的な価値.

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FAQ

何が作られているのか 5083 海洋用途に最適なアルミニウム合金?

5083 合金には4.0〜4.9が含まれています % MGプラストレースCRおよびMN, 安定性を形成します, 海水における接着酸化フィルム.

塩スプレーテストで, h116温度パネルは、後にゼロのピッティングを示します 500 時間 - 汎用合金を上回るファー.

その結果, 海軍建築家が指定します 5083 船体プレート用のアルミニウム合金, ポンツーン, 腐食抵抗と構造の完全性が最も重要なオフショアプラットフォーム.

できる 5083 強度を高めるために熱処理されます?

いいえ. 5083 非加熱処理可能な5xxxシリーズに属します. それは主に強さを獲得します コールドワーク (ひずみ硬化) そして 自然な老化.

例えば, 軽いコールドワークはH111気性を生成します (175 MPA収量), 安定したH116 (≥ 185 MPA) 制御されたコールドワークプラスから来ています 72 時間の自然な老化.

アルミニウム合金はどのようになりますか 5083 と比較してください 6061 溶接性と疲労性能?

5083-H116オファー 優れた溶接性 (MIG/TIGジョイント効率≥ 90 %, FSWまで 100 %) そして近くの疲労限界 60 10サイクルのMPA.

対照的に, 6061-T6は柔らかくなります (に 150 MPA収量) 疲労は周りに制限されます 45 MPA.

したがって, 5083 溶接に適した選択肢のままです, 腐食性環境での周期的に負荷のある構造.

推奨される形成プラクティスは何ですか 5083 アルミニウム合金?

• o-temper (アニール): 深い描画比を達成します 1.8:1 スプリングバックを3°未満に維持します.
• H111気性: 速度で3×プレートの厚さでタイトな半径を曲げる 20 ±±m/min 0.5 MM精度.
  常に1〜2°のスプリングバックを許可し、プログレッシブツールを使用して局所的なひずみを最小限に抑える.

は 5083 極低温サービスに適したアルミニウム合金?

はい. 5083 アルミニウム合金は、–196°Cまでの高靭性を保持します, Charpy V-Notch Impact値≥ 15 j –50°Cで.

その安定した微細構造は、腹立てに抵抗します, LNGタンクの最大の選択肢になります, 冷蔵トレーラー, 低温配管.

保護治療が5083の寿命を促進するもの?

• 陽極酸化処理: 10〜25 µmの酸化物層缶 ダブル 厳しい海洋雰囲気の中での生活.
• 陰極保護: 犠牲の亜鉛アノードは、ガルバニックや孔食攻撃から大きな船体の領域をガードします.
• ペイントシステム: エポキシプライマーとポリウレタントップコートを備えた海洋グレード塗料は、UVと耐摩耗性を追加します.