5083 알루미늄 합금: 힘, 부식 저항 & 용접 성

1. 소개

5xxx 시리즈 중 알루미늄 합금, 5083 알루미늄은 결합으로 명성을 얻었습니다 고강도, 우수한 부식 저항, 그리고 우수한 용접성.

1960 년대에 개발되었습니다, 5083 알루미늄은 공격적인 해수 환경에 견딜 수없는 능력 덕분에 해양 산업에서 견인력을 얻었습니다..

오늘, 해군 선박부터 극저온 탱크에 이르기까지 신뢰할 수있는 성능을 일관되게 제공하기 때문에 해군 선박부터 극저온 탱크에 이르기까지 까다로운 응용 분야의 근무가 남아 있습니다., 극한의 온도, 부식성 조건.

2. 합금 조성 및 야금 기반

그 핵심, 5083 알루미늄은 신중하게 균형 잡힌 화학에서 강도를 도출합니다:

3. 주요 변형 및 열처리

강력한 기본 구성을 기반으로합니다, 5083 알루미늄 합금은 여러 가지를 나타냅니다 표준 성미- 고유 한 성능 요구 사항을 충족하기 위해 통제 된 냉 작업 및 안정화를 통해 맞춤화.

O-Temper (완전히 어닐링)

• 처리: 5083-o 전체 어닐링을받습니다 3502-3 시간 동안 –380 ° C, 빠른 냉각.
• 기계적 프로파일:

• • 항복 강도: ~125 MPA
  • 궁극적 인 인장 강도 (uts): ~220 MPA
  • 연장: ≥25%

• 형질: O-Temper에서, 합금이 그에 도달합니다 최소 강도 그리고 최대 연성, 깊은 그림에 이상적입니다, 제사, 복잡한 스탬핑.
  파운드리는 일반적으로 복잡한 보트 선체 패널 또는 화려한 건축 구성 요소를 생산할 때 일반적으로 O-Temper 시트로 시작합니다..

H111-TEMPER (가벼운 차가운 작업)

• 처리: 어닐링 후, 제작자가 적용됩니다 ≤15% 냉 작업 (롤링 또는 굽힘) 가벼운 정도의 변형 경화를 부여합니다.
• 기계적 프로파일:

• • 항복 강도: ~175 MPA
  • uts: ~310 MPA
  • 연장: ≥20%

• 형질: H111은 놀랍도록 균형을 이룹니다 향상된 강도 ~와 함께 보존 된 형성성.
  제조업체는 곡선 굽힘 및 헤밍 작업을 수용하는 동안 중간 정도의 강성이 필요한 구성 요소에 대해 H111을 선택합니다..

H116-TEMPER (용접을 위해 안정화)

• 처리: 합금은 제어 된 냉 작업과 a 자연 노화 실온에서 기간 (일반적으로 72 시간) 감작에 대한 미세 구조를 안정화시키기 위해.
• 기계적 프로파일:

• • 항복 강도: ≥185 MPA
  • uts: ~340 MPA
  • 연장: ≥12%

• 형질: H116은 그것으로 두드러집니다 변성 내 부식에 대한 탁월한 저항 용접 후.
  해군 건축가 및 해외 엔지니어 용접 선체 및 데크 구조에 H116을 지정합니다., 멀티 패스 용접이 시간이 지남에 따라 주변 자료를 저하시키지 않을 것이라고 확신합니다..

H321-TEMPER (열 안정화)

• 처리: H116과 유사합니다, 그러나 통제 된 저온 빵 ~에 100–150 ° C 서비스 중에 노화를 방해하기 위해 몇 시간 동안.
• 기계적 프로파일:

• • 항복 강도: ~175 MPA
  • uts: ~340 MPA
  • 연장: ≥12%

• 형질: H321은 구성 요소가 작동 할 때 바람직하지 않은 변화를 더 방지합니다 온도 상승 (최대 150 ° C).
  결과적으로, 산업용 공장의 HVAC 덕트 및 열 엑스 교환 패널은 종종 차원 안정성과 강도를 유지하기 위해이 성질을 사용합니다..

4. 물리적 및 열적 특성 5083 알루미늄 합금

5. 기계적 특성 5083 알루미늄 합금

6. 부식성 및 내구성

5083 알루미늄의 정의 이점은 그것입니다 수성 염화물 환경에 대한 우수한 저항, 수십 년간의 해양 서비스 및 표준화 된 테스트에 의해 검증되었습니다:

• 해수 구덩이 저항: ASTM G48 염화 제 2 철 검사에서, 5083 알루미늄은 구덩이 잠재력을 나타냅니다 +0.8 대에서. SCE,
  보다 훨씬 높습니다 6061 (+0.5 다섯) 그리고 알루미늄 청동과 비교할 수 있습니다 (Cu-al 합금).
  북해의 현장 데이터는 부식률을 보여줍니다 <0.03 mm/년 코팅되지 않은 경우 5083 판, 비슷한 조건에서 316L 스테인리스 스틸의 절반.
• 스트레스-성분 균열 (SCC): 7xxx 시리즈 합금과 달리, 5083 알루미늄은 아래에서 SCC를 거의 경험하지 않습니다 80% 항복 강도 중성 염화물 용액 (pH 6-8).
  NaCl 용액의 균열 전파 속도는 ≤입니다5 × 10 ° m/s, 연속 곡물-구실이없는 침전물이 없기 때문에.
• 보호 조치:

• • 양극화 (5–25 μm 산화 층) 표면 경도를 증가시킵니다 200 HV, 해양 바이오 오피로 인한 마모에 저항합니다.
  • 음극 보호 (아연성 양극) 부식 전류 밀도를 줄입니다 90%, 서비스 수명 확장 20 에게 30+ 열대 해수에서 몇 년.

이러한 속성은 만듭니다 5083 알루미늄 유일한 알루미늄 합금이 승인되었습니다 클래스 NK 및 DNV-GL 인증 해양 구조 무제한 해양 구역에서.

7. 제조 및 가공 가능성 5083 알루미늄 합금

5083 알루미늄 합금의 해양에 대한 광범위한 채택, 운송, 산업 응용 분야가 줄어 듭니다
부식성과 기계적 견고성뿐만 아니라 예외적 인 제조 다목적 성 그리고 예측 가능한 가공 거동.

형성 가능성: 복잡한 형상 형성

5083 알루미늄 균형적인 연성 및 작업 경화 반응 광범위한 형성 작업에 적합하게 만듭니다., 부드러운 굽힘에서 깊은 그림까지:

콜드 형성

• 굽힘: 에서 오지 (어닐링), 5083 알루미늄을 달성합니다 2 × 두께의 최소 굽힘 반경 (예를 들어, 10 MM 반경 5 MM 시트), 선체 강화제 및 압력 용기 스커트에서 날카로운 각도 활성화.
  이것은 순수한 알루미늄의 형성 가능성과 일치하지만 50% 스프링 백에 대한 더 높은 저항 H111 성질.
• 깊은 그림: an Erichsen Index 10 mm (ASTM E646) 직경이있는 극저온 탱크 돔과 같은 원통형 성분을 생산할 수 있습니다. 2 미터.
  합성 오일로 윤활 (예를 들어, 에스테르 기반 유체) 마찰 계수를 줄입니다 0.15–0.20, 벽 얇게하는 최소화.
• 롤 형성: 복잡한 프로파일을 생성 할 수 있습니다 (예를 들어, 이중 곡률이있는 선체 패널) 차원 공차 두께의 ± 0.1%, 균일 한 곡물 구조 덕분에.

뜨거운 형성

• 단조/압출: 뜨거운 일 350–450 ° C (금형을 200 ° C로 예열 한 상태에서) 마그네슘 분리로 인한 표면 균열을 방지합니다.
  이 프로세스는 고 통혈 성분을 만드는 데 사용됩니다 해양 프로펠러 허브, 곡물 흐름 정렬이 피로 수명을 증가시키는 곳 15% 캐스트와 비교.
• 초소형 형성: 덜 일반적이지만, 5083 알루미늄은 슈퍼 플라스틱 행동을 나타냅니다 400변형률이있는 –450 ° C <10⁻³/s,
  두께 변화가있는 복잡한 항공 우주 프로토 타입의 형성 가능 1.5 mm.

용접 행동: 핵심 강도

5083 알루미늄은 그로 유명합니다 우수한 용접성, 대규모 구조 제조의 중요한 요소.

구리가 풍부한 합금과 달리 (예를 들어, 2024), 낮은 Cu 컨텐츠 (≤0.1%) 그리고 높은 mg 용해도 융합 용접 중에 뜨거운 균열을 제거합니다.:

용접 공정

• 싸움 (gtaw): 중요한 응용 프로그램에 선호되는 방법 (예를 들어, 해외 파이프 라인), 사용 ER5356 필러 금속 (5% Mg, 0.15% Cr).
• 나 (간이): 두꺼운 부분의 고 생산성 용접에 적합합니다 (≥10 mm), 사용 ER5356 와이어 (1.2 MM 직경) 그리고 가스 믹스 75% 그 + 25% Spatter를 줄이기 위해 AR. 용접 증착 속도에 도달합니다 5 kg/h, 선박 헐 어셈블리에 이상적입니다.
• 마찰 저어 용접 (FSW): 생산합니다 우수한 피로 저항성이있는 결함이없는 관절 (10% gtaw보다 높습니다), LNG 캐리어 세로 이음새에 사용됩니다.
  프로세스가 작동합니다 1,000–1,500 rpm 도구 속도 그리고 5–10 kN 다운 포스, 표면 마감 처리 RA ≤6.3 μm.

용접 조인트 성능

• 열 영향 구역 (위험요소): 곡물 성장은 다음으로 제한됩니다 50–100 μm Chromium의 곡물 정제 효과로 인해, 보존 85% 기본 금속 충격 강인성 (25 -20 ° C에서 J).
• 부식 저항: 용접은 전시회 a 구덩이 잠재력 0.1 V 기본 금속보다 낮습니다 해수에서,
  weld 후 양극화에 의해 완화된다 (5 μM 산화 층) 또는 아연이 풍부한 에폭시 코팅의 적용 (ISO 12944 C5-M 준수).

가공 가능성: 정밀도와 생산성 균형

실리콘이 풍부한 합금만큼 자유롭게 가공 할 수는 없습니다 (예를 들어, 6061), 알루 5083 적절한 툴링 및 매개 변수로 예측 가능한 가공 동작을 제공합니다:

툴링 및 매개 변수

• 도구 자료:

• • 고속 스틸 (HSS): 저속 운영에 적합합니다 (≤50 m/i) 수동 가공, 표면 마감 처리 RA ≤6.3 μm.
  • 카바이드 (WC-CO): 고속 가공에 권장됩니다 (100–200 m/i), 절단력 감소 30% 그리고 도구 수명을 연장합니다 200 분 중간 정도의 컷.

• 절단 매개 변수 (H111 성질):

• • 선회: 피드 속도 0.1–0.3 mm/rev, 절단 깊이 1–5 mm, 스핀들 속도 800–1,500 rpm.
  • 갈기: 15 ° 레이크 각도 및 5 ° 릴리프 각도를 가진 엔드 밀, 절단의 축 깊이 ≤2 × 직경, 냉각수 흐름 20–30 l/min (에멀젼은 버 형성을 방지하기 위해 권장됩니다).

도전과 솔루션

• 일을 강화합니다: 알루미늄 합금 5083 작업 경화 지수를 보여줍니다 n = 0.22, 구축 된 가장자리를 피하기 위해 날카로운 도구가 필요합니다 (절하다).
  마모의 첫 징후에서 도구를 다시 확인하면 표면 거칠기가 줄어 듭니다. 50%.
• 칩 제어: H321 성질에서, 칩은 끈적 거리는 경향이 있습니다; 칩 차단기 사용 또는 피드 속도 증가 0.25 mm/rev 그들을 관리 가능한 컬로 변환합니다.
• 교련: 118 ° 포인트 각도와 깊이에 대한 펙 드릴링으로 트위스트 드릴을 사용하십시오. >3× 두꺼운 섹션에서 공구 파손을 방지하기위한 직경 (예를 들어, 50 MM 플레이트).

표면 마감 및 공차

• 매치 된 마감: H111 성질에서 RA 3.2–12.5 μm; 연삭 또는 연마는 짝짓기 표면을 위해 Ra ≤0.8 μm를 달성 할 수 있습니다. (예를 들어, 플랜지 개스킷).
• 치수 공차: 선형 공차 ± 0.05 mm 작은 부분의 경우 (≤100 mm) 그리고 ± 0.1 mm/m 큰 구조물의 경우, 모임 후 수정없이 ISO 2768-MK 표준 충족.

후 처리 및 표면 처리

• 샷 피닝: 피로의 삶을 향상시킵니다 15–20% 잔류 압축 응력을 통해 (-300 MPA) 용접 조인트 또는 가공 된 표면에서, 10 ° 부하 사이클에 노출 된 해양 크레인 구성 요소에 중요합니다..
• 양극화: 2 단계 프로세스 (황산 전처리 + 크롬산 밀봉) a 25 μM 산화 층 경도와 함께 200 HV,
  끊임없는 발 트래픽에 노출 된 해양 사다리 렁에 대한 내마모성 향상.
• 용접 응력 완화: 가열 용접 어셈블리 200–250 ° C 2 시간 잔류 응력을 줄입니다 40%, 큰 선체 섹션에서 왜곡을 최소화합니다 (예를 들어, 10 m × 5 M 판).

8. 응용 프로그램 5083 알루미늄 합금

해양 공학

• 선체 구조: 배 선체, 폰투 온, 잠수함 압력 선체 (얕은 물), 해군 선박의 상부 구조 패널.
• 해외 구성 요소: 플랫폼 재킷, 갑판, 계류 시스템 구성 요소, 해저 파이프 라인, 프로펠러 허브, 해수 주사 시스템.
• 해양 장비: 해양 사다리 프레임, 부식 방지 브래킷, 선박 엔진 용 열교환 기 튜브.

운송

• 철도 차량: 바닥 배터리 인클로저, 외부 패널, 해안 철도 차량의 구조 프레임.
• 도로 운송: 냉장 트럭 바디, 군용 차량 언더 바디 갑옷, 도로 소금에 노출 된 트레일러 프레임.
• 극저온 시스템: LNG 탱크 라이너, ISO 컨테이너 패널, 액체 수소 저장 탱크.

산업 & 에너지

• 압력 용기: 해수 담수화로 혈관, 화학 반응기 탱크, 해안 발전소의 열교환 기.
• 재생 에너지: 해외 풍력 터빈 기초 (모노 필), 해안 지역의 태양 전지판 장착 구조.
• 기계적 구성 요소: 펌프 케이싱, 밸브 바디, 가혹한 산업 환경을위한 크레인 브래킷.

건축 & 토목 공학

• 해안 건물: 양극화 된 클래딩 패널, 방파제, 해양 노출 구조를위한 부식 방지 난간.
• 하부 구조: 소금이 가득한 지역의 다리, 해안 건축의 장식 및 구조 요소.

9. 장단점 5083 알루미늄 합금

지정할 때 5083 응용 프로그램을위한 알루미늄, 엔지니어는 눈에 띄는 속성의 고유 한 제한과 균형을 맞춰야합니다.

장점 5083 알루미늄 합금

• 뛰어난 부식 저항:
  게다가, 5083-H116의 안정적인 산화물 필름과 낮은 불순물 함량은 해수에서 수년간의 서비스를 제공합니다..
  해외 플랫폼과 선체는이 합금의 수동 보호 덕분에 10 년 유지 보수 간격을 일상적으로 초과합니다..
• 높은 용접 관절 효율:
  게다가, 마찰 강화 용접은 위험 연화를 완전히 제거합니다, 관절 효율성을 활성화합니다 100 %.
  이것은 알루미늄 합금을 만듭니다 5083 해군 아키텍처의 다중 패스 용접에 독특하게 적합합니다.
• 우수한 저온 인성:
  뿐만 아니라, charpy 충격 값 (> 15 –50 ° C에서 J) 대부분의 6xxx 시리즈 합금을 능가합니다, 북극 운영 및 LNG 스토리지의 신뢰성을 보장합니다.
• 우수한 피로 성능:
  피로 테스트는 H116 성미가 10 사이클을 견딜 수 있음을 보여줍니다 60 MPA, 순환 하중 하에서 가벼운 구조 활성화 - 운송 및 교량 구성 요소의 비교.
• 좋은 형성성:
  마지막으로, 깊은 드로우 기능 (1.8:1 비율) 그리고 굽힘에서 최소한의 스프링백은 예열없이 복잡한 모양의 제조를 단순화합니다..

단점 5083 알루미늄 합금

• 강수 경화가 없습니다:
  따라서, 디자이너는 힘으로 천장을 받아 들여야합니다 (~ 340 MPa uts) 인공 노화 과정을 활용하여 합금을 더욱 강화할 수 없습니다..
• 적당한 가공 가능성:
  결과적으로, 상점은 칩 제어 및 공구 마모를 관리하기 위해 코팅 탄수화물 절단기 및 홍수 냉각 시스템에 투자하여 최대까지 가공 비용을 부과합니다. 20 %.
• 더 높은 비용:
  비교 5086 또는 5052 합금, 알루미늄 합금 5083의 더 단단한 화학 제어는 10-15를 추가합니다 % 가격 프리미엄, 부식성 또는 구조적 역할의 성능으로 정당화해야합니다..
• 제한된 열 저항:
  H321은 성질을 안정화시킵니다 150 ° C, 알루미늄 합금 5083 그 임계 값 이상의 크리프와 강도 손실을 겪습니다, 고온 엔진 또는 배기 응용 프로그램에 대해 배제하십시오.
• haz 연화:
  적절한 성질 선택과 weld 후 자연 노화없이 (72 시간), 용접 된 알루미늄 합금 5083 손을 잃을 수 있습니다 15 % 국소 적으로의 항복 강도-전용 적으로 피로 크리티컬 관절을 손상시킨다.

10. 비교 분석

합금 선택을 안내합니다, 우리는 비교합니다 5083 두 가지 업계 벤치 마크에 대한 알루미늄 합금 -6061 (열처리 가능한, 중간 강도 합금) 그리고 5052 (비열 처리 가능, 우수한 형성 가능 합금).

테이블: 5083 대. 6061 대. 5052 알루미늄 합금

• 힘: 6061-T6은 수율로 이어집니다, 그러나 5083-H116은 UTS에서 그것을 능가하고 탁월한 부식과 피로 성능을 유지합니다..
• 형성 가능성: 5052-H32는 깊은 그리기와 굽힘으로 탁월합니다, 5083-O/H111은 강도와 ​​형성성의 균형을 제공합니다.
• 용접 & 해양 사용: 5083-H116은 해수에서 감작과 SCC에 저항합니다. 6061 또는 5052, 용접 된 선체 패널에 대한 선택의 합금으로.

11. 결론

완벽하게 혼합하여 고강도, 해양 등급 부식 저항, 그리고 우수한 용접 가능성,

5083 알루미늄 합금.

극한 조건에서 강력한 기계적 및 화학적 성능을 유지하는 능력은 내구성을 추구하는 엔지니어에게는 필수 불가능한 선택입니다., 안전, 그리고 장기 가치.

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FAQ

무엇을 만드는 것 5083 해양 응용에 이상적인 알루미늄 합금?

5083 합금에는 4.0–4.9가 포함됩니다 % MG 플러스 트레이스 CR 및 MN, 안정적인 형성, 해수의 부착 된 산화물 필름.

소금 스프레이 테스트에서, H116 템퍼 패널은 제로 피팅을 보여줍니다 500 시간-범위 성능이 뛰어납니다.

따라서, 해군 건축가가 지정합니다 5083 선체 플레이트의 알루미늄 합금, 폰투 온, 그리고 부식 저항과 구조적 무결성이 가장 중요한 근해 플랫폼.

할 수 있다 5083 강도를 높이기 위해 열처리됩니다?

아니요. 5083 비열 처리 가능한 5xxx 시리즈에 속합니다. 그것은 주로 힘을 얻습니다 차가운 일 (변형 경화) 그리고 자연 노화.

예를 들어, 가벼운 냉 작업은 H111 성질을 생성합니다 (175 MPA 수율), 안정화되는 동안 H116 (≥ 185 MPA) 통제 된 냉 작업 플러스에서 나옵니다 72 자연 노화 시간.

알루미늄 합금은 어떻게됩니까? 5083 비교 6061 용접성 및 피로 성능?

5083-H116 제안 우수한 용접성 (MIG/TIG 관절 효율 ≥ 90 %, FSW까지 100 %) 그리고 근처에 피로 한계 60 10 ° 사이클에서 MPA.

대조적으로, 6061-T6은 위험을 부드럽게합니다 (아래로 150 MPA 수율) 그리고 피로 한계 45 MPA.

따라서, 5083 용접에 선호되는 선택으로 남아 있습니다, 부식성 환경에서 주기적으로로드 된 구조.

권장되는 형성 관행은 무엇입니까? 5083 알루미늄 합금?

• O-Temper (어닐링): 깊은 드로우 비율을 달성하십시오 1.8:1 스프링 백을 3 ° 미만으로 유지하십시오.
• H111 성질: 속도로 3 × 플레이트 두께만큼 단단한 반경을 구부립니다. 20 ±마다 m/min 0.5 MM 정확도.
  항상 1-2 °의 스프링 백을 허용하고 진행성 툴링을 사용하여 국소 변형을 최소화하십시오..

~이다 5083 극저온 서비스에 적합한 알루미늄 합금?

예. 5083 알루미늄 합금은 –196 ° C까지 높은 인성을 유지합니다, charpy v-notch 충격 값 ≥ 15 –50 ° C에서 J.

안정적인 미세 구조는 취소에 저항합니다, LNG 탱크에 대한 최고의 선택입니다, 냉장 트레일러, 저온 배관.

보호 처리가 5083의 수명을 향상시키는 것?

• 양극화: 10-25 µm 산화물 층 캔 더블 거친 해양 대기에서의 서비스 생활.
• 음극 보호: 희생 아연 아노드는 갈바닉 및 피팅 공격에 대항하여 큰 선체 지역을 보호합니다..
• 페인트 시스템: 에폭시 프라이머와 폴리 우레탄 탑 코트가있는 해양 등급 페인트.