ألومنيوم من الدرجة البحرية 5083
ألومنيوم من الدرجة البحرية 5083
في معظم أحواض بناء السفن، لا يتم تقديم الألومنيوم 5083 من خلال عرض ترويجي ولكن من خلال اختبار: يتم ترك اللوحة نصف مغمورة في المياه قليلة الملوحة لعدة أشهر. عندما تزدهر الكوبونات الفولاذية بالصدأ وتظهر على ألواح الكربون المطلية ظهور تقرحات، يبدو 5083 وكأنه يشعر بالملل تقريبًا من التجربة بأكملها. هذه اللامبالاة الهادئة بمياه البحر هي ما جعلها العمود الفقري لبناء السفن الحديثة المصنوعة من الألومنيوم والعديد من الهياكل البحرية الأخرى.
إن النظر إلى 5083 من الخارج إلى الداخل - بدءًا من كيفية استخدام المصممين لها فعليًا والعمل بشكل عكسي في تعدينها - يكشف سبب احتلال هذه السبيكة لمثل هذا المكانة المحددة والقوية.
السبيكة خلف خط الهيكل
5083 عبارة عن سبيكة من الألومنيوم والمغنيسيوم والمنغنيز، مصنفة في سلسلة 5xxx. تركيبه الكيميائي النموذجي بالكتلة هو:
| عنصر | المحتوى النموذجي (بالوزن٪) |
|---|---|
| المغنيسيوم (ملغ) | 4.0 - 4.9 |
| المنغنيز (من) | 0.4 - 1.0 |
| الحديد (الحديد) | ≥ 0.4 |
| السيليكون (سي) | ≥ 0.4 |
| الكروم (الكروم) | 0.05 – 0.25 |
| نحاس | ≥ 0.10 |
| الزنك (الزنك) | ≥ 0.25 |
| التيتانيوم (تي) | ≥ 0.15 |
| الألومنيوم (آل) | توازن |
ميزتان تقفزان. يعد مستوى المغنيسيوم مرتفعًا مقارنة بسبائك 5xxx ذات الأغراض العامة، كما يتم إبقاء مستوى النحاس منخفضًا عمدًا. يزيد المغنيسيوم من القوة ويحسن تصلب الإجهاد، في حين أن المحتوى المنخفض من النحاس ضروري لمقاومة التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي في البيئات الغنية بالكلوريد مثل مياه البحر. يعمل المنغنيز والكروم على تحسين بنية الحبوب، مما يحسن المتانة وقابلية اللحام.
بدلاً من الاعتماد على المعالجة الحرارية لاكتساب القوة، يتم تقوية 5083 وثباته. وهذا هو السبب وراء تسمية أعصابه بالحرف H (الذي يعني "المصلب بالإجهاد") بدلاً من T (الذي يعني "المعالج بالحرارة"). المزاجات الثلاثة الأساسية في الممارسة البحرية هي:
- H111 – مقسى بالإجهاد قليلًا، ومصنع بشكل أساسي مع زيادة طفيفة جدًا في القوة. غالبا ما تستخدم عندما يكون التشكيل مهمًا.
- H116 - مقسى بالإجهاد ومُلدن جزئيًا، مخصص للتطبيقات البحرية مع مقاومة التآكل والتقشير والخواص الميكانيكية.
- H321 - يتم تقويته بالإجهاد ثم تثبيته حراريًا إلى نطاق قوة محدد، كما أنه معتمد للاستخدام البحري.
من الناحية العملية، يميل المهندسون البحريون إلى التعامل مع H116 وH321 على أنهما مزاجان "لبناء السفن" لأن جمعيات التصنيف تعترف بهما بشكل واضح فيما يتعلق بتغليف الهيكل.
القوة كإدارة الكثافة
لا يتحدث المهندسون البحريون عن القوة بمعزل عن الآخرين؛ إنهم يفكرون من حيث الصلابة بالنسبة للوزن والقوة بالنسبة للوزن. يمكن أن تكون اللوحة الفولاذية السميكة قوية جدًا ولكنها ثقيلة بشكل مؤلم. تتيح لوحة الألمنيوم الأخف ذات الصلابة المماثلة للسفينة حمل المزيد من البضائع أو الوقود أو المعدات - أو ببساطة التحرك بشكل أسرع بنفس القوة.
الخواص الميكانيكية النموذجية لدرجة حرارة الغرفة للصفائح والصفائح المدرفلة 5083 هي:
| الخاصية (نموذجية) | 5083-H111 | 5083-H116 / H321 |
|---|---|---|
| قوة الشد (ميغاباسكال) | ~ 275 | 305 - 345 |
| قوة الخضوع 0.2% (MPa) | ~ 125 | 215 - 260 |
| الاستطالة (مقياس 50 مم، %) | 17 - 23 | 10 - 16 |
| صلابة برينل (HBW) | ~ 75 | 95 - 100 |
| الكثافة (جم/سم³) | 2.65 | 2.65 |
يتمتع الفولاذ المستخدم بشكل شائع في بناء السفن بقوة خضوع تبلغ حوالي 235-355 ميجا باسكال، ولكن بكثافة تبلغ حوالي 7.85 جم/سم مكعب. بالنسبة لمصممي الهيكل، ما يهم هو أنه مع 5083 يمكنك تحقيق أداء هيكلي مماثل بثلث الوزن تقريبًا.
هذه الحقيقة الوحيدة تعيد تشكيل تخطيطات السفينة بأكملها. يمكن أن تكون الهياكل الفوقية أطول دون جعل سطح السفينة ثقيلًا. يمكن تشغيل العبارات عالية السرعة بمحركات أصغر. يمكن أن تكون زوارق الدورية خفيفة بما يكفي للطائرة بسرعة عالية ولكنها لا تزال قادرة على امتصاص الأحمال القوية في البحار الهائجة.
مقاومة التآكل كعقلية التصميم
إذا خدشت هيكلًا فولاذيًا مطليًا حتى تحول إلى معدن مجرد في مياه البحر، فإن الساعة تبدأ في الدق. مع الرقم 5083، غالبًا ما يصبح الصفر حدثًا غير واقعي. تشكل السبيكة طبقة أكسيد رقيقة ملتصقة تشفي الأضرار الطفيفة وتحمي المعدن الأساسي.
مقاومتها ليست عامة. تم ضبطه على التهديدات البحرية:
- تأليب الكلوريد - إن الجمع بين المحتوى العالي من المغنيسيوم والمحتوى المنخفض جدًا من النحاس يقلل بشكل حاد من التعرض للتنقر في مياه البحر الراكدة أو الدافئة.
- التآكل الناتج عن التقشر – تم اختبار درجات الحرارة المستقرة H116 وH321 واعتمادها لمقاومة التآكل الشبيه بالطبقات الذي يمكن أن يؤدي إلى تجريد الأسطح المدرفلة بمرور الوقت.
- تكسير التآكل الإجهادي - تحافظ مستويات الشوائب والمواد المذابة التي يتم التحكم فيها بعناية على المتانة في ظل ضغوط الشد المستمرة في بيئات الكلوريد.
من الناحية العملية، يعني هذا أن المصممين يمكنهم كشف 5083 في الخزانات والجسور وهياكل الأسطح الرطبة حيث يتطلب الفولاذ المطلي أنظمة طلاء صارمة وصيانة مستمرة. في قطاع اليخوت الفاخرة، طلاء 5083 تحت نظام طلاء متطور ليس مجرد تجميل؛ إنه يقلل بشكل كبير من خطر فقاعات التآكل السفلية التي تدمر التشطيبات.
اللحام دون فقدان المؤامرة
تفقد العديد من سبائك الألومنيوم عالية القوة جزءًا كبيرًا من قوتها في المنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ) بعد اللحام. تعتبر الدرجة البحرية 5083 غير عادية من حيث مدى تدهور خصائصها عند اللحام بشكل صحيح، خاصة مع معادن الحشو من سلسلة 5xxx مثل 5183 أو 5356 أو 5556.
قد تشهد الوصلة الملحومة النموذجية في 5083-H116 انخفاضًا في قوة إنتاجية HAZ من حوالي 230 ميجا باسكال إلى 150-170 ميجا باسكال. يستوعب المصممون هذا من خلال:
- اعتماد حسابات القوة المحلية على خصائص اللحام وHAZ بدلاً من قيم اللوحة الأم.
- استخدام تفاصيل المفاصل المناسبة وأحجام اللحام.
- محاذاة مسارات الإجهاد الأولية على طول المواد غير الملحومة كلما أمكن ذلك.
النقطة الحاسمة هي أنه، على عكس سبائك 7xxx عالية القوة، تظل 5083 قابلة للاعتماد عليها من الناحية الهيكلية بعد اللحام دون معالجة حرارية معقدة بعد اللحام. ولهذا السبب تراها في هياكل طويلة ملحومة بشكل مستمر، وأسطح جسور الطوافات، ووحدات البنية الفوقية المعقدة.
درجة الحرارة كميزة خفية
تركز معظم المواد التسويقية على التآكل والوزن، لكن سلوك درجة الحرارة يعد من الأصول الدقيقة الأخرى. 5083 يحتفظ بصلابة جيدة في درجات الحرارة المبردة. تزداد قوة الخضوع فعليًا مع انخفاض درجة الحرارة، بينما تظل الليونة مقبولة. وقد أدى ذلك إلى استخدامه في:
- غرف حاملات الغاز الطبيعي المسال وغاز البترول المسال وهياكل الدعم بالقرب من الخزانات الباردة.
- زلاقات محطات المعالجة المبردة ودعامات الأنابيب في المحطات الساحلية.
- هياكل سفن الأبحاث القطبية، خاصة في الأسطح المكشوفة والرعاة.
على الجانب الساخن، يحذر التصنيف والمعايير عادةً من الخدمة طويلة الأجل فوق حوالي 65 درجة مئوية للسبائك 5xxx التي تحتوي على أكثر من 3% Mg. عند درجات الحرارة المرتفعة والتعرض لفترة طويلة، هناك خطر التحسس، حيث يترسب الطور بيتا (Al₃Mg₂) عند حدود الحبوب ويمكن أن يؤدي إلى تآكل بين الخلايا الحبيبية. وبالتالي فإن التصميم المسؤول مع 5083 يتضمن ما يلي:
- تجنب الخدمة الممتدة فوق حوالي 65-70 درجة مئوية في البيئات المسببة للتآكل.
- احترام التاريخ الحراري أثناء التصنيع؛ يتم تقليل التعرض لدرجات الحرارة المرتفعة غير الضرورية.
- استخدام سبائك بديلة أو مواد عازلة حيث لا يمكن تجنب درجات الحرارة المرتفعة المستمرة.
حيث يعيش 5083 بالفعل في العالم الحقيقي
قم بالمشي عبر حوض بناء السفن الحديث ويمكنك تقريبًا رسم خريطة لتدفق 5083 من خلال شكل الهياكل.
في العبّارات أحادية الهيكل والطوف، تصبح الطبقة السفلية عبارة عن طلاء للقشرة، وطبقة جانبية، والسطح الرئيسي، والحواجز. إن الجمع بين مقاومة التآكل والقوة القابلة للحام يسمح بهياكل رفيعة ولكنها صلبة ذات إطار طولي يمكن أن تعمل بسرعة عالية دون استهلاك مفرط للوقود.
في زوارق الدوريات البحرية وزوارق الهجوم السريع، يتم اختيار 5083 ليس فقط للأداء ولكن أيضًا لتحمل الضرر. إن ليونتها الجيدة تمكن الهياكل من التشوه تحت الانفجار أو التأثير بدلاً من التحطم. غالبًا ما تستخدم الهياكل الفوقية للسفن الحربية الأكبر حجمًا 5083 لتقليل الوزن فوق خط الماء، مع الاحتفاظ بالفولاذ فقط في الأقسام عالية التحميل أو المدرعة.
في الهندسة البحرية والساحلية، يظهر 5083 في:
- هياكل وأسطح القارب الصلبة القابلة للنفخ (RIB) مقترنة بأطواق قابلة للنفخ.
- هياكل السفن وغرف القيادة الخاصة بقوارب العمل ونقل الطاقم.
- منصات طائرات الهليكوبتر والممرات ووحدات الإقامة على المنصات البحرية.
- الجسور العائمة ومنحدرات الهبوط والهياكل العائمة للمراسي والموانئ المؤقتة.
وبعيدًا عن الأدوار البحرية الكلاسيكية، انتقلت 5083 إلى تطبيقات السيارات والسكك الحديدية المتطورة حيث "الدرجة البحرية" هي اختصار لأداء التآكل الذي يمكن الاعتماد عليه: المقطورات المبردة التي تعمل على الطرق الشتوية المملحة، ومرفقات البطاريات للحافلات الكهربائية، وأجسام سيارات القطار التي ترى رذاذ البحر وأملاح إزالة الجليد.
المعايير كضمانة هادئة
تعتمد موثوقية 5083 في هذه الأدوار الصعبة على معايير صارمة. المواصفات المشتركة تشمل:
- سلسلة EN 573 / EN 485 - المعايير الأوروبية التي تحدد التركيب الكيميائي والخواص الميكانيكية والتفاوتات.
- ASTM B209 – المعيار الخاص بألواح وألواح الألمنيوم وسبائك الألومنيوم.
- ISO 6361 - صفائح وصفائح وشرائط الألمنيوم وسبائك الألومنيوم المطاوع.
بالنسبة للظروف البحرية، يجب أيضًا أن تستوفي درجات الحرارة مثل 5083-H116 و5083-H321 اختبارات التآكل والميكانيكية الإضافية، خاصة بموجب قواعد التصنيف من هيئات مثل DNV، وLloyd's Register، وBureau Veritas، وABS. تطبق هذه القواعد:
- الحد الأدنى من العائد وقوة الشد حسب السماكة.
- الحد الأقصى المسموح به من مستويات التقشير والتآكل الحبيبي.
- مؤهلات إجراء اللحام باستخدام سبائك حشو متوافقة.
ومن الناحية الشرائية، فهذا يعني أن "الدرجة البحرية 5083" ليست مجرد علامة تسويقية؛ إنها مجموعة من الحدود التركيبية، وتاريخ المعالجة الحرارية، وأنظمة الاختبار، ووثائق الاعتماد التي تترجم مباشرة إلى أداء يمكن التنبؤ به في البحر.
مادة تتوافق مع الأولويات البحرية الحديثة
يقع الألومنيوم البحري 5083 عند تقاطع الاتجاهات الهندسية: أوعية أخف وزنًا، واستهلاك أقل للوقود، وصيانة أقل، وأداء أفضل للتآكل في البيئات القاسية. إنه يوفر طريقة لتداول الكتلة ليس فقط من أجل السرعة ولكن أيضًا من أجل الحمولة والراحة والمدى والسلامة.
عند النظر إليها من مسافة بعيدة، فإن 5083 هي مجرد تسمية أخرى للسبائك. عند النظر إليها من على ظهر عبارة سريعة تقوم بعمليات عبور متعددة يوميًا في رذاذ الملح، أو من زورق دورية يصطدم بأعالي البحار دون شكاوى هيكلية، فهي جزء من نظام بيئي لقواعد التصميم والمعايير والتحكم في المزاج والخبرة الميدانية. إن مزيجها المميز من تقوية المغنيسيوم العالية، والتلطيف الصديق للحام، والمحتوى المنخفض من النحاس، والسلوك المفهوم جيدًا تحت التحميل البحري هو ما يحول اللوحة المسطحة إلى سفن وهياكل موثوقة.
وبهذا المعنى، فإن الألومنيوم 5083 ليس مادة بقدر ما هو فلسفة تصميم بحري مدمجة: احترام البحر، وإزالة الوزن غير الضروري، وبناء الهياكل التي يمكن أن تعمل بجد لعقود من الزمن مع اهتمام متواضع.
https://www.alusheets.com/a/marine-grade-aluminium-5083.html
