船用5083铝合金蠕变试验研究

摘 要：本文介绍铝合金材料（包括焊后材料）的长时间加温拉伸试验，试验温度及温度变化历程模拟我国南方地区夏天户外环境，持续时间6个月。通过对蠕变数据进行分析，论述5083铝合金在特定工况下可能发生蠕变的程度以及卸载后的恢复情况，探讨蠕变现象对5083铝合金船体变形的影响。

关键词：5083铝合金 船体变形 蠕变

中国分类号：U668.2 文献标识码：A

Abstract： This paper introduces the high-temperature tensile test of aluminum alloy 5083，the test temperature and temperature variation are simulated according to summer outdoor environment of south region and the duration is 6 months. Through data analysis of the creep test， this paper discusses the creep degree of aluminum alloy 5083 under special conditions， recovery after unloading and influence of creep on deformation of hull made of aluminum alloy 5083.

Key words： Aluminum alloy 5083； Deformation of hull； Creep

1 前言

蠕通常指温度不变、载荷不变的条件下，物体的变形随着时间的增长而缓慢增大的现象。相对于钢质材料，铝合金材料刚度较低、塑性好。长期搁置状态铝合金材料是否会发生蠕变，从而导致船体产生较大或不易恢复的变形。本文以5083船用铝合金材料为研究对象，开展长时间加温拉伸试验。通过分析试验结果，论述5083铝合金在特定工况下可能发生蠕变的程度以及卸载后的恢复情况，并在此基础上探讨蠕变现象对5083铝合金船体变形的影响。

2 5083铝合金材料力学特性

铝-镁系合金是一种具有中等强度、优良的耐蚀性和可焊性的非热处理强化合金。该系合金在海水和海洋大气条件下，不仅具有优良的抵抗一般腐蚀的性能，而且可以消除剥落腐蚀和应力腐蚀倾向，其焊接性能在铝合金中也是优秀的。该系合金是唯一可用于船体建造的铝合金。由于5083合金具有的强度、耐蚀性和工艺性等综合性能最好，在船体建造中5083铝合金比其它铝-镁合金应用更广泛，其机械性能如表1所示。

3 拉伸试验方案

3.1 试验应力范围

考虑到试验应力值接近材料的屈服强度时，材料更多地表现为其屈服特性，蠕变的特性则难以确定。因此，将试验方案中的最大测试应力限定在200 MPa，焊材限定在100 MPa。拉伸试验应力级确定，见表2。

3.2 试验持续时间

通过实地调研，最长的驻排时间一般都在4～5个月之间，最长不超过6个月，所以选定6个月作为持续拉伸试验时间。

3.3 试验温度及温度历程

试验中必须考虑到温度对材料蠕变的影响。为真实地反映长期搁置的实际情况，通过调研决定了试验温度及其变化历程。根据气象局提供的资料，平均每年南方地区地表温度最高可达到55 ℃，考虑到船体温度会略高于地表温度，所以选定60 ℃为温度上限。试验温度及温度变化历程模拟了我国南方热带地区的情况，从早上8时开始是升温过程，到17时左右温度会下降，白天时间保持在60 ℃。

4 试验情况及结果分析

按照中华人民共和国国家标准GB/T 2039-1997《金属拉伸蠕变及持久试验方法》，在自己制作的控温箱内拉伸铝板条（图1）。试验机保持恒拉力，确保各剖面达到表2要求的恒拉应力。在各试件、各剖面贴应变片，2片串联组成1/4电桥测应变，设置温度补偿片，用应变仪联机自动测量，可准确测出纯拉蠕变应变。连续6个月每天记录有关数据（图2、图3），其中图2为母材试验数据，图3为焊材试验数据，散点为微应变试验测量值，右侧数值表示应力等级。

从图2、图3可以看出：（1）随着时间的增加，微变形随之增加；（2）每个应力等级的最大微应变，发生在180天即最长时间点；（3）在相同时间点，应力等级越大，微应变越大；（ 4 ）相同时间点和相同应力等级条件下，焊材的微应变大于母材的微应变。

试验数据显示：5083母材在200 Mpa应力等级、180天，最大微应变量为0.000 317。假设构件尺寸为600 mm（肋距），且材料产生最大蠕变量，则由微应变引起的变形0.000 317X600=0.190 2 m 一般而言，应变量对工程结构要产生影响，其值至少要达到相当于同时发生的弹性应变量的量级。据相关资料，船体大部分弹性变形量在10 mm左右，根据本试验获得的数据近似推算，要达到此弹性应变量，其时间至少需要800天。

在完成连续拉伸试验后，本研究还设置了卸载试验，考察材料是否会发生应变滞后现象。试验显示卸载结果与一般弹性拉伸试验的卸载结果相同，即卸载结束后应变即刻回归至零。

5 结束语

对于在高温条件下，5083铝合金船体在长期静恒载荷作用下是否会发生蠕变，以及对艇体结构是否会产生不可恢复的变形影响，通过6个月的加温拉伸试验，发现产生的超出实际加载的线弹性应变的应变增量很微小，卸载试验显示材料没有产生应变滞后现象。因此，5083铝合金蠕变对船体的变形影响可以忽略不计。

参考文献

[1]黄硕，万敏，黄霖，迟彩楼，李秀升.铝合金蠕变试验及本构模型建立[J]. 航空材料学报 vol28，2008.

[2]Rules for Classification of High Craft， DNV.

[3]金属拉伸蠕变及持久试验方法.GB/T 2039-1997.