แผ่นอลูมิเนียม 5083 O

แผ่นอลูมิเนียม 5083 O เป็นแผ่นโลหะผสมอลูมิเนียมที่อยู่ในตระกูลโลหะผสมอลูมิเนียม-แมกนีเซียม ส่วนประกอบหลักประกอบด้วยอลูมิเนียม แมกนีเซียม และธาตุอื่นๆ อีกเล็กน้อย เช่น แมงกานีส และซิลิกอน อลูมิเนียมอัลลอยด์ 5083 มีชื่อเสียงในด้านความทนทานต่อการกัดกร่อน ความสามารถในการเชื่อม และการแปรรูปที่ยอดเยี่ยม ทำให้เป็นที่นิยมใช้ในงานต่อเรือ การขนส่ง ภาชนะรับแรงดัน และการก่อสร้าง ในสถานะ “O” แผ่นอลูมิเนียม 5083 จะผ่านการอบอ่อน แสดงให้เห็นถึงความเหนียวและความยืดหยุ่นสูง ทำให้เหมาะสำหรับการแปรรูปเป็นชิ้นส่วนที่ซับซ้อนต่อไป

5083 จัดอยู่ในกลุ่มโลหะผสมอะลูมิเนียม Al-Mg (ซีรีส์ 5xxx) องค์ประกอบทางเคมีไม่เพียงแต่กำหนดคุณสมบัติพื้นฐานเท่านั้น แต่ยังส่งผลโดยตรงต่อกระบวนการแปรรูปและประสิทธิภาพการทำงานอีกด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง:

– อะลูมิเนียม (Al):

ทำหน้าที่เป็นเมทริกซ์ คิดเป็นประมาณ 93%-95% ให้รูปทรงพื้นฐานและความเป็นพลาสติกของวัสดุ พร้อมทั้งทำหน้าที่เป็นตัวพาสำหรับธาตุผสมอื่นๆ

– แมกนีเซียม (Mg):

แมกนีเซียมเป็นธาตุผสมแกนกลาง (4.0%-4.9%) และเป็นองค์ประกอบหลักที่ทำให้ 5083 มีความแข็งแรง แมกนีเซียมจะรวมตัวกันเป็นสารละลายของแข็งร่วมกับอะลูมิเนียม ช่วยเพิ่มความแข็งแรงของโลหะผสมผ่านการเสริมความแข็งแรงด้วยสารละลายของแข็ง นอกจากนี้ การเติมแมกนีเซียมยังช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนได้อย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์ เช่น น้ำทะเล ซึ่งจะก่อตัวเป็นฟิล์มออกไซด์หนาแน่นที่ยับยั้งการแพร่กระจายของการกัดกร่อน

– แมงกานีส (Mn):

แมงกานีส 0.40%-1.0% ก่อตัวเป็นสารประกอบ Al₆Mn ร่วมกับอะลูมิเนียม ช่วยเพิ่มขนาดเกรนและเพิ่มความแข็งแรงและความทนทานต่อความล้า นอกจากนี้ แมงกานีสยังช่วยลดความไวของโลหะผสมต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น ป้องกันการแตกหักฉับพลันภายใต้ความเค้นและสภาวะการกัดกร่อนที่ยาวนาน

– โครเมียม (Cr):

โครเมียม 0.05%-0.25% มีบทบาทสำคัญ โดยสร้างเฟสละเอียดที่อุดมไปด้วย Cr (เช่น Al₇Cr) ซึ่งยึดขอบเกรนและป้องกันการเติบโตของเกรน ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ว่าโครงสร้างจะสม่ำเสมอในสถานะอบอ่อน และเพิ่มความทนทานต่อการกัดกร่อนจากการกัดกร่อนและการหลุดลอก (โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง)

– ไทเทเนียม (Ti):

≤0.15% ทำหน้าที่เป็นตัวกลั่นเกรนเป็นหลัก ในระหว่างกระบวนการหล่อหรือการรีดร้อน ไทเทเนียมจะก่อตัวเป็นอนุภาค TiAl₃ ซึ่งทำหน้าที่เป็นแกนกลางของนิวเคลียส ปรับขนาดเกรนของแท่งโลหะ และลด “แอนไอโซทรอปี” (ความแตกต่างของคุณสมบัติในทิศทางต่างๆ) ในระหว่างกระบวนการถัดไป

– ธาตุเจือปน (Si, Cu, Zn เป็นต้น):

ควบคุมระดับต่ำอย่างเข้มงวด (เช่น Cu ≤ 0.1%) ทองแดงลดความต้านทานการกัดกร่อนและเพิ่มความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนจากความเค้น ซิลิคอนที่มากเกินไปจะก่อตัวเป็นเฟสที่แข็งและเปราะ (เช่น Mg₂Si) ซึ่งส่งผลต่อความเป็นพลาสติกและความสามารถในการขึ้นรูป

คุณสมบัติเชิงกลของอะลูมิเนียม 5083 O ไม่ใช่ค่าคงที่ และขึ้นอยู่กับความหนา เทคโนโลยีการแปรรูป และปัจจัยอื่นๆ ช่วงทั่วไปและพื้นฐานการทดสอบมีดังนี้:

– ความต้านทานแรงดึง (σb): 110-136 MPa (อบอ่อน) มาตรฐานการทดสอบคือ GB/T 228.1 หรือ ASTM B557 ใช้ชิ้นงานทดสอบแรงดึงมาตรฐาน (เช่น เส้นผ่านศูนย์กลาง 10 มม.) การทดสอบจะดำเนินการที่อุณหภูมิห้อง (23 ± 5°C) ด้วยความเร็วแรงดึง 5-50 มม./นาที

– ความแข็งแรงคราก (σ0.2): ≥110 MPa (ความเค้นที่การเสียรูปพลาสติก 0.2%) ความแข็งแรงครากที่ต่ำมักพบในสถานะ “O” (อบอ่อน) ซึ่งบ่งชี้ถึงความเป็นพลาสติกที่ดีเยี่ยมและเหมาะสมกับกระบวนการที่ต้องการการเสียรูปขนาดใหญ่ เช่น การดัดและการปั๊มขึ้นรูป

– การยืดตัว (δ10): ≥20% (การยืดตัวหลังการแตกหักที่ความยาวเกจ 10 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลาง) การยืดตัวที่สูงหมายความว่าวัสดุสามารถทนต่อการเสียรูปอย่างมีนัยสำคัญก่อนการแตกหัก ตัวอย่างเช่น รัศมีการดัดที่เล็กเพียง 1-2 เท่าของความหนาของแผ่นสามารถทำได้โดยไม่เกิดการแตกร้าว

– ความแข็ง (HV): ประมาณ 30-40 HV (ความแข็งแบบวิกเกอร์ส) ซึ่งต่ำกว่าค่าการยืดตัวของโลหะผสมอะลูมิเนียมแข็ง (เช่น 6061-T6 ซึ่งมีค่า HV ประมาณ 95) อย่างมาก ซึ่งแสดงให้เห็นถึงลักษณะ “อ่อน” ของโลหะผสม

– แอนไอโซทรอปี: เนื่องจากการเรียงตัวของเกรนตามทิศทางการรีดในระหว่างการรีด สมบัติจึงแตกต่างกันเล็กน้อยระหว่างการยืดตัวตามยาว (ทิศทางการรีด) และตามขวาง (ตั้งฉากกับทิศทางการรีด) โดยทั่วไปแล้ว การยืดตัวตามขวางจะต่ำกว่าทิศทางการรีดตามยาว 1%-3% แต่สิ่งนี้มีผลกระทบเพียงเล็กน้อยต่อการใช้งานทั่วไป

คุณสมบัติสมรรถนะของแผ่นอลูมิเนียม 5083 O:

1. ความต้านทานการกัดกร่อน: “วัสดุที่ได้รับความนิยม” สำหรับสภาพแวดล้อมทางทะเล

– ความต้านทานการกัดกร่อนของน้ำทะเล:

ในสารละลายโซเดียมคลอไรด์ 3.5% (น้ำทะเลจำลอง) อัตราการกัดกร่อนอยู่ที่ ≤0.01 มม./ปี ซึ่งต่ำกว่าเหล็กทั่วไปอย่างมาก (ประมาณ 0.1-1 มม./ปี) เนื่องจากการเติมแมกนีเซียมจะก่อให้เกิดฟิล์มออกไซด์ที่อุดมด้วย MgO บนพื้นผิวโลหะผสม ซึ่งเมื่อใช้ร่วมกับ Al₂O₃ จะป้องกันการแทรกซึมของไอออนคลอไรด์

– ความต้านทานการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น (SCC):

อลูมิเนียม 5083 O มี SCC ต่ำในสถานะอบอ่อน แต่อาจอ่อนไหวในสถานะขึ้นรูปเย็น (เช่น H112) เนื่องมาจากความเค้นภายในต่ำในสถานะ O และโครเมียมช่วยยับยั้งการกัดกร่อนระหว่างเกรน

– ความต้านทานการกัดกร่อนแบบลอกออก:

ในบรรยากาศทะเลเขตร้อนหรือสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรม ความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนแบบลอกออก (การกัดกร่อนแบบแผ่นบางตามขอบเกรน) ต่ำ ทำให้เหนือกว่าโลหะผสมอะลูมิเนียม 5xxx ที่ไม่มีโครเมียม (เช่น 5052)

2. ประสิทธิภาพการแปรรูป: “มาตรฐาน” ด้านความยืดหยุ่นและความสามารถในการขึ้นรูป

– ความสามารถในการขึ้นรูปเย็น:

แผ่นอะลูมิเนียม 5083 สามารถปั๊มขึ้นรูปได้ลึก (เช่น การยืดเป็นชิ้นส่วนโค้งที่ซับซ้อน) การปั่น (การผลิตทรงกระบอกกลม) และการดัด (ด้วยรัศมีการดัดขั้นต่ำสูงสุด 0.5 ตัน โดยที่ t คือความหนาของแผ่น) ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างที่มีรูปทรงพิเศษ

– ความสามารถในการเชื่อม: ใช้งานได้กับวิธีการเชื่อมที่หลากหลาย:

การเชื่อมไทเกอร์อาร์ก (TIG/MIG): ความแข็งแรงของรอยเชื่อมสามารถสูงถึง 85%-95% ของโลหะต้นแบบ โดยมีความต้านทานการกัดกร่อนในบริเวณรอยเชื่อมใกล้เคียงกับโลหะต้นแบบ จึงไม่จำเป็นต้องอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อม

การเชื่อมแบบต้านทาน: เหมาะสำหรับการเชื่อมแผ่นโลหะบาง ทำให้เกิดการบิดเบี้ยวน้อยที่สุดและมีประสิทธิภาพสูง

การเชื่อมแบบกวนด้วยแรงเสียดทาน (FSW): ให้คุณภาพการเชื่อมที่เหนือกว่า ปราศจากรูพรุนและรอยแตก นิยมใช้ในโครงสร้างที่มีความแข็งแรงสูง เช่น เรือ

– ความสามารถในการตัดเฉือน:

เนื่องจากวัสดุมีความอ่อนนุ่ม จึงมีแนวโน้มที่จะติดระหว่างการตัด จำเป็นต้องใช้เครื่องมือตัดเหล็กกล้าความเร็วสูงหรือคาร์ไบด์ และต้องใช้น้ำยาหล่อเย็น (เช่น อิมัลชัน) เพื่อป้องกันรอยขีดข่วนบนพื้นผิว

3. น้ำหนักเบาและคุ้มค่า

– ความหนาแน่น: ประมาณ 2.66 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร ซึ่งน้อยกว่าเหล็กเพียงหนึ่งในสาม และเบากว่าโลหะผสมทองแดง (ประมาณ 8.9 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร) จึงเหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องคำนึงถึงน้ำหนัก (เช่น รถยนต์และเรือ)

– ต้นทุน: ต่ำกว่าซีรีส์ 7xxx (โลหะผสมอลูมิเนียมความแข็งแรงสูง) และโลหะผสมไทเทเนียม และมีต้นทุนการผลิตต่ำ (ไม่ต้องผ่านกระบวนการอบชุบด้วยความร้อนที่ซับซ้อน) จึงคุ้มค่ากว่าวัสดุโครงสร้างส่วนใหญ่

การใช้งานแผ่นอลูมิเนียม 5083 O:

– การผลิตยานยนต์: ใช้ในการผลิตการ์ดเครื่องยนต์ ตัวควบคุมกระจกหน้าต่าง โครงเบาะนั่ง ขายึด และบูชในระบบช่วงล่าง น้ำหนักเบาและทนทานต่อการกัดกร่อนของวัสดุนี้ช่วยลดน้ำหนักตัวรถและประหยัดเชื้อเพลิง

– แบตเตอรี่พลังงานใหม่: วัสดุที่นิยมใช้ทำแผงด้านข้างและแผ่นกั้นในแบตเตอรี่พลังงานใหม่สำหรับรถยนต์พลังงานใหม่ ความหนาแน่นต่ำ ความแข็งแรงสูง และความสามารถในการขึ้นรูปที่ยอดเยี่ยม ช่วยปกป้องแบตเตอรี่ภายในได้อย่างมีประสิทธิภาพ พร้อมทั้งตอบสนองความต้องการด้านการออกแบบที่มีน้ำหนักเบา

– การต่อเรือ: นิยมใช้ในการผลิตแผ่นโลหะและส่วนประกอบโครงสร้างตัวเรือสำหรับเรือและเรือเดินสมุทร ความทนทานต่อการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยมทำให้ทนทานต่อสภาพแวดล้อมทางทะเลและช่วยยืดอายุการใช้งานของเรือ

– การบินและอวกาศ: สามารถใช้ในการผลิตถังเชื้อเพลิงอากาศยาน ท่อส่งเชื้อเพลิง และส่วนประกอบอื่นๆ ความทนทานต่อการกัดกร่อนและความแข็งแรงของแผ่นอลูมิเนียมนี้ตรงตามข้อกำหนดด้านวัสดุที่เข้มงวดของอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ

ดังที่รายละเอียดข้างต้นแสดงให้เห็น แผ่นอลูมิเนียม 5083 O ที่มีการผสมผสานอย่างลงตัวระหว่างความทนทานต่อการกัดกร่อน ความสามารถในการขึ้นรูป และความคุ้มค่า ได้กลายเป็นวัสดุชั้นนำในภาคส่วนที่มีความแข็งแรงปานกลางและทนต่อการกัดกร่อน