目前常用的船体材料包括金属材料和非金属材料。金属材料有钢材、铝合金、钛合金等等;非金属材料有木材、水泥、复合材料等等。
船用材料在加工过程中需要经过冷热加工与焊接,船舶在使用中会受到海浪的冲击和海水、海泥、海洋大气的腐蚀。因此,要求船用材料具有很高的综合性能,包括良好的塑性和可焊性,较高的刚度、强度、良好的塑性和冲击韧性,较好的耐腐蚀性。
塑性就是材料在载荷作用下产生塑性变形而不损坏的能力。表现材料塑性的指标是伸长率。塑性好的金属材料,冷热加工工艺过程简单,质量容易保证;塑性好的零件,在使用时如果发生过载,因其能发生一定的塑性变形故可避免突然断裂。
冲击韧性是指金属抵抗冲击载荷的作用而不破坏的能力。船体结构在使用期间要受到海浪抨击等冲击载荷的作用,由于冲击载荷的加荷集中度高,作用时间短,金属在受到冲击时应力分布与变形很不均匀,因而冲击载荷比静载荷破坏能力要大得多。材料的冲击韧性值与材料的内在因素,如成分、组织等,以及试样的形状、尺寸、面质量有关外,还受温度的影响。工程上常用的结构钢均会产生冷脆现象。所谓冷脆是材料工作在某一低温温度以下时,其冲击值明显下降,转变为脆性状态的现象。由于冷脆导致的船舶、桥梁等大型结构脆性断裂事故,曾在世界各地多次发生,造成了巨大损失。由于船舶的航行区域从极地到热带,因此在船用钢材进行冲击韧性试验时要特别说明温度。冲击韧性虽可反映脆断趋势,但实际上并没有明确的物理意义。它不能直接与设计联系起来。造船规范上对材料的韧性指标要求,只是依据经验,特别是对焊接结构船只出现的许多脆断事故进行研究后得出的。
强度是指材料在外载荷的作用下抵抗塑性形变和断裂的能力。按外力作用的性质不同,主要有屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等,常用的是屈服强度和抗拉强度,这两个强度指标可通过拉伸试验测出。对于船舶而言,会受到重力、浮力、水压力等等不同情况的力,因此,船体材料需要足够的强度。
可焊性是指在一定的工艺条件和结构状态下,材料经过焊接后,不形成裂纹,并具有足够的强度、塑性和韧性的焊接接头的性能。所谓的优良的可焊性是指:(1)焊接工艺简单;(2)焊接时不易产生裂纹及各种缺陷;(3)焊缝处保持足够的强度和韧性。对于船用金属材料,一般都要进行可焊性试验。
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