Άξονες προπέλας θαλάσσης: Duplex 2205 εναντίον Super Duplex 2507

Ο άξονας της προπέλας είναι ένα από τα πιο φορτισμένα εξαρτήματα σε ένα πλοίο: μεταδίδει πλήρη ροπή πρόωσης, μεταφέρει τη μάζα και την ώθηση της προπέλας και αντέχει το διαβρωτικό, πλούσιο σε χλωριούχο περιβάλλον του πρυμναίου σωλήνα και της ανοιχτής θάλασσας. Ο βασικός τρόπος αστοχίας του είναι σχεδόν πάντα η κόπωση από τη διάβρωση ή η διάβρωση λόγω σπηλαίωσης παρά η απλή υπερφόρτωση. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι ανοξείδωτοι χάλυβες διπλής όψης, με τον συνδυασμό υψηλής αντοχής, αντοχής στην κόπωση και αντίστασης στα σκασίματα, έχουν εκτοπίσει τα συμβατικά κράματα στη μοντέρνα σχεδίαση άξονα.

Επιλέγοντας 2205 ή 2507 για τον άξονα

Γιατί το duplex 2205 είναι στάνταρ για εμπορικά πλοία.Το Duplex 2205 προσφέρει ισοδύναμο αριθμό αντίστασης διάτρησης (PREN) περίπου 35 και αντοχή διαρροής τουλάχιστον 450 MPa με περίπου το ήμισυ του κόστους κράματος των ποιοτήτων super duplex. Με την κατάλληλη καθοδική προστασία που διατηρείται κοντά στα -800 mV έναντι Ag/AgCl, 2205 άξονες έχουν επιδείξει περίπου 15 χρόνια υπηρεσίας σε εμπορικούς στόλους, συμπεριλαμβανομένης της συνεχούς πλεύσης στους 8-12 κόμβους χωρίς υπερβολική φθορά. Για την πλειοψηφία των φορτηγών πλοίων, πορθμείων και σκαφών εργασίας, το 2205 παρέχει το απαιτούμενο περιθώριο κόπωσης και διάβρωσης με κόστος που μπορεί να δικαιολογήσει ο χειριστής.

Όταν το super duplex 2507 δικαιολογείται.Το Super duplex 2507 αυξάνει το PREN πάνω από 42 και την ελάχιστη αντοχή διαρροής σε περίπου 550 MPa. Η υψηλότερη περιεκτικότητα σε χρώμιο, μολυβδαίνιο και άζωτο αποτρέπει τη διάβρωση των ρωγμών στα περιβλήματα των ρουλεμάν της πρύμνης και αντιστέκεται στην έντονη διάβρωση σπηλαίωσης της λειτουργίας υψηλής ταχύτητας πάνω από περίπου 25 κόμβους σε ναυτικά και περιπολικά σκάφη. Η διάρκεια ζωής κόπωσης στο καθεστώς πολύ υψηλού κύκλου υπερβαίνει τους 10^9 κύκλους σε πλάτος τάσης περίπου 100 MPa, ένα περιθώριο που έχει σημασία όπου η διαθεσιμότητα και η ασφάλεια είναι κρίσιμες.

Σύνθεση και Μηχανικές Ιδιότητες ανά ASTM A240

Στοιχείο	2205 (UNS S32205)	2507 (UNS S32750)
Άνθρακα (C), μέγ	0.030%	0.030%
Μαγγάνιο (Mn), μέγ	2.00%	1.20%
Πυρίτιο (Si), μέγ	1.00%	0.80%
Φώσφορος (Ρ), μέγ	0.030%	0.035%
Θείο (S), μέγ	0.020%	0.020%
Chromium (Cr)	22.0-23.0%	24.0-26.0%
Νικέλιο (Ni)	4.5-6.5%	6.0-8.0%
Μολυβδαίνιο (Mo)	3.0-3.5%	3.0-5.0%
Άζωτο (Ν)	0.14-0.20%	0.24-0.32%

Ιδιοκτησία (ελάχιστο)	2205	2507
Αντοχή σε εφελκυσμό	620 MPa	795 MPa
Ανθεκτικότητα 0,2%.	450 MPa	550 MPa
Επιμήκυνση	25%	15%
PREN (Cr + 3.3Mo + 16N)	Περίπου 35	Πάνω από 42

Μετριασμός Ζημιών από Σπηλαίωση

Η διάβρωση της σπηλαίωσης ελέγχεται στην πηγή και στην επιφάνεια. Ο σχεδιασμός της έλικας διατηρεί την απαιτούμενη καθαρή θετική κεφαλή αναρρόφησης πάνω από περίπου 8 m για να καταστέλλει το σχηματισμό κοιλότητας. Η κρούση με λέιζερ συμπιέζει το επιφανειακό στρώμα και αυξάνει τη σκληρότητα σε περίπου 600 HV, καθιστώντας το υλικό πολύ πιο ανθεκτικό στην προσβολή σπηλαίωσης. Οι θυσιαστικές ανόδους ψευδαργύρου σε αντηρίδες και εξαρτήματα γάστρας προστατεύουν το κύκλωμα του άξονα και η επεξεργασία κρούσης με υπερήχους των δακτύλων συγκόλλησης και οι συγκεντρώσεις τάσεων επεκτείνει τη διάρκεια ζωής της κόπωσης κατά περίπου 300%.

Σχεδιασμός πρύμνης σωλήνα και προστασία άξονα

Ο σωλήνας πρύμνης έχει σχεδιαστεί με αναλογία μήκους προς διάμετρο κάτω από 4:1 για την αποφυγή στροβιλιστικών κραδασμών στις ταχύτητες λειτουργίας. Τα σύνθετα ρουλεμάν λειτουργούν σε διάκενο περίπου 0,3 mm με διεπαφή με λίπανση νερού και στεγανοποιήσεις τριπλού χείλους με λίπανση γλυκού νερού απομονώνουν τον άξονα από το θαλασσινό νερό. Η συνεχής γείωση του άξονα αποτρέπει τη διάβρωση του αδέσποτου ρεύματος στις επιφάνειες των ρουλεμάν εξισορροπώντας το ηλεκτρικό δυναμικό κατά μήκος της γραμμής του άξονα.

Ανάλυση αποτυχίας και επαλήθευση ποιότητας

Όταν ένας άξονας αποτυγχάνει ή επαναπροσδιορίζεται, η έρευνα ακολουθεί ένα καθορισμένο πρωτόκολλο: επαλήθευση περιεκτικότητας σε φερρίτη εντός του εύρους 35-55% που αναμένεται για το 2205, εξέταση SEM των επιφανειών θραύσης για τον εντοπισμό σημείων έναρξης και μηχανισμών ανάπτυξης ρωγμών, χαρτογράφηση υπολειπόμενης τάσης με περίθλαση ακτίνων Χ και δοκιμές διάβρωσης ASTM για την καταπολέμηση της καταπόνησης4 όριο αντοχής υπό συνθήκες λειτουργίας.

FAQ

Ε1: Γιατί το duplex 2205 είναι το τυπικό υλικό άξονα για εμπορικά πλοία;

Α: Συνδυάζει PREN περίπου 35, αντοχή διαρροής τουλάχιστον 450 MPa και περίπου το μισό κόστος κράματος του super duplex, με αποδεδειγμένη διάρκεια ζωής κοντά στα 15 χρόνια υπό την κατάλληλη καθοδική προστασία.

Ε2: Πότε απαιτείται το super duplex 2507;

Α: Για ταχύπλοα σκάφη άνω των περίπου 25 κόμβων όπου κυριαρχεί η διάβρωση της σπηλαίωσης και όπου η διάβρωση ρωγμών στα πρύμνη ρουλεμάν απαιτεί PREN πάνω από 42.

Ε3: Πώς μετριάζεται η διάβρωση της σπηλαίωσης;

Α: Διατηρώντας το NPSH της έλικας πάνω από 8 m, κρούση λέιζερ στα περίπου 600 HV, θυσία ανόδους ψευδαργύρου και επεξεργασία κρουσμάτων υπερήχων κρίσιμων ζωνών.

Ε4: Ποιοι είναι οι βασικοί κανόνες σχεδιασμού του σωλήνα πρύμνης;

Α: Αναλογία μήκους προς διάμετρο κάτω από 4:1, σύνθετα ρουλεμάν σε διάκενο περίπου 0,3 mm, στεγανοποιήσεις τριπλού χείλους με λίπανση γλυκού νερού και συνεχή γείωση άξονα.

Ε5: Τι περιλαμβάνει το πρωτόκολλο ανάλυσης αστοχίας;

Α: Επαλήθευση περιεκτικότητας σε φερρίτη στην περιοχή 35-55% για 2205, κλασματογραφία SEM, χαρτογράφηση υπολειπόμενης τάσης περίθλασης ακτίνων Χ και δοκιμή κόπωσης διάβρωσης σε συνθετικό θαλασσινό νερό ανά ASTM E466.

Ε6: Ποιες τιμές PREN διακρίνουν τους δύο βαθμούς;

Α: Το 2205 έχει PREN περίπου 35. Το 2507 υπερβαίνει το 42, το οποίο διέπει την αντίσταση σε κοίλωμα και ρωγμές στο ζεστό θαλασσινό νερό.