Zastosowanie metali i stopów w okrętownictwie
Stopy aluminium
Aluminium
Al ma blisko trzykrotnie mniejszą
gęstość od stali oraz gorsze własności wytrzymałościowe (Rm = 70-110 MPa, Re 30-40 MPa i mały moduł Younga) i tym samym konstrukcje aluminiowe
miałyby większą masę od stalowych. W
związku z powyższym czyste aluminium jest wykorzystywane w małym stopniu i używane do metalizacji i platerowania
stalowych konstrukcji okrętowych w celu
zwiększenia ich odporności na korozję.
Stopy aluminium
Przez dodawanie do aluminium pewnych pierwiastków otrzymuje się cenne stopy o znacznie lepszych własnościach
wytrzymałościowych i dobrych własnościach plastycznych.
Stopy Al stosowane w okrętownictwie mają 2,5-5 krotnie większą wytrzymałość i 4-9
krotnie większą granicę plastyczności od
czystego aluminium.
Stopy aluminium
Głównymi dodatkami do stopów Al stosowanych w okrętownictwie są:
magnez, krzem, cynk i mangan i w uzasadnionych przypadkach w celu
zwiększenia wytrzymałości miedź.
Poza tym stosowane są także: chrom,
kobalt, wanad, tytan, beryl, i cyrkon.
Wpływ pierwiastków na własności mechaniczne stopów Al
140 150 160 170 180 190 200
Wytrzymałość na rozciąganie Rm, MPa
Zawartość pierwiastków , %
miedź
krzem
cynk 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
Wpływ pierwiastków na twardość stopów Al
0 1 2 3 4
20 30 40 50 60
Twardość [HB]
Zawartość [%]
1 - tytan, 2 – chrom, 3 – mangan, 4 – miedź, 5 – wanad, 6 – magnez, 7 – cynk, 8 - krzem 1
2
3
4
5 6
7 8
Stopy Al
Do budowy kadłubów okrętowych
stosowane są stopy Al przerabiane
plastycznie na gorąco i na zimno w
postaci: blach, taśm, kształtowników,
prętów, drutów, rur i odkuwek
Rodzaje stopów Al na konstrukcje okrętowe
Stopy aluminium-mangan(ALMn1) – alumany, niskie własności wytrzymałościowe, stosowane na mniej
obciążone elementy: np. zbiorniki oleju, paliwa, wody, kanały wentylacyjne, meble okrętowe, duża odporność na korozję i dobrze się spawa,
Stopy aluminium-magnez – hydronale, odporne na korozję w środowisku morskim,
Stopy aluminium-magnez-krzem – anticorodale (AlMgSi, AlMg1Si1Mn), dobre własności
wytrzymałościowe dzięki ulepszaniu cieplnemu, odporne na korozje i nie wymagają platerowania,
własności wytrzymałościowe tych stopów zmniejszają się w spoinie i strefie wpływu ciepła o 35-55% przy przemysłowych procesach spawania,
Rodzaje stopów Al do budowy kadłubów c.d.
Stopy aluminium-cynk-magnez – konstruktale, po odpowiedniej obróbce cieplnej uzyskują lepsze
własności wytrzymałościowe, lecz maja gorszą odporność na korozję, po procesach spawania następuje znikoma zmiana własności
wytrzymałościowych, gdyż spoina i strefa wpływu ciepła ulepsza się w sposób naturalny po pewnym czasie od momentu spawania.
Stopy aluminium-miedź-magnez – durale, są bardzo wytrzymałe przy zachowaniu znacznej
plastyczności, są niespawalne i nieodporne na korozję i dlatego stosowane są w uzasadnionych przypadkach ze względu na ich dużą wytrzymałość np. w konstrukcjach wodolotów i poduszkowców, odporność na korozję
uzyskuje się przez odpowiednie powłoki ochronne
Zastosowanie stopów Al
Obecnie do budowy kadłubów
okrętowych stosuje się głównie stopy Al-Mg, a w ostatnich latach zaczęto stosować w wytrzymałościowych konstrukcjach stopy Al-Zn-MG. Do niedawna stosowane stopy Al-Si-Mg są obecnie rzadziej używane ze
względu na gorsze własności
wytrzymałościowe złącz spawanych.
Zalety stosowania stopów
aluminium na kadłuby okrętowe
Zwiększenie nośności, stateczności i prędkości statku przy odpowiednim doborze innych czynników,
Zmniejszenie wymiarów i masy kadłuba oraz mocy maszyn,
Zwiększenie odporności na korozję w wodzie morskiej i zwiększenie odporności na porastanie wodorostami, co daje znaczne oszczędności w powłokach
antykorozyjnych i zmniejsza liczbę dokowań statku,
Zmniejszenie możliwości powstawania pożarów na zbiornikowcach (stopu aluminium to materiały nie iskrzące się),
Amagnetyczność konstrukcji statku, stopy Al maja bardzo mały współczynnik przenikalności
magnetycznej (m=0,00002).
Wady stosowania stopów
aluminium na kadłuby okrętowe
Wysoka cen, 6-8 razy większa od ceny stali,
Trzykrotnie mniejsza wartość modułu Younga (współczynnik sprężystości wzdłużnej),
Niska temperatura topliwości,
Bardziej skomplikowana technologia wykonania konstrukcji okrętowych ze stopów Al niż ze stali,
