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

Wytr

zym

ało

ść n

a r

ozc

iąganie

Rm

, M

Pa

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 3 420

30

40

50

60

Tw

ard

ość

[H

B]

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,

Duże odkształcenia spawalnicze.