Zastosowanie metali i stopów w okrętownictwie

1. Zastosowanie metali i stopów w okrętownictwie Stopy aluminium

2. 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.

3. 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.

4. 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 stosowanesą także: chrom, kobalt, wanad, tytan, beryl, i cyrkon.

5. miedź 200 190 180 Wytrzymałość na rozciąganie Rm, MPa 170 krzem 160 150 cynk 140 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Zawartość pierwiastków , % Wpływ pierwiastków na własności mechaniczne stopów Al

6. 1 - tytan, 2 – chrom, 3 – mangan, 4 – miedź, 5 – wanad, 6 – magnez, 7 – cynk, 8 - krzem 60 1 4 2 6 50 Twardość [HB] 3 5 40 7 8 30 20 0 1 2 3 4 Zawartość [%] Wpływ pierwiastków na twardość stopów Al

7. 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

8. 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,

9. 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

10. 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.

11. 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).

12. 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.