1. A hajóépítésben használt szerkezeti anyagok
1.4. Az alumínium mint hajóépítő anyag
Bár az alumíniumnak, mint szerkezeti anyagnak a hajóiparban való felhasználása bár már hosszú múltra tekint vissza, de az alumínium sok kedvező tulajdonsága – könnyű, kor-rózióálló, könnyen megmunkálható - ellenére mégsem terjedt el általánosan. (Az alumíni-um sűrűsége 2700 kg!m3, az acélé kb. 7850 kg/m3.) Az alumíniumot szerkezeti anyagként elsősorban a kishajóépítésben – különféle rendeltetésű evezős-, motor- és mentőcsónakok stb. –, illetve a nagysebességű személyhajók – vízibuszok, katamaránok – építésénél hasz-nálják, ott, ahol a hajónak rendeltetéséből adódódóan könnyűnek, felgyorsítandó tömegé-nek viszonylag kicsitömegé-nek kell lennie (az alumínium sűrűsége 2700 kg!m3, az acélé kb. 7850 kg/m3), továbbá ahol a hajótestet érő abszolút erőhatások is viszonylag szűk határok között maradnak. A nagy hajókon az alumínium általában csak, mint másodlagos szerkezeti anyag – például a kormányház szerkezeti anyagaként – jut szerephez. Ebben az esetben is elsősorban az alumínium kis fajsúlya jelent előnyt. A magasan az alapvonal fölött elhelye-zett könnyű, alumíniumból készült kormányállás következtében a hajó súlypontja alacso-nyabban lehet. A GPS (Global Positioning System) megjelenése előtti időkben, a mágneses elven működő navigációs berendezések korában a nem mágnesezhető alumínium lemezek-ből épült kormányállás további előnyt jelentett, mert az alumínium szerkezeti anyag nem
20 HAJÓÉPÍTÉS I.
www.tankonyvtar.hu Hadházi Dániel, BME
befolyásolta a mágneses műszerek működését. Az alumínium és az acél összeépítése min-den esetben csak csavarozással lehetséges. De a két különböző elektrokémiai potenciálú fém közvetlen érintkezését az elektrolitikus korrózió elkerülése érdekében még így is meg kell akadályozni. Az alumínium korlátozott alkalmazásának legfőbb oka azonban az alu-míniumnak az acélénál jelentősen gyengébb szilárdsági tulajdonságai, de bizonyos speciá-lis esetekben az alumínium alacsony gyulladási hőmérséklete (kb. 270 0C) is hátráltatja alkalmazásának szélesebb körű elterjedését.
Az 1.1. ábra az acél anyagok, az 1.2. ábra pedig az alumínium ötvözetek jellegzetes szakítódiagramját mutatja. Mindkét anyagféleség esetén a rugalmassági határt a 0,01%, a folyáshatárt pedig a 0,2% fajlagos nyúláshoz tartozó feszültségértékként értelmezhetjük.
A hajóiparban szerkezeti anyagként csak ötvözött alumínium lemezeket és profilo-kat használnak. Az osztályozó társaságok két minőségi fokozatot különböztetnek meg:
AL1 és AL2 minőségi osztályokat. Ezek kémiai összetételét az 1.12., mechanikai tulajdon-ságait pedig az 1.13. táblázat mutatja.
Ötvözők AL1 AL2
1.1. ábra: Acélok szakítódiagramja 1.2. ábra: Alumínium ötvözetek sza-kítódiagramja
1. A HAJÓÉPÍTÉSBEN HASZNÁLT SZERKEZETI ANYAGOK 21
Cu 0,10 max. 0,10 max.
Mg 3,50 – 6,60 0,40 – 1,40
Si 0,50 max. 0,60 – 1,60
Fe 0,50 max. 0,50 max.
Mn 1,00 max. 0,20 – 1,00
Zn 0,20 max. 0,20 max.
Cr 0,35 max. 0,35 max.
Ti és más
szemcse-finomító anyagok 0,20 max 0,20 max.
Al maradék maradék
1.12. táblázat: AL1 és AL2 minőségű alumínium szerkezeti anyagok vegyi összetétele
Mechanikai tulajdonságok AL1 AL2
Megengedett feszültség
ReH 0,2 [N/mm2] 125 195
Szakítószilárdság
Rm [N/mm2] 260 260
Szakadási nyúlás [%] 11 8
1.13. táblázat: AL1 és AL2 minőségű szerkezeti anyagok mechanikai tulajdonságai
Az 1.13. táblázatból látható, hogy az ötvözött alumínium szerkezeti anyagokra megengedett feszültségek jóval elmaradnak a szerkezeti acélokétól. Ráadásul a szakítási nyúlásuk is jóval kisebb azokénál, azaz az ötvözött alumínium szerkezeti anyagok az acé-loknál ridegebben viselkednek. Alumínium szerkezeti anyagokra vonatkozóan az osztályo-zó társaságok azonban ennek ellenére nem írnak elő ütőmunka vizsgálatot az anyag bi-zonylatoláshoz.
Az ötvözött alumínium szerkezeti anyagok alkalmazásának sokáig komoly akadá-lya volt az alumínium hegesztésének nagy szakértelmet igénylő speciális technológiája.
Hegesztéskor az alumínium ötvözetek felületén mindig jelenlévő Al2O3 réteget át kell tör-ni, és meg kell akadályozni annak újra kialakulását. Az intenzív hőközlés hatására az alu-míniumból kiégnek az ötvözők, így a varrat környezetében jelentősen romlanak az anyag mechanikai tulajdonságai és korrózióállósága. Hegesztéskor az alumínium jó hővezető képessége is komoly problémát okoz, mert a varrat környékén „átedződik”, és az anyag gyors lehűlése belsőfeszültségek kialakulásához vezet, amely még tovább mérsékli az alu-mínium amúgy is gyenge szívósságát. Mindezek miatt korábban a hajóépítő gyakorlatban szinte kizárólag szegecseléssel kapcsolták egymáshoz az alumínium ötvözetből készült lemezeket, és más szerkezeti elemeket. Az alumínium szegecsek tekintetében ugyancsak két hajóipari minőségi osztály – AL3 és AL4 – létezik, amely anyagok vegyi összetételét a 1.14., mechanikai tulajdonságait pedig az 1.15. táblázat mutatja.
Ötvözők AL3 AL4
22 HAJÓÉPÍTÉS I.
www.tankonyvtar.hu Hadházi Dániel, BME
Cu 0,10 max. 0,10 max.
Mg 3,00 – 3,90 0,40 – 1,40
Si 0,50 max. 0,50 – 1,50
Fe 0,50 max. 0,50 max.
Mn 0,60 max. 0,20 – 1,00
Zn 0,20 max. 0,20 max.
Cr 0,35 max. 0,35 max.
Ti és más
szemcse-finomító anyagok 0,20 max 0,20 max.
Al maradék maradék
1.14. táblázat: Alumínium szegecsanyagok vegyi összetétele
Mechanikai tulajdonságok AL3 AL4
Megengedett feszültség
ReH 0,2 [N/mm2] 90 120
Szakítószilárdság
Rm [N/mm2] 190 220
Szakadási nyúlás [%] 18 18
1.15. táblázat: Alumínium szegecsanyagok mechanikai tulajdonságai
Az alumínium szegecsek megengedett feszültsége és szakítószilárdsága ugyan ki-sebb, mint az alumínium szerkezeti anyagoké, ugyanakkor - funkciójukból adódóan – sok-kal nagyobb fajlagos szakadási nyúlással kell rendelkezniük.