Aluminium boats
Алюминий в судостроении
Алюминиевые сплавы уже давно применяются судостроении. Первые попытки строительства алюминиевых яхт и военных катеров были еще в конце 19-го века. Их преимущества в сокращении веса были очевидными, но, однако, из-за проблем с коррозией широкое применение алюминия в судостроении было отложено до лучших времен. Уже в 1930-е годы были разработаны алюминиевые сплавы, которые успешно сопротивлялись коррозии, но во время Второй Мировой войны весь алюминий шел на строительство военных самолетов, а развитие его применения в судостроении затормозилось.
В настоящее время из алюминиевых сплавов изготовляют корпусы судов, палубные надстройки и различное судовое оборудование. По сравнению со сталью алюминиевые сплавы дают снижение массы судов около 50–60%. За счет этого повышают грузоподъемность судна или улучшают его технические характеристики, например, маневренность и скорость.
Советские алюминиевые лодки
“Дюралевые” лодки – «дюральки»
Интересно проследить историю применения алюминия в малых судах – лодках, катерах и яхтах – в СССР. Тем более, что не мало из них продолжают трудиться до сих пор. Часто все алюминиевые лодки называют – и с этим не поспоришь – металлическими лодками.
В середине 70-х годов советская промышленность ежегодно поставляла в торговую сеть более 100 тысяч алюминиевых – металлических – лодок. Основную массу этих лодок составляли практически однотипные четырёхместные “дюральки”. Они были очень популярными, хотя, как сейчас понятно, имели существенные недостатки, такие, как малая прочность корпуса, недостаточная мореходность и, заметим, склонность к коррозии.
Однако не все алюминиевые лодки были по-настоящему «дюралевыми». Большинство алюминиевых лодок действительно изготавливалось из «дюралей» – дюралюминиевых сплавов Д1 и Д16, которые, как потом оказалось, совсем не предназначены для судостроения. Однако уже и тогда немало алюминиевых лодок было сделаны из сплавов, которые специально предназначены для судостроения, особенно морского – алюминиево-магниевых сплавов, в основном АМг5 и АМг6. Их часто – также неофициально – называют «магналиями».
Алюминиевые лодки как ширпотреб
Применение дюралевых листов для изготовления лодок связано во многом с тем, что производителями этих лодок были почти исключительно тогдашние авиационные заводы – казанский, воронежский, новосибирский и другие. Это была обычная советская практика: каждый оборонный завод выпускал какие-нибудь товары широкого потребления – ширпотреб. Те же дюралевые листы применяются для изготовления обшивки самолетов и обычно как раз той же толщины, 1,5-2,0 мм, которая применялась и для корпусов алюминиевых лодок. Также как и при изготовлении самолета дюралевые листы соединяют с помощью алюминиевых заклепок, а не сварки.
С другой стороны, уже тогда в советском судостроении, в основном для малотоннажных судов, достаточно широко применялись алюминиево-магниевые сплавы, главным образом, сплав АМг5 и иногда АМг6. Например, для обшивки корпусов рыболовецких баркасов применялся сплав АМг5. Отсюда, надо понимать, происходило применение сплавов-магналиев для изготовления алюминиевых лодок и для широкого потребления. При строительстве этих лодок применяют дуговую сварку в среде аргона.
Что такое «дюрали»
Главным легирующим элементом дюралюминиевых сплавов — дюралюминов — является медь с содержанием в основном от 3 до 6 %. Именно с медью связана низкая коррозионная стойкость дюралей. Магний также служат основными легирующим элементом с содержанием до 2 %. Высокая прочность сплавов обеспечивается за счет дисперсного упрочнения за счет выделения вторичной фазы при старении закаленного сплава. Сплавы этой серии имеют очень хорошие усталостные характеристики. Поэтому, например, дюралевый сплав Д16 применяют для обшивки крыльев самолетов.
Особенностью дюралюминиевых сплавов является их ограниченная свариваемость. Это ограничение связано, во-первых, со склонностью этих сплавов к образованию при сварке горячих трещин, а также потерей прочности в зоне термического влияния сварки.
Поэтому для соединения различных элементов и деталей дюралевых лодок всегда применяются заклепки. Эти заклепки также алюминиевые, обычно из аналогичного сплава, но, возможно, с пониженным содержанием кремния, железа и марганца. Отметим, что при выборе материала заклепок очень важным является предотвращение гальванической коррозии их самих и материала, который они соединяют.
Дюралюминиевые сплавы Д1 и Д16
По-настоящему «дюралем» является только алюминиевый сплав типа сплава Д1. Так его назвал еще его изобретатель – немецкий инженер-металлург Альфред Вильм в начале 20-го века. Другое название этого сплава – дюралюмин. Более прочный сплав Д16 раньше называли супердюралюмином. Часто все алюминиевые сплавы этой серии Al-Cu-Mg называют дюралюминами, дюралями или дуралюминами. Однако эти названия не являются стандартизированными и не применяются в нормативных документах, например, в стандартах ГОСТ.
В настоящее время алюминиевый сплав Д1, известный за рубежом, как сплав 2017, находит весьма ограниченное применение, в основном, в виде заклепок. Сплав Д16 – сплав 2024 – продолжает широко применяться в самолетостроении, чаще всего в виде плакированных листов, то есть листов с покрытием из технически чистого алюминия толщиной до 10 % толщины листа.
Таблица 1 – Алюминиевые сплавы Д1 и Д16
Магналии АМг5 и АМг6
Введение в алюминий магния в количестве до 6 % в качестве главного легирующего элемента дает упрочнение твердого раствора сплава и высокую эффективность деформационного упрочнения. Такие сплавы образуют серию 5ххх по международной классификации. Эти сплавы хорошую коррозионную стойкость, особенно сопротивление коррозии в морской воде и морской атмосфере, а также хорошую пластичность и отличную свариваемость.
Алюминиево-магниевые сплавы АМг5 и АМг6 имеют высокое содержание магния (среднее содержание 5 % и 6 %) и соответственно максимальную прочность. Такое высокое содержание магния в этих сплавах не характерно для зарубежных алюминиево-магниевых сплавов. Так, приблизительным аналогом сплава АМг5 является сплав 5056, а зарубежный аналог сплаву АМг6 вообще отсутствует (см. таблицу 3).
Таблица 2 – Алюминиевые сплавы АМг5 и АМг6
Лодки из дюралюминиевых сплавов
Наверное, самой известной настоящей «дюралевой» лодкой является лодка «Казанка», которая претерпела несколько модификаций, вплоть до «Казанки-6М».
Рисунок – Алюминиевая лодка “Казанка-5М4”
При изготовлении корпуса «Казанки» применялся листы из алюминиевого сплава Д16АT толщиной 1,5-2,0 мм.
Буква А в обозначении сплава говорит о том, что этот лист снаружи имеет плакировку из технически чистого алюминия толщиной до 8 %, то есть около 20 микрометров. Этот тонкий наружный слой технически чистого алюминия предназначен для защиты от коррозии основного металла листа – алюминиевого сплава Д16.
Буква Т означает, что листы из сплава Д16 поставлялись в состоянии Т, то есть закаленными и искусственно состаренными.
Алюминиевый сплав Д16 относится к той группе сплавов, которые полуофициально называются «дюралями» или «дюралюминами». В официальных стандартах на деформируемые алюминиевые сплавы или на алюминиевые листы такие термины не применяются.
Другие лодки из дюралюминиевых сплавов:
- моторная лодка «Прогресс» и ее модификации (алюминиевый сплав Д16АТ: днище – 2 мм, борта и палуба – 1,5 мм);
- моторная лодка «Днепр» (алюминиевый сплав Д16АТ);
- моторная лодка «Воронеж» (алюминиевый сплав Д1, лист 1,5 мм);
- моторная лодка «Дон»;
- «Южанка» (аналог «Казанки»);
- Обь (сплав Д16, толщина 1,5-2,0 мм);
- «Ока» (Д16АТ, 2 мм);
- «Сибирячка» (Д1Т, Д16Т, 1925Т) и некоторые другие.
Лодки из магналиевых сплавов
Моторные лодки «Сарепта», «Крым», «Автобот», «Янтарь», «Неман» и некоторые другие изготавливались из алюминиево-магниевых сплавов. В основном это были листы толщиной 1,5-2,0 мм из сплава АМг5 и иногда сплава АМг6.
Отличительные особенности этих сплавов состоят в том, что они:
- не подвергаются термическому упрочнению;
- хорошо свариваются и
- обладают высокой стойкостью к коррозии.
Поэтому алюминиевые лодки из этих сплавов являются обычно сварными с применением аргонно-дуговой сварки. Заклепки также могут применяться в тех местах, где затруднено применение сварки или даже для всей конструкции.
Алюминиевые лодки, катера и яхты за рубежом
Авторитетное мнение о применении алюминия в лодках, катерах и яхтах дает отраслевой стандарт американского Общества производителей лодок и яхт (American Boat & Yacht Council). Этот стандарт дает рекомендации по применению алюминия при строительстве:
- моторных лодок клепаной конструкции;
- моторных лодок сварной конструкции и
- катеров и яхт сварной конструкции.
Рисунок 2 – Алюминиевая яхта
В зависимости от размеров и особенностей конструкции, способа изготовления, а также назначения судна применяются различные сплавы серии алюминиево-магниевых сплавов (серии 5ххх), а также сплавы серии 3ххх (3003 и 3004) и сплав 6061 из серии 6ххх.
См. Алюминиевый сплав 6061
См. Сплавы серии 3ххх
Клепаные алюминиевые лодки
Это обычно небольшие лодки, корпус которых изготавливают с применением алюминиевых заклепок. Для корпуса лодки, при изготовлении которого применяется формовка листовых деталей с растяжением применяют листы из алюминиевого сплава 6061 в состоянии Т4.
Если пластическая деформация листов растяжением не предусмотрена, то для корпуса применяют алюминиево-магниевые сплавы 5050, 5052 и 5086 в различных нагартованных состояниях, а также сплав 6061 в состояниях T4 и T6.
Для изготовления так называемого транца – кормовой части корпуса – применяют алюминиевые сплавы 5050, 5052 и 5086 в различных нагартованных состояниях, а также сплав 6061 в состоянии T6
Для оборудования палубы применяют сплавы 3003, 3004, 5005, 5050, 5052 и 5086 в различных нагартованных состояниях, а также сплав 6061 в состояниях T4 и T6.
Сварные алюминиевые лодки
Для корпуса лодки, при изготовлении которого применяется формовка листовых деталей с растяжением, применяют алюминиевые листы из сплава 5086 в отожженном состоянии и сплава 6061 в состоянии T4.
Если пластическая деформация листов растяжением не предусмотрена, то допускается применять для корпуса следующие алюминиевые сплавы 5052 и 5086 в различных нагартованных состояниях и сплав 6061 в состоянии T6
Для изготовления транца и палубы применяют те же сплавы, что и для корпуса.
Алюминиевые катера и яхты
Для сварных конструкций катеров и яхт – корпуса, транца, палубы и большинства других компонентов применяют почти исключительно алюминиевый сплав 5086 в нагартованных состояниях Н116 и Н117. Для внутренней рамной конструкции корпуса применяют сплав 6061 в состоянии Т6.
Таблица 3 – Алюминиевые сплавы из серии 5ххх 