venerdì, 29 Maggio, 2020

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Acciaio: quali sono i suoi competitors?

Mini-guida sui materiali per la costruzione dello scafo, analisi sulle caratteristiche strutturali dell’acciaio, dell’alluminio e dei compositi.

Acciaio

L’acciaio è una lega ferro-carbonio costituita dall’aggiunta di specifici additivi per migliorarne le proprietà meccaniche. L’acciaio gode di molti vantaggi in ambito costruttivo/economico, di fatto è il materiale più utilizzato in ambito navale.

  • Elevata resistenza: capacità di reagire ai carichi, ha una tensione di snervamento e di rottura piuttosto alta.
  • Duttilità: resiste alle deformazioni
  • Resistenza al fuoco: isola il principio di incendio ed evita che si diffonda in tempi molto brevi, ad esempio una nave militare è più soggetta a tale rischio, a causa del fuoco nemico e del trasporto di carichi pericolosi.
  • Saldabilità: è una caratteristica fondamentale nella costruzione, consente di realizzare le giunzioni dei componenti della struttura in maniera rapida e sicura. La saldatura assicura continuità e integrità stagna allo scafo, il quale la necessita dalla chiglia al ponte più alto. La nave in legno, invece, è caratterizzata da corsi di fasciame di tavole in legno tramite chiodatura, la quale non assicura una continuità affidabile.
  • Costi contenuti: l’acciaio costa 0.1 €/kg (l’alluminio 0.3 €/kg, la vetroresina 10 €/kg), il lato economico lo si ha anche nella lavorazione, essendo di grande carpenteria.
  • Smaltimento/Riciclabilità: nella fase di progetto della nave bisogna considerare lo smaltimento a fine vita. L’acciaio è riciclabile al 100 %, in una nave la riciclabilità totale deve arrivare fino al 70 %.

L’acciaio presenta anche degli svantaggi:

  • Conduttore di calore: le superfici devono essere coibentate affinché venga ritardata la conduzione.
  • Conduttore di rumori e vibrazioni: la trasmissione è provocata poiché l’acciaio è rigido, si utilizzano pannelli fonoassorbenti e sistemi anti-vibranti (soprattutto per i motori).
  • Conservazione: l’acciaio è soggetto ad ossidazione (tra l’altro in un ambiente poco favorevole: l’acqua) che può essere ritardata mediante specifiche vernici.
  • Difetti interni-esterni: i primi vengono evidenziati in acciaieria mediante specifiche prove, sono i più pericolosi (caso della Liberty ships), i secondi sono individuati in cantiere tramite un esame visivo.

Alluminio

Credit: ecodibergamo.it

L’alluminio in natura si trova sotto forma di minerale, la bauxite, non idoneo per la realizzazione di strutture, ha una bassa resistenza meccanica e per questo motivo trattiamo l’alluminio puro con specifici additivi per formare la lega leggera. Quali sono i vantaggi?

  • Ridotto peso specifico
  • Bassa densità: a parità di volume la lega Al pesa tre volte meno dell’acciaio.
  • Buona resistenza alla corrosione
  • Proprietà amagnetiche e criogene: la prima viene richiesta per le lamiere costituenti la sala di controllo, dove è presente la bussola; la seconda mantiene la duttilità a basse temperature.

Presenta però importanti e non trascurabili limiti:

  • Scarsa resistenza al fuoco: l’Al inizia a decadere intorno ai 200 °C (fonde a 600 °C)
  • Scarsa resistenza a fatica: non può essere soggetto a carichi ciclici.
  • Costo maggiore.

L’alluminio è classificato dalla serie 1000 a 7000, quello utilizzato in ambito navale, per le lamiere dello scafo, è la serie 5000 (Al-Mg)

Compositi

È un materiale realizzato con due o più fasi , che pur restando divise convivono e si amalgamano conferendo al manufatto le caratteristiche di entrambe le fasi. Normalmente una fase, detta matrice, è continua e dà la forma al manufatto; in essa è immersa l’altra fase, detta rinforzo, che è discontinua e contribuisce in misura prevalente alle caratteristiche meccaniche del materiale. Un forte limite è che il composito è un materiale anisotropo, ossia non presenta le stesse caratteristiche in tutte le dimensioni. Di interesse navale, sono i compositi fibrosi a matrice polimerica, detti comunemente plastici rinforzati. Sono utilizzati per la nautica da diporto per lunghezze inferiori ai 25 metri, per i cacciamine essendo tale materiale non magnetico, per paratie e per superfici di controllo di sommergibili, inoltre si sta studiando l’applicazione alle eliche.

Struttura di un materiale composito.
Credit: wikipedia.it

Credit immagine in evidenza: gentedimare.it

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Beatrice Italianohttps://marinecue.it
Studentessa di Ingegneria Navale della Federico II. Da qualche anno ho scoperto la passione per il mare e per le costruzioni navali, la scienza e la tecnologia alimentano il mio desiderio di scoprire e studiare sempre più cose.