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

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.

Credit immagine in evidenza: gentedimare.it