Aluminiumlegierungen für den Schiffssektor

Die Verwendung von Aluminium in Booten ist seit vielen Jahrzehnten eine wachsende Realität, und zwar deshalb, weil das Leichtmetall die Bedürfnisse des Designers, des Erbauers und des Endnutzers sehr gut miteinander in Einklang bringen kann. Hinzu kommt die inhärente Umweltverträglichkeit von Aluminium, die es zum Material der ersten Wahl für die innovativsten ökologisch nachhaltigen Projekte von Freizeit- und Handelsbooten macht.

Aluminium ist neben Holz, Stahl und Verbundwerkstoffen der GFK-Familie (Glasfaserverstärkter Kunststoff) eines der vier Grundmaterialien für den Schiffsbau. Holz war bis zum Ende des 19. Jahrhunderts das Hauptmaterial für diese Art von Anwendung, heute wird es fast ausschließlich für Spezialschiffe wie High-End-Yachten gewählt. Stahl ersetzte Holz aufgrund attraktiverer Eigenschaften, von der mechanischen Festigkeit über die Kosten und die Verfügbarkeit bis hin zur einfachen Verarbeitbarkeit, wobei Einschränkungen wie eine hohe Volumendichte und eine mäßige Korrosionsbeständigkeit bestehen.

Aluminium wurde Ende des 19. Jahrhunderts als Kandidat für den Schiffbau ins Auge gefasst, als seine Durchdringung vieler Anwendungsbereiche noch im Anfangsstadium war. Aufgrund seines geringen Gewichts, seines günstigen Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses und seiner hervorragenden Korrosionsbeständigkeit wurde es von den Betreibern als sehr interessantes Material für den Schiffbau wahrgenommen. Verbundwerkstoffe und verstärkte Fasern sind die neuesten Materialien für den Schiffbau. Im Vergleich zu herkömmlichem Holz bieten sie erhebliche Vorteile, von geringem Wartungsaufwand bis hin zu guter Korrosionsbeständigkeit.

Es ist klar, dass es viele Faktoren gibt, die das eine oder andere Material vorzuziehen machen, von der Größe der Boote über die erwartete Leistung bis hin zur numerischen Konsistenz der zu produzierenden Serie.

Aluminium weist mit den verschiedenen Arten von handelsüblichen Legierungen ein interessantes Gleichgewicht auf aus:

• Mechanischer Widerstandsfähigkeit und Schlagfestigkeit;
• Leichtigkeit;
• Haltbarkeit;
• Ästhetischen und funktionellen Eigenschaften;
• Sicherheit und Zuverlässigkeit;
• Einfache Verarbeitung und Wartung.
   

Die Verwendung von Aluminium im nautischen und Marinesektor

Historisch erinnern wir uns an Erfahrungen mit Aluminium zu Beginn des letzten Jahrhunderts, als noch sehr wenig über dieses Material bekannt war. Doch schon damals weckte das neue, etwas mysteriöse Metall Neugier und Interesse, weil es leicht, schön anzusehen, widerstandsfähig und korrosionsbeständig war und sich daher für neue Lösungen für ein Fahrzeug eignete, das sich im Wasser bewegt.

Wir sprechen hier offensichtlich von absolut hochmodernen Anwendungen, während wir auf eine echte Marktdurchdringung bis um 1940 warten mussten, als in Militärschiffen Laminate aus Al-Mg-Kunststoff-Transformationslegierungen verwendet wurden, die in Werften unter dem Handelsnamen Peraluman bekannt waren.

Heute sind Aluminiumlegierungen noch jung, aber sie sind nichts mehr Geheimnisvolles mehr: Die Leistung, Technologien sowie Verarbeitungs- und Veredelungsmethoden sind seit Jahren bekannt, ebenso wie die am besten geeigneten Konstruktionskriterien für den Einsatz in Sportbooten, im kommerziellen und militärischen Bereich.

Die Legierungen, die historisch am interessantesten für Anwendungen im Marinesektor sind, sind die Zusammensetzungen der 5000 Al-Mg-Reihe: Sie weisen eine ausgezeichnete Schweißbarkeit auf und sind hoch korrosionsbeständig (insbesondere in einer Meeresumgebung). Diese Legierungen finden ihre charakteristische Verwendung als Laminate. Wir erinnern Sie daran, dass andere typische Anwendungen von 5000-Legierungen neben Booten auch Verkehrsschilder, kryogene Tanks, dekorative und architektonische Oberflächen, Dosen und Haushaltsgeräte umfassen.

Aluminium für Marineanwendungen

Die nachfolgenden Entwicklungen bei der Verwendung von Aluminium im Marinesektor waren die Überbauten von Handelsschiffen, Sportbooten und eine weite Verbreitung in Ausrüstung und Zubehör, insbesondere als stranggepresste Halbzeuge.

Wir sprechen von den 6000 Al-Mg-Si-Strangpresslegierungen mit guter Warmformbarkeit, einer guten Kombination von Eigenschaften und behandelbar mit einem einfachen und wirtschaftlichen Anlasszyklus. Diese Legierungen haben eine Zusammensetzung, die auf verschiedenen Kombinationen der Hauptlegierungselemente Magnesium und Silizium und der Zugabe kleinerer Mengen von Cu, Mn und Cr basiert. Insgesamt haben sie gute mechanische Eigenschaften, hohe Oberflächengüten, hohe Korrosionsbeständigkeit und leichte Schweißbarkeit.

Aluminium-Strangpressprofile haben viele Anwendungen, denn wenn der Designer ein Bauteil mit einer komplizierten Form benötigt, das sich durch einen konstanten Querschnitt und eine bestimmte Länge auszeichnet (besonders kreativ sowohl aus funktionaler als auch aus ästhetischer Sicht), löst dieses Halbzeug viele Probleme.

Mit der Extrusionstechnologie ist es tatsächlich möglich, komplexe Geometrien zu reproduzieren, die mit der traditionellen Zimmerei nur zu sehr hohen Kosten und mit geringer Ergebniszuverlässigkeit erreicht werden könnten: Ein Beispiel sind die Profile, die für die Herstellung von Zäunen verwendet werden und oft auch für die Aufnahme von Gummiteilen vorgesehen sind, bei denen der Kontakt zwischen Schiff und Dock kontinuierlich und nicht nur gelegentlich erfolgt. In Bezug auf die Komplexität sind geschlossene Extrusionen das auffälligste Beispiel, auch wenn moderne Verbindungstechnologien (insbesondere das Laserschweißen) es heute ermöglichen, ähnliche Sandwichplatten ohne Extrusion herzustellen und diese nicht unbedingt in Leichtmetall, sondern auch in hochfesten Stählen mit bescheidener Dicke zu realisieren, die auf technisch-wirtschaftlicher Ebene für bestimmte Anwendungen wie Garagendecks, Flugdecks und Rampen wettbewerbsfähig geworden sind.

Gießereilegierungen und Gussteile für den Marinebereich

Schließlich gibt es noch die Gusslegierungen für Gussteile, für die viele Technologien zur Verfügung stehen, um die an das Bauteil gestellten Anforderungen zu erfüllen. Jedes Verfahren bietet ganz bestimmte Vorteile und Nutzen, insbesondere wenn es unter Berücksichtigung der Eigenschaften der zu gießenden Legierung und der Art des herzustellenden Bauteils eingesetzt wird.

Aus metallurgischer Sicht gelten für Gusslegierungen ähnliche Überlegungen wie für verarbeitbare Legierungen. Es gibt verschiedene Legierungsfamilien (die für den Einsatz im Schiffssektor sind im Wesentlichen nicht wärmebehandelbare Al-Si- und Al-Mg-Systeme sowie wärmebehandeltes Al-Si-Mg) mit unterschiedlichen Gießereieigenschaften (Gießbarkeit, Schrumpfungsanfälligkeit, Sprödigkeit), unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften und unterschiedlichen technologischen Eigenschaften (Bearbeitbarkeit, Beständigkeit in aggressiven Umgebungen, Möglichkeit der Oberflächenbearbeitung, Schweißbarkeit).

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Aluminiumlegierungen seit Jahren zunehmend im Schiffbau eingesetzt werden. Das Leichtmetall ist noch jung, aber die Leistungsmerkmale, Technologien, Verarbeitungs- und Veredelungsmethoden sowie Designkriterien sind gut bekannt.

Darüber hinaus ist Aluminium das Material für Energieeinsparung, Umweltschutz, wirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit, Zufriedenheit und Sicherheit der Endverbraucher. Es etabliert sich zunehmend im Transportbereich und hat aus diesem Grund hervorragende Entwicklungen im Marinesektor gezeigt.

Mit dem Erbe jahrzehntelanger Erfahrung in der Luftfahrtindustrie und der Dringlichkeit der Automobilindustrie, leichtere, weniger umweltschädliche und sozial nachhaltige Fahrzeuge herzustellen, ist in wenigen Jahren eine neue technologische Kultur für eine breite Verbreitung von Aluminium im Transportwesen entstanden. Aus diesem Prozess hat auch der Bootssektor neue Innovationsimpulse gezogen.

Quelle: A&L Aluminium Alloys Pressure Diecasting Foundry Tecniques