Алуминиеви сплави с висока якост за автомобилната индустрия
Производителите на автомобили все по-често използват специални сплави с висока якост, за да постигнат целите за емисии
Вторник, 15 януари 2019 г., 18:00
В момента производството на автомобили претърпява значителна трансформация. В допълнение към безопасността и надеждността, ниските емисии и екологично съобразеното производство и употреба на превозни средства стават все по-важни. Освен това автомобилните фабрики все повече обявяват разработването на електрически модели и стартирането на масово производство в рамките на няколко години. Това насърчава производителите на автомобили да използват възможно най-много леки метални части в автомобилите си.
Най-голямото предизвикателство по отношение на намаляването на теглото и намаляването на емисиите е, че регламентите и стандартите на ЕС трябва да се прилагат по такъв начин, че безопасността и управляемостта на автомобилите да не се влошават, и дори по-добре за всеки нов модел, отколкото за изтъркания модел . През последните 40 години масата на леките автомобили от същата категория се е увеличила с приблизително 50% (Фигура 1) поради подобренията в безопасността и комфорта, вградени в превозните средства [1].
Фигура 1: Увеличение на масата на превозното средство между 1960 и 2002 г. [1]
(Източник: Greven, K., Zeuner, T.: Силно напрегнати алуминиеви компоненти на шасито - Персонализирани за всяко приложение, годишен конгрес на JSAE, 2011 [094-20115380] Страница 1)
Основи на развитието на автомобилната индустрия
Има два начина за намаляване на емисиите от автомобила. Първият метод е за производителите да намалят обема на двигателите, другото решение, използвано на практика, е да се намали общото тегло на превозните средства. Чрез намаляване на обема на двигателя (намаляване на размера) може да се постигне по-голямо намаляване на емисиите, отколкото чрез намаляване на теглото на моторните превозни средства. Според някои проучвания 60% от намаляването на общите емисии за дадено превозно средство се дължи на намаляването на работния обем на двигателя, докато останалите 40% се дължат на общото намаляване на масата [2]. Тези два метода са били използвани паралелно от производителите на автомобили, но в момента дизайнът на двигателите е достигнал толкова долна граница, че техният работен обем не може да бъде допълнително намален при запазване на мощността и динамиката на движение. Производството на части от каросерията, двигатели и други стоманени компоненти от леки сплави предоставя допълнителни възможности за производителите на автомобили да намалят теглото и по този начин да намалят емисиите. За да се постигне това, се изисква инсталиране на леки метални (главно алуминиеви) компоненти и все по-честото използване на високоякостни сплави.
Очаквания за автомобилни алуминиеви части
Но какво очакват производителите на автомобили, когато заменят досега стоманените части с леки метални части? Ако даден компонент е подложен на динамично напрежение, той трябва да има добро затихване на вибрациите и поглъщане на енергия, да има висока граница на умора, високо удължение (A5 = 10-14%) и да бъде пластично деформируем, например за закрепване. Сплавта трябва да е устойчива на корозия и да се заварява. От гледна точка на производствената технология сплавта има добри характеристики за пълнене на формите и отливки, така че от нея могат да се отливат големи по размер, сложни геометрични части и няма висока тенденция към свиване. В допълнение, термичната обработка може да промени своите механични свойства в широк диапазон. Тези свойства и очаквания вече предполагат, че най-малко газови включвания остават в отливката по време на отливката, за да не предизвикат образуване на мехури и напукване след термична обработка. Накратко, суровината, заедно с производствената технология, формира основата за производството на високоякостни легирани части.
Обикновено във все по-големи количества в каросерията и шасито на моторните превозни средства се вграждат следните компоненти с висока якост от сплав: странични и напречни елементи, люлки на двигателя, амортисьорни кули (Фигура 2), елементи на каросерията, панели на вратите, B-колона.
Фигура 3: Леене на кула от лек метален амортисьор [5]
(Източник: Hartlieb, M.: Алуминиеви сплави за леене на конструкции, Инженерно списание за леене под налягане, 2013/05, стр. 40)
Високата якост и отличните механични свойства не са възможни поради „традиционните“ алуминиеви сплави (например: EN AC 4600, EN AC 47100 според стандарта на ЕС) поради тяхното съдържание на желязо от около 1%. Въпреки че съдържанието на желязо е от полза за намаляване на адхезията и улеснява отстраняването на отливката от матрицата, то влияе отрицателно на механичните свойства, отслабва носещата способност на детайла.