Из какого металла делают автомобили в европе
Перейти к содержимому

Из какого металла делают автомобили в европе

  • автор:

Занимательное материаловедение: из чего можно сделать автомобиль

Инженеры крупных автомобильных компаний активно внедряют и используют экологичные материалы, причем применение некоторых из них весьма неожиданно. Ну а мы решили вспомнить, что необычного применяли при выпуске автомобилей ранее.

Основным материалом для производства автомобиля является сталь. Действительно, ведь стали обладают достаточной конструкционной прочностью, небольшой ценой, а также могут использоваться в разных технологических процессах: они легко штампуются или свариваются. Но у сталей есть и недостатки. Главный из них – низкая стойкость к коррозии, что вынуждает конструкторов применять для защиты кузова специальные защитные покрытия. Кроме того, стальная деталь имеет большую массу. Поэтому в конструкции автомобилей нашли широкое применение алюминиевые сплавы, пластмассы и композитные материалы.

Это обусловлено стремлением снизить уязвимость кузовов автомобилей к коррозии, а также уменьшить общую массу автомобиля, что благоприятно влияет на экономичность и управляемость. Тем не менее листовые стали не сдают свои позиции, так как стоимость алюминиевых, а уж тем более композитных материалов гораздо выше. На крупных автомобильных заводах за сутки может перерабатываться свыше 1 000 тонн листовых сталей, которые идут на изготовление широкого ассортимента автомобильных деталей. Но давайте взглянем на другие материалы, которые могли бы заменить сталь в производстве автомобилей.

Дерево

Depositphotos_21468309_original.jpg

Начать наш обзор справедливо с дерева. Этот материал стоял у истоков автомобилестроения и до массового применения стали широко использовался в автомобилях. Деревянные доски или просто фанера часто шли на применение в кузовах легковых автомобилей, грузовиков, автобусов и прочих утилитарных конструкциях.

Отдельно стоит сказать о роскошных автомобилях – богатые владельцы обращались к кузовным ателье, в которых творили поистине произведения искусства. Панели кузовов выполнялись из лакированного дерева ценных пород, а салон обшивался дорогим сафьяном или шелком.

Особняком здесь стоит уникальная Hispano-Suiza Н6С, построенная в 1924 году гонщиком Андре Дюбоннэ. Ее двигатель с несколькими карбюраторами рабочим объемом почти в 8 литров развивал 200 л.с., но для настоящего гоночного автомобиля был нужен легкий кузов. Дефицитных в те годы легких сплавов магния или алюминия Дюбоннэ не достал, а потому обратился в авиастроительную компанию Nieport с просьбой постройки легкого кузова.

autowp.ru_hispano-suiza_h6c_tulipwood_torpedo_by_nieuport_3.jpg

Машина, впоследствии ставшая известной под именем Tulipwood, имела набранный из 20-миллиметровых шпангоутов каркас, на который с помощью медных заклепок крепились планки разных длины и ширины, изготовленные, вопреки имени, из древесины красного дерева махагони, в то время как древесина тюльпанного дерева очень плохо гнется и склонна к раскалыванию, что не позволяет применять ее в строительстве кузовов.

hispano-suiza_h6c_tulipwood_torpedo_by_nieuport_1.jpg

После установки всех деталей машину покрыли несколькими слоями лака и отполировали. Вся нижняя часть рамы для улучшения обтекаемости и защиты от ударов была закрыта алюминиевым кожухом. Сзади для лучшей развесовки разместили 175-литровый бензобак.

Андре Дюбоннэ поучаствовал на своей «деревяшке» в одной гонке – Тарга Флорио, где финишировал в итоге седьмым. После гонки он оставил автомобиль для повседневных поездок, а позднее тот попал в Америку и сохранился до наших дней в одном из калифорнийских автомобильных музеев.

autowp.ru_hispano-suiza_h6c_tulipwood_2.jpg

Во время Второй мировой войны вся сталь уходила на нужды фронта, и большинство автомобилей стало оснащаться простыми деревянными кузовами типа фаэтон или универсал. Серийное производство автомобилей с деревянными кузовами продолжалось и после войны, особенно массово это явление получило развитие в Америке. И если в Европе и СССР к 50-м годам парк автомобилей имел стальные кузова, то американские автомобилисты не могли избавиться от привычки ездить на деревянной машине. Панели кузовов кабриолетов выполняли из красного дерева и лакировали, но в 60-е годы от деревянного кузова, который имел свойство рассыхаться, был пожароопасен и попросту небезопасен, стали отказываться. А впоследствии вплоть до 80-х годов на многих американских универсалах и джипах имелась виниловая графика с отделкой «под дерево».

Такие машины особенно популярны благодаря американским фильмам 80-90-х годов, где граждане Штатов путешествовали по стране на универсалах. Сейчас ясеневые рамы используют для своих машин англичане из фирмы Morgan, да в одном из поколений Корвета использовали древесину бальсы в днище , но полноценного автомобиля, выполненного целиком из дерева, современная промышленность уже не выпускает.

В 2007 году американский энтузиаст Джо Хармон представил на тюнинг-шоу в Эссене среднемоторный суперкар Splinter, к постройке которого он приступил еще будучи студентом. На постройку суперкара ушло пять лет, причем все строилось своими силами и средствами. Кузов среднемоторной «Щепки» создан из древесины вишни и бальсы, а за спиной водителя разместился семилитровый двигатель V8 от Chevrolet Corvette, развивающий свыше 700 л.с. Из металла также сделаны и коробка передач, усилители кузова, амортизаторы, рычаги задней подвески и тормоза. А вот передняя подвеска получила деревянные (!) рычаги, а металлического в колесах – только алюминиевые ступицы и обода. В результате масса двухместного автомобиля достигла 1 360 кг, а по заявлениям авторов максимальная скорость Splinter в теории может достигать 380 км/ч, однако испытания не проводились. Впрочем, для автора этого достаточно: машину он расценивает как воплощение своей детской мечты и даже не помышляет хотя бы о мелкосерийном производстве.

Бамбук

Отдельно расскажем о единственном концепт-каре, который применил в своей конструкции… бамбук. Автомобиль, получивший название Ford MA, был показан на выставке Индустриального дизайна в 2003 году. Имя было выбрано как заключение идей, заложенных в азиатской философии «пространство между» применительно к автомобилю, выражаемое в том, что Ford MA является средоточием между эмоциями, искусством и наукой. Разработанный на компьютере родстер, выдержанный в минималистичном стиле, использует в своей конструкции бамбук, алюминий и углепластик, а задние колеса приводит в движение электромотор, но создателями допускается и установка небольшого бензинового моторчика. Родстер ориентирован на молодых людей, которые хотят найти свежие интерпретации автомобилей. Кстати, в машине нет сварных швов: все элементы соединены между собой с помощью 364 титановых болтов, а это означает, что такие родстеры можно легко собирать дома как конструктор из почти 500 деталей.

Из какого металла делают автомобили в европе

Московский политех

Московский политехнический университет

Университет Образование Наука Внеучебная жизнь
Университет Образование
Наука Внеучебная жизнь

Главная Кузовостроение

Направления
Кузовостроение

  • Кузовостроение
  • Горячая объемная штамповка
  • Холодная объемная штамповка
  • Изотермическая штамповка
  • Описание технологии прототипирования FDM
  • Описание технологии прототипирования FTI
  • Сапр Технологии
  • Прототипирование
  • Технология художественной обработки металлов давлением

audi-space-frame-for-audi-a8

Н есмотря на титанические усилия проектировщиков, направленные на снижение массы, среднестатистический легковой автомобиль стал на 150 килограммов тяжелее, чем 15 лет назад. Это обусловлено как увеличением габаритов машин, так и различными мероприятиями по повышению их безопасности и комфорта.То, что до сих пор в этой области не были достигнуты особенно впечатляющие результаты, можно объяснить также тем, что большой вес автомобиля приносит и некоторые преимущества, прежде всего с точки зрения комфорта. Пропорционально увеличению массы возрастает ощущение комфорта, поскольку уменьшаются вибрации и шум. Может показаться, что нет серьезных причин идти на крупные затраты и изменение техпроцессов, чтобы уменьшить массу автомобиля на несколько килограммов.
Однако большинству фирм, выпускающих автомобили, ясно, что такой подход к проблеме является недальновидным. В ближайшие годы снижать вес автомобиля потребуется обязательно хотя бы потому, что почти во всех странах уже происходит ужесточение налогов на пользование автомобилями в связи со стремлением сократить содержание вредных веществ в отработавших газах, решается вопрос о введении налога на автомобиль в зависимости от расхода топлива и выбросов СО2 (двуокиси углерода).
Выбросы СО2 прямо пропорциональны расходу топлива автомобиля: чем меньше расход топлива, тем меньше выбросов двуокиси углерода. Масса автомобиля оказывает самое непосредственное влияние на расход топлива и содержание СО2.
Ограничение по выбросам CO2=150 г/км (перспективные европейские требования 2005 года) может быть достигнуто у современных автомобилей с бензиновыми двигателями со снаряженной массой не более 1000 кг.
При снижении массы автомобиля необходимо учитывать не только требования по расходу топлива (снижение эмиссии СО2), но и требования безопасности, защиты окружающей среды (токсичные выбросы, уровень внешнего шума), долговечности (защита от коррозии, интервалы техобслуживания), комфорта и другие.
Законодательные и потребительские требования по снижению расхода топлива и токсических выбросов — это две главные причины того, что снижение снаряженной массы автомобиля становится одним из важных и решающих критериев оценки совершенства конструкции. Существенные резервы снижения веса автомобиля заключаются в использовании новых материалов, в частности легких металлов, таких, как высокопрочная сталь, алюминий и магний, составляющие в сумме около 70% всей массы автомобиля.
Высокопрочные стали
В настоящее время для изготовления автомобильных кузовов обычно используется листовая низкоуглеродистая сталь. Стальные листы имеют сравнительно низкую себестоимость, легко ремонтируются, вытягиваются и гнутся без образования трещин, хорошо поглощают энергию удара при столкновении, обеспечивая безопасность водителю и пассажирам. К недостаткам стальных листов можно отнести их массу. Вследствие этого большой интерес представляют высокопрочные стали, которые позволяют снизить массу деталей (за счет уменьшения толщины) примерно на 25% по сравнению с обычными сталями.
Высокопрочные стали имеют предел прочности от 210 МПа и выше. В настоящее время разрабатываются или применяются для изготовления панелей кузова несколько типов высокопрочных сталей. automaster_kuzov_avtomobilya
Первый тип — «повышенной штампуемости» IF-сталь с очень низким содержанием углерода и азота и c примесью марганца, фосфора, кремния и бора.
Второй тип — «термоупрочненная» BH-сталь. Свойства этих двух типов сталей частично совпадают, так как IF-сталь и обычная мягкая сталь также могут быть термоупрочненными. IF-стали и BH-стали различаются между собой только по составу и технологии изготовления.
Третий тип — «трансформируемые повышенной пластичности» TRIP-стали, в состав которых входят углерод, кремний и марганец. TRIP-стали находятся на стадии разработки. Они имеют хорошую штампуемость. Основной недостаток изделий из этих сталей — низкое качество поверхности. TRIP-стали в автомобильной промышленности пока не применялись. Их широкое применение ожидается через 10-15 лет.
В 1991 году из высокопрочных сталей изготавливалось около 10% листовой стали, предназначенной для автомобильной промышленности. В 1997 году — около 30%, а в 2005 году, по прогнозам специалистов, 50% панелей кузова будут выполнены из высокопрочных сталей.
В 1994 году мировые лидеры-производители стали (35 фирм из 18 стран) объединились в консорциум по созданию облегченного кузова легкового автомобиля из стального листа. Программа получила название ULSAB (сверхлегкий стальной автомобильный кузов). Для ее конструкторской и технологической реализации был заключен контракт с фирмой Porsche, которая спроектировала и изготовила опытный образец.
В процессе проектирования кузова ULSAB фирма Porsche использовала самые современные материалы и технологии изготовления деталей и узлов кузова, дающие возможность максимально снизить массу, уменьшить количество комплектующих, повысить ударную прочность и общую жесткость кузова.
В конструкции кузова ULSAB широко применяются высокопрочные стали (более 90% панелей кузова) и новые прогрессивные технологии: лазерная сварка, гидроформование, сандвичевые панели и «специальные» заготовки, сваренные из стальных листов различной толщины и прочности.
Согласно результатам, полученным на первых двух стадиях исследований по программе ULSAB, современные высокопрочные стали обеспечивают снижение массы «черного» кузова автомобиля примерно на 25%, при этом повышается жесткость при кручении на 70-80% и снижается стоимость изготовления на 3-5%.
Разработанные по программе ULSAB технологии и материалы уже используются для изготовления некоторых деталей кузова в серийных автомобилях Opel Astra и ВMW 3-й серии. В настоящее время проводятся работы по интенсивному применению высокопрочных сталей в кузовах автомобилей «ВАЗ», исследуется возможность применения в серийном производстве автомобилей «ВАЗ» лазерной сварки и технологии гидроформования деталей кузова.
Алюминий
Алюминиевые детали могут иметь такие же характеристики, как и стальные, при этом они на 60% легче. При столкновении алюминий поглощает на 50% больше энергии, чем сталь. Алюминиевые панели не требуют антикоррозионной обработки и могут штамповаться на том же оборудовании, что и стальные, хотя его большая упругая отдача при штамповке («пружинение») требует более внимательного отношения к проектированию штампов.
Относительная малая жесткость алюминия означает, что толщина стенок алюминиевых деталей должна быть увеличена на тех участках, где необходима повышенная жесткость. Даже с учетом этого алюминий позволяет снизить массу. Его нельзя сваривать обычными методами. Вместо технологии сварки алюминия в инертном газе автостроители все чаще стали использовать клеевые соединения.body
Главная причина ограниченного применения алюминия — его высокая стоимость. Алюминиевые детали в два раза легче аналогичных деталей из стали, но их стоимость в два раза выше по сравнению со стальными деталями. Насколько в будущем расширится применение алюминия, зависит от того, насколько снизится его цена в связи с использованием высококачественного алюминиевого скрапа.
Для изготовления алюминиевых деталей используются следующие технологии: литье, ковка, листовая штамповка, экструзия, порошковая металлургия и сверхпластичное формование.
Более 80% алюминия, применяемого в автостроении, получают методом литья. Эта доля будет снижаться из-за роста применения алюминиевых листов и полос. К 2001 году в Японии 25% всех двигателей будут иметь алюминиевые блоки и головки цилиндров. Методом алюминиевого литья изготавливают также коллекторы, насосы, детали трансмиссии и подвески, диски колес и подрамники.
Перспективные диски колес сочетают центральную часть, полученную литьем, с периферийной частью обода, изготовленной с помощью листовой штамповки.
Ковка обеспечивает алюминиевым сплавам лучшие механические свойства, чем литье. Она позволяет варьировать характеристики сплава в определенном диапазоне.
Кованые детали редко встречаются в конструкции автомобилей массового производства. В среднем лишь 1,3% алюминиевых деталей, применяемых в автомо-билях, являются коваными. Porsche 928, Chevrolet Corvette, Honda NSX и Mercedes S-class применяют кованый алюминиевый сплав в подрамнике и деталях подвески.
Колеса — еще одна область исследования, где возможно применение поковок. Кованые диски колес обеспечивают значительное снижение массы по сравнению с литыми дисками, при этом имеют ту же прочность.
С огласно данным ф. Hydro Aluminium, прокатанные полосы и листы составляют приблизительно 25% от веса всех алюминиевых деталей, применяемых в автомобиле. Обычно применяются сплавы с магнием, обеспечивающие хорошую штампуемость и коррозионную стойкость или прошедшие термообработку магниево-кремниево-медные сплавы, обеспечивающие высокую твердость.
Из прокатанного алюминиевого листа штампуются панели кузова, небольшие решетки, профили и т.п. Одно из самых важных новшеств в последние годы — применение алюминиевого листа в каркасе кузова.
Audi А8 выпускается с 1994 года и является хорошим примером серийного автомобиля с полностью алюминиевым каркасным кузовом. Полностью алюминиевые кузова применяются на таких автомобилях, как Honda NSX, Jaguar XJ220, Ferrari 512GT, Plymouth Prowler. Mercedes-Benz планирует в ближайшем будущем выпускать автомобили класса «люкс», имеющие аналогичную технологию.
Audi A2, впервые представленный в 1999 году на Франкфуртском автосалоне, является вторым после Audi A8 автомобилем фирмы c полностью алюминиевым кузовом. Использование отработанной технологии ASF (Audi Space Frame — пространственный каркас) дало ощутимый выигрыш в массе: алюминиевый кузов на 43% легче аналогичного стального. В результате снаряженная масса A2 не превышает 900 кг.
Land Rover использовал алюминиевые панели кузова с 1948 года. Ferrari и Aston Martin применяют алюминиевый сплав для всех наружных панелей кузова. Toyota, Ford US и Porschе используют алюминий для изготовления дверей, капота, крыши и крышки багажника. Ford US делает больше алюминиевых панелей, чем любой другой из автостроителей. Годовой объем продаж автомобилей с алюминиевыми панелями кузова в США составляет 1,5 миллиона.
Снижение снаряженной массы автомобиля на 300 кг (за счет интенсивного применения алюминия) позволяет снизить расход топлива приблизительно на 8%, что вполне компенсирует более высокие затраты на покупку такого автомобиля через 166000 км пробега.
Алюминиевые несущие кузова хорошо зарекомендовали себя в программе AIV компании Ford. Они также применяются в электромобилях EV1 компании GM. Американские автопроизводители опережают европейских в этом отношении. В Европе пока еще нет примеров коммерческого производства алюминиевых несущих кузовов.sm_users_img-24843
В Европе алюминиевые несущие кузова, вероятно, найдут ограниченное применение в спортивных и специальных автомобилях. Такие кузова дают дизайнерам шанс реализовать, при относительно небольших затратах, идеи по созданию нишевых (мелкосерийных) автомобилей с быстрым обновлением модельного ряда. Широкое внедрение данного типа кузовов в крупносерийном производстве в Европе является маловероятным в ближайшие 10-15 лет.
Алюминий, полученный экструзией, используется для усилителей бамперов, защитных брусьев в боковых дверях, каркасов сидений, рамок окон, аэродинамического спойлера, маслопровода, гидравлического трубопровода и впускного коллектора.
Массовое производство алюминиевых деталей, полученных порошковой металлургией, сейчас ведется пока только в Японии, но интерес проявляют и в Европе. По этой технологии изготавливаются следующие детали: винты для компрессора воздушного кондиционера, поршни, блоки цилиндров (разработаны в Японии, но пока еще не внедрены в производство), крыльчатка компрессора для турбопреобразователя.
Сверхпластичные алюминиевые сплавы способны значительно удлиняться без разрыва материала при воздействии высокой температуры. Детали сложной формы можно получить из плоского листа с использованием технологии воздушного прессования, растягивающего лист в материнскую пресс-форму штампа (матрицу) или посредством подвижного штампа (пуансона). Детали с рельефной поверхностью, с различным ребрами, буртиками, выпуклостями, выемками и отверстиями могут изготавливаться цельными.
На спортивных моделях Morgan (Великобритания) применяются сверхпластичные прессованные алюминиевые крылья, выпускаемые фирмой Superform Aluminium. Эта технология также используется для кузовных панелей некоторых автомобилей в США и Европе, для Volvo, для небольших деталей, например усилителей заднего крыла Bugatti. Фирма Alcon работает с Aston Martin и Ferrari над созданием трудноштампуемых деталей из сверхпластичного алюминия.
Мелкие детали могут изготавливаться отдельно, а потом присоединяться к основным узлам. Ford и ф. Showa Aluminium производят алюминиевый впускной коллектор для 1,9-литрового 4-цилиндрового двигателя, который обеспечивает снижение массы на 50% и повышение мощности двигателя на 5%. Алюминиевое литье позволяет выполнить коллектор с приливами на входном отверстии и корпусе дроссельной заслонки. Тонкостенный алюминиевый сплав 6063, полученный ковкой и гидравлическим формованием, применяется для корпуса накопительной камеры повышенного давления (перед дроссельной заслонкой). Впускные трубопроводы изготавливают из экструдированных профилей (6063 сплав), придают им нужную форму гибкой и твердость с помощью камеры высокого давления и выполнения приливов.
Несмотря на возрастание доли алюминия в автомобилях, высокая цена ограничивает его широкое применение, особенно в кузовостроении. Если получат дальнейшее развитие электромобили, то потенциал снижения массы с применением алюминиевых сплавов будет компенсировать высокую стоимость изготовления._mg_8196low
На ВАЗе сейчас исследуется возможность применения алюминиевых сплавов во внешних и внутренних панелях кузова, блоке цилиндров, деталях подвески, карданном вале и других деталях.
Магний
Магний является привлекательным материалом для автостроителей благодаря своей легкости: удельный вес составляет 1,81 г/см3 (у алюминия — 2,7 г/см3), при этом детали из магниевого сплава имеют большую, чем алюминий, пространственную стабильность. Также магний лучше поглощает вибрацию, чем алюминий или сталь.
Магний уже много лет используется в автомобилях. VW Kafer был одним из самых главных потребителей магния до 70-х годов (42000 т/год). Применение магния сократилось в начале 70-х годов в связи с ростом цен на магний и прекращением производства VW Kafer в Германии. Важным достижением в последние годы можно считать разработку коррозионостойких (AZ91D и AZ91E) и высокопластичных сплавов (AM20 и AM50). Эти сплавы, полученные новым способом литья под давлением, значительно улучшают качество деталей и упрощают технологию изготовления.
Рисайклинг магния не является проблемой. Даже если магниевые и стальные детали не отделены друг от друга, присутствие магния не затрудняет рисайклинга стали. Это не относится к алюминию, который может быть причиной повышения хрупкости материала.
Автостроители применяют магний в различных количествах. В 1996 году Ford использовал 14000 т магниевых деталей, Chrysler — 6100 т; GM — 5600 т; Toyota — 3000 т; Mercedes — 2000 т; VW/Audi — 900 т. Основные детали, которые изготавливаются из магния: каркас панели приборов, каркас сидений, детали рулевой колонки, крышка головки блока цилиндров, картер коробки передач, впускной коллектор.
Основные детали, которые изготавливаются из магния: каркас панели приборов, каркас сидений, детали рулевой колонки, крышка головки блока цилиндров, картер коробки передач, впускной коллектор.
Audi впервые применила магний для каркасов панелей приборов в конце 80-х годов. Компания разработала легкую конструкцию каркаса, на которой крепятся спидометр, радио и перчаточный ящик. Было получено значительное снижение массы по сравнению со стальной конструкцией, а также уменьшение количества деталей.
Mercedes впервые использовал магний для каркаса сиденья, механизма крепления ремней безопасности на родстере SEL, применяя литье под давлением пластичных сплавов АМ. Обычная конструкция сиденья весит 8-9 кг. В настоящее время разрабатывается конструкция, состоящая из цельного каркаса подушки и спинки сиденья, которые вместе весят 2-2,5 кг.
Другой техпроцесс, применяемый для изготовления сидений, — штамповка. Многие фирмы изучают возможность применения штамповки магниевых сплавов для изготовления салазок сидений, рамок и деталей спинки. Последние разработки обеспечили снижение массы на 40% по сравнению со стальной конструкцией сидений.
В рулевых колонках дополнительная масса, обусловленная применением подушек безопасности, изменила характеристики управляемости и поворачиваемости автомобиля. Требуется безотлагательно найти более легкие материалы, чем цинк, сталь или сочетание алюминия и стали. Toyota и фирма Tokai Rika первые начали использовать магниевое литье под давлением для рулевых колонок, механизмов регулировки и других деталей рулевого управления.
Для крышек головок блока цилиндров такие фирмы, как GM, Ford, BMW, Mercedes, Honda, Isuzu и Daihatsu, применяли магний с целью снижения массы, уменьшения утечки масла, снижения NVH (шум, вибрации, удары), улучшения качества отделки и стабильности размеров.
В то время как в США Ford в течение 10 лет использовал магний в раздаточной коробке полноприводных машин, одно из самых важных достижений в Европе — применение магниевого сплава AZ в картере коробки передач (разработка VW/Audi для моделей Passat, A4 и A6).
GM начал широко применять магний в начале 90-х годов для впускного коллектора. В настоящее время Mercedes использует магний для изготовления сборочных впускных коллекторов. Магниевые детали начинают применять в топливных системах, так как магний легче алюминия и требует меньше механической обработки, потому что имеет лучшие литьевые характеристики.1__IMG_8333_1__520_346

ЗАЗ применяет магний с 70-х годов для точной отливки такой крупной детали, как картер сцепления.
Часто с магнием связывают опасность пожаров. Путем применения защитного газа во время сварки, а также специальных смазочно-охлаждающих средств при обработке на металлорежущих станках удается свести опасность возгорания до минимума. В сплошных деталях эта опасность практически отсутствует. По словам специалистов Mercedes, магний действительно загорается, когда имеет форму стружки или пыли, как это показывают в школе преподаватели химии, но в этом виде загорается и алюминий.
В настоящее время на ВАЗе проводятся исследовательские работы по применению магниевых сплавов в таких деталях, как каркас рулевого колеса, каркас сидений, каркас панели приборов, кронштейн блока педалей, кронштейн рулевой колонки, опорный кронштейн двигателя, крышка клапанного механизма.
Титан
Титан является для автостроителей привлекательным материалом благодаря сочетанию прочности и легкости. Он обеспечивает такую же прочность, как сталь, при меньшей на 50% массе. Он также обладает хорошей коррозионостойкостью. Однако титан является дорогим материалом, т.к. его трудно получить из руды.
Титан успешно применяется в таких деталях двигателя, как клапаны, пружины клапанов, сухари, рычаги клапанов, шатуны. Иногда титан используется в нажимных дисках и картере сцепления, пружинах подвески, выхлопной трубе, рулевых тягах, рычагах подвески, колесах, различных крепежных элементах, коррозийно-стойких и энергопоглощающих элементах каркаса кузова, боковых зеркалах.
Титановые пружины подвески применяются уже несколько лет. Высокая стоимость — главная проблема внедрения титана в массовое производство. В связи с этим недавно были разработаны более дешевые в производстве ферромолибденовые сплавы, которые по своим характеристикам почти ничем не уступают традиционно применяемым бета-сплавам. Ферромолибденовые сплавы дают возможность внизить массу деталей примерно на 70% по сравнению со сталью.
Клапанный механизм двигателя представляет собой перспективную область применения титана в массовом производстве. Титановые пружины меньше по массе и размерам, чем стальные пружины с такими же характеристиками. Использование титановых клапанов и пружин позволяет снизить инерционные нагрузки, действующие на пружины, уменьшая потери на трение в клапанном механизме (которые составляют приблизительно 20-25% от общего трения в двигателе), что существенно повышает КПД двигателя, снижает шум и расход топлива.
Использование титана в гоночных автомобилях дает много преимуществ, в том числе: снижение массы деталей, совершающих возвратно-поступательное движение, повышение оборотов двигателя, уменьшение нагрузки на коленвал, снижение NVH и уменьшение бокового давления на поршень. Титановые шатуны, применяемые в двигателях спортивных автомобилей Honda NSX V6, обеспечивают повышение оборотов на 700 об/мин по сравнению со стальными шатунами и снижают на 30% массу деталей.
Детали из формозапоминающих титаново-никелевых (Ni/Ti) сплавов могут изменить форму при механическом воздействии, но принимают свою первоначальную форму при нагревании. В Японии в автомобильной промышленности половина титановых деталей изготавливается из формозапоминающих сплавов. Фирма Kanto Special Steel (Япония) разработала карбюратор с использованием Ni/Ti сплавов. Воздушная заслонка изменяет форму в зависимости от изменений температуры.
На ВАЗе исследуют возможность применения титановых сплавов в ближайшие 5-10 лет для серийного производства впускных клапанов, пружин клапанов и других деталей автомобилей.

НОВОСТИ

МЕДИА

Стало известно, из какого металла делают автомобили Lada

АвтоВАЗ рассказал, какой металл используется для автомобилей Lada. На одном кузове применяется до десяти сортов стали: от тонкой и пластичной для лицевых панелей (толщиной 0,6–0,8 мм) до стали большей толщины (1 мм и выше) и повышенной прочности для каркаса кузова. Рулон стали разматывается, раскраивается, а раскройки попадают под пресс. Для каждой кузовной детали нужно 5 циклов работы пресса, отмечает пресс-служба АвтоВАЗа.

Как уточняет «Лада Онлайн», у Lada Vesta лицевые детали изготовлены из высококачественного двухстороннего горячеоцинкованного автолиста, а усилители стоек лобового стекла, лонжероны, детали пола, порогов и сменные балки под бамперами выполняются из стали повышенной прочности. В свою очередь, у Lada Granta, как выяснила редакция Quto, штамповка из оцинкованного листа применяется только для силовых элементов кузова. А вот основная часть наружных кузовных панелей (это панели дверей, крыши, капота и пр.) изготавливают из обычного чёрного проката. Основным поставщиком металла является ММК (Магнитогорский металлургический комбинат). что ведёт поставки холоднокатаного и горячеоцинкованного рулонного проката из высокопрочных марок стали для внешних и внутренних деталей автомобилей марки Lada.

Между тем, Lada приостановила онлайн-продажи машин без дилерских наценок. Напомним, что 28 сентября АвтоВАЗ запустил новую программу онлайн-продаж автомобилей Lada по заводской цене. Нововведение позволяет сэкономить при покупке российской машины до 40 000 рублей.

От мягкой до сверхвысокопрочной — эволюция сталей в кузове автомобиля

От мягкой до сверхвысокопрочной — эволюция сталей в кузове автомобиля

Александр Тычинин

Если бы не глобальное оледенение, по Земле до сих пор бы бродили динозавры. А если бы не проигрыш армий Сирии, Египта, Ирака и Иордании в так называемой войне Судного дня с Израилем в октябре 1973 года, то не было бы последующего нефтяного кризиса, то есть топливного бойкота арабскими странами Америки и Европы. И кто знает, как бы пошла тогда эволюция основного кузовного материала — стали?

В плоть до семидесятых годов прош­лого века кузова по-прежнему производили преимущественно из дешевой низкоуглеродистой стали с высоким содержанием кремния и кислорода — ее еще называют кипящей. Разве что к пятидесятым годам миллиметровые внешние панели для снижения себестои­мости и массы сделали тоньше — толщиной 0,8 мм. А из более качественной спокойной стали, пластичность которой выше благодаря пониженной концентрации кремния и кислорода, штамповали лишь некоторые сложные детали.

Но тут грянула война Судного дня, а за ней — и нефтяной кризис. Очереди на заправках, снижение популярности исконно американских больших, тяжелых и мощных машин. В 1978 году в США ввели средние корпоративные нормы по расходу топлива, известные как CAFE (Corporate Average Fuel Economy). А еще как раз в те времена в Америке всерьез озаботились пассивной безопасностью. И автопроизводители оказались в тисках. С одной стороны, машины должны были стать безопаснее, но с другой — экономичнее. Может, вообще отказаться от стали?

Прогресс металлургии, конечно, не стоял на месте. Сталелитейные компании в те времена уже выпускали автомобильный прокат повышенного качества IF (Interstitial Free, без фаз внедрения) с очень низким содержанием углерода (около 0,002%) и азота и с микролегированием титаном и ниобием. Но в 1975 году, согласно данным аналитического агентства Ducker, на сталь повышенной прочности, в том числе на IF, в конструкции кузова в среднем приходилось менее 5%.

В конце 70-х к интенсивным разработкам в области несущих алюминиевых кузовов приступили Porsche и Audi, а в 1984 году Pontiac Fiero и Renault Espace обзавелись пластиковыми наружными панелями. И вот тут крупнейшие поставщики стального проката задумались. Ведь переход автоконцернов на альтернативные материалы грозил потерей многомиллиардных прибылей!

Несущий кузов проекта ULSAB, спроектированный почти двадцать лет назад, был невероятно передовым. Доля мягких сталей в нем составляла менее 8%, все остальное — обычная «высокопрочка» плюс несколько усилителей из сверхвысокопрочной стали. Масса — около 200 кг. Многие технические решения с успехом применяются и в современных кузовах: так называемые Tailored Blanks, то есть детали из заготовок переменной толщины и прочности, гидроформинг, а также соединения лазерной сваркой и клеем

В начале 1990-х свыше тридцати крупнейших производителей стали и металлопроката, в том числе Nippon, Posco, Tata, Krupp и U.S. Steel, объединились в консорциум под названием ULSAB (Ultralight Steel Auto Body) для разработки облегченного стального кузова. Проект, к которому привлекли компанию Porsche Engineering, стартовал в 1994 году. В качестве точки отсчета инженеры усреднили характеристики нескольких серийных автомобилей того времени, включая BMW пятой серии, Mercedes Е-класса, Хонду Accord и Lexus LS. В итоге масса референсного кузова оказалась 271 кг, а жесткость на кручение — 11500 Нм/градус. Спустя четыре года был сделан опытный образец кузова, в котором суммарная доля высокопрочных (предел текучести 210—550 МПа) и сверхвысокопрочных сталей (свыше 550 МПа) составила 90% при толщине деталей от 0,65 до 2 мм. Массу удалось снизить на 70 кг, а жесткость на кручение выросла в два раза!

А экономический расчет специалистов Porsche Engineering показал, что всего через два года массового выпуска себестоимость таких кузовов будет не выше, чем у тогдашних серийных.

Как мы знаем, это не помешало расширять применение алюминия таким компаниям, как Audi, Jaguar, BMW или Mercedes-Benz. Но самым востребованным кузовным материалом до сих пор остается сталь: консорциум ULSAB собирался не зря.

Впрочем, концерн BMW и без того постоянно увеличивал долю высокопрочных сталей. Если в 1981 году в кузове пятой серии поколения E28 было всего четыре процента «высокопрочки», то через семь лет в Е34 — двенадцать, а в E39, дебютировавшей в 1995-м, — уже сорок.

Сталь получают из чугуна, снижая в нем концентрацию углерода. В первой половине ХХ века производство стали осуществлялось в мартеновских печах. Туда загружали чугун, стальной лом, железную руду и известняк — и плавили шихту, используя коксовый или природный газ. Плавка длилась до десяти часов и требовала большого количества топлива, а качество готового продукта оставляло желать лучшего. Сейчас сталь получают кислородно-конвертерным способом: в огромный сосуд (на фото) заливают жидкий чугун и продувают его технически чистым кислородом. Этот процесс гораздо эффективнее, длится меньше часа и не требует внешнего источника тепла

Сейчас в каталоге крупнейшего в мире производителя стали ArcelorMittal значится больше семидесяти разновидностей проката для автомобильной промышленности. А что в России? Увы, наши металлурги долгое время вообще не могли производить подобный качественный прокат — и лишь в 2011 году окончательно прекратили выплавлять сталь старым и неэффективным способом в мартеновских печах. Хотя в Германии, США и Японии их «потушили» еще в начале 90-х, перейдя на современный кислородно-конвертерный процесс. У нас же тогда только-только освоили выпуск ­IF-проката. А история помнит времена, когда вазовские машины на треть состояли из импортной стали.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *