1

MATERIALE MODERNE UTILIZATE LA AUTOMOBILE

Catalin – Antonio TOMA1

1: Facultatea de Transporturi, Catedra de Autovehicule Rutiere, Bucuresti

ABSTRACT

Lucrarea prezinta noi tipuri de materiale folosite in industria de automobile. Cercetatorii in acest domeniu utilizeaza tot mai frecvent materiale compozite sau aliaje din metale usoare. Ca raspuns, industria siderurgica a dezvoltat in ultima perioada noi tipuri de oteluri cu proprietati mecanice superioare.

Keywords: ULSAB, HSS, TRIP, DP, Aluminal

1. IMPORTANTA REDUCERII MASEI AUTOMOBILULUI

Cerintele severe de reducere a consumului de combustibil conduc la problema majora cu care constructorii de automobile se confrunta si anume micsorarea greutatii. Reducerea masei automobilului se poate face prin utilizarea otelurilor de inalta rezistenta, a aluminiului, a magneziului si nu numai. Directia principala de reducere a masei automobilului este la caroserie. De exemplu, caroseria din aluminiu poate reduce masa automobilului cu 40% [1].

Caroseriile automobilelor moderne sunt construite dintr-o mare varietate de materiale: oteluri, aliaje usoare din metale neferoase si diverse tipuri de mase plastice (inclusiv materiale compozite). Ultimele doua categorii au devenit din ce in ce mai prezente in acest domeniu, desi, dupa afirmatiile specialistilor, otelul isi pastreaza principalul atu, si anume gradul ridicat de rigiditate torsionala. Iar productia unor oteluri cu o capacitate de a rezista solicitarilor de doua pana la cinci ori mai mare decat cea a otelurilor uzuale face acum posibila scaderea drastica a greutatii structurilor din otel a caroseriilor actuale.

2

Fig. 1 – Caroseria Coupe neechipata a automobilului BMW Seria 6

Fig. 2 – Proportia materialelor din componenta caroseriei BMW Seria 6 Coupe

Se observa in figura 2 ca aproape trei sferturi din otelurile utilizate in constructia unei caroserii moderne au rezistente specifice de peste 200 MPa.

3

2. REALIZARI REMARCABILE IN DIRECTIA MATERIALELOR FOLOSITE LA CAROSERIILE AUTOMOBILELOR

Inca de la mijlocul decadei ’90 au inceput cercetari avansate in scopul elaborarii unei caroserii ultrausoare din otel, cu denumirea ULSAB (Ultra Light Steel Auto Body), bazata pe folosirea otelurilor de inalta rezistenta [2]. Directia acestor studii a fost urmata cu consecventa si a dus, in ultimii ani, la obtinerea unor table din otel cu proprietati de exceptie. Daca tipurile uzuale de oteluri aveau valori ale indicelui de rezistenta de numai 180-200 N/mm2, actualele tipuri depasesc de cateva ori aceste cifre.

Astfel, oteluri cu o rezistenta la tractiune de pana la 980 Nm/mm2 nu mai sunt in prezent o noutate in fabricatia tablelor pentru caroseriile auto. Remarcabila este insa nu doar cresterea rezistentei acestora, ci si a maleabilitatii lor – caracteristica obtinuta prin folosirea aliajelor “in faze”. Astfel, otelurile “Dual Phase” (DP) isi datoreaza calitatile “mixte” unui amestec in proportii bine definite de ferita si martensita, in timp ce maleabilitatea ridicata a otelurilor TRIP (Transformation Induced Plasticity) se obtine prin adaugarea unei cantitati de austenita, care abia in momentul deformarii se transforma in martensita. Daca insa primordiale sunt cerintele de rezistenta la tractiune, recomandabile sunt asa numitele “oteluri in faza martensitica”, a caror proportie mare de martensita este obtinuta printr-un proces final de racire rapida.

Fig. 2 – Caracteristicile otelurilor folosite in industria de autovehicule

IF (Interstitial Free), Mild, HF (Hot Formed), IS (Iron Steel), BH (Bake Hardening), TRIP (Trasnformation Induced Plasticity), DP (Dual Phase), HSLA (High Strength Low Alloy)

4

Un exemplu elocvent al eficientei utilizarii acestor oteluri moderne a fost prezentat la expozitia Euroblech 2004, sub forma unei usi de automobil cu structura modulara, formata din doua elemente; cel extern, prevazut cu doua structuri de protectie pentru impact lateral, este fabricat din tabla de otel DP 500 (cu o rezistenta la intindere de 500 N/mm2), care permite o grosime a tablei de numai 0,48 mm – o valoare minima, imposibil de atins in conditiile folosirii unui otel obisnuit [2].

Fig. 3 – Utilizarea otelului DP 500 la fabricarea portiunii externe a acestei usi de automobil ‘’bi

modul’’ ce a permis reducerea grosimii la numai 0.48 mm

Aceasta varianta constructiva aduce si avantaje in ciclul de montaj: astfel, portiunea exterioara (inclusiv sarniera usii) poate fi montata inainte de trecerea prin sectia de vopsitorie, abia la montajul final fiind adaugata portiunea interioara, dupa montarea optionalelor specifice. Elementul interior este fabricat din otel TRIP 700, ceea ce duce la un castig total de greutate de 1.2 kg comparativ cu o usa “traditionala” [2].

5

“Aliajul Vanadiu 4 Extra’’ se preteaza cel mai bine pentru constructia utilajelor necesare operatiunilor de stantare si deformare a pieselor din oteluri ultrarezistente, declara inginerul Arno Barbulla, director de marketing al firmei specializate Uddelholm din Dusseldorf [2]. Natural, utilajele traditionale se uzeaza mult mai rapid in cazul prelucrarii acestor oteluri moderne. Aliajul de otel cu Crom, Molibden si Vanadium “Vanadis 4 Extra” este nu doar extrem de rezistent la uzura , dar prezinta si o maxima stabilitate a canturilor, fiind astfel recomandat taierii precise a tablelor din otel ultrarezistent. Tehnologia metalurgica de producere a acestui aliaj, prin pulverizare a otelului lichid (rezultand o masa de particule sferice, compactata ulterior la inalta presiune) duce la o repartizare uniforma a carburilor de mare duritate in masa produsului finit.

Prin tehnica pulverizarii metalului in stare lichida este obtinut si tipul de otel pentru scule de inalta duritate HSS 290 al firmei Bohler Edelstahl din Kapfenberg (Austria) [2]. Acesta este aliat cu crom, molibden, vanadium, wolfram si cobalt si prezinta avantajul unui risc redus de rupere comparativ cu alte aliaje de mare duritate – eveniment ce trebuie luat in calcul la prelucrarea otelurilor ultrarezistente.

Fig. 4 – Scule fabricate din otel HSS obtinut prin pulverizare in stare lichida perfect adaptate

prelucrarii noilor tipuri de otel ultrarezistent

Datorita calitatilor sale evidente, otelul si-a castigat un loc de frunte in fabricatia benzilor si tablelor multistrat, ale caror calitati finale sunt mult superioare fiecarui material din care sunt compuse, luat separate.

6

Fig. 5 – Protectoare termice fabricate din materiale multistrat (aluminiu-otel-aluminiu)

Asemenea materiale cu structura mixta (compuse din doua, trei sau mai multe straturi din metale ori materiale compozite total diferite) sunt fabricate de pilda de catre firma germana Wickeder Westfalenstahl GmbH, prin “valtuirea” tablelor din diverse materiale [2]. Astfel, rezistenta si maleabilitatea otelului sunt combinate cu greutatea redusa si rezistenta la oxidare a aluminiului, intr-un “sandwich” compus din trei straturi (aluminiu-otel-aluminiu), folosit la fabricarea tobelor de esapament, a protectiilor termice ori a garniturilor de chiulasa.

O combinatie interesanta este si cea dintre otelul inoxidabil si aluminiu, care pastreaza, printr-un proces de valtuire controlata, un grad apreciabil de maleabilitate si este foarte potrivit utilizarii in zone ale structurii caroseriei unde este impus aspectul “inox”, dar se doreste o reducere a greutatii.

7

De ultima ora este si tehnologia “Aluminal” dezvoltata de aceeasi firma si prezentata la expozitia Euroblech [2].

Fig. 5 – Acoperirea galvanica cu aluminiu a unei piese din componenta unei axe protejeaza

impotriva coroziunii in cele mai vitrege conditii

Aceasta consta in placarea cu Aluminiu a suprafetelor tablelor din otel – un proces deosebit de ecologic in comparatie cu cromarea clasica, prin care se asigura o acoperire durabila cu aluminiu (sau aliaje ale acestuia) a pieselor sau tablelor din otel. Acest strat protector este lipsit de pori inca de la grosimea minima de 5 mm, nu cedeaza la deformari plastice si ofera o perfecta protectie la coroziune in cele mai extreme conditii de utilizare.

8

3. CONCLUSIONS

Micsorarea greutatii automobilelor este o directie de actionare in indeplinirea cerintelor severe ale normelor de poluare. Comparativ cu materialele compozite, aceste oteluri noi au facut posibila reducerea masei automobilelor si cresterea in acelasi timp a proprietatilor mecanice la preturi destul de mici.

4. REFERENCES

[1] Ioan Mircea OPREAN – ‘’Automobilul modern’’, Editura Academiei Romane, 2003

[2] *** , ‘’Inovatii in domeniul otelurilor’’, Revista Autotehnica, Martie, 2006, p. 59-61