Stalowy rumak?

Maciej Blum
1.10.2014

Tym mianem zwykło nazywać się samochody. Nie jest ono do końca trafne. W samochodzie bowiem znajdziemy całą gamę innych materiałów, z których wykonane są poszczególne jego elementy.

Główną cechą materiałów konstrukcyjnych stosowanych w motoryzacji jest ich duża wytrzymałość gwarantująca odporność w razie kolizji oraz duża sztywność wpływająca na jakość prowadzenia się pojazdu. Niebagatelną ich cechą jest też odporność na korozję, ponieważ samochód jest użytkowany w różnych warunkach.
Podstawowym materiałem konstrukcyjnym jest stal. W samochodzie stosuje się jej przeróżne rodzaje w zależności od cech, jakimi musi się ona odznaczać. Z punktu chemicznego stal to stop żelaza z węglem. W przypadku, gdy zawartość węgla jest niższa niż 2,11%, mamy do czynienia ze stalą, natomiast gdy ilość węgla w stopie przekroczy 2,11% - powstaje żeliwo.
Aby zwiększyć wytrzymałość stali lub nadać jej pewne cechy szczególne, stosuje się domieszki stopowe. Ich ilość jest niewielka, natomiast znacząco wpływa na twardość, sztywność oraz odporność zmęczeniową stali. Podstawowymi metalami, jakie stosuje się do zwiększenia wytrzymałości stali są molibden, wanad i chrom. Dzięki nim otrzymuje się stal pozwalającą się hartować i mającą dużą wytrzymałość po hartowaniu. W ten sposób otrzymuje się stale o wysokiej wytrzymałości, z których wykonuje się części składowe szkieletu nadwozia. Ich udział w budowie nadwozi może osiągać nawet 50%. Dzięki stalom o podwyższonej wytrzymałości możliwe jest zbudowanie nadwozia o 5% sztywniejszego przy jednoczesnym zredukowaniu jego masy o 25%.

Nie tylko żelazo
Kolejnym materiałem konstrukcyjnym znanym od dawna, ale stosowanym dość wybiórczo, jest aluminium. I tak, materiał ten znany jest powszechnie jako metal do produkcji bloków silnika, głowic i drobnych elementów. Bardzo długo trzeba było czekać na moment pojawienia się go jako materiału do produkcji nadwozi. Dlaczego? Otóż, powód jest bardzo prosty: stal jest plastyczna, aluminium – także, stal jest sprężysta – aluminium nie. Dzięki specyficznym właściwościom aluminium w czasie kolizji elementy nadwozia odkształcają się w sposób trwały, co dalej uniemożliwia ich prostowanie, ponieważ od razu zaczynają pękać i się łamać, co nie występuje w przypadku stali. Kolejnym dość poważnym problemem z używaniem tego materiału są jego właściwości elektrochemiczne i idące za tym kłopoty z izolacją elementów nadwozia. Na styku aluminium z elementem stalowym powstaje ogniwo elektryczne, którego potencjał np. w kontakcie z wodą prowadzi do bardzo szybkiej korozji w miejscu styku tych metali.
Aby umożliwić korzystanie z aluminium w pełnym zakresie, konieczne było stosowanie jego stopów z innymi metalami, co zwiększało wytrzymałość i zmniejszało problemy związane z tworzeniem się ognisk korozji. Przeważnie jest ono mieszane z takimi pierwiastkami jak Si, Cu oraz z dodatkami Mg i Mn dla lepszej obróbki plastycznej. Z różnych względów stopy aluminium są droższe w produkcji od stali, ale jeśli rozważyć ich wady i zalety, są w użyciu korzystniejsze. W pojeździe łączna masa części wykonanych ze stopów lekkich na bazie aluminium to obecnie około 130 kg. Stopy aluminium mają też coraz częstsze zastosowanie przy elementach poszycia samochodów.

Nie taki magnez straszny
Bardzo ciekawym materiałem stosowanym w pojazdach jest magnez. Jego cechą charakterystyczną jest gęstość wynosząca około 1,75 g/cm3, co oznacza, że nie jest on 4,5 razy lżejszy od stali. Niestety, w formie czystej chemicznie jest on dość kruchy i korozyjny, więc stosuje się go jako stop z innymi metalami, takimi jak mangan, cyrkon, aluminium lub cynk. Ze względu na swoją dobrą lejność stopy magnezu nadają się doskonale do odlewania profili cienkościennych, takich jak szkielety siedzeń, kierownic i innych elementów wyposażenia wewnętrznego samochodu. Ze stopów magnezu wykonuje sie także sportowe obręcze kół, aby zmniejszyć masę nieresorowaną, miski olejowe czy obudowy skrzyń biegów.

Maciej Blum
fot. Daimler

Jakie materiały konstrukcyjne zwiększą swój udział, a jakie zmniejszą w budowie nadwozi?
tel. 71 78 23 190
e-mail: maciej.blum@autoexpert.pl

Maciej Blum

O Autorze

Tagi artykułu

Zobacz również

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę