Металлы и цены

«Породистые» металлы для железного коня

Статья опубликована в номере 12 (166)-2008

Поиск по статьям

Совсем недаром автомобили называют «железными конями»: именно различные металлы составляют основу любой современной «рабочей лошадки». Причем это далеко не привычные издревле железо и медь. Сегодня автомобилестроение является наиболее передовой отраслью экономики, где апробируются самые современные решения и разработки, способные удовлетворить практически любые требования производителя. И если раньше они касались в основном долговечности и прочности металла, то сегодня все больше внимания уделяется и таким его характеристикам, как высокая технологичность, низкий вес, возможность переработки.
В результате лишь самые лучшие металлы получают право идти на изготовление современных породистых «железных коней».

Rolls Royce

Машина в пене

Сердце автомобиля, безусловно, — мотор. Он, особенно в российских реалиях, может эксплуатироваться в самых жестких условиях, отсюда проистекает и первое требование — прочность. Уже много лет по этому показателю одним из «лидеров» является чугун, который нашел широкое применение в автомобилестроении. Однако зачастую данный металл не соответствует современным требованиям, связанным с весом, толщиной стенок материала.

Поэтому будущее двигателестроения — в новых видах чугуна. Например — в применении блоков из чугуна с вермикулярным графитом (особой кристаллической формой углерода). По мнению действительного члена Российской инженерной академии Аркадия Тихонова, перспектива именно за такими продуктами. «На «АвтоВАЗе» есть удачный опыт использования подобного материала на распределительном вале, который раньше отливался из высокопрочного чугуна. Также снижение веса и увеличение прочностных характеристик возможно с применением высокопрочного бейнитного чугуна с изотермической закалкой. Эти работы проведены на «КАМАЗе».

Вообще, основной тенденцией современного автомобилестроения как раз и является практически полный отказ от применения металлов в их «чистом» виде. За счет различных «манипуляций» с материалом разработчики получают определенный набор заданных свойств. Так был создан, в том числе, и пеноалюминий. Изготавливают данный материал путем смешивания порошка окисленного алюминиевого сплава с каким-либо веществом, выделяющим при нагревании большое количество газа (например, с мелом, который распадается при высоких температурах на окись кальция и углекислый газ).

Получившийся продукт обладает повышенной прочностью, жесткостью и высоким энергопоглощением при столкновении, что крайне важно для обеспечения пассивной безопасности. В частности, за рубежом из пеноалюминия уже изготавливают гасители бокового удара, которые закладываются в дверцы автомобиля. Найдет материал применение и при изготовлении бамперов, кожухов и иных деталей автомобиля.

Надо сказать, что защита водителя и пассажира в случае аварии — первостепенная задача, которая решается многими учеными. И не без успеха. Так, недавно немецким институтом стали был создан «интеллектуальный» сорт стали. Специальным образом подобранные и однородно распределенные гранулы обеспечивают кузову «сверхпластичность». Стальные частицы сохраняются без разрушения при расширении на 850% и удлинении на 1025%: такие высокие показатели пластичности обеспечивают водителю и пассажирам повышенную безопасность. При столкновении основная часть энергии уйдет на деформацию элементов автомобильного корпуса, что смягчит удар.

Если в «гражданском» автомобилестроении нагрузки на металл сравнительно невелики, то при производстве специальной техники, а также ее комплектующих речь может идти просто о «нечеловеческих» условиях работы. Здесь могут быть применены только особые виды сталей, обладающих сверхпрочными характеристиками.

Например, стали марки Raex от Ruukki (ведущий европейский поставщик решений из металла для строительства и машиностроения) были специально разработаны для применения в жестких условиях для деталей, подверженных абразивному износу: ковши, молоты, кузова, дробилки, сельскохозяйственная техника и т. д. Стали данного типа отличают высокая прочность, износостойкость, хорошая свариваемость и формуемость. Эта марка нашла применение, например, в бортах самосвалов компании «Бецема» (российский партнер таких мировых автогигантов, как Volvo, MAN и Mersedes).

Весомое преимущество

Если прочность относится к числу традиционных требований, то 21 век привлек внимание всех разработчиков и к вопросу снижения массы материала. Растущая стоимость углеводородного сырья все острее ставит проблему экономии топлива, решить которую можно, уменьшая вес автомобиля.

Именно по этой причине в современном автомобилестроении такое большое распространение получил алюминий. Если в 1990 году на один автомобиль уходило в среднем 50 килограммов этого материала, то к 2005 году эта цифра выросла до 132 килограммов.
Примером комплексного применения алюминия является автомобиль Ауди A8. При его создании использован алюминиевый кузов из специального противоударного листа; рама представляет собой комбинацию алюминиевого литья, экструзии и штамповок. Также в машину можно установить два дизельных двигателя из алюминия.

Впрочем, одним «крылатым металлом» в автомобилестроении не обойтись, нужны комплексные решения. И ведущие производители мира это хорошо понимают. Например, серьезное внимание проблеме снижения веса автомобиля уделяют в автоконцерне Toyota. Здесь разработана масштабная программа модернизации производства, рассчитанная до 2010 года. Согласно ей Toyota отныне будет делать упор на материалы конструкции и запчасти, а не на улучшение эффективности двигательных функций, как это было до последнего времени. По расчетам предполагается, что снижение веса автомобиля на 100 кг дает экономию топлива в 2-3%.

Уменьшение массы автомобилей будет достигнуто благодаря применению легких материалов — алюминия и высокоэластичной стали — при производстве деталей кузова и арматуры, а также магния — для изготовления каркаса сидений. В гибридных автомобилях Toyota намерена заменить медную электропроводку на алюминиевую. В компании сообщают, что в одном автомобиле модернизации подлежит примерно 30 000 позиций.

Очевидно, что не только алюминий и магний, но и новые высокотехнологичные стали помогут снизить вес автомобиля. Прочность подобных материалов составляет в среднем 300-800 МПа, и такой более легкий и тонкий лист можно использовать вместо обычного низкоуглеродистого прочностью 175-200 МПа.

Например, сегодня такие специальные стали предлагает уже упоминавшаяся финская компания Ruukki. В частности, разработанный здесь новый горячекатаный лист, сваренный методом гибридной лазерной сварки, изготавливается из широкополосного проката. Это тонкий и легкий стальной лист крупных размеров. Такие качества позволяют применять его для производства платформ грузовых автомобилей.

Следует отметить, что по сравнению с обычными толстыми листами подобные широкополосные материалы имеют более качественную поверхность, улучшенную плоскостность и точность размеров. Эти характеристики обеспечивают клиентам экономию затрат на производство за счет упрощения операций по обрезанию и обработке поверхности.

Круговорот машин в природе

Еще одним новым требованием, не существовавшим ранее, является вопрос переработки металлов, используемых при производстве автомобиля. Данная проблема приобретает по-настоящему глобальное значение из-за того, что во всем мире и России ежегодно необходимо что-то делать с сотнями тысяч автомобилей. По сути, после природных запасов именно старая техника становится вторым по значимости источником сырья.

При этом себестоимость «добычи» металлического лома гораздо ниже, чем у железной руды. «Ценность дробленого или измельченного (шредерованного) лома для электроплавильных производств очевидна. И транспортировка его компактна, гораздо дешевле, чем обычного», — отмечает Дмитрий Конышев, директор производственной компании «Росмет». — «В Германии, к примеру, работает около 40 шредеров, они перерабатывают в год 1,5 млн. тонн материалов, в том числе до 900 тысяч тонн автомобильного лома. В США действует более двухсот подобных комплексов, которые перемалывают 10 млн. отслуживших свой срок автомобилей в год».

Возможность утилизации автомобиля закладывается уже на стадии его производства. Например, в автоконцерне BMW существует специальная проектная группа, которая опытным путем проверяет, насколько полно можно утилизировать автомобиль еще до того, как новая модель сойдет с конвейера. Последние модели компании удается использовать повторно почти на 95%; на уничтожение идут лишь мелкие пластиковые детали, которые сложно и очень трудоемко разбирать, а также масло, антифриз и остатки бензина.
Не отстают и другие автогиганты. В настоящее время компании Ford, General Motors и Chrysler работают над созданием легковых автомобилей и внедорожников, 100 % деталей которых можно будет использовать для вторичной переработки.

Автопроизводители надеются, что полностью перерабатываемые автомобили могут появиться уже в течение ближайших нескольких лет. По данным представителей Ford, в настоящее время около 85 % деталей всех автомобилей марки можно использовать для переработки и вторичного применения. В компании отмечают, что при производстве машин уже сейчас применяется большое количество переработанного металла и пластика, годных для изготовления кузовных панелей, брызговиков и кожуха вентилятора системы охлаждения двигателя.

Таким образом, в отличие от старых моделей, которые подлежали переработке лишь частично, современное автомобильное производство предполагает, что практически каждая машина будет иметь право на «второе рождение».

Автомобилестроение — одна из самых быстроразвивающихся отечественных сфер экономики. Приход иностранных производителей с высокой культурой производства, модернизация отечественных предприятий — лучшая «почва» для применения новых решений.
Несмотря на то, что в настоящее при изготовлении автомобиля пытаются внедрять и новые материалы (особенно всевозможные пластики), альтернативы металлам на ближайшее время не найти. Именно они, получив благодаря новым разработкам новые свойства и характеристики, будут определять развитие автомобилестроения на все ближайшие годы.

Елена Гришина,
пресс-служба Ruukki