Обозрение. Занятное материаловедение из чего же, из чего же
Обозрение. Занятное материаловедение: из чего же, из чего же
МОЕ СЛОВО – Стальное
Железная «клетка», железные же подвесные панели… Вы так представляете базу собственного автомобиля? Кстати, сталь в современных авто значительно отличается от той, что использовали всего 10–15 годов назад. Стимулом к поиску новых компонент для сплавов стала полная борьба с излишним весом. Как следствие, все большее распространение получают прочные низкоуглеродистые стали с пределом прочности выше 210 МПа. Усовершенствованные физические характеристики металла позволяют делать Ремонт и эксплуатация тоньше и, как следует, легче, при всем этом крепкость конструкции не понижается.
Пластмассовый впускной коллектор не только лишь облегчит движок на пару кг, да и удешевит его создание.
В числе ведущих разработчиков облегченных железных конструкций – консорциум ULSAB, включающий 35 компаний из 18 государств. Новые сплавы, сделанные предприятием, в первый раз использовали в автомобилях «Порше», а сейчас их можно отыскать, к примеру, в «Опеле-Астра» либо «трешке» БМВ. Участники проекта говорят: благодаря металлургическим ноу-хау им удалось понизить массу кузова на 25% (!), при всем этом твердость на кручение возросла на 70–80%, и это далековато не предел. Но не все делят «стальную» веру в светлое будущее.
Клапаны и пружины из легкого титана служат намного подольше железных.
Одно из решений трудности избыточного веса взяли в долг в авиации – Ремонт и эксплуатация кузова и некие элементы подвески делают из сплавов на базе алюминия. Ремонт и эксплуатация из «крылатого» металла при той же прочности на 60% легче железных. Рады и спецы по безопасности: алюминий при столкновении поглощает на 50% больше энергии. Не считая того, сделанные из этого металла панели не требуют дополнительной противокоррозийной обработки. Ну и штамповать их можно на тех же прессах, что и железные, не меняя дорогостоящее оборудование. Неуж-то алюминий так неплох? Да, если не учесть стоимость сырья: Ремонт и эксплуатация в среднем в два раза дороже железных. По этой причине легкие кузовные панели используют хотя и издавна, но только на недешевых машинах, в числе их «Феррари», «Ягуар», «Мерседес-Бенц»… Встречаются и стопроцентно дюралевые кузова, как на «Ауди-А8» и малышке «Ауди-А2».
Крышка клапанного механизма – красивый подопытный объект. Зависимо от пристрастий создателей ее отливают из стали, алюминия либо магниевых сплавов.
Из алюминия делают много других, укрытых от взора деталей: усилители бамперов, защитные брусья в дверцах, каркасы сидений, трубопроводы… Движки, в конце концов!
Употребляют автомобилестроители и другие металлы. Каркасы сидений и фронтальной панели, головки цилиндров и картеры коробок передач, выполненные из магниевых сплавов, легки и высокопрочны. Ведь в сопоставлении с алюминием этот металл обладает более высочайшей жесткостью, при всем этом его плотность еще меньше – 1,81 против 2,7 г/см3. К примеру, масса блока мотора из магниевого сплава АМС-SC1, разработанного в Австралии, всего 14 кг, другими словами он на 70% легче металлического и на 25% – дюралевого! Но Ремонт и эксплуатация из магниевых сплавов требуют особенной коррозионной защиты, так как окисная пленка не защищает их от воздействия воды.
Опыты с материалами иногда приводят к внезапным результатам: крышу концепта «Мерседес-Бенц F500» сделали из стекла. Пробный шар оказался удачным: на данный момент такое решение встречается и на неких серийных автомобилях.
Все большее распространение получают изделия из титана. Из него делают пружины подвески, многие Ремонт и эксплуатация мотора – клапаны и их пружины, шатуны, крепежные элементы. Некие производители убеждают, что титановые клапаны серьезно уменьшают утраты на трение в газораспределительном механизме, а означает, увеличивают КПД мотора и понижают расход горючего. К примеру, титановые шатуны Подвескаивной «Хонды-NSX» на 30% легче железных, что позволило поднять частоту вращения коленвала на 700 об/мин.
Невзирая на бессчетные плюсы, ни магний, ни титан пока массово не используют – недешево.
Но так было сначала со многими нововведениями.
ОТ ИГРУШКИ К Действительности
Современные авто все более похожи на игрушечные машинки: толика пластмассовых деталей вырастает повсевременно. Мысль использовать пластмассу в автомобилестроении не нова. Немцы экспериментировали с ней еще в конце 1930-х, когда мирное создание в Германии испытывало острый недостаток металла. В 1955 году свет увидел 1-ый серийный автомобиль с кузовом из фенольнопресольформальдегидной смолы (дуропласт) – «Цвиккау-Р70». Это был предшественник «Трабанта».
Внутреннее место каталитического нейтрализатора заполнено керамикой. Соты наполнителя покрывают тончайшим слоем платины (пореже – палладия либо родия).
Длительное время большой популярностью у автопроизводителей воспользовался один из первых композитных (состоящих из базы и связывающего компонента) материалов – фиберглас, он же стеклопластик. Из армированного стекловолокном полимера еще совершенно не так давно делали не только лишь самолеты, да и авто капоты и крылья.
С того времени почти все поменялось, а именно фенолформальдегидные смолы уступили место термопластичным связывающим, но выполнить животрепещущие экологические требования это уже не поможет.
Стопроцентно дюралевая рама кузова позволяет сберечь до 300 кг массы, что компенсирует растущее количество дополнительного оборудования и помогает сделать автомобиль более экономным.
На замену фибергласу приходят другие, еще больше крепкие и легкие пластики, к примеру усиленный углеволокном полиамид, в просторечии «карбон». Активные работы по внедрению углепластика в общее создание ведет южноамериканский Совет в области автопромышленности (USCAR) очень сплотченно с компаниями «Крайслер», «Форд» и «Дженерал моторс». «Мазда» устанавливает капот, крылья и двери из полиамида и параллельно работает над новым поколением так именуемого биопластика. Для производства этого многообещающего материала необходимы совсем внезапные составляющие – пластиковое вторсырье и древесная стружка!
Один из первых материалов в жизни автомобиля – пластилин. Благодаря ему можно узреть вид еще не имеющейся модели и проверить ее аэродинамические свойства.
Благодаря впечатляющим свойствам современному пластику находят все новые области внедрения. Термостабильность неких полимеров позволяет изготавливать из их даже огнестрельное орудие. Означает, их можно использовать и в автомобиле! К примеру, отливать впускной коллектор, который в пару раз легче железного. Новое применение отыскали и особо крепкому пластику. К примеру, опорой для торпедо 500-сильного «Доджа-Вайпер» служит конструкция из углепластика. Благодаря этому кузов Подвескакара обладает хорошей прочностью и жесткостью на кручение. А французские инженеры решились сделать из карбона днище пользующегося популярностью «Рено-Меган». Но самое оригинальное применение прочным пластикам выдумали в Швейцарии: кузовом концептуального одноместного «Ринспида-Экзасис» стала капсула из прозрачного поликарбоната.
ВСЕГО ПОНЕМНОГУ
Попытайтесь отгадать, что общего меж техническим углеродом, силиконом, рапсовым маслом, стеарином и кукурузой. Они нужны для производства авто шин! Итак, сажа присваивает покрышке крепкость и долговечность, кремниевая кислота нейтрализует губительное воздействие углерода на окружающую среду, рапсовое масло наращивает ресурс, стеариновая кислота нужна для вулканизации резины, а крахмал из кукурузы уменьшает сопротивление качению. Еще больше внезапные материалы разбросаны по всему автомобилю. К примеру, для звукоизоляции салона обширно употребляют не только лишь вспененный полиуретан (который, кстати, крепко прописался в подушках сидений), да и битум. На раму Подвескаивного «Моргана-Аэро 8», выполненную из алюминия, даже на данный момент, в ХХI веке, навешивают древесные панели – из ясеня. Где-то можно найти сходство… с кухонной посудой: обивки сидений и салонные коврики части моделей «Крайслер» изготовлены из материала Yes!Essentials, пропитанного тефлоном, по этому подольше остаются незапятнанными. И естественно, современные авто невообразимы без драгоценных и редчайших металлов: в сотах каталитического нейтрализатора и на электродах свеч зажигания можно повстречать платину, палладий, иридий и родий. Золото не только лишь обеспечивает надежную проводимость электронных соединений, да и помогает производить ток в топливных элементах экологически незапятнанных автомобилей. А еще – кожа, замша и даже… бриллианты, которые употребляют для декорации машин. Вобщем, это уже другая тема.
Наверное сталь в наиблежайшие годы не сдаст позиций, но легкие металлы и пластик будут ее вытеснять. А может, произойдет некоторый прорыв – появится полностью новый дешевый, легкий и крепкий материал. Фантастика? Наверняка, Карл Бенц, расскажи ему о композитах, произнес бы то же самое…
Продолжение темы (пример «Мазды») – в последующем материале.
МЫ ЗА ЦЕНОЙ НЕ ПОСТОИМ!
За внедрение самых дорогих материалов, как досадно бы это не звучало, придется заплатить. Будущему покупателю суперкара «Наталиа-SLS2» от компании «ДиМора» необходимо будет выложить приблизительно 2 млн. баксов за автомобиль с мотором V16 мощностью около 1200 л.с. и кузовом из… вулканического камня! Поточнее, из пластика на базе базальтового волокна, владеющего хорошими прочностными качествами. Правда, есть одно «но»: пока машина существует только на бумаге. Все же очередь желающих расстаться с кругленькой суммой уже выстраивается.
СКОЛЬКО-СКОЛЬКО?
Спецы Государственного исследовательского совета США узнали, что для производства среднего автомобиля в 2006 году потребовалось:
963 кг стали (кузов и движок),
109 кг алюминия (кузов и движок),
23 кг угля (создание стали, резины и пр.),
19 кг меди (проводка и электроника),
19 кг кремния (стекла),
11 кг свинца (аккумулятор),
10 кг цинка (выплавка стали),
8 кг марганца (выплавка стали),
4,5 кг молибдена (выплавка стали),
4 кг никеля (декоративные элементы + противокоррозийная обработка),
2 кг магния (электроника, выплавка стали),
0,9 кг серы (шины),
0,45 кг ванадия (выплавка стали),
около 3 г платины (каталитический нейтрализатор, электроды свеч),
6 баррелей (около 954 л) нефти (пластмассовые Ремонт и эксплуатация и отделка салона).
Не считая того, в автомобиле находятся маленькие порции тантала, индия, галлия, кадмия, теллура и лития.
МОЕ СЛОВО – Стальное
Железная «клетка», железные же подвесные панели… Вы так представляете базу собственного автомобиля? Кстати, сталь в современных авто значительно отличается от той, что использовали всего 10–15 годов назад. Стимулом к поиску новых компонент для сплавов стала полная борьба с излишним весом. Как следствие, все большее распространение получают прочные низкоуглеродистые стали с пределом прочности выше 210 МПа. Усовершенствованные физические характеристики металла позволяют делать Ремонт и эксплуатация тоньше и, как следует, легче, при всем этом крепкость конструкции не понижается.
Пластмассовый впускной коллектор не только лишь облегчит движок на пару кг, да и удешевит его создание.
В числе ведущих разработчиков облегченных железных конструкций – консорциум ULSAB, включающий 35 компаний из 18 государств. Новые сплавы, сделанные предприятием, в первый раз использовали в автомобилях «Порше», а сейчас их можно отыскать, к примеру, в «Опеле-Астра» либо «трешке» БМВ. Участники проекта говорят: благодаря металлургическим ноу-хау им удалось понизить массу кузова на 25% (!), при всем этом твердость на кручение возросла на 70–80%, и это далековато не предел. Но не все делят «стальную» веру в светлое будущее.Клапаны и пружины из легкого титана служат намного подольше железных.
Одно из решений трудности избыточного веса взяли в долг в авиации – Ремонт и эксплуатация кузова и некие элементы подвески делают из сплавов на базе алюминия. Ремонт и эксплуатация из «крылатого» металла при той же прочности на 60% легче железных. Рады и спецы по безопасности: алюминий при столкновении поглощает на 50% больше энергии. Не считая того, сделанные из этого металла панели не требуют дополнительной противокоррозийной обработки. Ну и штамповать их можно на тех же прессах, что и железные, не меняя дорогостоящее оборудование. Неуж-то алюминий так неплох? Да, если не учесть стоимость сырья: Ремонт и эксплуатация в среднем в два раза дороже железных. По этой причине легкие кузовные панели используют хотя и издавна, но только на недешевых машинах, в числе их «Феррари», «Ягуар», «Мерседес-Бенц»… Встречаются и стопроцентно дюралевые кузова, как на «Ауди-А8» и малышке «Ауди-А2».Крышка клапанного механизма – красивый подопытный объект. Зависимо от пристрастий создателей ее отливают из стали, алюминия либо магниевых сплавов.
Из алюминия делают много других, укрытых от взора деталей: усилители бамперов, защитные брусья в дверцах, каркасы сидений, трубопроводы… Движки, в конце концов!Употребляют автомобилестроители и другие металлы. Каркасы сидений и фронтальной панели, головки цилиндров и картеры коробок передач, выполненные из магниевых сплавов, легки и высокопрочны. Ведь в сопоставлении с алюминием этот металл обладает более высочайшей жесткостью, при всем этом его плотность еще меньше – 1,81 против 2,7 г/см3. К примеру, масса блока мотора из магниевого сплава АМС-SC1, разработанного в Австралии, всего 14 кг, другими словами он на 70% легче металлического и на 25% – дюралевого! Но Ремонт и эксплуатация из магниевых сплавов требуют особенной коррозионной защиты, так как окисная пленка не защищает их от воздействия воды.
Опыты с материалами иногда приводят к внезапным результатам: крышу концепта «Мерседес-Бенц F500» сделали из стекла. Пробный шар оказался удачным: на данный момент такое решение встречается и на неких серийных автомобилях.
Все большее распространение получают изделия из титана. Из него делают пружины подвески, многие Ремонт и эксплуатация мотора – клапаны и их пружины, шатуны, крепежные элементы. Некие производители убеждают, что титановые клапаны серьезно уменьшают утраты на трение в газораспределительном механизме, а означает, увеличивают КПД мотора и понижают расход горючего. К примеру, титановые шатуны Подвескаивной «Хонды-NSX» на 30% легче железных, что позволило поднять частоту вращения коленвала на 700 об/мин.Невзирая на бессчетные плюсы, ни магний, ни титан пока массово не используют – недешево.
Но так было сначала со многими нововведениями.
ОТ ИГРУШКИ К Действительности
Современные авто все более похожи на игрушечные машинки: толика пластмассовых деталей вырастает повсевременно. Мысль использовать пластмассу в автомобилестроении не нова. Немцы экспериментировали с ней еще в конце 1930-х, когда мирное создание в Германии испытывало острый недостаток металла. В 1955 году свет увидел 1-ый серийный автомобиль с кузовом из фенольнопресольформальдегидной смолы (дуропласт) – «Цвиккау-Р70». Это был предшественник «Трабанта».
Внутреннее место каталитического нейтрализатора заполнено керамикой. Соты наполнителя покрывают тончайшим слоем платины (пореже – палладия либо родия).
Длительное время большой популярностью у автопроизводителей воспользовался один из первых композитных (состоящих из базы и связывающего компонента) материалов – фиберглас, он же стеклопластик. Из армированного стекловолокном полимера еще совершенно не так давно делали не только лишь самолеты, да и авто капоты и крылья.С того времени почти все поменялось, а именно фенолформальдегидные смолы уступили место термопластичным связывающим, но выполнить животрепещущие экологические требования это уже не поможет.
Стопроцентно дюралевая рама кузова позволяет сберечь до 300 кг массы, что компенсирует растущее количество дополнительного оборудования и помогает сделать автомобиль более экономным.
На замену фибергласу приходят другие, еще больше крепкие и легкие пластики, к примеру усиленный углеволокном полиамид, в просторечии «карбон». Активные работы по внедрению углепластика в общее создание ведет южноамериканский Совет в области автопромышленности (USCAR) очень сплотченно с компаниями «Крайслер», «Форд» и «Дженерал моторс». «Мазда» устанавливает капот, крылья и двери из полиамида и параллельно работает над новым поколением так именуемого биопластика. Для производства этого многообещающего материала необходимы совсем внезапные составляющие – пластиковое вторсырье и древесная стружка!Один из первых материалов в жизни автомобиля – пластилин. Благодаря ему можно узреть вид еще не имеющейся модели и проверить ее аэродинамические свойства.
Благодаря впечатляющим свойствам современному пластику находят все новые области внедрения. Термостабильность неких полимеров позволяет изготавливать из их даже огнестрельное орудие. Означает, их можно использовать и в автомобиле! К примеру, отливать впускной коллектор, который в пару раз легче железного. Новое применение отыскали и особо крепкому пластику. К примеру, опорой для торпедо 500-сильного «Доджа-Вайпер» служит конструкция из углепластика. Благодаря этому кузов Подвескакара обладает хорошей прочностью и жесткостью на кручение. А французские инженеры решились сделать из карбона днище пользующегося популярностью «Рено-Меган». Но самое оригинальное применение прочным пластикам выдумали в Швейцарии: кузовом концептуального одноместного «Ринспида-Экзасис» стала капсула из прозрачного поликарбоната.ВСЕГО ПОНЕМНОГУ
Попытайтесь отгадать, что общего меж техническим углеродом, силиконом, рапсовым маслом, стеарином и кукурузой. Они нужны для производства авто шин! Итак, сажа присваивает покрышке крепкость и долговечность, кремниевая кислота нейтрализует губительное воздействие углерода на окружающую среду, рапсовое масло наращивает ресурс, стеариновая кислота нужна для вулканизации резины, а крахмал из кукурузы уменьшает сопротивление качению. Еще больше внезапные материалы разбросаны по всему автомобилю. К примеру, для звукоизоляции салона обширно употребляют не только лишь вспененный полиуретан (который, кстати, крепко прописался в подушках сидений), да и битум. На раму Подвескаивного «Моргана-Аэро 8», выполненную из алюминия, даже на данный момент, в ХХI веке, навешивают древесные панели – из ясеня. Где-то можно найти сходство… с кухонной посудой: обивки сидений и салонные коврики части моделей «Крайслер» изготовлены из материала Yes!Essentials, пропитанного тефлоном, по этому подольше остаются незапятнанными. И естественно, современные авто невообразимы без драгоценных и редчайших металлов: в сотах каталитического нейтрализатора и на электродах свеч зажигания можно повстречать платину, палладий, иридий и родий. Золото не только лишь обеспечивает надежную проводимость электронных соединений, да и помогает производить ток в топливных элементах экологически незапятнанных автомобилей. А еще – кожа, замша и даже… бриллианты, которые употребляют для декорации машин. Вобщем, это уже другая тема.
Наверное сталь в наиблежайшие годы не сдаст позиций, но легкие металлы и пластик будут ее вытеснять. А может, произойдет некоторый прорыв – появится полностью новый дешевый, легкий и крепкий материал. Фантастика? Наверняка, Карл Бенц, расскажи ему о композитах, произнес бы то же самое…
Продолжение темы (пример «Мазды») – в последующем материале.
МЫ ЗА ЦЕНОЙ НЕ ПОСТОИМ!
За внедрение самых дорогих материалов, как досадно бы это не звучало, придется заплатить. Будущему покупателю суперкара «Наталиа-SLS2» от компании «ДиМора» необходимо будет выложить приблизительно 2 млн. баксов за автомобиль с мотором V16 мощностью около 1200 л.с. и кузовом из… вулканического камня! Поточнее, из пластика на базе базальтового волокна, владеющего хорошими прочностными качествами. Правда, есть одно «но»: пока машина существует только на бумаге. Все же очередь желающих расстаться с кругленькой суммой уже выстраивается.СКОЛЬКО-СКОЛЬКО?
Спецы Государственного исследовательского совета США узнали, что для производства среднего автомобиля в 2006 году потребовалось:
963 кг стали (кузов и движок),
109 кг алюминия (кузов и движок),
23 кг угля (создание стали, резины и пр.),
19 кг меди (проводка и электроника),
19 кг кремния (стекла),
11 кг свинца (аккумулятор),
10 кг цинка (выплавка стали),
8 кг марганца (выплавка стали),
4,5 кг молибдена (выплавка стали),
4 кг никеля (декоративные элементы + противокоррозийная обработка),
2 кг магния (электроника, выплавка стали),
0,9 кг серы (шины),
0,45 кг ванадия (выплавка стали),
около 3 г платины (каталитический нейтрализатор, электроды свеч),
6 баррелей (около 954 л) нефти (пластмассовые Ремонт и эксплуатация и отделка салона).
Не считая того, в автомобиле находятся маленькие порции тантала, индия, галлия, кадмия, теллура и лития.