Materiale ușoare pentru automobile

De la inceputul erei industriale, otelul si fonta au constituit ,,inima" progresului din principalele sectoare industriale. In timp ce in tarile dezvoltate se inregistreaza deja o tendinta pe termen lung de reducere a cererii pentru produsele din industriile material - intensive, precum si un declin al intensitatii materiilor prime utilizate, consumul redus de materiale devine un element esential al tehnologiilor de fabricatie din aceste tari; se manifesta nevoia de materiale mai usoare, mai rezistente si mai durabile.

Exista problema ridicata de consumul mare de energie inglobata in aceste materiale, dar si de pretul uneori prea ridicat al acestora. In ultimul timp s-a conturat ideea ca extinderea utilizarii a materialelor compozite in sensul aplicarii lor pentru noi subansamble in industria automobilelor nu este posibila, fara a se apela la plasticele armate de inalta calitate.

1. Constructii usoare de automobile : prezent si viitor

Preocuparea pentru constructii de masini usoare prezinta un potential deosebit, peste tot, unde se impune reducerea fortelor de greutate si ale celor de inertie. Aceasta tendinta este, deja de demult, in atentia constructorilor de vapoare si de vehicole aerospatiale, pentru ca primele sa fie mai plutitoare iar celelalte sa poata depasi atractia gravitationala.

Necesitatea micsorarii masei se impune - in special - in domeniul vehicolelor pe roti, a caror

deplasare necesita energie, si, in consecinta, genereaza emisii daunatoare mediului. Dupa um se cunoaste asupra oricarui corp actioneaza odata forta gravitationala (a carei marime este definita ca produsul dintre masa si acceleratia gravitationala) si a doua oara, daca el se afla in miscare, in perioadele de accelerare actioneza forta inertiala definita de produsul dintre masa si acceleratie. Aceasta acceleratie se deosebeste de cea gravitationala prin faptul ca are marime si directie variabile. De aici rezulta ca fortele gravitationale se pot reduce numai prin micsorarea masei pe cand cele de inertie si prin micsorarea acceleratiei, ceea ce nu constituie o solutie deoarece lungeste timpul pentru obtinerea vitezei programate. Ramane deci, si aici, numai solutia reducerii masei, in conditiile respectarii celorlalte proprietati impuse de functionarea unei masini. Reducerea masei inseamna implicit o reducere de energie si de emisii daunatoare mediului.

Pe de alta parte masinilor li se cere astazi un raspuns rapid la comenzi (o dinamica inalta) al carui timp depinde de asa numita frecventa proprie a structurii: cu cat aceasta este mai inalta raspunsul amintit este mai prompt. Aceasta frecventa depinde, la randul ei, invers exponential de masa. Iata de ce si din acest punct de vedere reducerea masei este la fel de importanta. Realizarea de "constructii usoare" nu se refera, azi, doar la inlocuirea materialelor de pana acum cu unele avand densitate mai mica (aluminiu, magneziu, titan, sintetice armate cu fibre, etc.) ci si la o "alcatuire geometrica" mai rationala a produsului, mai bine adaptata la cerintele functionale, la alegerea si combinarea materialelor raportata atat la tipul de solicitare cat si la tehnologia optima de executie. Alegerea se cere facuta si in vederea unei sortari facile, dupa expirarea produsului, in vederea recliclarii. Ele trebuie alese si dupa criteriul comportarii optime la tipurile dominante de solicitare. Este cunoscut, de la constructia cadrului bicicletelor, ca grosimea peretilor tevii cadrului, la aceeasi solicitare, poate varia cu pana la 500 % in functie de materialul ales (aluminiu, titan, magneziu etc). Reducerea greutatii bicicletei, remarcata semnificativ in ultimul deceniu, inseamna reducerea energiei ei de actionare. Este de asemenea gresit a se considera ca exista un anume material pentru "constructii usoare", un material universal. El se cere ales in functie de felul solicitarii la care este supus. Astfel materialele sintetice armate cu fibre se aracterizeaza printr-o rigiditate de exceptie, superioara metalelor, cu preferinta la solicitari de tractiune si comprimare.

"Constructiile usoare" constituie azi un scop distinct pentru realizarea produselor inovative in

toate ramurile industriale si - in special - pentru vehicole. Comisia si parlamentul european limiteaza consumul de combustibil pentru anul 2005 la maximum 5 l/100 km ceea ce corespunde unei emisii de CO2 de 120 g / km (25 % reducere fata de anul 1995).

Alegerea materialelor trebuie, insa, sa aiba la baza considerente economice. In functie de felul vehicolului, 1 kg de masa economisita nu e voie sa scumpeasca un vehicol spatial cu mai mult de 8800 $, un avion cu 1000 $ iar un automobil cu 7 $. Dezvoltarea si disponibilitatea de noi materiale presupune si implicarea de tehnologii noi utilizabile intr-o productie de serie. Preocuparea pentru "constructii usoare" nu impune aprioric eliminarea otelului. Nu numai densitatea unui material il face, sau nu, utilizabil in asemenea constructii. Uneori este mai importanta alegerea configuratiei geometrice astfel incat proprietatile materialului sa fie optim folosite.

Recent au fost dezvoltate sortimente de hotel avand combinatii de aliere si tratamente termice

concepute sa corespunda unor cerinte de solicitare deosebita (otelurile TRIP* si TWIP**). Acestea asigura o rezistenta mai mare (in domeniul plastic) efect care se obtine prin formarea unei faze austenitice metastabile, care la deformare se converteste in martensita (TRIP) sau intr- o stare bifazica (TWIP). Dirijarea localizata a combinatiilor amintite conduce la cresteri locale de ductibilitate si de rezistenta prin intarire la deformare plastica ceea ce face posibila utilizarea otelului in constructii usoare.

Prin configurarea adaptata la solicitare, a diferitelor grosimi de tabla intr-o singura placa se poate obtine de asemenea o scadere a greutatii. Datorita flexibilitatii si performantelor sudurii cu laser este posibil a se imbina table de grosimi si/sau calitati diferite.

Tehnologia imbinarii este mai scumpa dar, per produs, acest dezavantaj este compensat. Spre

exemplu o usa a unui vehicol cere grosimi mari de material in dreptul zavorului si a balamalelor. O sudare laser rezolva cerinta facand inutile ranforsarile in aceste locuri de la grosimi de 0.65 mm la 1.75 mm. Azi este posibila si o laminare flexibila (grosime variabila ceea ce permite o trecere progresiva de la o grosime la alta asigurand-