Еволюцията и бъдещето на автомобилния стомана: От древно изкуство до модерна инженерия

Въведение: Важност на автомобилната стомана

Използването на стомана за производство автомобили е основен здрав разум за модерните хора. Въпреки това, много познания за автомобилната стомана все още спират върху въглеродната стомана. Въпреки че и двете са стомана, днешната автомобилна стомана е далеч много по-добра отколкото преди десетилетия. През последните години изследванията върху автомобилната стомана постигнаха големи успехи. Сега листовете от автомобилна стомана са все по-тънки и по-тънки , а също така якостта и корозионната устойчивост на стоманата се подобриха подобрена много. За да се справят с каут влиянието на новите материали, много стоманени компании активно работят с автомобил компании за разработване на леки, високоякостни стомани това е... може конкурират се със алуминиеви сплави, пластмаси и въглеродни композити с усилена влакнестост.

Завод за металургия на желязо и стомана

1. Недефиниран термин: "Високоякостна стомана"

На модерния автомобилен пазар много марки твърдят, че използват "високоякостна стомана", но този термин няма единен индустриален стандарт. С напредъка на технологиите за производство на стомана се променят и праговете на якост, свързани с това определение. Положението е подобно на това при автомобилни модели, които се предлагат като "Нови", "Напълно нови" или "Следващо поколение" версии. Отделите по маркетинг често класифицират стоманата над 300 MPa като "високоякостна", въпреки че различните видове стомана в тази категория могат да имат до 100% разлика в якостта си.

За да се изясни темата за автомобилната стомана, първо трябва да разберем историческото ѝ развитие.

Развитие на стоманата в Китай

От бронз към желязо: китайската иновация

Стоманата има дълга история, която започва през пролетните и есенно-войнствените периоди в Китай (около 770–210 г. пр. н. е.). По това време бронзът бил основният метал, но бил твърде крехък за изработка на издръжливи инструменти или оръжия. Древните китайски инженери започнали да използват процеса с пещи за производство на меко желязо във формата на блокове. Въпреки че инструментите от желязо предимствата си били ограничени в сравнение с бронза, те положили основата за по-късни металлургични пробиви.

Напредък през династията Хан

През династията Хан (202 г. пр. н. е.–220 г. сл. н. е.) фурни с мехове повишили температурите при топенето, а технологията на цементация се развила, за да се контролира твърдостта. Прилагайки "процеса на разбърване", металиурзите можели да разбърват разтопено желязо в конвертори и да добавят сплавни елементи. Заедно с техники на сгъване и коване, които премахвали примесите, тези методи давали висококачествено желязо, използвано предимно за оръжия. Оръжия, намерени при разкопки на хански гробници, сочат масово използване.

Майсторство през династията Танг

През династията Танг (618–907 г. сл. Хр.) ковачите вече могли да контролират съдържанието на въглерод в железни продукти, произвеждайки стомана с 0,5–0,6% въглерод – съвременното определение на стомана. Разработени са техники като сандвичовата обработка на остриета, за да се оптимизира твърдостта и якостта.

желязо с дръжка от нефрит

Железните оръжия на снимката са мечове от желязо с дръжка от нефрит от древен Китай. Това показва, че технологиите за топене на метал били напреднали по това време. Железните оръжия се използвали широко. Съществували и различни видове като железни ножове, цзи, копия и стрели. Желязото напълно заместило бронза и човечеството влязло в Железната епоха.

стоманени ножове, използвани през династията Танг y

През династията Танг в Китай техниките за топене и коване не се променили очевидно . Въпреки това, чрез натрупания опит ковачите успели да контролират съдържанието на въглерод в железни продукти. Съдържанието на въглерод в характерните ножове от епохата Танг било приблизително между 0,5% и 0,6%, което попада в диапазона на стоманата.

При производството на стомана днес, контролът върху съдържанието на въглерод остава основен. Регулирането му според предвиденото използване може да промени чупливостта и твърдостта на стоманата. За да създадат остриета с двете свойства, древните хора са измислили техники като обковка и сандвич структура от стомана. Въпреки това, тези методи не са в обхвата на тази статия.

(Първата индустриална революция )

Първата индустриална революция

Първата индустриална революция поставяме преходът към индустриализация при производството на желязо. Първият голям скок в човешкото търсене на стомана настъпва по време на индустриалната революция. Изобретението на парната машина освобождава човечеството от тежкия ръчен труд и производството, базирано на животни, за първи път, а машините, задвижвани от гориво, повишават нивото на продуктивността на човека до много по-високо ниво.

Британските текстилни фабрики разчитаха на парни машини и тъкачни станци, направени от стомана

(първата железопътна локомотива )

Първите железопътни локомотиви също бяха големи потребители на стомана, както и придружаващите железопътни линии. През британски текстилни фабрики, групи от жени, управляващи бе посредством шумни стоманени машини. По целия европейски континент бяха положени железни релси. Парните локомотиви започнаха да заменят the конски каруци като основен транспорт инструменти. Оттогава човеците не са могли да живеят без стомана, а търсенето е нараствало ден след ден.

(Първата производствена линия на Ford Motor по време на Втората индустриална революция)

 Втората индустриална революция свърза автомобилите със стоманата  материал .

(Xiaomi 'новоизпуснат кросоувър (SUV): YU7)

Сега някои високопроизводителни коли все още се правят от стомана. По време на Втората индустриална революция, когато автомобилите се появиха, стоманената индустрия направи скок напред. Оттогава тези два сектора са тясно свързани. Дори и модерните автомобили вече да не приличат на "Mercedes-Benz No. 1", стоманата все още се използва широко при производството им, включително при някои спортни коли.

Класове на якост на автомобилната стомана  

Как всъщност се използва високо яката стомана в телата на модерните автомобили

В модерните превозни средства, каратата е построена чрез сваряване на стоманени ламарини с различна якост . Инженерите избират подходящия клас стомана въз основа на нивата на напрежение, които всяка част от конструкцията трябва да понесе. В зони с високо напрежение – където използването на по-дебела стомана не е осъществимо – се прилага ултра високоякостна стомана . Като се каже поговорката: „Използвай най-добрата стомана там, където е най-много необходима."

Таблици за якост на тялото на автомобила: Какво е показано и какво не е

Докато много производители на автомобили твърдят, че използват стомана с висока якост високоякостна стомана диаграми на конструкцията на тялото на превозното средство , но повечето от тези диаграми акцентират само общите зони, където се прилага по-силна стомана, без да посочват конкретни стойности на якостта на опън . Известни марки със силни изследователски и развойни възможности често са още по-резервирани при споделянето на такива технически данни.

Разбиране на терминологията

В Япония и Южна Корея високо якостната стомана обикновено се нарича "стомана с високо напрежение (high-tension steel). " Якостта на стоманата обикновено се измерва в MPa (мегапаскала) . За по-добро усещане за мащаба: 1 MPa е равен на силата от 10 килограма (приблизително теглото на две дини) приложена върху повърхностна площ от само 1 квадратен сантиметър, без да предизвиква деформация на материала.

Стратегическо прилагане, а не пълно покритие

При анализиране на диаграмите на телесната структура става ясно, че ултра високоякостна стомана (напр., 1000 MPa или повече) се използва само в определени компоненти – като например противоударни греди и критични зони за укрепване . По-голямата част от тялото все още е произведена от стомана с ниска или средна якост , която е по-лесна за формоване и по-икономична. Това селективно използване се основава както на функционални нужди, така и на производствени ограничения .

Не позволявайте маркетинговите слогани да ви заблудят

Когато срещнете фрази като "Тялото на нашия автомобил използва високоякостна стомана клас 1000 MPa," важно е да се интерпретират точно. Това не означава, че цялото тяло е направено от такъв напреднал материал. В повечето случаи само локални части – като гръдни греди на вратите – може да достигнат това ниво на якост. Останалата част от конструкцията на тялото обикновено използва комбинация от материали, проектирани за балансиране между безопасност, цена и технологичност.

 3, нови стоманени материали, подходящи за штамповане

Штамповането е основния метод за производство на тяло.
Телесните детайли, които все още са върху матрицата след формоване чрез штамповане

Увеличаването на якостта на материала води до проблема с трудната обработка. Повечето леки коли се произвеждат чрез штамповане, т.е. използване на матрици за изстискване на материала в желаната форма – подобно на моделирането на "Плей-до" (Play-Doh). В момента, поради по-голямата якост на стоманените листове за автомобилни производства, изискванията към процесите на штамповане са по-строги. Освен това има много дълбокоизтегнати компоненти, което прави материала склонен към пукнатини и гънки. Например, ъгловите части са най-склонни към така наречените "мъртви зони" по време на штамповане, където най-често се появяват разкъсвания и гънки. Това също показва, че при штамповането на стоманени листове винаги съществуват проблеми като разтягане и триене с матрицата. Те могат да предизвикат дефекти по штамповани детайли вследствие на вътрешно напрежение или повреди по повърхността.

(структурна стомана за автомобилни тела)

Разпределение на намаляване дебелината на листовете  

За да избегнат гореспоменатите ситуации, производителите трябва да изследват деформацията на стоманените листове по време на штамповка, за да се предотврати скъсването. Винаги обаче съществува противоречие – колкото по-голяма е якостта на стоманения лист .Страничният панел е най-голямата штампосана част в цялата кола и също така iS най-трудната компонента за формоване. Следователно производителите ще изследват вътрешното напрежение на стоманените листове по време на штамповка, за да се отстрани максимално натрупаното вътрешно напрежение. Междувременно изучаването на дебелината на големите штампосани части може да покаже кои части на стоманения лист са силно разтегнати и каква дълбочина на штамповката може да гарантира, че стоманеният лист няма да се скъса.

Новият тип стомана може да реши проблема със шантирането и трудната обработка, предизвикани от високата якост на материала. За да се реши фундаментално проблемът с шантирането на високо яката стомана, нов тип стомана се прилага при производството на автомобилни тела. Матрицата на тази стомана е феритна, с добра мекота и вязкост, в която е вградена мартенситна структура с добро твърдост. Тя е по-лесна за формоване по време на шантиране, а формованият материал притежава значителна якост.

(Автомобилни A-колонни листови метални части )

Някои термично обработени високо яки конструкционни компоненти

За позиции като B-колоната, които особено изискват усилване, някои производители използват процес на термична обработка. Формованата B-колона минава през загряване и гасене, за да направи вътрешната кристална структура на стоманата по-съвършена. Това е подобно на процеса на моделиране с глина и след това нагряване за затвърдяване при производството на порцелан. Обикновено тези термично обработени детайли често са черни на цвят.

3.Корозионна устойчивост на автомобилни стомани

(Стоманени рулони за автомобилното производство )

Автомобилите се произведени чрез използване на ниско легирани стомани.

В момента автомобилната стомана попада в категорията на нисколегированите стомани, което е подклас на стоманите. Повечето от тези стомани се състоят от желязо, с малко количество легирани елементи като въглерод, силиций, фосфор, мед, манган, хром, никел и др. Съдържанието на тези легирани елементи не надвишава 2,5%.

Нисколегираните стомани притежават отлични обработваемост и якост, а също така добро съпротивление на корозия. Обикновената нисковъглеродна стомана образува червеникаво-кафяв оксиден слой в естествена среда, който е много рыхъл и обикновено се нарича ръжда. Напротив, нисколегираните стомани образуват кафяв, плътен оксиден слой, който здраво се съединява с повърхността на стоманата, действайки като бариера, която предпазва вътрешната стомана от допълнително износване от външната среда. Този антикорозионен механизъм е доста подобен на този при алуминиевите и цинковите сплави, само че за нисколегираните стомани е необходимо няколко години, за да се разви стабилен защитен ръждив слой, като цветът на този слой преминава от светло жълт до кафяв, докато алуминиевите сплави формират защитен ръждив слой почти мигновено.

Стоманата устойчива на временно влияние често се използва открито по фасадите на сгради

Стоманата за атмосферостойкост развива специален художествен ефект след образуването на слой ръжда, което я превръща в строителен материал, предпочитан от модерните дизайни.

Поради тази характеристика нисколегираната стомана се нарича още стомана за атмосферостойкост (атмосферостойка стомана). Стоманата за атмосферостойкост обикновено се използва за производството на превозни средства, кораби, мостове, контейнери и др., като повърхностите им обикновено са боядисани. В архитектурната украса обаче се предпочита използването на стомана за атмосферостойкост без защита, тъй като при открито съхранение не се получава пробиване от ръждата. Освен това кафявият слой ръжда, който се формира, създава уникален художествен ефект, което прави плочите от заварена стомана за атмосферостойкост често използван избор за фасади на специални сгради.

Поради подобрението на свойствата на стоманата, производителите на автомобили стават все по-повърхностни при антиръждивите обработки.

В автомобилостроенето много производители вече използват по-малко гумено покритие за шасито, често наричано със специфичния термин "броня на шасито". Шаситата на много нови автомобили директно разкриват стоманените листове, като те притежават само първоначалното фабрично грундосване и цвят, съответстващ на външния вид. Това означава, че тези автомобили минават единствено през процесите на електрофорезно грундосване и боядисване при производството. Само областта зад предните колела има тънък слой от меко гумово покритие, което предпазва шасито от камъчета, които се отразяват от гумите. Тези промени изглежда отразяват увереността на производителите в корозионната устойчивост на продуктите си.

(Броня на шасито )

Пластинa за защита на шасито Xiaomi SU7

Продвинати предприятия инсталират пластмасови пластина за защита на шасито.

Под защитните пластина все още има стоманени листове, които са подложени само на проста обработка. Някои педантични производители монтират пластмасови защитни пластина на шасито. Тези пластина не само могат да изолират стоманеното шаси от удари на чакъл, но и могат да организират въздушния поток под шасито. Под тези пластмасови защитни пластина, стоманата на шасито притежава само един слой грунд.

Автомобилната стомана не се използва безразборно. Решенията на бизнесмените за намаляване на разходите често завършват с жертването на основни предимства в името на малки спестявания, а техниците не могат да заобиколят решенията на шефовете.

Изключение има от всичко, а изключенията често се случват в Китай. Преди няколко години една новосъздадена вътрешна марка използвала нисковъглеродна стомана при производството на автомобили, което довело до корозия на шасито след две години – и подобни случаи отново се появиха напоследък. Понякога решенията, вземани импулсивно от ръководителите, наистина будят тревога. Когато бизнесмените се месят в техническите дискусии, резултатите винаги са непредвидими.

Бъдещето на автомобилните стомани

В момента дебелината на листовете от автомобилна стомана е намалена до 0,6 мм, което според мен вече е достигнало границата на дебелината на стоманата. Ако листът е по-тънък, дори и с висока якост, той ще загуби структурната стабилност, присъща на материала. Листовете от автомобилна стомана сега срещат все по-големи предизвикателства от нови материали. Атомното тегло на желязото определя, че неговата плътност не може да бъде променена, а пътя за намаляване на теглото чрез изтъняване изглежда е достигнал до задънена улица. Алуминиевите сплави постепенно намират широко приложение във висок клас превозни средства. Пълноалуминиевите SUVs, както и 5 серията и A6, използващи алуминий за предни конструкции, сочат към тази тенденция.