Evolusi dan Masa Depan Keluli Automotif: Dari Kraf Purba hingga Kejuruteraan Moden

Pengenalan: Kepentingan Keluli Automotif

Menggunakan keluli untuk membuat kereta adalah perkara biasa bagi masyarakat moden. Walau bagaimanapun, ramai yang memahami keluli automotif hanya terbatas kepada keluli berkarbon rendah sahaja. Walaupun kedua-duanya adalah keluli, keluli automotif pada hari ini jauh lebih baik lebih berbanding keluli pada beberapa dekad lalu. Sepanjang tahun-tahun kebelakangan ini, penyelidikan mengenai keluli automotif telah mencapai kemajuan yang pesat. Kini, kepingan keluli automotif semakin dan semakin nipis , serta kekuatan dan rintangan kakisan keluli telah meningkat diperbaiki banyak. Untuk kaunter menghadapi impak bahan-bahan baru, banyak syarikat keluli sedang giat bekerjasama dengan kenderaan syarikat untuk membangunkan keluli ringan, berkekuatan tinggi bahawa boleh bersaing dengan aloi aluminium, plastik, dan komposit gentian karbon-berlapis.

Lombong peleburan besi dan keluli

1. Istilah Tidak Berdefinisi: "Keluli Berkekuatan Tinggi"

Dalam pasaran automotif moden, ramai jenama mendakwa menggunakan "keluli berkekuatan tinggi", tetapi istilah ini tidak mempunyai piawaian industri yang bersatu. Seiring dengan perkembangan teknologi keluli, tahap kekuatan berkaitan dengan label ini turut berkembang. Situasinya serupa dengan model kereta yang dipasarkan sebagai versi "Baru", "Sepenuhnya Baru", atau "Jana Baharu". Jabatan pemasaran sering mengklasifikasikan keluli melebihi 300 MPa sebagai "berkekuatan tinggi", walaupun keluli berbeza di bawah naungan ini boleh mempunyai perbezaan kekuatan sehingga 100%.

Untuk menjelaskan topik keluli automotif, kita mesti terlebih dahulu memahami perkembangan sejarahnya.

Perkembangan keluli di China

Daripada Gangsa kepada Besi: Inovasi Orang Cina

Keluli mempunyai sejarah yang panjang bermula pada Zaman Musim Bunga dan Gugur serta Zaman Negara-Negara Berperang di China (sekitar 770–210 SM). Pada masa itu, gangsa merupakan logam utama tetapi terlalu rapuh untuk dijadikan alat atau senjata yang tahan lama. Jurutera-jurutera China purba mula menggunakan proses bloomery untuk menghasilkan besi berbentuk blok yang lembut. Walaupun alat-alat besi ketika itu mempunyai kelebihan yang terhad berbanding gangsa, ia telah meletakkan asas bagi penemuan-penemuan kemudiannya dalam metalurgi.

Kemajuan Semasa Dinasti Han

Semasa Dinasti Han (202 SM–220 M), suhu relau ditingkatkan dengan penggunaan bellows, manakala teknologi karburisasi dibangunkan untuk mengawal kekerasan. Proses "stir-casting" membolehkan ahli metalurgi mengacau besi cair di dalam penukar dan menambah unsur aloi. Apabila digabungkan dengan teknik melipat dan tempa untuk mengeluarkan bendasing, kaedah-kaedah ini menghasilkan besi berkualiti tinggi yang digunakan terutamanya dalam senjata. Senjata-senjata seperti ini sering ditemui di dalam kubur Han yang digali, menunjukkan penggunaannya yang meluas.

Penguasaan Dalam Dinasti Tang

Pada Dinasti Tang (618–907 Masihi), tukang besi telah dapat mengawal kandungan karbon dalam produk besi, menghasilkan keluli dengan 0.5–0.6% karbon—yang merupakan definisi moden bagi keluli. Teknik seperti teknik lapisan bilah juga telah dibangunkan untuk mengoptimumkan kekerasan dan kelenturan.

besi berhulu giok

Senjata besi dalam gambar tersebut adalah pedang besi berhulu giok dari China purba. Ini menunjukkan bahawa teknologi peleburan pada masa itu telah maju. Senjata besi digunakan secara meluas. Terdapat juga pelbagai jenis senjata seperti pisau besi, ji, lembing, dan anak panah. Besi sepenuhnya menggantikan gangsa, dan umat manusia memasuki Zaman Besi.

pisau keluli yang digunakan untuk Dinasti Tang y

Semasa Dinasti Tang di China, teknik peleburan dan tempaan tidak berubah jelas . Walau bagaimanapun, melalui pengalaman yang terkumpul, tukang besi berjaya mengawal kandungan karbon dalam produk besi. Kandungan karbon pada pisau era Tang yang menjadi wakil adalah kira-kira antara 0.5% hingga 0.6%, iaitu dalam julat keluli.

Dalam pembuatan keluli pada hari ini, kawalan kandungan karbon masih merupakan asas. Dengan melaraskan kandungan karbon berdasarkan penggunaannya, kekuatan dan kekerasan keluli boleh diselaraskan. Untuk menghasilkan bilah yang mempunyai kedua-dua sifat tersebut, orang-orang zaman dahulu telah mencipta teknik seperti pelapisan dan pengkelusen keluli. Walau bagaimanapun, teknik-teknik ini berada di luar skop artikel ini.

(Revolusi Perindustrian Pertama )

Revolusi Perindustrian Pertama

Revolusi Perindustrian Pertama letakkan penghijrahan pengeluaran besi kepada industrialisasi. Lonjakan pertama permintaan manusia terhadap keluli berlaku semasa Revolusi Perindustrian. Penemuan enjin wap membebaskan umat manusia daripada kerja manual berat dan pengeluaran berasaskan tenaga haiwan untuk kali pertama, manakala mesin berkuasa bahan api meningkatkan produktiviti manusia ke tahap yang jauh lebih tinggi.

Kilang tekstil British bergantung kepada enjin wap dan alat tenun yang diperbuat daripada keluli

(lokomotif wap )

Lokomotif wap juga merupakan pengguna keluli yang besar, bersama-sama dengan trek keretapi yang menyertainya. Di british kilang tekstil, sekumpulan wanita yang menjalankan adalah sebaliknya oleh mesin keluli yang bising. Di seluruh benua Eropah, landasan besi telah dipasang. Locomotif wap mula menggantikan sistem kuasa: kereta kuda sebagai pengangkutan utama alatan. Sejak itu, manusia tidak lagi dapat hidup tanpa keluli, dan permintaan terus meningkat setiap hari.

(Talian pemasangan pertama Ford Motor semasa Revolusi Perindustrian Kedua)

 Revolusi Perindustrian Kedua menghubungkan automobil dengan keluli  bahan .

(Xiaomi 'sUV Baharu Dikeluarkan: YU7)

Kini, sesetengah kereta prestasi tinggi masih diperbuat daripada oleh keluli. Semasa Revolusi Perindustrian Kedua, apabila automobil muncul, industri keluli maju ke tahap baru. Sejak itu, kedua-dua sektor ini telah berkait rapat. Walaupun kereta moden kini tidak lagi menyerupai "Mercedes-Benz No. 1", keluli masih digunakan secara meluas dalam pengeluarannya, termasuk pada sesetengah kereta super.

Gred kekuatan keluli automotif  

Bagaimana Keluli Berkekuatan Tinggi Digunakan dalam Badan Kereta Moden

Dalam kenderaan moden, badan kereta dibina dengan mengimpal kepingan keluli dengan kekuatan berbeza . Jurutera memilih gred keluli yang sesuai berdasarkan tahap tekanan yang dijangka akan diterima oleh setiap bahagian struktur tersebut. Di kawasan tekanan tinggi—di mana penggunaan keluli yang lebih tebal tidak boleh dilakukan— keluli kekuatan ultra-tinggi akan digunakan. Seperti kata pepatah, "Gunakan keluli terbaik di tempat yang paling diperlukan."

Carta Kekuatan Keluli Badan: Apa Yang Ditunjukkan dan Apa Yang Tidak

Walaupun ramai pengeluar kereta mendakwa menggunakan keluli kekuatan tinggi keluli kekuatan tinggi gambarajah struktur badan kenderaan , tetapi kebanyakan carta ini hanya menyoroti kawasan umum di mana keluli yang lebih kuat digunakan, tanpa menspesifikasikan nilai kekuatan tegangan tepu yang sebenar . Jenama-jenama terkenal dengan kemampuan R&D yang kuat biasanya lagi berhati-hati dalam berkongsi data teknikal seperti ini.

Memahami Istilah-Istilah

Di Jepun dan Korea Selatan, keluli berkekuatan tinggi biasanya dirujuk sebagai "keluli berketegangan tinggi. " Kekuatan keluli biasanya diukur dalam MPa (megapaskal) . Untuk memberi gambaran: 1 MPa bersamaan dengan daya 10 kilogram (kira-kira berat dua biji tembikai) yang dikenakan pada luas permukaan hanya 1 sentimeter persegi, tanpa menyebabkan bahan tersebut berubah bentuk.

Aplikasi Secara Strategik, Bukan Merata

Dengan menganalisis gambarajah struktur badan, jelas bahawa keluli kekuatan ultra-tinggi (contohnya, 1000 MPa atau lebih) hanya digunakan pada komponen tertentu sahaja—seperti rasuk anti-perlanggaran dan zon pengukuhan kritikal . Kebanyakan bahagian badan masih diperbuat daripada keluli berkekuatan rendah atau sederhana keluli berkekuatan rendah atau sederhana , yang lebih mudah dibentuk dan lebih menjimatkan kos. Penggunaan secara terpilih ini adalah berdasarkan kedua-dua keperluan fungsian dan kekangan pengeluaran .

Jangan Tertipu dengan Slogan Pemasaran

Apabila anda menemui frasa seperti "Badan kenderaan kami menggunakan keluli berkekuatan tinggi kelas 1000 MPa," ia penting untuk mentafsirkan mereka dengan tepat. Ini bukannya bermaksud keseluruhan badan diperbuat daripada bahan maju sedemikian. Dalam kebanyakan kes, hanya bahagian tertentu sahaja—seperti rasuk hentaman pintu —yang mungkin mencapai tahap kekuatan tersebut. Bahagian struktur badan yang lain biasanya menggunakan campuran bahan yang direka untuk keseimbangan antara keselamatan, kos, dan kebolehpengeluaran.

 3, bahan keluli baharu yang sesuai untuk pengetinan

Pengetinan adalah kaedah utama untuk pembuatan badan.
Bahagian badan yang masih berada di dalam acuan selepas pembentukan pengetinan

Peningkatan kekuatan bahan membawa masalah sukar untuk diproses. Kebanyakan kereta penumpang dikeluarkan melalui proses penempaan, iaitu menggunakan acuan untuk mengekstrusi bahan menjadi bentuk tertentu—sama seperti membentuk Play-Doh. Kini, dengan kekuatan plat keluli kenderaan yang lebih tinggi, keperluan terhadap proses penempaan menjadi lebih ketat. Selain itu, terdapat banyak komponen yang memerlukan penarikan dalam, menyebabkan bahan lebih cenderung retak dan berkedut. Sebagai contoh, bahagian sudut adalah paling cenderung mengalami "mati sudut" semasa penempaan, di mana kejadian seperti koyak dan berkedut biasanya berlaku. Ini juga menunjukkan bahawa apabila plat keluli ditempa, isu seperti regangan dan geseran dengan acuan sentiasa wujud. Perkara ini akan menyebabkan kecacatan pada bahagian yang ditempa akibat tekanan dalaman atau kerosakan permukaan.

(keluli struktur badan kenderaan)

Taburan Penipisan Kepingan  

Untuk mengelakkan situasi di atas, pengeluar perlu mengkaji ubah bentuk kepingan keluli semasa penekanan untuk mengelakkan daripada terkoyak. Walau bagaimanapun, sentiasa wujud percanggahan iaitu semakin tinggi kekuatan kepingan keluli .Panel sisi merupakan komponen penekanan yang terbesar bagi keseluruhan kenderaan dan juga ialah komponen yang paling sukar dibentuk. Oleh itu, pengeluar akan mengkaji tekanan dalaman kepingan keluli semasa penekanan bagi meminimumkan tekanan dalaman yang terkumpul. Sementara itu, mengkaji ketebalan komponen penekanan kawasan luas boleh menunjukkan bahagian kepingan keluli yang teregang teruk serta kedalaman penekanan yang boleh memastikan kepingan keluli tidak terkoyak.

Keluli jenis baharu boleh menyelesaikan masalah pembentukan penempaan dan kesukaran proses yang disebabkan oleh kekuatan bahan yang tinggi. Untuk menyelesaikan secara muktamad masalah penempaan keluli berkekuatan tinggi, keluli jenis baharu ini kini digunakan dalam pengeluaran badan kereta. Matriks keluli ini adalah ferit yang mempunyai kelunakan dan kekenyalan yang baik, di mana martensit yang mempunyai kekerasan yang baik ditanamkan. Ia lebih mudah dibentuk semasa penempaan, dan bahan yang terbentuk mempunyai kekuatan yang ketara.

(Komponen logam lembaran tiang A automotif )

Beberapa komponen struktur berkekuatan tinggi yang dirawat haba

Bagi kedudukan seperti tiang B yang memerlukan pengukuhan khusus, sesetengah pengeluar menggunakan proses rawatan haba. Tiang B yang telah dibentuk akan melalui pemanasan dan pencelupan untuk menjadikan struktur kristal dalaman keluli lebih sempurna. Ini adalah serupa dengan proses membentuk dengan tanah liat dan kemudian dipanaskan untuk mengeras dalam pembuatan pinggan mangkuk. Secara amnya, komponen yang dirawat haba ini selalunya kelihatan hitam.

3.Ketahanan Keluli Automotif Terhadap Kakisan

(Gelung keluli untuk pengeluaran automotif )

Kenderaan dihasilkan dengan menggunakan keluli aloi rendah.

Pada masa kini, keluli automotif tergolong dalam kategori keluli aloi rendah, iaitu satu cabang keluli. Kebanyakan keluli ini terdiri daripada unsur besi, dengan hanya sedikit unsur aloi, seperti karbon, silikon, fosforus, kuprum, mangan, kromium, nikel dan sebagainya. Kandungan unsur aloi ini tidak melebihi 2.5%.

Keluli aloi rendah menunjukkan prestasi pemprosesan dan kekuatan yang sangat baik, selain mempunyai rintangan kakisan yang baik. Keluli karbon rendah biasa membentuk lapisan oksida perang-merah di persekitaran semula jadi, yang sangat longgar dan umumnya dikenali sebagai karat. Sebaliknya, keluli aloi rendah menghasilkan lapisan oksida perang yang padat dan melekat kuat pada permukaan keluli, bertindak sebagai penghalang untuk menghalang persekitaran luar daripada terus menghakis keluli di dalamnya. Mekanisme anti-karat ini agak serupa dengan aloi aluminium dan aloi zink, kecuali bahawa keluli aloi rendah memerlukan beberapa tahun untuk membangunkan lapisan karat pelindung yang stabil, dengan warna lapisan karat berubah dari kuning muda kepada perang, manakala aloi aluminium membentuk lapisan karat pelindung hampir serta-merta.

Keluli tahan cuaca kerap digunakan secara terdedah pada fasad bangunan

Keluli tahan cuaca menghasilkan kesan seni yang istimewa selepas membentuk lapisan karat, menjadikannya bahan binaan yang sangat digemari oleh pereka arus perdana.

Disebabkan ciri ini, keluli aloi rendah juga dikenali sebagai keluli tahan cuaca (keluli tahan kakisan cuaca). Keluli tahan cuaca biasanya digunakan dalam pembuatan kenderaan, kapal, jambatan, kontena, dll., dengan permukaan biasanya dicat. Walau bagaimanapun, dalam hiasan dalaman, terdapat kegemaran untuk menggunakan keluli tahan cuaca secara terdedah, kerana ia tidak mengalami masalah tembus karat apabila dibiarkan tanpa perlindungan. Selain itu, lapisan karat perang yang terbentuk mencipta kesan seni yang unik, menjadikan plat keluli tahan cuaca yang dikimpal sebagai pilihan biasa bagi fasad bangunan istimewa.

Disebabkan peningkatan sifat keluli, pengeluar kenderaan semakin leka dalam rawatan pencegahan karat.

Sebagai contoh kenderaan, ramai pengeluar kini menggunakan kurang salutan getah rangka yang biasanya dikenali sebagai "baju besi rangka" dalam istilah awam. Rangka kebanyakan kereta baharu secara langsung mendedahkan kepingan keluli yang hanya mempunyai dasar kilang asal dan cat warna yang sepadan dengan bahagian luar. Ini menunjukkan bahawa kenderaan ini hanya melalui proses pengepriman elektroforesis dan pengecatan warna semasa pengeluaran. Hanya kawasan percikan di belakang tayar hadapan mempunyai lapisan nipis salutan getah lembut, yang menghalang batu kecil yang tersembur oleh tayar daripada menghentam keluli rangka. Perubahan ini seolah-olah mencerminkan keyakinan pengeluar terhadap rintangan kakisan produk mereka.

(Baju Besi Rangka )

Plat Perlindungan Rangka Xiaomi SU7

Syarikat berprofil tinggi memasang plat perlindungan rangka plastik.

Di bawah plat perlindungan, masih terdapat kepingan keluli yang hanya melalui rawatan ringkas. Sesetengah pengeluar yang teliti memasang plat perlindungan plastik pada kerangka kenderaan. Plat ini bukan sahaja dapat mengasingkan keluli kerangka daripada hentaman batu, malah turut membantu menyusun aliran udara di bawah kerangka. Di bawah plat perlindungan plastik ini, keluli kerangka hanya dilapisi satu lapisan primer.

Keluli automotif tidak digunakan secara sewenang-wenangnya. Keputusan perniagaan untuk menjimatkan kos sering kali berakhir dengan mengorbankan faedah besar demi penjimatan kecil, dan juruteknik tidak mampu menentang arahan majikan.

Tiap-tiap perkara mempunyai pengecualian, dan pengecualian ini kerap berlaku di China. Beberapa tahun lalu, sebuah jenama tempatan yang baru ditubuhkan menggunakan keluli berkarbon rendah dalam pembinaan kenderaan, sehingga menyebabkan karat menembusi kerangka dalam masa dua tahun—dan kes seperti ini muncul semula kebelakangan ini. Kadangkala, keputusan yang dibuat secara suka hati oleh pemimpin benar-benar membimbangkan. Apabila ahli perniagaan campur tangan dalam perbincangan teknikal, hasilnya pasti tidak dapat diramalkan.

Masa Depan Keluli Automotif

Pada masa ini, ketebalan keping keluli automotif telah dikurangkan kepada 0.6mm, yang saya percaya sudah mencapai had ketebalan keluli. Jika keping keluli lebih nipis, walaupun mempunyai kekuatan tinggi, ia akan kehilangan kestabilan struktur yang asli dalam bahan tersebut. Keping keluli automotif kini menghadapi cabaran yang semakin meningkat daripada bahan-bahan baru. Berat atom besi menentukan bahawa ketumpatannya tidak boleh diubah, dan jalan pengurangan berat melalui penipisan seolah-olah telah sampai ke jalan buntu. Aloi aluminium kini secara beransur-ansur digunakan secara meluas dalam kenderaan premium. Keseluruhan SUV berbahan aluminium, serta model 5 Series dan A6 yang menggunakan aluminium untuk struktur bahagian depan, semuanya menunjukkan trend ini.